用于确定用于机动车的涡轮增压器的废气门的执行器的控制信号的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定用于机动车的涡轮增压器的废气门的执行器的控制信号的方法。根据所述方法，在考虑将废气门描述为串联连接的两个节流点的模型时确定该控制信号。

Method for determining a control signal of an actuator of a exhaust valve of a turbocharger for a motor vehicle

The invention relates to a method for determining a control signal of an exhaust valve of a turbocharger for a motor vehicle. According to the method, the control signal is determined in consideration of a model describing the exhaust valve as a series of two throttling points connected in series.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于确定用于机动车的废气涡轮增压器的废气门的执行器的控制信号的方法。
技术介绍
在具有涡轮增压的燃烧发动机中，新鲜空气在流入气缸之前借助于涡轮增压器而被压缩，从而与通过从相应的环境压力吸入所可能引入的空气相比，将更大的空气质量引入到气缸中。由此形成的增压压力（即，经涡轮增压器的压缩机之后的压力）以及通过涡轮增压器压缩机的空气质量流由涡轮增压器速度和涡轮增压器功率的结合而确定。涡轮增压器功率或涡轮输出由下述等式确定：其中，为涡轮质量流，为涡轮上游的废气温度，为涡轮上游的压力，为涡轮下游的压力，为在恒定压力下的废气的比热容，以及为涡轮效率。对于具有废气门的涡轮增压器而言，涡轮功率，以及因此增压压力和发动机功率（间接地）由此被控制，使得在内燃机的相应操作点从气缸中形成的废气质量流通过由废气门位置确定的废气门的特定开口而被分成涡轮质量流和废气门质量流量，涡轮质量流在等式（1）的相应的充斥（prevailing）压力和温度下产生所要求的涡轮增压器功率，废气门质量流量在涡轮处被旁通并且没有对涡轮增压器功率作出贡献：。图1示出了废气门执行器的功能简图，其包含与废气门执行器的实施方式无关的所有的废气门涡轮增压器的共同部件。在图1中示出了：在涡轮壳体1中的废气门孔2，该废气门孔在其右侧由废气门板3封闭，-涡轮上游的压力，-涡轮下游的压力，-通过废气门的废气质量流，-由于废气门板处的压力差而作用在废气门板上的力，-废气门杆4，该废气门杆安装在旋转轴Z中，并且具有长度的废气门侧的臂4a和长度的执行器侧的臂4b，以及-在位置中的废气门执行器棒6，执行器7以执行器力作用在该废气门执行器棒上。打开废气门的力和力矩被定义为正。废气门位置经由杆机构而由废气门执行器控制，该废气门执行器由发动机控制装置主动控制。在该情况中，常规的是将在期望的增压压力的基础上被计算的废气门执行器的预控制与用于最小化增压压力差的增压压力控制相结合：其中，为废气门控制信号，为废气门预控制信号，以及为增压压力控制器输出的信号。对于良好的发动机的响应行为而言（即，快速且准确地实现所要求的发动机转矩），良好的废气门的预控制是重要的。如果忽略由脉冲废气质量流激发的振动，则废气门位置是准确恒定的，随后，即废气门处于静止状态中，如果作用在被安装成以便能够围绕废气门轴线Z转动的废气门杆上的转矩合计为0，则也就是说：其中，为由废气门板处的压力差引起的转矩，以及为由执行器引起的转矩。在具有废气门执行器的位置测量的系统中，用于设定这个转矩平衡的废气门的控制以及因此期望的增压压力被实现作为两级的控制，具有：-外部控制回路，用于借助于废气门执行器的标称位置的预设而设定期望的增压压力其中，为废气门位置的与控制，以及为增压压力控制器输出-以及内部控制回路，用于调节所要求的废气门的标称位置其中，为废气门控制，为废气门预控制，以及为位置控制器输出的信号。在没有废气门执行器的位置测量的系统中，执行器位置是未知的。根据等式（6）和（7），双回路增压压力控制是没用的。图2示出了电气动的废气门执行器，其具有a）与废气门执行器的实施方式无关的所有的废气门涡轮增压器的共同部件：在涡轮壳体1中的废气门孔2，由废气门板3从右侧封闭；涡轮上游压力p3；涡轮下游压力p4；通过废气门的废气质量流；由于废气门板处的压力差而作用在废气门板上的力Fp；废气门杆4，该废气门杆安装在旋转轴线Z中并且具有长度的废气门侧的臂4a和长度的执行器侧的臂4b，以及在位置中的废气门执行器棒6，执行器以执行器力作用在该废气门执行器棒上。b）另外，在图2中，用于没有流动的电气动的降低压力的废气门执行器的特定部件被示出作为没有位置测量的废气门执行器的实施方式的示例：电气动的三通阀8，其取决于控制信号PWM_WG（在等式（4）的意义中为）而将执行器压力设定在环境压力和降低的压力之间，气动压力喷嘴7，其具有有效面积的膜状物7a，该膜状物7a与执行器棒6连接，两个腔室7b和7c，这两个腔室由膜状物7a隔开，即与环境压力连接的第一执行器腔室7b以及与控制压力连接的第二执行器腔室7c，该第二执行器腔室与环境隔开，在此对于降低的压力的执行器而言具有，以及具有弹性常数k的执行器弹簧7d。在膜状物7a处的压力差导致了作用在执行器棒上的控制压力弹簧变形至执行器位置导致了作用在执行器棒上的弹簧力其中，为弹簧在=0处的预张力。在图2中示出的构造中，使废气门关闭的弹簧力的量值随着执行器位置的增加而增加。在该情况下，弹性常数是负的。控制力和弹簧力相加成执行器力：。电气动废气门执行器的其他实施方式，例如在其他腔室或另一个切换阀中的执行器弹簧的结构或者使切换阀经受其他压力，仅仅改变所考虑的力的量以及可能的符号。物理相关性与在更紧密详细的示例性实施例中的相同。图3示出了废气门的详细简图。从图3中能够看出带有废气门孔2的涡轮壳体1，该废气门孔具有恒定的直径和恒定的横截面面积。下述内容适用：。涡轮壳体1的右侧示出与涡轮壳体上的止动件相距距离的废气门板3。在该情形中，为了简化，假定废气门板的移动在废气门孔的轴线的方向上直线地进行。下述内容适用：。在涡轮壳体1和废气门板3之间示出的是被想象作为废气门孔的延长部的圆柱形环形面积，。在流过废气门孔之后，废气门质量流通过该环形面积排出。在废气门板处的压力差在废气门板上施加了力，并且在废气门杆上施加了力矩。根据等式（10），执行器力作为控制力和弹簧力之和在废气门杆上施加了力矩。通过在等式（5）中插入等式（14）和（15）得到下述结果：。膜状物面积、杆臂长度、、弹簧常数k和弹簧预张力是系统常数。缓慢变化的环境压力在发动机控制装置中是已知的。因此，等式（16）描述了在废气门板处的可变的力、执行器位置以及能够由控制信号直接影响的控制压力之间的平衡状态。在没有测量执行器位置的系统中，用于设定期望的增压压力的废气门的预控制的任务因此能够如下地被表述：对于当前出现的涡轮上游的压力和涡轮下游的压力，废气门控制信号必须被选择成使得设定的控制压力准确地在对于设定期望的增压压力所必需的废气门执行器的标称位置中补偿作用在废气门杆上的所有其他力矩。下述内容适用：。根据废气门或执行器的标称位置等式（17）不能够被直接求解。每个废气门预控制信号都是利用等式（17）所描述的函数的近似值，而不管其在发动机控制装置中是被分析地描述或是利用多个输入参数的特性图近似。迄今为止，标称控制压力作为废气预控制信号已经被存储在特性空间中，其基本输入是从涡轮上游的压力的期望的增压压力和通过废气门的质量流导出的标称值。对于物理描述而言是关键的执行器位置和在废气门板处的力的参数没有被模型化。
技术实现思路
从该现有技术开始，本专利技术的目标在于提供用于确定用于机动车的废气涡轮增压器的废气门的执行器的控制信号的方法。这个目标由具有权利要求1给出的特征的方法实现。这个方法的有利的改型方案在从属权利要求中给出。对于本专利技术，一种废气门模型被使用，该废气门模型取决于当前的相应的应用情况而直接被使用或者被反转成作为用于控制涡轮增压器的算法而使用，如在下文中借助于附图4-11更详细地解释的。附图说明在附图中：图4示出作为两个节流点的串联连接的废气门的示意图；图5示出在节流位置处的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定用于机动车的废气涡轮增压器的废气门的执行器的控制信号的方法，其特征在于，通过考虑将所述废气门描述为串联连接的两个节流点的模型而确定所述控制信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.02 DE 102014217456.21.一种用于确定用于机动车的废气涡轮增压器的废气门的执行器的控制信号的方法，其特征在于，通过考虑将所述废气门描述为串联连接的两个节流点的模型而确定所述控制信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，特性图被存储在机动车的发动机控制装置的存储器中，并且描述了作为所述废气门处的压力关系的函数且作为标称质量流因子的函数的所述废气门的环形面积与孔面积的标称关系。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于下列其他步骤：-在所述废气涡轮增压器的运...

【专利技术属性】
技术研发人员：T布克哈特，
申请(专利权)人：大陆汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE