[发明专利]评估内燃机的排气管中的排气温度的方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于在沿内燃机的排气管的预定位置中评估（确定）排气温度的方法。

更具体地，本发明涉及一种用于评估位于排气管的涡轮增压器涡轮的入口处的排气温度的方法。

背景技术

如所知的，内燃发动机传统地包括发动机缸体，其包括多个汽缸，每一个汽缸都容纳有往复运动的活塞且由汽缸盖闭合，该汽缸盖和活塞协作限定燃烧室。活塞被机械联接至发动机曲轴，使得由于相应的燃烧室中的燃料的燃烧产生的每一个活塞的往复运动被转换成发动机曲轴的转动。

为了运行，内燃机还装备有用于将新鲜空气馈送进入燃烧室中的进气系统、用于将计量过的燃料量馈送进入燃烧室中的燃料喷射系统、以及用于在燃料燃烧后将排气从燃烧室中排出的排气系统。

进气系统大致包括将新鲜空气从环境中引导进入进气歧管的进气歧管。进气歧管包括多个支路，其中每一个都经由一个或多个相应的进气口连接至相应的发动机汽缸。

燃料喷射系统大致包括多个燃料喷射器，其经由燃料泵连接至燃料箱，且由发动机控制单元（ECU）根据预定的喷射策略操作。

喷射策略大致规定ECU感知加速器踏板或其他由用户（驾驶者）促动的加速器装置，以使用该加速器位置以及可能的其他合适的输出以确定将在发动机循环中喷入发动机汽缸中的燃料量的请求值，并相应地操作燃料喷射器。

最终排气系统包括排气歧管，该排气歧管包括多个支路以及将排气从排气歧管引导至环境的排气管，其中每一个支路都经由一个或多个相应的排气口连接至相应的发动机汽缸。

一个或多个后处理装置，通常为诸如柴油氧化催化器（DOC）以及其他的催化后处理装置，通常位于排气管中，用于降低内燃机的污染物排放。

大部分内燃机当前还配置有具有增加进入发动机汽缸的新鲜空气压力的功能的涡轮增压器，以加强发动机扭矩并降低燃料消耗。

涡轮增压器通常包括位于进气管中的压缩机，其由位于后处理装置上游的排气管中的涡轮机械地驱动。

事实上，涡轮增压器涡轮包括涡轮叶轮，其配置有多个叶片且通过刚性轴连接至压缩机。在排气管中流动的排气作用在涡轮叶片上，从而涡轮叶轮旋转并还使得压缩机轮产生旋转运动。

由于这一结构，涡轮增压器涡轮是特别地受在其中流动的排气的温度影响的发动机构件。

例如，如果排气过热，涡轮叶片的外侧端部（此处材料最薄）可能变得炽热（incandescent）且熔化。因此，涡轮叶轮变得不平衡，使得支撑涡轮增压器轴的轴承快速磨损。反过来，轴承的磨损可导致涡轮增压器轴失灵，并由此引发涡轮和压缩机轮的大的损害。过高的排气温度还能腐蚀涡轮壳体或使得其开裂，在该壳体中收纳有涡轮叶轮。在极端情形中，由过热的排气提供的附加的热能可驱动涡轮增压器进入过速状态，其超过设计的运行速度，从而涡轮叶轮或压缩机轮可甚至爆裂。

此外，涡轮增压器涡轮并非唯一受排气温度影响的发动机构件。

例如，过高的排气温度保持过长时间可损坏发动机活塞。这样的损坏可包括活塞变形、熔化、燃烧、成孔、开裂等。

在另一方面，排气温度是发动机性能的指标：排气温度越高，发动机产生的功率越多。因此，通常建议操作内燃机以达到由涡轮增压器涡轮的结构限制以及受其影响的其他发动机构件所允许的排气温度的较高值。

排气温度还影响后处理装置的效率，这是因为催化后处理装置的性能通常当其运行在其中转化效率最大化的温度时可观地增强，而过低或过高的温度将导致不佳的性能和/或物理损坏。

出于这些原因，ECU通常规定在内燃机的运行中控制排气温度。

事实上，ECU在沿排气管的预定位置中检测排气温度的值，通常在涡轮增压器的入口处，并可能调节排气温度，例如通过操作燃料喷射系统从而改动进入燃烧室中的燃料比，如果排气温度的检测值位于其所允许的值的范围之外的话。

为了使得该控制策略生效，因此在排气温度值的确定中实现更高的精确度是必要的。

当前，排气温度的确定是通过温度传感器进行的，其位于排气管中，涡轮增压器的上游或下游，并和ECU连通。

该传感器可为模拟温度传感器，例如正热力学系数（PTC）电热调节器或负热力学系数（NTC）电热调节器，或其可为数字温度传感器，例如热电偶。

虽然这些温度传感器被广泛地使用，其通常通过长的响应时间（即，传感器所需要的感知温度变化的时间）来检测，这极大地降低了温度测量的准确度，特别是当内燃机在快速瞬态条件下运行时，从而排气温度的控制策略并不一直是有效的。