CN109779740B

CN109779740B - 对用于内燃机的、电运行式增压装置进行转速调节的方法和设备

Info

Publication number: CN109779740B
Application number: CN201811353155.8A
Authority: CN
Inventors: B.阿尔特; M.比策尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2038-11-14
Also published as: DE102017220404A1; US20190145309A1; US10612460B2; CN109779740A

Abstract

本发明涉及一种用于运行用于内燃机的增压装置的方法，其中，所述增压装置（6）作为废气运行的增压装置（6）通过电动的增压机驱动器辅助或者仅通过所述电动的增压机驱动器（64）运行，其中，所述电动的增压机驱动器（64）根据额定调整扭矩（M_S）来运行，其中，所述额定调整扭矩（M_S）根据来自于预控制的预控制扭矩（M_V）和来自于转速调节（121）的控制调整扭转（M_ctl）来确定。

Description

对用于内燃机的、电运行式增压装置进行转速调节的方法和设备

技术领域

本发明涉及具有增压式内燃机的发动机系统，其中，尤其是增压装置通过电动机械式增压机驱动器电运行或者电动辅助。另外，本发明还涉及用于在动态的马达运行中对这样一种增压装置的电动机械式增压机驱动器进行转速调节的措施。

背景技术

在内燃机的减小尺寸措施的背景下，内燃机的排量持续减小，比升功率（spezifische Hubraumleistung）对应增加。为了实现这种功率提高，随着空气质量流量的提高，必须增加燃料量。

空气质量流量能够借助于尤其是废气运行的增压装置通过提高在内燃机进气管中的压力而提高。通常，这样的增压装置的功率提高能够通过增大其废气涡轮机和其压缩机的直径而实现。该增压装置必须也能够在高的转速范围内提供恒定高的增压压力水平。然而，恰恰是在转速较低时，随着涡轮机的直径的增加，增压装置导致加速特性变差。

为了补偿这个缺点，增压装置能够具有电动机械式增压机驱动器，以便电动地辅助废气运行的增压装置或者将增压装置完全构造为电运行的增压装置。

如例如由DE 10 2004 038 156 A1所公开的那样，废气运行的增压装置通常基于前置的增压压力调节装置来运行，该增压压力调节装置预先给定压缩机的额定转速作为指令变量，用以提供内燃机所需的增压压力。在常规的废气运行的增压装置中，通过作用到所谓的增压机调整器（例如废气气门阀或者VTG调整器）上来调整这个指令变量。在具有电动辅助装置的增压装置中或者在纯电动运行的增压装置中，借助于增压机驱动器的转速调节来调整这个转速。这个转速调节预先给定以额定马达电流形式的调整扭矩作为调节量，该额定马达电流用于直接地例如利用适合的预控制或者借助于适合的电流调节器来操控该增压机驱动器。

尤其是在动态的负载曲线中，应该借助于转速装置如此运行该增压机驱动器，使得增压装置的压缩机能够以尽可能陡的转速梯度加速。

发明内容

根据本发明，设置有用于运行用于内燃机的、具有电动机械的增压机驱动器的增压装置的方法和设备和发动机系统。

根据第一方面，设置有用于运行用于内燃机的增压装置的方法，其中，所述增压装置作为废气运行的增压装置通过电动的增压机驱动器辅助或者仅通过所述电动的增压机驱动器运行，所述方法具有下述步骤：

- 执行用于提供预控制扭矩的预控制；

- 根据所述预控制扭矩求取预测的转速;

- 基于在实际转速与所述预测的转速之间的调节偏差执行转速调节，以便提供控制调整扭转；

- 根据所述预控制扭矩和所述控制调整扭转求取额定调整扭矩；

- 根据所述额定调整扭矩运行所述增压装置。

上述方法的理念在于，通过预控制补充常规的、用于电增压机驱动器的转速调节，该预控制尤其显著改善该增压装置的动态的响应特性。所述预控制对应于预先给定的数学模型地由通常由增压压力调节部提供的额定转速求取对应的预控制电流。所述数学模型为动态的预控制考虑所述模型参数，尤其是惯性矩和在该增压装置的压缩机轴处的负载扭矩。

因此，能够提供一种对于用于具有电动辅助装置的增压装置或者完全电运行的增压装置的电增压机驱动器进行转速调节的方法，用于实现更高的动态。与不具有预控制的转速调节的方法相比，在基于模型的、动态的预控制的基础上，尤其是在额定值突变时，能够实现更快的起动特性（Hochlaufverhalten）。为此，借助于所述动态的预控制，将所述额定转速转化为模型化额定马达电流，其中，既考虑该增压装置的静态特性，还考虑该增压装置的动态特性。

同样地，能够考虑该电增压机驱动器的电流限制。借助于基于模型的动态的预控制，附加地能够计算预测的轨迹，该轨迹在动态的模型的基础上并且在适当的情况下在调节量限制下预测该增压装置的转速如何表现。此外可能的是，所述转速调节仅校正在所述轨迹与所述实际转速之间的可能的偏差，从而明确减轻转速调节的负担。在这种情况下，应当注意，必须校正可能存在的死区时间或者在所述转速轨迹与经测量的实际转速之间的运行时间差别，以便避免不必要的调节干预。

另外，额定转速能够由增压压力调节部来提供，其中，根据所述额定转速来执行所述预控制。

能够设置，所述额定调整扭矩求取为额定调整电流，通过电流调节部来调整所述额定调整电流，用以运行所述电动的增压机驱动器。

尤其能够设置，所述额定调整电流只表示形成扭矩的电流分量。由此，通过所述额定调整电流只调整该增压机驱动器的、比电转子位置提前90°的定子磁场分量。

另外，所述预控制能够包括动态过滤器，该动态过滤器根据惯性矩将额定转速转换为所述预控制扭矩，并且将通过所述增压压力调节预先给定的额定转速重新计划到转速轨迹中，所述转速轨迹用于电辅助的增压机驱动器的预控制和/或调节部。

根据一种实施方式，能够根据模型化负载扭矩执行所述额定调整扭矩的求取，其中，所述负载扭矩尤其根据发动机温度和/或校正因数来确定。

能够设置，通过限制到预先给定的最小扭矩值和/或预先给定的最大扭矩值来求取所述额定调整扭矩。

根据另一个方面，设置有装置、尤其是控制器，其用于运行用于内燃机的增压装置，其中，所述增压装置作为废气运行的增压装置通过电动的增压机驱动器辅助或者仅通过所述电动的增压机驱动器运行，其中，所述设备构造用于根据额定调整扭矩来运行所述电动的增压机驱动器，并且根据来自于预控制的预控制扭矩和来自于转速调节的控制调整扭转来确定所述额定调整扭矩。

附图说明

在下文中，根据所附附图更详细地阐述实施方式。附图示出：

图1 具有内燃机的发动机系统的示意图，在提高的增压压力下借助于增压装置为所述内燃机提供新鲜空气，

图2 用于说明借助于转速调节对增压马达进行操控的示意性方框图；

图3 具有预控制的、图2的转速调节的功能示意图；和

图4 用于示出在具有预控制的转速调节中和在不具有预控制的转速调节中在额定转速发生突变时在实际转速和马达电流方面的调节器特性的图表。

具体实施方式

图1示意性地示出具有内燃机2的发动机系统1的示意图，该内燃机尤其构造为往复活塞式发动机。内燃机2具有多个气缸3，经由空气供应系统4为所述气缸供应新鲜空气。根据四冲程原理运行内燃机2，其中，在燃烧冲程之后，燃烧废气排出到废气排出区段5中。

另外，能够设置有增压装置6，该增压装置具有在废气排出区段5中的废气涡轮机61和在空气供应系统4中的压缩机62。废气涡轮机61通过所述燃烧废气来驱动，并且在此将废气焓转换为耦接轴63的旋转动能。通过废气涡轮机61与压缩机62经由耦接轴63的机械耦接来驱动压缩机62，从而使得从环境中吸入新鲜空气并且在增压压力下在进气管区段41中提供新鲜空气。

为了提高增压装置6的动态，能够在耦接轴63处布置增压机马达，该增压机马达以电动机械的方式将附加的能量引入到增压装置6中，以便实现增压装置6的、尤其是该压缩机的更快的加速特性。常规的增压压力调节作用到布置在废气涡轮机61一侧的增压机调整器64处，用以确定在废气涡轮机61中能够转换的废气焓的量，而增压机驱动器64的设置需要附加的转速调节，该附加的转速调节根据由所述增压压力调节预先给定的额定增压机转速N_S来调整压缩机62的转速。

在另一种实施方式中，增压装置6能够仅具有压缩机62，该压缩机仅通过增压机驱动器64驱动。在此能够取消将废气焓转换为用于驱动所述压缩机62的动能。

增压机驱动器64能够构造为电子整流的电机，该电机尤其能够构造为多相的。相电压对应于整流模式根据正弦式整流或者分段式整流（Blockkommutierung）施加到该电机的相支线（Phasenstränge）处。在此，对应于场定向的电流调节确定相电压，该场定向的电流调节根据该电机的（电）转子位置并且在适当的情况下根据转速（由于场弱运行）生成相电压，从而提供对应于额定调整扭矩的扭矩。

借助于控制单元10操控增压机驱动器64。控制单元10以公知的方式实现增压压力调节的功能。预先给定额定增压机转速N_S作为调节量，该额定增压机转速构成用于增压装置6的转速调节的指令变量。这个转速调节提供额定调整扭矩M_S作为用于场定向调节的指令变量。额定调整扭矩M_S尤其能够是关于形成转矩的额定电流的数据（Angabe）。

对于由控制单元10实现的功能的详细说明参考图2的方框图。

在图2中，基于增压压力预给定值P_{Lade_Soll}和经测量的增压压力P_Lade在增压压力调节方框11中将额定转速N_S作为调节量进行实施。这以公知的方式在考虑待由内燃机2提供的发动机扭矩的情况下进行。

额定转速N_S作为指令变量供应给转速调节方框12，该转速调节方框提供尤其是额定马达电流I_S的、与额定调整扭矩M_S等效的参量来操控所述增压机驱动器64。在电流调节方框13中，在额定调整扭矩M_S的预给定值的基础上确定所述马达电流或者增压机驱动器64的相电流。通过借助于适合的传感机构14的相电流测量，能够求取实际相电流Ia、Ib、Ic，所述实际相电流同样被供应给电流调节方框13，以便获得关于实际马达电流I_i的数据（Angabe）。

另外，能够设置评估方框15，以便执行增压机驱动器64的无传感器式位置检测，该评估方框基于通过传感机构14附加地测量的相电压Ua、Ub、Uc并且在适当的情况下基于经测量的相电流Ia、Ib、Ic来求取实际转速N_I并且将这个实际转速供应给转速调节方框12。

另外，在评估方框15中，由经测量的相电压Ua、Ub、Uc根据公知的方法来求取转子位置ρ。这样的方法例如能够基于求取未通电的相支线的感应电压通过零点的时间点（反电动势方法（Back-EMF-Verfahren）和类似方法）。转子位置ρ被供应给电流调节方框13，从而使得基于增压机驱动器64的转子位置ρ能够根据公知的场定向的调节来对应地确定增压机驱动器64的相电压。

在图3中，更详细地示出转速调节方框12的一种可能的实施方式。转速调节方框12基本上具有转速调节121和预控制122。转速调节121以PI调节器的形式示出，其中，在平行的调节子支路1211、1212中考虑预先给定的比例常数k_P和积分常数k_I。在转速调节121的输入侧供应与预先给定的额定转速N_S有关的、预测的转速N_pred与实际转速N_I的（借助于减法元件125得出的）差值。在输出侧，调节分量作为控制调整扭转M_ctl或者作为控制调整电流I_ctl输出到预控制122处。

从增压压力调节方框11中供应预先给定的额定转速N_S给预控制122。借助于在过滤器方框1221中的动态过滤器来供应额定转速N_S，以便获得指示的（indiziert）扭矩作为尤其以预控制电流I_V形式的预控制扭矩M_V。在第一加法元件1222中，给这个预控制电流加上以负载扭矩电流I_L形式的负载扭矩分量M_L，该负载扭矩分量基于发动机温度T_mot和校正因数

来确定。负载扭矩分量M_L或者负载扭矩电流I_L例如由经提供的发动机温度T_mot借助于预先给定的特性场123和乘法元件124得出。

在第二加法元件1223中，给第一加法元件1222的输出值加上以控制调整扭转M_ctl或者控制调整电流I_ctl形式的调节分量。

在限制方框1224中，将第二加法元件1223的结果限制为预先给定的最大的和/或最小的扭矩值M_max、M_min或者对应的电流值I_max、I_min。在限制方框1224的输出侧能够提供额定调整扭矩M_S或者额定马达电流I_S。

为了由模型化额定调整扭矩M_S或者额定马达电流I_S获得预测的转速值N_pred，从额定调整扭矩M_S中或者从额定马达电流I_S中借助于第二减法元件1225再次减去以负载扭矩电流I_L形式的负载扭矩分量M_L并且借助于第三减法元件1226再次减去控制调整扭转M_ctl或者控制调整电流I_ctl，并且利用在线路建模方框1227中的动态的线路模型转化为转速信号。

过滤器方框1221的动态过滤器将额定转速N_S转化为用于预控制扭矩M_V或者预控制电流I_V或者形成扭矩的电流的额定值，该动态过滤器与所述动态的线路模型一样，取决于惯性矩

和增压压力装置6的负载扭矩M_L。所述模型参数、即惯性矩

和负载扭矩M_L例如能够在试验台试验的框架下根据实验来求取。通过特性场123能够使所述负载扭矩与摩擦相适配，该摩擦能够根据别的参数、例如内燃机2的发动机温度T_mot（油温）发生改变。

如果额定调整扭矩M_S作为额定马达电流I_S给出，则优选地，额定马达电流I_S能够只对应于形成扭矩的电流分量。尤其是，所述电流分量被确定为在转子固定的坐标系、即所谓的dq坐标系中的q分量。在此，该q分量对应于比电转子位置提前90°的电流矢量。

在图4中示出了图表，其示出了在具有预控制的转速调节中（曲线K1）和在不具有预控制的转速调节中（曲线K2）马达转速N和作为额定转速N_S的电流预给定值的马达电流I的时间曲线。能够看出马达转速N的更快的增加和额定马达电流I对额定转速N_S的突变过程的立刻响应。

Claims

1.用于运行用于内燃机的增压装置的方法，其中，所述增压装置（6）作为废气运行的增压装置（6）通过电动的增压机驱动器辅助或者仅通过所述电动的增压机驱动器（64）运行，其中，所述电动的增压机驱动器（64）根据额定调整扭矩（M_S）来运行，其中，所述额定调整扭矩（M_S）根据来自于预控制的预控制扭矩（M_V）和来自于转速调节（121）的控制调整扭转（M_ctl）来确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其具有下述步骤：

- 执行用于提供所述预控制扭矩（M_V）的预控制；

- 根据所述预控制扭矩（M_V）求取预测的转速（N_pred）;

- 基于在实际转速（N_I）与所述预测的转速（N_pred）之间的调节偏差执行转速调节，以便提供所述控制调整扭转（M_ctl）；

- 根据所述预控制扭矩（M_V）和所述控制调整扭转（M_ctl）求取所述额定调整扭矩（M_S）。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，提供增压压力调节（11）的额定转速（N_S），其中，根据所述额定转速（N_S）执行所述预控制（122）。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述额定调整扭矩（M_S）求取为额定调整电流（I_S），通过预控制或者电流调节（13）来调整所述额定调整电流，用以运行所述电动的增压机驱动器（64）。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述额定调整电流（I_S）只表示形成扭矩的电流分量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预控制包括动态过滤器（1221），所述动态过滤器根据惯性矩（

）将额定转速（N_S）转换为所述预控制扭矩（M_V），并且将通过增压压力调节（11）预先给定的额定转速（N_S）重新计划到转速轨迹中，所述转速轨迹用于电辅助的增压机驱动器（64）的预控制（122）和/或转速调节（121）。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，根据模型化负载扭矩（M_L）执行所述额定调整扭矩（M_S）的求取，其中，所述负载扭矩（M_L）根据发动机温度（T_Mot）和/或校正因数（

）来确定。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过限制到预先给定的最小扭矩值（M_min）和/或预先给定的最大扭矩值（M_max）来求取所述额定调整扭矩（M_S）。

9.用于执行根据权利要求1-8中任一项所述方法的设备，其用于运行用于内燃机（2）的增压装置（6），其中，所述增压装置（6）作为废气运行的增压装置（6）通过电动的增压机驱动器（64）辅助或者仅通过所述电动的增压机驱动器（64）运行，其中，所述设备构造用于根据额定调整扭矩（M_S）来运行所述电动的增压机驱动器（64），并且根据来自于预控制（122）的预控制扭矩（M_V）和来自于转速调节（121）的控制调整扭转（M_ctl）来确定所述额定调整扭矩（M_S）。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述设备是控制器（10）。

11.具有程序代码介质的计算机程序，其设置用于，当在计算单元上实施所述计算机程序时，实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。

12.机器可读的存储介质，其具有存储在其上的根据权利要求11所述的计算机程序。