CN102562340B - 用于内燃发动机的egr、新鲜质量空气流量和增压压力的控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于内燃发动机的EGR、新鲜质量空气流量和增压压力的控制,具体地,发动机包括废气再循环回路、节气阀系统和充气系统。控制发动机的方法包括基于废气再循环系统、节气阀系统和充气系统中第一选择的一个系统的逆流模型确定该第一选择的系统的前馈控制指令。这包括基于第一选择的系统的有效过流面积监测第一输入、基于第一选择的系统内的压力值监测第二输入、和基于第一输入与第二输入确定第一选择的系统的前馈控制指令。基于第一选择的系统的前馈控制指令控制第一选择的系统。

Description

用于内燃发动机的EGR、新鲜质量空气流量和增压压力的控制
技术领域
[0001 ] 本发明涉及内燃发动机的控制。
背景技术
[0002] 在该部分中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息,并且可能不构成现有技术。
[0003] 发动机控制包括基于包括发动机速度和发动机负载的期望的发动机输出的操作和例如包括发动机排放的所得到的操作中的参数控制。由发动机控制方法控制的参数包括空气流量、燃料流量和进气与排气门设定。
[0004] 可向发动机提供增压空气,以相对于自然吸气的进气系统向发动机提供增加的空气流量,从而提高发动机的输出。涡轮增压器利用发动机的排气系统中的压力,以驱动向发动机提供增压空气的压缩机。示例性的涡轮增压器可包括可变几何涡轮增压器(VGT),以使得为排气系统给定的条件提供的增压空气的调节成为可能。增压器利用例如由附件带提供的来自发动机的机械动力,以驱动向发动机提供增压空气的压缩机。
[0005] 废气再循环(EGR)是可控制的另一参数。发动机的排气系统内的废气流量被耗尽了氧,并且基本上为惰性气体。EGR控制影响发动机内的燃烧和所得到的发动机输出。
[0006] 用于发动机的空气处理系统管理进入发动机的进气空气流量和EGR。必须配备空气处理系统,以满足达到排放目标的充气成分目标(例如EGR份额目标),并满足达到期望的功率和扭矩目标的总空气可用目标(例如充气流量质量流量)。最强烈地影响EGR流量的致动器通常影响充气流量,而最强烈地影响充气流量的致动器通常影响EGR流量。因此,具有现代空气处理系统的发动机提出了具有耦合的输入输出响应环的多输入多输出(MMO)系统。
发明内容
[0007] 发动机包括废气再循环回路、节气阀系统和充气系统。控制发动机的方法包括基于废气排气再循环系统、节气阀系统和充气系统中第一选择的一个系统的逆流模型确定该第一选择的系统的前馈控制指令。这包括基于第一选择的系统的有效过流面积监测第一输入、基于第一选择的系统内的压力值监测第二输出、和基于第一输入和第二输出确定第一选择的系统的前馈控制指令。基于第一选择的系统的前馈控制指令控制第一选择的系统。
[0008] 本发明还提供如下方案:
[0009] 1.控制内燃发动机中的废气再循环系统、节气阀系统和充气系统的方法,所述方法包括:
[0010] 基于所述废气再循环系统、所述节气阀系统和所述充气系统中第一选择的一个系统的逆流模型确定所述第一选择的系统的前馈控制指令,包括:
[0011] 基于所述第一选择的系统的有效过流面积监测第一输入;
[0012] 基于所述第一选择的系统内的压力值监测第二输入;以及
[0013] 基于所述第一输入和所述第二输入确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令;以及
[0014] 基于所述第一选择的系统的所述前馈控制指令控制所述第一选择的系统。
[0015] 2.根据方案I所述的方法,其中所述第一选择的系统为所述废气再循环系统,并且其中所述废气再循环系统的所述前馈控制指令包括用于在所述废气再循环系统内的废气再循环阀的前馈控制指令。
[0016] 3.根据方案2所述的方法,其中所述第一选择的系统内的所述压力值包括基于所述废气再循环系统的出口处的压力与所述废气再循环系统的入口处的压力的压力比;以及
[0017] 其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用基于所述有效过流面积与所述压力比的混合多项式。
[0018] 4.根据方案2所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用基于所述第一选择的系统的所述逆流模型填充的并校准以提供所述第一选择的系统的所述前馈控制指令的查阅表。
[0019] 5.根据方案4所述的方法,其中所述第一输入包括校正的废气再循环流量;以及
[0020] 其中所述第一选择的系统内的所述压力值包括基于所述废气再循环系统的出口处的压力与所述废气再循环系统的入口处的压力的压力比。
[0021] 6.根据方案2所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用指数多项式拟合模型,所述指数多项式拟合模型包括基于来自所述第一选择的系统的所述逆流模型的数据的多项式表达。
[0022] 7.根据方案2所述的方法,还包括:
[0023] 基于所述节气阀系统的逆流模型确定所述节气阀系统的前馈控制指令,包括:
[0024] 基于所述节气阀系统的有效过流面积监测所述节气阀系统的第一输入;
[0025] 基于所述节气阀系统内的压力值监测所述节气阀系统的第二输入;以及
[0026] 基于所述节气阀系统的所述第一输入和所述节气阀系统的所述第二输入确定所述节气阀系统的所述前馈控制指令;以及
[0027] 基于所述节气阀系统的所述前馈控制指令控制所述节气阀系统;以及
[0028] 其中确定所述节气阀系统的所述前馈控制指令包括利用如下中之一:
[0029] 基于基于所述节气阀系统的出口处的压力与所述节气阀系统的入口处的压力的压力比和所述节气阀系统的所述有效过流面积的混合多项式,
[0030] 基于所述节气阀系统的所述逆流模型填充的并校准成提供所述节气阀系统的所述前馈控制指令的查阅表,以及
[0031] 包括基于来自所述节气阀系统的所述逆流模型的数据的多项式表达的指数多项式拟合模型。
[0032] 8.根据方案7所述的方法,还包括:
[0033] 基于所述充气系统的逆流模型确定所述充气系统的前馈控制指令,包括:
[0034] 基于所述充气系统的有效过流面积监测所述充气系统的第一输入;
[0035] 基于所述充气系统内的压力值监测所述充气系统的第二输入;以及
[0036] 基于所述充气系统的所述第一输入和所述充气系统的所述第二输入确定所述充气系统的所述前馈控制指令;以及
[0037] 基于所述充气系统的所述前馈控制指令控制所述充气系统;以及
[0038] 其中确定所述充气系统的所述前馈控制指令包括利用如下中之一:
[0039] 基于基于所述充气系统的出口处的压力与所述充气系统的入口处的压力的压力比和所述充气系统的所述有效过流面积的混合多项式,
[0040] 基于所述充气系统的所述逆流模型填充的并校准成提供所述充气系统的所述前馈控制指令的查阅表,以及
[0041] 包括基于来自所述充气系统的所述逆流模型的数据的多项式表达的指数多项式拟合模型。
[0042] 9.根据方案2所述的方法,还包括:
[0043] 基于所述充气系统的逆流模型确定所述充气系统的前馈控制指令,包括:
[0044] 基于所述充气系统的有效过流面积监测所述充气系统的第一输入;
[0045] 基于所述充气系统内的压力值监测所述充气系统的第二输入;以及
[0046] 基于所述充气系统的所述第一输入和所述充气系统的所述第二输入确定所述充气系统的所述前馈控制指令;以及
[0047] 基于所述充气系统的所述前馈控制指令控制所述充气系统;以及
[0048] 其中确定所述充气系统的所述前馈控制指令包括利用如下中之一:
[0049] 基于所述充气系统的有效过流面积和基于所述充气系统的出口处的压力与所述充气系统的入口处的压力的压力比的混合多项式,
[0050] 基于所述充气系统的所述逆流模型填充的并校准成提供所述充气系统的所述前馈控制指令的查阅表,以及
[0051] 包括基于来自所述充气系统的所述逆流模型的数据的多项式表达的指数多项式拟合模型。
[0052] 10.根据方案I所述的方法,其中所述第一选择的系统为所述节气阀系统,并且其中所述节气阀系统的所述前馈控制指令包括所述节气阀系统内的节气门的前馈控制指令。
[0053] 11.根据方案10所述的方法,其中所述第一选择的系统内的所述压力值包括基于所述节气阀系统的出口处的压力与所述节气阀系统的入口处的压力的压力比;以及
[0054] 其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用基于所述有效过流面积与所述压力比的混合多项式。
[0055] 12.根据方案10所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用基于所述第一选择的系统的所述逆流模型填充的并校准成提供所述第一选择的系统的所述前馈控制指令的查阅表。
[0056] 13.根据方案12所述的方法,其中所述第一输入包括校正的质量空气流量;以及
[0057] 其中所述第一选择的系统内的所述压力值包括基于所述节气阀系统的出口处的压力与所述节气阀系统的入口处的压力的压力比。
[0058] 14.根据方案10所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用指数多项式拟合模型,所述指数多项式拟合模型包括基于来自所述第一选择的系统的所述逆流模型的数据的多项式表达。
[0059] 15.根据方案10所述的方法,还包括:
[0060] 基于所述充气系统的逆流模型确定所述充气系统的前馈控制指令,包括:
[0061] 基于所述充气系统的有效过流面积监测所述充气系统的第一输入;
[0062] 基于所述充气系统内的压力值监测所述充气系统的第二输入;以及
[0063] 基于所述充气系统的所述第一输入和所述充气系统的所述第二输入确定所述充气系统的所述前馈控制指令;以及
[0064] 基于所述充气系统的所述前馈控制指令控制所述充气系统;以及
[0065] 其中确定所述充气系统的所述前馈控制指令包括利用如下中之一:
[0066] 基于所述充气系统的所述有效过流面积和基于所述充气系统的出口处的压力与所述充气系统的入口处的压力的压力比的混合多项式,
[0067] 基于所述充气系统的所述逆流模型填充的并校准以提供所述充气系统的所述前馈控制指令的查阅表,以及
[0068] 包括基于来自所述充气系统的所述逆流模型的数据的多项式表达的指数多项式拟合模型。
[0069] 16.根据方案I所述的方法,其中所述第一选择的系统为所述充气系统,并且其中所述充气系统的所述前馈控制指令包括所述充气系统内的可变几何涡轮增压器的前馈控制指令。
[0070] 17.根据方案16所述的方法,其中所述第一选择的系统内的所述压力值包括基于所述排气系统中的所述充气系统上游的排气系统压力与所述排气系统中的所述充气系统下游的压力的压力比;以及
[0071] 其中确定所述前馈控制指令包括利用基于所述有效过流面积和所述压力比的混合多项式。
[0072] 18.根据方案16所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述控制指令包括利用基于所述逆流模型填充的并校准以提供所述第一选择的系统的所述前馈控制指令的查阅表。
[0073] 19.根据方案18所述的方法,其中所述第一输入包括校正的通过所述充气系统内的所述可变几何涡轮增压器的涡轮的排气流量;以及
[0074] 其中所述第一选择的系统内的所述压力值包括基于所述排气系统中的所述充气系统上游的排气系统压力与所述排气系统中的所述充气系统下游的压力的压力比。
[0075] 20.根据方案16所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用指数多项式拟合模型,所述指数多项式拟合模型包括基于来自所述第一选择的系统的所述逆流模型的数据的多项式表达。
[0076] 21.根据方案I所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用多输入多输出控制器确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令。
[0077] 22.根据方案21所述的方法,其中所述逆流模型使所述第一选择的系统的所述前馈控制指令与另一前馈控制指令解耦。
[0078] 23.控制内燃发动机中的废气再循环系统、节气阀系统和充气系统的设备,包括:
[0079] 所述废气再循环系统包括废气再循环阀;
[0080] 所述节气阀系统包括节气门;
[0081] 所述充气系统包括可变几何涡轮增压器;以及
[0082] 控制模块:
[0083] 基于所述废气再循环系统、所述节气阀系统和所述充气系统中第一选择的一个系统的逆流模型确定所述第一选择的系统的前馈控制指令,包括:
[0084] 基于所述第一选择的系统的有效过流面积监测第一输入;
[0085] 基于所述第一选择的系统内的压力值监测第二输入;以及
[0086] 基于所述第一输入和所述第二输入确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令;以及
[0087] 基于所述第一选择的系统的所述前馈控制指令控制所述第一选择的系统。
附图说明
[0088] 现在将参考附图作为例子的方式描述一个或多个实施例,其中:
[0089] 图1示意性地描绘根据本发明的示例性内燃发动机、控制模块和排气后处理系统;
[0090] 图2示意性地描绘根据本发明的包括涡轮增压器的示例性发动机构造;
[0091] 图3示意性地描绘根据本发明的包括增压器的示例性发动机构造;
[0092] 图4示意性地描绘根据本发明的向发动机提供增压空气和EGR流量的包括MMO模块的示例性多变量空气处理控制系统;
[0093] 图5图形地描绘根据本发明的与EGR的操作对应的示例性数据;
[0094] 图6图形地描绘根据本发明的与EGR操作对应的示例性数据和拟合示例性数据的曲线;
[0095] 图7图形地描绘根据本发明的期望EGR阀位置与基于多项式拟合模型的计算EGR阀位置的比较;
[0096] 图8描绘根据本发明的示例性节气阀系统;
[0097] 图9图形地描绘根据本发明的可用于确定VGT的控制指令的示例性数据;
[0098] 图10图形地描绘根据本发明的根据查阅表确定期望的VGT位置的示例性方法;以及
[0099] 图11描绘根据本发明的示例性过程。
具体实施方式
[0100] 现在参考其中显示仅为了图示某些示例性实施例而不是为了限制所述示例性实施例的附图,图1示意性地描绘了根据本发明的示例性内燃发动机10、控制模块5和排气后处理系统65。示例性发动机包括具有附接至曲轴24并在气缸20中可动的往复活塞22的多缸直喷式压缩点火式内燃发动机,所述气缸20限定可变容积的燃烧室34。曲轴24以可操作的方式附接至车辆变速器和动力传动系统,以响应于操作者扭矩请求T0_REQ向车辆变速器和动力传动系统传递牵引扭矩。发动机优选地采用四冲程操作,其中每个发动机燃烧循环包括曲轴24的分成四个180度的阶段(进气-压缩-膨胀-排气)的720度的角旋转,所述四个180度的阶段说明活塞22在发动机气缸20中的往复运动。多齿目标轮26附接至曲轴并与曲轴一起旋转。发动机包括监测发动机操作的传感器和控制发动机操作的致动器。传感器和致动器信号地或操作地连接至控制模块5。
[0101] 发动机优选地为直喷式四冲程内燃发动机,其包括由在气缸内于上止点与下止点之间往复运动的活塞限定的可变容积的燃烧室和包括进气门与排气门的气缸盖。活塞在每个循环均包括进气、压缩、膨胀和排气冲程的重复循环中往复运动。
[0102] 发动机优选地具有主要是贫的化学计量比的空气/燃料操作规程。本领域的普通技术人员应理解的是,本发明的方面可适用于主要以贫的化学计量比操作的其他发动机构造,例如稀燃火花点火式发动机。在压燃式发动机的正常操作期间,燃烧事件出现在当燃料充气被注入燃烧室以与进气形成气缸充气时的每个发动机循环期间。充气随后在压缩冲程期间通过充气的压缩作用燃烧。
[0103] 发动机适合于在宽范围的温度、气缸充气(空气、燃料和EGR)和喷射事件上操作。在此公开的方法尤其适于以贫的化学计量比操作的直喷压缩点火式发动机的操作,以确定在正在进行的操作期间与燃烧室中的每个燃烧室中的放热相关连的参数。该方法还可适用于包括火花点火式发动机的其他发动机构造,包括适合于使用均质充量压缩点火(HCCI)策略的发动机构造。该方法可适用于利用每发动机循环每气缸多脉冲燃料喷射事件的系统,例如分别影响气缸压力的将引燃喷射用于燃料重整、将主喷射事件用于发动机功率、以及在可应用的情况下将后燃烧燃料喷射事件用于后处理管理的系统。
[0104] 传感器安装在发动机上或附近,以监测物理特性并产生可对发动机和环境参数校正的信号。传感器包括曲轴旋转传感器,包括用于通过感测多齿目标轮26的齿上的边缘来监测曲轴(即发动机)速度(RPM)的曲柄传感器44。曲柄传感器是已知的,并且例如可包括霍耳效应传感器、感应传感器或磁阻传感器。来自曲柄传感器44的信号输出被输入至控制模块5。燃烧压力传感器30适合于监测缸内压力(C0MB_PR)。燃烧压力传感器30优选地为非侵入式的,并包括具有环形横截面的力传感器,所述力传感器适合于在用于电热塞28的开口处安装到气缸盖中。燃烧压力传感器30与电热塞28—起安装,其中燃烧压力通过电热塞机械地发送至压力传感器30。压力传感器30的输出信号C0MB_PR与气缸压力成正比。压力传感器30包括压电陶瓷或其他同样可适用的装置。其他传感器优选地包括用于监测歧管压力(MAP)和环境气压(BARO)的歧管压力传感器、用于监测进气质量空气流量(MAF)和进气空气温度(Tin)的质量空气流量传感器以及用于监测发动机冷却剂温度(COOLANT)的冷却剂传感器35。系统可包括用于监测例如温度、空气/燃料比和成分的一个或多个废气参数的状态的废气传感器。本领域的技术人员应理解的是,对控制和诊断来说可存在其他的传感器和方法。通常尤其通过节气门踏板和制动器踏板获得以操作者扭矩请求形式T0_REQ的操作者输入。发动机优选地配备有用于监测操作并为了系统控制的其他传感器。传感器中的每个传感器信号地连接至控制模块5,以提供由控制模块转换成表示相应所监测参数的信息的信号信息。应理解的是,该构造是说明性的而非限制性的,包括可用功能等效的装置和算法代替的各种传感器。
[0105] 致动器安装在发动机上并响应于操作者输入由控制模块5控制,以达到各种性能目标。致动器包括响应于控制信号(ETC)控制节气门开度的电控节流阀、以及响应于控制信号(INJ_PW)用于将燃料直接注入燃烧室中的每个燃烧室的多个燃料喷射器12,所有的致动器均响应于操作者扭矩请求T0_REQ被控制。废气再循环阀32和冷却器响应于来自控制模块的控制信号(EGR)控制到发动机进气的外部再循环废气的流量。电热塞28安装在燃烧室中的每个燃烧室中,并适宜于与燃烧压力传感器30 —起使用。另外,充气系统在有些实施例中可用于根据期望的歧管空气压力供应增压空气。
[0106] 燃料喷射器12是适合于响应于来自控制模块的指令信号INJ_PW将燃料充气直接注入燃烧室中的一个燃烧室的高压燃料喷射器。燃料喷射器12中的每个燃料喷射器供应有来自燃料分配系统的加压燃料,并具有包括最小脉冲宽度和相关的最小可控燃料流率和最大燃料流率的操作特性。
[0107] 发动机可配备有操作以调节气缸中的每个气缸的进气与排气门的打开和关闭的可控配气机构,包括气门正时、定相(即相对于曲柄角和活塞位置的正时)以及气门开度的升程大小。一个示例性的系统包括可变凸轮定相,其适用于压燃式发动机、火花点火式发动机和均质充量压缩点火式发动机。
[0108] 控制模块5执行存储在其中的算法代码,以控制前述致动器,从而控制发动机操作,包括节气门位置、燃料喷射质量和正时、控制再循环废气的流量的EGR阀位置、电热塞操作、以及如此配备的系统上的进气和/或排气门正时、定相和升程的控制。控制模块构造成从操作者接收输入信号(例如节气门踏板位置和制动器踏板位置)以确定操作者扭矩请求T0_REG,并从指示发动机速度(RPM)和进气空气温度(Tin)以及冷却剂温度和其他环境条件的传感器接收输入信号。
[0109] 控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似的术语表示一个或多个专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的中央处理单元(优选地微处理器)和相关的存储器和储存器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲线路、以及提供所指示的功能性的其它合适的部件中的任何合适的一个或不同的组合。控制模块具有一组控制算法,包括存储在存储器中并执行以提供期望的功能的驻留软件程序指令和校准。算法优选地在预置的循环期间执行。算法诸如由中央处理器执行,并可操作以监测来自传感器及其他网络控制模块的输入,和执行控制与诊断程序以控制致动器的操作。可在进行的发动机和车辆操作期间以规则间隔例如每3.125,6.25、12.5、25和100毫秒执行循环。替代地,算法可响应于事件的出现执行。
[0110] 图1描绘了示例性的柴油机,然而,本发明可用于其他的发动机构造,例如包括汽油发动机、乙醇或E85供料发动机或其他类似的已知设计。本发明不应局限于在此公开的特定的示例性实施例。
[0111] 图2示意性地描绘了根据本发明的包括涡轮增压器的示例性发动机构造。示例性的发动机是多缸的,并包括本领域已知的各种加燃料类型和燃烧策略。发动机系统部件包括:进气空气压缩机40,其包括涡轮46和空气压缩机45 ;充气空气冷却器142 ;EGR阀132和冷却器152 ;进气歧管50 ;以及排气歧管60。环境进气空气通过进口 171被吸入压缩机45。加压的进气空气和EGR流量被输送至进气歧管50,以供在发动机10中使用。废气流量通过排气歧管60离开发动机10,驱动润轮46,并通过排气管170离开。描绘的EGR系统是高压EGR系统,以将加压的废气从排气歧管60输送至进气歧管50。低压EGR系统的替代性构造可将低压废气从排气管170输送至进口 171。传感器安装在发动机上,以监测物理特性并产生可对发动机和环境参数校正的信号。传感器优选地包括环境空气压力传感器112、环境或进气空气温度传感器114和质量空气流量传感器116 (所有的传感器可单独地构成或构成为单个集成装置)、进气歧管空气温度传感器118、MAP传感器120、废气温度传感器124和EGR阀位置传感器130。发动机速度传感器44监测发动机的旋转速度。传感器中的每个传感器信号地连接至控制模块5,以提供由控制模块5转换成表示相应所监测参数的信息的信号信息。应理解的是,该构造是说明性的而非限制性的,包括可用功能等效的装置和算法代替并仍属于本发明的范围的各种传感器。此外,进气空气压缩机40可包括在本发明的范围内的替代性的涡轮增压器构造。
[0112] 进气空气压缩器40包括涡轮增压器,该涡轮增压器包括位于发动机的空气进口中的空气压缩机45,该空气压缩机45由位于废气流中的涡轮46驱动。涡轮46可包括许多实施例,包括具有固定叶片取向或可变叶片取向的装置。此外,可使用作为单一装置的涡轮增压器,或者可将多个涡轮增压器用于向相同的发动机供应增压空气。
[0113] 图3示意性地描绘了根据本发明的包括增压器的示例性发动机构造。示例性的发动机是多缸的,并包括本领域已知的各种加燃料类型和燃烧策略。发动机系统部件包括:增压器160,其包括空气压缩机45和带驱动轮164 ;充气空气冷却器142 ;EGR阀132和冷却器152 ;进气歧管50 ;以及排气歧管60。发动机10包括从动轮162,以向驱动带驱动轮164的带166提供动力。示例性的带166可包括本领域已知的如蛇形带的构造。示例性的构造包括同时驱动增压器160及其他附件诸如交流发电机或空调压缩机的带166。传感器安装在发动机上,以监测物理特性并产生可对发动机和环境参数校正的信号。传感器优选地包括环境空气压力传感器112、环境或进气空气温度传感器114和质量空气流量传感器116(所有的传感器可单独地构成或构成为单个集成装置)、进气歧管空气温度传感器118、MAP传感器120、废气温度传感器124和EGR阀位置传感器130。示例性的EGR阀130和EGR冷却器152为EGR流量进入增压器160上游的进气系统提供路径。在其他构造下,EGR流量可进入增压器160下游的进气系统,但应意识到的是,增压器下游的高压可限制其中EGR流量在该构造下有效地进入进口的条件。发动机速度传感器44监测发动机的旋转速度。传感器中的每个传感器信号地连接至控制模块5,以提供由控制模块5转换成表示相应所监测参数的信息的信号信息。应理解的是,该构造是说明性的而非限制性的,包括可用功能等效的装置和算法代替并仍属于本发明的范围的各种传感器。增压器160可用于向发动机提供增压空气,或者增压器160可与涡轮增压器结合使用,以向发动机提供增压空气。
[0114] 可变几何涡轮增压器(VGT)使对进气空气进行多少压缩的控制成为可能。控制信号可例如通过调整压缩机和/或涡轮中的叶片的角度来调整VGT的操作。这样的示例性调整可减小这样的叶片的角度,以减轻进气空气的压缩,或增大这样的叶片的角度,以增强进气空气的压缩。VGT系统允许控制模块选择向发动机输送的增压压力的水平。控制可变增压器输出例如包括废气门或旁通阀的其他方法可类似于VGT系统来实施,并且本发明不旨在局限于在此公开的用于控制向发动机输送的增压压力的特定示例性实施例。
[0115] 示例性的柴油机配备有共轨燃料喷射系统、EGR系统和VGT系统。废气再循环用于可控制地降低燃烧火焰温度并减少NOx排放。VGT系统用于调整增压压力,以控制歧管空气压力并提高发动机输出。为了实现包括EGR和VGT系统的控制的发动机控制,可利用多输入多输出充气控制模块(ΜΙΜ0模块)。MIMO模块基于描述期望的发动机操作的单组输入使EGR和VGT的计算有效的并且协调的控制成为可能。这样的输入例如可包括描述发动机速度和发动机负载的发动机操作点。应意识到的是,可将例如包括指示发动机负载的压力测量的其他参数用作输入。
[0116] EGR和VGT耦合的MMO控制、或者基于任何给定的输入的EGR和VGT的控制固定响应是计算有效的,并可赋予对基于EGR和VGT的独立控制实时地会计算上不可能的变化输入的复杂控制响应。然而,EGR和VGT耦合的控制,包括任一给定输入的参数的固定响应,需要耦合的控制的简化的或者最佳拟合的校准,以便控制固定响应。结果,这样的校准可能是有挑战性的,并且可包括基于选择的简化控制校准的欠最优的发动机性能。例如,EGR和VGT对负载的变化速率或发动机温度会理想地不同反应。另外,EGR或VGT的控制可达到极限条件,并导致致动器饱和。导致致动器饱和的耦合的控制可引起本领域已知的状况如饱和(wind-up),其中预期的系统行为与期望的系统控制偏离并且导致即使在已解决(resolve)致动器饱和之后的控制误差。另外,EGR和VGT通过MMO模块的控制是非线性的,并且限定耦合的函数关系以提供期望的控制输出需要大量的校准工作。
[0117] 图4示意性地描绘了根据本发明包括MMO模块的示例性的多变量空气处理控制系统,以向发动机提供增压空气和EGR流量。发动机设备280接收指令,并产生输出。描绘了形成指令的许多模块,包括EGR设定点模块210、增压设定点模块220、前置滤波器模块230、前馈模块240、MIMO模块250、EGR致动器极限模块260和VGT致动器极限模块270。EGR设定点模块210监测描述发动机状态的输入212和214。输入212和214包括发动机速度和发动机负载或类似地指示发动机的状态的其他参数。例如,代替发动机负载可利用用于指示发动机负载的发动机加燃料速率或压力测量。EGR设定点模块210输出未校正的EGR设定点指令222,例如以基于发动机状态描述如例如可存储在查阅表中的校准的或计算的EGR设定点。增压设定点模块220监测描述发动机状态的输入216和218。输入216和218可与输入212和214相同,但不必是相同的参数。增压设定点模块220输出未校正的增压设定点指令224,例如以基于发动机状态描述如例如可存储在查阅表中的校准的或计算的增压设定点。前置滤波器模块230将本领域已知的方法应用于调节信号222和224,以产生已滤波的未校正的EGR设定点指令232和已滤波的未校正的增压指令234。根据一个示例性实施例,前置滤波器模块230可包括基于《。/(«。+8)应用滤波的低通滤波器,其中ω。是滤波器截止频率,而s是频率算子。在替代性实施例中,可将单独的前置滤波器应用于单独的信号。前馈模块240输入指令232和234,并产生前馈EGR指令242和前馈VGT指令244。在示例性的控制系统中,由前馈模块240形成的前馈指令242和244基于设备动态,这从通常由发动机速度和负载调度的控制设定点产生默认的致动器位置。将描述实际的EGR位置或所得到的EGR速率236和实际的VGT位置或所得到的增压压力238的反馈信号与相应的指令232和234相比较,并确定EGR误差项246和增压控制误差项248。将EGR误差项246和增压控制误差项248用作实现为MIMO反馈控制器的MIMO模块250的输入,并且将在此描述的方法用于形成MMO EGR指令252和MMO VGT指令254。将指令252和254与相应的指令242和244结合,以产生校正的EGR指令256和校正的VGT指令258。控制EGR和VGT的致动器可包括极限。EGR致动器极限模块260基于致动器极限调节校正的EGR指令256,以产生EGR位置指令262。类似地,VGT致动器极限模块270基于致动器极限调节校正的VGT指令258,以产生VGT位置指令272。发动机设备280的两个输入包括EGR位置指令262和VGT位置指令272。所得到的EGR速率236和所得到的增压压力238被描绘成发动机设备280的输出。
[0118] VGT指令是控制增压压力的一种方式。然而,可代替VGT指令类似地利用控制增压压力的其他指令诸如增压压力指令或歧管空气压力指令。
[0119] 如关于图4所指示,控制发动机的操作的控制指令可包括结合以提供精确控制方法的反馈控制指令和前馈控制指令。控制发动机包括EGR和歧管空气压力控制的方法包括利用MMO模块内的解耦矩阵以实现反馈控制,其中基于在共同未决并且普通受让的申请号12/848,188中公开的对角优势补偿的发动机模型构成解耦矩阵,该申请在此以参考的方式并入。
[0120] 包括质量空气流量和EGR的前馈控制的精确控制对降低燃烧排放和提高燃料效率来说是重要的。控制EGR阀和节气阀位置的示例性方法需要基于考虑不同高度、环境和后处理再生模式的所有组合的校准的有意义的表。利用确定的函数关系以基于一组输入提供输出的基于模型的方法可避免采用传统方法所需要的精细校准。通过利用基于模型的方法控制EGR阀和节气阀控制,可避免在包括不同的高度、环境状况、冷起动和后处理再生的不同的燃烧模式时的其他方法所需要的大量校准。
[0121] 确定前馈控制指令的耦合的基于模型的方法可用于MIMO控制器,其中特定的输入值或者输入数据的组基于模型内的耦联的函数关系产生给定的输出组。然而,复杂的建模系统,例如用于通过各种各样的操作参数和条件控制发动机的复杂模型,不总是允许每个可能的参数和条件的精确建模。确定耦合的函数关系,从而对于给定的输入组输出值,常常需要最佳拟合、内插或者耦合模型的值的平均。输出值可分别不同地响应于变化的参数和状况。根据一个示例性的实施例,包括解耦函数关系的模型或解耦模型允许EGR和空气质量的控制作为耦合值和增压压力控制作为解耦或部分解耦的值。这样解耦的模型在通过允许特定的环境的输出值的解耦控制来允许可能的益处的同时,允许包括其益处的MIMO控制器的使用。在一个示例性实施例中,同耦合控制相比较,从增压控制的EGR和空气质量的解耦控制允许减小排放离差。
[0122] 系统的逆流模型或物理模型的逆可用于确定获得通过系统中的孔口的期望流量所需的设定。通过系统的流量可建模成横跨系统的压差和系统中的流量限制的函数。可代替已知的或可确定的项,并且可处理函数关系,以使系统的逆流模型可用于确定期望的系统设定以获得期望的流量。在此公开的示例性方法利用建模的系统的有效过流面积或流量限制的第一输入、和包括使流量通过系统的压力的系统的压力值的第二输入。EGR阀解耦的前馈控制的一个示例性方法可包括利用在基于逆模型和校准项的混合多项式中实现的系统的逆流模型。EGR阀解耦的前馈控制的另一示例性方法可包括利用基于尺度表的方法。EGR阀的解耦前馈控制的另一示例性方法可包括利用指数多项式拟合模型。节气阀的解耦前馈控制的示例性方法可利用系统的物理模型的逆、二维表方法或指数多项式拟合模型。诸如配备有VGT的涡轮增压器的充气系统解耦的前馈控制的示例性方法可利用系统的物理模型的逆、二维表方法或指数多项式拟合模型。
[0123] 可单独地或组合地利用这些方法,并且不同的方法可用于不同的条件和操作范围的相同系统。控制方法可利用逆流模型,以确定包括EGR回路、节气阀系统和充气系统中的一个的第一选择的前馈控制指令。控制方法可附加地利用第二逆流模型,以确定包括EGR回路、节气阀系统和充气系统中的另一个的第二选择的第二前馈控制指令。控制方法可附加地利用第三逆流模型,以确定包括EGR回路、节气阀系统和充气系统中的另一个的第三选择的第三前馈控制指令。这样,控制方式可控制EGR回路、节气阀系统和充气系统中的任何一个或全部。
[0124] 可对通过EGR系统的流量建模,以基于许多已知的输入估计流量。通过EGR系统的流量可建模成通过孔口的流量,其中孔口主要包括特定设计的EGR阀或者孔口或文氏管。根据一个示例性实施例,可根据以下的孔口流量方程对EGR流量Wf建模。
[0125]
(11
[0126] PR是在EGR系统的出口处的进气系统中的充气空气的进气压力或压力Pi与充气系统上游的EGR系统的入口处的排气系统中的排气压力或压力Px的压力比或者比率。Tegr可指示EGR系统的入口处的废气的温度或者废气温度。根据一个示例性实施例,Tf可测量作为EGR冷却器的出口温度。是EGR系统的有效过流面积。R是本领域已知的通用气体常数。临界压力比PRc可由以下的方程表示。
[0127]
y
r 'i \ -
叫=(治广1 PJ
[0128] Y是本领域已知的比热比。如果PR大于PRC,则流是次音速的(subsonic)。如果PR低于或等于PR。,则流量是扼流的(choked)。W(PR)是非线性函数,并可由以下的方程表不。
[0129]
ί I—(PR2/? — ΡΕίτ+υΛ') \m <ΡΗ < I (subsonic)
T(m) = l.^ ^ m
I prS PRc (Aoked)
[0130] Aegr可表示成EGR阀位置、的函数。然而,基于包括通过系统的壁的热损失的确定的精细建模和试验数据,Αε#更精确的估计可表示成Χε#和PR的函数,其可由以下的方程表不。
[0131]
[0132] 以上公开的方法假定EGR系统包括充气系统压缩机下游的出口和充气系统涡轮单元或涡轮上游的入口。应意识到的是,不同的实施例可应用于与包括充气系统压缩机上游的出口和充气系统涡轮单元或涡轮下游的入口的EGR系统,或者用于利用增压器而没有涡轮的车辆的排气系统中。应意识到的是,为了用在许多示例性的EGR和充气系统构造上,可修改以上的方程和相关的逆流模型,并且本发明不旨在局限于在此公开的特定的示例性实施例。
[0133] 根据以上公开的第一示例性方法,可由根据EGR流量的逆模型的逆控制方法控制EGR流量。逆控制可描述成利用给定的期望的EGR流量,以确定EGR阀位置的设定点。利用逆控制的示例性方法可利用两个步骤:第一,确定期望的EGR有效过流面积Af desiral ;和第二,使用A^tesired和确定的PR,以确定期望的EGR阀位置Xegl^s1-将期望的EGR流量Wcmd用作输入并采用已知的Pi和Px值,可利用以下方程通过确定Xnirai来控制WOTd。
[0134]
A _ wCHMiy K't'ep _ 1YA PU.、 m
ilPgLriesired — p^pr) ί Aegr.desirwl — H^egrjlesirerl.ΓΛ/ I j I
[0135] 根据方程5,Xegr desired可表示成通过系统的流量限制的测量的Aegi desiral和描述横跨系统的流量的压差的压力值PR的函数。以上表示的具体的多项式实现可由以下的方程表不。
[0136]
x^grdesircd = % + AligrteiredO1I + U2PR + %PR2)
+Afgrdesjrert (a4 + as PR) [6]
[0137] 方程6是拟合试验数据的混合多项式或方程。可通过建模或其他适于精确预测通过EGR系统的流量的技术试验地、经验地、预测地形成常数%至a5,并且可对于不同的操作条件或操作范围形成大量常数。通过常数的确定和表示的多项式的应用,可确定Xeg^ired并且该
Xegr_desired
可用于控制EGR阀。
[0138] 根据以上公开的第二示例性方法,可由根据EGR流量的基于表格的逆模型的逆控制方法控制EGR流量。以上公开的第一方法利用逆模型的多项式实施例以确定χ-。在另一示例性方法中,EGR操作的逆模型可用于填充(populate)表格,并且对于给定的输入,可基于表格的内容产生输出。图5图形地描绘了根据本发明表示EGR的操作的示例性数据。描绘了三根轴线。在具有从附图的左侧延伸至附图的中心的标记并具有从O至80的值的水平限定的平面中的第一轴线描绘了校正的EGR流量。在从附图的中间延伸至附图的右侧并具有从0.4至I的值的相同的描绘的平面中的第二轴线描绘了 PR值。水平延伸的第三轴线描绘了 EGR阀位置。来自这样的数据的值可存储在查阅表中。根据基于表格的逆模型的一个示例性使用,采用已知的Pi和Px值,基于已知的Wemd,可由以下的方程控制EGR阀位置。
[0139]
^egr desired ~ desired» Pl
[0140] 利用方程5表示的关系,方程7可重述如下。
[0141]
v f AvCOidv RTcgr piR\ ro-ι
jHigrjjesifeil — 1 ^ F f ΓΓ%.f I 0J
[0142] 因此,可利用基于表格的方法,以利用两个输入确定Xf desiral作为输出。这样的关系可由以下的方程表示。
[0143]
Xegr.desirsd ~ F(KjjXj) f^J
[0144] 可根据方程8的项限定X1和12。然而,参考方程4,Aeg,—可表示成PR的函数。简化方程8的项,方程9的输入可表示如下。
[0145]X1 =Ξ£Ε|£ϋ 1101
[0146]
Ρ!
Κ2 = PR = f 11 ]
Pm
[0147] 如在方程10中限定的X1可称为校正的EGR流量。这样,可与构造成特定的输入的查阅表结合利用一组识别的输入,以基于EGR的逆模型产生输出或输出组。
[0148] 可基于EGR操作的逆模型确定多项式表达。此外,可利用基于表格的方法,以基于一个或多个输入值提供一个或多个输出值。根据以上公开的第二示例性方法,可利用一个或多个多项式表达表示一个或多个输出,以提供查阅表的功能或利用指数多项式拟合模型。本领域已知使多项式表达拟合一组数据点的方法。利用通过EGR操作的逆模型形成的示例性多项式表达,例如通过基于表格的方法,期望的EGR阀位置对于给定的X1可以是X2的多项式函数。
[0149] 图6图形地描绘了根据本发明表示EGR操作的示例性数据和拟合示例性数据的曲线。描绘了三根轴线。在具有从附图的左侧延伸至附图的中心的标记并具有从O至80的值的水平限定的平面中的第一轴线描绘了例如校正的EGR流量的X1值。在从附图的中间延伸至附图的右侧并具有从0.4至I的值的相同描绘的平面中的第二轴线描绘了例如PR值的&值。水平延伸的第三轴线描绘了 EGR阀位置。描绘的曲线可分别还原成函数多项式表达。根据指数多项式拟合模型的示例性使用,采用已知的Pi和Px值,基于已知的Wemd,可由以下的方程控制期望的EGR阀位置。
[0150]
Xegr——desired = _1/χ2) [_
[0151] 包括多项式表达的示例性指数多项式拟合模型可由以下的方程表示。
[0152]
V—-SiraI = (hh2 + ki)xi + (M)5 + k6)xi + k7 [13]
[0153] 可由足够使多项式方程精确地拟合数据集的任何方法形成常数Ic1至k7。这样,通过指数多项式拟合模型可利用描述EGR的操作的逆模型,以控制EGR阀。
[0154] 图7图形地描绘了根据本发明的试验EGR阀位置与基于多项式拟合模型的计算EGR阀位置的比较。X轴指示贯穿测试周期的操作点。y轴指示作为百分数的EGR阀位置。虚线表示EGR位置的试验测试值,而实线表示根据在此公开的多项式拟合模型方法的计算EGR阀位置。如在描绘的数据中显然的,多项式拟合模型紧密地追踪试验的EGR阀位置值。
[0155] EGR系统的操作的逆模型可用于提供EGR系统的前馈控制。类似地,节气阀系统的操作的逆模型可用于提供节气阀系统和所得到的新鲜质量空气流量。根据节气阀系统的逆模型的示例性使用,采用已知的节气门入口压力Pti和节气门出口压力Pt。值,基于已知的期望的新鲜质量空气流量W&,可由以下的方程控制期望的节气门位置xtp—desiMd。
[0156]
j ί KT
^Αΐ_ύί:%ΪΓΊύ = ,XipjcsIrciI = ί(Aesιη;.c|; PR) [14]
[0157] 在替代性的实施例中,可由以下的方程控制Xtp desiMd。
[0158]
rudest red = »xtp._dcsircd = F(AATjlesiredJHAT)
[0159] Aat—是要确定的期望的节气阀有效过流面积。在许多系统中的Pt。大致等于歧管空气压力(MAP)并等于以上指示的Pi。可在节气门与位于节气阀系统上游的充气空气冷却器之间测量Pti。根据一个示例性方法,可测量压缩器出口压力P。,并且横跨充气空气冷却器的压降可估计作为ΛΡ.。估计ΛPm。的一个示例性方法包括确定APm。作为质量空气流量rilA的函数。然后Pti可估计为Pc减去ΛΡ.。Tm。是在充气空气冷却器的出口处测量的温度。节气阀压力比PRat可表示成Pti/Pt。。Ψ (PRat)是与方程3的Ψ (PR)类似限定的非线性函数,以PRat代替PR。如以上关于EGR类似地公开的,以上用于节气阀系统确定xtp
desired的表达式的具体多项式实现可表示如下。
[0160]
desired = + Λατ desired 0½.+ 議}3胃八'丨')
+片了 Hrtesirert (b4 + b5PRAT) [15】
[0161] 可通过建模或其他适于精确预测通过EGR系统的流量的技术试验地、经验地、预测地形成常数k至b5,并且可对于不同的操作条件或操作范围形成大量常数。通过常数的确定和表示的多项式的应用,可确定Xnirad并且该Xtp——可用于控制节气阀。
[0162] 图8描绘了根据本发明的示例性节气阀系统。节气阀系统300包括节流阀310。充气空气冷却器142在节流阀310的上游,而MAP传感器120在节流阀310的下游并可用于测量Pt。。压力传感器320在节流阀的上游和在充气空气冷却器142的下游,并表示监测Pti的示例性方法。温度传感器330在节流阀的上游和在充气空气冷却器142的下游,并表示监测ΤΜ。的示例性方法。
[0163] 通过节气阀系统的质量空气流量可由根据质量空气流量的基于表格的逆模型的逆控制方法控制。节气阀操作的逆模型可用于填充表格,并且对于给定的输入,可基于表格的内容产生输出。根据基于表格的逆模型的一个示例性使用,采用已知的Pti和Pt。值,基于已知的WaiP可由以下的方程控制Xtp desi,ed。
[0164]
^tpjlesired =_.|兩) 1161
[0165] 值X1和X2是可用于基于表格的逆模型以确定Xtp —的输入。根据方程15的一个示例性实施例,AAT_desired可用于X1,而PRat可用于x2。根据另一示例性实施例,X1可简化成校正的空气流量。校正的空气流量可根据许多方式表示如下。
[0166]
airr ί -J1
X1 = -----[17
1 Pt,, 1 1
[0167]air\ ^cac fid
= ~;— I^l
rt-f>
[0168]
Pti
[0169] 应意识到的是,这些不同的方程传递不同的值,并且不与共用的表格一起使用,而是所有这些示例性X1方程可用于校准对应的查阅表。类似地,示例性的X2可表示成Pti/Pt。,或者替代性地,在对应校准的查阅表的情况下,χ2可简化并表示成Pti或者Pt。。
[0170] 通过节气阀系统的质量空气流量可由根据通过节气阀系统操作的逆模型形成的示例性多项式表达的逆控制方法控制。根据指数多项式拟合模型的示例性使用结合测试的或试验的数据、建模数据或其他足够精确预测节气阀系统的操作的结果,采用已知的Pti和Pt。值,基于已知的W&,可由以下的方程控制期望的节气门位置。
[0171]
d^^ired — ^(¾¾) 【201
[0172] 构造成利用这样的指数多项式拟合模型的示例性多项式函数可由以下的方程表
/Jn ο
[0173]
xIpjiifsirtid = + + (1.1¾' + WxI ^ I? [21]
[0174] 可由足够使多项式方程精确地拟合数据集的任何方法形成常数I1至17。这样,通过指数多项式拟合模型可利用描述节气阀系统的操作的逆模型,以控制节气门。
[0175] 有许多方法可用于检测或确定Pti和Pt。。可将压力传感器安置在系统中合适的位置。根据另一示例性实施例,Pti和Pt。中的任意一个或两者可确定为发动机速度(enginespeed)和燃料流率(fuel flow rate)的函数。这些确定可由以下的方程表示。
[0176]
P,, = f(engine speed, fiiel flow rate) [22]
[0177]
Pto = f(engine speed, fuel flow rate) 123J
[0178] 根据另一示例性实施例,可由基于实际的或测量的质量空气流量ItlA..actual、实际的或测量的节气门位置xtp—a_al、实际的或测量的可估计作为Pt^tual的增压压力和实际的充气空气冷却器出口温度La—的物理模型估计Pti。这样的估计或确定可由以下的方程
[0179]
一 ^ ci1alrinrSctnaI \ 一时 I 出為一ar.tualy
Pr<*aetuai I , fPartuoii pmactua] I # Pm..抑>sl
I24|
[0180] 在系统中可以许多方式产生测量的或确定的Pti和Pt。。例如,方程22-24可用作控制模块中的多项式函数表达式,或者作为输出的值可存储在查阅表中。
[0181] 以上公开了例如利用基于逆流模型的系统的物理模型的逆、基于逆流模型的尺度表方法、或基于逆流模型的指数多项式拟合模型中的一个为EGR系统和节气阀系统确定前馈控制指令的方法。类似的方法可用于控制充气系统、例如VGT系统。
[0182] 如以上关于EGR系统或节气阀系统类似地公开的,可利用基于VGT系统的逆流模型的方法。根据一个示例性的实施例,采用已知的Px和排气系统中的涡轮下游的压力或静压Pst值,并基于通过排气系统的已知期望的平均质量废气流量VGT和相关的期望可变几何设定xvgt—desiMd可通过下述等式来控制。
[0183]
a — desired V IUy —
^vgtjJi^ired — ^κΨ(ΡΚ€η)~ «rs irect 一
f(Avgt — PRrtl), w - f(A碟—Pj 1251
[0184] Avgt是VGT系统的有效过流面积。Tx是排气系统内的废气的温度。根据一个示例性实施例,方程25的函数关系可简化并表示为以下的方程。
[0185]
Xvgt desired = f (会,^)焉.=^ 岡
[0186] 项thxV 可称为通过充气系统的涡轮的校正的VGT流率或者校正的排气流量。
Pk
对于节气阀系统确定Xtp—desiral的以上表达式的具体的多项式实现可表示如下。
[0187]
^vgt desired = tO + ^vgt^desired (^l + C2PRcI1 + C^PR^, J
+Avgt..d«?sired (¾ + CgPRtIi) [27】
[0188] 可通过建模或其他适于精确预测通过充气系统的流量的技术试验地、经验地、预测地形成常数Ctl至c5,并且可对于不同的操作条件或操作范围形成大量常数。通过常数的确定和表示的多项式的应用,可确定
Xvgt_desired
并且该
Xvgt_desired
可用于控制充气系统。
[0189] 可基于描述充气系统的操作的数据利用确定Xvgt的基于表格的方法。根据诸如图9的示例性查阅表的查阅表所使用,可根据以下的方程确定Xvgt的值。
[0190]
Xvgt = f(Xi#X2) 岡
[0191] 可校准基于VGT的逆流模型的查阅表,以对应于许多不同的X1和X2的项。供确定Xvgt里使用的X1可识别成供对应确定的查阅表使用的Avgt或校正的VGT流率。X2可包括PRch或作为简化的估计Px或Pst。
[0192] 可根据许多示例性方法确定Px。例如,压力传感器或换能器可用于直接监测排气系统中的压力。根据另一示例性实施例,例如可根据以下的表达式估计px。
[0193]
ϊ\ = f(engine speed, fuel flow rate) + Ϊ) 129]
[0194] 替代性地,可根据在共同转让的美国专利7,438,061中描述的方法确定或估计Px,该美国专利在此以参考的方式并入。已知或预想有许多确定或者估计Px的方法,并且本发明不旨在局限于在此提供的特定的示例性实施例。
[0195] 图9图形地描绘了根据本发明可用于确定VGT的控制指令的示例性数据。描绘了三根轴线。在具有从附图的左侧延伸至附图的中心的标记并具有从40减小至10的值的水平限定的平面中的第一轴线描绘了通过涡轮的校正排气流量值。在从附图的中间延伸至附图的右侧并具有从I至5的值的相同的描绘平面中的第二轴线描绘了 PRdl值。水平延伸的第三轴线描绘了期望的VGT位置。在图9中描绘的值可用于产生查阅表,以产生期望的VGT位置作为输出。
[0196] 图10图形地描绘了根据本发明的根据查阅表确定期望的VGT位置的示例性方法。方法400包括监测期望的增压压力的模块410。期望的增压压力在有些实施例中可与上述
一相关。模块420输入期望的增压压力,并附加地输入标记为输入425的EGR流量估计。基于期望的增压压力和EGR流量估计,可在模块420中确定总的期望的排气流量。模块430输入该总的期望的排气流量,并将其用作供如与图9相联系指示的表格中使用的通过涡轮的校正的排气流量值,以产生期望的VGT位置。模块440输入来自模块430的期望VGT有效位置误差,并应用函数关系,以由期望的VGT位置估计所得到的增压压力。模块450基于由被控制的系统的物理极限应用极限,并输出充气系统的前馈控制指令。
[0197] 利用本领域已知的拟合方程的操作数据和形式,指数多项式拟合方程以上表示成供EGR系统或节气阀系统使用,以对系统的模型行为建模。类似地,描述例如包括VGT的充气系统的操作的数据可用于确定指数多项式拟合模型。包括多项式表达的示例性指数多项式拟合模型可由以下的方程表示。
[0198]
^vgtdesired = + + 04^2 + k)xl +.1? 1知!
[0199] 可由足够使多项式方程精确地拟合数据集的任何方法形成常数J1至j7。这样,通过指数多项式拟合模型可利用描述充气系统的操作的逆模型,以控制VGT。
[0200] 以上公开的方法可以许多方式用于通过前馈控制指令控制各种系统。例如,动力系可操作在专用于控制特定的系统的控制器或控制模块中指示的方法中的任一方法。多个控制器或控制模块可用于分别用在此公开的方法控制单独的控制器。不同系统的控制可以是独立的,或者可例如通过传送值或者利用表格的共用数据库的控制器具有某一水平的交互作用。一个实施例可包括MMO控制器的使用,其中由共用控制器使用一组输入,以输出许多输出值。MMO的操作常常包括前馈项的耦合确定,其中到输入的变化产生所有输出可预测的变化。应意识到的是,以上描述函数表达式的方法或者提供前馈控制项的查阅表的方法在使各种确定的计算量最小的同时,可用于解耦或部分地解耦MIMO控制器的输出项。
[0201] 可由在此公开的方法同时控制许多系统。这些系统可使用类似的或不同的输入,以实现它们的控制方法。尽管许多的方法可分别使用逆流模型以确定每个系统的前馈控制指令,但应意识到的是,这些系统中的每个系统可由每个系统不同的逆流模型建模。在一个示例性实施例中,单个示例性MIMO控制器内的控制可利用基于EGR系统的第一逆流模型的基于表格的方法确定EGR系统的控制指令;利用基于节气阀系统的第二逆流模型的指数多项式拟合方程法确定节气阀系统的控制指令;和利用基于相关的充气系统的第三逆流模型的混合多项式确定VGT的控制指令。可能有该示例的许多改变,并且本发明不旨在局限于所提供的特定示例。
[0202] 图11描绘了根据本发明确定系统的前馈控制的示例性过程。表I包括描绘的过程的步骤。
[0203]表 I
[0204]
面I说明
502监测指示有效过流面积的X1值_
504监测指示压力比的知值_
506 基于X1和X2值确定前馈控制指令_
将前馈控制指令值与反馈指令结合以控制系统 —
[0205] 过程500开始于步骤502。对于被控制的系统,监测或确定指示有效过流面积的X1值。如上所述,这样的X1值可包括简化、诸如校正的流量值的确定。类似地,步骤504监测或确定指示压力比的X2值。根据本发明的方法,步骤506利用X1和X2值,以确定被控制的系统的前馈控制指令的值。在步骤508中,将确定的前馈控制指令与反馈指令结合,以控制系统。过程500是采用在此公开的方法的示例性过程,并且本发明不旨在局限于所提供的特定的示例性实施例。
[0206] 本发明已描述了某些优选的实施例及所述某些优选实施例的变型。本领域的技术人员在阅读和理解说明书时可想到另外的变型和变更。因此,本发明不应局限于作为构思用于实施本发明的最佳模式而公开的特定实施例,而是本发明应包括属于所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (23)

1.控制内燃发动机中的废气再循环系统、节气阀系统和充气系统的方法,所述方法包括: 基于所述废气再循环系统、所述节气阀系统和所述充气系统中第一选择的一个系统的逆流模型确定所述第一选择的系统的前馈控制指令,包括: 基于所述第一选择的系统的有效过流面积监测第一输入; 基于所述第一选择的系统内的压力值监测第二输入;以及 基于所述第一输入和所述第二输入确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令;以及 基于所述第一选择的系统的所述前馈控制指令控制所述第一选择的系统。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一选择的系统为所述废气再循环系统,并且其中所述废气再循环系统的所述前馈控制指令包括用于在所述废气再循环系统内的废气再循环阀的前馈控制指令。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述第一选择的系统内的所述压力值包括基于所述废气再循环系统的出口处的压力与所述废气再循环系统的入口处的压力的压力比;以及 其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用基于所述有效过流面积与所述压力比的混合多项式。
4.根据权利要求2所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用基于所述第一选择的系统的所述逆流模型填充的并校准以提供所述第一选择的系统的所述前馈控制指令的查阅表。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述第一输入包括校正的废气再循环流量;以及 其中所述第一选择的系统内的所述压力值包括基于所述废气再循环系统的出口处的压力与所述废气再循环系统的入口处的压力的压力比。
6.根据权利要求2所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用指数多项式拟合模型,所述指数多项式拟合模型包括基于来自所述第一选择的系统的所述逆流模型的数据的多项式表达。
7.根据权利要求2所述的方法,还包括: 基于所述节气阀系统的逆流模型确定所述节气阀系统的前馈控制指令,包括: 基于所述节气阀系统的有效过流面积监测所述节气阀系统的第一输入; 基于所述节气阀系统内的压力值监测所述节气阀系统的第二输入;以及基于所述节气阀系统的所述第一输入和所述节气阀系统的所述第二输入确定所述节气阀系统的所述前馈控制指令;以及 基于所述节气阀系统的所述前馈控制指令控制所述节气阀系统;以及 其中确定所述节气阀系统的所述前馈控制指令包括利用如下中之一: 基于基于所述节气阀系统的出口处的压力与所述节气阀系统的入口处的压力的压力比和所述节气阀系统的所述有效过流面积的混合多项式, 基于所述节气阀系统的所述逆流模型填充的并校准成提供所述节气阀系统的所述前馈控制指令的查阅表,以及 包括基于来自所述节气阀系统的所述逆流模型的数据的多项式表达的指数多项式拟合模型。
8.根据权利要求7所述的方法,还包括: 基于所述充气系统的逆流模型确定所述充气系统的前馈控制指令,包括: 基于所述充气系统的有效过流面积监测所述充气系统的第一输入; 基于所述充气系统内的压力值监测所述充气系统的第二输入;以及基于所述充气系统的所述第一输入和所述充气系统的所述第二输入确定所述充气系统的所述前馈控制指令;以及 基于所述充气系统的所述前馈控制指令控制所述充气系统;以及 其中确定所述充气系统的所述前馈控制指令包括利用如下中之一: 基于基于所述充气系统的出口处的压力与所述充气系统的入口处的压力的压力比和所述充气系统的所述有效过流面积的混合多项式, 基于所述充气系统的所述逆流模型填充的并校准成提供所述充气系统的所述前馈控制指令的查阅表,以及 包括基于来自所述充气系统的所述逆流模型的数据的多项式表达的指数多项式拟合模型。
9.根据权利要求2所述的方法,还包括: 基于所述充气系统的逆流模型确定所述充气系统的前馈控制指令,包括: 基于所述充气系统的有效过流面积监测所述充气系统的第一输入; 基于所述充气系统内的压力值监测所述充气系统的第二输入;以及基于所述充气系统的所述第一输入和所述充气系统的所述第二输入确定所述充气系统的所述前馈控制指令;以及 基于所述充气系统的所述前馈控制指令控制所述充气系统;以及 其中确定所述充气系统的所述前馈控制指令包括利用如下中之一: 基于所述充气系统的有效过流面积和基于所述充气系统的出口处的压力与所述充气系统的入口处的压力的压力比的混合多项式, 基于所述充气系统的所述逆流模型填充的并校准成提供所述充气系统的所述前馈控制指令的查阅表,以及 包括基于来自所述充气系统的所述逆流模型的数据的多项式表达的指数多项式拟合模型。
10.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一选择的系统为所述节气阀系统,并且其中所述节气阀系统的所述前馈控制指令包括所述节气阀系统内的节气门的前馈控制指令。
11.根据权利要求10所述的方法,其中所述第一选择的系统内的所述压力值包括基于所述节气阀系统的出口处的压力与所述节气阀系统的入口处的压力的压力比;以及 其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用基于所述有效过流面积与所述压力比的混合多项式。
12.根据权利要求10所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用基于所述第一选择的系统的所述逆流模型填充的并校准成提供所述第一选择的系统的所述前馈控制指令的查阅表。
13.根据权利要求12所述的方法,其中所述第一输入包括校正的质量空气流量;以及 其中所述第一选择的系统内的所述压力值包括基于所述节气阀系统的出口处的压力与所述节气阀系统的入口处的压力的压力比。
14.根据权利要求10所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用指数多项式拟合模型,所述指数多项式拟合模型包括基于来自所述第一选择的系统的所述逆流模型的数据的多项式表达。
15.根据权利要求10所述的方法,还包括: 基于所述充气系统的逆流模型确定所述充气系统的前馈控制指令,包括: 基于所述充气系统的有效过流面积监测所述充气系统的第一输入; 基于所述充气系统内的压力值监测所述充气系统的第二输入;以及基于所述充气系统的所述第一输入和所述充气系统的所述第二输入确定所述充气系统的所述前馈控制指令;以及 基于所述充气系统的所述前馈控制指令控制所述充气系统;以及 其中确定所述充气系统的所述前馈控制指令包括利用如下中之一: 基于所述充气系统的所述有效过流面积和基于所述充气系统的出口处的压力与所述充气系统的入口处的压力的压力比的混合多项式, 基于所述充气系统的所述逆流模型填充的并校准以提供所述充气系统的所述前馈控制指令的查阅表,以及 包括基于来自所述充气系统的所述逆流模型的数据的多项式表达的指数多项式拟合模型。
16.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一选择的系统为所述充气系统,并且其中所述充气系统的所述前馈控制指令包括所述充气系统内的可变几何涡轮增压器的前馈控制指令。
17.根据权利要求16所述的方法,其中所述第一选择的系统内的所述压力值包括基于排气系统中的所述充气系统上游的排气系统压力与所述排气系统中的所述充气系统下游的压力的压力比;以及 其中确定所述前馈控制指令包括利用基于所述有效过流面积和所述压力比的混合多项式。
18.根据权利要求16所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述控制指令包括利用基于所述逆流模型填充的并校准以提供所述第一选择的系统的所述前馈控制指令的查阅表。
19.根据权利要求18所述的方法,其中所述第一输入包括校正的通过所述充气系统内的所述可变几何涡轮增压器的涡轮的排气流量;以及 其中所述第一选择的系统内的所述压力值包括基于所述排气系统中的所述充气系统上游的排气系统压力与所述排气系统中的所述充气系统下游的压力的压力比。
20.根据权利要求16所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用指数多项式拟合模型,所述指数多项式拟合模型包括基于来自所述第一选择的系统的所述逆流模型的数据的多项式表达。
21.根据权利要求1所述的方法,其中确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令包括利用多输入多输出控制器确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令。
22.根据权利要求21所述的方法,其中所述逆流模型使所述第一选择的系统的所述前馈控制指令与另一前馈控制指令解耦。
23.控制内燃发动机中的废气再循环系统、节气阀系统和充气系统的设备,包括: 所述废气再循环系统包括废气再循环阀; 所述节气阀系统包括节气门; 所述充气系统包括可变几何涡轮增压器;以及 控制模块: 基于所述废气再循环系统、所述节气阀系统和所述充气系统中第一选择的一个系统的逆流模型确定所述第一选择的系统的前馈控制指令,包括: 基于所述第一选择的系统的有效过流面积监测第一输入; 基于所述第一选择的系统内的压力值监测第二输入;以及 基于所述第一输入和所述第二输入确定所述第一选择的系统的所述前馈控制指令;以及 基于所述第一选择的系统的所述前馈控制指令控制所述第一选择的系统。
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