CN110094261B - 用于对用于内燃机的压缩机进行调节的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对用于内燃机（100）的压缩机（102）进行调节的装置和方法，其中规定，检测至少一个实际参量，所述实际参量表示处于所述内燃机（100）的进气道（128）中的压缩机（102）的出口（124）上的空气柱的特性的特征，其中在比较中将所述实际参量与比较值进行比较，其中所述比较值表示用于所述空气柱的特性的极限的特征，其中根据所述比较的结果来确定目标参量，以用于朝所述比较值的方向或者相反方向来移动所述实际参量，并且其中根据所述目标参量来运行用于对所述实际参量产生影响的致动器（114）。

Description

用于对用于内燃机的压缩机进行调节的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于对用于内燃机的压缩机进行调节的装置和方法。

背景技术

DE 10 241 892 A1公开了一种用于运行内燃机的方法，所述内燃机在该内燃机的废气道中具有压缩机、尤其是涡轮增压器，对于所述方法来说能够实现对于所述压缩机的喘振极限（Pumpgrenze）的更新。在此，根据流经所述压缩机的质量流量借助于所述喘振极限对所述压缩机上面的压力比进行限制，以用于在用新鲜空气向所述内燃机增压时防止所述压缩机的喘振。

用喘振极限来表示所述压缩机的运行极限，对于所述运行极限来说通过所述压缩机进行的增压达到极限状态，也就是说出现所谓的喘振。用喘振来表示所述压缩机的一种运行状态，在这种运行状态中处于所述内燃机的进气道之间的所述压缩机的出口上的空气柱进行振荡。长此下去这会导致所述压缩机的毁坏。

发明内容

本发明的目的是，在对于所述增压来说最佳的范围内运行所述压缩机，其中避免压缩机喘振、也就是所述进气道中的空气柱的振荡。

这通过根据独立权利要求所述的一种方法和一种装置得到实现。

关于一种用于对用于内燃机的压缩机进行调节的方法而规定，检测至少一个实际参量，所述实际参量表示处于所述内燃机的进气道中的压缩机的出口上的空气柱的特性的特征，其中在比较中将所述实际参量与比较值进行比较，其中所述比较值表示用于所述实际参量的振荡的极限的特征，其中根据所述比较的结果来确定目标参量，以用于朝所述比较值的方向或者相反方向来移动所述实际参量，并且其中根据所述目标参量来运行用于对所述实际参量产生影响的致动器。由此实现一种调节策略，对于该调节策略来说在没有危急的喘振的情况下将所述压缩机的运行点调节到最佳的运行点。

有利地规定，所述实际参量表示增压压力、空气质量流量、所述压缩机的转速、所述压缩机的里面或者上面的或者所述进气道的里面或者上面的固体声、与所述压缩机相耦合的电机的电流消耗或者电流波动的特征。这些参量尤其能够很好地得到分析，以用于识别关于振荡的异常（Auffälligkeit）。

有利地规定，所述实际参量表示所述增压压力的特征，并且所述比较值表示用于增压压力的、尤其是处于5到50 Hz的范围内的振荡的极限值的特征，或者其中所述实际参量表示所述空气质量流量的特征，其中所述比较值表示用于所述空气质量流量的、尤其是处于5到50 Hz的范围内的振荡的极限值的特征。这是特别好的、用于对关于振荡的异常进行识别的状态参量。

有利地规定，所述实际参量表示所述压缩机的里面或者上面的或者所述进气道的里面或者上面的固体声的特征，并且所述比较值表示用于所述固体声、尤其是音强的极限值的特征。由此能够将随着所述实际参量的幅度的升高而出现的噪声升高用作关于振荡的异常的征兆（Anzeichen）。

有利地规定，所述固体声借助于麦克风或者借助于压力传感器来检测。由此能够特别容易地检测噪声升高。

有利地规定，所述实际参量表示所述压缩机的转速的特征，并且所述比较值表示用于转速的极限值、尤其是处于5到50 Hz的范围内的振荡的特征。通过对于所述转速的监控能够特别好地识别表示特征的振荡。

有利地规定，所述实际参量表示在电方面得到支持的废气涡轮增压器的电机的、尤其是处于5到50 Hz的范围内的电流消耗或者电流波动的特征，并且所述比较值表示用于尤其是处于5到50 Hz的范围内的电流消耗或者电流波动的极限值的特征。通过对于所述转速的监控能够特别好地识别表示特征的振荡。这种电流消耗对于其它目的、比如对于所述电机的电子换向来说本来就存在，通过对于这种电流消耗的监控同样能够特别好地识别表示特征的振荡。

有利地规定，根据特性曲线来确定第一目标参量，所述特性曲线为所述压缩机的入口与所述压缩机的出口之间的压力比、进气温度和所述压缩机的入口处的压力分配目标参量，其中确定适应于所述第一目标参量的实际参量，其中根据所述比较的结果来确定第二目标参量，直至所述实际参量达到所述比较值或者预先给定的围绕着所述比较值的范围。就这样使所述压缩机从通过所述特性曲线预先给定的运行点朝所述振荡极限处的运行点运动。这能够以理论上的最佳的运行点为出发点来达到实际的最佳的运行点。

有利地规定，如果所述实际参量对于第二目标参量来说至少暂时地达到所述比较值或者预先给定的围绕着所述比较值的范围，那就将这个第二目标参量连同所述压缩机的入口与所述压缩机的出口之间的而后存在的压力比、而后存在的进气温度以及所述压缩机的入口处的而后存在的压力存储在所述特性曲线中。这能够作为新的在理论上最佳的运行点来存储所达到的实际的最佳的运行点。由此对所述特性曲线进行适应处理（adaptieren）。

有利地规定，所述致动器是旁通阀，根据所述目标参量来运行所述旁通阀，其中如果所述实际参量以预先给定的第一数值为幅度超过所述比较值，那就根据所述目标参量来扩大所述旁通阀的目标-阀截面，并且其中如果所述实际参量以预先给定的第二数值为幅度低于所述比较值，那就根据所述目标参量来减小所述旁通阀的目标-阀截面。这能够尤其即使在没有设置能调节的压缩机的情况下也为具有能调节的旁通阀的压缩机设定实际的最佳的运行点。

有利地规定，所述致动器是所述压缩机的电机，根据所述目标参量来运行所述电机，其中如果所述实际参量以预先给定的第一数值为幅度超过所述比较值，那就根据所述目标参量来降低所述压缩机的目标转速，并且其中如果所述实际参量以预先给定的第二数值为幅度低于所述比较值，那就根据所述目标参量来增大所述压缩机的目标转速。这能够为具有能调节的电机的压缩机设定实际的最佳的运行点。

有利地规定，在所述内燃机的排气冲程的期间或者在所述内燃机的目标力矩的降低或者负荷下降或者驾驶员愿望的消退超过阈值时以电动的方式限制（drosseln）或者以发电机的方式约束（bremsen）用来驱动所述压缩机的转矩。由此在振荡极限处进行的运行中降低或者避免废气冲击，所述废气冲击在所述压缩机的涡轮机中导致转矩波动。在所述废气冲击的停顿期间，用相对于此提高的转距来运行所述压缩机，从而在目标状态中产生恒定的转速。

关于一种用于对用于内燃机的压缩机进行调节的装置而规定，所述装置包括处理器、存储器、用于关于实际参量的信息的输入端和用于以目标参量对所述内燃机的致动器进行操控的输出端，其中在所述存储器中存储了下述指示，在实施所述指示时通过所述处理器能够实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。

附图说明

另外的有利的设计方案从以下说明和附图中得出。在附图中示出：

图1示意性地示出了具有压缩机的内燃机的部件；

图2示出了用于对所述压缩机进行调节的方法中的步骤。

具体实施方式

图1示意性地示出了具有压缩机102的内燃机100的部件。在图1中也示意性地示出了用于对所述压缩机102进行调节的装置104。

所述装置104包括处理器106、存储器108、用于关于实际参量的信息的输入端110以及用于以目标参量对所述内燃机的致动器进行操控的输出端112。

所述致动器在所述实施例中是旁通阀114。作为替代方案或者补充方案，所述致动器也能够是用于驱动所述压缩机102的电机116。

所述压缩机102在所述实施例中是具有涡轮机118的废气涡轮增压器，所述涡轮机布置在所述内燃机100的废气道120中并且所述涡轮机被构造用于驱动所述压缩机102。

所述旁通阀114在与所述涡轮机118并联的情况下布置在所述废气道120中。所述旁通阀114具有能够通过所述目标参量经由所述输出端112来调节的阀截面。

所述实际参量表示空气柱122的特性的特征，所述空气柱122处于出口124处、在所述实施例中处于所述压缩机的出口124与所述内燃机100的进气道128中的节流阀126之间。

优选所述实际参量表示增压压力、空气质量流量、所述压缩机102的转速、所述压缩机102的里面或者上面的或者所述进气道128的里面或者上面的固体声的特征。

在所述实施例中由传感器130来检测所述实际参量并且将其传输给所述装置104、也就是所述输入端110。所述传感器130比如是增压压力传感器，所述增压压力传感器检测所述内燃机的增压压力。作为替代方案能够设置转速传感器，所述转速传感器检测所述压缩机的转速。作为替代方案，也能够借助于麦克风或者借助于对所述进气道中的声学上的振动进行检测的压力传感器来确定所述实际参量。

为了调节所述内燃机100，还设置了另外的传感器和执行器，所述传感器和执行器为简明起见而没有用图解示出。这些另外的传感器向所述装置104提供关于所述内燃机100的其它运行参量的实际状态的信息以及关于驾驶员愿望的信息。从中确定信号并且根据这些信号来操控对于所述内燃机100的运行来说所必需的执行器。

在实施例中，至少确定关于所述压缩机102的入口132与所述压缩机102的出口124之间的压力比的信息。此外，检测关于尤其所述压缩机102的入口132处的进气温度的信息以及关于所述压缩机的入口132处的压力的信息。

在存储器108中存储了下述指示，在实施所述指示时通过处理器106能够实施下面所描述的方法。

图2示出了用于对压缩机102进行调节的方法中的步骤。在所述内燃机100运行时实施所述方法。在所述实施例中，如果驾驶员要求所述内燃机100的相应的运行点，那就首先动用（zurückgreifen）来自特性曲线中的、所存在的与所述运行点相匹配的目标参量并且相应地调节所述运行点。对于在这个运行点中的稍许更长的停留时间来说，只要不能确定异常，那就朝振荡极限的方向如此移动所述运行点，其方法是，继续关闭所述旁通阀114，直至出现异常。

如果自发地显示出异常，那就比如继续打开所述旁通阀，直至所述异常足够消退。一旦到达稳定的点，那就可选地根据这个点的运行情况将这个点存储在一条或者多条特性曲线中。作为异常尤其检查是否在实际参量中出现下述振荡，所述振荡暗示所述空气柱的振荡。

在步骤202中在开始之后检测驾驶员愿望、比如行驶踏板的位置并且据此确定用于所述内燃机100的运行点。

随后在步骤204中根据特性曲线来确定用于所述致动器、在所述实施例中也就是所述旁通阀114的第一目标参量，所述特性曲线为所述压缩机102的入口132与所述压缩机102的出口124之间的压力比、所述进气温度以及所述压缩机102的入口132处的压力分配目标参量。

随后在步骤206中操控所述内燃机100和所述旁通阀114，以用于调节所述运行点。所述旁通阀114用所述第一目标参量来操控。其它的用于所述内燃机100的操控参量比如从特性曲线中确定。

随后在步骤208中确定适应于所述第一目标参量的实际参量，所述实际参量能够表示所述增压压力、所述空气质量流量、所述压缩机的转速、所述压缩机的里面或者上面的或者所述进气道的里面或者上面的固体声的特征。所述实际参量在所述实施例中表示所述增压压力的特征。所述增压压力由所述传感器130来检测。

随后在步骤210中在比较中将所述实际参量与比较值进行比较。所述比较值表示用于所述实际参量的振荡的极限的特征。在比较中检查，所述实际参量是否达到所述比较值或者预先给定的、围绕着所述比较值的范围。所述比较值在所述实施例中表示用于所述增压压力的、尤其是具有5到50 Hz的振荡的目标值的特征。

如果出现5到50 Hz的振荡，那就在振荡极限处运行所述压缩机。如果所述实际参量表示所述空气质量流量的特征，那么所述比较值就表示用于所述空气质量流量的、尤其是具有5到50 Hz的振荡的目标值的特征。

如果所述实际参量表示所述压缩机102的里面或者上面的或者所述进气道128的里面或者上面的固体声的特征，所述比较值表示用于所述固体声、尤其是音强，也就是所述振荡的幅度的目标值的特征。在这种实施例中，所述音强达到所述目标值，如果通过振荡引起的噪声生成变得太大。为此，借助于所述麦克风或者借助于所述压力传感器来检测所述固体声。如果从所述稳定的无振荡的运行接近所述振荡极限，那么所述噪声就首先显著地升高。在这里首先在所述增压压力中、所述空气质量流量中以及所述转速中缺少异常。噪声升高由此能够实现提早的调节。在进一步接近所述振荡极限时，在所述增压压力中并且在所述空气质量流量和所述转速中产生异常。

如果所述实际参量表示所述压缩机的转速的特征，那么所述比较值就表示用于所述转速的目标值、尤其是处于5到50 Hz或者更小的范围内的振荡的特征。由此能够识别所述进气道128中的、处于低的5到50 Hz范围内的振荡。

具有显著的振荡的持续的运行务必加以避免，因为这会导致所述废气涡轮增压器，比如轴向轴承、压缩机叶轮处的损坏。而具有稍许得到提高的、接近于喘振极限的噪声的运行则能够被接受。如果所述实际参量已经达到所述比较值或者所述预先给定的、围绕着所述比较值的范围，则出现这种情况。

如果所述实际参量已经达到所述比较值或者所述预先给定的围绕着比较值的范围，那就实施步骤212。否则就实施步骤214。

在步骤212中用所述第一目标参量来操控所述旁通阀114。

随后实施所述步骤202。

在步骤214中确定第二目标参量。在所述实施例中根据所述目标参量来运行所述旁通阀114。在此，如果所述实际参量以预先给定的第一数值为幅度超过所述比较值，那就根据所述目标参量来扩大所述旁通阀114的目标-阀截面。在此，如果所述实际参量以预先给定的第二数值为幅度低于所述比较值，那就根据所述目标参量来减小所述旁通阀114的目标-阀截面。

根据所述比较的结果确定所述第二目标参量，以用于将所述实际参量朝所述比较值的方向移动。

随后实施步骤216。

在所述步骤216中用所述第二目标参量来操控所述旁通阀114。

随后实施所述步骤202。如果在所述步骤202中确定同一个运行点，那么所述第二目标参量就在此在所述步骤204中取代所述第一目标参量。否则就为新的运行点重新确定所述第一目标参量。

就这样根据所述目标参量作为用于影响所述实际参量的致动器来运行所述旁通阀114。也能够取代所述旁通阀114而设置对于所述压缩机102的转速的影响。所述致动器在这种情况下是所述压缩机102的电机116，根据所述目标参量来运行所述电机。在此，如果所述实际参量以预先给定的数值为幅度超过所述比较值，那就根据所述目标参量来降低所述压缩机102的目标转速。在此，如果所述实际参量以预先给定的数值为幅度低于所述比较值，那就根据所述目标参量来增大所述压缩机102的目标转速。

可选能够规定，检查所述实际参量对于第二目标参量来说是否至少暂时达到了所述比较值或者预先给定的围绕着所述比较值的范围。如果是这种情况，那就能够规定，将这个第二目标参量连同所述压缩机的入口与所述压缩机的出口之间的而后存在的压力比、而后存在的进气温度以及所述压缩机的入口处的而后存在的压力存储在所述特性曲线中。

可选能够规定，在所述内燃机100的排气冲程的期间或者在所述内燃机100的目标力矩的降低超过阈值时以电动的方式限制或者以发电机的方式约束用来驱动所述压缩机102的转矩。在旁通系统不存在时，也就是说在取消旁通阀114时或者在所述旁通阀114不能调节时，能够用废气涡轮增压器的电机116进行类似的调节。也就是说，取代所述旁通阀114的打开使得所述电机116的转矩降低并且取代所述旁通阀114的关闭使得所述电机116的转矩升高。

在例外情况中压缩机特性曲线中的振荡极限随着所述废气涡轮增压器的转速的升高而部分地变得更加有利，在所述例外情况中能够进行颠倒的策略。

除此以外，也能够将另外的致动器加入到调节方案中，比如：可变的旋流装置、可变的扩散器或者所述压缩机102的可变的修整器（Trim）。

在此，在达到所述振荡极限时如此调整这些致动器，从而刚好就这样避免振荡，或者使得效率变得最佳。

同时，只要驾驶员的运行点愿望要求这样，就能够以更高的水平给电动马达116通电并且/或者能够将旁通质量流量降低到最低限度。

在具有所加载的增压压力的情况中，在存在比如以驾驶员愿望突然消退的形式出现的自发的负荷下降时能够主动地以发电机的方式约束地使用所述电机116，以用于避免或者至少降低由于节流阀126的关闭所引起的振荡。

在具有所加载的增压压力的情况中，在存在比如以驾驶员愿望突然消退的形式出现的自发的负荷下降时能够主动地以发电机的方式约束地使用所述电机116，以用于避免或者至少降低由于节流阀126的关闭所引起的振荡。

这一点通过在旁通阀关闭时用最大的功率进行的根据发电机方式的约束来实现，从而尽快地并且用尽可能高的再生效率来达到压缩机的目标转速。

如果在此感测参量超过极限值，那就至少在紧随此后的动态-情况中稍许打开所述旁通阀，直至达到了所述感测参量的极限值。在作为替代方案的调节器方案中，也与前面所描述的处理方式相类似地动态地在静态的或者准静态的情况中进行处理。

用于与所述感测参量进行比较的极限值可能在动态的和静态的运行中不同。

Claims (17)

1.用于对用于内燃机（100）的压缩机（102）进行调节的方法，其特征在于，检测（208）至少一个实际参量，所述实际参量表示处于所述内燃机（100）的进气道（128）中的压缩机（102）的出口（124）上的空气柱的特性的特征，其中在比较中将所述实际参量与比较值进行比较（210），其中所述比较值表示用于所述实际参量的振荡的极限的特征，其中根据所述比较的结果来确定（214）目标参量，以用于朝所述比较值的方向或者相反方向来移动所述实际参量，并且其中根据所述目标参量来运行（216）用于对所述实际参量产生影响的致动器（114），并且其中所述致动器是旁通阀（114），根据所述目标参量来运行所述旁通阀，其中如果所述实际参量以预先给定的第一数值为幅度超过所述比较值，那就根据所述目标参量来扩大所述旁通阀的目标-阀截面，并且其中如果所述实际参量以预先给定的第二数值为幅度低于所述比较值，那就根据所述目标参量来减小所述旁通阀的目标-阀截面。

2.用于对用于内燃机（100）的压缩机（102）进行调节的方法，其特征在于，检测（208）至少一个实际参量，所述实际参量表示处于所述内燃机（100）的进气道（128）中的压缩机（102）的出口（124）上的空气柱的特性的特征，其中在比较中将所述实际参量与比较值进行比较（210），其中所述比较值表示用于所述实际参量的振荡的极限的特征，其中根据所述比较的结果来确定（214）目标参量，以用于朝所述比较值的方向或者相反方向来移动所述实际参量，并且其中根据所述目标参量来运行（216）用于对所述实际参量产生影响的致动器（114），并且其中所述致动器是所述压缩机的电机（116），根据所述目标参量来运行所述电机，其中如果所述实际参量以预先给定的第一数值为幅度超过所述比较值，那就根据所述目标参量来减小所述压缩机（102）的目标转速，并且其中如果所述实际参量以预先给定的第二数值为幅度低于所述比较值，那就根据所述目标参量来增大所述压缩机（102）的目标转速。

3.用于对用于内燃机（100）的压缩机（102）进行调节的方法，其特征在于，检测（208）至少一个实际参量，所述实际参量表示处于所述内燃机（100）的进气道（128）中的压缩机（102）的出口（124）上的空气柱的特性的特征，其中在比较中将所述实际参量与比较值进行比较（210），其中所述比较值表示用于所述实际参量的振荡的极限的特征，其中根据所述比较的结果来确定（214）目标参量，以用于朝所述比较值的方向或者相反方向来移动所述实际参量，并且其中根据所述目标参量来运行（216）用于对所述实际参量产生影响的致动器（114），并且其中在所述内燃机（100）的排气冲程的期间或者在所述内燃机（100）的目标力矩的降低或者负荷下降或者驾驶员愿望的消退超过阈值时以电动的方式限制或者以发电机的方式约束用来驱动所述压缩机（102）的转矩。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述实际参量表示增压压力、空气质量流量、所述压缩机（102）的转速、所述压缩机（102）的里面或者上面的或者所述进气道（128）的里面或者上面的固体声、与所述压缩机（122）耦合的电机的电流消耗或者电流波动的特征。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述实际参量表示所述增压压力的特征并且所述比较值表示用于所述增压压力的振荡的目标值的特征，或者其中所述实际参量表示所述空气质量流量的特征，其中所述比较值表示用于所述空气质量流量的振荡的目标值的特征。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述比较值表示用于所述增压压力的处于5到50 Hz的范围内的振荡的目标值的特征。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述比较值表示用于所述空气质量流量的处于5到50 Hz的范围内的振荡的目标值的特征。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述实际参量表示所述压缩机（102）的里面或者上面的或者所述进气道的里面或者上面的固体声的特征，并且所述比较值表示用于所述固体声的目标值的特征。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述比较值表示用于音强的目标值的特征。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述固体声借助于麦克风或者借助于压力传感器来检测。

11.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述实际参量表示所述压缩机（102）的转速的特征，并且所述比较值表示用于转速的目标值的振荡的特征。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述比较值表示用于转速的目标值的处于5到50 Hz或者更少的范围内的振荡的特征。

13.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述实际参量表示在电方面得到支持的废气涡轮增压器的电机的电流消耗或者电流波动的特征，并且所述比较值表示用于电流消耗或者电流波动的极限值的特征。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述实际参量表示在电方面得到支持的废气涡轮增压器的电机的处于5到50 Hz的范围内的电流消耗或者电流波动的特征，并且所述比较值表示用于处于5到50 Hz的范围内的电流消耗或者电流波动的极限值的特征。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据特性曲线来确定（204）第一目标参量，所述特性曲线为所述压缩机的入口与所述压缩机的出口（124）之间的压力比和所述压缩机的通过量分配目标参量，其中确定（208）适应于所述第一目标参量的实际参量，其中根据所述比较的结果来确定（214）第二目标参量，直至所述实际参量达到所述比较值或者预先给定的围绕着所述比较值的范围。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，如果所述实际参量对于第二目标参量来说至少暂时地达到所述比较值或者预先给定的围绕着所述比较值的范围，那就将这个第二目标参量连同所述压缩机的入口与所述压缩机的出口（124）之间的而后存在的压力比、而后存在的进气温度以及所述压缩机的入口处的而后存在的压力存储在所述特性曲线中。

17.用于对用于内燃机（100）的压缩机（102）进行调节的装置（104），其特征在于，所述装置（104）包括处理器（106）、存储器（108）、用于关于实际参量的信息的输入端（110）和用于以目标参量对所述内燃机（100）的致动器（114）进行操控的输出端（112），其中在所述存储器（108）中存储了下述指示，在实施所述指示时通过所述处理器（106）能够实施根据权利要求1至16中任一项所述的方法。

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