确定增压空气质量流速的方法和装置的制造方法
【专利说明】确定増压空气质量流速的方法和装置
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请主张2014年2月4日提交的德国专利申请102014201947. 8的优先权，该 德国专利申请的整个内容出于所有目的通过引用合并于此。
技术领域
[0003] 根据独立权利要求的前序部分并且从DE 10 2007 030 233 Al得知，本公开涉及 一种确定带有排气涡轮增压器的内燃发动机的增压空气质量流速的方法。
【背景技术】
[0004] 发动机可以使用涡轮增压器来提高发动机扭矩/功率的输出密度。在一个示例 中，涡轮增压器可以包括压缩机和涡轮，它们由驱动轴连接，其中涡轮耦接到排气歧管侧， 而压缩机耦接到进气歧管侧。以此方式，排气驱动涡轮向压缩机提供能量，以增加进气歧管 内的压力（例如，升压，或增压压力），并且增加进入发动机的空气流量。监测进入发动机的 空气质量流速可以帮助确定例如燃料喷射量，或者可以辅助控制排气再循环。
[0005] 一种解决监测空气质量流速的示例是使用质量空气流量传感器，例如热线式传感 器，其中导线的电阻响应于温度的改变由控制器校准到空气质量流速。
[0006] 然而，发明者已经意识到这种系统的潜在问题。诸如热线式传感器的空气质量流 量传感器可能由污染物形成沉积，尤其在城市地区操作时，由此随着操作时间的流逝，测量 精度降低。
【发明内容】
[0007] 一种至少部分地解决一些以上问题的潜在方案包括一种确定增压空气质量流速 (在本文中也被称为空气质量流速）的方法。该方法包括根据存储在发动机控制器中的特 征场（characteristic field)来确定开环空气质量流速，其中开环速率是所测得的压缩机 压力比和所测得的涡轮增压器转速即涡轮速度的函数。该方法进一步包括对关联的涡轮增 压器转速进行建模并且确定闭环空气质量流速，其中闭环空气质量流速是开环速率与偏移 值之和。
[0008] 在一个示例中，反复地确定闭环空气质量流速，其中在每次计算中，之前获得的闭 环空气质量流速被用于对涡轮增压器转速进行建模。进而，基于更新的增压空气质量流速， 控制器可以调整其他发动机参数，例如燃料喷射时间、燃料质量平衡和空燃比。以此方式， 在连续的循环之后，增压空气质量流速的每次测量值被更新和修正，从而例如与仅基于开 环值确定的值相比，产生更精确的测量值。进一步地，这种确定增压空气质量流速的方法可 以在没有例如质量空气流量传感器的情况下进行，因此，测量值不依赖于在沉积之后可能 使传感器劣化的状况。
[0009] 在另一个示例中，一种方法包括响应于空气质量流速而调整发动机执行器，该空 气质量流速不是基于质量空气流量传感器，而是基于所估计的涡轮速度和所测得的涡轮速 度之间的误差，所估计的涡轮速度是基于涡轮增压器轴上的负荷平衡。
[0010] 应当理解，提供以上
【发明内容】
是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具 体实施方式中进一步描述。这并不意味着确定要求保护的主题的关键特征或必要特征，要 求保护的主题的范围仅由【具体实施方式】之后的权利要求确定。此外，要求保护的主题不限 于解决在上面或在本公开的任何部分提及的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0011] 图1示意性地描绘包含涡轮增压器系统的示例车辆系统。
[0012] 图2示出用于确定增压空气质量流速的方法的方框图。
[0013] 图3示出用于确定增压空气质量流速的观测器的结构。
[0014] 图4示出典型的压缩机特征场，其中增压空气质量流速为横坐标，压缩机压力比 为纵坐标。
[0015] 图5示出示例流程图，其说明使用所描述的观测器来确定增压空气质量流速的例 程。
【具体实施方式】
[0016] 术语内燃发动机在此包括柴油发动机和汽油发动机，它们都是使用矿物燃料和替 换燃料的发动机，并且还包括诸如那些在内燃发动机的不同运行点使用不同燃烧过程的混 合燃烧发动机，或者与诸如燃料电池驱动器或电力驱动器的替换驱动器相结合的混合燃烧 发动机。
[0017] 近年来，增压发动机有所发展，其中增压是提高功率的方法，借助增压，发动机燃 烧过程所需的空气被压缩。例如，使用排气涡轮增压器，在其中压缩机和涡轮被设置在同一 轴上。热排气流被送入涡轮，在所述涡轮内膨胀，输出能量，由此使轴旋转。从排气流输出 到涡轮并且最终输出到轴的能量被用于驱动压缩机，该压缩机也被设置在该轴上。压缩机 对送入到其内的增压空气进行输送并且压缩，由此实现对内燃发动机的气缸的增压。在这 期间，增压空气流的压力从压缩机上游的较低压力增加到压缩机下游的较高压力。
[0018] 增压可以是例如用于在恒定冲程下提高内燃发动机功率的一种合适的手段，或者 是用于在恒定功率下减少冲程的一种合适的手段。增压可以使功率/安装空间比增加，并 且使性能度量更有利。对于给定车辆边界条件，负荷谱能够被转移到更高的负荷，在该负荷 下，特定的燃油消耗较低。后者也被称为精简（downsizing)。
[0019] 对于控制增压内燃发动机，另一方面对于设计添加到增压空气的燃料量以及对于 控制可能提供的排气再循环，知道增压空气质量流速的幅值可能是必要的。
[0020] 增压空气质量流速通常用空气质量流量传感器来确定。例如，设置在进气管中的 可加热电阻丝被用作空气质量流量传感器。电阻丝的温度由于增压空气流过而改变。所产 生的电阻丝的电阻的变化被用作确定增压空气质量流速。
[0021] 然而，如此确定的增压空气质量流速可能明显偏离实际输送的增压空气质量流 速。其中一个原因是，传感器随着工作时间增加而变得污染，其中在传感器上形成沉积物。 所述污染，特别是当行驶在城镇中时的污染，对带有电阻丝的空气质量流量传感器的测量 精度有显著影响。
[0022] 为了获得增压空气质量流速的更精确且更稳定的值，在上面提到的DE 10 2007 030 233 Al中提出了，从存储在发动机控制器中的特征场读出增压空气质量流速，特征场 给出了与所测得的压缩机压力比和所测得的涡轮增压器转速相关联的增压空气质量流速。 这意味着，仅以开环控制方式控制的增压空气质量流速根据压缩机压力比和涡轮增压器转 速来确定，并且因此在本文中被称为开环增压空气质量流速。
[0023] 用于检测涡轮转速的传感器是现有的，并且作为标准已经被用于较大的机动车辆 中，主要用于保护免于过高的转速。压缩机压力比是排气涡轮增压器的压缩机两端的压力 比，并且可以根据排气涡轮增压器的压缩机之前和之后的压力测量值来确定。
[0024] 特征场通常被存储在发动机控制器中，例如作为2D查找表，其已经在测试台上产 生，压缩机压力比和涡轮增压器转速的所有值已经在实际条件下运行通过。
[0025] 随着法定的排放限制变得严格，尽可能精确地知道增压空气质量流速是有用的。 在内燃发动机的部分负荷运行期间（在其中执行标准排放测试），监测增压空气质量流速 是特别有用的，其中通过使用精确调节的排气再循环，可以符合排放限制。
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