CN114623004A - 用于控制带有压缩机的动力机械的方法 - Google Patents

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CN114623004A CN202111483625.4A CN202111483625A CN114623004A CN 114623004 A CN114623004 A CN 114623004A CN 202111483625 A CN202111483625 A CN 202111483625A CN 114623004 A CN114623004 A CN 114623004A
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Abstract

本发明涉及一种用于控制带有压缩机（62）的动力机械（10）的方法，其中，借助针对动力机械（10）的力矩模型
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
求出有待调整的力矩
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE004
，其中，根据由当前的运行点中针对质量流量
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE006
和压力比
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE008
的各一个值构成的至少两个点来求出动力机械（10）的当前的运行点上的当前的吸收线
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE010
，其中，由至少两个点求出梯度，其中，根据所求出的梯度和压缩机（62）前的当前的第一温度
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE012
借助特性曲线
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE014
求出最大允许的压缩机压力比
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE016
，其中，特性曲线
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE014A
由梯度的和限制线
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE018
的压缩机压力比
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE019
的以及压缩机（62）的入口温度的特定于构件的值组成并且优选在应用阶段中求出，其中，根据所求出的最大允许的压缩机压力比
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE016A
求出最大允许的力矩
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE021
并且限制针对动力机械（10）的有待调整的力矩
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE023

Description

用于控制带有压缩机的动力机械的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制带有压缩机的动力机械的方法、一种计算机程序、一种电子的存储介质和一种装置。
背景技术
在动力机械和特别是诸如汽油机和柴油机之类的内燃机中，为了提高功率而借助压缩机、例如借助废气涡轮增压器或纯电动的压缩机提高到动力机械的燃烧室中的充气。用来压缩到动力机械的燃烧室中的空气的压力也称为增压压力。增压压力在此以公知的方式借助增压压力调节加以调节，其中，实际增压压力通常追随额定增压压力。
DE 10 2004 016 010 A1提出用于运行内燃机（1）的一种方法和一种装置，它们实现了在没有废气涡轮增压器的效率损失的情况下的最大加速。内燃机（1）包括废气涡轮增压器的用于压缩输送给内燃机（1）的空气的压缩机（5）和用于设定在压缩机（5）的输出端处的额定增压压力的执行机构（10）。根据在内燃机（1）的排气系（25）中的有待设定的排气背压驱控执行机构（10）。
发明内容
在第一个方面中，提出了一种用于控制带有压缩机的动力机械的方法，其中，借助针对动力机械的力矩模型求出有待调整的力矩，其中，根据由当前的运行点中针对质量流量和压力比的各一个值构成的至少两个点来求出动力机械的当前的运行点上的当前的吸收线，其特征在于，由至少两个点求出一个梯度，其中，根据所求出的梯度和压缩机前的当前的第一温度借助特性曲线求出最大允许的压缩机压力比，其中，特性曲线由梯度的和限制线的压缩机压力比的以及压缩机的入口温度的特定于构件的值组成并且优选在应用阶段中求出，其中，根据所求出的最大允许的压缩机压力比求出最大允许的力矩并且限制针对动力机械的有待调整的力矩。
该方法具有的优点是，能以简单的方式在给定的吸收线下求出最大允许的压缩机压力比并且动力机械因此可以始终在对压缩机安全的运行点中运行。
该方法进一步提供的优点是，该方法在控制器上仅需很少的资源和计算时间，因为由已经储存在特性曲线中的数据求出了梯度并且之后求出了最大允许的压缩机压力比和最大允许的力矩。这些特性曲线大部分已经在相应的构件、例如压缩机的应用阶段中求出并且储存在控制器中。因此获得了对增压装置的一种与拓扑无关的构件保护。
此外，可以使用一种反转梯度来取代梯度用于该方法。通过梯度的反转的应用，可以获得求出最大允许的压缩机压力比的更好的数值稳定性。
有利的是，用于求出吸收线的两个点中的其中一个点是零点。这是有利的，因为在控制器上仅需很少的资源和计算时间用于求出吸收线。
此外还有利的是，用于求出吸收线的两个点中的其中一个点是这样一个点，其对应当前的运行点中或者接近全负荷的点中动力机械的全负荷。
此外，可以使用动力机械的、特别是内燃机的转速以求出动力机械的当前的运行点。
此外，动力机械可以设计成内燃机或设计成燃料电池。该方法与所使用的机组或动力机械的类型无关。优选适合的是内燃机、燃料电池和动力机械，空气被输送给这些内燃机、燃料电池和动力机械。
在另一些方面中，本发明涉及一种装置、特别是控制器和计算机程序，它们设置用于、特别是进行编程以用于实施方法中的其中一种方法。在再另一个方面中，本发明涉及能机读的存储介质，其上储存有计算机程序。
附图说明
接下来参考附图并且借助实施例更为详细地阐释本发明。
图1示出了带有动力机械10的机动车1的示意图；
图2在一种优选的实施方式中借助流程图示出了该方法的示例性的流程。
具体实施方式
图1示出了带有形式为内燃机的动力机械10的机动车1。当前的实施例在没有限制的情况下示出了一种四缸内燃机10。该内燃机10可以优选构造成柴油机或汽油机。该方法也可以用有任意多个气缸、优选2缸、3缸、6缸、8缸的内燃机执行。
该实施例也能套用到经增压的动力机械上、特别是电动驱动机动车1的经增压的燃料电池上。
燃料电池在本发明的范畴指的是直流式电池，其将通过燃料输入管线输入的燃料和氧化剂的化学反应能转化成电能。燃料可以是氢或甲烷或甲醇。氧化剂通常是空气或氧。作为废气则相应地生成了水蒸气或水蒸气和二氧化碳。
内燃机10以本身公知的方式将环境空气通过空气输入系统40输入并且将来自气缸（未示出）的燃烧废气通过废气系统50排出。空气输入系统40通过进气阀（未示出）与内燃机10的气缸23以本身公知的方式连接。燃烧废气通过相应的排气阀（未示出）以本身公知的方式排放到废气系统50中。
在空气2的流动方向上布置有：第一传感器3，例如热膜式空气流量计3（HFM）；增压装置6，其具有在废气系统50中的废气涡轮机61和在空气输入系统40中的压缩机62。
第一传感器3可以求出在压缩机62前、优选在周围环境中在靠近压缩机62的上游的第一压力
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
和第一温度
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
。也可以备选或附加地针对每个系统参量安装各一个传感器。测量参量也可以借助在控制器100上计算的模型求出。增压装置6构造成电动支持的废气涡轮增压器6。涡轮机61与压缩机62机械地联接，因而在涡轮机61中转化成机械能的废气热焓用于在压缩机62中压缩从周围环境提取的周围环境空气。
增压装置6可以额外借助能将附加的机械能通过涡轮机61、压缩机62和电机8之间的机械联接引入的电机8电动地运行，因而压缩机62也可以与由涡轮机提供的机械能无关地或也受其支持地运行。
电动的支持驱动器能以不同的结构形式使用，例如构造成在压缩机62的压缩机转子前的介质间隙马达或者构造成在涡轮机和压缩机转子之间的中间马达。
在压缩机62的下游可以设置有增压空气冷却器7。
在增压空气段41中的增压压力由压缩机62的压缩功率产生。
增压空气段41通过节气门9在下游受到限制。
设置有控制器100，该控制器以本身公知的方式通过诸如节气门9、涡轮机61处的增压器调整器（未示出）等之类的位置编码器（Stellgeber）的调整依照内燃机10的瞬时运行状态并且依照预给定参数、例如驾驶员期望力矩来运行内燃机10。
废气涡轮增压器6的涡轮机61在此可以设计成有可变的涡轮机几何形状的涡轮机，即设计成有能调整的导向叶片的涡轮机。
通过导向叶片的转动可以改变涡轮转子前的有效的流动横截面。
在图2中借助流程图示出了用于控制带有压缩机的动力机械的方法的示例性的流程。
在第一步骤500中求出动力机械10的当前的吸收线
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
。在此，针对内燃机10求出当前的转速
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
。当前的转速
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
在此如已知的那样例如由控制器100的曲轴传感器接收并且换算成转速
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
并加以储存。
紧接着在步骤510中继续该方法。
在步骤510中，根据当前的转速
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAA
和储存在控制器100上的针对机动车1的力矩结构模型、特别是力矩模型储存最大可能的力矩
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
和为此所需的质量流量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
，以便映射最大可能的力矩
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
。
借助在控制器100上的充气模型
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
，根据所求出的所需的质量流量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
求出和储存内燃机10的所需的增压压力
Figure DEST_PATH_IMAGE020
。
紧接着在步骤520中继续该方法。
在步骤520中，根据所需的质量流量
Figure DEST_PATH_IMAGE022
如下求出经修正的所需的质量流量
Figure DEST_PATH_IMAGE024
：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
是所需的质量流量，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
是压缩机62前的当前的温度并且
Figure DEST_PATH_IMAGE032
是压缩机62的参考温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
是压缩机62的参考压力，其中，参考温度
Figure DEST_PATH_IMAGE032A
和参考压力
Figure DEST_PATH_IMAGE035
在压缩机62的应用阶段期间作为值加以求出并且将它们储存在控制器100中。
紧接着可以在步骤530中继续该方法。
在步骤530中，根据所求出的所需的增压压力
Figure DEST_PATH_IMAGE037
和压缩机62前的当前所求出的压力
Figure DEST_PATH_IMAGE039
求出最大所需的压缩机压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE041
。
压缩机62前的当前所求出的压力
Figure DEST_PATH_IMAGE039A
在此可以通过压力传感器3或通过在控制器100中的相应的模型求出。
紧接着在步骤540中继续该方法。
在步骤540中，根据最大所需的压缩机压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE043
和经修正的所需的质量流量
Figure DEST_PATH_IMAGE045
求出通过零点的梯度
Figure DEST_PATH_IMAGE047
：
Figure DEST_PATH_IMAGE049
。
紧接着反转梯度
Figure DEST_PATH_IMAGE051
并且在步骤550中继续该方法。
Figure DEST_PATH_IMAGE053
。
备选也可以用未经反转的梯度执行该方法。
在步骤550中，根据特性曲线
Figure DEST_PATH_IMAGE055
借助当前的吸收线
Figure DEST_PATH_IMAGE057
的反转梯度
Figure DEST_PATH_IMAGE059
和当前的第一温度
Figure DEST_PATH_IMAGE061
求出最大允许的压缩机压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE063
。
Figure DEST_PATH_IMAGE063A
在此对应在当前的吸收线
Figure DEST_PATH_IMAGE064
和压缩机62前的当前的温度
Figure DEST_PATH_IMAGE061A
下的最大可能的压缩机压力比。
特性曲线
Figure DEST_PATH_IMAGE065
在压缩机62的应用阶段中求出并且储存在控制器100上。特性曲线
Figure DEST_PATH_IMAGE066
在横坐标上包含在最大允许的压缩机压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE068
和最大允许的压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE063AA
本身下的经修正的质量流量
Figure DEST_PATH_IMAGE070
的商的离散的值。适用范围由最大允许的压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE068A
本身形成。限制线
Figure DEST_PATH_IMAGE072
的常用图示（在该图示中绘出了关于与之相关的经修正的质量流量
Figure DEST_PATH_IMAGE073
的最大允许的压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE074
），因此转为关于属于这个最大允许的压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE074A
的吸收线
Figure DEST_PATH_IMAGE064A
的梯度的倒数
Figure DEST_PATH_IMAGE076
的图示。
在纵坐标上绘出了优选在-40和60℃之间的压缩机进口温度。
因此特性曲线
Figure DEST_PATH_IMAGE077
再现了最大允许的压缩机压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE074AA
，带有任意的吸收线
Figure DEST_PATH_IMAGE078
的梯度的已知的倒数
Figure DEST_PATH_IMAGE080
和已知的进口温度
Figure DEST_PATH_IMAGE081
。这可以由例如按照SAE协议的标准压缩机特性曲线数据求出，并且由针对构件保护的指定为最大允许的压缩机出口温度形成。
紧接着在步骤560中继续该方法。
在步骤560中，由当前的吸收线
Figure DEST_PATH_IMAGE082
下所求出的最大的压缩机压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE074AAA
求出限定的增压压力
Figure DEST_PATH_IMAGE084
。
可以如下求出压缩机62的限定的增压压力
Figure DEST_PATH_IMAGE086
：
Figure DEST_PATH_IMAGE088
Figure DEST_PATH_IMAGE090
是最大的压缩机压力比并且
Figure DEST_PATH_IMAGE092
是压缩机62前的第一压力。
紧接着在步骤570中继续该方法。
在步骤570中，形成了在限定的增压压力
Figure DEST_PATH_IMAGE094
和所需的增压压力
Figure DEST_PATH_IMAGE096
之间的对比。
针对该对比，求出最大允许的增压压力
Figure DEST_PATH_IMAGE098
作为在限定的增压压力
Figure DEST_PATH_IMAGE100
和所需的增压压力
Figure DEST_PATH_IMAGE102
之间的最小选择：
Figure DEST_PATH_IMAGE104
。
紧接着在步骤580中继续该方法。
在步骤580中，根据在步骤570中求出的最大允许的增压压力
Figure DEST_PATH_IMAGE106
借助充气模型求出最大允许的质量流量
Figure DEST_PATH_IMAGE108
并且紧接着通过力矩模型求出最大允许的力矩
Figure DEST_PATH_IMAGE110
，内燃机10可以提供该最大允许的力矩。充气模型以及力矩模型为此以公知的方式储存在控制器100上。针对内燃机10的有待设定的力矩以公知的方式例如通过驾驶员意愿求出并且在考虑到所求出的最大允许的力矩
Figure DEST_PATH_IMAGE110A
时在超过该最大允许的力矩时受到限制。
紧接着可以在步骤500中从头开始该方法。

Claims (9)

1.用于控制带有压缩机（62）的动力机械（10）的方法，其中，借助针对动力机械（10）的力矩模型
Figure DEST_PATH_IMAGE002
求出有待调整的力矩
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，其中，根据由当前的运行点中针对质量流量
Figure DEST_PATH_IMAGE006
和压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE008
的各一个值构成的至少两个点来求出动力机械（10）的当前的运行点上的当前的吸收线
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，其特征在于，由至少两个点求出梯度，其中，根据所求出的梯度和压缩机（62）前的当前的第一温度
Figure DEST_PATH_IMAGE012
借助特性曲线
Figure DEST_PATH_IMAGE014
求出最大允许的压缩机压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，其中，特性曲线
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
由梯度的和限制线
Figure DEST_PATH_IMAGE018
的压缩机压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
的以及压缩机（62）的入口温度的特定于构件的值组成并且优选在应用阶段中求出，其中，根据所求出的最大允许的压缩机压力比
Figure DEST_PATH_IMAGE019
求出最大允许的力矩
Figure DEST_PATH_IMAGE021
并且限制针对动力机械（10）的有待调整的力矩
Figure DEST_PATH_IMAGE023
。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，反转的梯度
Figure DEST_PATH_IMAGE025
取代所述梯度用于所述方法。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，用于求出所述吸收线
Figure DEST_PATH_IMAGE026
的两个点中的其中一个点是零点。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，用于求出所述吸收线
Figure DEST_PATH_IMAGE026A
的两个点中的其中一个点是这样一个点，其对应当前的运行点下所述动力机械（10）的全负荷。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述动力机械（10）的、特别是内燃机的转速用于求出所述动力机械（10）的当前的运行点。
6.按照前述权利要求要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述动力机械（10）设计成内燃机或者设计成燃料电池。
7.计算机程序，其设置用于执行按照权利要求1至6中任一项所述的方法。
8.电子的存储介质，带有按照权利要求7所述的计算机程序。
9.装置、特别是控制器（100），其设置用于实施按照权利要求1至6中任一项所述的方法。
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Applications Claiming Priority (2)

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