CN110714844A - 用于控制增压系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制增压系统的方法，具体而言涉及用于控制用于内燃机的带有增压级的增压系统的方法，其中增压级包括压缩机和涡轮且涡轮可借助于VTG操控器调整，其中方法包括：探测运行状态理论参量；通过提高增压压力调整最大VTG调整标准用于实现转矩提高，其中调整最大VTG调整标准包括：获取理论增压压力；取决于理论增压压力获取VTG理论状态；获取实际废气背压；获取最大废气背压；在考虑在实际废气背压和最大废气背压之间的差下确定VTG调整标准，其中VTG调整标准如此限制VTG理论状态，使得相对于在不考虑VTG调整标准下实际增压压力对于理论增压压力的匹配，实现实际增压压力对于理论增压压力的加速匹配。

Description

用于控制增压系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制用于内燃机的增压系统的方法和控制器。
背景技术
通常，已知用于尤其在机动车领域中的内燃机的增压系统，以便于提高在内燃机的气缸中的增压压力，从而更多且更高的压缩空气供提高的燃料量的燃烧使用且如此实现内燃机(VKM)的功率提升。
为了提高增压压力，例如已知涡轮增压器和压缩机。涡轮增压器包括压缩机且其可或者设有机械地与压缩机(例如电动机)耦联的专门的驱动器，或者其机械地与以VKM的废气驱动的涡轮耦联。
这样的涡轮增压器在此期间是在机动车领域中的最广泛地传播的解决方案，以便提高增压压力。现代的废气涡轮增压器为了改善的功率控制装备有旁路阀、也称为“废气门(Waste Gate)”，且/或装备有可变的涡轮几何形状，其具有可调整的固定的导引叶片，利用其有效的流动横截面可降低或扩展。在调整导引叶片的攻角的情形中，气体通量可变化。典型地，导引叶片的攻角如此调节或控制，以至于在小气体通量和高功率需求的情形中涡轮增压器的功率通过降低流动横截面提高且在高气体通量和低功率需求的情形中通过增大流动横截面降低。因此，最终可提高或降低增压压力，利用其空气为了燃烧移动到气缸中。该增压压力是用于内燃机的可调取的功率潜力的决定性的因素。
从文件DE 10 2008 005 121 A1已知一种方法，在其中可变的涡轮几何形状(VTG；可调整的导引叶片)如此调整，以至于涡轮提供预设的通量。
从文件EP 1 178 192 A2中也已知，VTG取决于内燃机(例如柴油发动机)的其它的运行参数来控制。这样的参数可为转速、油耗或冷却水温度或其它的参量。文件DE 10 2008063 935 A1涉及一种方法，在其中对于瞬时的运行状态(主动的负荷跳跃)而言，用于增压压力和废气背压的预测的值与相应的理论值相比较且计算从属的缓冲脉冲，其得出初始缓冲脉冲，从其中获取用于调整VTG的操控信号(预控制占空比)。
从文件DE 10 2014 210 026 A1也已知，增压系统取决于理论增压压力和获取的增压压力构造匹配来控制。用于借助于调整涡轮几何形状(在此：转动叶片)将实际增压压力匹配于理论增压压力的另一方法从文件DE 10 2008 005 121 A1中已知。因此应阻止效率偏差。
在已知的解决方案中然而可出现如下问题，即，开动性能不可最优地调整。在该已知的解决方案中，使用涡轮调整机构(废气门阀和/或VTG)的操控，而对于在废气侧上(在涡轮前和后)的获取部分而言仅使用理论状态参量。该参量然而也可对于有效的发动机力矩或可用的功率的形成而言由于增压变换损失为重要的。
发明内容
即使从现有技术中基本上已知用于调整增压系统的方法和控制系统，本发明的任务也是，提供用于控制这样的增压系统的改善的方法和用于控制这样的增压系统的相应的控制器供使用。该任务通过根据权利要求1所述的根据本发明的方法、根据权利要求13所述的控制器、根据权利要求14所述的内燃机和根据权利要求15所述的机动车来解决。
根据第一方面，本发明呈现一种用于控制用于内燃机的带有增压级的增压系统的方法，其中增压级包括压缩机和涡轮且涡轮可借助于压力操控、尤其VTG操控调整，且方法包括：
-探测运行状态理论参量(
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
)
- 通过提高增压压力(
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
)调整最大VTG调整标准(
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
)用于实现转矩提高，其中调整所述最大VTG调整标准(
Figure 599941DEST_PATH_IMAGE003
)包括：
- 获取理论增压压力(
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
)
- 取决于理论增压压力(
Figure 48240DEST_PATH_IMAGE004
)获取VTG理论状态(Sollstellung，有时称为理论位置)(
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
)
- 获取实际废气背压(
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
)
- 获取最大废气背压(
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
)
- 在考虑在实际废气背压(
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
)和最大废气背压(
Figure 873983DEST_PATH_IMAGE007
)之间的差的情况下确定VTG调整标准(
Figure 65930DEST_PATH_IMAGE003
)，其中
- VTG调整标准()如此限制VTG理论状态(
Figure 233923DEST_PATH_IMAGE005
)，使得相对于在不考虑VTG调整标准(
Figure 235377DEST_PATH_IMAGE003
)的情况下实际增压压力(
Figure 231015DEST_PATH_IMAGE002
)对于理论增压压力(
Figure 634314DEST_PATH_IMAGE002
)的匹配，实现实际增压压力(
Figure 175148DEST_PATH_IMAGE002
)对于理论增压压力(
Figure 991794DEST_PATH_IMAGE004
)的加速的匹配。
根据第二方面，本发明提供一种用于针对内燃机的增压系统的控制器，其中控制器设立用于实施根据第一方面的方法。
根据第三方面，本发明提供一种带有具有增压级的增压系统的内燃机，其中增压级具有压缩机和驱动器，且带有根据第二方面的控制器。
根据第四方面，本发明提供一种带有根据第三方面的内燃机的机动车。
本发明的另外的有利的设计方案从从属权利要求和本发明的优选的实施例的随后的描述中得出。
如开头提及的那样已知增压系统，尤其带有具有可变的涡轮几何形状(VTG)和/或具有废气门(至少一个旁路阀)的废气涡轮增压器。废气涡轮增压器的导引叶片可典型地以不同的速度改变。这意味着，当提供的增压压力应强烈地提高时，流动速度快速提高，以便例如使功率或转矩要求的跳跃(明显的加速期望)符合于内燃机。
在此已示出，导引叶片的强烈的(快速的)拉紧典型地同样导致高废气背压且因此导致增压变换损失，这又反作用于内燃机的有效的力矩构造。该关系可通过以下方式解释，即，有效的发动机力矩对于在车轮处的驱动力(且因此机动车的加速)而言是决定性的。有效的发动机力矩相应于在内部的发动机力矩和损失力矩之间的差。损失力矩包括增压变换损失、副机组消耗和摩擦。
在此，增压变换损失近似成比例于在离开侧处的废气背压和在机组的进入侧处的增压压力之间的扫气落差(Spülgefälle，有时称为扫气压差)(压力差)。这基于考虑真实的内燃机的循环过程来获取。
为了提高有效的发动机力矩或车辆加速度，两个部分处于安排，其可经由VTG位置的调整来影响：
- 在新鲜空气侧(在将新鲜空气供应到气缸中的情形中)，可实现快速的或高的增压压力构造。因此，可在更早的时间点释放提高的燃料喷入量。这导致内部的力矩的更快速的或更高的构造(由于在气缸中的燃烧的转矩)。
- 在废气侧，可降低或影响增压变换损失，通过VTG位置的走向共同决定废气背压的走向(例如通过废气背压的更低的构造)。
令人惊讶地已示出，VTG的长的且更强的闭合(最小的横截面积的降低，也就是说降低的所谓的最小流)虽然促使废气背压的更强的或更快速的构造。在此，然而对于增压压力走向(在新鲜空气侧)和车辆加速度的影响是相对低的。这对此意味着，废气背压构造的能量仅可非常限制地实现(umsetzen，有时称为转化)为提高的增压机转速和因此提高的增压压力构造。这通过涡轮增压器的效率特征来决定。在本发明中追求的方式处于损失力矩的限制中，更确切地说通过废气背压的限制。因此，优化增压压力的构造且因此更快地提高有效力矩。
用于限制废气背压的废气涡轮增压器几何形状(VTG)的根据本发明的调整部分地降低在涡轮前的不可使用的焓。该效应在使用带有降低的最小质量流(最小流)的废气涡轮增压器的情形中是特别明显的。通过降低焓，同时更快速地实现增压压力构造。废气背压的限制有利于两个期望的效应：
- 更快速的增压压力构造和因此内部的发动机力矩的更快速的构造(通过更高的喷入量)和
- 通过限制废气背压的更低的增压变换损失。
因此，车辆的有效力矩和对于加速而言重要的车轮加速力矩相比于传统的操控功能性提高。
根据本发明这通过以下方式解决，首先探测运行状态理论参量，在此可例如为理论转矩或同样所谓的驾驶员期望(全负荷要求)，其通过操纵油门给出到车辆控制器处。通过调整可调整的涡轮几何形状的调整标准(VTG-调整标准)，实现增压压力的提高以用于实现提高期望的转矩。
概念控制、调整、操控、控制、调节结合本发明不仅包括在基本的意义中的控制器(不带有反馈)而且包括调节器(带有一个或多个调节回路)。
用于借助于该最大的VTG调整标准调整或调准废气背压的步骤尤其包括如下：
首先，(例如从综合特性曲线)获取理论增压压力，其适合于或优化用于力求的加速度、期望的(全)负荷状态或力求的转矩增长。取决于此，可获取VTG理论状态，在其调整中然而通过过高的废气背压可产生在涡轮前的不期望的焓堵塞。为了限制该理论状态因此设置成：
实际废气背压的获取(通过测量、模型化、计算等)和最大的废气背压的获取。为了确定VTG调整标准，考虑在实际废气背压和最大的废气背压之间的差。基于此，获取最大的VTG调整标准，其如此限制已经存在的VTG理论状态，使得相对于在不考虑最大的VTG调整标准的情况下实际增压压力匹配于理论增压压力，实现增压压力加速匹配于理论增压压力。因此，在涡轮前的不期望的上面描述的焓堵塞可通过废气背压的合适的调整来阻止。通过经由确定合适的最大的VTG调整标准限制废气背压，除了有效力矩优化也可实现废气背压的统一的限制，其用于降低关于其最小流值的废气涡轮增压器的构件偏差。废气背压的限制也用于在废气歧管后或中的构件的构件保护。
因为经由废气背压也影响在气缸中的扫气落差，如此也可调节在气缸中的剩余气体部分(Restgasanteil，有时称为剩余气体份额)。因此可适宜地影响在柴油发动机的情形中的排放。在汽油发动机的情形中，燃烧条件可通过在气缸中的剩余气体部分的限制来确保。尤其，然而如此可实现改善的、平稳的、但是尽管如此迅速的力矩构造。避免力矩猛地一动或力矩跳跃，其可通过累积的废气焓到涡轮叶轮上的突然的传递出现。
存在如下实施方案，在其中最大的废气背压的获取进一步包括如下：在考虑运行状态参量(例如发动机转速)和运行状态理论参量(例如发动机理论转矩)以及周围环境压力的情况下的第一最大废气背压的参数化、在考虑运行状态参量和理论增压压力和实际增压压力之间的差的情况下的第二最大废气背压的参数化。最大的废气背压然后作为第一最大废气背压和第二最大废气背压的最小值来确定。在参数化第二最大废气背压的情形中的特点在于，增压压力实际值添加至相应的参数化的值，其取决于理论增压压力和实际增压压力之间的差以及运行状态参量来获取。
在此存在如下方法，在其中实际增压压力和/或实际废气背压借助于传感器确定或备选地是模型化的值，其由相应的运行状态参量可模型化、可计算或在合适的综合特性曲线中存储。
在如下方法中，在其中第二最大废气背压的参数化在考虑扫气落差的情况下实现，可在调整最大废气背压的情形中同样遵循允许的扫气落差。
在此存在如下方法，在其中扫气落差借助于综合特性曲线确定。这允许扫气落差的特别简单的取决于运行状态的确定。
通过如下方法，在其中VTG调整标准的确定在考虑最大废气背压改变的情况下实现，可进一步改善调整质量、尤其调节质量。因此连带考虑待调整的废气背压的调整速度，从而可优化其匹配。
在如下方法中，在其中最大废气背压改变从运行状态参量、尤其转速和运行状态理论参量、尤其理论转矩或负荷状态的参数化中确定，且其然后相应于实际废气背压和最大废气背压之间的差来加权(gewichten，有时称为衡量)，可进一步精细化该方法。
另一精细化通过以下方式实现，为了确定最大废气背压改变考虑校准因子，其由实际废气背压和最大废气背压之间的差来参数化(例如经由综合特性曲线、模型化或计算方法)。
因此，尤其可经由比例调节器(P调节器)实现的调整可装备有所谓的增益调度(Gain-Scheduling)。因此能够实现如下参数化，在其中闭合的调节回路的与其相关的调准速度和增强取决于发动机理论转矩(运行状态理论参量)和转速(运行状态参量)来调整。利用相应的调节偏差(在最大允许的废气背压和实际废气背压之间的差)实现加权(Gewichtung，有时称为衡量)。该方法也称为“增益调度”。
VTG调整标准的可靠的获取在考虑如下关系的情况下实现
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
对于其适用
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
连同
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
因此，可实现输入-输出线性化，其允许，从废气背压的最大允许的时间上的改变借助于调节段(Regelstrecke，有时称为受控系统)的回引的状态参量(如例如在增压器前和后的温度
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
,
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，在涡轮前和后的温度
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE023
,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
，在涡轮前和后的实际压力
Figure 625077DEST_PATH_IMAGE008
, ，实际VTG位置)确定VTG调整标准。
上面说明的计算关系的推导如下得出：
为了推导调整规则，根据[1] Schollmeyer, Beitrag zur modellbasierten Ladedruckregelung für Pkw-Dieselmotoren采用用于描述废气背压的节流方程(方程1)且根据[2] Isidori, Nonlinear Control Systems, 1995应用输入/输出线性化(E/A线性化)的方法。
Figure DEST_PATH_IMAGE027
(1)
废气背压
Figure 391356DEST_PATH_IMAGE008
取决于参量流量因子
Figure DEST_PATH_IMAGE028
、有效面积
Figure DEST_PATH_IMAGE029
、在涡轮前的温度
Figure 898561DEST_PATH_IMAGE023
、涡轮质量流
Figure DEST_PATH_IMAGE030
以及在涡轮之后的压力，其又取决于时间且在控制器中作为模型或传感器参量存在。根式项的情况区别按照[1]根据标准
Figure DEST_PATH_IMAGE031
实现。如果假设
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为正值，则添加根式项，如果其假设为负的，则其被减去。
参量
Figure 987794DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 57381DEST_PATH_IMAGE028
分别非线性地取决于调整器位置
Figure DEST_PATH_IMAGE033
，从而其形式上在不使用寻找或优化方法的情况下不可实现，对于废气背压达到调整器位置。通过使用E/A线性化可解决该问题。
如E/A线性化的示意图规定的，该方程对于ρ3而言此时如此长地在如下时间后求导，直到调整参量(VTG位置)进入仿射地(eingangsaffin)出现。
对此，附加地可变涡轮几何形状(VTG)的(位置调节的)调整器特性作为PT1特性根据方程2来模型化。
Figure DEST_PATH_IMAGE035
(2)
参量
Figure DEST_PATH_IMAGE037
在此是Vtg的寻找的调整器位置。
对于废气背压
Figure DEST_PATH_IMAGE038
的第一时间上的求导得出方程3，其含有时间上的调整参量改变
Figure DEST_PATH_IMAGE039
。
Figure DEST_PATH_IMAGE041
(3)
此时，来自方程2的
Figure 927248DEST_PATH_IMAGE039
可在方程3中使用，从而得出方程4。识别出，废气背压的时间上的改变可关联有所需的调整器位置。在限制调节的范畴中，该参量可作为相应于允许的最大的理论VTG位置的废气背压的允许的最大的改变来解释。
Figure DEST_PATH_IMAGE043
(4)
在此变得明显的是，寻找的调整参量在
Figure 21817DEST_PATH_IMAGE008
的第一求导中线性地出现，微分级别是
Figure DEST_PATH_IMAGE044
且不需要的是，形成
Figure 324622DEST_PATH_IMAGE008
状态方程的时间上的求导。通过微分，
Figure 71998DEST_PATH_IMAGE028
和的调整部分可加在一起成共同有效的调整部分。
从方程4中在存在部分求导的情形中此时所需的(在局部的(hiesig，有时称为本地的)情况中)最大的调整参量u对于(在此最大允许的)废气背压改变
Figure 485662DEST_PATH_IMAGE038
可借助于简单的项转换来获取，这引导到方程5上。如之前描述的，
Figure 572567DEST_PATH_IMAGE038
相应于上级的P调节器的输出参量，从而作为调整规则得出如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
(5)
如果在限制调节的本任务下解释该方程，则涉及的参量
Figure 797006DEST_PATH_IMAGE038
和
Figure 828416DEST_PATH_IMAGE037
设有最大标记。此外，通过乘出(Ausmultiplizieren)每个状态求导，位置改变部分Δ
Figure 295038DEST_PATH_IMAGE037
作为对于实际位置
Figure 502028DEST_PATH_IMAGE033
的偏差来限定，由此干扰部分和其对于位置改变的影响相比在传统的调节方式中可更明显地识别。由此得出来自方程6的紧凑的呈现。
Figure DEST_PATH_IMAGE049
(6)
在此，根据方程组7，在同时使用比例调节器(带有其增强
Figure DEST_PATH_IMAGE050
)在引回实际废气背压
Figure 146636DEST_PATH_IMAGE008
的情形中得出Δ参量的关联。
Figure DEST_PATH_IMAGE052
(7)
连同
Figure DEST_PATH_IMAGE054
最终，通过使用P调节器以用于形成最大允许的废气背压改变来闭合调节回路。其它的状态参量的时间上的求导可或者经由借助于微分商的近似计算和其过滤或使用DT1划分实现，或者借助于在每个时间步骤中在状态观察器的范畴中计算第一级别的状态微分方程。由在控制器中存在的状态参量供应的DT1划分的使用在局部的使用情况中证实为可应用的和足够的以用于状态参量的时间上的求导的近似。
随后，为了完整性的目的，呈现了部分的求导，其在每个时间步骤中由在控制器中存在的时间变量的状态参量计算。
稳态(Stationär，有时称为静态)p3方程的部分求导
废气背压的稳态状态方程
Figure DEST_PATH_IMAGE056
部分求导
是应选择正的根式项还是选择负的根式项，取决于项
Figure DEST_PATH_IMAGE057
。如果
Figure 702700DEST_PATH_IMAGE032
是正的，添加根式项，如果
Figure 560934DEST_PATH_IMAGE032
是负的，根式项被减去。与之相应地，在下面分别进行情况区别。
根据
Figure 579706DEST_PATH_IMAGE033
的部分求导
Figure DEST_PATH_IMAGE059
根据
Figure 775588DEST_PATH_IMAGE025
的部分求导
Figure DEST_PATH_IMAGE061
根据
Figure 334746DEST_PATH_IMAGE023
的部分求导
Figure DEST_PATH_IMAGE063
根据的部分求导
Figure DEST_PATH_IMAGE065
在如下方法中，在其中运行状态参量是发动机转速且运行状态参量是发动机理论力矩，期望的调整/调节可以以特别简单地可获取的或可求导的状态参量来执行。
在如下方法中，在其中废气背压的确定经由调节技术上实现的输入/输出线性化实现，其尤其考虑下面的参量(如例如在涡轮后的温度、在涡轮前的实际压力
Figure 668141DEST_PATH_IMAGE008
、废气质量流)(在其中回引这些参量)，外源性影响参量可在调节的模型部分中被考虑且干扰可通过改变的环境条件如周围环境温度和周围环境压力简单地补偿。
由此，应用耗费相对于其它的解决方案可降低。此外，涡轮侧的节流部位的非线性化名义上被补偿，从而参数化可借助于简单的P调节器实现。利用该线性化部分或线性化方法补偿调节段的非线性化。
对于线性化，如上面呈现的，时间上的废气背压改变的状态方程被求导直到达到相对的级或调整参量，从而可形成模型反演，在其中VTG调整标准(最大允许的VTG位置)取决于废气背压的最大允许的改变来获取。结合线性的P调节器，其计算或评估在可参数化的最大的废气背压和废气背压的实际模型或测量值之间的调节偏差且如此给出废气背压的每时间步骤最大允许的时间上的改变，对于在P调节器的恒定的参数化的情形中的限制的情况得出第一级别的线性的延缓特性。
一些实施例涉及用于针对内燃机的增压系统的控制器，其中控制器设立用于实施上面描述的方法。控制器可具有处理器和储存器，在其中方法和相应的特性线、综合特性曲线、模型、计算程序或类似物被储存。控制器可例如构造为发动机控制器。
一些实施例涉及带有如上面描述的增压系统和控制器的内燃机。
一些实施例也涉及带有这样的内燃机的机动车。
附图说明
此时示例性地且参考附图描述本发明的实施例。其中：
图1示意性地示出了带有增压系统和控制器的机动车的一个实施例；
图2示出了流程图，其示出了废气涡轮几何形状的关于时间的速度走向、增压压力走向、背压走向和状态走向且指出了根据本发明的方法与传统的方法的区别；
图3示出了根据本发明的废气背压限制调节的示意图；
图4示出了相应于根据本发明的方法的用于获取最大允许的废气背压的示意图，且
图5示出了用于在考虑增益调度方式的情况下调节的示意图。
参考符号列表
1 机动车
2 发动机(内燃机)
3 增压系统
4 气缸
5 增压级(废气涡轮增压器)
6 压缩机
7 轴
8 涡轮
9 废气门
10 控制器
11 调整机构VTG
12 传感器(
Figure DEST_PATH_IMAGE066
)
Figure DEST_PATH_IMAGE067
传统的速度走向
v 根据本发明的速度走向
Figure 348969DEST_PATH_IMAGE004
理论增压压力
Figure DEST_PATH_IMAGE068
传统的增压压力走向
根据本发明的增压压力走向
Figure DEST_PATH_IMAGE069
理论增压压力走向
Figure DEST_PATH_IMAGE070
传统的废气背压走向
Figure 204984DEST_PATH_IMAGE066
(根据本发明的)废气背压
Figure DEST_PATH_IMAGE071
VTG状态
Figure DEST_PATH_IMAGE072
取决于增压压力的VTG位置
Figure 637103DEST_PATH_IMAGE003
VTG调整标准/优化的VTG位置
20 调节器
21 线性化部分
ZG 状态参量
22 限制部分
23 增压压力调节部分
24 调节段
25 最大最小块
Figure DEST_PATH_IMAGE073
发动机转速
Figure 58857DEST_PATH_IMAGE001
理论发动机转矩
Figure DEST_PATH_IMAGE074
周围环境压力
Figure 590332DEST_PATH_IMAGE002
增压压力
在涡轮后的废气压力
周围环境温度
Figure DEST_PATH_IMAGE077
增压温度
Figure DEST_PATH_IMAGE078
在涡轮前的废气温度
在涡轮后的废气温度
Figure DEST_PATH_IMAGE080
废气/涡轮质量流
26 参数化块
27 调节偏差校准块
Figure DEST_PATH_IMAGE081
调节增强。
具体实施方式
在图1中表明了带有发动机2和由控制器10控制的增压系统3的机动车1的一个实施例，该控制器设计为发动机控制器。
本发明不限于确定的发动机类型。其可为内燃机，其设计为汽油发动机或柴油发动机。
发动机2包括一个或多个气缸4，由其中在此呈现一个。气缸4由增压系统3供给以增压的(燃烧)空气。
增压系统3具有带有可变的涡轮几何形状的增压级。增压级5与控制器10耦联。
增压级5具有压缩机6，其经由轴7利用带有可变的涡轮几何形状(VTG)的涡轮(废气涡轮)8运行，其中涡轮8供给以来自发动机2的废气且因此被驱动。附加地，可选地设置有废气门9。可选地，也可设置有多级增压的机组。
在运行中，带有周围环境压力和周围环境温度
Figure 296962DEST_PATH_IMAGE076
的周围环境空气被引导穿过压缩机6、被压缩且以增压压力和增压温度
Figure 806758DEST_PATH_IMAGE077
被引导到气缸4中。废气以废气背压和废气温度
Figure 145652DEST_PATH_IMAGE078
被引导到涡轮中且在那里以后涡轮温度
Figure 745261DEST_PATH_IMAGE079
和后涡轮压力离开。控制器与废气门9和用于调整可变涡轮几何形状的机构11相连接以及可选地与传感器12相连接，利用其可测量废气温度
Figure 998704DEST_PATH_IMAGE078
或废气背压
Figure 795890DEST_PATH_IMAGE066
。可选地，设置有另一传感器12，利用其可测量在压缩机6后的增压压力和空气温度
Figure 622081DEST_PATH_IMAGE077
。控制器装备有另外的传感器入口和信号出口，以便接收、处理运行状态参量，且给出调整和控制信号。对此包括例如上面说明的温度和压力值，其或者经由传感器或者经由运行状态参量获取或模型化或同样可经由综合特性曲线确定。
图2相叠地示出了多个图表，在其中描绘了关于时间的确定的控制和状态参量。
在上面的图表中，描绘了关于时间的车辆速度
Figure DEST_PATH_IMAGE082
。实线表明了在没有使用根据本发明的方法的情况下的速度走向
Figure DEST_PATH_IMAGE083
且虚线示出了针对车辆的速度走向
Figure 755122DEST_PATH_IMAGE082
，在其中使用根据本发明的方法。
车辆速度和加速度取决于其下布置的增压压力走向
Figure 542949DEST_PATH_IMAGE002
。在时间点，例如通过操纵油门将加速期望(例如全负荷要求)传输到控制器10处，其因此确定理论增压压力(实线)或理论增压压力走向
Figure 163155DEST_PATH_IMAGE004
，其导致期望的增压压力提高和因此导致期望的加速。点划线示出了增压压力走向，其在传统的增压压力调节(
Figure DEST_PATH_IMAGE085
的情形中得出。虚线示出了增压压力走向
Figure DEST_PATH_IMAGE086
，其在使用根据本发明的方法的情形中得出。该走向更靠近理论增压压力的走向且因此同样导致在其上的图表中的改善的加速度或提高的速度。
在其下的图表中，描绘了废气背压
Figure 174974DEST_PATH_IMAGE066
关于时间的走向。实心的斜坡曲线示出了理论上的最大的废气背压
Figure DEST_PATH_IMAGE087
的走向，其应被调整，以便调整增压压力且因此加速度的最优的调整。点划线示出了在不使用根据本发明的方法的情况下的废气背压
Figure 795311DEST_PATH_IMAGE070
的实际的走向。虚线示出了在使用根据本发明的方法的情况下实际废气背压的走向，其调整废气背压限制，其将实际废气背压调准成靠近理论废气背压
Figure 628586DEST_PATH_IMAGE087
。在该图表中，在传统的废气背压走向和根据本发明的废气背压走向的面中可识别出“焓堵塞”，其导致期望的增压压力通过未使用的焓减缓地构造且经由理论增压压力射出。
在下面的图表中，调整涡轮增压器几何形状的状态r。实线表明在不考虑废气背压限制的情况下的可调整的涡轮几何形状的走向
Figure 14568DEST_PATH_IMAGE005
。而虚线的走向在考虑废气背压限制的情况下获取且呈现可调整的涡轮增压器几何形状的调整标准
Figure 856622DEST_PATH_IMAGE003
的根据本发明的走向。其在理论状态
Figure 251831DEST_PATH_IMAGE005
的走向下伸延且如此阻止在其上的图表中的溢出的废气背压走向。
根据本发明的方法进一步可根据图2、3至5解释。
在图3中呈现了调节回路，其在考虑最大废气背压
Figure 535045DEST_PATH_IMAGE007
(见下)的情况下调准实际废气背压，其实现优化的增压压力
Figure 421279DEST_PATH_IMAGE002
走向。最大的废气背压和废气背压
Figure 554637DEST_PATH_IMAGE066
的差供应给调节器20(P调节器)，其将最大的废气背压改变传送到线性化块21处。线性化部分在考虑另外的状态参量ZG(如例如，在涡轮前的温度
Figure 608654DEST_PATH_IMAGE078
、在涡轮前和后的实际压力
Figure 159721DEST_PATH_IMAGE066
,
Figure 631154DEST_PATH_IMAGE075
、以及废气(涡轮)质量流
Figure 951277DEST_PATH_IMAGE080
)的情况下确定最大的VTG调整标准
Figure 115542DEST_PATH_IMAGE003
，其被引导到限制部分22中。在限制部分22中，将VTG调整标准与常规的VTG状态
Figure 163449DEST_PATH_IMAGE005
相比较。其由传统的增压压力调节部分23供应。VTG调整标准
Figure 354390DEST_PATH_IMAGE003
如此限制VTG理论状态
Figure 423977DEST_PATH_IMAGE005
，使得经由可调整的涡轮几何形状或调整机构11(VTG)且/或若有可能同样经由废气门9将废气背压调准成靠近期望的理论废气背压
Figure 762872DEST_PATH_IMAGE069
。可调整的涡轮几何形状的可经由控制器10响应的机构11在此相应于在图2中的调节段24。
图3示意性地示出了最大允许的废气背压
Figure 57587DEST_PATH_IMAGE007
的确定。在上面分支中，在此从发动机转速n和理论发动机转矩参数化压力参量(借助于综合特性曲线或另一模型化或计算方法)，对于其添加周围环境压力
Figure 94813DEST_PATH_IMAGE074
。压力参量和对此添加的周围环境压力得出最大的第一废气背压
Figure DEST_PATH_IMAGE090
。在下面的分支中，在考虑增压压力
Figure 708383DEST_PATH_IMAGE002
和理论增压压力的差以及发动机转速n的情况下，参数化最大的第二废气背压
Figure DEST_PATH_IMAGE091
(同样经由综合特性曲线或另一合适的模型化或计算)。在此，从两个参量第一最大废气背压
Figure 592025DEST_PATH_IMAGE090
和第二最大废气背压的最小值得出期望的最大废气背压
Figure 503667DEST_PATH_IMAGE066
，其在块25中选出。在下面的分支中参数化的压力参量的情形中，考虑在废气背压和增压压力
Figure 928012DEST_PATH_IMAGE002
之间的分别允许的最大的压力差(扫气落差)。因此确保，随后的废气背压限制调节根据图2同样注意调整的允许的扫气落差的遵循。
图4示出了在图2中呈现的调节器20的功能元件，其设计为比例调节器(P调节器)。图4示出了所谓的“增益调度”功能块，其输出废气背压(
Figure 323352DEST_PATH_IMAGE088
)的最大允许的时间上的改变。对此考虑最大允许的废气背压
Figure 983004DEST_PATH_IMAGE007
和废气背压
Figure 4049DEST_PATH_IMAGE066
(实际废气背压)之间的差，且由发动机理论力矩
Figure 65546DEST_PATH_IMAGE089
以及发动机转速
Figure DEST_PATH_IMAGE092
组成的EP部分26参数化如下值，其与在调节偏差校准块27中获取的校准值相乘。调节偏差校准由最大允许的背压
Figure 726728DEST_PATH_IMAGE007
和背压
Figure 139255DEST_PATH_IMAGE066
之间的差参数化且得出调节增强
Figure 901675DEST_PATH_IMAGE081
，其以最大允许的废气背压
Figure 83257DEST_PATH_IMAGE007
和实际废气背压
Figure 600826DEST_PATH_IMAGE066
的差得出废气背压
Figure 500649DEST_PATH_IMAGE007
的最大允许的改变。从废气背压
Figure 66760DEST_PATH_IMAGE088
的该最大允许的时间上的改变然后在线性化部分21中获取VTG调整标准
Figure 102849DEST_PATH_IMAGE003
。该线性化相应于上面说明的数学上的方法来实现。
除了上面呈现的实施方案以外，如下方法也是可能的，在其中控制VTG调整标准或VTG位置的限制。在此，VTG位置可在达到参数化的废气背压的情形中或在确定的时间走完后根据负荷改变要求(例如全负荷要求)和VTG位置的限定的开启以可参数化的斜坡斜率取决于负荷和转速相对于VTG理论状态的常规的操控值来调整。
也可实现带有典型的结构的简化的调节。在此，可使用稳态的预控制和并行的线性调节器，其调整部分被添加。在此然而不考虑在模型反演中的动态的增强效应。预控制在此可作为模型反演或作为带有自由的参数化(例如转速和负荷)的综合特性曲线实现。
也可使用其它的数学上的方法用于根据VTG调整标准
Figure 542051DEST_PATH_IMAGE003
(最大允许的VTG状态)解开用于最大废气背压()的方程。在此，例如同样提供迭代的解决方法。
对于本领域技术人员而言在权利要求的范畴中得出本发明的另外的实施方案和变型方案。

Claims (15)

1.一种用于控制用于内燃机(2)的带有增压级(5)的增压系统(3)的方法，其中所述增压级(5)包括压缩机(6)和涡轮(8)且所述涡轮(8)可借助于VTG操控器(11)调整，其中所述方法包括：
- 探测运行状态理论参量(
Figure DEST_PATH_IMAGE001
)
- 通过提高增压压力()调整最大VTG调整标准()用于实现转矩提高，其中调整所述最大VTG调整标准(
Figure 439770DEST_PATH_IMAGE003
)包括：
- 获取理论增压压力(
Figure DEST_PATH_IMAGE004
)
- 取决于理论增压压力(
Figure 904380DEST_PATH_IMAGE004
)获取VTG理论状态()
- 获取实际废气背压()
- 获取最大废气背压(
Figure DEST_PATH_IMAGE007
)
- 在考虑在所述实际废气背压(
Figure 746435DEST_PATH_IMAGE006
)和所述最大废气背压(
Figure 407223DEST_PATH_IMAGE007
)之间的差的情况下确定所述VTG调整标准(
Figure 487174DEST_PATH_IMAGE003
)，其中
- 所述VTG调整标准(
Figure 824484DEST_PATH_IMAGE003
)如此限制所述VTG理论状态(
Figure 357096DEST_PATH_IMAGE005
)，使得相对于在不考虑所述VTG调整标准()的情况下所述实际增压压力(
Figure DEST_PATH_IMAGE008
)对于所述理论增压压力()的匹配，实现实际增压压力(
Figure 14977DEST_PATH_IMAGE008
)对于所述理论增压压力(
Figure 300464DEST_PATH_IMAGE004
)的加速的匹配。
2.根据权利要求1所述的方法，其中获取所述最大废气背压()包括：
- 在考虑运行状态参量(
Figure DEST_PATH_IMAGE009
)、所述运行状态理论参量(
Figure DEST_PATH_IMAGE010
和周围环境压力(
Figure DEST_PATH_IMAGE011
)的情况下，参数化第一最大废气背压(
Figure DEST_PATH_IMAGE012
)，
- 在考虑所述运行状态参量(
Figure 639490DEST_PATH_IMAGE009
)和所述理论增压压力(
Figure 334914DEST_PATH_IMAGE004
)和所述实际增压压力(
Figure 842118DEST_PATH_IMAGE002
)之间的差的情况下，参数化第二最大废气背压(
Figure DEST_PATH_IMAGE013
)
- 确定所述最大废气背压
Figure DEST_PATH_IMAGE014
)作为所述第一最大废气背压(
Figure 166177DEST_PATH_IMAGE012
)和所述第二最大废气背压(
Figure 75227DEST_PATH_IMAGE012
)的最小值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述实际增压压力(
Figure 675973DEST_PATH_IMAGE002
)和/或所述实际废气背压(
Figure DEST_PATH_IMAGE015
)借助于传感器(12)来确定。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述实际增压压力(
Figure 936053DEST_PATH_IMAGE002
)和/或所述实际废气背压(
Figure 280446DEST_PATH_IMAGE015
)是模型化的值。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，在考虑扫气落差()的情况下，实现所述第二最大废气背压(
Figure 44003DEST_PATH_IMAGE013
)的参数化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述扫气落差(
Figure 81229DEST_PATH_IMAGE016
)可借助于综合特性曲线来确定。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，在考虑最大废气背压改变(
Figure DEST_PATH_IMAGE017
)的情况下实现所述VTG调整标准(
Figure 313758DEST_PATH_IMAGE003
)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述最大废气背压改变(
Figure 461843DEST_PATH_IMAGE017
)由所述运行状态参量(
Figure 79906DEST_PATH_IMAGE009
)和所述运行状态理论参量()的参数化确定，其相应于所述实际废气背压()和所述最大废气背压(
Figure 677744DEST_PATH_IMAGE007
)之间的差来加权。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，为了确定所述最大废气背压改变(
Figure 415893DEST_PATH_IMAGE017
)考虑校准因子(
Figure DEST_PATH_IMAGE018
)，其由所述实际废气背压(
Figure 44189DEST_PATH_IMAGE015
)和所述最大废气背压(
Figure 234999DEST_PATH_IMAGE007
)之间的差来参数化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述VTG调整标准(
Figure 724886DEST_PATH_IMAGE003
)可根据如下关系来获取：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
连同
Figure DEST_PATH_IMAGE021
和
。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的方法，其中，所述运行状态参量是发动机转速(n)且所述运行状态理论参量是发动机理论力矩(
Figure 848700DEST_PATH_IMAGE001
)。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的方法，其中，在经由调节技术上实现的输出/输入线性化来确定所述废气背压的情形中考虑如下参量：在所述涡轮之前的温度
Figure DEST_PATH_IMAGE024
、在所述涡轮之前或后的实际压力
Figure 414941DEST_PATH_IMAGE015
,
Figure DEST_PATH_IMAGE025
以及涡轮质量流。
13.一种用于针对内燃机(2)的增压系统(3)的控制器(10)，其中，所述控制器(10)设立用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。
14.一种带有具有增压级(5)的增压系统(3)的内燃机(2)，其中，所述增压级具有压缩机(6)和涡轮(8)，且带有根据权利要求13所述的控制器(10)。
15.一种带有根据权利要求14所述的内燃机(2)的机动车(1)。
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