专利名称：用于操作涡轮增压器的方法和控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于操作车辆内燃机的涡轮增压器的方法以及控制这种类型涡 轮增压器的控制器。
背景技术：
涡轮增压器包括连接到压缩机的涡轮。通过压缩机，环境空气被吸入、压缩到 更高压力且供给至发动机。发动机的排放气体被导向涡轮，在那里排放气体被膨胀以驱 动压缩机。为了控制被吸入环境空气的压力，设置用于旁路涡轮的旁路装置，以使得涡 轮可被减少的排放气体流操作。该旁路装置通过所谓的废气门(waste gate)被打开和关 闭。废气门可被工作循环(duty cycle)的压力促动，例如通过压缩机后的环境空气压力。 废气门沿关闭方向被弹簧加载。由于弹簧力，需要极小的推进压力来打开给废气门，其 中该极小推进压力被称为“基本推进压力”。涡轮增压器推进压力控制仅可在基本推进 压力上执行，因为仅在该基本推进压力之上，废气门的打开和关闭可被控制。由于基本 推进压力限制了控制的可能性，基本推进压力对于提供良好的涡轮增压器控制是重要的 因数。由此高度准确地获知基本推进压力是重要的。但是基本推进压力依赖于环境空气 状况，其不能被提前计算。已知提供一组标准状况下的基本推进压力数值的表，和提供其它表来校正对于 环境状况提供的基本推进压力数值。由此用于基于环境空气温度T提供校正因数的另一 表和用于基于环境空气压力P提供校正因数的另一表被提供。这种类型的控制方法的缺点在于，这些表必须通过借助于不同环境空气温度和 不同环境空气压力的多个试验校准而得到，这需要较高工作量从而导致高成本。
发明内容
本发明的目标是提供一种操作涡轮增压器的方法以及控制器，由此可以基于基 本推进压力控制涡轮增压器，该压力被以简单的方式具有高精度地接收。该目标的解决是通过具有权利要求1的特征的方法以及通过权利要求8的控制器 而获得。优选实施例通过从属权利要求给出。根据本发明的用于操作内燃机的涡轮增压器的方法包括提供一组基本推进压力 数值的步骤，该基本推进压力被用于打开用于涡轮增压器的废气门，且在包括标准温度 Ttl和标准压力Ptl的标准状况下得到。环境空气温度T被测量。环境空气压力P被测量。 环境空气的密度P被基于数学公式计算，该公式使用了测量的环境空气温度T和测量的 环境空气压力P。标准状况下的基本推进压力的提供的数值组的至少一点通过计算的密度 P基于校正因数被转换为环境状况下的基本推进压力的估计的数值组的至少一点。基本 推进压力的该至少一个估计的数值被用于控制涡轮增压器。由于基本推进压力校正表的数学确定，其必须通过耗时的校准得到，可被省 略，以使得可以基于基本推进压力控制涡轮增压器，该基本推进压力被以高精度以简化方式接收。用于标准状况的基本推进压力的数值组可被精心制作一次。还可以主要使 用任意标准状况。标准基本推进数值组可被在几乎每个大体恒定的环境空气温度和环境 空气压力下测量，因为对标准状况的每个差别可被快速和容易地以高精度计算。标准状 况下的基本推进数值组可被作为表提供，该表包括多个关键点，在它们之间可插入附加 数值。如果标准状况下的基本推进压力的数值组的全部或重要部分(significantpart)被转 换，结果也可通过表来提供。设想的是，通过使用密度作为单独扰动变量，同一时刻环 境空气温度和环境空气压力的影响可被考虑。此外，密度不被直接测量而是通过适当的 数学公式计算。不需要用于测量环境空气的密度的复杂测量设备。容易地执行温度和压 力测量足矣。特别观察到，类似理想气体定律的简单公式足以确定环境空气的密度和以 令人惊讶的高精度计算基本推进压力，尽管理想气体定律主要仅在低压和高温下适用。 由于仅低计算功率和降低的储存内存就足够了，涡轮增压器的控制可通过较简单和较便 宜的计算单元而被执行和/或附加数据可被储存用于进一步改善控制。特别地，对于每个挡位，仅一组标准状况下的基本推进压力的数据被提供。用 于不同挡位的涡轮增压器的不同状况可被考虑。由于这些组的数值中仅一组被需要，用 于管理不同数值组的工作不显著增加。优选地，对于所有前进挡位，仅一组在标准状况下的基本推进压力的数值被提 供。更优选地，对于所有的挡位，仅一组在标准状况下的基本推进压力的数值被提供。 使用的控制器的需要的储存器和管理的工作可被最小化。特别地，在标准状况下的基本推进压力的提供的数值组被对于不同发动机速度 给出。由于基本推进压力部分地以非线性方式依赖于发动机速度，依赖于发动机速度 的基本推进压力的测量的数值组对于确定实际可用的估计基本推进压力是非常有效的信 肩、O优选地，用于计算密度的数学公式由数学描述的气体定律得到。基于科学的公 式导致用于计算未知基本推进压力的非常精确的结果。特别地，基本推进压力是从理想 气体定律和/或范德瓦尔斯方程和/或Redlich-Kwong-Soave方程得到。特别地，计算 实际基本推进压力的方式可被改变。在相当低的压力和相当高的温度下，理想气体定律 可被使用，其中在较高压力下，范德瓦尔斯方程和/或Redlich-Kwong-Soave方程可被使 用。范德瓦尔斯方程和/或Redlich-Kwong-Soave方程的参数对于环境空气大体是恒定 的且可被储存为常数。可以依次执行计算密度P的步骤和转换提供的基本推进压力数值组的步骤。在 这种情况下，一个校正参数被计算，其与内燃机的附加控制是有关的。在优选实施例 中，计算密度P的步骤和转换基本推进压力数值组的步骤通过使用校正因数而被大体同 时执行，该校正因数是使用的数学公式的一部分。不必把密度P计算为特定数值。当 使用理想气体定律来计算实际基本推进压力时，可以把在标准状况下特别是在特定发动 机速度下的基本推进压力数值乘以Ρ/Ρο和凡/τ。这两个比的乘积对应于在环境状况和标 准状况下的密度的比P/P。本发明还涉及用于控制内燃机的涡轮增压器的控制器，其中该控制器特别适用 于执行前述方法。该控制器包括存储器，该存储器包括储存的打开用于涡轮增压器的 废气门所需的基本推进压力的数值组，其在包括标准温度Ttl和标准压力Ptl的标准状况下得到；用于接收测量的环境空气温度T和测量的环境空气压力P的数据输入端；计算单 元，用于基于数学公式使用测量的环境空气温度T和测量的环境空气压力P来计算环境空 气密度P，和用于基于计算的密度P通过校正因数把在标准状况下的基本推进压力的提 供的数值组的至少一个点转换为环境空气状况下的基本推进压力的估计的数值组的至少 一个点，和控制元件，用于基于至少一个基本推进压力的估计的数值操作废气门。由于 基本推进压力校正表的数学确定，其必须通过耗时的校准得到，可被省略，以使得可以 基于基本推进压力控制涡轮增压器，其以简化的方式高精度地被接收。该控制器可进一 步如前所述关于根据本发明的方法那样被设计。特别地，用于测量环境空气温度T的温度传感器和用于测量环境空气压力P的压 力传感器被连接到数据输入端。特别地，通过传感器至数据输入端的直接连接，控制器 可非常快速地考虑变化的环境状况，从而导致增加的控制性能。本发明还涉及用于内燃机的涡轮增压器。该涡轮增压器包括连接到压缩机的涡 轮、用于旁路涡轮的废气门和用于控制废气门的控制器，其中，控制器可被如前所述地 设计。由于基本推进校正表的数学确定，其必须用过耗时的校准得到，可被省略，以使 得可以基于基本推进压力控制涡轮增压器，该基本推进压力被以简化的方式以高精度接 收。
通过参考下面的优选实施例的说明，本发明的这些和其它方面将变得明白。在 附图中图1是内燃机的示意性概念图；图2是测量的基本推进压力的示意图；以及图3是图2的校正后的基本推进压力的示意图。附图标记10内燃机12涡轮增压器14 涡轮16压缩机18 车由20进气通道22发动机24排气通道26旁路装置28废气门30废气门促动器32 弹簧34推进管线36推进阀38控制器
40数据线42估计的数值组/测量的数值组44基本推进压力46发动机速度48提供的数值组/校正的数值组
具体实施例方式如图1所示，内燃机10包括涡轮增压器12。涡轮增压器12包括经由轴18驱动 压缩机16的涡轮14。经由进气通道20，环境空气被压缩机16压缩且引导至发动机22。 经由排气通道24，来自发动机22的排放气体可被引导通过涡轮14。一部分排放气体经 由旁路装置26而绕过涡轮14。旁路装置26通过废气门28而被打开和关闭，废气门是通 过废气门促动器30操作的。废气门促动器30通过弹簧32而被沿废气门28的关闭方向 弹簧加载。为了打开废气门28，必须克服弹簧32的弹簧力。压力经由推进管线34而被 施加至废气门促动器30。推进管线34经由推进阀36而受到来自进气通道20的压力。 推进阀36是用于操作废气门28的控制元件。为了控制涡轮增压器12，推进阀36被控 制器38控制。控制器38经由数据线40接收关于环境空气的环境空气压力和环境空气温 度的数据。通过接收的数据，控制器38通过数学公式校正特定标准状况下的打开废气门 28所需的基本推进压力的储存的数值组。在图2中，示出了不同挡位和不同温度和不同压力下的基本推进压力的多个数 值组42，其中基本推进压力44被以KPa为单位相对于以rpm为单位的发动机速度绘出。 与图2相比较，在图3中，数值组42通过理想气体定律而被转换为在关于温度和压力的 相同标准状况下的校正的基本推进压力数值组48。图2中的校正的数值组48溃缩为大体 一条线，在不同的校正的数值组48的数值中仅有较低的差别。这意味着可以使用一组在 标准状况下的基本推进压力的数值48作为提供的数值组48来通过数学公式计算任意估计 的基本推进数值组42，其可基于理想气体定律。
权利要求
1.一种用于操作内燃机(10)的涡轮增压器(12)的方法，包括步骤提供打开涡轮增压器(12)的废气门(28)所需的基本推进压力(44)的数值组(48)， 其在包括标准温度Ttl和标准压力Ptl的标准状况下得到；测量环境空气温度T ；测量环境空气压力P ；使用测量的环境空气温度T和测量的环境空气压力P基于数学公式计算环境空气密度 (P)；将标准状况下的基本推进压力(44)的提供的数值组(48)中的至少一个点通过基于计 算的密度(P)的校正因数转换为环境状况下的基本推进压力(44)的估计的数值组(42) 中的至少一个点；和使用基本推进压力的该至少一个估计的数值(42)来控制涡轮增压器(12)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，对于每个档位，仅提供标准状况下的基本推进压 力(44)的一组数值(48)。
3.如权利要求2所述的方法，其中，对于所有前进挡位，仅提供标准状况下的基本推 进压力(44)的一组数值(48)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，标准状况下的基本推进压力(44) 的所述提供的数值组(48)被给出用于不同的发动机速度(46)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中用于计算密度(P)的数学公式由数 学描述的气体定律得到。
6.如权利要求5所述的方法，其中，数学公式是由理想气体定律和/或范德瓦尔斯方 程和/或Redlich-Kwong-Soave方程得到。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，计算密度(P)的步骤和转换基本 推进压力(44)的提供的数值组(48)的步骤通过使用校正因数大体同时执行，该校正因数 是使用的数学公式的一部分。
8.—种用于控制内燃机(10)的涡轮增压器(12)的控制器，特别用于执行根据权利要 求1至7中任一项所述的方法，包括存储器，包括储存的打开用于涡轮增压器(12)的废气门(28)所需的基本推进压力 (44)的数值组(48)，该数值组在包括标准温度Ttl和标准压力Ptl的标准状况下得到；数据输入端，用于接收测量的环境空气温度T和测量的环境空气压力P ；计算单元，用于使用测量的环境空气温度T和测量的环境空气压力P基于数学公式 计算环境空气的密度(P)，和用于把标准状况下的基本推进压力(44)的提供的数值组 (48)的至少一个点通过基于计算的密度(P)的校正因数转换为环境状况下的基本推进压 力(44)的估计的数值组(42)的至少一个点；和控制元件(36)，用于基于基本推进压力(44)的至少一个估计的数值(42)来操作废气 门(28)。
9.如权利要求8所述的控制器，其中，用于测量环境空气温度T的温度传感器和用于 测量环境空气压力P的压力传感器被连接至数据输入端。
10.—种用于内燃机(10)的涡轮增压器，包括连接到压缩机(16)的涡轮(14)、用于 旁路该涡轮(14)的废气门(28)和根据权利要求8或9所述的用于控制废气门(28)的控制 器(38)。
全文摘要
一种用于操作内燃机(10)的涡轮增压器(12)的方法，包括步骤提供打开涡轮增压器(12)的废气门(28)所需的基本推进压力(44)的数值组(48)，其在包括标准温度T0和标准压力P0的标准状况下得到。测量环境空气温度T。测量环境空气压力P。使用测量的环境空气温度T和测量的环境空气压力P基于数学公式计算环境空气密度ρ。将标准状况下的基本推进压力(44)的提供的数值组(48)中的至少一个点基于计算的密度ρ通过校正因数转换为环境状况下的基本推进压力(44)的估计的数值组(42)中的至少一个点。和使用基本推进压力的该至少一个校正的数值(42)来控制涡轮增压器(12)。由于基本推进压力(44)校正表的数学确定，其必须通过耗时的校准得到，可被省略，以使得可以基于基本推进压力(44)控制涡轮增压器(12)，该基本推进压力(44)被以简化的方式以高精度接收。
文档编号F02B37/12GK102011641SQ20101027773
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者埃里克·詹森, 珀·安德森 申请人:通用汽车环球科技运作公司