专利名称：用于控制内燃机增压空气的方法和装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及机动车辆内燃机的控制。
更具体地说，本发明涉及对这类发动机的空气增压的控制。 本发明特别有价值的应用涉及控制由涡轮压缩机增压的柴油型发动机 的空气增压。
背景技术：
发动机的控制是通过引导其所有传感器和致动器来调节内燃机性能的 技术。
引导发动机的所有控制法则和参数都包含在称为电子控制单元
(ECU)的计算机中。
增压发动机包括涡轮压缩机，该涡轮压缩机包括通过排气旋转驱动的 涡轮机以及由该涡轮机驱动并用于增加允许进入气缸的空气量的压缩机。
因此，涡轮机被置于排气歧管的出口处，而压缩机被安装在与该涡轮 机相同的轴上并且被置于进气歧管的上游。
由排气提供给涡轮机的功率可以通过安装废气门或多个鳍片来调节， 它们影响经过该涡轮机或提供给这些气体的通路部分的气体流量。
致动器在由电子控制单元传送的控制信号的控制之下被用来引导废气
门或鳍片的开放和闭合，以便将该进气歧管中出现的增压压力控制在由 ECU计算的压力设定点。
ECU根据发动机速度和燃料流量，或另外基于空气流量和富油设定 点，不间断地重复计算增压压力设定点，并控制废气门或鳍片从而使进气 歧管中出现的压力与设定点压力相符。
随着增压发动机性能的提高，增压压力水平在不断增加，以至于这些 涡轮压缩机承受越来越大的负担。因此，重要的是尽可能准确地引导这些 涡轮压缩机以防止它们退化并且改善在车辆加速过程中的行为，更具体地 说是提高发动机的动态性能，即其快速加速的能力。
当驾驶者希望获得最大的发动机功率时，他将加速踏板向下压到底。
踏板的这一位置被ECU转换成燃料流量设定点。这一流量设定点然后通 过阈值(该阈值随冷空气流量与发动机速度的变化而变化)而被限定为过烟)。
由于清洁空气标准越来越严格，发动机(尤其是柴油机)排出的颗粒 物数量必须越来越少。这就是发动机排气管路配备有颗粒过滤器的原因， 它4吏之能够减少排出到环境中的颗粒物数量。引入这样一种装置引起排气 背压的增加。当过滤器充满颗粒时，此背压变得更大。相对于涡轮压缩机， 这导致膨胀比的减小、由排气提供给涡轮机的功率的持续减少以及发动机 性能的降^f氐。为了获得相同的性能水平，必须通过增加涡轮机上游压力以 维持该膨胀比。这种增长通常是通过关闭废气门或者作用于这些鳍片而获 得的。
围绕压力设定点的值而对发动机进气歧管中出现的压力的调节典型地 是根据压力设定点与实际测量的压力之差的演化、借助于PID (比例、积 分、微分)调节器来实现的。
然而，这种调节策略难以应用，因为它要求在稳定速度和过渡速度上 均能将歧管中出现的压力控制在压力设定点。
在现有4支术中，为实现此目的已进行了尝试。
在这方面可以参考使用两个级联调节器的文件US 2003/00 100 19，或 者是文件FR2 829 530，该文件建议围绕与涡轮压缩机的涡轮机上游的最
压力值。
还可以参考文件WO 2004/00 99 84，它提出使用一个位置设定点
位置设定点随发动机速度的变化而变化)来控制增压，或者参考文件
WO 2004/027 238,它提出以有序的方式或者调节增压的压力或者调节用于 调节排气功率的致动器的位置。
然而，在现有技术中所提出的这些解决方案并不能够对增压压力施加 控制从而在稳定的和过渡的速度上均能准确地控制发动机进气歧管中出现 的压力，同时限制涡轮压缩机的上游压力以保护发动机和涡轮压缩机。
发明内容
因此，本发明的目的是减轻这些缺陷并且提供一种用于控制被增压的 内燃机的增压的方法和装置，这能够实现三重目的即在过渡速度上控制 增压压力，在稳定速度上控制增压压力以及限制涡轮机上游的压力。
因此，根据第一方面，本发明的目的是一种用于控制机动车辆内燃机 的空气增压的方法，该内燃机配备有增压涡轮压缩机，该增压涡轮压缩机
机，该方法包括围绕增压设定点的值来调节进气歧管中出现的压力。
一旦涡轮机上游的压力超出预定的阈值即实施该调节。
此外，进气歧管中的压力调节包括緩慢调节和快速调节。 一旦该歧管中出现的压力大于增压压力设定点的值，对该涡轮机上游
的压力的调节即^皮解除。
根据本发明的另 一特征，所述緩慢调节包括产生增压压力设定点的阶 段以及围绕该设定点的值对该歧管压力进行调节。
例如，该设定点的值是从绘图元件中提取的。它是根据发动机速度和 燃料流量而产生的。
还可以根据环境参数来修正该设定点的值，所述环境参数例如是温度 和大气压。
在一个实施例中，歧管中出现的压力的调节是通过模糊逻辑或PID型 的调节器来实施的。
有利地、还可以将用于调节排气功率的部件预先定位于从绘图元件中 提取的基于发动机运转参数值的预定位置。
所述运转;还可以包括发动机速度和燃料流量。 根据本发明的另一特征，当发动机以过渡速度运转时，提供从緩慢调 节到开环的运转转换。
根据第二方面，本发明涉及一种用于控制机动车辆内燃机的空气增压
的装置，该内燃机配备有增压涡轮压缩机，该增压涡轮压缩机配备有由发 动机4^气驱动的涡轮机以及由该涡轮机驱动的增压压缩机，该装置包括电 子控制单元，该电子控制单元包括围绕增压压力设定点的值对发动机进气 歧管中出现的压力进行调节的装置，其特征在于，用于调节歧管中出现的 压力的装置包括緩慢调节回路和快速调节回路，并且该电子控制单元还包 括适于限制涡轮机上游的压力值的调节装置， 一旦涡轮机上游的压力大于 阈值即实施所述调节。
根据所述装置的另 一特征，所述緩慢调节回路包括基于发动机的运转 参数产生增压压力设定点的值的装置以及用于围绕所述阈值控制歧管压力 的装置。
例如，用于围绕所述阈值控制歧管压力的所述装置包括模糊逻辑元件 或者PID调节器。
根据本发明的装置的又一特征，使用了其中存储有用于调节排气功率 的部件的、根据发动机运转参数的预先定位值的绘图元件，以及用于基于 从所述绘图元件提取的值来预先定位所述部件的装置。
根据本发明的又一特征，所述装置还包括用于根据发动机的过渡或稳 定速度来选择性地控制所述运转从緩慢调节回路转换成闭环或开环的装 置。
参考附图，通过阅读下面仅作为非限制性实例给出的描述，本发明的 其他目的、特征和优点将变得明显，其中
画图1示意性地示出了根据本发明的配备有增压控制装置的机动车辆
的(柴油型)内燃机的结构；
-图2示出多条曲线，它们说明了根据进气歧管中的和涡轮机上游的
压力的测量或估计值对发动机进气歧管中出现的压力以及涡轮冲几上游的压
力所进行的调节；
-图3是示出进气歧管的压力调节器的緩慢回路的结构的框图； -图4是示出根据本发明的增压控制装置的总体结构的框图；以及 -图5是根据本发明的并入增压压力调节器中的模糊逻辑调节器的框图。
具体实施例方式
图1示意性地示出了柴油型机动车辆的内燃机10及其冷空气入口和排 气歧管的总体结构。
如图所示，发动机IO中的冷空气进入回路实质上包括空气过滤器12， 其借助于涡轮压缩机14和多个适当的管道16为发动机10的进气歧管18 供应空气。
关于排气歧管20,其借助于涡轮压缩机14和颗粒过滤器22收集燃烧 产生的排气并将排气排放到外部，所述颗粒过滤器用于减少排放到环境中 的颗粒量(尤其是黑烟)。
配备用于为进气歧管18供应冷空气的管道16的可选热交换器24被设 置为与排气进行热交换，以便收集由所述排气传递的一部分卡路里。
所述涡轮压缩机实质上包括由排气驱动的涡轮机26以及压缩机28， 该压缩机与该涡轮4几安装在同一轴上并且为了增加ii^发动机气缸的空气 量而确保对由空气过滤器12输送的空气的压缩。
此外，发动机10还与用于再循环排气的回路30相关联，该回路用于 将一部分气体再注入进气歧管18中以^更特别地限制所产生的氮氧化物的 量，同时避免排气中烟的形成。
回路30实质上包括电磁阀32，它能够控制再循环排气的流量。
此外，标号为34的电子控制单元ECU收集由所提供的适当的测量传
感器(未示出)所递送的信号Pe。H和Pavt，这些信号分别关于对进气歧管
中出现的压力和涡轮压缩机的涡轮机26上游的压力的测量。它作用于调节 排气功率的部件(例如涡轮机26的废气门或鳍片)以便围绕相应的设定点 的值来调节涡轮压缩机14的涡轮机26上游的及进气歧管18中出现的压力 的值。
该ECU单元还以已知的方式控制发动机的运转。它特别地作用于电 磁阀32以调节再循环气体的量并调节发动机的工作点。
本专利申请实质上只涉及对增压压力的调节。同样，对该ECU单元 的以下描述将直接地仅涉及能够实施这一调节的必要装置。
如图1所示，ECU电子控制单元34实质上包括能够围绕阈值调节增 压压力(即进气歧管18中的压力)的调节装置。
这些调节装置实质上包括共同运行的第一调节阶段36和第二调节阶 段38，以调节增压压力。
还提供了笫三阶段40，它确保对涡轮机上游的压力Pavt的限制。
参见图2，只有当涡轮机上游的压力Pavt大于第一阈值CONSl时，由 笫三调节阶段40确保的对涡轮机上游出现的压力的限制才是有效的。在此 情况下，通过ECU控制单元34的第一阶段36和第二阶段38而实施的增 压压力调节被解除。如以下详细描述的那样，第一36和第二38阶段然后 被定位于开环中，涡轮压缩机14因而由第三阶段40引导以限制该涡轮机 上游的压力。
相反，当歧管中出现的压力PC。H大于或等于第二设定点的值CONS2 时，由第三阶段40实施的对涡轮机上游压力的调节被解除。
如以下将指明的那样，这些调节模式;1根据控制信号S来实施的，该 控制信号由所述ECU根据测量值Pw和Pc。u以及i殳定点CONS1和CONS2 来产生。
参见附图3、 4和5，现在将描述根据本发明的用于调节增压压力的装 置的特定实施例。
图3示出了第一调节阶段36的总体结构，而图4示出了实施第一阶段 36、第二阶段38和第三阶段40的实例。在所说明的实施例中，第三调节 阶段40被并入第一阶段36中。然而，可以设想以两个不同调节模块的形 式来实现这些阶段。
第一阶段36和第二阶段38之一形成緩慢调节回路，另一个形成快速 调节回路。
换言之，第一调节阶段36是基于PID类型的调节器或模糊逻辑调节 器的相对緩慢的调节器，该4莫糊逻辑调节器4吏之能够将增压压力控制在预 定的设定点的值。第二调节阶段38是PID类型的相对快速的调节器，或 者是能够确保真正实现由第一调节阶段36控制的涡轮机26的位置的RST 类型的数字调节器。例如，用来确保该任务而应用的调节装置的计算频率 要快于用于确保增压压力的其余调节的调节装置所4吏用的计算频率。
参见图3，緩慢的回路调节器使之能够产生用于涡轮机26的控制信号 S'，以^更一方面才艮据涡轮机上游压力的测量值Pavt与涡轮机上游压力的第 一设定点的值Cl之间的比较结果、而另一方面4艮据增压压力测量值Pc。
与歧管压力的笫二设定点的值CONS2(即用于限制歧管上游压力的控制信 号S)之间的比较结果，来确保增压压力的调节或确保对涡轮机上游的压 力的限制。
换言之，如以上所说明的，当涡轮机上游压力的测量值Pavt大于第一 阈值CONS1时，对增压压力的调节纟皮解除并且对涡轮机上游压力的调节 被启动以限制该压力Pavt。另一方面，当歧管压力值Pc。u大于或等于第二 阈值CONS2时，对涡轮机上游压力的调节被解除并且对增压压力的调节 被启动。
在图3中所示的示例性实施例中，调节器是PID型调节器。如将参照 图4所指明的，还可以使用模糊逻辑型调节器。
参见图3，所述调节器包括比较器42，该比较器在涡轮机上游压力设 定点CONS1与涡轮机上游测量值Pavt之间进行比较或者(根据压力限制 控制信号S的值)在歧管压力设定点CONS2与歧管压力测量值Pe。H之间
进行比较。
已知地，所述调节是通过积分器44和微分器46来实施的，以便产生 用于涡轮机26的控制信号S'，从而将歧管压力控制在相应的设定点 CONS2或者将涡轮机上游压力控制在相应的设定点CONSl。
此外，为了改善所述调节回路的响应时间，将涡轮机的门或鳍片的预 定位置的值添加给PID调节器。这一预先定位的值是从根据发动tei度R 或燃料流量Q的绘图元件48中提取的。还可以根据大气压、进入空气温 度等添加多个《奮正。
涡轮机26的预先定位的绘图元件被并入所述ECU中并且能够获得根 据速度和流量的涡轮机调节的第 一估计值并因此使调节更加容易。另外， 通过对从绘图元件中提取的、特别地根据大气压和温度的值进行修正，可 以优化根据例如海拔高度或环境温度的涡轮机的预先定位值。应当指出， 涡轮机26的这个预先定位值使之能够将涡轮压缩机定位于初始状态，该初 始状态在稳定的速度过程中是有效的并因此使之能够在一开始就以优良的 调节来接近过渡速度。
该调节器的输出，特别是孩吏分器44和绘图元件48的输出，是借助于 加法器50被求和的，并且然后被呈递给限制器52的输入从而实现在饱和 时固定整数部分。
应当指出，在刚给出的调节增压压力的示例性实施例中，获得了被控 制在相应设定点的值CONS2的增压压力测量值Pe。u。作为变型，还可以 估计增压压力。
参见图4,现在将描述才艮据本发明的用于调节增压压力的装置的总体 结构。
在该图所说明的实施例中，緩慢回路和用于限制涡轮机上游压力的调 节器是基于模糊逻辑调节器的，而不是在以上参考图3所描述的实施例中 使用的PID调节器。
此外，同样也纳入对涡轮机上游压力的限制的这个第一緩慢调节器类 似于图3的调节器。
因此，如以上所指明，它使之能够将增压压力或歧管压力控制在相应
的设定点的值CONS2，或者根据控制S的值(图2 )将涡轮机上游压力控 制在设定点的值CONSl。
此外，在本实施例中，所述第一阶段并入了传统类型的过渡速度检测 装置(标号为54)，这使之能够基于对发动机运转参数的测量和处理来检 测过渡速度的出现。在此情况下，如以上所指明的，緩慢回路被去激活以 使得涡轮机26只基于快速回路而被引导。然而，保留将涡轮机定位在从绘 图元件48中提取的、根据发动机速度和燃料流量Q的预先定位值的可能 性。
所述调节器还引入了与过渡速度检测装置54相关联的开环/闭环管理 装置56,以^更在开环中或在闭环中引导緩慢调节的运转。用于调节增压压 力的开环/闭环运转的选择可以取决于多个准则。如以上所指明的，当发动 机以过渡速度运转时可以转换到开环；还可以使用发动机负载准则，等等。
形成快速调节回路的第二调节阶段38能够确保源自循环回路的增压 压力值真正被实现。这种快速调节回路是基于对比较器58的使用，该比较 器在由緩慢回路产生的涡轮机致动器的期望位置与对该致动器的相应测量 POS之间进行比较。PID(比例、积分、微分)型调节器60能够将致动器 位置控制在由緩慢回路产生的设定点。它递送用于控制涡轮机致动器的信 号S'。例如，所产生的信号是脉宽调制信号。例如，它使之能够借助于气 动的或电气类型的致动器61来控制涡4^机的鳍片的位置。
关于緩慢调节回路结构中所包含的模糊逻辑调节器RLF,应当指出， 这种调节器包括现有技术范围内的常规类型的元件。因此，以下将不对其
做详细说明。然而应当指出，如图5所示，它U于对与微分器64和积分 器66相关联的调节器62的使用的。由减法器68 (该减法器执行测量信号 与设定点信号之间的计算)产生的信号被呈递给调节器62的输入端。调节 器62净皮告知压力差及其时间导数。如果所寻求的控制函数具有占优势的比 例项，则提供积分器66以完成该控制。然而，该积分器可以省略。来自调 节器62和积分器66的输出的信号然后通过加法器69相加，然后被供给输
出调节器70以递送给快速回路的输入。
可以参考文件EP-A-l 365 132，它详细描述了才莫糊逻辑调节器的结构。
权利要求
1. 一种用于控制机动车辆的内燃发动机(10)的空气增压的方法，该内燃发动机安装有增压涡轮压缩机(14)，该涡轮压缩机包括由所述发动机的排气旋转驱动的涡轮机(26)以及由该涡轮机驱动的增压压缩机(28)，所述方法包括围绕增压压力的设定点的值(CONS2)来调节在该发动机的进气歧管中出现的压力(Pcoll)，其特征在于，对歧管压力的调节包括缓慢调节和快速调节，并且它还包括对涡轮机上游的压力(Pavt)的调节以限制所述压力的值，一旦该涡轮机上游的压力超出预定的阈值(CONS1)就实施所述调节。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于， 一旦所述歧管中的压力大 于所述增压压力的设定点的值(CONS2)，就解除对所述涡轮机上游的压 力的调节。
3. 如权利要求1和2之一所述的方法，其特征在于，所述緩慢调节包 括产生增压压力设定点的阶段以及围绕所述设定点的值对所述歧管的压力 的调节。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设定点的值是从绘图 元件中提取的。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述设定点的值是根据发 动机速度和燃料流量而产生的。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述设定点的值是根据环 境参数^L修正的，所述环境参数例如是温度和大气压。
7. 如权利要求3至6中任一项所述的方法，其特征在于，借助于模糊 逻辑或PID型调节器来实施围绕所述设定点的值对所述歧管中压力的调 节。
8. 如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，将用于调节 排气压力的部件定位于从绘图元件中提取的、基于发动M转参数值的预 定位置。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述运转参数包括发动机 速度和燃油消耗量。
10. 如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，当所述发 动机以过渡速度运转时，将该运转从緩慢调节转换至开环。
11. 一种用于控制机动车辆的内燃发动机的空气增压的装置，该发动 机安装有增压涡轮压缩机，该涡轮压缩机配备有由所述发动机的排气驱动 的涡轮机以及由该涡轮机驱动的增压压缩机，该装置包括电子控制单元(ECU)，该电子控制单元包括用于围绕增压压力设定点的值来调节在所 述发动机的进气歧管中出现的压力的装置，其特征在于，所述控制单元(ECU)还包括适于限制所述涡轮机上游的压力的值(Pavt)的调节装置(40)， 一旦所述涡轮机上游的压力的值(Pavt)大于阚值(CONS1)就 实施所述调节，并且对所述歧管中出现的压力的调节包括緩慢调节回路(36)以及快速调节回路(38)。
12. 如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述緩慢回路(36) 包括用于基于所述发动机的运转参数确立增压压力设定点的值(CONS2 ) 的装置，以及用于围绕所述阈值控制所述歧管的压力的装置。
13. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，用于将所述歧管中出 现的压力控制在所述设定点的值的所述装置包括模糊逻辑元件或者PID调 节器。
14. 如权利要求11至13中任一项所述的装置，其特征在于，包括绘 图元件(48)，其中存储有用于调节排气功率的部件的、根据所述发动机 的运转参数的定位值，以及用于基于从所述绘图元件中提取的值来预先定 位所述部件的装置。
15. 如权利要求11至14中任一项所述的装置，其特征在于，包括用 于根据所述发动机的过渡速度或稳定速度来选择性地控制所述运转从所述 緩慢调节回路(36)转换成闭环或开环。
全文摘要
本发明涉及一种控制方法，该方法包括围绕设定点的值对发动机进气歧管中出现的空气压力进行调节。所述调节包括缓慢调节回路(36)、快速调节回路(38)以及对增压器的涡轮机上游的压力的限制(40)。当涡轮机上游的压力超出预定阈值时执行增压压力限制(40)。
文档编号F02D41/00GK101389846SQ200780006829
公开日2009年3月18日 申请日期2007年2月5日 优先权日2006年2月28日
发明者A·吉努瓦, E·比伊 申请人:雷诺股份公司