CN105927405B - 用于启动机动车辆的驱动系统的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于启动机动车辆的驱动系统的方法及装置。具体而言，本发明涉及一种用于启动具有内燃机的机动车辆的驱动系统的方法，特别是用于驱动系统的超速保护的这种方法。本发明还涉及实现为执行这种方法的装置。根据本发明的总体方面，在满足(S1,S2)用于启动驱动系统的超速保护的至少一个启动条件之后，启动超速保护，由此开始电气化排气涡轮增压器的发电机模式。

Description

用于启动机动车辆的驱动系统的方法及装置
技术领域
本发明涉及用于启动具有内燃机的机动车辆的驱动系统的方法，特别是用于驱动系统的超速保护的这种方法。本发明还涉及一种设置成用于执行这种方法的装置。
背景技术
从实践已知的是，在机动车辆的某些操作条件下，发动机和排气涡轮增压器的热动力联接可导致排气涡轮增压器的临界状态，例如在热的排气和高的排气质量流的情况中的超速中。当这种超速发生时，由于过高的充气压力且因此峰值燃烧压力，存在对排气涡轮增压器的转子、对增压空气系统以及某些情况下对内燃机破坏的风险。
从现有技术已知的是借助于发动机传感器(例如，用于测量充气压力或排气温度)来检测这种临界操作状态，以及通过限制喷射量来防止或消除这种临界操作状态。
如果内燃机进入超速范围，根据DE3238191C2，对于最大充气压力值执行目标值调整，且因此，执行对输送至内燃机的喷射量的受控减少。从DE2803750C2已知，引起超速保护来直接介入燃料泵量控制机构的启动的电末级中，以便保护内燃机免受破坏性的超速。为了允许快速介入，进一步提出了不通过低通(或最多借助于具有很高截止频率的低通)滤除馈送至超速保护的转速信号，而使用的所有转速信号利用大约6Hz的低通频率滤除，使得内燃机循环期间的非一致的角速度不成为有效干扰。此解决方案的缺点在于，其特别适于特定燃料计量系统的构造，且需要相对复杂的信号处理。
进一步不利的是，如果转速在超速范围中，则不可总是实现转速的很快减小。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于启动机动车辆的驱动系统的改进的方法，特别是用于驱动系统的超速保护的这种方法，利用其，可避免常规方法的缺点且特征为简化过程。此外，将期望的是提供超速保护，利用其，可快速消除临界超速状态。另一个目的在于提供一种用于启动具有增压内燃机的机动车辆的驱动系统的装置，其能够执行用于驱动系统的超速保护的方法，利用该方法可避免常规装置的缺点。
这些目的通过具有本发明的特征的方法和装置来实现。本发明的有利实施例和应用在以下描述中部分参照附图来详细描述。
根据本发明，提供了一种用于启动具有增压内燃机的机动车辆的驱动系统的方法，特别是用于驱动系统的超速保护的这种方法。
根据本发明的总体方面，检查是否满足用于启动驱动系统的超速保护的至少一个启动条件。如果满足至少一个启动条件，则启动超速保护，由此开始电气化排气涡轮增压器的发电机模式，以便控制排气涡轮增压器的转速。换言之，超速保护通过电气化排气涡轮增压器的临时发电机模式实现，或电气化排气涡轮增压器的临时发电机模式构成用于形成超速保护的至少一个措施。
借助于电气化排气涡轮增压器的发电机模式，排气涡轮增压器的转子被制动，使得转子转速可减小到临界上限值以下和/或低于超速范围的值，且/或可调节至预定转速变化。在减小转子速度的情况下，内燃机的充气压力进一步减小，且因此发动机速度进一步减小。
电气化排气涡轮增压器从现有技术已知，且也称为由电动机操作或由电动机支持的排气涡轮增压器。电气化排气涡轮增压器越来越多地替代常规排气涡轮增压器使用，且包括电机，其可联接到或借助于转矩传递联接方式联接到排气涡轮增压器的传动轴，或更通常地联接到转子。电机取决于其功率电子器件的启动可设置成驱动排气涡轮增压器(下文也称为排气涡轮增压器的电动机模式)或支持其驱动，且/或可由排气涡轮增压器操作为发电机(下文也称为排气涡轮增压器的发电机模式)。排气涡轮增压器的转子由排气涡轮、压缩机和传动轴形成，其中排气涡轮和压缩机联接以便借助于传动轴传递运动。已经从实际已知的是利用电动机支持的排气涡轮增压器暂时地支持内燃机的增压过程，特别是用于在启动时桥接所谓的涡轮滞后。
因此，本发明包括使用电气化排气涡轮增压器的总体技术设计用于使内燃机增压且暂时将其操作为发电机来形成超速范围中的超速保护，其中排气涡轮增压器的发动机速度和/或转速超过或将要超过可允许的上转速范围，优选至少直到临界超速操作状态终止。结果，在车辆的高海拔模式中或在斜坡上时可防止超速或至少较长持续时间的超速。通过根据本发明的排气涡轮增压器的发电机模式，发动机还可免受过大的点火压力，且增压空气系统免受过大的充气压力。
借助于电气化排气涡轮增压器的发电机模式对于增压内燃机的驱动系统的超速保护设计特别对于已经配备有电气化排气涡轮增压器的车辆提供的优点在于，可省去燃料喷射的其它额外系统或改变。
然而，特别有利的是将超速范围中的排气涡轮增压器的发电机模式的根据本发明的使用与常规超速保护组合，例如，诸如喷射量的暂时限制或减小，以便允许超速特别快地返回到正常操作范围中。
本发明的一个优选实施例设置为，作为用于启动超速保护的启动条件，传动系中的部分的实际转速值必须达到和/或超过用于内燃机的超速保护的转速限制目标值。例如，传动系中的部分的实际转速值可为内燃机的实际转速值，也称为发动机速度，和/或排气涡轮增压器的转子的实际转速值。考虑当前传动比，还可使用变速箱转速。
对于传动系中的对应零件的超速保护的转速限制目标值是对应零件的转速的阈值，达到或超过其特征为超速状态和/或超速范围的开始，其中如果转速未快速回到阈值以下则存在破坏零件的风险。可根据经验对于特定构件和特定传动系指定此转速限制值。
本发明的另一个实施例设置为，作为用于超速保护的启动条件，实际充气压力值必须达到和/或超过用于内燃机的超速保护的充气压力限制目标值。
超过充气压力限制目标值由排气涡轮增压器的转子的过大的实际转速值引起，使得过大的充气压力也可用作用于识别超速状态的参数或用作用于超速保护的启动条件。
本发明的另一个实施例设置为，作为用于启动超速保护的启动条件，排气温度必须超过排气温度限制值。过热的排气构成识别超速状态或大体上识别排气涡轮增压器的临界操作状态的备选可能性。结果，例如，可防止阻塞的空气过滤器引起的超速。
根据本发明的实施方式的另一个可能性设置为，如果存在排气再循环阀(AGR阀)、废气门阀和/或VTG促动器的故障，则满足用于启动超速保护的启动条件。结果，在这种故障情况中可避免或至少再次快速减小超速。例如，故障可通过使用适合的传感器数据的发动机控制器来确定。在所述实施例的一个有利变型的情况下，可从排气再循环阀和/或废气门阀的意外闭合位置确定故障，且/或可从VTG促动器的约束或阻塞来确定故障。
使用上述故障中的至少一个作为用于启动超速保护的启动条件还提供了以下优点：这种故障的存在构成临近超速状态的"早期报警功能"，使得可很早启动根据本发明的超速保护。另一方面，如果阀卡在闭合位置，则AGR阀或废气门阀的缺陷可导致反压持续不需要地累积在排气系统中，且因此导致排气涡轮增压器的持续增大的转速，使得所述操作情形关于对排气涡轮增压器或对增压空气系统的破坏特别严重。
借助于排气再循环阀(AGR阀)以已知方式控制再循环排出气体的量。存在于排气旁通线路中的排气旁通阀通常称为废气门阀。废气门阀由废气门阀最终控制元件根据引入空气出口中的空气压力(其通常称为充气压力)调节。由内燃机的操作控制单元中的充气压力调节器通过根据负载执行控制变量而启动的促动器称为VTG促动器，且用于具有可变涡轮几何形状(VTG)的排气涡轮增压器。借助于VTG促动器对涡轮几何形状的调整给出了影响排气涡轮增压器的充气压力的可能性。
此外，应当提到的是，根据实施例的其它变型，可保持电气化排气涡轮增压器的发电机模式，直到电气化排气涡轮增压器的转速再降到预定阈值以下，或直到不再满足用于启动超速保护的至少一个启动条件。
根据特别优选的示例性实施例，驱动系统的超速保护的启动不但开始电气化排气涡轮增压器的发电机模式，而且还执行内燃机的燃料喷射量的限制。
限制喷射量来形成超速保护从现有技术中已知。与排气涡轮增压器的发电机模式组合，所述两个措施有利地提供特别有效的超速保护。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于启动具有增压内燃机的机动车辆的驱动系统的装置。该装置实现成执行如本文献中公开的方法。该装置特别地实现为在满足用于启动驱动系统的超速保护的至少一个启动条件之后启动驱动系统的超速保护，由此开始电气化排气涡轮增压器的发电机模式，以便控制排气涡轮增压器的转速。
本发明还涉及包括根据本发明的装置的机动车辆，特别是商用车辆，该装置具有用于启动机动车辆的驱动系统的装置。
附图说明
上文所述的本发明的优选实施例和特征可以以任何方式与彼此组合，特别是可对于启动超速保护的不同启动状态组合，例如使得在满足前述条件中的至少一个的情况下启动超速保护。下文参照附图描述了本发明的其它细节和优点。在附图中：
图1为用于示出根据本发明的实施例的具有内燃机的机动车辆的驱动系统和用于启动驱动系统的控制装置的示意性框图；以及
图2为根据本发明的实施例的用于启动图1中的驱动系统以形成超速保护的方法的流程图。
参考标号列表
1 控制装置
2 内燃机
4 压缩机入口线路
5a 压缩机出口线路或增压空气线路
5b 涡轮入口线路
6 涡轮出口线路
8 增压空气冷却器
9 电气线路
10 电气化排气涡轮增压器
11 压缩机
12 涡轮
13 传动轴
14 电机
15 用于电能的储存装置
17 电气线路
18 信号线。
具体实施方式
图1以高度示意性框图的形式示出了商用车辆的驱动系统。驱动系统包括增压内燃机2，通常是柴油机，以及与其相关联的下文也称为ATL的电气化排气涡轮增压器10。ATL10包括由内燃机2的排出气体驱动的涡轮12，排出气体借助于排气线路5b给送至涡轮12。排气混合物然后借助于涡轮出口流入排气线路6直至排气管，且从而穿过排气后处理装置(未示出)，如果存在的话。
涡轮12借助于轴13连接到压缩机12。新鲜空气借助于压缩机入口线路4给送到压缩机11。压缩机11压缩待给送至内燃机2的增压空气，且因此在正常供能模式中增大内燃机2的功率。由压缩机11压缩的增压空气借助于增压空气线路给送至增压空气冷却器8，且然后借助于线路5a给送到内燃机2中。
ATL 10实现为电气化排气涡轮增压器，即，由电动机支持的排气涡轮增压器。ATL10出于此目的设有电机14，其可操作为马达和发电机，其联接到或可联接到传动轴13以传递转矩，且设置成驱动或支持驱动排气涡轮增压器的转子11、12、13。
电机14(例如，电动机)的可选的马达或发电机模式通过控制装置1控制，控制装置1处于此目的借助于电气线路连接到电动机14和用于电能的储能装置15，例如，混合传动系的常规起动机电池或高压电池，这由虚线9和17示意性地指出。线9和17用于电力供应和控制线两者。对于电机14的马达模式，所述能量从储能装置15给送。在电机14中的发电机模式中产生的电流可借助于控制装置1给送至储能装置15。在排气涡轮增压器10的发电机模式中，电机14由转子11、12、13的动能驱动，且动能由电机14以电能形式回收。结果，ATL 10的转子11、12、13制动且ATL转速减小。
控制装置1以已知方式实现为用于启动驱动系统的构件的发动机控制器，特别是用于启动内燃机2。出于此目的，控制装置1借助于双向信号线18连接到内燃机2。
根据本发明的设计的特别特征在于，控制装置1进一步构造成在需要时启动对于驱动系统的构件的超速保护，特别是对于增压空气系统和内燃机2的ATL转子11、12、13的超速保护。出于此目的，控制装置1特别地实现为在用于启动超速保护的至少一个启动条件满足之后启动超速保护，由此控制装置1启动电气化ATL 10的电机14，使得其以发电机模式操作，以便使ATL转子11、12、13制动。
控制装置1的对应操作和对应的方法通过举例在图2的流程图中示出。
在步骤S1中，控制装置1监测用于超速保护的预定启动条件。作为备选，控制装置1还可构造成监测多个预定启动条件。
在本示例性实施例中，用于启动超速保护的启动条件例如预定为内燃机2的实际转速值必须超过内燃机的超速保护的发动机转速限制目标值。大体上对于其它控制功能连续地监测发动机速度。ATL转子11、12、13的实际转速值还可用作用于启动超速保护的启动条件，且可利用ATL转速传感器来监测。如果ATL转子的所述实际转速值超过内燃机的超速保护的ATL转速限制目标值，可再启动超速保护。
用于启动超速保护的其它备选或额外启动条件可为实际充气压力值超过充气压力限制目标值和当前排气温度超过排气温度限制值，其可对应地由充气压力传感器或排气温度传感器测量。
上文已经提到了由控制装置1检测的排气再循环阀、废气门阀和/或VTG促动器的故障也可用作启动条件(均未在图1中示出)。如果排气再循环阀、废气门阀和/或VTG促动器的故障存在，则根据所述变型可满足用于启动超速保护的启动条件。
例如，故障可从排气再循环阀和/或废气门阀的意外闭合位置确定。意外闭合位置理解为与对应最终控制元件的相反控制输入无关而设置的闭合位置，使得例如AGR阀应当开启，但实际上关闭。VTG促动器的故障可从VTG促动器的确定的约束或阻塞确定。
已知的诊断方法这里可用于此故障的识别。例如，用于诊断AGR阀的状态或性能的可能方案是形成返回空气质量的实际值与目标值的偏差和相关联的目标值曲线的上升的乘积的积分。这基本上意味着实际值曲线与空气质量流的相关联的目标值曲线之间的面积的量度。因此可在累积的释放时间过期之后将积分值(剩余)与阈值相比较，且故障(征兆)可依靠超过阈值推断。
对于包含在排气系统中的最终控制元件的诊断的另一个可能性例如可通过使涡轮增压器的促动器(VTG促动器，VTG意思是"可变涡轮几何形状")在机动车辆的空转模式期间经历正弦振荡("调制信号")来结合涡轮增压器使用。同时，特征为充气压力和/或空气质量流的信号("测量信号")通过由信号的傅立叶变换的积分形成特征(剩余)来分析，其值与阈值相比较。从其可推断是否存在VTG促动器故障，例如，约束或阻塞。
用于识别排气线路中的最终控制元件(特别是排气再循环阀的最终控制元件、涡轮增压器的充气压力控制器，特别是涡轮增压器的VTG促动器或废气门控制器)的故障的另一种可能的诊断方法从DE102011005463A1获知。
在步骤S2中，连续检查是否满足用于启动超速保护的预定启动条件，即，例如，是否检查到AGR阀、废气门阀或VTG促动器的一个前述故障。如果不是此情况，则在步骤S1中进一步监测启动条件。然而，如果满足启动条件中的至少一个，则过程关于步骤S3继续且启动超速保护。
在步骤S3中，控制装置1借助于信号线9开始ATL 10的电动机14的发电机模式，由此ATL的转子11、12、13制动。转子11、12、13的动能部分地转变成电能，且给送至车辆电源或储能装置15。由于ATL 10的发电机模式，故转子制动，且内燃机2的充气压力减小。
保持ATL 10的发电机模式直到不再满足触发发电机模式的启动条件。然后，过程关于步骤S1继续，由此闭合控制回路。
本发明不限于上述优选的示例性实施例。相反，同样使用本发明的原理且因此落入保护范围内的许多变型和改型是可能的。特别地，本发明还独立于它们涉及的权利要求对从属权利要求的主题和特征提出保护。

Claims (14)

1.一种用于启动具有增压内燃机(2)的机动车辆的驱动系统的方法，其中，在满足(S1,S2)用于启动所述驱动系统的超速保护的至少一个启动条件(S1,S2)之后，启动所述超速保护，由此开始电气化排气涡轮增压器(10)的发电机模式(S3)，其特征在于，如果排气再循环阀和/或废气门阀的故障存在，则满足用于启动所述超速保护的启动条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于启动所述超速保护的启动条件还包括：传动系中的零件的实际转速值必须超过用于所述内燃机(2)的超速保护的转速限制目标值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述传动系中的零件的实际转速值为所述内燃机(2)的实际转速值和/或所述电气化排气涡轮增压器(10)的转子(11,12,13)的实际转速值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于启动所述超速保护的启动条件还包括：实际充气压力值必须超过用于所述内燃机(2)的超速保护的充气压力限制目标值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于启动所述超速保护的启动条件还包括：用于改变涡轮几何形状的VTG促动器的故障存在。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述故障从所述排气再循环阀和/或所述废气门阀的意外闭合位置确定。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述故障从所述VTG促动器的约束或阻塞确定。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于启动所述超速保护的启动条件还包括：排气温度必须超过排气温度限制值。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，保持所述电气化排气涡轮增压器(10)的发电机模式，
(a)直到所述电气化排气涡轮增压器(10)的转速低于预定阈值；和/或
(b)直到不再满足用于启动所述超速保护的所述至少一个启动条件。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在启动所述驱动系统的超速保护时执行所述内燃机(2)的燃料喷射量的限制。
11.一种用于启动具有增压内燃机(2)的机动车辆的驱动系统的装置(1)，其中，所述装置(1)实现为在满足用于启动所述驱动系统的超速保护的至少一个启动条件之后启动所述驱动系统的超速保护，由此开始电气化排气涡轮增压器(10)的发电机模式，其特征在于，如果排气再循环阀和/或废气门阀的故障存在，则满足用于启动所述超速保护的启动条件。
12.根据权利要求11所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)实现为执行根据权利要求2至10中任一项所述的方法。
13.一种具有根据权利要求11或12所述的装置(1)的机动车辆。
14.根据权利要求13所述的机动车辆，其特征在于，所述机动车辆是商用车辆。
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