确定涡轮增压器的废气上游压力和流经所述涡轮增压器中涡轮机的流量的方法

摘要

本发明涉及一种确定涡轮增压器(14)的上游压力(P3)和流经所述涡轮增压器中涡轮机(20)的气体流量(mTurbine)的方法，所述涡轮增压器(14)包括的旁通管(22)包括控制气体通道的控制部件(23)，其中：·通过求解方程组确定下游压力(P4)、气体总流量(mEchappement)、部件(23)的开口量、流经涡轮机(20)的流量(mTurbine)和上游压力(P3)，其中：·-上游压力(P3)为下游压力(P4)和流经涡轮机(20)的流量(mTurbine)的函数，·-流经涡轮机(20)的流量(mTurbine)为总流量(mEchappement)与流经所述管路(22)的随开口量变化的气体流量(mWastegate)的差值、下游压力(P4)和上游压力(P3)的函数。

说明书

技术领域

本发明涉及增压式内燃机的领域。更具体地，本发明涉及一种确定涡 轮增压器的废气上游压力和流经所述涡轮增压器中涡轮机的流量的方法。

背景技术

出于与由内燃机运行产生的污染的排放水平有关的标准(例如欧洲标 准EuroVI)的约束变得越来越严格。

因此控制发动机的功能所需的性能水平越来越高，很好地获知要控制 的系统的状态是有利的。这种获知目前通过植入由现有物理现象建模辅助 的传感器来实现。因此系统的特殊量(grandeurspécifique)可通过传感器 的测量和建模的结果估算。

更具体地，在受控点火内燃机装配有增压系统(如涡轮增压器)的情 况中，流经涡轮增压器中涡轮机的废气流量的估算能够运行控制发动机的 主要功能中一个功能，即填充新鲜空气的估算。

尤其使用该估算以确定喷射的汽油量以及要控制的提前点火量。流经 涡轮机的排气量的估算对于操控增压的压力同样是必需的。在集气管位置 处的平均排气压力的估算对于操控增压的压力同样是必需的。

例如从文件FR2947589A1已知一种软件装置被应用于发动机的工作台 以根据进气测定(relevé)量确保涡轮增压器的调节和提供排气流量的模型。 然而该文件未考虑排气旁通阀(在发动机生产商中通常由英文术语 “Wastegate”表示)存在于涡轮增压器上和所述涡轮增压器的运行改变实际 流经所述涡轮增压器中涡轮机的流量的情况的存在。

因此当涡轮增压器装配有由排气旁通阀控制的废气旁通管时，存在精 确估算实际流经涡轮增压器中涡轮机的流量的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够改善估算实际流经涡轮增压器中涡轮 机的流量的精确度的方法。

为达到该目的，根据本发明提供一种确定由内燃机产生的废气的流经 涡轮增压器中降压部分中涡轮机的废气流量和确定所述涡轮增压器中降压 部分的废气上游压力的方法，所述降压部分由涡轮机和废气旁通管形成， 所述旁通管装配有控制所述管路中废气通道的开口量的控制部件，在所述 方法中：

确定涡轮增压器中降压部分的下游压力，

确定由内燃机产生的废气的总废气流量，

确定控制开口量的控制部件的开口量，

其特征在于，所述方法包括通过求解方程组确定流经涡轮机的废气流 量和涡轮增压器中降压部分的废气上游压力的方法，所述方程组包括：

-在第一表达式中，涡轮增压器中降压部分的废气上游压力通过涡轮 增压器中降压部分的下游压力和流经涡轮机的废气流量表达，

-在第二表达式中，流经涡轮机的废气流量通过由内燃机产生的废气 的总废气流量与流经所述管路的废气流量的差值表达，所述流经所述管路 的废气流量由控制部件的开口量、涡轮增压器中降压部分的下游压力和涡 轮增压器中降压部分的废气上游压力限定。

优选地，涡轮增压器中降压部分的废气上游压力被定义为：

P₃＝P₄×Cdet

其中P₃为涡轮增压器中降压部分的上游压力，P₄为涡轮增压器中降压 部分的下游压力，Cdet对应于随流经涡轮机的废气流量和内燃机转速变化 的系数。

还优选地，所述系数C_det由确立随流经涡轮机(20)的标准化废气流 量(□_TurbineNORM)和内燃机转速变化的所述系数C_det的映射量(cartographie) 定义。

在一种变型中，流经旁通管的废气流量由第一关系式确定：

其中：

·□_{Wastegate_BSV}为由第一关系式得到的流经旁通管的废气流量值，

·S_WG为旁通管中废气管路的控制废气通道的开口量的控制部件的有效 截面面积。

·为涡轮增压器中降压部分的废气上游压力和涡轮增压器中降压部 分的废气下游压力之间的BarrédeStVenant函数。

·T3为涡轮增压器中降压部分的确定的上游温度。

优选地，所述截面面积S_WG借助于随确立控制所述旁通管中气体通道 的控制部件的开口量和内燃机转速变化的所述有效截面面积的映射量确 立。

还优选地，当涡轮增压器中降压部分的废气上游压力和涡轮增压器中 降压部分的废气上游压力之间的差值小于确定的阈值时，流经旁通管的废 气流量也由第二关系式确定：

${\stackrel{·}{m}}_{WastegateMF}={\stackrel{·}{m}}_{Echappement}\times R_{MF}(Op,N)$

其中：

·□_WastegateMF为由该第二关系式得到的流经旁通管的废气流量值，

·□_Echappement为流经涡轮增压器中降压部分的内燃机产生的废气的流 量，

·R_MF为占流经排气旁通阀的总废气流量的分数量，所述分数量由确立 随控制旁通管中气体通道的控制部件的开口量和内燃机转速变化的所述废 气分数量的映射量确立。

优选地，所述确定的阈值在2500Pa和5000Pa之间。

在一种变型中，预设的流经旁通管的废气流量对应于：

${\stackrel{·}{m}}_{Wastegate}=Maximum({\stackrel{·}{m}}_{WastegateBSV},{\stackrel{·}{m}}_{WastegateMF})$

其中：Maximum()对应于取得由第一关系式和第二关系式得到的两 个流经旁通管的废气流量中最大值的函数。

在另一种变型中，控制旁通管中废气通道的开口量的控制部件包括排 气旁通阀。

附图说明

通过阅读下文本发明非限制性实施例的详细说明和附图，本发明的其 它特征和优点将更加清楚，在附图中：

-图1为适于实施本发明方法的内燃机的示意性视图。

-图2为涡轮增压器中包括涡轮机和旁通管的降压部分的示意性视图。

具体实施方式

图1示意性示出了装配有内燃机的车辆1。例如，车辆1为机动车辆(如 轿车)。

车辆1的发动机装配有多个气缸。然而，为了简化插图，图1上仅示 出一个内燃机气缸2。在气缸2的内部，活塞3装配成可在上止点(PMH) 和下止点(PMB)之间平移移动。该活塞3由连杆6驱动曲轴5的曲柄4 的旋转。曲轴5由未示出的机构驱动车辆2的驱动轮(如车轮7)的旋转。

气缸2限定了由活塞3的上部和未示出的气缸盖划定界限的燃烧室8。 新鲜空气的进气管9通过进气口通入腔室8。进气阀10在闭合位置和开启 位置之间移动，所述进气阀在闭合位置上以密封新鲜空气的气密方式闭合 进气口，和在开启位置上，新鲜空气可通过进气口进入到腔室8的内部。 阀门10通过进气阀的致动器11在开启位置和闭合位置之间移动。

在此处所示中，发动机为间接喷射碳氢燃料型，换句话说，碳氢燃料 喷嘴12设置在管路9中以将所述碳氢燃料喷射到输入腔室8内部的新鲜空 气中。这样，新鲜空气/碳氢燃料的混合物开始在进气管的内部产生。然而 内燃机可为直接喷射汽油型，即使用植入的碳氢燃料喷嘴以直接在燃烧室 中喷射碳氢燃料。

管路9与涡轮增压器14的增压器13连接并且内通流体，所述涡轮增 压器适于压缩进入腔室8内部的新鲜空气。这里被压缩的新鲜空气被称为 增压的新鲜空气。

火花塞15适于点燃通入腔室8的新鲜空气/碳氢燃料的混合物。该火 花塞由点火装置16控制。

排气管17还通过排气口通入腔室8的内部。该排气口可由在闭合位置 和开启位置之间移动的排气阀18阻塞，在所述开启位置上，在腔室8内部 包括的烟气可由管路17排气。阀门18可通过阀门致动器19在开启位置和 闭合位置之间移动。

阀门致动器11和19可为机械的阀门致动器。

与通入腔室18的开口端相反的管路17的端部与涡轮增压器13中涡轮 机20连接并且内通流体。所述涡轮机20尤其能够在将废气传送到排气线 路21中之前使废气降压。为了限制压力，涡轮增压器装配有涡轮机20的 废气旁通管22。该旁通管22本身装配有控制旁通管22中废气通道的开口 量的控制部件23。控制部件23例如可为排气旁通阀(还由英文术语 “Wastegate”表示)。涡轮机20、旁通管22和控制旁通管22中废气通道的 开口量的控制部件23形成的组件以涡轮增压器14中所述降压部分表示。

易于控制的不同发动机设备(如致动器11、19，点火装置16又或碳氢 燃料喷嘴12)与发动机或计算机的控制单元24连接。为了简化图1，该单 元24和不同控制设备之间的连接未示出。

计算机24还与多个传感器(例如曲轴5的角位置DV的传感器25和 发动机转速N的传感器26)连接。于此处发动机转速N定义为例如由发动 机驱动轴实施的每分钟转数。计算机24包括实施本发明方法所需的采集和 处理部件。计算机24尤其包括本文下文中提及的映射量。

本发明涉及确定由内燃机产生的废气的流经涡轮机20的废气流量和确 定涡轮增压器14中降压部分的上游压力的方法。

现在阐述本发明的方法：

结合示出了废气在涡轮机20和旁通管22之间的流量分配的图2，努力 估算的流经涡轮机20的废气流量□_Turbine以下述方式表达：

${\stackrel{·}{m}}_{Turbine}={\stackrel{·}{m}}_{Echappement}-{\stackrel{·}{m}}_{Wastegate}$

其中：

□_Turbine为流经涡轮机的废气流量，

□_Echappement为由内燃机产生的废气的流经涡轮增压器中降压部分的总 废气流量，

□_Wastegate为流经旁通管22的废气流量。

涡轮增压器14中降压部分的废气上游压力以下述方式表达：

P₃＝P₄×Cdet

其中：

P₃为在涡轮增压器14中降压部分输入口处的废气平均压力。事实上该 压力为排气集气管中的压力，

P₄为在涡轮增压器14中降压部分输出口处的废气平均压力。事实上该 压力P₄可测量或估算，

C_det为随涡轮机流量□_Turbine和发动机转速N变化的系数。

流经旁通管22的废气流量□_Wastegate可由基于BarrédeStVenant方程式 的第一关系式表达：

其中：

·S_WG为排气旁通阀23的有效截面面积。优选地，S_WG以确立随排气旁 通阀的开口量O_p和发动机转速N变化的有效截面面积的映射量的形式呈 现，S_WG可测量或估算。

·为涡轮增压器14的废气上游压力P₃和涡轮增压器14的平均压力 P₄之间的BarrédeStVenant函数。

·T₃为涡轮增压器14中降压部分的上游平均温度。实际上，该温度T₃可测量或估算。

于此处想起如何定义任意两个压力P₁和P₂之间的BarreSaintVenant 函数

如果

如果

其中γ为恒定压力下的热容与恒定体积下的热容的比率。传统地，γ 视为恒定并且等于1.44。

然而，对于当压力P₃和P₄值对于使用BarreSaintVenant函数来说过于 接近时的运行点，将有利地使用该第二关系式：

${\stackrel{·}{m}}_{WastegateMF}={\stackrel{·}{m}}_{Echappement}\times R_{MF}(Op,N)$

其中：

R_MF为占流经排气旁通阀23的总废气流量的分数量。优选地，该分数 量R_MF由随排气旁通阀23的可被测量和估算的开口量Op和发动机转速N 变化的映射量确立。

优选地，当涡轮增压器14中降压部分的废气上游压力P₃与涡轮增压 器14中降压部分的废气上游压力P₄之间的差值小于确定的阈值ΔP时，该 第二关系式预设用于同样确定流经旁通管22的废气流量。实际上，该阈值 ΔP在2500Pa和5000Pa之间。

因此预设的旁通管22中的废气流量□_Wastegate为两个得到的流量中最大 值，即：

${\stackrel{·}{m}}_{Wastegate}=Maximum({\stackrel{·}{m}}_{WastegateBSV},{\stackrel{·}{m}}_{WastegateMF})$

因此两个方程式被不断地计算。最大函数Maximum()的使用能够避 免流量□_Wastegate的计算中的不连续性。

选择映射量的参数S_WG和R_MF以在排气旁通阀23的开口量较大和发动 机转速较小时不使用BarrédeStVenant函数式，这是因为在该情况下： $P_3\cong P_4.$

为了确定在涡轮增压器14输入口处的废气平均压力P₃，需要根据涡轮 增压器14的外部压力和温度条件实施流经涡轮机20的废气流量的标准化。 流经涡轮机20的废气标准化流量□_TurbineNORM表示为：

${\stackrel{·}{m}}_{TurbineNORM}={\stackrel{·}{m}}_{Turbine}\times \frac{P_{\mathrm{Re}f}}{P_{Atmo}}\times \sqrt{\frac{T_3}{T_0}}$

其中：

·P_Ref为参考大气压(通常1013hPa)

·P_Atmo为可测量或估算的当前大气压，

·T₃为涡轮增压器14中降压部分的上游平均温度。实际上，该温度为 排气集气管中的温度。

·T₀为参考温度(273.15K)

根据标准化流量□_TurbineNORM，涡轮增加器14中降压部分的上游平均压 力P₃可表示为：

$P_3=P_4\times R_P({\stackrel{·}{m}}_{TurbineNORM},N)$

而并且其中R_p是随流经涡轮20的废气标准化 流量□_TurbineNORM和发动机转速N变化的映射量。

由此得到带有两个方程式的方程组和两个未知数(P₃和□_Turbine)：

通过迭代和朝向唯一解的收敛求解该方程组。有利地，以计算根据P₃的第一强加值的流经涡轮机20的废气流量□_Turbine开始。

求解该方程组最后能够确定涡轮增压器14中降压部分的上游平均压力 值P₃和流经涡轮机20的废气流量值□_Turbine。

本发明的方法还适用于可包括以下特征的内燃机：

内燃机可包括或不包括进气凸轮轴的移相器，

内燃机可包括或不包括排气凸轮轴的移相器。移相器是指允许升程规 则保持不变的发动机循环中的角度偏移的装置。

内燃机可为直接或间接喷射碳氢燃料型。

内燃机可包括朝向进气端排气的烟气再循环回路，通常表示为EGR回 路。

本发明的优点在于可精确估算实际流经涡轮机的废气流量和废气集气 管中的废气压力变化，并且由此得到用于控制发动机的运行的可靠数据。