[发明专利]用于测定压缩机转速的方法

说明书

背景技术

在内燃机中，例如在汽油活塞发动机和柴油活塞发动机中，通过使用例如废气涡轮增压器之类的压缩机来提高内燃机燃烧室中的充气从而提高功率。用于将空气压入内燃机燃烧室中的压力也称作增压压力并且通常在燃烧室附近由压力传感器来测量。该压力信号被提供给控制该废气涡轮增压器的闭环调节回路并且由此调整所期望的增压压力。

废气涡轮增压器尤其具有很明显的时间常数，也就是对变化的控制信号的反应比较迟钝，这使调节增压压力变得困难。因此有利的是：检测要调节的废气涡轮增压器的直接状态参量。对此特别适用的是废气涡轮增压器的压缩机的转速。了解压缩机转速尤其重要，因为在涡轮增压器运行时不允许超过一确定的最大转速阈值，否则由于超过压缩机叶轮中的临界应力、压缩机叶轮变形导致转子擦碰壳体，涡轮增压器可能会受损。

如果已知一些确定参量，例如压缩机之前和之后的压力、流过压缩机的空气质量流量以及压缩机之前的温度，则原则上可通过已知的压缩机特性曲线算出压缩机转速。根据这些参量，一运行点在压缩机特性曲线中的位置是已知的，因此压缩机的转速也是已知的，而不必使用用于转速测定的传感器。

为了限制废气涡轮增压器的转速，通常使用环境压力传感器。该传感器通常位于发动机控制单元中，以便保持小的布线费用。在此问题在于没有考虑如下情况：空气滤清器的不同负荷状态，例如潮湿、冰或者脏污，这些均会影响与废气涡轮增压器的压缩机相关的空气压力。因此在个别情况下将这种环境压力传感器集成在空气滤清器盒中。但是如果将环境压力传感器集成在空气滤清器盒中，那么与安装在发动机控制单元中相比就需要额外的布线费用。其它确定废气涡轮增压器转速的因素例如是压力传感器(也即用于测定环境压力以及增压压力的压力传感器)的公差和发动机的充气系数公差并且因此不可被检测。相应地，上述废气涡轮增压器转速估算值有明显的误差。这些误差除了以上提及的传感器的公差之外还有压缩机特性曲线中的误差、时间控制公差或者模型误差。此外还不清楚空气滤清器的准确负荷状态。例如湿透的空气滤清器会导致增压器转速显著提高，而在按照压缩机特性曲线使用一个备份中的之前所述参量的情况下，不会对此加以考虑。当压缩机的上游出现泄漏时，增压器转速也会提高，而这不会被检测出来。

由于估算的增压器转速的所述误差，并且为了避免超过基于强度的临界最大转速，在当今的应用中提供为最大转速的约5％至10％的安全裕度。这导致：必要时即使在测地学海平面高度也必须限制发动机的额定功率。此外，当测地学高度上升时，可能无法如同全额利用增压器最大转速时可实现的那样以相同程度维持最大发动机扭矩或为此所需的充气。目前看来随着增压比升高以及排量进一步降低或者说小型化程度升高，这些效应变得越来越重要。此外，当增压器下游出现泄漏时，或者当空气滤清器上的压力降由于例如完全湿透或者甚至结冰而剧烈上升时，上述具有安全裕量的应用方式仍然无法可靠避免增压器超速。

为了避免最大转速的所述安全裕度和因此导致的缺点，需要精确测量转速。为此已知有各种不同的传感器方案，如感应式传感器和电涡流传感器那样的传感器方案，但是由于会产生附加费用，迄今为止尚未在增压式车辆发动机的大市场中得到推广。与此相比，已知有一些车辆应用尽管没有使用转速传感器，但却使用了附加的压力传感器来测量空气滤清器下游的压力。由此能够精确检测空气滤清器的负荷状态，并且上述根据备份按照压缩机特性曲线确定转速的方法变得更加精确。但是传感器公差、压缩机特性曲线中的误差、时间控制公差、模型误差以及泄漏对增压器转速的影响依然存在。因此通过这种方式尽管能够有限减小、但是并不能避免对于最大转速的安全裕度与所述的不利后果。

因此尽管现有技术已公开的压缩机转速测定方法有很多优点，但仍然具有改进潜力。

发明内容

本发明因此提出一种用于测定内燃机的压缩机尤其是涡轮增压器的转速的方法以及一种内燃机，所述方法和所述内燃机至少在很大程度上避免已知的用于测定压缩机转速的方法和策略的缺点，借助所述方法和所述内燃机尤其可避免或者至少明显减小以上提及的用于压缩机最大转速的安全裕度。本发明的目的是，在不使用另外的传感器的情况下测定压缩机的转速。

用于测定内燃机的压缩机尤其是涡轮增压器的转速的方法，其中产生供给该内燃机的空气的流动信号和压力信号，由所述流动信号和/或压力信号的至少一个分量的周期性波动确定该压缩机的转速，所述方法的特征在于，在该压缩机的上游检测所述流动和/或所述压力。