CN102072012B - 用于顺序起动的涡轮增压器的双环控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于顺序起动的涡轮增压器的双环控制系统和方法。具体地，提供了一种系统，其包括环控制模块、设定点模块和环操作模块。环控制模块基于发动机速度信号和发动机负载信号产生环控制模式信号。环控制模式信号指示了单环控制模式和双环控制模式中的一种。设定点选择模块基于环控制模式信号、发动机速度信号和发动机扭矩信号来确定增压压力设定点值和排气压力设定点值中的至少一个。环操作模块在单环控制模式期间基于增压压力设定点值并在双环控制模式期间基于增压压力设定点值和排气压力设定点值来操作顺序起动的涡轮增压器的可变几何涡轮和旁通阀中的至少一个。

Description

用于顺序起动的涡轮增压器的双环控制系统和方法
技术领域
本发明涉及内燃发动机，更具体地，涉及顺序起动的涡轮增压器控制系统。
背景技术
本文所提供的背景技术描述目的在于从总体上呈现本发明的背景。发明人的一部分工作在背景技术部分中被描述，这部分内容以及在提交申请时该描述中不另构成现有技术的方面，既不明确也不暗示地被承认是破坏本发明的现有技术。
内燃发动机(ICE)可利用顺序起动的涡轮增压器通过将额外的空气输送进入ICE的汽缸来提高扭矩输出。顺序起动的涡轮增压器可以是两级涡轮增压器系统。顺序起动的涡轮增压器可包括串联布置的高压涡轮增压器和低压涡轮增压器。高压涡轮增压器可包括高压涡轮和高压压缩机。低压涡轮增压器可包括低压涡轮和低压压缩机。
高压涡轮和低压涡轮可被分别控制以调节排气流。当发动机以低速工作时(即，速度小于预定速度)，排气流动穿过高压涡轮，然后穿过低压涡轮。当发动机以高速工作时(即，速度大于预定速度)，排气可旁通绕过高压涡轮，并流动穿过低压涡轮。排气穿过这些涡轮的流动可减少涡轮增压器增压的响应时间，该响应时间被称为涡轮迟滞。
可利用旁通阀(BPV)和可变几何涡轮(VGT)来控制涡轮迟滞。高压涡轮可包括BPV和VGT。VGT具有一组可运动的叶片，这些可运动的叶片用于控制流过VGT的排气的压力。排气的流动使这些叶片旋转。调节叶片的打开度可调节VGT的加速率。VGT的加速率随着叶片关闭而趋向增加。当加速率增加时，提供到高压涡轮增压器中的高压压缩机的增压压力增大。VGT的叶片被逐渐打开，以随增压压力增加而降低VGT的速度。VGT的速度降低防止了提供到高压压缩机的增压压力超过预定水平。当VGT以高速工作时，BPV可打开从而使排气流改道穿过BPV。BPV在VGT的增压压力超过预定水平之前打开，以减轻该增压压力。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种系统，其包括环控制模块、设定点模块和环操作模块。环控制模块基于发动机速度信号和发动机负载信号产生环控制模式信号。环控制模式信号指示了单环控制模式和双环控制模式中的一种。设定点选择模块基于环控制模式信号、发动机速度信号和发动机扭矩信号来确定增压压力设定点值和排气压力设定点值中的至少一个。环操作模块在单环控制模式期间基于增压压力设定点值，并在双环控制模式期间基于增压压力设定点值和排气压力设定点值来操作顺序起动的涡轮增压器的可变几何涡轮(VGT)和旁通阀(BPV)中的至少一个。
在其他特征中，提供了一种控制顺序起动的涡轮增压器的方法。所述方法包括基于发动机速度信号和发动机负载信号来产生环控制模式信号。环控制模式信号指示了单环控制模式和双环控制模式中的一种。基于环控制模式信号、发动机速度信号和发动机扭矩信号来确定增压压力设定点值和排气压力设定点值中的至少一个。在单环控制模式期间基于增压压力设定点值，并在双环控制模式期间基于增压压力设定点值和排气压力设定点值来操作顺序起动的涡轮增压器的可变几何涡轮(VGT)和旁通阀(BPV)中的至少一个。
本发明还包括以下方案：
方案1.一种用于顺序起动的涡轮增压器的系统，包括：
环控制模块，其基于发动机速度信号和发动机负载信号产生环控制模式信号，
其中所述环控制模式信号指示了单环控制模式和双环控制模式中的一种；
设定点选择模块，其基于所述环控制模式信号、所述发动机速度信号和发动机扭矩信号来确定增压压力设定点值和排气压力设定点值中的至少一个；以及
环操作模块，其在所述单环控制模式期间基于所述增压压力设定点值并且在所述双环控制模式期间基于所述增压压力设定点值和所述排气压力设定点值来操作所述顺序起动的涡轮增压器的可变几何涡轮和旁通阀中的至少一个。
方案2.如方案1所述的系统，其特征在于，当所述发动机速度信号大于第一预定值时和当所述发动机负载信号大于第二预定值时，所述环控制模块产生指示了所述双环控制模式的所述环控制模式信号；以及
其中当所述发动机速度信号小于或等于所述第一预定值时和当所述发动机负载信号小于或等于所述第二预定值时的至少一种情形中，所述环控制模块产生指示了所述单环控制模式的所述环控制模式信号。
方案3.如方案1所述的系统，其特征在于，进一步包括：
发动机速度传感器，其产生所述发动机速度信号；以及
空气质量流量传感器，其产生所述发动机负载信号。
方案4.如方案1所述的系统，其特征在于，进一步包括：发动机扭矩传感器，其基于燃料被喷射到发动机的汽缸内的速率来产生所述发动机扭矩信号。
方案5.如方案1所述的系统，其特征在于，当所述顺序起动的涡轮增压器在所述单环控制模式中操作时，所述设定点选择模块选择所述增压压力设定点值，以及
当所述顺序起动的涡轮增压器在所述双环控制模式中操作时，所述设定点选择模块选择所述增压压力设定点值和所述排气压力设定点值。
方案6.如方案1所述的系统，其特征在于，所述环操作模块包括误差模块，其基于所述增压压力设定点值和歧管绝对压力信号之间的差产生误差信号，以及
其中所述误差模块基于所述排气压力设定点值和排气歧管压力信号之间的差产生所述误差信号。
方案7.如方案6所述的系统，其特征在于，所述误差模块基于所述排气压力设定点值和排气再循环阀位置信号之间的差产生所述误差信号。
方案8.如方案6所述的系统，其特征在于，所述环操作模块进一步包括：
控制模块，其基于所述误差信号产生控制信号；
限制模块，其基于所述控制信号产生比例缩放的信号；以及
致动模块，其基于所述比例缩放的信号产生致动信号，以致动所述可变几何涡轮中的叶片和所述旁通阀中的至少一个。
方案9.如方案8所述的系统，其特征在于，所述控制模块向所述致动模块发送信号，以在所述单环控制模式期间基于校准的BPV值致动所述旁通阀，以及
其中所述校准的BPV值基于所述可变几何涡轮中的叶片的打开度来确定。
方案10.如方案8所述的系统，其特征在于，所述致动模块基于所述发动机速度和所述发动机负载之间的关系将所述旁通阀致动到完全关闭位置。
方案11.一种控制顺序起动的涡轮增压器的方法，包括：
基于发动机速度信号和发动机负载信号来产生环控制模式信号；
经由所述环控制模式信号指示单环控制模式和双环控制模式中的一种；
基于所述环控制模式信号、所述发动机速度信号和发动机扭矩信号确定增压压力设定点值和排气压力设定点值中的至少一个；以及
在所述单环控制模式期间基于所述增压压力设定点值并在所述双环控制模式期间基于所述增压压力设定点值和所述排气压力设定点值来操作所述顺序起动的涡轮增压器的可变几何涡轮和旁通阀中的至少一个。
方案12.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：当所述发动机速度信号大于第一预定值时和当所述发动机负载信号大于第二预定值时，产生指示了所述双环控制模式的所述环控制模式信号；以及
其中当所述发动机速度信号小于或等于所述第一预定值时和当所述发动机负载信号小于或等于所述第二预定值时的至少一种情形中，产生指示了所述单环控制模式的所述环控制模式信号。
方案13.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
由发动机速度传感器产生所述发动机速度信号；以及
由空气质量流量传感器产生所述发动机负载信号。
方案14.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：基于燃料被喷射到发动机汽缸内的速率来产生所述发动机扭矩信号。
方案15.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
当所述顺序起动的涡轮增压器在所述单环控制模式中操作时，选择所述增压压力设定点值；以及
当所述顺序起动的涡轮增压器在所述双环控制模式中操作时，选择所述增压压力设定点值和所述排气压力设定点值。
方案16.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
基于所述增压压力设定点值和歧管绝对压力信号之间的差产生误差信号；以及
基于所述排气压力设定点值和排气歧管压力信号之间的差产生所述误差信号。
方案17.如方案16所述的方法，其特征在于，进一步包括：
基于所述排气压力设定点值和排气再循环阀位置信号之间的差产生所述误差信号。
方案18.如方案16所述的方法，其特征在于，进一步包括：
基于所述误差信号产生控制信号；
基于所述控制信号产生比例缩放的信号；以及
基于所述比例缩放的信号产生致动信号以致动所述可变几何涡轮中的叶片和所述旁通阀中的至少一个。
方案19.如方案18所述的系统，其特征在于，进一步包括：
在所述单环控制模式期间基于校准的BPV值致动所述旁通阀；以及
基于所述可变几何涡轮中叶片的打开度来确定所述校准的BPV值。
方案20.如方案18所述的系统，其特征在于，进一步包括：基于所述发动机速度和所述发动机负载之间的关系将所述旁通阀致动到完全关闭位置。
通过后文提供的详细描述将明了本发明更多的应用领域。应当理解的是，这些详细描述和特定示例仅仅用于说明的目的，而并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图，本发明将得到更加全面的理解，附图中：
图1是根据本发明实施例的发动机控制系统的功能框图；
图2是根据本发明实施例的双环控制系统的功能框图；
图3示出了根据本发明实施例的对VGT和BPV进行控制的方法；以及
图4是根据本发明实施例的排气歧管压力信号、发动机扭矩信号、发动机速度信号、燃料消耗率(fuel rate)信号、实际增压压力信号和增压压力设定点信号的示例性曲线图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的，并不试图以任何方式限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同附图标记来指示相似元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当解释为指的是使用了非排他性逻辑“或”的逻辑“A或者B或者C”的含义。应当理解的是，在不改变本发明原理的情况下，方法内的步骤可按照不同顺序执行。
如本文所使用的，术语“模块”指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用处理器、专用处理器或组处理器)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他适合部件。
发动机可构造有顺序起动的涡轮增压器以调节供应到发动机汽缸的空气流。空气流可由多个控制致动器控制。这些控制致动器可包括VGT和BPV。VGT和BPV在不同发动机状况下以不同控制模式工作。控制模式可包括单环控制模式和双环控制模式。单环控制模式包括基于输送到VGT的增压压力来致动VGT和BPV。单环控制模式可使用增压压力设定点作为控制目标。双环控制模式包括基于发动机的增压压力和排气压力来致动VGT和BPV。双环控制系统可使用增压压力设定点和排气压力设定点作为控制目标。
尽管增压压力可通过致动VGT和BPV而控制，但是当BPV最初打开或完全关闭时可能发生不稳定的发动机操作，例如发动机扭矩损失。当BPV从打开位置向完全关闭位置转变或者相反地从完全关闭位置向打开位置转变时，排气背压(EBP)可能会快速变化。EBP导致排气压力增加，其可能导致发动机扭矩损失。图4中示出了发动机扭矩损失的例子。
期望顺序起动的涡轮增压器的平滑瞬时操作能符合排放目标，满足燃料经济性目标，并且改善驾驶性能。通过最小化增压压力变化以及由于致动VGT和BPV导致的发动机扭矩损失来提供平滑瞬时操作。由于VGT和BPV的控制致动器的高度非线性特征，所以瞬时操作可能是不稳定的。
本发明的实施例提供了用于控制和提供顺序起动的涡轮增压器的平滑瞬时操作的技术。这些技术降低了在顺序起动的涡轮增压器的控制模式期间由控制致动器导致的增压压力和发动机扭矩中的变化。这提高了燃料经济性并且改善了发动机耐用性，同时还满足了排放要求。
在图1中，示出了车辆的示例性发动机控制系统10。发动机控制系统10可包括发动机12和涡轮增压器控制系统14。涡轮增压器控制系统14可包括发动机控制模块16和两级涡轮增压器系统18。两级涡轮增压器系统18致动VGT 20和BPV 22以控制供应到发动机12的空气量。
发动机控制模块16可包括涡轮增压器控制模块24。涡轮增压器控制模块24协调对VGT 20和BPV 22的控制。涡轮增压器控制模块24可包括VGT环操作模块26和BPV环操作模块28。VGT环操作模块26基于VGT的增压压力和歧管绝对压力(MAP)信号来控制VGT20中的叶片的打开和关闭。图2示出了VGT环操作模块的一个示例。BPV环操作模块28基于发动机的排气压力和排气歧管压力(EMP)信号来控制BPV 22的打开和关闭。图2示出了BPV环操作模块的一个示例。
在发动机工作期间，空气通过空气质量流量(MAF)传感器32经过入口30。MAF传感器32产生MAF信号AirFlow，其指示了通过MAF传感器32的空气流率。在流经MAF传感器32后，空气经过两级涡轮增压器系统18的低压压缩机34和高压压缩机36。空气被吸入进气歧管38。进气歧管38内的空气被分配到汽缸40内。尽管图1示出了六个汽缸，但发动机12可包括任意数量的汽缸40。
MAP传感器42可检测进气歧管38内的空气压力并产生MAP信号MfdPres。MAP传感器42定位于入口30和发动机12之间的进气歧管38中。MAP信号MfdPres指示了进气歧管38中的压力。位于进气歧管38中的进气温度(IAT)传感器(未示出)基于进气温度产生IAT信号。
燃料与空气混合并经由燃料轨44、46被吸入汽缸40。尽管示出了由汽油提供动力的内燃发动机，但是此处公开的实施例也能应用于柴油或替代燃料源的发动机。空气/燃料混合物在汽缸40内被压缩并且被点燃以产生驱动扭矩。发动机扭矩传感器47可产生对应于发动机12的输出扭矩的发动机扭矩信号EngTrq。驱动扭矩可增加发动机速度。发动机速度传感器48可产生发动机速度信号EngSpd，其以每分钟转数(RPM)为单位来指示发动机12的速度。汽缸32内的燃烧排气经由排气歧管50、52被排出。
EMP传感器54可产生排气歧管压力信号EMP，其对应于排气歧管50、52中的排气压力。排气歧管压力还可从通常存在于发动机12上的其他传感器推导得到。其他传感器可包括：要求的燃料量信号传感器、要求的喷射正时信号传感器和发动机冷却剂温度传感器。排气行进通过排气导管56、58，并被引导向两级涡轮增压器系统18。
两级涡轮增压器系统18可包括高压涡轮增压器60和低压涡轮增压器62。高压涡轮增压器60可包括VGT 20和高压压缩机36。当排气流过VGT 20时，高压压缩机36旋转并且迫使空气进入汽缸40。VGT 20可具有一组可运动的叶片(未示出)，其用于控制流过高压涡轮增压器60的排气的压力。
低压涡轮增压器62可包括固定几何涡轮(FGT)64和低压压缩机34。流过FGT 64的排气导致低压压缩机34旋转并且对空气进行压缩。当发动机12以低速工作时，排气从排气歧管50、52流入VGT 20，然后穿过FGT 64。通过允许排气流过高压涡轮增压器60然后流过低压涡轮增压器62，涡轮迟滞可被降低。随着发动机速度提高，BPV 22可打开以使排气流旁通，并且允许排气流过FGT 64。压缩机旁通阀(CBPV)66可与BPV 22协同工作。在另一个实施例中，CBPV 66和BPV 22可独立地工作。CBPV 66防止高压压缩机36旋转得快于预定速度，而导致对两级涡轮增压器系统18的损害。
在图2中，示出了用于两级涡轮增压器系统18的VGT 20和BPV22的涡轮增压器控制系统14。涡轮增压器控制系统14可包括涡轮增压器控制模块24，其包括VGT环操作模块26、BPV环操作模块28、环控制模块200和设定点选择模块202。
环控制模块200可基于发动机速度信号EngSpd和发动机负载信号EngLd来产生环控制模式信号LPctrl。发动机负载信号EngLd可基于MAF信号AirFlow确定。MAF信号AirFlow可由MAF传感器32产生。MAF信号AirFlow指示了经过进气歧管38的入口30的空气流率。发动机速度信号EngSpd可由发动机速度传感器48产生。
环控制模式信号LPctrl指示了环控制模式，VGT 20和BPV 22以该模式进行操作。环控制模式可为单环控制模式和双环控制模式中的一种。单环控制模式指示了涡轮增压器控制系统14基于VGT 20的增压压力被控制。增压压力可由MAP传感器42检测。双环控制模式指示了涡轮增压器控制系统14基于发动机12的增压压力和排气压力被控制。排气压力可由EMP传感器54检测。
设定点选择模块202可基于环控制模式信号LPctrl、发动机速度信号EngSpd和MAF信号AirFlow来选择增压压力设定点值BPsetpt和排气压力设定点值EPsetpt中的至少一个。环控制模式信号LPctrl指示了单环控制模式和双环控制模式中的一种。涡轮增压器控制系统14可基于发动机速度和发动机负载在单环控制模式和双环控制模式之间转变。
在单环控制模式中，设定点选择模块202可基于发动机速度信号EngSpd和发动机扭矩信号EngTrq来选择增压压力设定点值BPsetpt。仅作为示例，设定点选择模块202可从增压压力设定点查找表204选择性地获取增压压力设定点值BPsetpt。增压压力设定点查找表204可包括基于发动机速度信号EngSpd和发动机扭矩信号EngTrq索引的一组表(例如，表1-M，其中M是整数)。
VGT环操作模块26可包括MAP误差模块206、VGT控制模块208、VGT限制模块210和VGT致动模块212。MAP误差模块206可基于增压压力设定点值BPsetpt和MAP信号MfdPres产生MAP误差信号mapERR。MAP误差模块206将增压压力设定点值BPsetpt与MAP信号相比较。MAP误差模块206产生MAP误差信号mapERR，其代表了增压压力设定点值BPsetpt和MAP信号MfdPres之间的差。
VGT控制模块208可基于MAP误差信号malERR产生VGT控制信号PIDvgt。VGT控制模块208可为单输入单输出(SISO)控制模块或多输入多输出(MIMO)控制模块。例如，VGT控制模块208可为比例积分微分(PID)控制模块或者其变型(例如，PI控制模块)。
另外，在单环控制模式期间，VGT控制模块208可执行为调节分解器(governer splitter)，以致动涡轮增压器控制系统14的VGT 20和BPV 22。调节分解器指的是基于一个设定点(例如，增压压力)来控制两个致动器(例如，VGT和BPV)的系统。仅作为示例，BPV致动模块214接收VGT控制信号PIDvgt，并基于VGT控制信号PIDvgt获取存储在存储器218中的校准的BPV值216。校准的BPV值216可存储在BPV值查找表217中，并可最初在车辆制造期间被确定。BPV值查找表217可包括不同的一组校准的BPV值216，其取决于VGT 20中叶片打开的量。BPV致动模块214可基于校准的BPV值216来致动BPV 22。
VGT限制模块210接收并比例缩放VGT控制信号PIDvgt到VGT20的工作范围内。例如，如果0代表VGT关闭状态而1代表VGT打开状态，则VGT限制模块210可将VGT控制信号PIDvgt比例缩放到介于0和1之间的值。VGT限制模块210基于VGT控制信号PIDvgt产生比例缩放的VGT信号cVGT。VGT致动模块212可基于比例缩放的VGT信号cVGT产生VGT致动信号aVGT，以致动VGT 20中的叶片。
在双环控制模式中，设定点选择模块202可基于发动机速度信号EngSpd和发动机扭矩信号EngTrq来选择增压压力设定点值BPsetpt和排气压力设定点值EPsetpt。仅作为示例，设定点选择模块202可从排气压力设定点查找表220选择性地获取排气压力设定点值。排气压力设定点查找表220可包括基于发动机速度信号EngSpd和发动机扭矩信号EngTrq索引的一组表(例如，表1-N，其中N是整数)。
BPV环操作模块28可从设定点选择模块202接收排气压力设定点值EPsetpt。BPV环操作模块28可包括EMP误差模块222、BPV控制模块224、BPV限制模块226和BPV致动模块214。EMP误差模块222可基于排气压力设定点值EPsetpt和EMP信号ExhPres产生EMP误差信号empERR。EMP误差模块222将排气压力设定点值EPsetpt与EMP信号ExhPres相比较。EMP误差模块222产生EMP误差信号empERR，其代表了排气压力设定点值EPsetpt和EMP信号ExhPres之间的差。
BPV控制模块224可基于EMP误差信号empERR产生BPV控制信号PIDbpv。BPV控制模块224可为SISO控制模块或MIMO控制模块。例如，BPV控制模块224可为PID控制模块或者其变型(例如，PI控制模块)。
BPV限制模块226接收并比例缩放BPV控制信号PIDbpv到BPV22的工作范围内。例如，如果0代表BPV关闭状态而1代表BPV打开状态，则BPV限制模块226可将BPV控制信号PIDbpv比例缩放到介于0和1之间的值。BPV限制模块226基于BPV控制信号PIDbpv产生比例缩放的BPV信号cBPV。BPV致动模块214可接收比例缩放的BPV信号cBPV，并基于比例缩放的BPV信号cBPV产生BPV致动信号aBPV，以致动BPV 22。
VGT环操作模块26和BPV环操作模块28可组合成单个模块，或者可为不同的模块。例如限制模块210、226之类的其他模块也可组合成单个模块，或者可为不同的模块。另外，致动模块212、214可为致动VGT 20和BPV 22的单个模块。
在图3中，示出了对涡轮增压器控制系统14的VGT 20和BPV 22进行控制的示例性方法。尽管下面的步骤主要是参照图1-2的实施例进行描述的，但这些步骤也可得到修改以适用于本发明的其他实施例。控制模块(例如，图1的涡轮增压器控制模块24)的控制过程可执行以下步骤。
方法可开始于步骤300。在步骤302中，环控制模块200可初始地产生指示单环控制模式的环控制信号LPctrl。单环控制模式指示了基于VGT 20的增压压力来控制涡轮增压器控制系统14。增压压力可由MAP传感器42检测。
在步骤304中，BPV致动模块214将BPV 22致动到完全关闭位置。尽管BPV 22可在单环控制模式首先开始时被初始地关闭，但是BPV致动模块214可基于存储在存储器218中的校准的BPV值216来致动BPV 22。步骤326-328例示了使用校准的BPV值216在单环控制模式期间对BPV 22的致动。
在步骤306，设定点选择模块202可基于环控制信号LPctrl、发动机速度信号EngSpd和发动机扭矩信号EngTrq，从增压压力设定点查找表204中选择性地获取增压压力设定点值BPsetpt。例如，当VGT20处于单环控制模式时，设定点选择模块202选择增压压力设定点查找表204。设定点选择模块202获取存储在增压压力设定点查找表204中的增压压力设定点值BPsetpt。增压压力设定点查找表204基于发动机速度信号EngSpd和发动机扭矩信号EngTrq索引。
尽管发动机扭矩传感器47可产生发动机扭矩信号EngTrq，但发动机扭矩信号EngTrq也可基于在每次喷射中燃料被喷射到发动机12的汽缸40内的速率来产生。例如，燃料喷射系统(未示出)可确定在每次喷射中喷到发动机12的汽缸40内的燃料消耗率。燃料消耗率可指示在内燃发动机的工作循环期间存在于汽缸40中的燃料量。工作循环可指的是包括一组四个发动机冲程的燃烧循环。
在步骤308中，MAP误差模块206从设定点选择模块202接收增压压力设定点值BPsetpt。MAP误差模块206还从MAP传感器42接收MAP信号MfdPres。MAP信号指示进气歧管38中的空气压力。在步骤310中，MAP误差模块206可基于增压压力设定点值BPsetpt和MAP信号MfdPres产生MAP误差信号mapERR。MAP误差模块206将增压压力设定点值BPsetpt与MAP信号相比较。MAP误差模块206基于增压压力设定点值BPsetpt和MAP信号MfdPres之间的差产生MAP误差信号mapERR。
在步骤312中，VGT控制模块208可基于MAP误差信号mapERR产生VGT控制信号PIDvgt。VGT控制模块208可为PID控制模块，其具有比例P值、积分I值和微分D值。基于增压压力设定点值BPsetpt和MAP信号MfdPres提供MAP误差信号mapERR，以便为期望的控制响应实现期望的P、I和D值。这些期望的值可在单环控制模式期间提供平滑瞬时操作。另外的设定点值(例如排气压力设定点值EPsetpt)可进一步在双环控制模式期间改善平滑瞬时操作。
在步骤314中，VGT限制模块210可接收并比例缩放VGT控制信号PIDvgt到VGT 20的工作范围内。例如，如果0代表VGT关闭状态而1代表VGT打开状态，则VGT限制模块210可将VGT控制信号PIDvgt比例缩放到介于0和1之间的值。VGT限制模块210基于VGT控制信号PIDvgt产生比例缩放的VGT信号cVGT。
在步骤316中，VGT致动模块212可基于比例缩放的VGT信号cVGT产生VGT致动信号aVGT，以致动VGT 20中的叶片。在步骤318中，环控制模块200可从发动机速度传感器48接收发动机速度信号EngSpd，并可从MAF传感器32接收MAF信号AirFlow。MAF信号AirFlow可用于指示发动机负载。发动机负载可基于MAF信号AirFlow确定，所述MAF信号AirFlow指示了经过进气歧管38的入口30的空气流率。
在步骤320中，环控制模块200接收发动机速度信号EngSpd，并确定发动机速度信号EngSpd是否大于预定速度PredRPM。当发动机速度信号EngSpd大于预定速度PredRPM时，控制过程可进行到步骤322，否则控制过程可进行到步骤324。
在步骤322中，环控制模块200接收MAF信号AirFlow并确定发动机负载是否大于预定值PredMAF。当MAF信号AirFlow指示发动机负载大于预定值PredMAF时，控制过程可进行到步骤330，否则控制过程可进行到步骤324。当满足步骤320和322的条件时，可在双环控制模式中致动VGT 20和BPV 22。
在步骤324中，环控制模块200确定BPV 22是否可完全关闭。用于关闭BPV 22的条件可基于发动机速度信号EngSpd和发动机负载信号EngLd之间的关系来满足。仅作为示例，当发动机速度信号EngSpd小于发动机速度阈值并持续预定时间段时，可满足第一条件。作为另一个示例，当发动机负载信号EngLd小于发动机负载阈值并持续预定时间段时，可满足第二条件。所述关系可存储在存储器218的校准的查找表中。当满足条件时，控制过程可返回步骤302，否则控制过程可进行到步骤326。
在步骤326中，在单环控制模式期间VGT控制模块208可作为调节分解器执行，以便基于单个设定点(例如增压压力设定点值BPsetpt)致动VGT 20和BPV 22。例如，BPV致动模块214可接收VGT控制信号PIDvgt，并基于VGT控制信号PIDvgt来获取存储在存储器218中的校准的BPV值216。校准的BPV值216可存储在BPV值查找表217中，并可最初在车辆制造期间被确定。BPV值查找表217可包括不同的一组校准的BPV值216，其取决于VGT 20中叶片打开的量。
仅作为示例，校准的BPV值216可以通过BPV 22的第一打开面积和VGT 20中叶片的第二打开面积之间的比来确定。第一和第二打开面积可以分别表征为相对于BPV 22和VGT 20的最大打开面积的百分比。
在步骤328中，BPV致动模块214可基于校准的BPV值216来调节BPV 22的打开面积。尽管在单环控制模式期间可基于校准的BPV值216致动BPV 22，但排气压力的波动可能导致发动机功率损失，从而导致不平滑的瞬时操作。可通过引入另外的设定点(例如，排气压力设定点值EPsetpt)来减小由发动机扭矩传感器47检测到的发动机功率损失。
现在还参照图4，仅作为示例，示出了在单环控制模式期间产生的EMP信号400、发动机扭矩信号402、发动机速度信号404、燃料消耗率信号406、实际增压压力信号408和增压压力设定点信号410的示例性曲线图。示例性曲线图示出了在BPV 22的打开状态和关闭状态之间的转变期间的信号400、402的变化。
在预定时间段414期间EMP信号400的增加(标记为412)指示了排气系统的排气压力中的波动。该波动可在BPV 22快速打开时由排气背压(EBP)引起，其限制了排气系统中的排气的流动。EBP传感器可用于产生EBP信号，其指示排气系统的EBP。
EMP中的增加可导致发动机速度的上升，其由预定时间段414期间发动机速度信号404的区段413示出。EMP的增加还可导致喷入汽缸40中的燃料的上升，其由预定时间段414期间燃料消耗率信号406的区段415示出。
尽管在单环控制模式期间实际增压压力信号408跟随控制目标(例如增压压力设定点信号410)，但是EBP可导致发动机扭矩损失。发动机扭矩损失对应于在预定时间段414期间发动机扭矩信号402的减小(标记为416)。EBP降低了发动机性能和燃料经济性。双环控制系统使用排气压力设定点和增压压力设定点作为控制目标以减小发动机扭矩损失。
在步骤330中，环控制模块200可产生环控制信号LPctrl，其指示了双环控制模式。双环控制模式指示基于发动机12的增压压力和排气压力来控制涡轮增压器控制系统14的VGT 20和BPV 22。双环控制模式可使用双设定点(例如增压压力设定点值BPsetpt和排气压力设定点EPsetpt)作为控制目标。
与双环控制模式不同，单个设定点(例如增压压力设定点BPsetpt)可在单环控制模式中使用。在单环控制模式中，基于校准的BPV值216操作BPV 22。校准的BPV值216可由校准程序确定，该校准程序在车辆的制造期间执行。校准的BPV值216可经由校准程序存储在存储器218中。在双环控制模式中，可基于排气压力设定点EPsetpt操作BPV 22而不使用校准的BPV值216。因此，可执行更少的校准程序来产生校准的BPV值216。
在步骤332中，设定点选择模块202可基于环控制信号LPctrl、发动机速度信号EngSpd和发动机扭矩信号EngTrq从排气压力设定点查找表220选择性地获取排气压力设定点值EPsetpt。例如，当BPV 22处于双环控制模式时，设定点选择模块202选择排气压力设定点查找表220。设定点选择模块202获取存储在排气压力设定点查找表220中的排气压力设定点值EPsetpt。设定点选择模块202基于发动机速度信号EngSpd和发动机扭矩信号EngTrq选择排气压力设定点值EPsetpt。
在步骤334中，EMP误差模块222从设定点选择模块202接收排气压力设定点值EPsetpt。EMP误差模块222还从EMP传感器54接收EMP信号ExhPres。EMP信号ExhPres指示排气歧管50、52中的排气压力。
在步骤336中，EMP误差模块222可基于排气压力设定点值EPsetpt和EMP信号ExhPres之间的差产生EMP误差信号empERR。EMP信号ExhPres可由其他发动机参数代替，例如排气再循环(EGR)阀位置信号。
发动机系统可包括EGR系统以减小发动机排放。EGR系统使排气再循环回到汽缸。EGR阀调节在发动机操作期间由汽缸接收的排气量。由汽缸接收的排气量的变化可影响排气歧管压力。EGR阀位置信号可代替EMP信号ExhPres使用，以指示排气歧管压力。
EMP误差模块222将排气压力设定点值EPsetpt与EMP信号相比较。EMP误差模块222基于排气压力设定点值EPsetpt和EMP信号ExhPres之间的差产生EMP误差信号empERR。
在步骤338中，BPV控制模块224可基于EMP误差信号empERR产生BPV控制信号PIDbpv。BPV控制模块224可为PID控制模块，其具有比例P值、积分I值和微分D值。基于排气压力设定点值EPsetpt和EMP信号ExhPres提供EMP误差信号empERR，以便为期望的控制响应实现期望的P、I和D值。设定点值EPsetpt可在双环控制模式期间提供平滑瞬时操作。
在步骤340中，BPV限制模块226可接收并比例缩放BPV控制信号PIDbpv到BPV 22的工作范围内。BPV限制模块226基于BPV控制信号PIDbpv产生比例缩放的BPV信号cBPV。在步骤342中，BPV致动模块214可接收比例缩放的BPV信号cBPV，并基于比例缩放的BPV信号cBPV产生BPV致动信号aBPV，以致动BPV 22。在发动机操作期间，控制过程可迭代地执行步骤302-342。
上述步骤应当被认为是示例性例子；取决于应用，这些步骤可在重叠时间段期间顺序地、同步地、同时地、连续地执行，或者按照不同顺序执行。
本公开的广泛教导可按照多种形式实施。因此，尽管本公开包括了具体示例，但本公开的真实范围却不应当限于这些具体示例，因为本领域技术人员在研究了附图、说明书和所附权利要求后将会明白其他的修改。

Claims (20)

1.一种用于顺序起动的涡轮增压器的系统，包括：
环控制模块，其基于发动机速度信号和发动机负载信号产生环控制模式信号，
其中所述环控制模式信号指示了单环控制模式和双环控制模式中的一种；
设定点选择模块，其基于所述环控制模式信号、所述发动机速度信号和发动机扭矩信号来确定增压压力设定点值和排气压力设定点值中的至少一个；以及
环操作模块，其在所述单环控制模式期间基于所述增压压力设定点值并且在所述双环控制模式期间基于所述增压压力设定点值和所述排气压力设定点值来操作所述顺序起动的涡轮增压器的可变几何涡轮和旁通阀中的至少一个。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述发动机速度信号大于第一预定值时和当所述发动机负载信号大于第二预定值时，所述环控制模块产生指示了所述双环控制模式的所述环控制模式信号；以及
其中当所述发动机速度信号小于或等于所述第一预定值时和当所述发动机负载信号小于或等于所述第二预定值时的至少一种情形中，所述环控制模块产生指示了所述单环控制模式的所述环控制模式信号。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：
发动机速度传感器，其产生所述发动机速度信号；以及
空气质量流量传感器，其产生所述发动机负载信号。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：发动机扭矩传感器，其基于燃料被喷射到发动机的汽缸内的速率来产生所述发动机扭矩信号。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述顺序起动的涡轮增压器在所述单环控制模式中操作时，所述设定点选择模块选择所述增压压力设定点值，以及
当所述顺序起动的涡轮增压器在所述双环控制模式中操作时，所述设定点选择模块选择所述增压压力设定点值和所述排气压力设定点值。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述环操作模块包括误差模块，其基于所述增压压力设定点值和歧管绝对压力信号之间的差产生歧管绝对压力误差信号，以及
其中所述误差模块还基于所述排气压力设定点值和排气歧管压力信号之间的差产生排气歧管压力误差信号。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述误差模块使用排气再循环阀位置信号代替所述排气歧管压力信号，从而基于所述排气压力设定点值和所述排气再循环阀位置信号之间的差产生所述排气歧管压力误差信号。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述环操作模块进一步包括：
控制模块，其基于所述歧管绝对压力误差信号和所述排气歧管压力误差信号中的至少一个产生控制信号；
限制模块，其基于所述控制信号产生比例缩放的信号；以及
致动模块，其基于所述比例缩放的信号产生致动信号，以致动所述可变几何涡轮中的叶片和所述旁通阀中的至少一个。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制模块向所述致动模块发送信号，以在所述单环控制模式期间基于校准的旁通阀值致动所述旁通阀，以及
其中所述校准的旁通阀值基于所述可变几何涡轮中的叶片的打开度来确定。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述致动模块基于所述发动机速度和所述发动机负载之间的关系将所述旁通阀致动到完全关闭位置。
11.一种控制顺序起动的涡轮增压器的方法，包括：
基于发动机速度信号和发动机负载信号来产生环控制模式信号；
经由所述环控制模式信号指示单环控制模式和双环控制模式中的一种；
基于所述环控制模式信号、所述发动机速度信号和发动机扭矩信号确定增压压力设定点值和排气压力设定点值中的至少一个；以及
在所述单环控制模式期间基于所述增压压力设定点值并在所述双环控制模式期间基于所述增压压力设定点值和所述排气压力设定点值来操作所述顺序起动的涡轮增压器的可变几何涡轮和旁通阀中的至少一个。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括：当所述发动机速度信号大于第一预定值时和当所述发动机负载信号大于第二预定值时，产生指示了所述双环控制模式的所述环控制模式信号；以及
其中当所述发动机速度信号小于或等于所述第一预定值时和当所述发动机负载信号小于或等于所述第二预定值时的至少一种情形中，产生指示了所述单环控制模式的所述环控制模式信号。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
由发动机速度传感器产生所述发动机速度信号；以及
由空气质量流量传感器产生所述发动机负载信号。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括：基于燃料被喷射到发动机汽缸内的速率来产生所述发动机扭矩信号。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
当所述顺序起动的涡轮增压器在所述单环控制模式中操作时，选择所述增压压力设定点值；以及
当所述顺序起动的涡轮增压器在所述双环控制模式中操作时，选择所述增压压力设定点值和所述排气压力设定点值。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
基于所述增压压力设定点值和歧管绝对压力信号之间的差产生歧管绝对压力误差信号；以及
基于所述排气压力设定点值和排气歧管压力信号之间的差产生排气歧管压力误差信号。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括：
使用排气再循环阀位置信号代替所述排气歧管压力信号，从而基于所述排气压力设定点值和所述排气再循环阀位置信号之间的差产生所述排气歧管压力误差信号。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括：
基于所述歧管绝对压力误差信号和所述排气歧管压力误差信号中的至少一个产生控制信号；
基于所述控制信号产生比例缩放的信号；以及
基于所述比例缩放的信号产生致动信号以致动所述可变几何涡轮中的叶片和所述旁通阀中的至少一个。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在所述单环控制模式期间基于校准的旁通阀值致动所述旁通阀；以及
基于所述可变几何涡轮中叶片的打开度来确定所述校准的旁通阀值。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括：基于所述发动机速度和所述发动机负载之间的关系将所述旁通阀致动到完全关闭位置。
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