用于控制增压装置的工作温度的方法和系统的制作方法

用于控制增压装置的工作温度的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本申请涉及用于控制增压装置的工作温度的方法和系统。一种用于控制车辆的增压装置的工作温度TX的方法，该方法包括：确定升压装置的当前工作压力PX和目标增压压力PLIM之间的压力差ΔP(100)，在该目标增压压力PLIM下增压装置运行在工作温度极限TLIM处；确定压力步距大小dP(110)，其中压力步距大小dP是压力差ΔP与预定的压力步距数N的函数；以及以压力步距大小dP(120)连续调节当前工作压力PX直到增压装置的工作温度TX基本上等于工作温度极限TLIM。
【专利说明】用于控制增压装置的工作温度的方法和系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于控制增压装置的工作温度的方法和系统，并且具体地，但不 仅仅涉及调节增压装置的工作压力，使得所述增压装置的工作温度基本上等于工作温度极 限。

【背景技术】
[0002] 增压装置，如涡轮增压器和机械增压器，是为了增加经由进气歧管供应到发动机 的空气压力的目的，可与车辆的发动机一起使用的部件。进入发动机的空气压力的增加可 导致发动机性能和/或效率的提高。
[0003] 然而，该空气压力能够增加的量会受到增压装置的工作温度极限的制约，例如最 大的气体出口温度。超过该工作温度极限一段时间段可导致增压装置本身或发动机内的部 件的损坏，其可影响车辆的长期可靠性。因此，可根据车辆的可靠性要求限制增压装置的工 作温度。
[0004] 为了降低增压装置的工作温度，工作压力（例如增压装置两端的压力比）必须被 限制。然而，限制增压装置的工作压力会限制发动机性能并且会对车辆的整体燃油经济性 不利。
[0005] 为了获得最大的发动机效率和性能，希望在接近工作温度极限的条件下运转，使 得来自增压装置的输送的增压压力最大化。因此，期望准确地并一致地将增压装置的工作 温度控制在工作温度极限内，以便达到可获得的最好的性能，并满足可靠性要求。
[0006] 人们普遍认为增压装置以依赖于通过它的质量流和其两端的压力比的效率在其 正常工作范围内压缩。增压装置制造商通常会供应压缩机特性图，其绘出等熵效率和压缩 机速度对空气质量流率和压缩比的等高线，均以入口温度为基准。
[0007] 已知使用质量流率和装置两端的压力比计算增压装置的工作温度估计值。该出口 温度估计值可随后通过闭环控制器用于迭代地降低工作压力，直到工作温度估计值低于工 作温度极限。然而，这种方法有许多缺点，例如校准困难、稳定性能的权衡和有限的动态响 应。此外，使用这种方法时，为达到期望的在工作温度极限处的工作压力可能需要大量的迭 代，这可能在计算上昂贵并且结果是不灵敏的。
[0008] 因此，希望直接计算出该增压装置必须运行在其中的增压压力，从而使工作温度 基本上等于工作温度极限。然而，这不是简单的实现，因为质量流率本身是增压压力的函 数，而效率是两者的函数。
[0009] 本发明的试图解决这些问题。


【发明内容】

[0010] 根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制车辆的增压装置的工作温度的方 法，所述方法包括：确定增压装置的当前工作压力和目标增压压力之间的压力差，在目标增 压压力下增压装置运行在工作温度极限；确定压力步距（pressure st印）大小，其中所述 压力步距大小是压力差和预定的压力步距数的函数；以及以压力步距大小连续调整当前工 作压力直到增压装置的工作温度基本上等于工作温度极限。
[0011] 该方法可进一步包括确定目标增压压力的估计值，在该目标增压压力下增压装置 运行在工作温度极限。目标增压压力的估计值可以基于在当前工作压力下的增压装置的效 率。目标工作压力可以是增压装置的工作温度极限和预定的增压-质量空气流特性的函 数。增压装置的预定的增压-质量空气流特性与增压装置的效率有关。增压装置的预定的 增压-质量空气流特性可以是增压装置的特征性能图，该图绘出的等熵效率和工作速度对 质量空气流和增压装置的压缩比的等高线，均以增压装置的气体入口温度为基准。
[0012] 调整所述增压装置的工作压力可包括以第一压力步距大小连续减小增压装置的 当前工作压力。调整所述增压装置的工作压力可包括以第二压力步距大小连续增加增压装 置的当前工作压力。该方法还可以包括以所述第一压力步距大小连续减小增压装置的工作 压力，然后以第二压力步距大小连续增加增压装置的工作压力。
[0013] 增压装置的当前工作压力可以以第一压力步距大小连续地减小，直到增压装置的 工作温度低于工作温度极限。增压装置的当前工作压力可以以第二压力步距大小连续地增 力口，直到增压装置的工作温度高于工作温度极限。
[0014] 第二压力步距大小可以小于第一压力步距大小。第二个压力步距大小可以是第一 压力步距大小的除数。
[0015] 该方法可以进一步包括：确定增压装置的当前工作温度；并且比较当前工作温度 与工作温度极限。
[0016] 该方法可以进一步包括：反复地调整当前工作温度，直到当前工作温度低于或高 于工作温度极限。
[0017] 预定的步距数可以根据增压装置和/或车辆的性能要求来选择。预定的压力步距 数可以与最佳计算次数相关。
[0018] 工作温度极限可以是增压装置和/或车辆的性能要求的函数。工作温度极限可以 根据环境压力来选择。工作温度极限可以根据增压装置和/或车辆的老化因素来选择。工 作温度极限可以是可变的或固定的。工作温度可以是增压装置的气体出口温度。
[0019] 根据本发明的另一个方面，提供了一种控制车辆的增压装置的工作温度的系统， 该系统包括：一个或多个控制装置，其被配置为：确定在增压装置的当前工作压力和目标 增压压力之间的压力差，在目标增压压力下增压装置运行在工作温度极限；确定压力步距 大小，其中，所述压力步距大小是所述压力差和预定的压力步距数的函数；并提供信号，例 如到系统压力调节器的信号，以调节增压装置的压力，该信号被配置成调节当前工作压力 若干压力步距，使得增压装置的工作温度基本上等于工作温度极限。
[0020] 该系统还可以包括被配置为测量增压装置的温度的一个或多个温度传感器。该系 统还可以包括被配置为测量增压装置的压力和/或环境压力的一个或多个压力传感器。控 制装置可以是一个实时嵌入式控制器。
[0021] 车辆或发动机可包括用于控制增压装置的工作温度的上述系统。
[0022] 增压装置可以是涡轮增压或机械增压器。增压装置可以是压缩机，例如机械增压 器或涡轮增压器的压缩机。可替代地，增压装置可以是涡轮，例如涡轮增压器的涡轮。
[0023] 在此本发明要求保护的是一种迭代方法，它使用增压压力/质量流的关系的知识 来解决导致压缩机出口温度在工作温度极限处的最高增压压力。
[0024] 任何上述提到的压力可以是增压装置的压力比。例如，压力比可以是增压装置的 入口压力与出口压力的比。
[0025] 本发明还提供了软件，例如用于执行任何本文所述的方法的计算机程序或计算机 程序产品，以及具有存储在其上用于执行本文所述的任何方法的程序的计算机可读介质。 体现本发明的计算机程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以是，例如，信号的形式， 如从因特网网站提供的可下载数据信号，或者它可以是任何其它形式。
[0026] 控制装置可以被进一步配置以执行任何上述方法。

【专利附图】

【附图说明】
[0027] 为了更好地理解本公开，并且更清楚地显示如何可以对其付诸实施，现在将通过 举例参考附图，其中：
[0028] 图1示出了用于控制增压装置的工作温度的方法的流程图；
[0029] 图2示出了确定目标增压压力的估计值的步骤的流程图；
[0030] 图3示出了用于控制增压装置的工作温度的方法的流程图，该方法包括确定目标 增压压力的估计值的步骤；
[0031] 图4示出确定增压装置的当前工作温度的步骤和将当前工作温度与工作温度极 限进行比较的步骤的流程图；
[0032] 图5示出了用于控制所述增压装置的工作温度的方法的流程图，该方法包括：确 定所述增压装置的当前工作温度的步骤和将当前工作温度与工作温度极限进行比较的步 骤；
[0033] 图6示出了用于控制所述增压装置的工作温度的方法的流程图，该方法包括：减 小增压装置的工作压力的步骤和增加增压装置的压力的步骤；
[0034] 图7示出了该方法用于控制增压装置的工作温度的图示例；以及
[0035] 图8示出了用于控制增压装置的工作温度的系统。

【具体实施方式】
[0036] 本发明提供一种用于控制车辆中的增压装置（诸如涡轮增压器或机械增压器的 压缩机）的工作温度的方法和系统，其中增压装置的增压压力被调节使得增压装置的工作 温度T x (例如气体出口温度）基本上等于工作温度极限Tm。以这种方式，由增压装置产生 的增压压力对于一组给定的工作标准（如增压装置的可靠性/或发动机的性能）为所允许 的最大增压压力。为简洁描述该方法，假定工作温度极限T m是单一的固定值，但是取决于 若干因素在实践中可以是可变的，例如下面所讨论的车辆的工况和/或发动机的经历和老 化。
[0037] 该系统的目的之一是要在使得工作温度基本上等于工作温度极限Tm的被限制的 压力下运行增压装置。下面的方法描述了一种实现此控制，高效地实施和校准，并使增压装 置、发动机和/或车辆的性能最大化的方法。
[0038] 图1示出了用于控制车辆的增压装置的工作温度的方法。该方法包括确定增压装 置的当前工作压力P x和目标增压压力Pum之间的压力差ΛΡ的步骤100,其中在目标增压 压力Pum下增压装置的工作温度Tx基本上等于工作温度极限Tum。压力差Λ P是由以下等 式确定：
[0039] Δ P - PX_PLIM
[0040] 该方法进一步包括确定压力步距大小dP的步骤110,其中压力步距大小dP是压力 差ΛΡ和预定的步距数N的函数。压力步距大小dP是由以下等式确定：
[0041]

【权利要求】
1. 一种控制车辆的增压装置的工作温度的方法，所述方法包括： 确定增压装置的当前工作压力和目标增压压力之间的压力差，在所述目标增压压力下 所述增压装置运行在工作温度极限处； 确定压力步距大小，其中所述压力步距大小是所述压力差和预定的压力步距数的函 数；以及 以所述压力步距大小连续调整所述当前工作压力直到所述增压装置的所述工作温度 基本上等于所述工作温度极限。
2. 根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括： 确定所述目标增压压力的估计值，在所述目标增压压力下所述增压装置运行在所述工 作温度极限处。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述目标增压压力的所述估计值基于所述增压装 置在所述当前工作压力下的效率。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中调节所述增压装置的所述工作压力包 括： 以第一压力步距大小连续减小所述增压装置的所述当前工作压力；以及 随后，以第二压力步距大小连续增加所述增压装置的所述当前工作压力。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述增压装置的所述当前工作压力以所述第一压 力步距大小连续减小直到所述增压装置的所述工作温度低于所述工作温度极限。
6. 根据权利要求4或5所述的方法，其中所述增压装置的所述工作压力以所述第二压 力步距大小连续增加直到所述增压装置的所述工作温度高于所述工作温度极限。
7. 根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其中所述第二压力步距大小小于所述第一 压力步距大小。
8. 根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其中所述第二压力步距大小是所述第一压 力步距大小的除数。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括： 确定所述增压装置的当前工作温度；以及 比较所述当前工作温度与所述工作温度极限。
10. 根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括： 反复调整所述当前工作温度直到所述当前工作温度低于或高于所述工作温度极限。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预定的压力步距数根据所述增 压装置和/或所述车辆的性能要求来选择。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述工作温度极限是所述增压装置 和/或所述车辆的所述性能要求的函数。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预定的压力步距数与最佳计算 次数相关。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述工作温度极限根据环境压力来 确定。
15. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述工作温度极限根据所述增压装 置和/或所述车辆的老化因素来确定。
16. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述工作温度极限是可变的或者固 定的。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述工作温度是所述增压装置的气 体出口温度。
18. -种控制车辆的增压装置的工作温度的系统，所述系统包括： 一个或多个控制装置，其被配置用于： 确定所述增压装置的当前工作压力和目标增压压力之间的压力差，在所述目标增压压 力下所述增压装置运行在工作温度极限； 确定压力步距大小，其中所述压力步距大小是所述压力差和预定的压力步距数的函 数；以及 提供信号以调整所述增压装置的压力，所述信号被配置用于调节所述当前工作压力若 干压力步距，使得所述增压装置的所述工作温度基本上等于所述工作温度极限。
19. 根据权利要求18所述的系统，所述系统进一步包括： 一个或多个温度传感器，其被配置用于测量所述增压装置的温度；和/或 一个或多个压力传感器，其被配置用于测量所述增压装置的压力和/或环境压力。
20. 根据权利要求18或19中任一项所述的系统，其中所述控制装置是实时嵌入式控制 器。
21. 根据权利要求1-17中任一项所述的方法或根据权利要求18-20中任一项所述的系 统，其中所述增压装置是涡轮增压器或机械增压器。
22. 由计算装置执行的软件使得所述计算装置实施权利要求1-17中任一项所述的方 法。
23. -种车辆或发动机，其包括根据权利要求18-20中任一项的用于控制增压装置的 工作温度的系统。
24. -种系统，其如本文参照附图描述并在附图中示出。
25. -种方法，其如本文参照附图描述并在附图中示出。
【文档编号】F02D23/00GK104454195SQ201410483122
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2013年9月19日
【发明者】J·狄克逊, A·爱莱瓦洛, A·J·奥克利 申请人:福特环球技术公司