增压控制的制作方法

本发明涉及一种带有权利要求1的前序的特征的内燃机、一种包括此类内燃机的发电机组以及一种带有权利要求14的前序的特征的操作内燃机的方法。

背景技术：

使用涡轮增压器以便在空气、燃料和空气的混合物或纯燃料输送到内燃机的燃烧室之前使其增压。

us6,134,888中示出一种带有权利要求1的前序的特征的内燃机。

技术实现要素：

问题在于在瞬变期间很快速地控制涡轮增压发动机中的增压，同时避免喘振和过增压/涡轮超速。如果至少两个促动部件中的一个为压缩机旁路阀，优选的是具有这样的控制策略，使得压缩机旁路阀在稳态期间保持接近于可能的最大程度以最大限度地提高发动机效率。还期望控制策略对于失效(例如，该至少两个促动部件中的一个的卡住)是稳健的。此问题通过带有权利要求1的特征的内燃机、通过具有此类内燃机的发电机组和带有权利要求14的特征的操作内燃机的方法来解决。本发明的优选实施例在从属权利要求中限定。

在瞬变中，通过使用该至少两个促动部件中的至少两个，本发明允许很快速的瞬时负载接受和抛载能力(对于诸如峰化和频率调节的新市场中的用户的关键需求)。

本发明还使得可能使该至少两个促动部件中的一个(优选地旁路阀)在稳态期间完全地关闭，从而减少泵送损失且最大限度地提高发动机效率。

发明的控制策略对于在关闭位置中的该至少两个促动部件中的一个的卡住是稳健的，因为它可平稳地使用用于增压的另一个促动部件且避免过增压或涡轮超速。

内燃机的该至少一个测量信号可从以下选择：

-发动机速度；

-增压。

该至少两个促动部件可从由压缩机旁路阀、废气门或节流阀组成的组选择。该至少促动部件中呈废料门形式的一个与该至少两个促动部件中呈旁路阀形式的一个的组合是优选的。

如果存在电动增压器，优选的是在压缩机旁路阀、废气门与电动增压器之间拆分控制装置的控制信号。

进气歧管压力可通过使用节流阀来控制。

优选的是，总的打开程度在废气门与压缩机旁路阀之间的拆分选择成使得废气门获得在其饱和极限内最大的份额。

压缩可呈一个压缩机(一级压缩)或串联布置的两个压缩机(两级压缩)的形式。在后者的情况下，压缩机旁路可绕过两个压缩机(优选的)或压缩机中的仅一个。

控制装置可适于防止达到涡轮增压器的喘振极限。

可提供的是，控制装置将加权系数赋予该至少两个促动部件中的每一个，且在该至少两个促动部件中的每一个之间根据它们的加权系数来拆分总的打开程度。

例如，控制装置可配置成在操作期间改变或再调整该至少两个促动部件的加权系数以确保最佳性能和容错性(在诊断到一个或多个促动器的失效的情况下)。备选地，可提供的是，该至少两个促动部件的加权系数是预先限定的。

如果使用该至少促动部件中呈废气门形式的一个与该至少两个促动部件中呈压缩机旁路阀形式的一个的组合，则压缩机旁路阀的加权系数可选择成小于废气门的预先限定的加权系数。

优选地，控制装置适于在内燃机的静止状态中完全地关闭压缩机旁路阀且仅由废气门的打开程度来控制增压以提高内燃机的效率。

可提供的是，控制装置通过该至少一个促动部件改变以导致至少大致与喘振极限平行映射的压缩机中的预定路径上的操作点的移动。

可提供的是，控制装置配置成取决于压缩机模型计算该至少两个促动部件的总的打开程度。此类型的运算在各种教科书中教导，例如：

-hermannhiereth,peterprenninger

内燃机增压-车辆传动/第5章(aufladungderverbrennungskraftmaschine–derfahrzeugantrieb/chapter5)

2003springer–verlag/wien

-güntherp.merker,rüdigerteichmann

燃气发动机基础(运行模式-模拟-测量技术)/第5章(增压系统)，7，完全修订版(grundlagenverbrennungsmotoren(funktionsweise–simulation–messtechnik)/chapter5(aufladesysteme),7.,vollständigüberarbeiteteauflage)

2014springer–verlag/wien

-güntherp.merker,christianschwarz

内燃机的基本原理(混合物形成、燃烧、污染物形成和涡轮增压的模拟)/第8章(内燃机的增压)4，修订和更新版(grundlagenverbrennungsmotoren(simulationdergemischbildung,verbrennung,schadstoffbildungundaufladung)/chapter8(aufladungvonverbrennungsmotoren)4.,überarbeiteteundaktualisierteauflage)

vieweg+teubner,gwvfachverlagegmbh,wiesbaden2009

优选的是，内燃机为往复式发动机，特别是由气态燃料驱动的发动机。

技术方案1.一种内燃机，所述内燃机包括：

-至少一个涡轮增压器，其具有压缩机和排气燃气涡轮；

-至少两个促动部件，其用于控制由所述至少一个涡轮增压器的所述压缩机提供的增压；

-测量装置，其用于测量所述内燃机的至少一个测量信号；以及

-控制装置，其适于通过改变所述至少两个促动部件的打开程度来促动所述至少两个促动部件，

其中，所述控制装置配置成

-取决于所述测量的至少一个测量信号计算实现由所述压缩机提供的期望增压所需的所述至少两个促动部件的总的打开程度；以及

-确定如何在所述至少两个促动部件中的每一个之间拆分所述总的打开程度以获得对于所述至少两个促动部件中的每一个的单独的打开程度；

-根据其单独的打开程度控制所述至少两个促动部件中的每一个以便达到由所述压缩机提供的所述期望增压。

技术方案2.根据技术方案1所述的内燃机，其中，所述内燃机的所述至少一个测量信号从以下选择：

-发动机速度；

-增压。

技术方案3.根据前述技术方案中的至少一项所述的内燃机，其中，所述至少两个促动部件从由压缩机旁路阀、废气门、节流阀组成的组选择。

技术方案4.根据前述技术方案中的至少一项所述的内燃机，其中，所述控制装置适于防止达到所述涡轮增压器的喘振极限。

技术方案5.根据前述技术方案中的至少一项所述的内燃机，其中，提供了两个压缩机。

技术方案6.根据前述技术方案中的至少一项所述的内燃机，其中，所述控制装置将加权系数赋予所述至少两个促动部件中的每一个，且在所述至少两个促动部件中的每一个之间根据它们的加权系数来拆分所述总的打开程度。

技术方案7.根据前述技术方案所述的内燃机，其中，所述控制装置配置成在所述内燃机的操作期间改变或再调整所述至少两个促动部件的加权系数的加权系数。

技术方案8.根据技术方案6所述的内燃机，其中，所述至少两个促动部件的加权系数是预先限定的。

技术方案9.根据前述技术方案中的一项所述的内燃机，其中，所述至少两个促动部件中的一个为废气门，且所述至少两个促动部件中的一个为压缩机旁路阀。

技术方案10.根据前述技术方案所述的内燃机，其中，所述废气门的加权系数小于所述旁路阀的预先限定的加权系数。

技术方案11.根据技术方案9或技术方案10中的至少一项所述的内燃机，其中，所述控制装置配置成在所述内燃机的静止状态中关闭所述压缩机旁路阀且仅由所述废气门的打开程度来控制增压。

技术方案12.根据前述技术方案中的至少一项所述的内燃机，其中，所述控制装置配置成取决于压缩机模型计算所述至少两个促动部件的总的打开程度。

技术方案13.一种发电机组，其包括发电机和机械地联接至所述发电机的根据前述技术方案中的至少一项所述的内燃机。

技术方案14.一种操作内燃机的方法，所述内燃机包括：

-至少一个涡轮增压器，其具有压缩机和排气燃气涡轮；

-至少两个促动部件，其用于控制由所述至少一个涡轮增压器的所述压缩机提供的增压；

-测量所述内燃机的至少一个操作参数，且

其中，

-取决于所述测量的至少一个操作参数计算实现由所述压缩机提供的期望增压所需的所述至少两个促动部件的总的打开程度；以及

-确定如何在所述至少两个促动部件中的每一个之间拆分所述总的打开程度以获得对于所述至少两个促动部件中的每一个的单独的打开程度；

-根据其单独的打开程度打开所述至少两个促动部件中的每一个，以便达到由所述压缩机提供的所述期望增压。

附图说明

本发明的实施例在图中示出。

图1示出发明的内燃机的示意图。

图2示出使用废气门和压缩机旁路阀作为促动部件的发明的内燃机。

图3示出图2的控制装置的细节。

参考标号的列表

1涡轮增压器的压缩机

2涡轮增压器的排气燃气涡轮

3废气门

4查找表

5用于测量内燃机的至少一个测量信号的测量装置

6控制装置

7加法单元(addingblock)

8功率供应网络

9发电机

10内燃机

11网络开关

12节流阀

13压缩机旁路阀

14饱和单元(saturationblock)

15多个燃烧室

16进气歧管

17排气歧管

18信号线路

19信号线路

20到废气门的指令线路

21用于实际增压的信号线路

22用于期望增压的信号线路

23用于最大允许压力比的信号线路

24用于实际压力比的信号线路

25单元

26低通滤波器

27到压缩机旁路阀的指令线路

28最大允许废气门打开位置。

具体实施方式

图1示出具有多个燃烧室15的内燃机10，其包括(单级)涡轮增压器，该涡轮增压器具有布置在进气歧管16中的压缩机1和布置在排气歧管17中的排气燃气涡轮2。可使用压缩机1周围的旁路来绕过压缩机1。可取决于压缩机旁路阀13的打开程度来控制绕过的程度。可使用排气燃气涡轮2周围的旁路来绕过排气燃气涡轮2。可取决于废气门3的打开程度来控制绕过的程度。

内燃机10在此实施例中是发电机组的部分，该发电机组还包括发电机9，内燃机10机械地联接至该发电机9。发电机9联接至具有三个相的功率供应网络8。到功率供应网络8的连接可由网络开关11控制。

控制装置6配置成从测量装置5(省略了信号线路)接收信息且向废气门3、节流阀12和压缩机旁路阀13(仅示出引导至废气门3的信号线路)发送指令。

控制装置6配置成：

-取决于至少一个测量的操作参数计算实现由压缩机1提供的期望增压所需的压缩机旁路阀13和废气门3的总的打开程度；

-确定如何在废气门3与压缩机旁路阀13之间拆分总的打开程度以获得对于它们中的每一个的单独的打开程度；

-根据其单独的打开程度控制废气门3和压缩机旁路阀13，以便达到由压缩机提供的期望增压。

此外，控制装置6配置成在内燃机10的静止状态中完全地关闭压缩机旁路阀13且仅由废气门3的打开程度来控制增压。

使用来自测量装置5的反馈(在此情况下是增压)的本发明的控制策略的实施例在图2中示出。闭环控制装置6经由信号线路21从测量装置5接收实际增压，且将实际增压与经由信号线路22提供的期望增压设定点比较。废气门3用作初级促动器且被命令成调整打开程度。达到期望增压所需的其余的打开程度由压缩机旁路阀13提供。

控制装置6输出三种输出信号：作为用于饱和单元14的输入的下限(这通常是固定的极限，例如零)；作为用于饱和单元14的输入的上限(其实时地改变，比较图3)；以及作为用于饱和单元14和加法单元7的输入的控制信号(经由信号线路19)。

例如，如果控制信号对于废气门3显示80%打开程度，则此控制信号经由信号线路18发送至加法单元7。此控制信号还发送至饱和单元14。例如，如果下限为零且上限为60%，则饱和单元14经由信号线路20到废气门3的输出将为60%打开程度。加法单元7的输出将为对于压缩机旁路阀13的20%(=80%-20%)打开程度。然而，如果控制信号对于废气门3显示55%打开程度(即，低于饱和单元14的上限)，则此信号将输入到废气门3且废气门3的打开程度将为55%。经由指令线路27用于压缩机旁路阀13的控制信号将相当于0%(=55%-55%)打开程度(关闭的压缩机旁路阀13)。

换句话说，只要废气门3所需要的打开程度低于饱和单元14的上限，废气门3将打开至该程度且压缩机旁路阀13将关闭。

实时地确定饱和单元14的上限的方式在图3中示出。图3的结构可形成控制装置6的部分。

布置在压缩机1之前和之后的测量装置5提供压缩机1之前和之后的压力。压缩机1之后的压力与压缩机1之前的压力的实际比率被计算且经由信号线路24提供至单元25。此单元25还经由信号线路23接收最大允许压力比(其可改变)作为输入。单元25将最大允许压力比除以实际压力比，且将此数字输入到查找表4(备选地，可使用算法)。查找表4检查输入数字是否足够大(在喘振裕度足够大的意义下)。如果是这种情况，用于饱和单元14的上限将设定至100%(即，对废气门3的打开程度没有限制)。如果不是这种情况，上限将设定至由查找表4给定的合适数字。

例如，假设最大允许压力比为5且实际压力比为2。在此情况下，用于查找表4的输入将为2.5，其由查找表4认为是安全的。在此情况下，用于饱和单元14的上限将设定至100%。然而，如果实际压力比为4，则比率为1.25且查找表4将确定所得的喘振裕度过小。在此情况下，用于废气门3的上限例如将设定为60%打开程度。

换句话说，在此实施例中，最大的废气门3打开程度是最大允许压力比与实际压力比的比率(其指示剩余的喘振裕度)的函数。

最大允许压力比可通过基于模型的动态质量流计算来确定。

还提供了带有选择的时间常数(例如，0.1秒)的低通滤波器26以避免快速振荡。