涡轮增压器转速调控方法
阅读说明：本技术 涡轮增压器转速调控方法 (Method for regulating and controlling rotating speed of turbocharger ) 是由 马勇 赵真真 王右 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种涡轮增压器转速调控方法,主要设计构思是可以通过在涡轮增压器的涡壳入口及出口布置的压力温度传感器,监测发动机排气输出能量,即用于推动涡轮增压器做功的能量,再结合预先基于不同排气能量下标定的涡轮增压器转速关系,预估当前排气输出能量下的涡轮增压器转速,进而与预设的转速限制进行比对实现对增压器转速的调控,本发明的核心构思是由排气情况正向判断涡轮增压器之后的工作状态,相对现有技术反其道而行,有效规避通过增压后的效果逆向推测涡轮增压器转速的弊端,大幅降低了增压器超速误判断概率,因而能够在避免涡轮增压器超速现象发生的同时,保证涡轮增压器的高效运行。(The invention discloses a method for regulating and controlling the rotating speed of a turbocharger, which has the main design concept that the exhaust output energy of an engine, namely the energy for pushing the turbocharger to do work, can be monitored through pressure and temperature sensors arranged at the inlet and the outlet of a volute of the turbocharger, the rotating speed of the turbocharger under the current exhaust output energy is estimated by combining the energy for pushing the turbocharger to do work and the rotating speed relationship of the turbocharger calibrated on the basis of different exhaust energy in advance, and then the rotating speed of the turbocharger is compared with the preset rotating speed limit to regulate and control the rotating speed of the turbocharger, the core concept of the invention is that the working state of the turbocharger is judged positively according to the exhaust condition, the method is carried out in a reverse way compared with the prior art, the defect that the rotating speed of the turbocharger is reversely presumed by the effect after supercharging is effectively avoided, the overspeed misjudgment probability of the turbocharger is greatly reduced, and the overspeed phenomenon of the turbocharger can be avoided, ensuring efficient operation of the turbocharger.)
技术领域
本发明涉及发动机控制领域，尤其涉及一种涡轮增压器转速调控方法。
背景技术
随着国家油耗法规日趋严格，采用发动机增压技术成为各汽车厂商的发展方向。涡轮增压即利用发动机燃烧后的排气能量做功来推动涡轮高速旋转从而压缩新鲜空气，以实现增大进气量，提高发动机动力性。涡轮增压器为高速旋转零部件(叶轮最高转速可达到25万转)，且工作在工况急剧变化的工况，涡轮增压器在工作时会发生超速现象(增压器转速超过零部件材料最大转速要求)，从而造成涡轮增压器失效。因此，一般会在涡轮增压器上或进气管路中设置相关的零部件并布置相关传感器，通过相应的控制策略对涡轮增压器进行保护，以避免涡轮增压器发生超速。
当前涡轮增压器中都设置了废气旁通阀，废气旁通阀作用是用于调节发动机进气歧管中的进气压力，并且控制涡轮增压器不超速，带有废气旁通阀的涡轮增压器，随着发动机转速和负荷增大，废气旁通阀的开度逐渐增大，使排气废气通过废气旁通阀旁通掉，减小排气废气推动涡轮做功，从而避免涡轮增压器超速。具体控制策略如下：
为了保证发动机在不同转速不同负荷下具有设定性能目标(发动机扭矩)，需要控制发动机进气歧管中的目标进气压力，且在不同目标压力下，保证涡轮增压器不超速，在发动机进行台架标定时，根据性能目标及涡轮增压器转速限制，标定出发动机进气歧管中需求的目标进气压力，同时在台架标定中测量涡轮增压器在不同增压压力下的实际转速，以确保涡轮增压器转速不超过限值，在车载电子控制单元(ECU)中存储不同大气温度压力的增压压力限值。在实际驾驶工况时，根据相应工况下的目标压力，则通过调节废气旁通阀的开度控制进气歧管的进气压力，使实际进气压力与目标进气压力趋近，同时通过ECU中存储的增压压力温度、大气压力温度等边界条件模型预估出涡轮增压器转速，保证不超过转速限值。因此，现有技术判断涡轮增压器是否存在超速风险是基于相关传感器测试的压力温度等相关边界参数与ECU中存储的相关预估模型进行比较。具体的传感器布置和控制逻辑如下：
参考图1所示，通过传感器S0、S1、S2测试出相应位置的压力和温度(P、T)，后与ECU中通过台架标定建立的预估模型进行比较，预估出在此工况下涡轮增压器可能的转速TS，如涡轮增压器预估转速TS小于涡轮增压器转速限值，且具有一定的裕度，则该工况保持不变；如预估转速TS存在超过转速限值风险，则ECU向涡轮增压器发出指令，调节废气旁通阀开度，从而减低涡轮增压器转速以保证在增压器转速限值内。
采用上述现有方案，需要在台架标定中测试发动机全工况下(不同涡轮增压器增压压力温度及不同发动机边界)涡轮增压器的转速，后在ECU中建立全工况下涡轮增压器转速预估模型；同时由于涡轮增压器在高原情况下容易发生超速风险，因此需要进行高原标定以确认涡轮增压器在任何工况下不发生超速。
按照上述方案，由于车辆实际驾驶工况复杂，容易由于边界条件的变化造成涡轮增压器实际转速与预估转速存在差异，造成涡轮增压器仍存在超速风险，并且由于涡轮增压器是利用发动机燃烧后的排气能量做功来推动涡轮高速旋转从而压缩新鲜空气，因此发动机排气是涡轮增压器工作的直接能量来源，增压压力是涡轮增压器工作的表现结果，通过结果反推测出涡轮增压器潜在的表现形式也是具有不确定性的。
综上，采用上述方案推测涡轮增压器转速具有较大的不确定性和偏差，即预估模型与实际涡轮增压器转速存在差异性，这同样会带来超速风险。
发明内容
鉴于上述，本发明旨在提供一种涡轮增压器转速调控方法，以克服上述现有方案的不足。
本发明采用的技术方案如下：
一种涡轮增压器转速调控方法，其中包括：
实时通过布置在涡轮增压器的涡轮机入口处的压力温度传感器，采集涡前压力温度数据；
根据所述涡前压力温度数据计算当前的发动机排气能量；
根据所述发动机排气能量以及预先标定的排气能量与涡轮增压器转速关系，确定对应所述发动机排气能量的涡轮增压器的当前转速；
比对所述当前转速与涡轮增压器转速限值关系，判断是否符合预设的转速裕度值；
若否，则驱动涡轮增压器的废气旁通阀增加开度以调控涡轮增压器当前的转速。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述排气能量与涡轮增压器转速关系的标定方式包括：
通过布置在涡轮增压器的涡轮机出口处的压力传感器，采集涡后压力数据；
在发动机台架标定阶段，根据不同的涡前压力温度数据求取对应的排气能量；
根据不同的排气能量、对应的涡前压力温度数据以及涡后压力数据，仿真计算出涡轮增压器的涡轮机运行曲线，所述涡轮机运行曲线用于表征涡前压力温度数据与涡轮增压器的关系。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述仿真计算出涡轮增压器的涡轮机运行曲线包括：
通过涡轮增压器单体台架测试，模拟出三维映射曲线，所述三维映射曲线的X轴表征由涡前压力数据与涡后压力数据比值得到的涡轮增压器膨胀比，Y轴表征排气能量所对应的折合排气流量，Z轴为涡轮增压器的转速。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述折合排气流量的计算方式包括：
结合涡前压力温度数据、热力学公式以及发动机既定排量，计算实际排气流量；
按如下公式计算所述折合排气流量Mc：
Mc＝M*T31/2/P3*100
其中，M为所述实际排气流量，T3为涡前温度数据，P3为涡前压力数据。
在其中至少一种可能的实现方式中，所述调控方法还包括：如果所述当前转速与涡轮增压器转速限值的比对结果符合预设的转速裕度值，则保持废气旁通阀的当前开度。
本发明的设计构思在于，可通过在涡轮增压器的涡壳入口及出口布置的压力温度传感器，监测发动机排气输出能量，即用于推动涡轮增压器做功的能量，再结合预先基于不同排气能量下标定的涡轮增压器转速关系，预估当前排气输出能量下的涡轮增压器转速，进而与预设的转速限制进行比对实现对增压器转速的调控，本发明的核心构思是由排气情况正向判断涡轮增压器之后的工作状态，相对现有技术反其道而行，有效规避通过增压后的效果(由压前、压后管路中的压力温度传感器及预设模型)逆向推测涡轮增压器转速的弊端，大幅降低了增压器超速误判断概率，因而能够在避免涡轮增压器超速现象发生的同时，保证涡轮增压器的高效运行。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：
图1为现有的涡轮增压机转速调控架构示意图；
图2为本发明实施例提供的涡轮增压器转速调控方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明提出了一种涡轮增压器转速调控方法的实施例，具体来说，如图1所示，可以包括：
步骤S1、实时通过布置在涡轮增压器的涡轮机入口处的压力温度传感器，采集涡前压力温度数据；
步骤S2、根据所述涡前压力温度数据计算当前的发动机排气能量；
步骤S3、根据所述发动机排气能量以及预先标定的排气能量与涡轮增压器转速关系，确定对应所述发动机排气能量的涡轮增压器的当前转速；
步骤S4、比对所述当前转速与涡轮增压器转速限值关系，判断是否符合预设的转速裕度值；
若否，则执行步骤S5、驱动涡轮增压器的废气旁通阀增加开度以调控涡轮增压器当前的转速。
具体来说，所述排气能量与涡轮增压器转速关系的标定方式可以参考如下：通过布置在涡轮增压器的涡轮机出口处的压力传感器，采集涡后压力数据，并在发动机台架标定阶段，根据不同的涡前压力温度数据求取对应的排气能量，也即是获得发动机全工况下排气(涡轮增压器涡轮机入口)的温度压力，由涡前压力温度数据计算排气能量的方式为常规技术，通常也可以将二者建立等同的表述关系，即提及排气能量可以理解为等同提及涡前压力温度数据。接着，根据不同的排气能量、对应的涡前压力温度数据以及涡后压力数据，仿真计算出涡轮增压器的涡轮机运行曲线，所述涡轮机运行曲线用于表征涡前压力温度数据与涡轮增压器的关系。
这里所述仿真计算出涡轮增压器的涡轮机运行曲线可以优选采用如下方式：通过涡轮增压器单体台架测试，模拟出三维映射曲线，所述三维映射曲线的X轴表征由涡前压力数据与涡后压力数据比值得到的涡轮增压器膨胀比，Y轴表征排气能量所对应的折合排气流量，Z轴为涡轮增压器的转速。也即是说，该曲线的横坐标表示涡轮增压器膨胀比，即涡轮增压器涡轮机前压力和涡轮机后压力的比值，纵坐标代表在该涡轮机压力温度条件下折合排气流量，在上述排气能量下，涡轮增压器具有固定的转速，因此，通过上述可实时预估出涡轮增压器转速。
在实际操作中，此处所述折合排气流量的计算方式可以是结合涡前压力温度数据、热力学公式以及发动机既定排量，计算实际排气流量(热力学公式PV＝MRT，实际排气流量M＝P3V/(RT3)，其中R为热力学常数8.314，V为发动机排量)；接着，按如下公式计算所述折合排气流量Mc：
Mc＝M*T31/2/P3*100
其中，M为所述实际排气流量，T3为涡前温度数据，P3为涡前压力数据。
按照上述方法，当预估的涡轮增压器的转速≤(1-3％)n时(n为涡轮增压器的预设转速限值，3％为裕度值)，可以通过ECU保持涡轮增压器的废气旁通阀开度不变，即相应的涡轮增压器涡前压力温度、折合排气流量均不变；当预估的涡轮增压器的转速超过涡轮增压器转速限值n风险时，ECU可以驱动涡轮增压器的废气旁通阀增大开度，使预估的涡轮增压器的转速满足≤(1-3％)n。
综上所述，本发明的设计构思在于，可通过在涡轮增压器的涡壳入口及出口布置的压力温度传感器，监测发动机排气输出能量，即用于推动涡轮增压器做功的能量，再结合预先基于不同排气能量下标定的涡轮增压器转速关系，预估当前排气输出能量下的涡轮增压器转速，进而与预设的转速限制进行比对实现对增压器转速的调控，本发明的核心构思是由排气情况正向判断涡轮增压器之后的工作状态，相对现有技术反其道而行，有效规避通过增压后的效果(由压前、压后管路中的压力温度传感器及预设模型)逆向推测涡轮增压器转速的弊端，大幅降低了增压器超速误判断概率，因而能够在避免涡轮增压器超速现象发生的同时，保证涡轮增压器的高效运行。
本发明实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。