具有LP-EGR的发动机的涡轮增压器保护方法

摘要

本发明公开了一种具有LP-EGR的发动机的涡轮增压器保护方法，该LP-EGR包括发动机、布置在发动机下游的涡轮增压器、布置在所述涡轮增压器下游的废气后处理设备、布置在所述废气后处理设备下游的LP-EGR(低压废气再循环)气门、布置在所述LP-EGR气门下游的LP-EGR冷却器、以及连接LP-EGR冷却器下游和所述涡轮增压器的压缩机的空气供给管线，该涡轮增压器的保护方法包括：预先确定压缩机的入口极限温度；估算压缩机的入口温度；并且将估算的压缩机的入口温度与预先确定的压缩机的入口极限温度相比较，并且如果该估算的压缩机的入口温度超过预先确定的压缩机入口极限温度，则降低压缩机的入口温度。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月6日提交的韩国专利申请No.10-2010-0123589 的优先权和权益，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所 有目的。

技术领域

本发明涉及一种发动机的涡轮增压器的保护方法。更加具体而言， 本发明涉及一种具有LP-EGR的发动机的涡轮增压器保护方法。

背景技术

一般而言，LP-EGR系统表示将位于DPF(柴油微粒捕集器)下游 的低压废气供给至涡轮增压器的压缩机的上游的EGR(废气再循环) 系统。

图4是显示常规的具有LP-EGR的发动机的视图。

参考图4，LP-EGR系统包括发动机110、布置在发动机110下游 的涡轮增压器120、布置在涡轮增压器120下游的废气后处理设备130、 布置在废气后处理设备130下游的LP-EGR(低压废气再循环)气门 140、布置在LP-EGR气门140下游的LP-EGR冷却器150、以及连接 LP-EGR冷却器150和涡轮增压器120的压缩机122的空气供给管线 160。

穿过压缩机122的混合气体在中间冷却器170中被冷却，并被重 新供给至发动机110。

如图4所示，LP-EGR系统还可以包括HP-EGR(高压废气再循环) 系统，该HP-EGR系统包括HP-EGR气门180和HP-EGR冷却器190。

在这种情形下，废气后处理设备130可以被理解为包括了DPF(柴 油微粒捕集器)或DOC(柴油氧化催化剂)或者二者的结合。

与将高压废气直接从排气歧管供给至进气歧管的HP-EGR系统相 比较，LP-EGR系统使用废气后处理设备下游的低压的干净的EGR气 体并供给温度EGR气体。

因此，LP-EGR系统可以提高A/F(空气燃油比率)，从而减少有 害废气。并且，因为EGR气体被供给至涡轮增压器的压缩机的上游， 因此LP-EFR系统可以增强分配特性。

如果仅仅应用了LP-EGR，则所有的废气可以被供给至涡轮增压器 的涡轮机，从而可以增强涡轮增压器的效率。

然而，LP-EGR系统的设计复杂并且LP-EGR气体与进气空气相混 合并被供给至涡轮增压器的压缩机，从而需要限制压缩机的入口温度 来保护压缩机。

公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景 的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领 域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面提供了一种具有LP-EGR的发动机的涡轮增压 器保护方法，其具有的优点是防止了涡轮增压器的压缩机的温度升高， 从而增强了涡轮增压器的耐久性。

并且，本发明的各个方面提供了一种具有LP-EGR的发动机的涡 轮增压器保护方法，其具有的优点是：有效地降低了流入涡轮增压器 的压缩机的混合气体的温度，从而增强了发动机效率。

一种具有LP-EGR的发动机的涡轮增压器保护方法，该LP-EGR 包括发动机、布置在发动机下游的涡轮增压器、布置在所述涡轮增压 器下游的废气后处理设备、布置在所述废气后处理设备下游的LP-EGR (低压废气再循环)气门、布置在所述LP-EGR气门下游的LP-EGR 冷却器、以及连接LP-EGR冷却器下游和所述涡轮增压器的压缩机的 空气供给管线，根据本发明的各个方面的涡轮增压器的保护方法可以 包括：预先确定压缩机的入口极限温度；估算压缩机的入口温度；并 且将估算的压缩机的入口温度与预先确定的压缩机的入口极限温度相 比较，并且如果该估算的压缩机的入口温度超过预先确定的压缩机入 口极限温度，则降低压缩机的入口温度。

所述压缩机的入口极限温度可以根据发动机的运行状态来预先确 定，该发动机的运行状态包括发动机速度和发动机负载。

流过LP-EGR气门的废气的流量是可以通过以下方面来计算得出： 所述LP-EGR气门的有效流量面积、所述LP-EGR气门的上游压力、 所述LP-EGR气门的上游温度、以及所述LP-EGR气门的上游压力和 所述LP-EGR冷却器的下游压力之间的压力比率；流过所述LP-EGR 冷却器的废气温度可以从LP-EGR冷却器的冷却剂温度和LP-EGR冷 却器的冷却效率中计算得出；并且所述压缩机的入口温度是从以下方 面来估算出的：流入所述空气供给管线的所测量的新鲜空气的质量流 量和温度、流过所述LP-EGR气门的所计算的废气的流量、流过所述 LP-EGR冷却器的所计算的废气温度。

通过将所述LP-EGR冷却器的下游压力假定为大气压力，可以计 算所述LP-EGR气门的上游压力和LP-EGR冷却器的下游压力之间的 压力比率。

降低所述压缩机的入口温度可以包括：减少所述LP-EGR气门的 开度量，从而降低该压缩机的入口温度。

降低所述压缩机的入口温度可以包括：增大流过所述空气供给管 线的空气流量，从而降低所述压缩机的入口温度。

降低所述压缩机的入口温度可以包括：减少所述LP-EGR气门的 开度量并且同时增大流过所述空气供给管线的空气流量，从而降低该 压缩机的入口温度。

降低所述压缩机的入口温度还可以包括：如果具有LP-EGR的所 述发动机还包括HP-EGR(高压废气再循环)和HP-EGR气门，则增 大高压废气再循环(HP-EGR)气门的开度量。

所述LP-EGR气门和所述LP-EGR冷却器之间可以布置有应急过 滤器。

根据本发明的各个方面的具有低压废气再循环的发动机的涡轮增 压器保护方法可以在没有温度传感器的情况下实时地检测涡轮增压器 的压缩机的入口温度。

可以进行压缩机入口温度的预测控制，从而可以提高控制精度并 且可以增强涡轮增压器的耐久性。

本发明的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从 并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将 在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附 图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1是显示根据本发明的具有LP-EGR的示例性发动机的视图。

图2是显示用于建模的控制容积的视图，该用于建模的控制容积 应用于根据本发明的具有LP-EGR的示例性发动机。

图3是显示示例性的控制方法的流程图，该控制方法用于保护根 据本发明的具有LP-EGR的发动机的涡轮增压器。

图4是显示常规的具有LP-EGR的发动机的视图。

具体实施方式

接下来将具体参考本发明的各个实施例，在附图中和以下的描述 中示出了这些实施例的实例。虽然本发明与示例性实施例相结合进行 描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性 实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且覆盖可 以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种 替换、修改、等效形式以及其它实施例。

参考图1，根据本发明的各个实施例的具有LP-EGR的系统包括发 动机10、布置在发动机下游10的涡轮增压器20、布置在涡轮增压器 20下游的废气后处理设备30、布置在废气后处理设备30下游的 LP-EGR(低压废气再循环)气门40、布置在LP-EGR气门40下游的 LP-EGR冷却器50、以及连接LP-EGR冷却器50和涡轮增压器20的 压缩机22的空气供给管线60。

并且布置有中间冷却器70来对流过压缩机22的混合气体进行冷 却，并且流过中间冷却器70的混合气体被供给至发动机10。

废气后处理设备30可以被限定成DPF(柴油微粒捕集器，Diesel Particulate Filter Trap)或DOC(柴油氧化催化剂，Diesel Oxidation Catalyst)或者二者的结合。

应急过滤器45布置在LP-EGR气门40和LP-EGR冷却器50之间， 并且当DPF等等损坏的时候，该应急过滤器45可以防止废气流入到发 动机的进气系统当中。

根据本发明的各个实施例的具有LP-EGR的系统还可以包括 HP-EGR系统，例如，还可以包括HP-EGR气门80和HP-EGR冷却器 90。

根据本发明的各个实施例的具有LP-EGR的系统还可以包括压力 差传感器39，以用来检测LP-EGR气门40的上游和LP-EGR冷却器 50的下游之间的压力差，或者所述系统还可以包括第一传感器35，其 用来检测LP-EGR气门40的上游压力，或者该系统还可以包括检测 LP-EGR气门40的上游压力的第一传感器35和检测LP-EGR冷却器 50的下游压力的第二传感器37。

如果设置了压力差传感器39，通过利用LP-EGR气门40的上游和 LP-EGR冷却器50的下游之间的压力差并且假定LP-EGR冷却器50 的下游为大气压力，则可以估算LP-EGR气门40的上游压力。

如果设置了检测LP-EGR气门40的上游压力的第一传感器35，则 通过假定LP-EGR冷却器50的下游为大气压力，可以估算LP-EGR气 门40的上游和LP-EGR冷却器50的下游之间的压力比率。

如果设置了检测LP-EGR气门40的上游压力的第一传感器35和 检测LP-EGR冷却器50的下游压力的第二传感器37，则通过所检测到 的压力，可以计算LP-EGR气门40的上游和LP-EGR冷却器50的下 游之间的压力比率。

在这种情形下，第一传感器35可以是设置在废气后处理设备30 和LP-EGR气门40之间的分离的传感器，或者第一传感器35可以被 用来检测废气后处理设备30内的压力的传感器所取代。

以下，参考图1和图3，将会描述根据本发明各个实施例的具有 LP-EGR的发动机的涡轮增压器保护方法。

根据本发明各个实施例的对具有LP-EGR的发动机的涡轮增压器 的保护方法包括测量发动机的运行状态的步骤S10、预先确定压缩机的 入口极限温度T_lim的步骤S20、估算压缩机的入口温度T_ind的步骤S30、 将估算的压缩机的入口温度T_ind与预先确定的压缩机的入口极限温度 T_lim相比较的步骤S40、以及当估算的压缩机的入口温度T_ind超过预先 确定的压缩机的入口极限温度T_lim的时候，降低压缩机的入口温度T_lim的步骤S50。

压缩机的入口极限温度T_lim可以是根据发动机的运行状态而通过 多次实验的预定值，所述发动机的运行状态包括发动机速度和发动机 负载。

例如，压缩机的入口极限温度T_lim可以通过预定的映射图来进行确 定，该预定的映射图是通过考虑了压缩机22的材料而进行的实验来制 订的。

流过LP-EGR气门40的废气流量是通过以下内容来进行 计算的：LP-EGR气门40的有效流量面积(EFA)、所述LP-EGR气门 的上游压力P_exh、LP-EGR气门的上游温度T_exh、以及所述LP-EGR气 门的上游压力P_exh和该LP-EGR冷却器的下游压力P_ind之间的压力比率 PR。流过LP-EGR冷却器50的废气温度T_out是从LP-EGR冷却器的冷 却剂温度T_coolant和LP-EGR冷却器的冷却效率η中计算得出的。并且， 压缩机的入口温度T_ind是从以下方面来估算出的：流入空气供给管线 60的所测量的新鲜空气的质量流量和温度T_Air、流过LP-EGR气 门40的所计算的废气的流量以及流过所述LP-EGR冷却器 40的所计算的废气温度T_out。

通过假定LP-EGR冷却器50的下游压力P_ind为大气压力，计算出 LP-EGR气门40的上游压力P_exh和LP-EGR冷却器50的下游压力P_ind之间的压力比率PR。

也就是说，可以通过第二传感器37来检测出LP-EGR冷却器50 的下游压力P_ind，或者通过假定LP-EGR冷却器50的下游压力P_ind为 大气压力而计算出LP-EGR气门40的上游压力P_exh和LP-EGR冷却器 50的下游压力P_ind之间的压力比率PR。

流过LP-EGR气门40的废气的流量可以计算如下：

方程1

${\stackrel{·}{m}}_{\mathrm{LP}-\mathrm{EGR}}=\frac{\mathrm{EFA}\times P_{\mathrm{exh}}}{\sqrt{R\times T_{\mathrm{exh}}}}\times {\mathrm{PR}}^{\frac{1}{\kappa }}\times {[\frac{2\kappa }{\kappa -1}\times (1-\mathrm{PR}\frac{\kappa -1}{\kappa })]}^{\frac{1}{2}}$

(如果PR＞P_cr)

${\stackrel{·}{m}}_{\mathrm{LP}-\mathrm{EGR}}=\frac{\mathrm{EFA}\times P_{\mathrm{exh}}}{\sqrt{R\times T_{\mathrm{exh}}}}\times {\kappa }^{\frac{1}{2}}\times {\left(\frac{2}{\kappa +1}\right)}^{\frac{\kappa +1}{2(\kappa -1)}}$(其它)

$P_{\mathrm{cr}}={\left(\frac{2}{\kappa +1}\right)}^{\frac{\kappa }{\kappa -1}}$

利用理想的气体方程和等熵方程，方程1表示了流过LP-EGR气 门40的理想流量，但是真实的流量并不是一维的、静态的并且绝热可 逆过程，因此包含了有效流量面积(EFA)来作为补偿。

有效流量面积(EFA)是可变的LP-EGR气门40的有效流量面积。

在这种情况下，T_exh是流入LP-EGR气门40的废气温度，该T_exh可以是被分离的温度传感器所测出的测量值，或者是通过布置在废气 后处理设备30中以控制该废气后处理设备30的传感器所测出的测量 值。

流过LP-EGR冷却器的废气温度T_out计算如下。

方程2

T_out＝T_in-η(T_in-T_coolant)

假定穿过LP-EGR冷却器50并未发生压力下降，则可以通过多次 实验来确定LP-EGR冷却器50的冷却效率η，并且接着计算出流过 LP-EGR冷却器的废气温度T_out。

在这种情形下，T_in被假定是流入到LP-EGR气门40的废气温度 T_exh。

图2是显示用于建模的控制容积的视图，该用于建模的控制容积 应用于根据本发明的各个实施例的具有LP-EGR的发动机。

参考图2和图3，利用能量方程，压缩机的入口温度T_ind计算如下：

方程3

${\stackrel{·}{P}}_{\mathrm{ind}}=\frac{R}{c_{v\_\mathrm{ind}}\times V_{\mathrm{ind}}}(c_{P_{\mathrm{Air}}}{\stackrel{·}{m}}_{\mathrm{Air}}{T}_{\mathrm{Air}}+c_{P_{\mathrm{LP}-\mathrm{EGR}}}{\stackrel{·}{m}}_{\mathrm{LP}-\mathrm{EGR}}{T}_{\mathrm{LP}-\mathrm{EGR}}-c_{p\_\mathrm{ind}}{\stackrel{·}{m}}_{\mathrm{ind}}{T}_{\mathrm{ind}})$

${\stackrel{·}{m}}_{\mathrm{ind}}={\stackrel{·}{m}}_{\mathrm{Air}}+{\stackrel{·}{m}}_{\mathrm{LP}-\mathrm{EGR}}$

在这种情形下，假定包括压力、温度、空气组成的热力学状态在 整个容积内都是均匀的，则不会发生通过边界的热传递或者质量流， 不会在流体流动中发生能量改变，并且可以将理想的气体方程应用于 控制容积内的流体。

可以通过使用质量守恒定律来计算混合气体的质量变化率。在这 种情况下，和T_Air是测量值，是提前计算的值，T_LP-EGR是 流过LP-EGR冷却器的废气温度T_out。

如果压力变化率被假定是“0”，则可以计算流入压缩机的混 合气体的温度T_ind。

通过减小LP-EGR气门40的开度量以减少了对相对较高温度的废 气的供给，可以实现降低压缩机的入口温度的步骤S50，从而可以降低 流入压缩机22的气体温度。

可以通过增大流过空气供给管线60的空气流量以减小压缩机22 的入口温度，从而可以实现降低压缩机的入口温度的步骤S50。

也就是说，如果流入空气供给管线60的具有相对较低温度的流入 空气量增加的话，则可以降低流入到压缩机22当中的气体温度。

通过减少LP-EGR气门40的开度量并且同时增大流过空气供给管 线60的空气流量，从而降低该压缩机22的入口温度，可以实现降低 压缩机的入口温度的步骤S50。

可以基于多次实验来预先确定对减少LP-EGR气门40的开度量或 增大流入空气供给管线60的空气流量的控制。

如果具有LP-EGR的发动机还包括HP-EGR(高压废气再循环)以 及HP-EGR气门80的话，则可以通过增大HP-EGR气门80的开度量 来实现降低压缩机的入口温度的步骤S50。

如果增大了HP-EGR气门80的开度量，则减少了流过涡轮增压器 20的相对的空气流量，并且减少了供给至压缩机22的相对的废气量， 从而可以降低流入压缩机22的气体温度。

根据本发明各个实施例的对具有LP-EGR的发动机的涡轮增压器 的保护方法还包括：预先确定LP-EGR气门的目标开度量的步骤S60。

LP-EGR气门的目标开度量作为补偿控制而反馈至预定映射图，例 如，在降低压缩机的入口温度的步骤S50中，将真实的温度变化和估 算的温度变化进行比较，并在接下来的控制中，LP-EGR气门40的开 度量增大或减小，从而可以进行更加精确的控制。

根据本发明各个实施例的对具有LP-EGR的发动机的涡轮增压 器的保护方法还包括：预先确定空气目标流量的步骤S60。

空气目标流量作为补偿控制而反馈至预定映射图，例如，在 降低压缩机的入口温度的步骤S50中，将真实的温度变化和估算的温 度变化进行比较，并在接下来的控制中，对供给到空气供给管线60中 的空气流量进行增大或减小，从而可以进行更加精确的控制。

根据本发明各个实施例的对具有LP-EGR的发动机的涡轮增压器 的保护方法还包括：如果被估算的压缩机的入口温度T_ind并未超过预先 确定的压缩机的入口极限温度T_lim，则通过标准预定值来控制发动机的 步骤S70。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的 目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精 确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对 示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其 实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的 各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范 围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。