专利名称：用于运转涡轮增压器装置的方法和用于涡轮增压器装置的控制单元的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及用于运转内燃发动机的涡轮增压器装置的方法和用于这种涡轮增压器装置的控制单元。
背景技术：
内燃发动机，具体是柴油和汽油发动机，经常配备有涡轮增压器。通过将进气流压缩到发动机内以便实现更大的功率来运转涡轮增压器。具体而言，能够通过具有较小排量且因而具有较小尺寸和较小重量的涡轮增压发动机来产生预定功率，从而实现功率系数的增加和燃料消耗的减小。总体而言，通过内燃发动机的排气流来驱动涡轮增压器。为此，涡轮增压器包括设置在内燃发动机的排气流内的涡轮，从而经由连接驱动轴来驱动压缩机以便压缩发动机的进气流。现今，多级顺序起动涡轮增压日趋流行。被调节的两级涡轮增压系统包括针对峰值功率的低压(LP)级和用于满足背压需求的高压(HP)级来驱动排气循环，这是减少碳氧化物污染排放所需的。此外，与LP涡轮相比，HP涡轮通常较小且更敏感。HP涡轮和LP涡轮顺序地设置在内燃发动机的排气流中，且LP涡轮位于HP涡轮下游。HP压缩机和HP压缩机也被顺序设置，HP压缩机被置于进气流内LP压缩机的下游。通过位于排气和/或进气系统的分支内的一个或更多个旁通阀来控制排气流和/或进气流，所述旁通阀与相应涡轮和/或压缩机并联。具体而言，可以通过HP涡轮的旁通阀和/或用于绕过LP涡轮的废气门来控制排气流。在旁通阀闭合时，最大地驱动相应的涡轮，而在旁通阀部分或完全打开时，以减小速率来驱动相应涡轮。类似地，可以通过HP压缩机的压缩机旁通阀来控制进气流。旁通阀确保平稳地运转发动机，并且还确保其他的各种相关约束，例如关于排气成分、压缩机出口温度和涡轮入口温度，以及避免涡轮增压器的喘振或超速。旁通阀被主动控制，例如被电控或通过真空控制，并且可以包括位置反馈传感器。因为HP涡轮旁通阀对于排放控制是关键的，所以其通常被主动控制且装备有位置反馈传感器。压缩机旁通阀通常是无源的，即其由于其两端的压力差而打开或关闭，且仅具有两个 可能位置，即完全打开和完全关闭位置。通过阀的设计，例如通过作用在阀上的弹簧的刚度，来确定运转压缩机旁通阀所需的压力差的量。压缩机旁通阀可以装备有或可以不装备有位置反馈传感器。废气门通常被主动致动，不过为了降低成本和复杂性，废气门通常不包括位置反馈传感器。
主动阀通常具有默认或“故障保护”位置，当不存在真空或不供电时主动阀运动到该默认或故障保护位置。故障保护位置常态下是完全打开或完全关闭的。通过例如一定海拔处安全性和发动机功率需求等因素来确定默认设定。不过，由于各种原因，低压涡轮旁通阀会失效，例如卡在完全关闭或完全打开位置。理想的是，在没有涉及成本和复杂性增加的位置反馈传感器的情况下，能够探测到废气门的这种失效。
发明内容
发明人已经意识到与上述方法有关的问题并且在此提出至少部分解决这些问题的方法。在一种实施例中，用于运转内燃发动机的涡轮增压器装置的方法，该涡轮增压器装置包括顺序设置的低压和高压涡轮增压级，该低压涡轮增压级包括具有无传感器的低压涡轮旁通阀的低压涡轮，该方法包括评估涡轮增强器装置的至少一个传感器信号以用于探测无传感器的低压涡轮旁通阀的失效模式。 以此方式，发动机工作参数可以用于确定低压涡轮旁通阀的位置。如果确定低压涡轮旁通阀已经降级，例如如果阀被卡在完全打开或完全关闭位置，则对于发动机增压压力的控制可以适于补偿降级的阀。此外，可以在不使用位置传感器的情况下确定阀的位置，从而降低成本并且减少控制策略的复杂性和来源。单独考虑或结合附图考虑下面的详细说明书时，将更容易理解本说明书的以上优势和其他优势与特征。应理解上面的概述提供用于以简化的形式引入将在详细描述中进一步描述的选择的概念。不意味着识别所保护的本发明主题的关键的或实质的特征，本发明的范围将由本申请的权利要求唯一地界定。此外，所保护的主题不限于克服上文或本公开的任何部分中所述的任何缺点的实施方式。
图I示出了具有涡轮增压器装置的内燃发动机的简化框图。图2示出了 2000rpm时的示例情况下涡轮增压器速度和低压涡轮旁通阀的位置的关系的图表。图3示出了 2500rpm时的示例情况下涡轮增压器速度和低压涡轮旁通阀的位置的关系的图表。图4示出了根据本公开内容的一种实施例的用于控制增压压力的方法的流程图。图5示出了根据本公开内容的一种实施例的用于在发动机小转速运转期间控制增压压力的方法的流程图。图6示出了根据本公开内容的一种实施例的用于在发动机大转速运转期间控制增压压力的方法的流程图。
具体实施例方式内燃发动机的涡轮增压器装置指的是包括被顺序设置的低压涡轮增压级和高压涡轮增压级的涡轮增压器装置或涡轮增压器系统。低压涡轮增压级包括低压涡轮增压器，其具体地包括驱动低压压缩机的低压涡轮。高压涡轮增压级包括高压涡轮增压器，其包括驱动高压压缩机的高压涡轮。高压压缩机被设置在内燃发动机的进气流内的低压压缩机下游。低压涡轮被置于发动机的排气流内的高压涡轮下游。
低压涡轮具有低压涡轮旁通阀(废气门)，其没有装备有提供代表阀的实际位置的反馈信号的位置传感器。具体而言，低压涡轮旁通阀例如通过真空或电子传动器件被主动致动。可以在闭环控制下运转低压涡轮旁通阀，在不使用专用位置反馈传感器的情况下使用增压压力来控制阀。根据本公开内容，评估涡轮增压器装置的至少一个传感器信号以用于探测低压涡轮旁通阀的失效模式。因为低压涡轮旁通阀不包括位置反馈传感器，所以所述至少一个传感器信号由涡轮增压器装置的传感器提供，而不是由废气门位置反馈传感器提供。涡轮增压器装置的运转需要这种传感器，其信号因此可以用于评估。该传感器的信号以如下方式被评估，即使得提供对于低压涡轮旁通阀的可能性失效的指示。通过评估涡轮增压器装置的传感器的信号来探测低压涡轮旁通阀的失效模式，可以在不需要低压涡轮旁通阀的位置反馈传感器的情况下探测到这样的失效模式。以此方式，在不存在与专用废气门位置传感器相关联的附加成本和复杂性的情况下，提供了用于探测废气门的失效的诊断方法。根据本发明的实施例，所述至少一个传感器信号是代表进气质量气流、增压压力、排气流、低压涡轮下游的排气压力以及/或者涡轮增压器速度的信号。这样的信号可以通过相应的专用传感器来提供。在满足现代环境法规(例如EURO VI)的车辆的两级涡轮增压发动机中通常可获得适于探测低压涡轮旁通阀的失效模式的传感器信号。可以评估可获得的单个信号或者这样的传感器信号中的一些或全部的组合。具体而言，可以通过位于进气道内的传感器，例如通过直接位于空气滤波器下游并且为了考虑到通过压缩机旁通阀的流动位于压缩机旁通分支与主要进气道的下游汇合处下游的传感器，来测量内燃发动机的进气质量气流。通过涡轮增压器装置提供并且被供给到内燃发动机的增压压力可以在相同位置被粗略测量。排气流和排气压力可以通过位于排气系统内的专用传感器来测量。取决于排气后处理装置的安装，在低压涡轮和例如位于集成一体式系统内的排气压力传感器的位置之间可以存在额外的压降。因而，压力测量需要被修正，以便获得低压涡轮下游的压力。通过设置在相应涡轮或压缩机或驱动轴处的涡轮增压器速度传感器来测量可能是高压涡轮增压器速度或低压涡轮增压器速度的涡轮增压器速度。需要一个或更多个这样的传感器来控制涡轮增压器装置的运转。因此，一个或更多个对应的传感器信号可用于评估。可以根据实际可用的传感器组来选择用于评估的一个或更多个传感器信号以及评估过程。提到的传感器信号对于通过低压涡轮旁通阀的流动敏感且因而对于低压涡轮旁通阀的实际状态敏感。通过评估提到的一个或更多个传感器信号，可以容易地探测到低压涡轮旁通阀的可能性失效。在优选方式中，评估所述至少一个传感器信号来确定涡轮增压器装置的至少一个物理参数，其中所述至少一个物理参数允许探测低压涡轮旁通阀的失效模式。能够评估多于一个传感器信号来确定物理参数，并且多个一个物理参数能够被用于确定低压涡轮旁通阀的工作模式。与传感器信号本身相比，这样的物理参数可以提供低压涡轮旁通阀的正常和失效模式之间差异的增大幅值。通过使用指示出涡轮增压器装置的物理情况的物理参数而不是传感器信号本身，因而实现了对于低压涡轮旁通阀的可能模式的更可靠区分以及对于废气门故障的更安全探测。用于探测低压涡轮旁通阀的失效模式的涡轮增压器装置的所述至少一个物理参数可以是例如取决于进入的新鲜气流与燃料流相加的排气流、进气质量气流、增压压力、低压涡轮下游的排气压力和/或低压涡轮增压器速度。这些物理参数中的一些可以通过专用传感器直接测量。这些参数对于通过低压涡轮旁通分支的流动敏感且因而特别适用区分低压涡轮旁通阀的正常和失效模式。以此方式，实现了对低压涡轮旁通阀的失效的特别简单且可靠的探测。单个一个这样的参数或这样的参数的组合可以用于此目的。因为低压涡轮旁通阀位置对于所述至少一个传感器信号和/或所述至少一个物理参数的影响的幅度取决于发动机的工作点，所以特别优选地在评估传感器信号和/或物理参数来探测低压涡轮旁通阀的失效模式时考虑发动机的工作点。因此，例如，取决于发动 机的工作点，不同传感器信号或物理参数可以被用于探测低压涡轮旁通阀的失效模式。以此方式，能够安全地探测各种工况下的废气门失效。发动机的工作点的特征可以在于例如发动机转速和/或负载。考虑发动机工作点的具体方式可以取决于发动机的校准以及发动机和涡轮增压器装置中的部件的特征。优选地，在进行评估来探测低压涡轮旁通阀的失效模式之前滤波所述至少一个传感器信号。可替代地或附加地，可以滤波代表废气门工作模式的物理参数或函数。这样的函数可以源自于评估所述至少一个传感器信号并且可以例如是指示出低压涡轮旁通阀的状态的参数或指示出低压涡轮旁通阀存在失效的参数或错误标志。在简单情况下，函数可以根据处于完全关闭或完全打开的阀状态而分别使用值0或I。滤波可以具体地是时域低通滤波。可以在任意评估水平上预先进行滤波，具体地一个或更多个原始传感器信号可以被滤波并且/或者源自于原始传感器信号的一个或更多个物理参数和/或代表低压涡轮旁通阀失效的错误标志可以被滤波。滤波用于避免例如由于阀从打开向闭合(或反之)改变位置时噪音或过渡状态而导致的对失效模式的错误探测。根据本公开内容的实施例，在内燃发动机工作期间连续评估所述至少一个传感器信号来探测低压涡轮旁通阀的失效模式，即实时地或短时间间隔地评估所述至少一个传感器信号。以此方式，连续监控废气门的功能来尽可能早地探测到失效。如果存在低压涡轮旁通阀的失效，则对于涡轮增压器装置的整体功能性而言会存在相当严重的后果。为了安全原因，响应对废气门失效模式的探测，需要采取行动。具体而言，涡轮增压器装置可以根据第一控制模式以正常运转来运转。这样的控制模式由用于控制涡轮增压器装置内可用的致动器来管理器整体运转的序列或算法来代表。当探测到低压涡轮旁通阀的失效模式时，根据第二控制模式来控制涡轮增压器装置。第二控制模式以不同方式作用，从而补偿失效。因此，例如，第二控制模式可以是使得即使低压涡轮旁通阀失效，仍提供足够的动力，并且确保了涡轮增压器装置的安装运转。具体而言，在探测到失效之后可以通过控制单元自动转换控制模式。可以向运转者给出警报，并且失效也可以被存储在控制单元的失效存储器中。可以根据发动机转速和/或扭矩来区分第一控制模式，即正常运转时的控制模式。在小发动机转速和/或扭矩时，低压涡轮的旁通阀被设定到完全关闭位置，并且根据发动机工作点，高压涡轮的旁通阀被用于控制涡轮增压器装置的增压压力，优选地以闭环控制来控制。由于作用的压力差，压缩机旁通阀被驱动到完全关闭位置。以此方式，能够提供小转速/扭矩域中的最佳性能，以及排气循环所需的背压。在较大的发动机转速和/或扭矩的情况下，高压涡轮的旁通阀被设定到完全打开位置，并且低压涡轮的旁通阀被用于控制涡轮增压器装置的增压压力，优选地以闭环控制来应用增压压力。压缩机旁通阀运动到完全打开位置。以此方式，能够提供峰值。可替代地，取决于当前发动机和/或负载以及压缩机旁通阀的当前位置，低压和高压涡轮阀这二者均能够被同时设定到最佳位置，其均可以处于完全关闭和完全打开之间的中间位置。这意味着实现使用低压和高压涡轮阀二者的闭环控制。 根据小转速/扭矩域中有效的实施例，通过将低压涡轮的旁通阀设定成完全关闭并且仅通过高压涡轮的旁通阀来控制涡轮增压器装置的增压压力，可以在正常模式下实现控制。不过，也可以应用任意其他小转速/扭矩控制模式。在此模式下压缩机旁通阀完全关闭。当探测到低压涡轮旁通阀失效时，即具体地当低压涡轮旁通阀完全打开时，使用第二控制模式。根据第二控制模式，高压涡轮旁通阀被设定成比其在第一控制模式下更加闭合。优选地，以此方式但使用与正常模式下不同的项来实现对高压涡轮旁通阀的闭环控制。以此方式，虽然低压涡轮旁通阀失效，但仍能够保持涡轮增压器装置的足够增压压力且因而保持其充分运转。根据大转速/扭矩域中有效的另一实施例，在正常模式下，高压涡轮的旁通阀设定成完全打开，并且仅通过低压涡轮的旁通阀来控制涡轮增压器装置的增压压力；不过，也可以应用任意其他大转速/扭矩控制模式。在此模式下，压缩机旁通阀完全打开。当探测到低压涡轮旁通阀失效时，根据低压涡轮旁通阀是否卡在完全关闭或完全打开，使用第二控制模式。如果废气门被卡在完全关闭，则高压涡轮旁通阀被设定成完全打开；此外，为了避免过度增压，限制扭矩设定点。如果低压涡轮旁通阀卡在完全打开，则类似于正常小转速/扭矩模式，高压涡轮旁通阀被用于控制增压压力。这保证了即使低压涡轮旁通阀失效，涡轮增压器装置仍充分运转从而保持涡轮增压器装置的发动机性能和安全运转。在本公开内容的又一实施例中，监控对低压涡轮旁通阀的真空或电供应，从而提供指示出废气门的某些失效模式的信号。如果由于致动器供应的失效而导致失效，则这样的信号能够用于探测失效模式。具体而言，如果废气门具有故障保护位置，则信号指示出废气门处于故障保护位置。以此方式，额外地增强了对失效模式的探测以及对不同失效模式分辨。根据本公开内容的另一方面，用于控制内燃发动机的涡轮增压器装置的控制单元被构造成根据上述方法运转。具体而言，控制单元包括信号输入端口以用于捕获来自涡轮增压器装置的至少一个传感器信号。控制单元还包括数据处理器件和输出器件以用于通过运转涡轮增压器装置的致动器(具体地指低压和高压涡轮的旁通阀)来控制涡轮增压器装置。阀可以例如通过真空或电信号运转。根据本公开内容，处理器件被构造成如上所述评估所述至少一个传感器信号来探测低压涡轮旁通阀的失效模式。处理器件可以具体地被构造成当探测到低压涡轮旁通阀的失效时从第一控制模式自动转换到第二控制模式。对失效模式的探测和对失效的响应可以取决于进一步的参数，例如发动机负载和/或速度。控制单元还可以包括用于报警信号的信号输出和用于存储探测到的失效模式的信息的失效存储器。控制单元可以是发动机的电子控制单元的一部分。在图I示意性示出的实施例中，内燃发动机I包括涡轮增压器装置2或涡轮增压器系统，其包括高压涡轮增压器3和低压涡轮增压器4。高压涡轮增压器3包括高压涡轮5和高压压缩机6，压缩机6经由驱动轴7被涡轮5驱动。低压涡轮增压器4包括借助于驱动轴10驱动低压压缩机9的低压涡轮8。涡轮5、8顺序设置在内燃发动机的排气系统11中，高压涡轮5被设置在低压涡轮8的上游即在较高压力区内。相应地，压缩机6、9被顺序设置在发动机I的进气系统12中，高压压缩机6位于低压压缩机9的下游。进气系统12中气流的方向与排气系统11中排气流的方向分别由箭头13、14表示。大体而言，高压涡轮5和高压压缩机6分别小于低压涡轮8和低压压缩机9。在HP压缩机后方包括中间冷却器
21。这在图I中由图标示出。高压涡轮旁通阀15 (TBV)被设置在与高压涡轮5并联的排气系统并联分支内。因此，完全或部分打开高压涡轮旁通阀15为排气流产生了部分或完全绕过高压涡轮5的旁路。如果排气流部分或完全穿过旁通阀15，则高压涡轮5因而以减小速率被驱动。因此能够通过TBV 15的运转来控制高压涡轮增压器3的运转。为此目的，TBV 15被主动控制，以用作涡轮增压器装置2中的致动器，并且可以装备有位置反馈传感器(未示出)。以类似方式，低压涡轮旁通阀16被设置在与低压涡轮8并联的排气系统11的并联分支内。低压涡轮旁通阀16也被示作“废气门”(WG)。WG 16被主动控制，以用作致动器，并且不包括位置 反馈传感器，并且这样的话可以被称为无传感器低压涡轮旁通阀。不过，可以存在用于探测WG 16的真空或电供应的失效的传感器(未示出)。在进气系统12中，进气流动通过低压压缩机9，从而在第一级压缩中被压缩。之后，进气流动通过代表第二级压缩的高压压缩机6，或者通过与高压压缩机6并联设置的并联分支。并联分支能够通过压缩机旁通阀17 (CBV)被打开或关闭。CBV 17是无源的，即通过作用在其两端的压力差来运转，并且可以包括或可以不包括位置反馈传感器。具体而言，CBV 17仅具有两个位置，即被完全打开和完全关闭。进气质量流动、增压压力、压缩机压力比和/或压缩机出口温度可以通过图I中象征性示出的传感器(或多个传感器)18来测量。发动机I也可以装备有在图I中未示出的排气再循环系统。低压涡轮旁通阀16的状态对于管理涡轮增压器装置2的运转的各种参数具有直接或间接影响。因此，例如，因为打开或关闭WG 16，会显著改变低压涡轮压缩机9所提供的压力比和排气流。同样，WG 16的功能会影响低压涡轮增压器4的速度、涡轮增压器装置2所提供的增压压力以及大量其他参数。因而，这样的参数能够被用于探测WG 16的失效。控制器112在图I中被示为常规微处理器，其包括微处理器单元(CPU) 102、输入/输出(I/O)端口 104、只读存储器(ROM) 106、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM) 110和传统的数据总线。控制器112可以包括可执行来实现一个或更多个控制例程的指令。所示控制器112接收来自联接到发动机I的传感器的各种信号，例如来自图I所示的传感器15和其他传感器的输入。不例性传感器包括来自温度传感器的发动机冷却剂温度(ECT)、联接到加速器踏板以感测加速器位置的位置传感器、来自联接到进气歧管的压力传感器的发动机歧管压力的测量(MAP)、来自霍尔效应传感器以感测曲轴位置的发动机位置传感器、来自于传感器(例如热线空气流量计)的对进入发动机的空气质量的测量以及对于节气门位置的测量。还可以感测大气压以用于被控制器112处理。在本说明的优选方面，发动机位置传感器可以在曲轴每次回转产生预定数量的等间距脉冲，能够由此来确定发动机转速(RPM)。控制器112还可以基于从各发动机传感器(例如涡轮旁通阀15的位置传感器)接收的信号的反馈向发动机的各致动器(例如阀15、16和17)输出信号。作为示例，图2针对高压涡轮增压器(曲线19)和低压涡轮增压器(曲线20)示出了涡轮增压器速度(TSS)(千转/每分钟，krpm)。两条曲线均取决于低压涡轮旁通阀16的位置(WG_pos)被绘出，该位置被示作完全打开的分数。能够从图2中看出，低压涡轮增 压器4的速度20随着WG 16打开程度的增加而显著衰减，而高压涡轮增压器3的速度19随着WG打开仅稍稍变化。相反地，具体而言，低压涡轮增压器4的速度20允许确定WG 16的开口，原理上包括中间位置。因此，如果WG16卡在完全打开或完全关闭位置，或者甚至处于一个中间位置，则这能够通过测量低压涡轮增压器4的旋转速度被探测到。具体而言，能够设定一个或更多个阈值，旋转速度超过第一阈值则指示出WG 16完全关闭，并且旋转速度低于第二阈值指示出WG 16完全打开。在图2所示的示例中并且针对该情况下所用的参数组，第一和第二阈值可以被分别设定成大约66000rpm和53000rpm。能够通过位于低压润轮8、低压压缩机9或驱动轴10处的传感器来测量低压涡轮增压器4的旋转速度。附加地或可替代地，如果不能获得传感器的话，能够通过使用对应的压缩机映射来测量涡轮增压器速度。图2示出了在相对小的发动机转速(2000rpm)时进行的测量。在该发动机转速时，低压涡轮增压器的旋转速度可以允许最可靠地探测CBV失效。进气和/或排气流以及原理上高压涡轮增压器速度也允许确定WG位置。例如压缩机效率、压缩机出口温度或压缩机压力比的其他参数较不敏感于WG状态。增压压力通常用于闭合废气门16的控制环。在较高发动机转速时，例如如图3所示处于3500rpm时，低压涡轮增压器4的旋转速度(曲线20’ )仍适于确定低压涡轮旁通阀16的开口。另一方面，高压涡轮增压器速度(曲线19’)随着WG 16的打开仅少量变化并且不适于这种目的。进气和/或排气流也允许确定WG位置。因此，根据发动机工作点且可能地根据其他参数，对于低压涡轮旁通阀16的失效模式的探测可以依赖于涡轮增压器装置2的不同传感器信号或参数。此外，用于区分WG 16的不同状态的相应阈值或阈值组可以取决于各种参数。在正常运转中，即在低压涡轮旁通阀16完全起作用时，涡轮增压器装置2可以根据发动机转速和/或发动机负载来运转。在小转速/负载域中，例如在2000rpm和大约6或llbar BMEP情况下，低压涡轮旁通阀16完全关闭。因而，低压涡轮8运转，从而驱动低压压缩机9对进气施加第一级压缩。高压涡轮旁通阀15根据功率和其他需求被致动到一位置以便控制高压涡轮5的旋转速度，从而驱动高压压缩机6向进气施加第二级压缩。由于对应于进气的第二级压缩作用在压缩机旁通阀17两端的压力差，压缩机旁通阀17完全关闭。因此通过TBV 15的位置来控制由涡轮增压器装置2所产生的总增压压力。在大转速/负载域中，例如在2750rpm和大约6bar BMEP或者在3500rpm和大约17bar BMEP的情况下，使用不同的控制模式。在这种情况下，TBV 15完全打开，从而将高压涡轮增压器3的影响减小到最小。由于第二级压缩的最小压力差，压缩机旁通阀17被完全打开。低压涡轮旁通阀16被致动到一位置以便使用增压压力以闭环控制来控制低压涡轮增压器4的旋转速度。因此在这种情况下，仅通过WG 16来控制涡轮增压器装置2的总增压压力。通过电子控制单元来影响对阀的控制，所述阀经由电或真空传动件(未示出)被致动。如果低压涡轮旁通阀16失效，则这对于涡轮增压器装置2作为一个整体的运转将产生严重影响。具体而言，如果在小转速/扭矩域中，WG 16卡在完全打开位置，则将大量损失增压压力。取决于各种参数，例如通过评估低压涡轮增压器4的速度传感器信号或者通过评估气流或排气流传感器或增压压力的信号，这样的失效模式能够被探测到。此外，由中间级压力和增压压力构成的LP压缩机比能够被用于探测失效模式。在一些情况下，也能够通过监控用于致动低压涡轮旁通阀16的真空或电供应的传感器的信号来探测失效模式。如果探测到了低压涡轮旁通阀16的失效，则控制被控制单元自动转换到另一控制模式。在这种控制模式下，TBV 15与常规控制模式相比更加闭合。因此，在小发动机扭矩和/或扭矩时WG 16失效的情况下，以与正常运转类似的方式控制涡轮增压器装置2，只是减小了 TBV15的打开。以此方式，尽管WG 16失效，增压压力仍能够被维持在较大程度并且保持可控。 如果另一方面在大转速/扭矩域中低压涡轮旁通阀16失效，则根据失效类型，控制模式被控制单元自动变换。失效模式如上所述被探测。如果通过监测WG 16的真空或电供应的传感器探测到了失效，则能够假定废气门16处于预定故障安全位置。如果WG 16卡在完全关闭位置，则低压涡轮增压器4将被最大驱动，从而导致过度增压的风险。在探测到WG失效之后所用的控制模式中，TBV 15被设定到完全打开位置，并且扭矩设定点映射被限制，以便避免过度增压。如果WG 16被卡在完全打开位置，则将大量损失增压压力。在此情况下，TBV 15将用作主要增压压力致动器，其通过包括增压压力传感器信号的闭环来控制。因此，尽管WG 16失效，仍能够实现涡轮增压器装置2的安全且充分的运转。因此，图1-3的系统提供了发动机涡轮增压器系统，其包括高压涡轮增压器、低压涡轮增压器和控制器，其中高压涡轮增压器包括第一涡轮、第一压缩机和高压涡轮旁通阀，低压涡轮增压器包括设置在第一涡轮下游的第二涡轮、第二压缩机、压缩机旁通阀和废气门，控制器包括响应废气门的降级来调整高压涡轮旁通阀位置以便维持所需增压压力的指令。该系统还可以包括基于第二涡轮的速度、发动机负载和发动机转速来确定废气门的降级的其他指令。转向图4，提供了用于控制增压压力的方法400。方法400可以通过发动机的控制系统(例如控制器112)来执行。方法400包括在步骤402处确定发动机工作参数。发动机工作参数可以包括但不限于发动机转速、负载、增压压力、涡轮增压器速度等。在步骤404，确定例如WG 16的废气门的位置。在一种实施例中，废气门可以不包括位置传感器来提供位置反馈，并且因而可以基于发动机工作参数来替代性地确定废气门的位置。这可以包括在步骤406处基于涡轮速度(低压和/或高压速度)、在步骤408处基于增压压力、在步骤410处基于排气流和/或压力、在步骤412处基于进气流和/或压力、在步骤414处基于压缩机压力比以及/或者在步骤416处基于压缩机出口温度来确定废气门位置。此外，可以通过以发动机转速和/或负载决定的方式的这些参数中的一个或更多个来确定废气门的位置。在步骤418，方法400包括确定发动机是否在小转速/负载情况下运转。在一种示例中，小转速情况可以包括低于阈值(例如2500rpm)的发动机转速。在另一示例中，可以基于控制器的存储器中存储的发动机转速负载映射来确定小转速情况。如果判定发动机在小转速情况下运转，则通过控制高压涡轮增压器且特别地通过高压涡轮旁通阀的位置来调节发动机中的增压压力。因此，如果发动机处于小转速情况，则方法400前进到步骤420从而以小转速模式控制增压压力，这将参考图5被解释。如果发动机没有在小转速情况下运转，则方法400前进到步骤422从而以将参考图6被具体解释的大转速控制模式控制增压压力。大转速控制模式包括通过控制低压涡轮来调节增压压力。在确定了以何种控制模式运转之后，方法400返回。
图5示出了用于在小转速情况期间控制增压压力的方法500。在执行图4的方法400期间，在小转速情况期间，可以通过控制器112来执行方法500。在步骤502，确定针对当前发动机转速和负载，废气门是否处于不良位置。在小转速情况期间，废气门被保持在完全关闭位置，并且因而不良位置可以是除完全关闭之外的任意位置。不过，在一些实施例中，不良位置可以是废气门的降级位置，例如完全打开且不能够关闭的位置。如果废气门没有处于不良位置，则方法500前进到步骤504从而保持标准小转速增压控制。这包括在步骤506完全关闭废气门、在步骤508处CBV处于关闭位置以及在步骤510处通过基于工作参数将高压涡轮旁通阀(HP-TBV)致动到所需位置来维持所需增压压力。如果废气门处于不良位置，则方法500前进到步骤512从而实施替代性小转速增压控制。废气门由于废气门的降级而处于不良位置，其中其卡在完全打开(不能关闭)或卡在完全关闭(不能打开)。如果其卡在完全关闭，则在小转速运转期间这不可能被探测至IJ，因为完全关闭是标准理想位置。不过，如果在步骤514处对废气门位置的判定指示出其被完全打开并且不能关闭，则替代性控制可以被执行以便补偿打开的废气门。这可以包括在步骤516处关闭CBV并且HP-TBV被关闭成比其针对废气门没有打开时的工作参数被关闭的量(例如通过步骤510所致动的量)更甚。以此方式，可以通过与标准控制相比更大程度地关闭HP-TBV，以便增加通过高压涡轮增压器的增压，从而补偿由于打开的废气门所导致的增压压力的损失。在使用标准小转速控制来控制增压或使用替代性小转速控制来控制增压的情况下，方法500均返回。图6示出了用于在大转速情况期间控制增压压力的方法600。在执行图4的方法400期间，在大转速情况期间，可以通过控制器112来执行方法600。在步骤602，确定针对当前发动机转速和负载，废气门是否处于不良位置。在大转速情况期间，废气门可以被致动到一个所需位置以便控制通过低压涡轮的增压压力。不良位置可以是完全打开且不能够关闭的位置，或者其可以是完全关闭且不能够打开的位置。如果废气门没有处于不良位置，则方法600前进到步骤604从而保持标准大转速增压控制，这包括在步骤606废气门被致动成提供所需增压、在步骤608处CBV被打开以及在步骤610处HP-TBV被打开。如果废气门处于不良位置，则方法600前进到步骤612以便确定废气门是否不能够关闭。如果废气门不能关闭(例如卡在完全打开)，则方法600前进到步骤614以便实施在完全打开废气门的情况下控制增压的替代性控制。这可以包括在步骤618处废气门完全打开且不能够关闭、在步骤620处CBV打开以及在步骤622处基于工作参数致动HP-TBV以便维持所需增压。如果废气门并不是不能关闭，则方法600前进到步骤624以便执行使用完全关闭的废气门来控制增压压力的替代性控制。这可以包括在步骤626处废气门完全关闭且不能够打开、在步骤628处CBV打开、在步骤630处HP-TBV完全打开以及在步骤632处扭矩设定点映射被限制。以此方式，排气可以绕过高压涡轮以便减少增压压力。不过，因为低压涡轮增压器不能够被调节(并且因而发动机在一些大转速/负载情况期间会承受过度增压)，因此扭矩设定点可以被限制以便减少过度增压。因此，图4-6的方法400、500和600提供了用于低压涡轮增压器废气门的方法，包括在第一情况期间响应废气门不能关闭从而将高压涡轮旁通阀关闭第一量，并且在第二情况期间响应废气门不能关闭从而致动高压涡轮旁通阀以便维持所需增压压力。该方法还可以包括基于低压涡轮增压器、发动机转速和发动机负载来确定废气门的位置。在一些实施例中，该方法可以附加地或替代地包括基于排气流、增压压力、进气流、压缩机压力和压缩机出口温度中的一个或更多个来确定废气门的位置。该方法还可以包括在第二情况期间，响应废气门不能打开而完全打开高压涡轮旁通阀；在第一情况期间，响应废气门处于关闭位置而致动高压涡轮旁通阀来维持所需增压压力；以及/或者在第二情况期间，响应废气门处于所需位置，完全打开高压涡轮旁通阀。第一情况可以包括低发动机转速和小发动机负载，并且第二情况可以包括高发动机转速和 大发动机负载。以此方式，高压涡轮旁通阀可以根据速度和负载情况被区别地控制，并且还可以根据废气门的降级位置被区别地控制。通过这样做，即使在废气门降级期间仍能维持所需增压压力。例如，在小转速和负载情况期间，如果废气门不能够关闭(例如卡在完全打开)，则高压涡轮旁通阀可以闭合第一量。这个第一量可以是比废气门在小转速和负载情况期间没有降级(例如能够关闭)时高压涡轮旁通阀将闭合的量更大的量。应当了解，此处公开的配置与例程实际上为示例性，且这些具体实施例不应理解为是限制性，因为可能存在多种变型。例如，上述技术可应用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸、和其他发动机类型。本发明的主题包括多种系统与配置以及其它特征、功能和/或此处公开的性质的所有新颖和非显而易见的组合与子组合。本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和次组合。这些权利要求可引用“一个”元素或“第一”元素或其等同物。这些权利要求应该理解为包括一个或多个这种元素的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元素。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和次组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求得到主张。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，也被认为包括在本发明主题内。
权利要求
1.用于运转内燃发动机的涡轮增压器装置的方法，该涡轮增压器装置包括顺序设置的低压涡轮增压级和高压涡轮增压级，所述低压涡轮增压级包括具有无传感器的低压涡轮旁通阀的低压涡轮，该方法包括 评估所述涡轮增压器装置的至少一个传感器信号以用于探测所述无传感器的低压涡轮旁通阀的失效模式。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述至少一个传感器信号是代表进气质量气流、增压压力、压缩机压力比、压缩机出口温度、排气流、所述低压涡轮下游的排气压力和/或涡轮增压器速度的信号。
3.根据权利要求I所述的方法，其中所述至少一个传感器信号被评估以用于确定所述涡轮增压器装置的至少一个物理参数，所述至少一个物理参数关于所述无传感器的低压涡轮旁通阀的运转模式是具有区别性的。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述涡轮增压器装置的所述至少一个物理参数是排气流、进气质量气流、增压压力、所述低压涡轮下游的排气压力和/或低压涡轮增压器速度。
5.根据权利要求I所述的方法，其中所述涡轮增压器装置的所述至少一个传感器信号基于发动机工作点被评估以用于探测所述无传感器的低压涡轮旁通阀的失效模式。
6.根据权利要求I所述的方法，其中所述涡轮增压器装置的所述至少一个传感器信号和/或所述至少一个物理参数和/或代表所述无传感器的低压涡轮旁通阀的运转模式的函数被滤波。
7.根据权利要求I所述的方法，其中所述至少一个传感器信号在所述内燃发动机运转期间被连续评估以用于探测所述无传感器的低压涡轮旁通阀的失效模式。
8.根据权利要求I所述的方法，其中所述涡轮增压器装置根据第一控制模式运转，并且当探测到所述无传感器的低压涡轮旁通阀的失效模式时所述涡轮增压器装置根据第二控制模式运转。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一控制模式是小转速/扭矩控制模式，并且在所述第二控制模式时与所述第一控制模式时相比高压涡轮旁通阀被设定成更加闭合。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一控制模式是大转速/扭矩控制模式，并且其中如果所述无传感器的低压涡轮旁通阀的所述失效模式是完全关闭、所述高压涡轮旁通阀被设定成完全打开且扭矩设定点被限制，以及/或者如果所述无传感器的低压涡轮旁通阀的所述失效模式是完全打开，则增压压力被所述高压涡轮旁通阀控制。
11.根据权利要求I所述的方法，其中所述无传感器的低压涡轮旁通阀的供应信号被评估以用于确定所述无传感器的低压涡轮旁通阀的失效模式。
12.用于内燃发动机的涡轮增压器装置的控制单元，其中所述控制单元被构造成根据权利要求I所述的方法控制所述涡轮增压器装置。
13.用于低压涡轮增压器废气门的方法，包括 在第一情况期间，响应所述废气门不能关闭而将高压涡轮旁通阀关闭第一量； 在第二情况期间，响应所述废气门不能关闭而致动所述高压涡轮旁通阀以便维持所需增压压力。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括基于所述低压涡轮增压器的速度、发动机转速和发动机负载来确定所述废气门的位置。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括在所述第二情况期间，响应所述废气门不能打开而完全打开所述高压涡轮旁通阀。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括在所述第一情况期间，响应所述废气门处于关闭位置而致动所述高压涡轮旁通阀以便维持所需增压压力。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括在所述第二情况期间，响应所述废气门处于所需位置而完全打开所述高压涡轮旁通阀。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括所述第一情况包括低发动机转速和低发动机负载，并且其中所述第二情况包括高发动机转速和高发动机负载。
19.发动机涡轮增压器系统，包括 包括第一涡轮、第一压缩机和高压涡轮旁通阀的高压涡轮增压器； 包括设置在所述第一涡轮下游的第二涡轮、第二压缩机、压缩机旁通阀和废气门的低压涡轮增压器；以及 控制器，其包括指令以便 响应所述废气门的退化来调节所述高压涡轮旁通阀的位置以便维持所需增压压力。
20.根据权利要求19所述的涡轮增压器系统，其中所述废气门的退化是基于所述第二涡轮的速度、发动机负载和发动机转速来确定的。
全文摘要
提供一种用于运转内燃发动机的涡轮增压器装置的方法，该涡轮增压器装置包括顺序设置的低压涡轮增压级和高压涡轮增压级，所述低压涡轮增压级包括具有无传感器的低压涡轮旁通阀的低压涡轮。该方法包括评估所述涡轮增压器装置的至少一个传感器信号以用于探测所述无传感器的低压涡轮旁通阀的失效模式。以此方式，可以在不利用位置传感器的情况下监测低压涡轮旁通阀的退化。
文档编号F02B37/18GK102644506SQ20121003982
公开日2012年8月22日 申请日期2012年2月20日 优先权日2011年2月21日
发明者A·M·R·施瓦利尔, A·巴奇, S·彼得罗维奇 申请人:福特环球技术公司