专利名称：涡轮增压器喘振探测的制作方法
技术领域：
本发明涉及涡轮增压器喘振探测领域。
背景技术：
内燃式发动机可以包括机械增压器或涡轮增压器，用以在传输到燃烧室之前压缩入口空气。机械增压器通常是皮带传动或齿轮传动，而涡轮增压器具有由发动机废气驱动的涡轮。机械增压器情况下的皮带或齿轮，或者涡轮增压器情况下的涡轮，驱动对入口空气进行压缩的压缩机。该压缩机，可以为离心式或回转式泵，在入口侧接收将要压缩的空气并将空气提供到出口侧的燃烧室。出口侧压强相对于入口侧的差值称为压力比，并代表该压缩机提供给入口空气的增压量。
在图1中显示用于涡轮增压器的压缩机谱图(map)100。压力比102标识在垂直坐标轴上，而流动速率104标识在水平坐标轴上。可以在图1中看到，压缩机的运行区域106由喘振线108限制在该压缩机谱图的左侧。
当通过压缩机的流动速率104太小以至于不能支持普通压力比102时发生喘振。喘振线108代表针对多种流动速率104的这种状况。当流动速率104太小以至于不能支持普通压力比102时，空气流将形成气穴，从压缩机轮的叶片或叶轮的吸力面分离并倒转通过压缩机的空气流直到压力比102被降低为止。如果喘振状况连续发生，压力比102将再次增大并且将重复循环。此提升和降低压力比102的循环将以基本固定的频率持续。喘振造成爆裂噪声并压迫涡轮增压器和发动机入口之间的管道系统。爆裂噪声被称为喘振或吠声(barking)。使用具有这些喘振或吠声的卡车的用户不喜欢它，并且担心这引起对于他们的卡车和发动机的损害。
涡轮增压器例如可变几何形状的涡轮增压器和EGR系统之间的交互作用可能加剧通过涡轮增压器压缩机的回流。EGR系统可以在压缩机的下游提供废气以避免将压缩机浸透在腐蚀性的废气中。进入压缩机的气流下游的再循环废气可增加在压缩机出口处的压强，人工提升压力比102并促进喘振。
发明内容
本发明的主要目的为通过提供涡轮增压器喘振探测方法和系统克服上述相关技术的不足。本发明通过提供涡轮增压器喘振探测方法和系统达到这些目的。
在多个方面，本发明可以提供涡轮增压器喘振探测方法和系统。具体地，根据本发明的第一方面，涡轮增压器喘振探测方法可以包括以下步骤测量通过涡轮增压器压缩机地空气流的速率；测量该空气流的温度；计算在该速率和温度下空气流的标准质量流动速率；测量跨越涡轮增压器压缩机的压力比；计算在该压力比下在压缩机的喘振线上的喘振质量流动速率；将标准质量流动速率与喘振质量流动速率相比较；如果标准质量流动速率低于喘振质量流动速率，减少EGR流。
根据本发明的第二方面，涡轮增压器喘振探测方法可以包括如下步骤测量通过涡轮增压器压缩机的空气流的速率；测量该空气流的温度；计算在该速率和温度下的空气流的标准质量流动速率；测量跨越涡轮增压器压缩机的压力比；计算在该压力比下压缩机的喘振线上的喘振质量流动速率；将标准质量流动速率与喘振质量流动速率相比；以及如果该标准质量流动速率低于喘振质量流动速率时，通过打开压缩机的叶轮减少压力比。
根据本发明的第三方面，用于涡轮增压器喘振探测的系统可以包括用于测量通过涡轮增压器压缩机的空气流的速率的装置；用于测量空气流的温度的装置；用于计算空气流的标准质量流动速率的装置；用于测量跨越涡轮增压器压缩机的压力比的装置；用于计算在压缩机的喘振线处的喘振质量流动速率的装置；用于将标准质量流动速率与喘振质量流动速率相比的装置；以及用于如果标准质量流动速率低于喘振质量流动速率时减少EGR流的装置。
根据本发明的第四方面，涡轮增压器喘振探测的系统可以包括用于测量通过涡轮增压器压缩机的空气流的速率的装置；用于测量空气流的温度的装置；用于计算空气流的标准质量流动速率的装置；用于测量跨越涡轮增压器压缩机的压力比的装置；用于计算在压缩机的喘振线处的喘振质量流动速率的装置；用于将标准质量流动速率与喘振质量流动速率相比的装置；用于通过打开压缩机的叶轮减少压力比的装置。
本发明的以上和其他特征，以及本发明的多个实施例的结构和操作，在下面参考附图进行详细说明。
在此引入并组成说明书部分的附图，描述本发明的多个实施例并且与说明书一起，进一步解释本发明的原则以及使得相关领域的技术人员可以制造和使用该发明。在附图中，类似附图标记指示同样的或功能类似的元件。可以容易地得到本发明的更完整的评价及其附带优点，因为该评价和优点在联系附图考虑并参考下面详细说明得到更好的理解。附图中图1为压缩机谱图(map)；
图2为与本发明的实施例一起使用的涡轮增压内燃发动机的示意图；；图3为根据本发明的第一实施例的控制算法的示意图；以及；图4为与本发明的实施例一起使用的压缩机谱图。
具体实施例方式
在图2中显示以本发明实施例使用的涡轮增压内燃发动机222的示意图。涡轮增压内燃发动机222可以包括多个汽缸224，每个具有由进气歧管230的流道228进给的燃烧室226。压缩机204可以将加压的进口空气202提供给进气歧管230。压缩机204可以具有接收低压空气202的进口，该空气可以具有环境压强，以及垂直于进气歧管230的出口232。EGR阀234的出口232也垂直于进气歧管230。EGR阀的进口236可以从也连接到燃烧室226的排气歧管238提取废气。
当压缩机204在喘振点时，如果压缩机204的叶轮位置可以进行调整以降低跨越压缩机204的压力比并阻止喘振则是所期望的。进一步，当压缩机204在喘振点时，如果EGR从压缩机流入进气歧管230下游以降低跨越压缩机204的压力比并阻止喘振则更令人满意。
图3显示用于涡轮增压内燃发动机的控制算法的示意图244。计算在图244左侧显示的输入参数246，来确定压缩机204运行相对于喘振线108的位置。使用通过压缩机204的实际质量空气流202和温度206来计算在压缩机204的参考状态的标准质量流动速率208(mdotcorr)。压缩机204的压力比210通过输入传感器(CPR)确定，并被用于在压缩机204的喘振线108处查找质量流动速率212。查找曲线具有增加的一些喘振余量216，如图4所示。
将在压缩机204参考状态处的标准质量流动速率208与喘振线108(加上喘振余量216)相比，来确定压缩机204是否接近喘振。在此比较后，控制器250可以适当地减少EGR流214来促使更多质量空气流202通过压缩机204，从而当没有喘振余量216时消除压缩机204的喘振。另外，期望EGR流要求则直接通过而无减少。更改EGR阀234的位置来减少EGR流214可以改善通过压缩机204的空气流202，进而改进喘振余量216。
可以通过打开涡轮增压压缩机204叶轮218来降低压缩机204的压力比210，以进一步改进喘振余量216。可以使用元件的任何组合来改进压缩机204的喘振余量216。只更改EGR阀234位置，更改EGR阀234位置然后打开涡轮增压器叶轮218位置，打开涡轮增压器叶轮218后更改EGR阀234位置，或只打开涡轮增压器叶轮218位置。
在制动模式或非制动模式的发动机的快速减速下，发现涡轮增压器与EGR系统交互作用的两个附加情况。
情况1EGR阀234必须快速关闭以阻止通过压缩机204的反向气流。EGR系统具有燃料比的快速移动(removal)的自然行为是为了增加EGR流动速率214以维持期望的空气燃料比。该涡轮增压器还输送不带有燃料的高的流动速率的空气202。EGR系统将尝试以更高量的EGR进行补偿，从而减少通过压缩机204的空气流202。这导致通过压缩机204的反向气流，因为没有足够的电源来在给定压力比210旋转涡轮增压器。也可以配合EGR阀234关闭来减少该涡轮增压器叶轮218位置，以消除对于压缩机作为燃料比的快速移动(removal)功能的要求。
情况2也可以在应用制动的发动机的快速减速的情况下快速更改涡轮增压器叶轮218的位置。必须以快速控制方法将能量从系统中移除移阻止涡轮增压器的吠声(爆裂噪声)。制动模式需要相较动力推动运行空气流动速率202更少的空气流动速率202。因为空气使用中的快速改变，产生通过压缩机204的反向气流。
具体地，在第一实施例中，涡轮增压器喘振探测方法200可以包括步骤测量通过涡轮增压器压缩机204的空气流202的速率220；测量空气流202的温度206；计算在速率220和温度206下的空气流202的标准质量流动速率208；测量涡轮增压器204的压力比210；计算位于压力比210的压缩机204的喘振线214处的喘振质量流动速率212；将标准质量流动速率208与喘振质量流动速率212相比；如果标准质量流动速率208低于喘振质量流动速率212，减少EGR流214。
在一个实施例中，涡轮增压器喘振探测方法也可以包括将喘振余量添加到喘振质量流动速率212的步骤。
在一个实施例中，涡轮增压器喘振探测方法200也可以包括通过打开压缩机204的叶轮218减少压力比210的步骤。
在第二实施例中，涡轮增压器喘振探测方法300可以包括步骤测量通过涡轮增压器压缩机204的空气流202的速率220；测量空气流202的温度206；计算在流动速率220和温度206下的空气流202的标准质量流动速率208；测量跨越涡轮增压器压缩机204的压力比210；计算位于压力比210下的压缩机204的喘振线214处的喘振质量流动速率212；将标准质量流动速率208与喘振质量流动速率212相比，如果标准质量流动速率208低于喘振质量流动速率212，通过打开压缩机204的叶轮218减少压力比210。
在一个实施例中，涡轮增压器喘振探测方法300还可以包括将喘振余量216添加到喘振质量流动速率212的步骤。
实例1以下为以本发明的实施例使用的涡轮增压器探测程序的实例。
实例11 EGR_Step_7_ComponentsLibraryProject LibraryEGR_Step_7_ComponentsEntry Projectkicker1.1 kicker路径EGR_Step_7_Components/kicker注意1.1.1代码产生选项Code GeneratorPhyslcal ExperimentExpander ANS1-C for Experimental Targetsprotected divisiontruedata logging falseprotected vector indices trueoptimize direct access methodsfalse(one level)optimize direct access methodsfalse(multiple levels)use PM1 when generating c-codetruecomponentsgenerate acoess methods for dTtrue(alternativeuse OS oT directly)Internal Make-generate Map file trueInternal Make-updating dependent trueparametersInternal Make-use long file names falseInternal Make -generate one globaltrueheader file (temp.h)Internal Make-keep genericfalsesources for external makemax number of loop Iterations 1000warning level(between 0 [no]and2 1[all])1.1.2目标选项目标ES1112工具DIABDATAV41x1.1.3操作系统Cooperative Level 19Preemptive Level 7Operating Modes inactive
，active[1]
1.1.4针对任务的设置
1.1.5任务计划表
1.1.6全局变量
1.1.7全局变量的实现
1.1.8数据名称数据注意元素
1.1.9实现名称Imlp注意元素
1.1.10工程公式
2 Turbokicker2.1 Decel_CatchLibraryComponent Library turbokickerEntry Component Decel_Catch路径turbokicker/Decel_Catch注意
2.1.1布局
图1类Decel_Catch的布局2.1.2公共方法DecCat
2.1.3 ESDL说明DecCat[eapp_dpv_w::cont；eess_n_avg_w::cont；Derivative_Lo_Thresh::cont；eess_n_thresh::cont；tDerivative_Hi_Thresh::cont]return::logif((eess_n_avg_w＜coss_n_thresh)&&(eapp_dpv_w＜Derivative_Lo_Thresh))EGOO_Bit_Status＝false；if((eess_n_avg_w＜eess_n_thresh)&&(eapp_dpv_w＞Derivative_Hi_Thresh)&&((EGOO_Bit_Status))EGOO_Bit_status＝true；if(eess_n_avg_w＞eess_n_thresh)EGOO_Bit_status＝true；return EGOO_Bit_Status；2.1.4实现名称Impl注意元素
2.2 press_ratioLibraryComponent Library turbokickerEntry Component press_ratio路径turbokicker/press_ratio注意2.2.1布局
图2类press_ratio的布局2.2.2元素
2.2.3公共方法compPR
mdotcorr
2.2.4 ESDL说明compPR[eaps_p_wcont；dm_freshaircont；eahs_r_kcgin_wcont；eahs_t_ambtemp_wcont；Dcicont；ecdt_t_wcont；ebps_p_wcont；Dcocont；Pcorefcont；Tcorefcont]returncont/* Compressor map corrections ussually use inlet reatrictions* as part of the reaults.since no inlet restriction value* is availeble，inlet restriction value is not used as part* of the value for pressure or mess flow corrections.*//* calculation of dynamic pressure at compressor inlet */Pdi＝(.00007581028*eans_r_kcgin_w*dm_freshair*dm_freshair*(eahs_t_ambtemp_w+459.67))/＜((eaps_p_w*2.0416)*Dci*Dci*Dci*Dci)；/* calculation of dynamic pressure at compressor outlet */Pdcd＝(.00007581023*eahs_r_kcgin_w*dm_freshair*dm_freshair*(ecdt_t_w+459.67))/(((eaps_p_w+ebps_p_w)*2.0416)*Dco*Dco*Dco*Dco)；
/*calculation of corrected mass flow through compressor*/ndotTCC＝dm_freshair*{Pcoref/(Pdi+eaps_p_w))*MathFcn.scrt((eahs_t_ambtemp_w+459.67)/Tcoref)；/*calculate compressor pressure ratio*/return(ebps_p_w+Pdcd+eaps_p_w)/(Pdi+eaps_p_w)；mdotcorr[]return::contreturn(mdotTCC)；2.2.5实现名称Impl注意元素
2.3 surge_protectLibraryComponent LibraryturbokickerEntry Module surge_protect
路径turbokicker/surge_protect注意2.3.1布局
图3模块surge_protect的布局2.3.2元素
2.3.3元素的值surge prot K类型OneDCharTable
插值方法线性外推方法不变x Distribution的名字-surge line(喘振线)类型OneDCharTable
插值方法线性外推方法不变x Distribution的名字2.3.4输入的元素
2.3.5输出的元素
2.3.6输出元素的实现
2.3.7进程process_[]Init []2.3.8框图和层次(hierarchies)
图4进程框图2.3.9实现名称Impl注意---元素
3 ETAS_SystemLib_CT3.1 MathFcnLibraryComponant LibraryETAS_SystomLib_CTEntry ComponentMethFcn路径ETAS_SystemLib_CT/Classes/MathFcn注意---3.1.1布局
图5类MathFcn的布局3.1.2公共方法exp
sqrt
abs
atan
acos
sin
cos
asin
sinh
cosh
csch
coth
sch
tanh
sign
pi
tan
log10
min
max
pow
limit
fmod
atan2
cell
floor
log
3.1.3源目标ES1130无特别的代码3.1.4实现名称Impl注意---元素
4 ETAS_SystemLib_SD_discrete4.1 Hysteresis_MSP_DeltaHalfLibraryComponent Library ETAS_SysstemLib_SD_discreteEntry Component Hysteresis_MSP_DeltaHalf
路径ETAS_SystemLlb_SD_discrete/Nonlinears/Hysteresls_MSP_DelteHalf注意default THysteresis-MSP-DeltaHalf为具有中间跳变点和delta/2偏置的滞后。
MethodsoutArgumentsx::continuousmsp::continuouedeltanalf::continucusReturn valuelogicalOn activation of methodoutTRJE is returned，if x＞(msp+deltahalf).
FALSE is returned，if x＜(msp-deltahalf).
The Return Value is unchanged，if input x lies within the openinterval](msp-doltahalf)，(nap+deltahalf)[.
4.1.1布局
图6类Hysteresis_MSP_DeltaHalf的布局4.1.2元素
4.1.3公共方法out
4.1.4框图和层次(hierarchies)
图7 out4.1.5实现名称Impl注意---元素
名称S16注意---元素
名称S32注意---元素
名称S8注意---元素
名称U16注意---元素
名称U32注意---元素
名称U8注意---元素
4.2 LimiterLibraryComponentLibrary ETAS SystemLib_SD_discreteEntry ComponentLimiter路径ETAS_SystemLib_SD_discrete/Nonlinears/Limlter注意default TLimiter返回由mn和mx限制的输入x。
方法out自变量x连续变量mn连续变量mx连续变量返回值连续变量激活该方法时out输入x由mn和mx限制并被返回，也就是max(min(x，mx))。
如果mn＜＝mx就不作核对。
4.2.1布局
图8类Limiter的布局4.2.2公共方法out
4.2.3框图和层次(hierarchies)
图9out4.2.4实现名称Impl注意---元素
名称S16注意---元素
名称S32注意---
元素
名称S8注意---元素
名称U16注意---
元素
名称U32注意---
元素
名称U8注意---元素
4.3 PIDLimitedLibraryComponent LibraryETAS_SystemLib_SD_discreteEntrv ComoonentPIDLimited路径ETAS_SystemLib_SD_discrete/Transferfunction/Control/PIDLimited注意总体注释PIDLimited为离散的具有不同部分的比例积分器(原文误将proportional integrator作propotional inegrator)，具有时间常数Tv.和Tn以及grain常数K。积分器的数值被限制。
方法重置自变量initValue::连续变量返回数值无计算自变量in::连续变量
Tv::连续变量Tn::连续变量Mn::连续变量Mx::连续变量返回数值无输出自变量无返回数值连续变量在激活该方法时重置积分器数值被设置为初始值initValue；计算计算P-function的和作为PID-function的数值；D-function和I-function，其中I-function的积分器的数值由mn和mx限制。
输出返回PID-function的数值。
追踪(Tracking)置信水平(Confidence level)；完成百分比；打开项目(Open Item)4.3.1布局 图10类PIDLimited的布局
4.3.2元素
4.3.3输入元素
4.3.4公共方法输出(out)
计算(compute)
重置(reset)
4.3.5框图和层次
图11 输出，计算和重置4.3.6实现名称Impl注意---元素
上面描述了本发明的原则，实施例以及操作模式。然而本发明不应当被认为局限于上述的具体实施例，因为它们应该被认为是描述性的而非限制性的。需要认识到本领域技术人员可以在这些实施例中作出变化而不偏离本发明的范围。
虽然在上面对本发明进行了详细描述，本发明不应被局限于描述的特别实施例。明显地本领域技术人员现在可以作出这里描述的特别实施例的使用和更改，以及偏离，而不偏离本发明的创造概念。
虽然上面描述了多个本发明的实施例，他们应当被认为是仅以实例的方法进行说明，而非限制。因此，本发明的宽度和范围不应当受限于上述实施例。
明显地，在以上指示的指导下，本发明的很多更改和变化是可能的。因此需要理解本发明可以不同于这里具体描述地进行实施。
权利要求
1.一种涡轮增压器喘振探测方法，其包括测量通过涡轮增压器压缩机的空气流的速率；测量所述空气流的温度；计算在所述速率和所述温度下的所述空气流的标准质量流动速率；测量跨越所述涡轮增压器压缩机的压力比；计算在所述压力比下的所述压缩机的喘振线处的喘振质量流动速率；将所述标准质量流动速率与所述喘振质量流动速率相比；以及如果所述标准质量流动速率低于所述喘振质量流动速率，减少EGR流。
2.如权利要求1的涡轮增压器喘振探测方法，进一步包括将喘振余量添加到所述喘振质量流动速率。
3.如权利要求1的涡轮增压器喘振探测方法，进一步包括通过打开所述压缩机的叶轮来减少所述压力比。
4.一种涡轮增压器喘振探测方法，其包括测量通过涡轮增压器压缩机的空气流的速率；测量所述空气流的温度；计算在所述速率和所述温度下的所述空气流的标准质量流动速率；测量跨越所述涡轮增压器压缩机的压力比；计算在所述压力比下的所述压缩机的喘振线处的喘振质量流动速率；将所述标准质量流动速率与所述喘振质量流动速率相比；以及如果所述标准质量流动速率低于所述喘振质量流动速率，通过打开所示压缩机的叶轮来减少所述压力比。
5.如权利要求4的涡轮增压器喘振探测方法，进一步包括将喘振余量添加到所述喘振质量流动速率。
6.一种用于涡轮增压器喘振探测的系统，其包括用于测量通过涡轮增压器压缩机的空气流的速率的装置；用于测量所述空气流的温度的装置；用于计算所述空气流的标准质量流动速率的装置；用于测量跨越所述涡轮增压器压缩机的压力比的装置；用于计算所述压缩机的喘振线处的喘振质量流动速率的装置；用于将所述标准质量流动速率与所述喘振质量流动速率相比的装置；用于如果所述标准质量流动速率低于所述喘振质量流动速率，减少EGR流的装置。
7.如权利要求6的用于涡轮增压器喘振探测的系统，进一步包括用于将喘振余量添加到所述喘振质量流动速率的装置；
8.如权利要求6的用于涡轮增压器喘振探测的系统，进一步包括通过打开所述压缩机的叶轮来减少所述压力比。
9.一种用于涡轮增压器喘振探测的系统，包括用于测量通过涡轮增压器压缩机的空气流的速率的装置；用于测量所述空气流的温度的装置；用于计算所述空气流的标准质量流动速率的装置；用于测量跨越所述涡轮增压器压缩机的压力比的装置；用于计算所述压缩机的喘振线处的喘振质量流动速率的装置；用于将所述标准质量流动速率与所述喘振质量流动速率相比的装置；用于通过打开所述压缩机的叶轮来减少所述压力比的装置。
10.如权利要求8的涡轮增压器喘振探测方法，进一步包括用于将喘振余量添加到所述喘振质量流动速率的装置。
全文摘要
一种涡轮增压器喘振探测的方法可以包括如下步骤测量通过涡轮增压器压缩机的空气流动速率；测量该空气流的温度；计算位于该流动速率和温度的该空气流的标准质量流动速率；测量跨越涡轮增压器压缩机的压力比；计算位于该压力比的压缩机的喘振线处的喘振质量流动速率；将该标准质量流动速率与该喘振质量流动速率相比；以及如果标准质量流动速率低于该喘振质量流动速率时，通过打开该压缩机的叶轮较少EGR流或该压力比。
文档编号F02M25/07GK1894492SQ200480033503
公开日2007年1月10日 申请日期2004年11月12日 优先权日2003年11月12日
发明者史蒂芬·M·盖耶, 格雷戈里·J·比尔基 申请人:马克卡车公司