CN109690055B - 用于增压的内燃机的调节方法 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于增压的内燃机（1）的调节方法，其中根据节流阀‑调节偏差（dDK）通过压缩机‑位置调节器（16）在压缩机特征场中调节压缩机的运行点，方式是：通过所述压缩机‑位置调节器（16）不仅计算用于对压缩机‑旁通阀进行操控的第一调节参量（αVBP）而且计算用于对涡轮机‑旁通阀进行操控的第二调节参量（αWG），并且其中根据空气质量‑调节偏差（dmL）通过校正调节器（22）来校正所述压缩机的运行点，方式是：通过所述校正调节器（22）不仅计算用于对所述第一调节参量（αVBP）进行校正的第一校正参量（KORR1）而且计算用于对所述第二调节参量（αWG）进行校正的第二校正参量（KORR2）。

Description

用于增压的内燃机的调节方法
技术领域
本发明涉及一种用于增压的内燃机的调节方法，其中通过对于压缩机-旁通阀和涡轮机-旁通阀的调节在压缩机特征场中确定运行点。
背景技术
从DE 10 2014 215 180 A1中公开了一种用于具有压缩机-旁通阀和涡轮机-旁通阀的单级增压的内燃机的方法。所述方法基于典型的压缩机特征场，所述压缩机特征场描绘了空气质量流量与增压压力的分配。在所述压缩机特征场之内示出了较强的压缩机喘振的不允许的工作范围以及较弱的压缩机喘振的范围。现在，所述方法在于，在节流阀-释放之后在所述压缩机特征场中获知运行点的位置并且据此操控所述压缩机-旁通阀和所述涡轮机-旁通阀。如果比如确定所述运行点处于所述较弱的喘振的范围内，那就进一步打开所述压缩机-旁通阀并且补充地更小程度地打开所述涡轮机-旁通阀。虽然所述方法解决了在加速踏板释放之后的压缩机喘振的问题，但是比如在效率方面还有待改进。
发明内容
因此，本发明的任务是，以最佳的效率来设计用于具有压缩机-旁通阀和涡轮机-旁通阀的单级增压的内燃机的调节方法。
所述任务通过一种用于增压的内燃机的调节方法得到解决，所述内燃机具有废气涡轮增压器，所述废气涡轮增压器包括压缩机和涡轮机。
对于按照本发明的调节方法来说，根据节流阀-调节偏差通过压缩机-位置调节器在压缩机特征场中调节所述压缩机的运行点，方式是：通过所述压缩机-位置调节器不仅计算用于对所述压缩机-旁通阀进行操控的第一调节参量而且计算用于对涡轮机-旁通阀进行操控的第二调节参量。补充地根据空气质量-调节偏差通过校正调节器来校正所述压缩机的运行点，方式是：通过所述校正调节器不仅计算用于对所述第一调节参量进行校正的第一校正参量而且计算用于对所述第二调节参量进行校正的第二校正参量。通过所述校正调节器，在所述压缩机特征场中将运行点调节到最佳的运行点的特征曲线上。具体来讲，所述最佳的运行点的特征曲线穿过最佳可能的效率的区域来伸展。
通过最佳的运行点的特征曲线和所述喘振极限，在所述压缩机特征场中定义了第一范围。如果现在比如运行点处于所述第一范围内，那就通过所述校正调节器来扩大所述压缩机-旁通阀的开口并且减小所述涡轮机-旁通阀的开口。由所述校正调节器所计算的校正参量因此互相相反地影响所述两个调节参量。
本发明允许一种具有小型废气涡轮增压器连同小型涡轮机的单级增压方案。因为在差不多所有运行点中产生高达全负荷曲线的增压压力盈余，所以首先通过所述节流阀来节制所述增压压力盈余。由于所述压缩机上的高的压力比而不可能进行纯粹的节流阀-调节，因而通过所述压缩机-旁通阀和所述涡轮机-旁通阀来终止所述过剩的增压压力。由此才能避免低转速范围内的喘振和高转速范围内的压缩机的堵塞。因此，有利的是，用单级增压能够产生宽的压缩机特征场。
由于所述空气质量-调节，所述调节方法自动地正确地对环境条件的变化、像比如测地高度或者环境温度作出反应。应该强调仅仅特征场的小的数据配置开销。通过所述压缩机-位置调节器不仅利用所述压缩机-旁通阀而且利用所述涡轮机-旁通阀这种方式来保证持续的转换。
此外要正确地说明瞬态过程，从而比如在负荷接入时通过关闭所述压缩机-旁通阀和所述涡轮机-旁通阀这种方式来应对缺失的节流阀-储备。所述方法不仅能够用在柴油马达上而且能够用在燃气马达上。
附图说明
在附图中示出了一种优选的实施例。其中，
图1示出了系统图解；
图2示出了方框图；
图3示出了压缩机特征场；并且
图4示出了时间图表。
具体实施方式
图1示出了具有废气涡轮增压器2的内燃机1的简化的系统图解。所述废气涡轮增压器2包括压缩机3和涡轮机10。所述废气涡轮增压器2的进一步的构造和功能假设为已知。用于输送燃烧空气的空气路径包括压缩机3、增压空气冷却器4、节流阀5和处于所述内燃机1的气缸头中的进气阀6。所述空气路径通过具有压缩机-旁通阀8的压缩机-旁路7得到补充。通过所述压缩机-旁路7将增压空气从所述压缩机3的次级侧导回到所述压缩机3的初级侧。排气路径包括处于所述内燃机1的气缸头中的排气阀9以及所述涡轮机10。所述排气路径通过具有涡轮机-旁通阀12的涡轮机-旁路11得到补充。
通过电子的马达控制器13来控制并且调节所述内燃机1。作为所述电子的马达控制器13的输入信号来示出：所述压缩机3的初级侧的压力水平p1、所述压缩机3的次级侧上的空气质量mL、增压空气的压力水平p2、所述节流阀5的实际-节流阀值DK（IST）以及可选喷射器14中的燃料的压力水平pE。用附图标记EIN来表示另外的输入信号、比如马达转速。作为所述电子的马达控制器13的输出信号在图1中示出：用于对所述压缩机-旁通阀8进行操控的第一调节参量αVBP、用于对所述涡轮机-旁通阀12进行操控的第二调节参量αWG、用于对所述节流阀5进行操控的目标-节流阀值DK（SL）以及用于对所述喷射器14进行操控的信号ve、比如喷射开始或者喷射结束。通过所述第一调节参量αVBP来预先给定所述压缩机-旁通阀8的角度位置。通过所述第二调节参量αWG来预先给定所述涡轮机-旁通阀12的角度位置。如果取代阀而使用线性的调节机构，那么而后相应地不仅所述第一调节参量αVBP而且所述第二调节参量αWG都对应于调节行程。用附图标记AUS来表示另外的、用于对所述内燃机1进行控制和调节的输出信号、比如用于共轨系统中的抽吸式节流机构的调节信号。
图2示出了方框图，其中一个个方框代表着能执行的程序的程序部分。输入参量是目标-节流阀值DK（SL）、实际-节流阀值DK（IST）、目标-空气质量mL（SL）以及实际-空气质量mL（IST）。对于无节流阀控制的柴油马达来说，而后取代所述节流阀值而使用所述增压空气的压力水平p2的目标值和实际值。输出参量是用于对所述压缩机-旁通阀8进行操控的第一调节参量αVBP和用于对所述涡轮机-旁通阀12进行操控的第二调节参量αWG。在求和点15上从所述节流阀的目标-实际偏差中计算节流阀-调节偏差dDK。典型地具有PID-性能的压缩机-位置调节器16从所述节流阀-调节偏差dDK中计算第一角度值α1。在乘法点17上将所述第一角度值α1与第一校正参量KORR1相乘并且随后通过功能块18使其线性化。输出值而后对应于所述第一调节参量αVBP，用所述第一调节参量来操控所述压缩机-旁通阀8。所述压缩机-位置调节器16拥有用于所述第一角度值α1的第二信号路径。在乘法点19上将所述第一角度值α1与第二校正参量KORR2相乘并且随后通过功能块20使其线性化。输出值对应于所述第二调节参量αWG，用所述第二调节参量来操控所述涡轮机-旁通阀12。
在求和点21上从所述空气质量的目标-实际偏差中计算空气质量-调节偏差dmL。典型地具有PID-性能的校正调节器22而后从所述空气质量-调节偏差中计算第一校正参量KORR1。所述第一校正参量KORR1拥有处于零与一之间的值。所述第一校正参量KORR1以倍增的方式影响所述第一角度值α1（乘法点17）并且由此也确定所述第一调节参量αVBP。通过求差元件23，从所述第一校正参量KORR1中形成相对于一的差。输出值对应于所述第二校正参量KORR2，所述第二校正参量同样能够具有处于零与一之间的值。所述第二校正参量KORR2倍增地影响所述第一角度值α1并且由此确定所述第二调节参量αWG。通过所述求差元件23来引起以下结果，即：所述第一调节参量αVBP和所述第二调节参量αWG获得互相相反的作用。换句话说：如果比如朝打开方向向所述压缩机-旁通阀加荷（beaufschlagt），那就朝关闭方向来操纵所述涡轮机-旁通阀。
在图3中示出了压缩机特征场24。在横坐标上绘示出实际-空气质量mL（IST）并且在纵坐标上绘示出压缩比、也就是由所述压缩机的次级侧上的压力水平p2和所述压缩机的初级侧上的压力水平p1构成的商数。用阴影线示出了通过喘振极限27来限定的喘振范围。在允许的范围内、也就是在所述喘振范围之外绘入了效率恒定的区域（Felder）、附图标记eta1和eta2。通过这些效率区域来设置最佳的运行点的特征曲线KL。因此，比如具有值对mL1/Q1的运行点BP1处于这条特征曲线KL上。通过所述喘振极限和特征曲线KL来定义第一范围25。第二范围26朝更大的实际-空气质量值的方向处于所述特征曲线KL的右边。运行点BP2处于所述第一范围25内并且通过值对mL2/Q1来定义。在这种情况中，通过所述校正调节器朝打开方向来改变所述压缩机-旁通阀并且朝关闭方向改变所述涡轮机-旁通阀。作为结果，所述运行点BP2朝所述运行点BP1的方向变化。所述运行点BP3处于所述第二范围26内并且通过值对mL3/Q1来定义。在这种情况中，通过所述校正调节器朝关闭方向来改变所述压缩机-旁通阀并且朝打开方向来改变所述涡轮机-旁通阀。
在图4中示出了时间图表。在左边的纵坐标上绘示出以度数计的用于对所述压缩机-旁通阀进行操控的调节参量αVBP以及以百分比计的节流阀值。在右边的纵坐标上则绘示出用于对所述涡轮机-旁通阀进行操控的第二调节参量αWG。关于时间示出了以下信号：作为虚线的实际-节流阀值DK（IST）、作为实线的第一调节参量αVBP以及作为点划线的第二调节参量αWG。在所述时间图表中示出了三种不同的运行状态，也就是时间间隔t1-t3中的负荷接入、时间间隔t3-t5中的稳定（eingeschwungener）的状态以及时间间隔t5-t7中的负荷减少。在时刻t1开始负荷接入。节流阀调节机构以所述节流阀的完全的打开、大约80%的值对此作出反应，后面跟随着欠过冲量（Unterschwingen）。而后在时间间隔t2到t3中将所述节流阀调整到正确的目标值上。在时刻t2确定，所述压缩机特征场中的运行点处于第一范围内（图3：BP2）。因此，通过所述校正调节器来打开所述压缩机-旁通阀，也就是说，所述校正调节器一直对所述运行点进行校正，直至所述运行点处于最佳的运行点的特征曲线上。所述第一调节信号αVBP的曲线反映出这种事实情况。现在，在所示出的实施例中认为，自时刻t3起所述运行点处于所述压缩机特征场的第二范围内。所述校正调节器对此作出反应，方式是：从现在起通过所述第二调节参量αWG朝打开方向向所述涡轮机-旁通阀加荷并且通过所述第一调节参量αVBP朝关闭方向操纵所述压缩机-旁通阀。而后在时刻t4所述系统稳定。
在时刻t5触发负荷切断。因此在时刻t6完全关闭所述节流阀。因为从现在起所述运行点处于所述压缩机特征场的第一范围内，所以完全打开所述压缩机-旁通阀并且关闭所述涡轮机-旁通阀。在图表中相应地对此进行了标识。在时刻t7之后所述系统又处于稳定的状态中。
附图标记列表：
1 内燃机
2 废气涡轮增压器
3 压缩机
4 增压空气冷却器
5 节流阀
6 进气阀
7 压缩机-旁路
8 压缩机-旁通阀
9 排气阀
10 涡轮机
11 涡轮机-旁路
12 涡轮机-旁通阀
13 电子的马达控制器（ECU）
14 喷射器
15 求和点
16 压缩机-位置调节器
17 乘法点
18 功能块
19 乘法点
20 功能块
21 求和点
22 校正调节器
23 求差元件
24 压缩机特征场
25 第一范围（压缩机特征场）
26 第二范围（压缩机特征场）
27 喘振极限。

Claims (3)

1.用于增压的内燃机（1）的调节方法，所述内燃机（1）具有废气涡轮增压器（2），所述废气涡轮增压器包括压缩机（3）和涡轮机（10），其中根据节流阀-调节偏差（dDK）通过压缩机-位置调节器（16）在压缩机特征场（24）中调节压缩机（3）的运行点，方式是：通过所述压缩机-位置调节器（16）不仅计算用于对压缩机-旁通阀（8）进行操控的第一调节参量（αVBP）而且计算用于对涡轮机-旁通阀（12）进行操控的第二调节参量（αWG），并且其中根据空气质量-调节偏差（dmL）通过校正调节器（22）来校正所述压缩机（3）的运行点，方式是：通过所述校正调节器（22）不仅计算用于对所述第一调节参量（αVBP）进行校正的第一校正参量（KORR1）而且计算用于对所述第二调节参量（αWG）进行校正的第二校正参量（KORR2），从而通过所述校正调节器（22）在所述压缩机特征场（24）中将运行点调节到最佳的运行点的特征曲线（KL）上。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述特征曲线（KL）和喘振极限（27）来定义所述压缩机特征场（24）中的第一范围（25），并且对于处于所述第一范围（25）中的运行点来说通过所述校正调节器（22）扩大所述压缩机-旁通阀（8）的开口并且减小所述涡轮机-旁通阀（12）的开口。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，对于处于所述压缩机特征场（24）的第二范围（26）内的运行点来说通过所述校正调节器（22）减小所述压缩机-旁通阀（8）的开口并且扩大所述涡轮机-旁通阀（12）的开口。
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