CN102072032B - 用于涡轮增压器系统的空气压力控制系统和方法 - Google Patents

用于涡轮增压器系统的空气压力控制系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于涡轮增压器系统的空气压力控制系统和方法。具体地，公开了一种用于具有涡轮增压器系统的发动机的系统，其包括：变化率确定模块，极限变化率选择模块，节气门进口绝对压力TIAP计算模块，和节气门控制模块。变化率确定模块基于来自TIAP传感器的当前TIAP信号和之前TIAP信号之间的压差来产生压力变化率值。极限变化率选择模块基于压力变化率值选择极限变化率。TIAP计算模块基于极限变化率和当前TIAP信号产生计算的TIAP信号。节气门控制模块基于计算的TIAP信号产生节气门控制信号，并基于节气门控制信号致动发动机的进口节气门阀。

Description

用于涡轮增压器系统的空气压力控制系统和方法
技术领域
本发明涉及内燃发动机，更具体地，涉及控制由涡轮增压器系统产生的空气压力。
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)燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭矩。燃烧副产物经由排气系统从车辆排出。来自排气系统的排气可由涡轮增压器系统接收。涡轮增压器系统通过增加流向ICE的空气流而增加了ICE的扭矩输出。涡轮增压器系统基于排气流率压缩和增加进气流。压缩进气经由进气歧管被吸入ICE的汽缸以用于燃烧目的。
涡轮增压器系统可为单级或多级系统。单级系统可包括单个涡轮机，其增加进气歧管中的增压压力。多级系统可包括串联布置的主涡轮机和副涡轮机。主涡轮机和副涡轮机接收排气并提供相应压缩级的空气充量到进气歧管。
作为多级系统的例子，排气可以低发动机速度(例如小于3000rpm)流经主涡轮机。排气流能够增加主涡轮机中的增压压力。增压压力随发动机速度增加而增加。增压压力可通过打开旁通阀(BPV)来控制。例如，当增压压力大于预定阈值时，BPV可被打开以允许排气绕过主涡轮机。
来自主涡轮机的压缩排气可被引导至副涡轮机。副涡轮机以高发动机速度(例如，大于3000rpm)以比主涡轮机更大的增压压力操作。副涡轮机内的增压压力可通过打开废气门来控制。例如，废气门可被打开以允许排气绕过副涡轮机以减小压力。
经由BPV和/或废气门减小增压压力能够导致进气歧管中的压降。发动机控制系统可通过维持节气门位置或通过增加节气门打开度以增加流入发动机汽缸的空气流量从而补偿该压降。这种补偿可能导致车辆加速度的增加。车辆加速度的增加指的是颠簸(sail-on)状况。颠簸状况可能增加排气排放；导致发动机不稳定；和/或降低燃料经济性。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于具有涡轮增压器系统的发动机的系统，其包括：变化率(rate)确定模块、极限变化率选择模块、节气门进口绝对压力(TIAP)计算模块、和节气门控制模块。变化率确定模块基于来自TIAP传感器的当前TIAP信号和之前的TIAP信号之间的压差产生压力变化率值。极限变化率选择模块基于该压力变化率值选择极限变化率。TIAP计算模块基于极限变化率和当前TIAP信号产生计算的TIAP信号。节气门控制模块基于计算的TIAP信号产生节气门控制信号，并基于节气门控制信号致动发动机的进口节气门阀(ITV)。
在其他特征中，提供了一种控制具有涡轮增压器系统的发动机内的空气压力的方法。该方法包括基于来自TIAP传感器的当前TIAP信号和之前的TIAP信号之间的压差产生压力变化率值。基于该压力变化率值选择极限变化率。基于极限变化率和当前TIAP信号产生计算的TIAP信号。基于计算的TIAP信号产生节气门控制信号。基于节气门控制信号致动发动机的ITV。
本发明还包括以下方案：
方案1.一种用于具有涡轮增压器系统的发动机的控制系统，所述控制系统包括：
变化率确定模块，其基于来自节气门进口绝对压力TIAP传感器的当前节气门进口绝对压力TIAP信号和之前TIAP信号之间的压差来产生压力变化率值；
极限变化率选择模块，其基于所述压力变化率值来选择极限变化率；
TIAP计算模块，其基于所述极限变化率和所述当前TIAP信号产生计算的TIAP信号；以及
节气门控制模块，其基于所述计算的TIAP信号产生节气门控制信号，并基于所述节气门控制信号致动所述发动机的进口节气门阀ITV。
方案2.如方案1所述的控制系统，其特征在于，进一步包括：
废气门和旁通阀BPV监控模块，其基于所述涡轮增压器系统的BPV和废气门中的至少一个的打开而产生状态信号；
TIAP信号监控模块，其以预定采样间隔反复地采样所述当前TIAP信号；以及
最小值检查模块，其基于来自进气歧管绝对压力MAP传感器的进气歧管绝对压力MAP信号和来自涡轮增压器进口绝对压力TCIAP传感器的涡轮增压器进口绝对压力TCIAP信号检测所述计算的TIAP信号的最小值；
其中，所述TCIAP信号表示所述涡轮增压器系统上游的绝对压力，所述MAP信号表示所述发动机的进气歧管内的绝对压力。
方案3.如方案1所述的控制系统，其特征在于，所述压力变化率值表示所述当前TIAP信号是正在增加和正在减小中的一种；
其中，所述当前TIAP信号表示所述ITV上游的绝对压力，以及
其中，所述TIAP传感器定位于所述涡轮增压器系统和所述ITV之间。
方案4.如方案1所述的控制系统，其特征在于，所述涡轮增压器系统包括BPV和废气门中的至少一个；
其中，当所述涡轮增压器系统的增压压力大于预定阈值时，所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开。
方案5.如方案2所述的控制系统，其特征在于，当所述计算的TIAP信号小于或等于具有所述第一偏移的所述MAP信号时，所述最小值检查模块将第一临时变量设定为具有与所述MAP传感器相关联的第一偏移的所述MAP信号；
其中，当所述计算的TIAP信号小于或等于具有所述第二偏移的所述TCIAP信号时，所述最小值检查模块将第二临时变量设定为具有与所述TCIAP传感器相关联的第二偏移的所述TCIAP信号；以及
其中，当所述第一临时变量和所述第二临时变量都不等于0时，所述最小值检查模块将所述计算的TIAP信号设定为所述第一临时变量和所述第二临时变量中较大的一个。
方案6.如方案1所述的控制系统，其特征在于，所述极限变化率选择模块从增加极限变化率和M个减小极限变化率中的一个选择所述极限变化率，其中M是大于1的整数。
方案7.如方案1所述的控制系统，其特征在于，所述极限变化率选择模块从增加极限变化率，第一减小极限变化率，第二减小极限变化率，和第三减小极限变化率中的一个来选择所述极限变化率；以及
其中，所述第二减小极限变化率大于所述第一减小极限变化率和第三减小极限变化率，所述第三减小极限变化率大于或等于所述第一减小极限变化率。
方案8.如方案7所述的控制系统，其特征在于，所述TIAP计算模块在第一时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述增加极限变化率来增加；
其中，所述TIAP计算模块在第二时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述第一减小极限变化率来减小；以及
其中，所述第一时间段在所述第二时间段之前。
方案9.如方案7所述的控制系统，其特征在于，所述TIAP计算模块在第一时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述第二减小极限变化率来减小；
其中，所述TIAP计算模块在第二时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述第三减小极限变化率来减小；以及
其中，所述第一时间段在所述第二时间段之前。
方案10.如方案7所述的控制系统，其特征在于，当所述当前TIAP信号正在增加并且所述BPV和所述废气门关闭时，所述极限变化率选择模块选择所述增加极限变化率；以及
其中，当所述当前TIAP信号正在减小并且所述BPV和所述废气门关闭时，所述极限变化率选择模块选择所述第一减小极限变化率。
方案11.如方案7所述的控制系统，其特征在于，所述TIAP信号监控模块基于所述极限变化率将所述当前TIAP信号的样本数量限制为N个样本，其中N是大于1的整数，
其中，当所述TIAP信号监控模块采样所述当前TIAP信号时，所述TIAP信号监控模块使检测计数器递增1。
方案12.如方案11所述的控制系统，其特征在于，当所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开，所述检测计数器小于或等于N，和所述压力变化率值大于或等于所述第三减小极限变化率时，所述极限变化率选择模块选择所述第二减小极限变化率。
方案13.如方案11所述的控制系统，其特征在于，当所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开，所述检测计数器小于或等于N，和所述压力变化率值小于所述第三减小极限变化率时，所述极限变化率选择模块选择所述第三减小极限变化率；以及
其中，当所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开和所述检测计数器大于N时，所述极限变化率选择模块选择所述第三减小极限变化率。
方案14.一种控制具有涡轮增压器系统的发动机内的空气压力的方法，包括：
基于来自节气门进口绝对压力TIAP传感器的当前节气门进口绝对压力TIAP信号和之前TIAP信号之间的压差来产生压力变化率值；
基于所述压力变化率值选择极限变化率；
基于所述极限变化率和所述当前TIAP信号来产生计算的TIAP信号；
基于所述计算的TIAP信号来产生节气门控制信号；以及
基于所述节气门控制信号来致动所述发动机的进口节气门阀ITV。
方案15.如方案14所述的方法，其特征在于，进一步包括：
基于所述涡轮增压器系统的旁通阀BPV和废气门中的至少一个的打开来产生状态信号；
以预定采样间隔反复地采样所述当前TIAP信号；
基于来自进气歧管绝对压力MAP传感器的进气歧管绝对压力MAP信号和来自涡轮增压器进口绝对压力TCIAP传感器的涡轮增压器进口绝对压力TCIAP信号来检测所述计算的TIAP信号的最小值；
经由所述TCIAP信号指示所述发动机的所述涡轮增压器系统上游的绝对压力；
经由所述MAP信号指示所述发动机的进气歧管内的绝对压力；
经由所述压力变化率值指示所述当前TIAP信号是正在增加和正在减小中的一种；
经由所述当前TIAP信号指示所述ITV上游的绝对压力；以及
将所述TIAP传感器定位在所述涡轮增压器系统和所述ITV之间。
方案16.如方案15所述的方法，其特征在于，进一步包括：
包括用于所述涡轮增压器系统的旁通阀BPV和废气门中的至少一个；以及
当所述涡轮增压器系统的增压压力大于预定阈值时，打开所述BPV和所述废气门中的至少一个。
方案17.如方案15所述的方法，其特征在于，进一步包括：
当所述计算的TIAP信号小于或等于具有所述第一偏移的所述MAP信号时，将第一临时变量设定为具有与所述MAP传感器相关联的第一偏移的所述MAP信号；
当所述计算的TIAP信号小于或等于具有所述第二偏移的所述TCIAP信号时，将第二临时变量设定为具有与所述TCIAP传感器相关联的第二偏移的所述TCIAP信号；以及
当所述第一临时变量和所述第二临时变量都不等于0时，将所述计算的TIAP信号设定为所述第一临时变量和所述第二临时变量中较大的一个。
方案18.如方案15所述的方法，其特征在于，进一步包括：
从增加极限变化率、第一减小极限变化率、第二减小极限变化率、和第三减小极限变化率中的一个选择所述极限变化率；
其中，所述第二减小极限变化率大于所述第一减小极限变化率和第三减小极限变化率，且所述第三减小极限变化率大于或等于所述第一减小极限变化率；
当选择所述第二减小极限变化率时，将所述当前TIAP信号的样本数量限制为N个样本，其中N是大于1的整数；以及
当采样所述当前TIAP信号时，使所述检测计数器递增1。
方案19.如方案18所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在第一时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述增加极限变化率来增加；
在第二时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述第一减小极限变化率来减小；
在第二时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述第二减小极限变化率来减小；以及
在第二时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述第三减小极限变化率来减小；
其中，所述第一时间段在所述第二时间段之前。
方案20.如方案18所述的方法，其特征在于，进一步包括：
当所述当前TIAP信号正在增加且所述BPV和所述废气门关闭时，选择所述增加极限变化率；
当所述当前TIAP信号正在减小且所述BPV和所述废气门关闭时，选择所述第一减小极限变化率；
当所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开，所述检测计数器小于或等于N，和所述压力变化率值大于或等于所述第三减小极限变化率时，选择所述第二减小极限变化率；
当所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开，所述检测计数器小于或等于N，和所述压力变化率值小于所述第三减小极限变化率时，选择所述第三减小极限变化率；以及
当所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开和所述检测计数器大于N时，选择所述第三减小极限变化率。
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，而并不旨在限制本发明的范围。
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示例性发动机控制系统的功能框图；
图2是根据本发明实施例的节气门控制系统的功能框图；
图3A-3D示出了根据本发明实施例的对节气门前的进气压力进行控制的方法；以及
图4是涡轮增压的发动机的第一节气门进口绝对压力(TIAP)信号和不带涡轮增压器的发动机的第二TIAP信号的示例性曲线图；以及
图5是常规TIAP信号和由本发明系统产生的TIAP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表示相似元件。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。
另外，尽管下面的实施例主要关于示例的内燃发动机描述，本发明可应用于其他发动机。例如，本发明可应用于压缩点火式发动机、火花点火式发动机、均质火花点火式发动机、均质充量压缩点火式发动机、分层火花点火式发动机、和火花辅助压缩点火式发动机。
发动机可构造有涡轮增压器以调节供给到发动机汽缸的气流。涡轮增压器使用来自排气流的能量增压进气歧管中的空气压力。排气流可由多个控制致动器控制，例如废气门和旁通阀(BPV)。废气门和/或BPV可被打开以减小节气门前的进气压力。这种空气压力中的减小能够导致节气门前的压降。
发动机控制系统可通过控制进气节气门阀(ITV)的位置来补偿节气门前的压降。ITV被用来基于来自TIAP传感器的节气门进口绝对压力(TIAP)信号来调节供给到汽缸的节气门前进气量。TIAP传感器产生TIAP信号，其表示ITV上游的绝对压力。颠簸状况可能由于节气门前的进气流的非线性特征而产生。此处公开的实施例最小化了颠簸状况的持续时间和/或防止了颠簸状况。
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和气流控制系统14。发动机12燃烧空气/燃料混合物，以基于发动机操作参数、使用者输入、和环境状况产生用于车辆的驱动扭矩。
气流控制系统14可包括节气门控制系统16和涡轮增压器系统18。节气门控制系统16可包括发动机控制模块(ECM)20、ITV 22、节气门位置传感器(TPS)24、和TIAP传感器26。ECM 20可包括TIAP安全控制模块28和节气门控制模块30。
TIAP安全控制模块28基于来自TIAP传感器26的当前TIAP信号TIAPCURR协调对ITV 22的控制。TIAP安全控制模块28基于当前TIAP信号TIAPCURR控制节气门前的进气量。TIAP传感器26产生当前TIAP信号TIAPCURR，其表示ITV 22上游的绝对压力。
节气门控制模块30基于来自TIAP安全控制模块28的计算的TIAP信号TIAPCALC控制ITV 22的打开和关闭。节气门控制模块30可使用一个或多个TPS 24监控ITV 22的位置。TPS 24产生节气门位置信号TPS，其表示ITV 22中节气门叶片32的位置。图2示出了TIAP安全控制模块28和节气门控制模块30的例子。
涡轮增压器系统18接收排气并提供压缩的空气充量到进气歧管34。涡轮增压器系统18可包括BPV 36和废气门38，以控制供给到进气歧管34的空气量。BPV 36和/或废气门38可由ECM 20被动地(例如，经由真空驱动阀)或主动地(例如，经由电子节气门控制器)致动。
BPV 36和/或废气门38可用于防止涡轮增压器系统18中的增压压力积累到大于预定阈值。例如，ECM 20可通过控制涡轮增压器系统18中的BPV 36和/或废气门38的位置来调整增压压力。尽管图1示出了双级涡轮增压器系统，但是本发明可应用于其他类型的涡轮增压器系统。
在发动机工作期间，空气经由空气过滤器40被接收并行进经过涡轮增压器进口绝对压力(TCIAP)传感器42、涡轮增压器系统18、TIAP传感器26、和ITV 22。TCIAP传感器42产生TCIAP信号TurboIAP，其表示涡轮增压器系统18上游的绝对压力。空气被吸入进气歧管34。进气歧管34内的空气被分配到汽缸40内。进气歧管绝对压力(MAP)传感器46检测进气歧管34内的空气压力并产生MAP信号IMAP。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44。
燃料经由燃料轨48、50被提供，并与被吸入汽缸44的空气混合。尽管示出了汽油供能的内燃发动机，但是此处公开的实施例可应用于柴油发动机或替代燃料源的发动机。空气/燃料混合物在汽缸44内被压缩并且被点燃以产生发动机12的驱动扭矩。
发动机速度传感器52产生发动机速度信号RPM，其以每分钟转数(RPM)为单位来表示发动机12的速度。汽缸44内的燃烧排气经由排气歧管54、56被排出。排气行进经过排气导管58、60并被引导至涡轮增压器系统18。
涡轮增压器系统18可包括主涡轮增压器62和副涡轮增压器64。主涡轮增压器62可包括可变几何涡轮(VGT)66和高压压缩机(HPC)68。当排气流经VGT 66时，HPC 68旋转并迫使空气进入汽缸44。VGT 66可具有一组可运动的叶片(未示出)，以控制流经主涡轮增压器62的排气压力。例如，当排气流量较低时，叶片部分关闭以增加主涡轮增压器62的速度。随着发动机速度增加，叶片可打开以减小主涡轮增压器62的速度。
副涡轮增压器64可包括固定几何涡轮(FGT)70和低压压缩机(LPC)72。经过FGT 70的排气导致LPC 72旋转并且对空气进行压缩。排气从排气歧管54、56流入VGT 66，然后经过FGT 70。随着发动机速度增加和VGT 66中增压压力升高，BPV 36可被打开以允许排气流经FGT 70。类似地，当FGT 70中增压压力大于预定阈值时，废气门38可被打开以允许排气绕过FGT 70。压缩机旁通阀(CBPV)74可与BPV 36协同工作。在另一个实施例中，CBPV 74和BPV 36可独立地工作。CBPV 74防止HPC 68旋转得快于预定速度。
在图2中，示出了节气门控制系统16。节气门控制系统16可包括TIAP安全控制模块28和节气门控制模块30。TIAP安全控制模块28可包括：废气门和BPV监控模块202、TIAP信号监控模块204、变化率确定模块206、极限变化率选择模块208、TIAP计算模块210、和最小值检查模块212。
废气门和BPV监控模块202可监控BPV 36和废气门38并产生状态信号STAT，其为BPV 36和废气门38之一是否打开的“真(TRUE)”或“假(FALSE)”的指示。TIAP信号监控模块204可以预定采样间隔来反复地检测(即，采样)来自TIAP传感器26的当前TIAP信号TIAPCURR。例如，采样间隔可为12.5毫秒的时间段。变化率确定模块206能够以预定采样间隔来接收当前TIAP信号TIAPCURR并产生当前TIAP信号TIAPCURR的压力变化率值PRV。
压力变化率值PRV指的是预定时间段上的空气压力变化的速度(例如，7kPa/12.5毫秒)。压力变化率值PRV可基于当前TIAP信号和预定采样间隔之前产生的之前TIAP信号之间的压差来确定。例如，当前压力(例如，10kPa)可从之前的压力(例如，13kPa)中减去，以产生压力变化率值PRV(例如，+3kPa/12.5毫秒)，所述之前的压力在之前间隔(例如，之前的12.5毫秒)期间被检测。来自计时器214的时钟信号CLK可用于检测预定采样间隔的开始和结束时间。
极限变化率选择模块208可基于压力变化率值PRV、状态信号STAT和检测计数器216选择极限变化率LR。极限变化率LR指的是计算的TIAP信号TIAPCALC中的最大允许压力变化。例如，计算的TIAP信号TIAPCALC中的压力变化可被限制为112kPa/秒。
极限变化率LR可从增加极限变化率220和一组M个减小极限变化率221中选择，其中M是大于1的整数。作为例子，极限变化率LR可从增加极限变化率220和一组三个减小极限变化率222-226中选择。极限变化率LR可为增加极限变化率220、第一减小极限变化率222、第二减小极限变化率224和第三减小极限变化率226中的一个。
第二减小极限变化率224可大于第一和第三减小极限变化率222、226，而第三减小极限变化率226可大于或等于第一减小极限变化率222。例如，第二减小极限变化率224可被设定为112kPa/秒，而第一和第三减小极限变化率222、226可被设定为1kPa/秒。极限变化率220-228可被校准并存储在存储器218中。
极限变化率LR可用于确定计算的TIAP信号TIAPCALC的增加或减小的压力变化率值PRV。例如，第二减小极限变化率224可将压力变化率值PRV限制到第一预定压力变化率(例如，112kPa/秒)。类似地，第三减小极限变化率226可将压力变化率值PRV限制到第二预定压力变化率(例如，1kPa/秒)。这表示使用第二减小极限变化率224计算的TIAP信号TIAPCALC比使用第三减小极限变化率226减小得更快。这些极限变化率的其他例子参照图3A-3D的实施例描述。
当选择第二减小极限变化率224时，当前TIAP信号TIAPCURR的多个检测(即，样本)可被限制为N个样本。N是大于1的整数。检测计数器216可被存储在存储器218中并用于对样本的数量计数。
TIAP计算模块210可基于极限变化率LR和当前TIAP信号TIAPCURR产生计算的TIAP信号TIAPCALC。例如，计算的TIAP信号TIAPCALC可最初设定为当前TIAP信号TIAPCURR的相等值。TIAP计算模块210可基于极限变化率LR增加或减小计算的TIAP信号TIAPCALC。
最小值检查模块212可检测计算的TIAP信号TIAPCALC的最小值，并基于MAP信号IMAP和TCIAP信号TurboIAP产生经调节的计算的TIAP信号TIAPMIN。最小值可被设定为MAP信号IMAP和TCIAP信号TurboIAP中较大的一个。MAP信号IMAP和TCIAP信号TurboIAP可偏移以校准的偏移值。作为例子，校准的偏移值可设定为等于1-2kPa。校准的偏移值可基于例如，电压以及MAP和TCIAP传感器42、46的当前变化、传感器敏感度、传感器位置和/或仪器噪音来确定。
节气门控制模块30可接收经调节的计算的TIAP信号TIAPMIN，并基于经调节的计算的TIAP信号TIAPMIN产生节气门控制信号THR。节气门控制模块30可基于节气门控制信号THR致动ITV 22。节气门控制模块30可通过基于节气门控制信号THR来调节ITV 22，从而控制发动机12的扭矩输出。
在图3A-3D中，示出了对节气门前的进气压力进行控制的示例性方法。尽管下列步骤主要关于图1-2的实施例描述，但是这些步骤可修改，以应用于本发明的其他实施例。图1的TIAP安全控制模块28可进行并提供关于下列步骤302-352的控制。
方法开始于300。在步骤302，TIAP信号监控模块204可从TIAP传感器26接收当前TIAP信号TIAPCURR。在步骤304，TIAP计算模块210可初始地产生计算的TIAP信号TIAPCALC，并设定计算的TIAP信号TIAPCALC为当前TIAP信号TIAPCURR。当前的和计算的TIAP信号TIAPCURR、TIAPCALC可具有相等的初始值。
在步骤306，TIAP信号监控模块204可初始地将存储器218中的检测计数器216重设为0。在步骤308，废气门和BPV监控模块202可产生状态信号STAT。当状态信号STAT为“真”时控制程序可进行到步骤310，否则控制程序可进行到步骤312。在步骤310，TIAP信号监控模块204可检测当前TIAP信号TIAPCURR并使检测计数器216递增1。
在步骤312，变化率确定模块206能够以预定采样间隔(例如，12.5毫秒)从TIAP信号监控模块204接收当前TIAP信号TIAPCURR。变化率确定模块206可产生当前TIAP信号TIAPCURR的压力变化率值PRV。压力变化率值PRV可基于当前TIAP信号和在预定采样间隔前产生的之前TIAP信号之间的压差来确定。
例如，可从之前TIAP信号(例如，10kPa)中减去当前TIAP信号(例如，13kPa)以产生-3kPa/12.5毫秒的压力变化率值PRV。仅作为示例，负压力变化率值可表示当前TIAP信号TIAPCURR在增加。类似地，正压力变化率值可表示当前TIAP信号TIAPCURR在减小。当压力变化率值PRV表示当前TIAP信号TIAPCURR在增加时，控制程序可进行到步骤314，否则控制程序可进行到步骤316。
现在还参照图4，示出了不带涡轮增压器的发动机(即，非涡轮(或自然进气)发动机)的第一TIAP信号400和涡轮增压的发动机(即，涡轮发动机)的第二TIAP信号402的示例性曲线图。第一TIAP信号400可在发动机操作期间保持恒定水平。第二TIAP信号402在涡轮增压器增压时间段期间可具有三角形廓形，例如在点A和B之间。在涡轮增压器增压时间段期间，涡轮增压器系统18为了增加发动机12的扭矩输出而增加增压压力。
点A标志着涡轮增压器增压时间段的开始时间，点B标志着涡轮增压器增压时间段的结束时间。点C标志着BPV 36和废气门38中的至少一个被打开以减小增压压力并由此避免对发动机12的潜在硬件损害的时间(或时刻)。第二TIAP信号402的第一段404与进气歧管34中增加的空气压力相关联，并在点A和C之间具有由406标记的第一持续时间。第二TIAP信号402的第二段408与减小的空气压力相关联，并在点C和B之间具有由410标记的第二持续时间。空气压力减小可导致点C和B之间和/或第二持续时间410期间的颠簸状况。
现在再次参照图3A，在步骤314，当满足某些条件时，极限变化率选择模块208可选择增加极限变化率220作为极限变化率LR。增加极限变化率220的条件可包括：压力变化率值PRV表示了当前TIAP信号TIAPCURR正在增加且状态信号STAT为“假”(即，BPV 36和废气门38都关闭)。
在步骤316，当满足某些条件时，极限变化率选择模块208可选择第一减小极限变化率222作为极限变化率LR。第一减小极限变化率222的条件可包括压力变化率值PRV表示当前TIAP信号TIAPCURR正在减小且状态信号STAT为“假”。
现在还参照图3B，在步骤318，TIAP计算模块210可基于极限变化率LR并通过增加所述计算的TIAP信号TIAPCALC而产生计算的TIAP信号TIAPCALC。例如，计算的TIAP信号TIAPCALC可通过增加极限变化率220来增加。在步骤320，TIAP计算模块210可基于极限变化率LR并通过减小计算的TIAP信号TIAPCALC而产生计算的TIAP信号TIAPCALC。例如，计算的TIAP信号TIAPCALC可通过第一减小极限变化率222来减小。
在步骤322，最小值检查模块212可检测计算的TIAP信号TIAPCALC的最小值，并基于MAP信号IMAP和TCIAP信号TurboIAP产生经调节(或受条件约束(conditioned))的计算的TIAP信号TIAPMIN。在步骤324，节气门控制模块30基于计算的TIAP信号TIAPCALC产生节气门控制信号THR，并基于节气门控制信号THR致动ITV 22。
现在还参照图3C，示出了步骤322的示例性最小值检查。在步骤380，最小值检查模块212可从TCIAP和MAP传感器42、46接收TCIAP和MAP信号TurboIAP、IMAP。在步骤382，最小值检查模块212可将第一和第二临时变量TIAPTEMP1和TIAPTEMP2重设为0。
在步骤384，当计算的TIAP信号TIAPCALC小于或等于具有第一偏移Offset1的MAP信号IMAP时，最小值检查模块212可进行到步骤386。第一偏移Offset1指的是MAP传感器46的校准偏移值。在与计算的TIAP信号TIAPCALC比较之前，可从MAP信号IMAP中减去第一偏移Offset1，以提供具有第一偏移Offset1的MAP信号IMAP的第一值。当计算的TIAP信号TIAPCALC小于或等于第一值时，最小值检查模块212可进行到步骤386，否则最小值检查模块212可进行到步骤388。在步骤386，最小值检查模块212可将第一临时变量TIAPTEMP1设定为第一值。
在步骤388，当计算的TIAP信号TIAPCALC小于或等于具有第二偏移Offset2的TCIAP信号TurboIAP时，最小值检查模块212可进行到步骤390。第二偏移Offset2指的是TCIAP传感器42的校准偏移值。在与计算的TIAP信号TIAPCALC比较之前，可从TCIAP信号TurboIAP中减去第二偏移Offset2，以提供具有第二偏移Offset2的TCIAP信号TurboIAP的第二值。当计算的TIAP信号TIAPCALC小于或等于第二值时，最小值检查模块212可进行到步骤390，否则最小值检查模块212可进行到步骤392。在步骤390，最小值检查模块212可将第二临时变量TIAPTEMP2设定为第二值。
在步骤392，当第一临时变量TIAPTEMP1大于第二临时变量TIAPTEMP2时，最小值检查模块212可进行到步骤394，否则最小值检查模块212可进行到步骤396。在步骤394，最小值检查模块212可将计算的TIAP信号TIAPCALC设定为第一临时变量TIAPTEMP1。
在步骤396，当第二临时变量TIAPTEMP2不等于0时，最小值检查模块212可进行到步骤398，否则最小值检查模块212可结束，而不修改计算的TIAP信号TIAPCALC。在步骤398，最小值检查模块212可将计算的TIAP信号TIAPCALC设定为第二临时变量TIAPTEMP2。
现在再次参照图3A，在步骤326，当检测计数器216大于N时，控制程序可进行到步骤328，否则控制程序可进行到步骤330。N是当应用了第二减小极限变化率224时当前TIAP信号TIAPCURR的样本的预定最大数量。N是大于1的整数。
在步骤330，极限变化率选择模块208可基于时钟信号CLK计算状态信号STAT变为“真”的时间和当前时间之间的时间段。例如，极限变化率选择模块208可访问计时器214以接收当BPV 26和废气门38之一被打开时的初始时间戳。计时器214将初始时间戳与基于时钟信号CLK的当前时间戳相比较。当该时间段大于预定最小时间段时，控制程序可进行到步骤332，否则控制程序可进行到步骤334。
在预定最小时间段期间，极限变化率选择模块208可选择第二减小极限变化率224作为极限变化率LR。预定最小时间段还可用于稳定ITV 22上游的空气压力。仅作为示例，ITV 22上游的空气压力在预定最小时间段中可能为不稳定的，这是因为当BPV 26和废气门38之一被打开时产生的排气背压的缘故。
在步骤332，当前TIAP信号TIAPCURR可由TIAP信号监控模块204检测。变化率确定模块206可接收当前TIAP信号TIAPCURR，并产生当前TIAP信号TIAPCURR的压力变化率值PRV。压力变化率值PRV可基于当前TIAP信号和预定时间段前产生的之前TIAP信号之间的压差而产生。在当前TIAP信号TIAPCURR的压力变化率值PRV小于第三减小极限变化率226时，控制程序可进行到步骤328，否则控制程序可进行到步骤334。
在步骤328，当满足某些条件时，极限变化率选择模块208可选择第三减小极限变化率226作为极限变化率LR。第三减小极限变化率226的条件可包括：状态信号STAT为“真”；当前TIAP信号TIAPCURR的压力变化率值PRV小于第三减小极限变化率226，或检测计数器216大于N。
在步骤334，当满足某些条件时，极限变化率选择模块208可选择第二减小极限变化率224作为极限变化率LR。第二减小极限变化率224的条件可包括：状态信号STAT为“真”；当前TIAP信号TIAPCURR的压力变化率值PRV大于或等于第三减小极限变化率226；和检测计数器216小于或等于N。
现在还参照图5，其示出了使用常规极限变化率的第一计算的TIAP信号500，当前TIAP信号502，和使用本发明极限变化率的第二计算的TIAP信号504的示例性曲线图。信号500、502、504可在点P开始减小。点P标志着BPV 36和废气门38中的至少一个被打开以减轻涡轮增压器系统18中的空气压力的时刻。在涡轮增压器增压操作期间，空气压力可在涡轮增压器系统18中积累。颠簸状况可由于BPV 36和/或废气门38的打开事件导致的压降而在点P处开始。
第一计算的TIAP信号500可示出颠簸状况在点P和T之间的时间段期间继续。点T标志着第一计算的TIAP信号500的颠簸状况的结束时间。当前TIAP信号502可表示BPV 36和废气门38之一中的环境空气压力。BPV 36和/或废气门38的环境空气压力可在点P处开始减小，并继续减小直到点S。点S标志着环境空气压力稳定在压力X1的时刻。压力X1可等于具有相应的校准偏移的MAP信号IMAP和/或TCIAP信号TurboIAP。
第二计算的TIAP信号504可示出颠簸状况在点P和R之间的时间段期间继续。点R标志着第二计算的TIAP信号504的颠簸状况的结束时间。第二和第三减小极限变化率224、226的应用减小了颠簸状况的持续时间。这由点R和T之间的时间减小量(由506标记)表示。相比之下，常规极限变化率的应用可增加颠簸状况的时间段。第二和第三减小极限变化率224、226分别在时间段508期间(点P和Q之间的时间)和时间段510期间(点Q和R之间的时间)被应用。
点(Q，X2)与当前TIAP信号502的压力变化率值PRV何时小于第三减小极限变化率226和/或检测计数器216何时大于N相关联。第三减小极限变化率226可在点(Q，X2)处应用，并继续应用直到点R的时间。尽管此处描述了检测计数器216，但是检测计时器也可实施，以在时间段508期间限制第二减小极限变化率224的应用。
现在还参照图3D，在步骤340，TIAP计算模块210可基于极限变化率LR通过减小计算的TIAP信号TIAPCALC产生计算的TIAP信号TIAPCALC。例如，计算的TIAP信号TIAPCALC可通过第三减小极限变化率226来减小。在步骤342，最小值检查模块212可检测计算的TIAP信号TIAPCALC的最小值，并基于MAP信号IMAP和TCIAP信号TurboIAP产生经调节的计算的TIAP信号TIAPMIN。在步骤344，节气门控制模块30基于计算的TIAP信号TIAPCALC产生节气门控制信号THR，并基于节气门控制信号THR致动ITV 22。
在步骤346，当计算的TIAP信号TIAPCALC等于第一和第二临时变量TIAPTEMP1、TIAPTEMP2之一时，控制程序可进行到步骤302，否则控制程序可返回到步骤340。如图3C所示，计算的TIAP信号TIAPCALC的最小值可被限制为第一和第二临时变量TIAPTEMP1、TIAPTEMP2之一。第一和第二临时变量TIAPTEMP1、TIAPTEMP2基于具有相应的校准偏移的MAP信号IMAP和TCIAP信号TurboIAP确定。
在步骤350，TIAP计算模块210可基于极限变化率LR且通过减小计算的TIAP信号TIAPCALC产生计算的TIAP信号TIAPCALC。例如，计算的TIAP信号TIAPCALC可通过第二减小极限变化率224来减小。
在步骤352，最小值检查模块212可检测计算的TIAP信号TIAPCALC的最小值，并基于MAP信号IMAP和TCIAP信号TurboIAP产生经调节的计算的TIAP信号TIAPMIN。在步骤354，节气门控制模块30基于计算的TIAP信号TIAPCALC产生节气门控制信号THR，并基于节气门控制信号THR致动ITV 22。
上述步骤应当作为示例性例子；这些步骤可取决于应用而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。
本发明的广泛教导可按照多种形式实施。因此，尽管本发明包括了具体示例，但本发明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)

1.一种用于具有涡轮增压器系统的发动机的空气压力控制系统，所述空气压力控制系统包括：
变化率确定模块，其基于来自节气门进口绝对压力TIAP传感器的当前节气门进口绝对压力TIAP信号和之前TIAP信号之间的压差来产生压力变化率值；
极限变化率选择模块，其基于所述压力变化率值来选择极限变化率；
TIAP计算模块，其基于所述极限变化率和所述当前TIAP信号产生计算的TIAP信号；以及
节气门控制模块，其基于所述计算的TIAP信号产生节气门控制信号，并基于所述节气门控制信号致动所述发动机的进口节气门阀ITV。
2.如权利要求1所述的空气压力控制系统，其特征在于，进一步包括：
废气门和旁通阀BPV监控模块，其基于所述涡轮增压器系统的BPV和废气门中的至少一个的打开而产生状态信号；
TIAP信号监控模块，其以预定采样间隔反复地采样所述当前TIAP信号；以及
最小值检查模块，其基于来自进气歧管绝对压力MAP传感器的进气歧管绝对压力MAP信号和来自涡轮增压器进口绝对压力TCIAP传感器的涡轮增压器进口绝对压力TCIAP信号检测所述计算的TIAP信号的最小值；
其中，所述TCIAP信号表示所述涡轮增压器系统上游的绝对压力，所述MAP信号表示所述发动机的进气歧管内的绝对压力。
3.如权利要求1所述的空气压力控制系统，其特征在于，所述压力变化率值表示所述当前TIAP信号是正在增加和正在减小中的一种；
其中，所述当前TIAP信号表示所述ITV上游的绝对压力，以及
其中，所述TIAP传感器定位于所述涡轮增压器系统和所述ITV之间。
4.如权利要求1所述的空气压力控制系统，其特征在于，所述涡轮增压器系统包括BPV和废气门中的至少一个；
其中，当所述涡轮增压器系统的增压压力大于预定阈值时，所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开。
5.如权利要求2所述的空气压力控制系统，其特征在于，当所述计算的TIAP信号小于或等于具有所述第一偏移的所述MAP信号时，所述最小值检查模块将第一临时变量设定为具有与所述MAP传感器相关联的第一偏移的所述MAP信号；
其中，当所述计算的TIAP信号小于或等于具有所述第二偏移的所述TCIAP信号时，所述最小值检查模块将第二临时变量设定为具有与所述TCIAP传感器相关联的第二偏移的所述TCIAP信号；以及
其中，当所述第一临时变量和所述第二临时变量都不等于0时，所述最小值检查模块将所述计算的TIAP信号设定为所述第一临时变量和所述第二临时变量中较大的一个。
6.如权利要求1所述的空气压力控制系统，其特征在于，所述极限变化率选择模块从增加极限变化率和M个减小极限变化率中的一个选择所述极限变化率，其中M是大于1的整数。
7.如权利要求1所述的空气压力控制系统，其特征在于，所述极限变化率选择模块从增加极限变化率，第一减小极限变化率，第二减小极限变化率，和第三减小极限变化率中的一个来选择所述极限变化率；以及
其中，所述第二减小极限变化率大于所述第一减小极限变化率和第三减小极限变化率，所述第三减小极限变化率大于或等于所述第一减小极限变化率。
8.如权利要求7所述的空气压力控制系统，其特征在于，所述TIAP计算模块在第一时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述增加极限变化率来增加；
其中，所述TIAP计算模块在第二时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述第一减小极限变化率来减小；以及
其中，所述第一时间段在所述第二时间段之前。
9.如权利要求7所述的空气压力控制系统，其特征在于，所述TIAP计算模块在第一时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述第二减小极限变化率来减小；
其中，所述TIAP计算模块在第二时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述第三减小极限变化率来减小；以及
其中，所述第一时间段在所述第二时间段之前。
10.如权利要求7所述的空气压力控制系统，其特征在于，当所述当前TIAP信号正在增加并且所述BPV和所述废气门关闭时，所述极限变化率选择模块选择所述增加极限变化率；以及
其中，当所述当前TIAP信号正在减小并且所述BPV和所述废气门关闭时，所述极限变化率选择模块选择所述第一减小极限变化率。
11.如权利要求7所述的空气压力控制系统，其特征在于，所述TIAP信号监控模块基于所述极限变化率将所述当前TIAP信号的样本数量限制为N个样本，其中N是大于1的整数，
其中，当所述TIAP信号监控模块采样所述当前TIAP信号时，所述TIAP信号监控模块使检测计数器递增1。
12.如权利要求11所述的空气压力控制系统，其特征在于，当所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开，所述检测计数器小于或等于N，和所述压力变化率值大于或等于所述第三减小极限变化率时，所述极限变化率选择模块选择所述第二减小极限变化率。
13.如权利要求11所述的空气压力控制系统，其特征在于，当所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开，所述检测计数器小于或等于N，和所述压力变化率值小于所述第三减小极限变化率时，所述极限变化率选择模块选择所述第三减小极限变化率；以及
其中，当所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开和所述检测计数器大于N时，所述极限变化率选择模块选择所述第三减小极限变化率。
14.一种控制具有涡轮增压器系统的发动机内的空气压力的方法，包括：
基于来自节气门进口绝对压力TIAP传感器的当前节气门进口绝对压力TIAP信号和之前TIAP信号之间的压差来产生压力变化率值；
基于所述压力变化率值选择极限变化率；
基于所述极限变化率和所述当前TIAP信号来产生计算的TIAP信号；
基于所述计算的TIAP信号来产生节气门控制信号；以及
基于所述节气门控制信号来致动所述发动机的进口节气门阀ITV。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括：
基于所述涡轮增压器系统的旁通阀BPV和废气门中的至少一个的打开来产生状态信号；
以预定采样间隔反复地采样所述当前TIAP信号；
基于来自进气歧管绝对压力MAP传感器的进气歧管绝对压力MAP信号和来自涡轮增压器进口绝对压力TCIAP传感器的涡轮增压器进口绝对压力TCIAP信号来检测所述计算的TIAP信号的最小值；
经由所述TCIAP信号指示所述发动机的所述涡轮增压器系统上游的绝对压力；
经由所述MAP信号指示所述发动机的进气歧管内的绝对压力；
经由所述压力变化率值指示所述当前TIAP信号是正在增加和正在减小中的一种；
经由所述当前TIAP信号指示所述ITV上游的绝对压力；以及
将所述TIAP传感器定位在所述涡轮增压器系统和所述ITV之间。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括：
包括用于所述涡轮增压器系统的旁通阀BPV和废气门中的至少一个；以及
当所述涡轮增压器系统的增压压力大于预定阈值时，打开所述BPV和所述废气门中的至少一个。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括：
当所述计算的TIAP信号小于或等于具有所述第一偏移的所述MAP信号时，将第一临时变量设定为具有与所述MAP传感器相关联的第一偏移的所述MAP信号；
当所述计算的TIAP信号小于或等于具有所述第二偏移的所述TCIAP信号时，将第二临时变量设定为具有与所述TCIAP传感器相关联的第二偏移的所述TCIAP信号；以及
当所述第一临时变量和所述第二临时变量都不等于0时，将所述计算的TIAP信号设定为所述第一临时变量和所述第二临时变量中较大的一个。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括：
从增加极限变化率、第一减小极限变化率、第二减小极限变化率、和第三减小极限变化率中的一个选择所述极限变化率；
其中，所述第二减小极限变化率大于所述第一减小极限变化率和第三减小极限变化率，且所述第三减小极限变化率大于或等于所述第一减小极限变化率；
当选择所述第二减小极限变化率时，将所述当前TIAP信号的样本数量限制为N个样本，其中N是大于1的整数；以及
当采样所述当前TIAP信号时，使所述检测计数器递增1。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在第一时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述增加极限变化率来增加；
在第二时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述第一减小极限变化率来减小；
在第二时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述第二减小极限变化率来减小；以及
在第二时间段期间将所述计算的TIAP信号设定为所述当前TIAP信号，并使所述计算的TIAP信号通过所述第三减小极限变化率来减小；
其中，所述第一时间段在所述第二时间段之前。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括：
当所述当前TIAP信号正在增加且所述BPV和所述废气门关闭时，选择所述增加极限变化率；
当所述当前TIAP信号正在减小且所述BPV和所述废气门关闭时，选择所述第一减小极限变化率；
当所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开，所述检测计数器小于或等于N，和所述压力变化率值大于或等于所述第三减小极限变化率时，选择所述第二减小极限变化率；
当所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开，所述检测计数器小于或等于N，和所述压力变化率值小于所述第三减小极限变化率时，选择所述第三减小极限变化率；以及
当所述BPV和所述废气门中的至少一个被打开和所述检测计数器大于N时，选择所述第三减小极限变化率。
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