專利名稱：用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器設(shè)置的方法和控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器設(shè)置的方法和用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器設(shè)置的控制裝置。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和外施點(diǎn)火的發(fā)動(dòng)機(jī)，日益具有渦輪增壓器。渦輪增壓器用來壓縮供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣，由此能夠獲得性能的増加。相比之下，預(yù)先確定的功 率可以通過具有較小汽缸排量的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)得到，結(jié)果能夠得到更小且重量更輕的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)按照燃料消耗方面更加經(jīng)濟(jì)。這種渦輪增壓器通常用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流驅(qū)動(dòng)。為此，渦輪增壓器具有設(shè)置在排氣流中的渦輪機(jī)。渦輪機(jī)，具體地通過公共軸，驅(qū)動(dòng)壓縮發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣的壓縮機(jī)。能夠通過利用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的兩個(gè)渦輪增壓器來得到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的較大的性能增加和較高的比功率/功率系數(shù)(specific power)。在這種情況下,兩個(gè)潤(rùn)輪機(jī)可以順序地設(shè)置在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流中，使得兩個(gè)渦輪機(jī)中的一個(gè)在較高的壓カ區(qū)運(yùn)行并且叫做高壓渦輪機(jī)，而另ー個(gè)渦輪機(jī)在較低的壓カ區(qū)運(yùn)行并且叫做低壓渦輪機(jī)。兩個(gè)壓縮機(jī)類似地能夠順序地設(shè)置在充氣流中。通過利用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的多個(gè)渦輪增壓器能夠獲得改進(jìn)的節(jié)流板(pedal)響應(yīng)行為。具有多個(gè)渦輪增壓器的渦輪增壓器設(shè)置還具有關(guān)于排氣再循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楦邏簻u輪機(jī)產(chǎn)生允許增加排氣再循環(huán)的較高的排氣背壓；以這種方式，具體地，能夠減少污染排放。由于針對(duì)機(jī)動(dòng)車輛的許可污染排放物的日益嚴(yán)格的限制值，所以排氣后處理也日益重要。排氣后處理系統(tǒng)，具體地，用來減少氮氧化物(NOx)、碳?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)的排放，并且可以包括一個(gè)或多于ー個(gè)催化轉(zhuǎn)化器，例如用于還原HC和CO氧化催化轉(zhuǎn)化器，或用于還原HC和CO并用于將NOx轉(zhuǎn)化成N2和O2的LNT (稀NOx捕集器)。在這里，可以采取用于減少排氣的煙塵含量的措施。排氣后處理系統(tǒng)一般設(shè)置在低壓排氣渦輪機(jī)的下游。為了排氣后處理系統(tǒng)的功能，進(jìn)ロ溫度/迸入溫度，S卩，排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)之前或排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)時(shí)排氣的溫度，應(yīng)當(dāng)在預(yù)定的范圍內(nèi)。具體地，為了排氣后處理的系統(tǒng)的適度功能，排氣應(yīng)當(dāng)具有最低進(jìn)ロ溫度。由于不能在所有的時(shí)間均確保所述最低溫度，所以增加進(jìn)ロ溫度的已知措施包括噴射額外的燃料，具體地通過后噴射，或節(jié)流發(fā)動(dòng)機(jī)。但是所述措施會(huì)導(dǎo)致不希望的燃料消耗増加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到上述問題并且提出ー種方法至少部分地解決這些問題。在一個(gè)例子中，一種用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器設(shè)置的方法，該渦輪增壓器設(shè)置至少具有第一排氣潤(rùn)輪機(jī)和設(shè)置在該第一排氣潤(rùn)輪機(jī)下游的第二排氣潤(rùn)輪機(jī)，以及設(shè)置在該第二排氣渦輪機(jī)下游的排氣后處理系統(tǒng)，該方法包括在升溫模式中控制至少ー個(gè)排氣渦輪機(jī)以便増加在進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)中的進(jìn)ロ處的排氣流的進(jìn)ロ溫度。以這種方式，排氣后處理系統(tǒng)可以通過控制排氣渦輪機(jī)被加熱。在一個(gè)例子中，在升溫模式期間，第二排氣渦輪機(jī)可以包括根據(jù)排氣后處理系統(tǒng)或發(fā)動(dòng)機(jī)溫度被控制的旁通閥，而第一排氣渦輪機(jī)可以包括根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷被控制的旁通閥，以便提供希望的充氣壓力的量。通過控制一個(gè)渦輪機(jī)旁通閥以提供希望的充氣壓力且控制另ー個(gè)渦輪機(jī)旁通閥以將被加熱的排氣直接導(dǎo)引到排氣后處理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速加熱排氣后處理系統(tǒng)而不利用后噴射或使燃料經(jīng)濟(jì)性下降的其他機(jī)制。從下面単獨(dú)的或結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將容易明白本發(fā)明的上面的優(yōu)點(diǎn)和其他優(yōu) 點(diǎn)和特征。應(yīng)當(dāng)明白，提供上面的概述是為了以簡(jiǎn)單的形式引進(jìn)選擇的構(gòu)思，這種構(gòu)思在詳細(xì)描述中進(jìn)ー步描述。這并不意味著視為所主張主題的關(guān)鍵的或基本的特征，所主張主題的范圍由詳細(xì)描述之后的權(quán)利要求唯一地限定。而且，所主張的主題不限于解決上面指出的任何缺點(diǎn)的或本發(fā)明的任何部分的實(shí)施方式。


圖I示出具有渦輪增壓器設(shè)置的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化的方框線路圖。圖2示出說明根據(jù)本發(fā)明方法的示范性實(shí)施例的過程順序的流程圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器設(shè)置的方法與渦輪增壓器設(shè)置相關(guān)，該渦輪增壓器設(shè)置包括至少ー個(gè)第一排氣渦輪機(jī)和至少ー個(gè)第二排氣渦輪機(jī)，其中該第二排氣渦輪機(jī)設(shè)置在該第一排氣渦輪機(jī)的下游，即，設(shè)置在排氣流中第一排氣渦輪機(jī)的下游。因此第一排氣潤(rùn)輪機(jī)具體地構(gòu)成高壓排氣潤(rùn)輪機(jī)，而第二排氣潤(rùn)輪機(jī)構(gòu)成低壓排氣渦輪機(jī)。而且，提供設(shè)置在第二排氣渦輪機(jī)下游的排氣后處理系統(tǒng)，也就是說，所述排氣后處理系統(tǒng)依次地位于排氣流中下游。根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，當(dāng)排氣流稍后通過排氣渦輪機(jī)時(shí)排氣流的溫度下降明顯促進(jìn)獲得用于排氣后處理系統(tǒng)的功能所需的最小排氣溫度的延遲。通過排氣渦輪機(jī)的對(duì)應(yīng)致動(dòng)能夠減少所述溫度下降。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，提供一種用于控制渦輪增壓器設(shè)置的升溫模式，在該升溫模式中，控制至少ー個(gè)排氣渦輪機(jī)，以便在排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)之前或在排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)時(shí)增加排氣的進(jìn)ロ溫度。因此，在該升溫模式中，該渦輪增壓器設(shè)置通過該第一和/或第二排氣渦輪機(jī)的對(duì)應(yīng)致動(dòng)被控制成使得通過所涉及的排氣渦輪機(jī)的排氣流的溫度下降減少，并且在它通過所涉及的排氣渦輪之后排氣的溫度増加；具體地，可以構(gòu)造成低壓排氣渦輪機(jī)的第二排氣渦輪機(jī)被控制成使得離開該第二排氣渦輪機(jī)的排氣的溫度増加。以這種方式，恰在排氣要進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)之前或在排氣進(jìn)入后處理系統(tǒng)時(shí)，排氣的溫度増加?？梢越凶龃呋D(zhuǎn)化器升溫模式或排氣后處理升溫模式的這種升溫模式可以具體地用于冷啟動(dòng)之后，不過也可以用在排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)時(shí)排氣的進(jìn)ロ溫度低于為了排氣后處理系統(tǒng)的功能所需的最小進(jìn)ロ溫度的其他情況。由于情況是在升溫模中至少ー個(gè)排氣渦輪機(jī)被控制成當(dāng)排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)時(shí)增加排氣流的進(jìn)ロ溫度，所以可以確保能夠更快地獲得排氣后處理系統(tǒng)的功能所需的，具體地，一個(gè)或多于ー個(gè)催化轉(zhuǎn)化器的功能所需的最小進(jìn)ロ溫度。以這種方式，具體地，能夠減少裝有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪增壓器設(shè)置和排氣后處理系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車輛的污染排放物，特別是在冷啟動(dòng)之后。為了增加排氣溫度，一般不需要燃料的后噴射或內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)流。在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的正常模式中，即當(dāng)排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)時(shí)不需要用于增加排氣溫度的措施吋，例如，為了優(yōu)化渦輪機(jī)的效率，可以以已知的方式控制排氣渦輪機(jī)自身，例如，作為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)矩要求的函數(shù)。在這方面，以舉例的方式參考專利申請(qǐng)DE 102010037368. 0，該申請(qǐng)不是在先公開并且通過參考結(jié)合于本申請(qǐng)。在這里，可以調(diào)節(jié)渦輪增壓器設(shè)置，例如，作為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣壓力的函數(shù)，其可以預(yù)先確定為設(shè)置點(diǎn)值，例如作為旋轉(zhuǎn)速度和載荷和/或加速器踏板位置的函數(shù)。
相反，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)期間，通常給予其他方面優(yōu)先權(quán)，例如用于減少污染物排放的排氣再循環(huán)；因此沒有關(guān)于充氣壓カ初始調(diào)節(jié)渦輪增壓器設(shè)置。因此，在這種情況下，不在閉環(huán)調(diào)節(jié)回路中調(diào)節(jié)第一和第二排氣渦輪機(jī)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在升溫模式中，在排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)時(shí)，用于增加排氣流的進(jìn)ロ溫度的控制是通過將干擾變量疊加在至少ー個(gè)排氣渦輪機(jī)的控制信號(hào)上來實(shí)現(xiàn)的。因此，在升溫模式中沒有通過傳感器的反饋的調(diào)節(jié)；實(shí)際上，通過改變控制信號(hào)(前饋)，存在對(duì)至少一個(gè)排氣渦輪機(jī)的控制的干預(yù)，使得在排氣通過排氣渦輪機(jī)時(shí)的排氣流的溫度下降被減少，并且出ロ溫度増加。與根據(jù)例如設(shè)置點(diǎn)轉(zhuǎn)矩和/或加速器踏板位置控制第一和/或第二排氣渦輪機(jī)相反，或與確保排氣再循環(huán)的希望程度相反，改變至少ー個(gè)排氣渦輪機(jī)的致動(dòng)，使得在排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)之前或排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)時(shí)排氣的進(jìn)ロ溫度増加。這允許簡(jiǎn)單的控制，通過該控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的行為，具體地，對(duì)加速器踏板位置的響應(yīng)，不會(huì)明顯改變，并且，盡管如此，到獲得最低進(jìn)ロ溫度的時(shí)間段被縮短。在本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施例中，第一排氣渦輪機(jī)被分配用于控制第一排氣渦輪機(jī)的第一旁通閥，第二排氣渦輪機(jī)被分配用于控制第二排氣渦輪機(jī)的第二旁通閥；在升溫模式中，第二旁通閥并且因而具體地作為低壓排氣渦輪機(jī)的第二排氣渦輪機(jī)被致動(dòng)以便在排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)之前或排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)時(shí)增加排氣的進(jìn)ロ溫度。旁通閥設(shè)置在與相應(yīng)排氣渦輪機(jī)平行的排氣系統(tǒng)的分支中，并且允許排氣流繞過所涉及的渦輪機(jī)。每個(gè)旁通閥也可以形成為具有多個(gè)單個(gè)閥的閥設(shè)置。第二或低壓排氣渦輪機(jī)的旁通閥也叫做“廢氣門”。在每種情況下第一和第二旁通閥具有至少ー個(gè)打開和ー個(gè)關(guān)閉位置，雖然也可以優(yōu)選設(shè)置成在打開和關(guān)閉狀態(tài)之間的多個(gè)中間位置或連續(xù)可選的中間位置。為了增加排氣溫度，旁通閥的連續(xù)可調(diào)節(jié)實(shí)際上對(duì)于致動(dòng)是有利的。用來驅(qū)動(dòng)排氣渦輪機(jī)的那部分排氣流通過旁通閥的對(duì)應(yīng)致動(dòng)來調(diào)節(jié)。具體地，當(dāng)旁通閥關(guān)閉時(shí)，相應(yīng)的渦輪機(jī)能夠被整個(gè)排氣流通過，而當(dāng)旁通閥部分地打開時(shí)，該渦輪機(jī)僅僅被部分排氣流通過，當(dāng)旁通閥完全打開時(shí)，不再有排氣流通過或僅僅很小一部分排氣流通過該渦輪機(jī)。通過設(shè)置旁通閥的位置，能夠控制由所涉及的排氣渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，并且因此，控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣壓力。而且，當(dāng)排氣通過排氣系統(tǒng)的相應(yīng)級(jí)時(shí)，旁通閥的位置確定排氣流的壓カ和溫度下降，其中平行分支的打開點(diǎn)(opening-in point)的下游整個(gè)排氣流的溫度下降由排氣流的兩部分的混合確定，具體地通過渦輪機(jī)本身的那部分排氣流和通過該旁通閥經(jīng)由平行分支繞過該渦輪機(jī)的那部分。由于至少一個(gè)排氣渦輪機(jī)通過相應(yīng)旁通閥的致動(dòng)被控制，并且由于在第二旁通閥被致動(dòng)以便増加排氣溫度的升溫模式中的情況中，結(jié)果是為了增加排氣溫度并且為了縮短得到確保排氣后處理系統(tǒng)的功能之前所用的時(shí)間，這是特別簡(jiǎn)單且有效的。具體地，在升溫模式中，為了在排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)之前或在排氣進(jìn)入后處理系統(tǒng)時(shí)增加排氣的進(jìn)ロ溫度，第二旁通閥例如與對(duì)應(yīng)加速器踏板位置或希望的排氣再循環(huán)程度相比被進(jìn)ー步打開。以這種方式，在任何情況下，當(dāng)排氣離開排氣系統(tǒng)的相應(yīng)級(jí)時(shí)能夠得到排氣的出口溫度的増加，并且因此得到進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)的進(jìn)ロ處的進(jìn)ロ溫度的増加。第二旁通閥例如被完全打開以便當(dāng)排氣流進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)時(shí)獲得排氣流的進(jìn)ロ溫度的特別有效的增加。而且，在升溫模式中，有利地是能夠控制具體地構(gòu)造成高壓渦輪機(jī)的第一排氣渦 輪機(jī)，以便獲得內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)置點(diǎn)充氣壓力和/或，如果內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有排氣再循環(huán)，則獲得設(shè)置點(diǎn)排氣再循環(huán)流。具體地，為了這個(gè)目的，第一旁通閥可以被致動(dòng)。對(duì)于這種控制，閉環(huán)調(diào)節(jié)回路是不需要的；實(shí)際上，用于控制第一排氣渦輪機(jī)的對(duì)相控制信號(hào)可以例如根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)矩要求和/或加速器踏板位置而產(chǎn)生，其中內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型可以用作基礎(chǔ)。第一排氣渦輪機(jī)或第一旁通閥的對(duì)應(yīng)致動(dòng)可以以前饋控制的形式實(shí)現(xiàn)。以這種方式，能夠用第一排氣渦輪機(jī)的特別簡(jiǎn)單的控制來得到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的適度響應(yīng)行為，即便該第二排氣溫度被致動(dòng)從增加排氣溫度。在本發(fā)明的實(shí)施例中，升溫模式根據(jù)冷啟動(dòng)信號(hào)而開始。為此，例如，能夠利用溫度傳感器信號(hào)，例如測(cè)量?jī)?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度的傳感器的信號(hào)。如果冷卻劑溫度低于預(yù)定的閾值，則假定發(fā)生冷啟動(dòng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并且觸發(fā)冷啟動(dòng)信號(hào)。除了確定冷卻劑溫度之外，如果冷卻劑溫度和外部溫度之間的差低于可預(yù)定閾值，則也可以確定外部溫度并且觸發(fā)冷啟動(dòng)信號(hào)。以這種方式，根據(jù)來自通常也提供給其他系統(tǒng)和調(diào)節(jié)設(shè)置的傳感器的信號(hào)，能夠獲得內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的足夠精確的確定，其中，由根據(jù)本發(fā)明的方法，實(shí)現(xiàn)在排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)時(shí)用于增加排氣溫度的所述措施。代替一個(gè)或多于ー個(gè)溫度信號(hào)或除了一個(gè)或多于ー個(gè)溫度信號(hào)之外，從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的最近ー個(gè)操作階段起已經(jīng)流逝的時(shí)間段也可以用于觸發(fā)冷啟動(dòng)信號(hào)。所述時(shí)間段可以根據(jù)在電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器內(nèi)可得到的數(shù)據(jù)確定，或者用于代替一個(gè)或多于ー個(gè)溫度信號(hào)或與一個(gè)或多于ー個(gè)溫度信號(hào)一起來更精確地確定冷啟動(dòng)狀態(tài)。而且，更優(yōu)選的是根據(jù)溫度信號(hào)結(jié)束升溫模式。具體地，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑已經(jīng)達(dá)到預(yù)定的溫度時(shí)，升溫模式結(jié)束并且轉(zhuǎn)換到渦輪增壓器設(shè)置的正常模式。以這種方式，通常能夠獲得對(duì)升溫階段結(jié)束的足夠精確的確定并且因此獲得在排氣進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)時(shí)的最小進(jìn)ロ溫度，而不用額外的溫度傳感器。為了增加溫度確定的精度，對(duì)于可以替代地或額外地評(píng)價(jià)來自排氣溫度傳感器的信號(hào)而言，確定排氣流溫度的那個(gè)傳感器可以有利地設(shè)置在排氣流進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)的位置附近。為了結(jié)束升溫模式，可以替代地或額外地利用時(shí)間信號(hào)。因此可以例如在從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)開始，即，從升溫模式開始，已經(jīng)經(jīng)過預(yù)定的時(shí)間段后結(jié)束升溫模式。該時(shí)間段通?？梢猿掷m(xù)幾分鐘。以這種方式，根據(jù)本發(fā)明的方法的多個(gè)簡(jiǎn)單的并且安全性的實(shí)施方式是可能的。特別有利地是，當(dāng)達(dá)到冷卻劑或排氣的預(yù)定最小溫度時(shí)，但是最遲在預(yù)定時(shí)間段之后，升溫模式結(jié)束。因而在執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法中獲得進(jìn)一步增加的可靠性水平。根據(jù)本發(fā)明用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器設(shè)置的控制裝置，具體地，其具有處理器或類似的裝置以用于根據(jù)輸入信號(hào)例如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和/或機(jī)動(dòng)車輛的加速器踏板位置來確定并生成用于控制至少第一和第二排氣渦輪機(jī)的控制信號(hào)。該控制裝置包括用于接收輸入信號(hào)且如果適合的話則用于接收來自ー個(gè)或多于ー個(gè)溫度傳感器(例如冷卻劑溫度傳感器)的信號(hào)的對(duì)應(yīng)輸入。而且，該控制裝置包括輸出，該輸出用于致動(dòng)排氣渦輪機(jī)，具體地用于致動(dòng)高壓渦輪機(jī)和低壓渦輪機(jī)的旁通閥，并且如果適合的話則用于致動(dòng)渦輪增壓器設(shè)置的進(jìn)ー步控制元件，例如壓縮機(jī)旁通閥。根據(jù)本發(fā)明，控制裝置構(gòu)造成用于執(zhí)行上面描述的用于控制渦輪增壓器設(shè)置的方法?？刂蒲b置具體地可以是電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的一部分。 回到圖I,可以是例如外施點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)I具有包括高壓渦輪增壓器3和低壓渦輪增壓器4的渦輪增壓器設(shè)置2，設(shè)置在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)I的排氣系統(tǒng)5中的是高壓渦輪機(jī)6，該高壓渦輪機(jī)6通過軸7驅(qū)動(dòng)在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)I的增壓空氣(chargeair)系統(tǒng)9中的高壓壓縮機(jī)8。在排氣系統(tǒng)5中設(shè)置在高壓渦輪機(jī)6的下游的是低壓渦輪機(jī)10，該低壓渦輪機(jī)10經(jīng)由軸11驅(qū)動(dòng)低壓壓縮機(jī)12。一般而言，高壓渦輪增壓器3的渦輪機(jī)和壓縮機(jī)具有比低壓渦輪增壓器4的渦輪機(jī)和壓縮機(jī)更小的尺寸，如圖I所示。該高壓渦輪機(jī)6被分配第一旁通閥13 (也叫做“渦輪機(jī)旁通閥”，TBV)，該閥的完全和部分打開導(dǎo)致旁通的產(chǎn)生，排氣流通過該旁通會(huì)完全地或部分地繞過該高壓渦輪機(jī)6。高壓渦輪機(jī)6的驅(qū)動(dòng)，并且因此高壓渦輪增壓器3的驅(qū)動(dòng)，能夠通過第一旁通閥13的設(shè)定來控制。相應(yīng)地，該低壓渦輪機(jī)10被分配第二旁通閥14 (也叫做“廢氣門”，WG)，通過第二旁通閥14的設(shè)定能夠控制低壓渦輪增壓器4。排氣后處理系統(tǒng)18設(shè)置在渦輪增壓器設(shè)置2的低壓級(jí)的下游，也就是說在與用于繞過低壓渦輪機(jī)10的第二旁通閥14 (WG)平行的平行分支的打開點(diǎn)的下游。所述排氣后處理系統(tǒng)可以包括，例如，柴油氧化催化轉(zhuǎn)化器和/或NOx吸收器(稀NOx捕集器，LNT)和/或其他過濾器或催化轉(zhuǎn)化器。因此排氣流首先通過渦輪增壓器設(shè)置2的高壓級(jí)，即高壓渦輪機(jī)6和/或第一旁通閥13 (TBV),隨后通過具有低壓渦輪機(jī)10和第二旁通閥14 (WG)的低壓級(jí)，并且然后沿著箭頭的方向進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)18。當(dāng)排氣達(dá)到排氣后處理系統(tǒng)18的進(jìn)ロ時(shí)排氣流的溫度是明顯影響排氣后處理系統(tǒng)18的功能的變量，因?yàn)?，催化轉(zhuǎn)化器和包含在其中的其他部件的功能取決于溫度。在排氣后處理系統(tǒng)18中，由于發(fā)生在其中化學(xué)和物理過程，排氣流的溫度還可以進(jìn)ー步變化。在通過排氣后處理系統(tǒng)18之后，其污染物被減少的排氣流進(jìn)入環(huán)境空氣中(未不出)。增壓空氣沿著指向上的箭頭的方向流動(dòng)，首先通過低壓壓縮機(jī)12，并且隨后在增壓空氣通過可選的增壓空氣冷卻器16被供給到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)I之前通過借助于壓縮機(jī)旁通閥15打開或關(guān)閉的旁路能夠流過高壓壓縮機(jī)8或繞過高壓壓縮機(jī)8。該增壓空氣流或充氣壓カ可以借助于圖I中用符號(hào)示出的傳感器17測(cè)量。圖I示出可選的存在的排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)。該EGR系統(tǒng)使一部分排氣轉(zhuǎn)向回到進(jìn)氣ロ。在一個(gè)實(shí)施例中，EGR系統(tǒng)可以包括EGR通道20，該EGR通道設(shè)置成使經(jīng)過高壓和低壓渦輪機(jī)之后的排氣轉(zhuǎn)向并且在到低壓壓縮機(jī)之前將其噴射到進(jìn)氣通道中。在另ー個(gè)實(shí)施例中，該EGR通道可以設(shè)置在高壓或低壓渦輪機(jī)之前，并且在高壓和低壓壓縮機(jī)之后將排氣噴射到進(jìn)氣通道中，例如高壓EGR通道21。不過，任何合適的EGR設(shè)置均在本發(fā)明的范圍內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)22可以激活渦輪增壓器系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)22包括，具體地，用于根據(jù)各種輸入確定旁通閥的位置的處理器24、存儲(chǔ)器26和用于根據(jù)確定的位置激活旁通閥的控制単元28，該處理器24設(shè)定成執(zhí)行可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器26中的本文所述的方法。此外，控制系統(tǒng)22包括合適的輸入30，其用于收集輸入變量，例如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和載荷、高壓和低壓渦輪機(jī)的進(jìn)口和出ロ壓カ和/或高壓和低壓渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。而且，控制系統(tǒng)22包括輸出32，其用于激活高壓和低壓渦輪機(jī)的旁通閥、以及選擇地激活第三旁通閥和/或其他致動(dòng)元件。具體地，控制系統(tǒng)22可以是電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的一部分。如圖2所示，在根據(jù)本發(fā)明的方法200的一個(gè)示范性實(shí)施例中，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的啟·動(dòng)期間或啟動(dòng)之后，在202首先評(píng)價(jià)來自冷卻劑傳感器的信號(hào)以確定內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑的溫度TCO是否高于閾值TCOs，該閾值被選擇為使得能夠以這種方式識(shí)別內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)狀況或升溫階段的結(jié)束。如果溫度TCO低于閾值TCOs，則在204假定冷啟動(dòng)發(fā)生并且升溫模式被選擇以用于控制渦輪增壓器設(shè)置。在升溫模式中，在206第一旁通閥13 (TBV)以開環(huán)調(diào)節(jié)回路被控制，以用于根據(jù)例如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和從加速器踏板位置確定的轉(zhuǎn)矩要求和/或設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩，控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣壓力。在208第二旁通閥14 (WG)類似地以開環(huán)調(diào)節(jié)回路操作并且被致動(dòng)以便増加在低壓排氣渦輪機(jī)10的和第二旁通閥14的出口下游的排氣流的溫度。為此，對(duì)應(yīng)于根據(jù)其他要求(例如低壓壓縮機(jī)12的操作)確定的第二旁通閥14 (WG)位置設(shè)定的控制信號(hào)已經(jīng)在其上重疊ー個(gè)擾動(dòng)變量(WGdv)上，這導(dǎo)致第二旁通閥被打開更大的程度(WG*)。以這種方式，増加流過第二旁通閥14的部分排氣流，并且在通過由排氣系統(tǒng)5的由低壓排氣渦輪機(jī)10和第二旁通閥14構(gòu)成的低壓級(jí)時(shí)整個(gè)排氣流的溫度下降被減少。以這種方式，在排氣流進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)15時(shí)排氣流的進(jìn)ロ溫度能夠被增カロ。低壓排氣渦輪機(jī)10的減少的驅(qū)動(dòng)和得到的低壓壓縮機(jī)12的減小的效果對(duì)于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)I的響應(yīng)行為通常不具有明顯的負(fù)面效果。由于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)I的操作，冷卻劑的溫度TCO逐漸增加。通過冷卻劑傳感器的信號(hào)的循環(huán)詢問，確定升溫模式的實(shí)施條件是否存在。當(dāng)冷卻劑溫度TCO已經(jīng)達(dá)到閾值TCOs時(shí)，升溫模式結(jié)束并且轉(zhuǎn)換回到渦流增壓器設(shè)置的正常模式。在正常模式中，例如能夠訴諸于存儲(chǔ)在控制裝置中的數(shù)學(xué)模型，并且作為輸入變量例如發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)矩的函數(shù)，確定兩個(gè)旁通閥的最佳位置。在這里，還可以通過考慮到充氣壓力通過在閉環(huán)調(diào)節(jié)回路中調(diào)節(jié)ー個(gè)旁通閥在每種情況下的位置來進(jìn)行優(yōu)化。因此，例如在低旋轉(zhuǎn)速度和/或低載荷情況下，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的第一旁通閥的位置能夠作為充氣壓力的函數(shù)被調(diào)節(jié)，而在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的較高的旋轉(zhuǎn)速度和/或較高的載荷下，第二旁通閥用來調(diào)節(jié)充氣壓力。用于控制渦輪增壓器設(shè)置的對(duì)應(yīng)的方法例如公開在DE102010037368. O中并且在下面進(jìn)行描述?？梢员３钟糜诳刂茰u輪增壓器設(shè)置的正常模式直到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。如圖2所示，在包括充氣壓カ時(shí)，通過在每種情況下在閉環(huán)控制回路中控制ー個(gè)旁通閥的位置可以附加地影響優(yōu)化。在圖2所示的方法200的210確定與高壓壓縮機(jī)8有關(guān)的第三旁通閥15 (CBV)是打開還是關(guān)閉。這個(gè)閥可以例如被壓カ致動(dòng)并且由其位置指示出是否存在相對(duì)高的旋轉(zhuǎn)速度或相對(duì)高的載荷(CBV打開)的狀況還是存在低旋轉(zhuǎn)速度或低載荷(CBV關(guān)閉)的狀況。根據(jù)第三旁通閥15的位置，運(yùn)行該方法的第一或第二分支。首先在212和218實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)分支中作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷的函數(shù)基于效率確定第一旁通閥(TBV) 13和第二旁通閥(WG) 14的位置。如果第三旁通閥15打開(例如，在210的回答是“是”)，則根據(jù)該方法200在214的第一分支，與低壓渦輪機(jī)10有關(guān)的第二旁通閥14用來控制充氣壓力，其中，根據(jù)由傳感器17確定的充氣壓カ設(shè)定點(diǎn)誤差的值(例如，希望的設(shè)定點(diǎn)充氣壓カ和測(cè)量的充氣壓力之間的差)，修正值WGla (閉環(huán)回路)被加在在214中確定的值WGl上。之后，在216，根據(jù)同樣確定的值WGl*激活第二旁通閥14。第一旁通閥13根據(jù)在先確定的值TBVl被激活。在該方法200的第二分支中，該分支在210所確定的第三旁通閥15 (CBV)的關(guān)閉位置的情況下運(yùn)行，第一旁通閥13以相應(yīng)的方式用在充氣壓カ控制回路中，其中在第一和 第二旁通閥13、14在222被激活之前，在218確定的值TBV2在220由根據(jù)充氣壓カ設(shè)定點(diǎn)誤差確定值TBV2a修正。然后方法200結(jié)束或重復(fù)。S卩，第一和第二旁通閥(TBV和WG)可以具有例如作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷的函數(shù)確定的設(shè)定位置。于是，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷較高的第一狀況下，第三旁通閥(CBV)可以打開，并且第二旁通閥的位置可以被調(diào)節(jié)以便將充氣壓カ保持在希望的水平。而且，第二旁通閥的位置可以被調(diào)節(jié)以便保持發(fā)動(dòng)機(jī)載荷。第一旁通閥可以被維持在原始設(shè)定位置。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷低的第二狀況下，第三旁通閥可以關(guān)閉，并且第一旁通閥的位置可以被調(diào)節(jié)以保持充氣壓カ和發(fā)動(dòng)機(jī)載荷處于希望的水平，同時(shí)將第二旁通閥保持在原始設(shè)定位置。而且，在一些實(shí)施例中，在210，切換點(diǎn)可以是轉(zhuǎn)速和載荷的函數(shù)，這將導(dǎo)致閉合回路項(xiàng)WGla和TBV2a的不同的再分配。以這種方式，在一些狀況下，對(duì)渦輪增壓器系統(tǒng)的調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)希望的充氣壓力水平可以通過調(diào)節(jié)第一旁通閥的位置進(jìn)行，而在另一些狀況下，希望的充氣壓力水平可以通過調(diào)節(jié)第二旁通閥來維持。而且，在升溫模式期間，為了快速加熱催化劑，第一旁通閥可以被命令到根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷確定的位置，而第二旁通閥可以被命令到根據(jù)催化劑溫度確定的位置。而且，在發(fā)動(dòng)機(jī)的各種エ況，可以在以高效率水平運(yùn)行渦輪機(jī)的同時(shí)保持希望的充氣壓力。上面描述的方法和系統(tǒng)提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)方法，包括在第一狀況期間，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷控制高壓渦輪機(jī)的第一渦輪機(jī)旁通閥的位置并且根據(jù)催化劑溫度控制低壓渦輪機(jī)的第二渦輪機(jī)旁通閥的位置，并且在第二狀況期間，根據(jù)增壓壓カ控制第一旁通閥的位置，并且根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷控制第二旁通閥的位置。該方法還可以包括，在第三狀況期間根據(jù)增壓壓カ控制第二旁通閥的位置，并且根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷控制第一旁通閥的位置。該第一狀況可以包括催化劑溫度低于第一閾值，該第二狀況可以包括催化劑溫度高于第一閾值且增壓壓カ低于第二閾值，并且該第三狀況可以包括催化劑溫度高于第一閾值且增壓壓カ高于第二閾值。增壓壓カ閾值(例如，第二閾值)可以是壓縮機(jī)旁通閥(CBV)被構(gòu)造成在其值之上打開的增壓壓カ的量。這里提供另ー種示范性的方法包括確定高壓渦輪機(jī)的第一旁通閥和低壓渦輪機(jī)的第二旁通閥的各自設(shè)定位置；在第一狀況下，調(diào)節(jié)第二旁通閥的位置離開設(shè)定位置以增加催化劑溫度；在第二狀況下，調(diào)節(jié)第一旁通的位置離開設(shè)定位置以保持充氣壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)載荷。該方法可以包括在第一狀況下，將第一旁通閥保持在第一旁通閥的設(shè)定位置；在第ニ狀況下，將第二旁通閥保持在第二旁通閥的設(shè)定位置。該方法包括在第三狀況下，調(diào)節(jié)第ニ旁通閥的位置離開設(shè)定位置以保持充氣壓カ和發(fā)動(dòng)機(jī)載荷。該第一狀況可以包括催化劑溫度低于閾值，第二狀況可以包括高壓壓縮機(jī)的第三旁通閥被關(guān)閉，而第三狀況包括高壓壓縮機(jī)的第三旁通閥打開。在高轉(zhuǎn)速和高載荷狀況期間第三旁通閥被打開，并且在低轉(zhuǎn)速和低載荷狀況期間第三旁通閥可以被關(guān)閉。第一和第ニ旁通閥的設(shè)定位置可以作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷的函數(shù)被確定。應(yīng)當(dāng)明白，這里所公開的結(jié)構(gòu)和程序在性質(zhì)上是示范性的，并且這些具體的實(shí)施例不被認(rèn)為是限制性的，因?yàn)樵S多變化是可能的。例如，上述技術(shù)可以用于V-6、1-4、1-6、V-12、對(duì)置4以及其他發(fā)動(dòng)機(jī)類型。本發(fā)明的主題包括這里公開的各種系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)以及其他特征、功能和/或性質(zhì)的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。 下面的權(quán)利要求具體指出認(rèn)為新穎的和非顯而易見的ー些組合和子組合。這些權(quán)利要求可能涉及“一種”元件或“第一”元件或其等同物。這些權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)理解為包括一個(gè)或多于ー個(gè)這種元件的結(jié)合，既不要求也不排除兩個(gè)或更多個(gè)這種元件。所公開的特征、供能、元件和/或性質(zhì)的組合或子組合可以通過本權(quán)利要求的修改或其他相關(guān)申請(qǐng)的新權(quán)利要求來主張。這些權(quán)利要求，比原權(quán)利要求在范圍上無論是更寬、更窄、相等或不同都被認(rèn)為包含在本發(fā)明的主體內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器設(shè)置的方法，該渦輪增壓器設(shè)置具有至少第一排氣渦輪機(jī)和設(shè)置在該第一排氣渦輪機(jī)下游的第二排氣渦輪機(jī)以及設(shè)置在該第二排氣渦輪機(jī)下游的排氣后處理系統(tǒng)，該方法包括 在升溫模式中，控制至少一個(gè)排氣渦輪機(jī)以便增加在進(jìn)入所述排氣后處理系統(tǒng)的進(jìn)口處的排氣流的進(jìn)口溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中控制所述至少一個(gè)排氣渦輪機(jī)以便在所述升溫模式中增加所述進(jìn)口溫度還包括將干擾變量疊加在該至少一個(gè)排氣渦輪機(jī)的控制信號(hào)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中該第一排氣渦輪機(jī)被分配用于控制該第一排氣渦輪機(jī)的第一旁通閥，該第二排氣渦輪機(jī)被分配用于控制該第二排氣渦輪機(jī)的第二旁通閥；并且其中在所述升溫模式中，該第二旁通被控制成增加該進(jìn)口溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中該第二旁通閥被進(jìn)一步打開或完全打開以便增加該進(jìn)口溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中在所述升溫模式中，所述第一排氣渦輪機(jī)被控制成獲得該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)定點(diǎn)充氣壓力和/或設(shè)定點(diǎn)排氣再循環(huán)流。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中該升溫模式基于冷啟動(dòng)信號(hào)而開始。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中該升溫模式基于溫度信號(hào)而結(jié)束。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中該升溫模式基于時(shí)間信號(hào)而結(jié)束。
9.一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器設(shè)置的控制裝置，其中該控制裝置被構(gòu)造成用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法。
10.一種發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)方法，包括 在第一狀況期間，基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷來控制高壓渦輪機(jī)的第一渦輪機(jī)旁通閥的位置，并且基于催化劑溫度來控制低壓渦輪機(jī)的第二渦輪機(jī)旁通閥的位置；以及 在第二狀況期間，基于增壓壓力來控制該第一旁通閥的位置，并且基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷來控制該第二旁通閥的位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中該第一狀況包括催化劑溫度低于一個(gè)閾值，并且其中該第二狀況包括催化劑溫度高于第一閾值并且增壓壓力低于第二閾值。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在第三狀況期間，基于增壓壓力來控制該第二旁通閥的位置，并且基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷來控制該第一旁通閥的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法,其中該第三狀況包括催化劑溫度高于第一閾值和充氣壓力高于第二閾值。
14.一種渦輪增壓器方法，包括 確定高壓渦輪機(jī)的第一旁通閥和低壓渦輪機(jī)的第二旁通閥的各自設(shè)定位置； 在第一狀況下，調(diào)節(jié)該第二旁通閥的位置離開設(shè)定位置，以增加催化劑溫度；和 在第二狀況下，調(diào)節(jié)該第一旁通閥的位置離開設(shè)定位置，以維持充氣壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)載荷。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該第一狀況包括催化劑溫度低于閾值，并且其中該第二狀況包括高壓壓縮機(jī)的第三旁通閥被關(guān)閉。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中在高轉(zhuǎn)速和高載荷狀況期間該第三旁通閥打開并且在低轉(zhuǎn)速和低載荷狀況期間該第三旁通閥關(guān)閉。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該第一和第二旁通閥的設(shè)定位置被確定為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷的函數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，還包括 在該第一狀況下，將該第一旁通閥保持在該第一旁通閥的設(shè)定位置； 和 在該第二狀況下，將該第二旁通閥保持在該第二旁通閥的設(shè)定位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，還包括在第三狀況下，調(diào)節(jié)該第二旁通閥的位置離開所述設(shè)定位置，以維持充氣壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)載荷。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中該第三狀況包括高壓壓縮機(jī)的第三旁通閥打開。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器設(shè)置的方法和控制裝置。本發(fā)明公開用于控制排氣渦輪機(jī)的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，提供用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器設(shè)置的方法，該渦輪增壓器設(shè)置具有至少第一排氣渦輪機(jī)和設(shè)置在該第一排氣渦輪機(jī)下游的第二排氣渦輪機(jī)以及設(shè)置在該第二排氣渦輪機(jī)下游的排氣后處理系統(tǒng)，該方法包括在升溫模式中控制至少一個(gè)排氣渦輪機(jī)以便增加在進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)的進(jìn)口處的排氣流的進(jìn)口溫度。以這種方式，該排氣后處理系統(tǒng)能夠被快速加熱。
文檔編號(hào)F02D43/00GK102852663SQ20121021936
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者S·彼得羅維奇 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司