用於確定渦輪增壓發動機中的排氣歧管溫度的方法和觀測器的製作方法
2023-10-07 12:55:44
專利名稱：用於確定渦輪增壓發動機中的排氣歧管溫度的方法和觀測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於確定渦輪上遊的渦輪增壓發動機中的排氣歧管的溫度的方法和觀測器。
背景技術：
汽車行業中近來的趨勢是提高比功率，即每升發動機汽缸排量的峰值功率。這是通過多渦輪增壓或機械增壓或外部增壓(諸如利用電力驅動的壓縮機的外部增壓)來實現。其他方法包括既具有較高的壓縮機和渦輪效率又具有較低的慣性的效率更高的渦輪增壓器。行業內一種廣泛的趨勢是尺寸減小，這由減少燃料消耗的規定推動。這對渦輪增壓器元件提出了要求，這意味著為了產生更多的壓縮空氣，渦輪可能更接近其熱極限運行。渦輪上遊的排氣歧管的溫度(這個溫度在這裡並且在後面表示為「T3」)是現代柴油發動機控制的重要參數。這個溫度具體用於(i )渦輪溫度保護(由於更準確地認識「T3」能夠將發動機控制為更接近渦輪極限並且從發動機獲得更多動力)，( ) EGR流的計算(由於小孔方程取決於上遊EGR閥溫度)，和(iii)預計用於後處理建模和OBD監控的渦輪後的溫度。常規的方法包括用於前渦輪溫度T3以便產生限制策略的傳感器。通常，對於柴油發動機，前渦輪溫度被 限制在，例如，大約820-850° C的穩定狀態極限。對於具有分離的排氣歧管的V型發動機，甚至需要兩個傳感器。但是，由於這種溫度傳感器相當慢(一般的時間常數例如在1-2秒)，最終的穩定狀態溫度測量能夠需要例如高達10秒的大量的時間。而且，雖然用於T3傳感器元件的大開口具有良好的響應，但是煙塵和排氣能夠降低這種傳感器的精度和耐用性。排氣狀態的變化能夠具有其他不利的影響。而且，基於模型的渦輪增壓器控制應用於複雜的、多級或單級渦輪增壓器系統，這不僅利用壓縮機映射圖(map)，而且逐漸利用更多的渦輪映射圖，例如,壓力比相對修正的或減少的流，而且還應用於渦輪的效率，用於診斷、測量諸如燃料經濟性的系統性能的下降，或性能提高。對於這種基於模型的計算，需要精確的、動態T3參數。因此，損毀限制、性能和基於模型的渦輪增壓器控制的需求推動對快速、精確的T3觀測器的要求。
發明內容
本文的發明人已經認識到上述問題並且提供一種用於確定在渦輪增壓發動機中渦輪上遊的排氣歧管溫度的方法和觀測器(observer)，該方法和觀測器能夠用減少的工作和成本相當快速、精確、可靠地確定排氣歧管的溫度。在一個例子中，一種用於確定渦輪增壓發動機中的排氣歧管溫度的方法，所述發動機包括渦輪增壓器和渦輪，並且所述排氣歧管溫度包括該渦輪上遊的溫度，所述方法包括根據模型估算排氣歧管溫度值，測量該渦輪下遊的溫度，以及根據所述測量修正該排氣歧管溫度值。本發明涉及利用現象學的/基於燃燒的T3模型構造快速且精確的T3 (=渦輪上遊的溫度)觀測器的構思，其中該觀測器利用測量的溫度T4 (=渦輪下遊的溫度)和可選的下面所描述的渦輪增壓器速度的測量或估算值，而被強化/穩健化(robustfied)。本發明還基於在避免附加的傳感器的成本的同時估算排氣歧管溫度的構思。本發明提供一種從模型(該模型具有來自下遊傳感器的修正，無論如何都需要該下遊傳感器)推導出排氣歧管溫度的方法，因此節省至少一個傳感器的成本。本發明的上述優點和其他優點、以及特徵從下面單獨或結合附圖的詳細描述將容
易變得明顯。應當明白，提供上面的概述是為了以簡單的形式介紹選擇的構思，這種構思在詳細描述中進一步描述。這並不意味著指出所主張主題的關鍵的或基本的特徵，所主張主題的範圍由權利要求唯一地限定。而且，所主張的主題不限於解決上面或本發明的任何部分指出的任何缺點的實施方式。
圖1示出本發明的方法能夠在其中執行的典型的發動機布局的示意圖。圖2是示出根據 本發明的方法的實施例的流程圖。圖3是示出根據本發明實施例的用於確定修正的排氣溫度的方法的流程圖。
具體實施例方式根據一個實施例，修正歧管溫度值的步驟還基於確定渦輪增壓器的速度。該渦輪增壓器的速度可以利用渦輪增壓器速度傳感器測量或利用模型估算。根據實施例，修正排氣歧管溫度值的步驟可以用下面的方程式描述:T3mw -T ^ix + kHmejs - ^aes1ow )其中Γ表示排氣溫度(Τ3)未修正的值，K表示增益因子，表示渦輪下遊的測量的溫度(Τ4)，而I—表示利用排氣歧管溫度(Τ3)的未修正的值估算的渦輪下遊的溫度(Τ4)。按照實施例，根據模型估算排氣歧管溫度值的步驟可以用下面的方程式描述:T3 = T22+ Λ T (N, λ，fuel, SOI,...)其中T22表示排氣再循環(EGR)進口下遊的進氣歧管中的溫度，N是發動機速度，λ是空氣-燃料比，而SOI表示噴射正時。本發明還涉及用於確定渦輪增壓發動機中的排氣歧管溫度的觀測器，其中所述觀測器構造成進行根據本發明的上面所述的方法。作為概述，表I總結了本發明所用的縮略語和符號的意義:
表1:
權利要求
1.一種用於確定渦輪增壓發動機中的排氣歧管溫度的方法，所述發動機包括渦輪增壓器和渦輪，並且所述排氣歧管溫度包括所述渦輪上遊的溫度，所述方法包括: 基於模型估算所述排氣歧管溫度的值； 測量所述渦輪下遊的溫度；以及 基於所述測量修正所述排氣歧管溫度的所述值。
2.根據權利要求1所述的方法，其中修正所述排氣歧管溫度的所述值基於對渦輪增壓器速度的確定。
3.根據權利要求2所述的方法，其中利用渦輪增壓器速度傳感器測量所述渦輪增壓器的速度。
4.根據權利要求2所述的方法，其中利用模型估算所述渦輪增壓器的速度。
5.根據權利要求1所述的方法，其中基於所述排氣歧管溫度的未修正值、增益因子、所述渦輪下遊的測量的溫度、以及利用所述排氣歧管溫度的所述未修正值估算的所述渦輪下遊的溫度修正所述排氣歧管溫度的所述值。
6.根據權利要求1所述的方法，其中根據排氣再循環進口下遊的進氣歧管中的溫度、發動機速度、空氣燃料比和噴射正時進行估算基於所述模型的所述排氣歧管溫度的所述值。
7.一種方法，包括: 基於渦輪溫度誤差修正估算的排氣歧管溫度，所述估算的排氣歧管溫度基於進氣歧管溫度、發動機速度、 空氣燃料比和燃料噴射正時；和 基於該修正的排氣歧管溫度調節發動機運行參數。
8.根據權利要求7所述的方法，還包括基於所述估算的排氣歧管溫度、發動機速度和渦輪壓力比估算渦輪出口溫度。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括確定所述估算的渦輪出口溫度和測量的渦輪出口溫度之間的差，以確定所述渦輪溫度誤差。
10.根據權利要求8所述的方法，其中基於渦輪熱損失和/或排氣通道熱損失調節所述估算的渦輪出口溫度。
11.根據權利要求7所述的方法，其中基於所述渦輪溫度誤差修正所述估算的排氣歧管溫度還包括基於閉環增益修正所述估算的排氣歧管溫度，其中所述閉環增益是發動機速度和轉矩的函數。
12.根據權利要求7所述的方法，其中調節所述發動機運行參數包括調節排氣再循環閥的位置。
13.—種系統,包括: 連接於排氣歧管和進氣歧管的發動機； 包括設置在所述排氣歧管下遊的渦輪的渦輪增壓器； 構造成使一部分排氣從所述渦輪的上遊返回到所述進氣歧管的排氣再循環(EGR)系統；以及 控制器，其包括如下指令: 基於進氣歧管溫度、發動機速度、空氣燃料比和燃料噴射正時估算排氣歧管溫度； 基於渦輪溫度誤差修正所述估算的排氣歧管溫度；以及基於所述修正的排氣歧管溫度調節EGR閥。
14.根據權利要求13所述的系統，其中所述控制器還包括基於所述估算的排氣歧管溫度、渦輪速度和渦輪壓力比估算渦輪出口溫度的指令。
15.根據權利要求14所述的系統，其中所述控制器還包括確定所述估算的渦輪出口溫度和測量的渦輪出口溫度之間的差以確定所述渦輪溫度誤差的指令。
16.根據權利要求14所述的系統，其中基於渦輪熱損失和/或排氣通道熱損失調節所述估算的渦輪出口溫度。
17.根據權利要求13所述的系統，其中所述控制器包括基於閉環增益修正所述估算的排氣歧管溫度的指令。
18.根據 權利要求17所述的系統，其中所述閉環增益是發動機速度和轉矩的函數。
全文摘要
本發明公開一種用於確定渦輪上遊的渦輪增壓發動機的排氣歧管的溫度的方法和觀測器。在一個例子中，一種用於確定渦輪增壓發動機中的排氣歧管溫度的方法，所述發動機包括渦輪增壓器和渦輪，並且所述排氣歧管溫度包括該渦輪上遊的溫度，所述方法包括根據模型估算排氣歧管溫度值，測量所述渦輪下遊的溫度，以及根據所述測量修正排氣歧管溫度值。
文檔編號F01N11/00GK103195592SQ20131000987
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者S·彼德洛維奇, M·J·V·尼馬斯塔特, B·L·福爾頓 申請人:福特環球技術公司