CN103732887A - 用于内燃机的控制设备以及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种控制设置有EGR装置的内燃机的设备，所述EGR装置具有EGR通道和EGR阀，所述EGR阀被设置在EGR通道中并能够调节EGR量。该设备包括控制器，其估计在预定时间段内的影响EGR气体的运行情况的内燃机的状态参数；基于通过逼近真实动态所得到的近似动态，设定在预定时间段内的对EGR量的约束，使得近似值不超过真实动态，其中所述真实动态为在预定时间段内EGR量的变化；在已经被设定了约束的EGR量的范围内，根据所估计的状态参数来确定EGR量的目标值；以及控制EGR阀，使得EGR量变成所确定的目标值。

Description

用于内燃机的控制设备以及控制方法

技术领域

本发明涉及用于内燃机的控制设备的技术领域，所述控制设备控制配备有排气再循环（EGR）装置的内燃机。

背景技术

已经提出这样一种类型的控制设备，其中EGR量由模型估计控制方法来控制（例如，参见公开号为2007-113563的日本专利申请（JP2007-113563A））。

对于在JP2007-113563A中公开的用于内燃机的控制设备，通过使用模型估计控制方法来控制EGR阀的开度，使得所估计的再循环气体局部压力Pirest与目标值Pirref相匹配，以便于适当地控制EGR阀的开度。

在包括上述模型估计控制方法的各种模型估计控制方法中，在逼近后最经常使用对EGR量建立实际约束的真实动态，以便于减少计算量。特别地，当真实动态包括非线性部分时，通过用直线逼近非线性部分能够极大地减少计算量。

因此，为了获得对真实动态更精确的逼近（也就是，具有高几何同一性的逼近），已经讨论了逼近后的动态（适当地，在下文中称之为“近似动态”）和真实动态之间的关系。

然而，当仅以简单的方式追求逼近的精确性时，形成近似动态的近似值和在真实动态中的相应值之间的关系并不一定是唯一的。因而，近似动态的近似值有时可能很容易超过真实动态。当近似值超过真实动态时，它意味着旨在减少计算量的虚拟约束比实际约束更不严格。

因此，特别是在虚拟约束比实际约束更不严格时，无法实现的EGR量实际上被允许作为控制目标，且因此内燃机的燃烧性能可能会下降。因而，当EGR量超过作为真实约束的失火限制时，内燃机会失火。换言之，根据包括了在JP2007-113563A中公开的装置的有关设备，在车辆的某些行驶条件下很难保持最佳EGR量。

发明内容

本发明提供一种用于内燃机的控制设备和控制方法，其能够实现最佳EGR量控制，而与车辆行驶条件无关。

本发明的一种模式在于一种用于内燃机的控制设备，其控制设置有EGR装置的内燃机，所述EGR装置具有：EGR通道，其将部分排气作为EGR气体再循环；和EGR阀，其设置在所述EGR通道中并能够调节EGR量，所述EGR量为所述EGR气体的流量，所述控制设备包括：控制器，其进行以下控制：估计在预定时间段内的影响所述EGR气体的运行情况的所述内燃机的状态参数；基于通过逼近真实动态所得到的近似动态，设定在所述预定时间段内的对所述EGR量的约束，使得近似值不超过所述真实动态，其中所述真实动态为在所述预定时间段内所述EGR量的变化；在已经被设定了所述约束的所述EGR量的范围内，根据所估计的状态参数来确定所述EGR量的目标值；以及控制所述EGR阀，使得所述EGR量变成所确定的目标值。

根据本发明的一种模式的用于内燃机的控制设备可以适用于该术语的一般意义上的内燃机，其包括至少设置有EGR装置且能够将通过燃料的燃烧而产生的热能转化为动能的发动机，与实际模式无关，例如，汽缸数、汽缸的布置、进气和排气系统的配置、有无增压器、燃料类型、燃料喷射系统的配置以及动力阀系统的配置。根据本发明的用于内燃机的控制设备，在其实施例中，可以使用，例如，具有一个或多个中央处理单元（CPU）、微处理单元（MPU）、处理器或控制器的单一电子控制单元（ECU）或计算机系统，或多个电子控制单元（ECU）或计算机系统。此外，各种类型的存储装置，例如，适用的只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、缓冲存储器或快速擦写存储器能够与其一起使用。可以将本发明的一种模式的用于内燃机的控制设备配置为控制内燃机的各种部件（传动阀系统、点火系统或冷却系统）的计算机装置的一部分。

在根据本发明的一种模式的用于内燃机的控制设备中，控制器可以将近似动态设定为EGR量的上限值并确定低于已经设定的上限值的EGR量的目标值。

在根据本发明的一种模式的用于内燃机的控制设备中，预定时间段可以是从当前至未来的预定时间段。

在根据本发明的一种模式的用于内燃机的控制设备中，控制器估计在从当前至未来的预定时间段内的所述内燃机的状态参数。同时，设定在预定时间段内的对EGR量的约束。设定约束的预定时间段和估计状态参数的预定时间段并不一定彼此匹配，且例如，其中一个预定时间段可以包括另一个预定时间段。

由控制器估计的内燃机的状态参数是影响EGR气体的运行情况的状态参数（概念上包括“已经被设定为影响EGR气体的运行情况的那些状态参数”），其示例包括进气量、新气体流量（被吸进汽缸中的新气体量）、进入量（新气体流量+EGR量）、进气压力（大致等于EGR阀的下游压力）、排气压力（大致等于EGR阀的上游压力）、排气温度、EGR阀开度（或者，相对于EGR阀的上游区和下游区之间的连通通道的横截面积）、EGR比率以及EGR量（那些参数中仅某些参数可以被估计）。

由控制器设定的“对EGR量的约束”指对EGR量的控制限制。当尽可能享有由EGR气体提供的优点时（例如，由排气温度下降而引起的NOx量减少），该约束（控制限制）可以匹配对内燃机（包括EGR装置）的实际约束（也就是，物理的和机械的限制或实际限制）。

这种实际约束的动态（概念上可以被限定为不取决于参数（例如，EGR阀开度）的相对于一特定参数（例如，EGR阀的上游压力和下游压力之比）的EGR量的定量的运行情况）并不一定是线性动态而一般为相对于该参数的较大部分的非线性动态。当作为这种非线性动态的实际约束被用于计算EGR量的控制量或EGR阀开度时，该实际约束变成增加计算量的因素。有鉴于此，在根据本发明的一种模式的用于内燃机的控制设备中，所述控制器被配置为基于通过逼近限定实际约束的真实动态而获得的近似动态来设定对所述EGR量的约束。

在这种情况下，可以预先提供近似动态，或者适当地，可以基于预先实验上获得的真实动态来获取近似动态。此外，只要能够在一定程度上减少计算量，可以自由地选择逼近的实际模式，且逼近的概念还包括，例如，当真实动态是包括X（X＞3）个线段的线性动态时，真实动态是通过Y（Y＜X）个线段来线性逼近的情况。然而，优选地，逼近指其中作为非线性动态的真实动态是通过大量线段来线性逼近的模式。

逼近精度是在通过逼近真实动态来产生近似动态的过程中的其中一个重要因素。当重点仅在逼近精度上且当前没有对近似值提出约束时，近似值可以大于或小于在真实动态中的相应数值。然而，当近似动态超过、甚至部分地超过真实动态时，由超过真实动态的近似值所表示的约束是超过实际约束的约束，也就是，无法实现的约束。“无法实现的约束”的意思是有点含糊的，并且可以包括各种模式，例如，其中允许开度超过EGR阀的物理限制的模式，其中允许操作速度超过EGR阀的物理限制的模式，以及其中允许EGR量超过内燃机的失火限制的模式。

考虑到这个问题，根据本发明的近似动态被限定为通过逼近真实动态而获得的动态，使得近似值不超过真实动态。因而，基于近似动态而由控制器所设定的对EGR流量的约束相对于真实动态移至安全侧。因此，只要控制器在用这样的方式设定的约束范围内确定EGR气体的目标流量，目标流量就不会违反对EGR量的实际约束。

因此，当控制器控制EGR阀以便于获得如此已被确定的目标流量时，消除了燃烧恶化的可能性以及在极端情况下在内燃机中出现的失火的可能性，且总是能够将EGR量控制为最佳值，而与其中安装有内燃机的车辆的行驶条件无关。

在根据本发明的一种模式的用于内燃机的控制设备中，控制器可以估计在内燃机中的新气体流量、进气压力、排气压力和排气温度作为状态参数。

既然新气体流量、进气压力、排气压力和排气温度是与EGR量具有强相关性的因素，它们适用作为与本发明的上述模式有关的状态参数。并不特别限制当控制器估计状态参数时所考虑的实际模式。然而，例如，由诸如与每个估计对象对应的传感器的检测手段可以获取当前值，或者可以基于预先在实验上、经验上或理论上给出的计算方程或物理方程来进行估计计算处理。可选地，可以预先在实验上、经验上或理论上关联未来状态参数和当前状态参数并以适当的存储工具将它们存储为控制图等。

在根据本发明的另一种模式的用于内燃机的控制设备中，近似动态可以是通过真实动态的线性逼近所得到的线性动态，所述真实动态是非线性动态。

真实动态是非线性动态，且当通过真实动态的线性逼近获得近似动态时，减少了逼近的计算量。

在根据本发明的另一种模式的用于内燃机的控制设备中，真实动态可以是相对于在EGR通道中EGR阀的上游和下游的压力比来确定EGR气体的运行情况的动态。

EGR阀的上游区和下游区之间的压力差（正如本文中所指的，“上游”和“下游”是参照目标气体的流动而确定的方向；当这些概念应用于EGR阀时，排气侧是EGR阀的上游且进气侧是EGR阀的下游）是确定EGR量的非常合理的因素。因此，真实动态是有意义的。近似动态也是有意义的。

在根据本发明的另一种模式的用于内燃机的控制设备中，基于预定标准，控制器通过逼近已预先给出的真实动态来获取近似动态，并基于所获取的近似动态来设定约束。

对于这样一种模式，适当地在每种情形下，对在实验上、经验上或理论上已预定获得的真实动态进行逼近，并获取近似动态。因此，例如，适当地在每种情形下，为了根据情况而改变逼近精度，还可以考虑增加或减少逼近线段的步骤。

在根据本发明的另一种模式的用于内燃机的控制设备中，控制器可以设定由对EGR阀的开度的物理限制而产生的约束，由对EGR阀的开度变化率的物理限制而产生的约束，以及由对内燃机的失火限制而产生的约束，作为对EGR量的约束。

在该模式中，控制器设定由对EGR阀的开度的物理限制而产生的约束，由对EGR阀的开度变化率（在意思上大致等同于开闭速度）的物理限制而产生的约束，以及由对内燃机的失火限制而产生的约束，作为对EGR量的约束。这些约束是在控制器确定EGR气体的目标流量和当EGR气体的最佳目标流量被确定时所使用的参数时所指的约束。

在根据本发明的另一种模式的用于内燃机的控制设备中，预定时间段可以包括EGR气体从EGR阀移动至内燃机的汽缸所需要的时间。

在本发明的该模式中的预定时间段的概念是一种定性的概念，其并不一定要求数值上的限制，并且从EGR气体通过EGR阀的时间点至EGR气体进入汽缸的时间点之间的时区是用于控制EGR量为最佳值的预定时间段的示例。

本发明的另一种模式在于一种用于内燃机的控制方法，所述控制方法控制设置有EGR装置的内燃机，所述EGR装置具有：EGR通道，其将部分排气作为EGR气体再循环；和EGR阀，其设置在所述EGR通道中并能够调节EGR量，所述EGR量为所述EGR气体的流量，所述控制方法包括：估计在预定时间段内的影响所述EGR气体的运行情况的所述内燃机的状态参数；基于通过逼近真实动态所得到的近似动态，设定在所述预定时间段内的对所述EGR量的约束，使得近似值不超过所述真实动态，其中所述真实动态为在所述预定时间段内所述EGR量的变化；在已经被设定了所述约束的所述EGR量的范围内，根据所估计的状态参数来确定所述EGR量的目标值；以及控制所述EGR阀，使得所述EGR量变成所确定的目标值。

从以下所述的实施例中，本发明的上述效果和其他优点将变得显而易见。

附图说明

将参照附图在以下本发明的示例性实施例的详细说明中描述本发明的特征、优点以及技术和工业重要性，其中类似的附图标记指代类似的元件，并且其中：

图1是概念上表示根据本发明的一种模式的发动机系统的配置的图解配置图；

图2是由图1中所示的发动机系统中的ECU所执行的EGR控制处理的流程图；

图3是约束设定处理的流程图，其为图2所示的EGR控制处理的子程序；

图4表示了EGR量Megr相对于压力比PR的动态；

图5是第一约束的概念图；

图6是第二约束的概念图；

图7图示了第一约束的效果；

图8图示了第二约束的效果；

图9A用示例的方式图示了在逐渐减速过程中EGR比率Regr的时间特性；

图9B用示例的方式图示了在逐渐减速过程中EGR阀开度Aegr的时间特性；以及

图9C用示例的方式图示了在逐渐减速过程中节流阀开度thr的时间特性。

具体实施方式

以下将参照附图描述本发明的实施例。

将参照图1说明与本发明的实施例有关的发动机系统10的配置。图1是概念上表示发动机系统10的配置的图解配置图。

参照图1，发动机系统10安装在车辆上（图中未显示）并包括ECU100和发动机200。

ECU100设置有CPU、ROM和RAM且为一种电子控制单元，其被配置为能够控制发动机系统10的运转。该电子控制单元是根据本发明的“用于内燃机的控制设备”的示例。ECU100被配置为能够根据存储在ROM中的控制程序来执行下述的EGR控制处理。

此外，ECU100是一种能够起根据本发明的“控制器”的示例作用的电子控制单元。然而，根据本发明的控制器的物理的、机械的以及电气的特性并不限于此。例如，控制器可以被配置为多个ECU、各种不同的处理单元、各种不同的控制器或诸如微型计算机的各种不同的计算机系统。

发动机200是作为根据本发明的“内燃机”的示例的汽油发动机。

发动机200是一种发动机，其被配置为使得汽油和空气的气体混合物通过点火器202执行的点火操作而燃烧，在点火器202中，部分火花塞（它的附图标记被省略）暴露于被容纳在汽缸体201A中的汽缸201B内侧的燃烧室里，且响应于作为燃烧结果出现的爆发力而产生的活塞203的往复运动可以通过连杆204转换成曲轴205的旋转运动。检测曲轴205的旋转位置（也就是，曲轴转角）的曲轴位置传感器206被布置在曲轴205的附近。曲轴位置传感器206被电连接至ECU100，且所检测到的发动机200的曲轴转角被定期地或不定期地输出至ECU100。

发动机200是多汽缸发动机，其中多个汽缸201B被布置为垂直于图中纸面的方向。因为汽缸201B具有相同的配置，因此图2中仅说明一个汽缸201B。该配置仅为根据本发明的“内燃机”的示例。

从外部吸进发动机200的空气通过进气管207并且在进气口209中与已经从进气口喷射器211喷射的进气口喷射燃料Fpi混合，由此产生上述气体混合物。燃料存储在燃料箱中并经由输送管在进料管的作用下（燃料箱、进料泵和输送管没有在图中显示）被泵送至进气口喷射器211来供给。

汽缸201B和进气口209的连通状态是通过打开和关闭进气门210来控制的。当排气门212打开时，已经在汽缸201B中燃烧的气体混合物变成排气且通过排气口213被引入排气管214中。排气门的打开和关闭对应于进气门210的打开和关闭。

同时，在进气管207的进气口209的上游设置节流阀208，节流阀208调节与经由滤清器（图中未显示）而被引入的进气有关的进气量。节流阀208被配置为使得其操作状态受电连接至ECU100的节流阀电机（图中未显示）控制。ECU100主要控制节流阀电机的运转以便于获得节流阀开度，节流阀开度对应于由加速器位置传感器（图中未显示）所检测到的加速器下压量Ta。还可以通过节流阀电机的操作控制来调整节流阀开度，而不管驾驶员的意愿。因而，节流阀208被配置为电子控制节流阀。

空燃比传感器215被配置为能够检测发动机200的排气空燃比，空燃比传感器215被布置在排气管214中。用于检测与通过循环供给以冷却发动机200的冷却水（LLC）有关的冷却水温度Tw的冷却水温度传感器216被设置在水套中，该水套伸展以便于环绕容纳汽缸201B的汽缸体201A。在进气口209中设置用于检测进气压力Pi的进气压力传感器217，所述进气压力Pi为已经通过节流阀208的进气的压力。在排气口213中设置用于检测排气温度To的排气温度传感器218，所述排气温度To为排气的温度。此外，在排气口213中设置用于检测排气压力Po的排气压力传感器219，所述排气压力Po为排气的压力。空燃比传感器215、水温度传感器216、进气压力传感器217、排气温度传感器218和排气压力传感器219被电连接至ECU100，且由ECU100定期地或不定期地输出通过上述传感器所检测到的空燃比AF、冷却水温度Tw、进气压力Pi、排气温度To和排气压力Po。

发动机200设置有用于将部分排气作为EGR气体再循环至进气系统的EGR装置300。

EGR装置300是根据本发明的“EGR装置”的示例，其设置有EGR通道301、EGR冷却器302以及EGR阀303。

EGR通道301是金属管构件，其一端被连接至排气口213而且其另一端被连接至进气口209。适当地，排气口213和进气口209被配置为当下述EGR阀303打开时经由EGR通道301而连通。

EGR冷却器302是通过将刚刚排放的具有比较高的温度的EGR气体与冷却水进行热交换而冷却所述EGR气体的水冷型冷却装置。

EGR阀303是电磁开闭阀装置，其为根据本发明的“EGR阀”的示例且能够连续地改变由EGR通道301所连接的排气口213和进气口209的通道面积。驱动EGR阀303的驱动装置（例如，螺线管；图中未显示）被电连接至ECU100，且EGR阀开度Aegr，其为EGR阀303的开度，能够由ECU100来控制。本文中被称为的“开度”指阀打开的程度。关于EGR阀开度Aegr，Aegr=0（%）对应于完全关闭（或完全打开）的阀，并且Aegr=100（%）对应于完全打开（或完全关闭）的阀。在任何情况下，在EGR阀开度Aegr与相对于EGR阀303的上游侧（排气口213侧）和下游侧（进气口209侧）之间的连通通道的横截面积Segr之间存在一一对应的关系。

上述进气压力Pi等于EGR阀下游压力Pdn，EGR阀下游压力Pdn为EGR阀303的下游（进气口209侧）的压力，且上述排气压力Po等于EGR阀上游压力Pup，EGR阀上游压力Pup为EGR阀303的上游（排气口213侧）的压力。EGR量Megr为EGR气体的流量，EGR量Megr根据压力比PR和上述连通通道的横截面积Segr而变化，压力比PR为EGR阀上游压力Pup和EGR阀下游压力Pdn的比。以下将说明EGR量Megr如何响应于压力比PR和连通通道的横截面积Segr而变化。

以下将更详细地说明作为该实施例的一种操作的由ECU100所执行的EGR控制处理。

将参照图2来说明EGR控制处理的控制流程。图2是EGR控制处理的流程图。

在图2中，ECU100估计发动机200的各种不同的状态参数X（i），其已经预先设定为在预定估计时间段内影响EGR气体的运行情况的参数（步骤S110）。步骤S110是根据本发明的“控制器”的操作的示例。

正如本文中所指的，在步骤S110中的“估计时间段”是根据本发明的“预定时间段”的示例且表示从当前时间点至假定EGR气体从EGR阀303抵达汽缸201B的时间点的时间段，更具体地，从当前时间点至未来的大约20至100毫秒的时间段。ECU100将估计时间段分成n等分时间间隔并预先估计在对应于时间间隔之间的边界的时刻i（i=0,1,...,n）处的状态参数X（i）。对应于i=0的时刻指当前时刻。

ECU100被配置为估计作为状态参数X（i）的以下状态参数。

例如，待估计的状态参数指新气体流量Ma（i）、基本目标EGR量Megrtagb（i）、进气压力Pi（i）（与EGR阀下游压力Pdn（i）相同）以及排气压力Po（i）（与EGR阀上游压力Pup（i）相同）。新气体流量Ma（i）与通过进气管207和节流阀208而被引入进气口209的空气有关。

例如，通过使用预先已经给出并限定在估计时间段内新气体流量Ma随时间的变化的估计计算公式，由当前时间处的新气体流量Ma（0）来估计新气体流量Ma（i），当前时间处的新气体流量Ma（0）由通过布置在进气管207中的空气流量计所检测到的进气量Ga、在该时间点处节流阀208的开度thr以及发动机转速NE来确定。

正如已经提到的，节流阀208通过ECU100来操作控制，只要时间的数量级（time order）大约为估计时间段，则因此能够高精度地估计出节流阀开度thr随时间的变化。还能够以相似的方式估计出发动机转速NE随时间的变化。因此，适当地，通过利用那些估计的结果，ECU100可以估计新气体流量Ma（i）。可选地，当通过利用当前时间点处的新气体流量Ma（0）和发动机的各种运行条件作为参数来预先绘制并以适当的存储工具来存储在估计时间段内的新气体流量Ma（i）时，ECU100还可以通过从相应的存储工具中选择适当的值来估计新气体流量Ma（i）。

基本目标EGR量Megrtag（i）指由新气体流量Ma和目标EGR比率Regr所确定的理想的目标EGR量Megr。例如，基本目标EGR量Megrtag（i）可以被确定为Megrtag（i）=Ma（i）*Regr（i）/（1-Regr（i））。目标EGR比率Regrtag（i）相对于一个估计时间段被视为是相同的。

类似于新气体流量Ma（i），通过利用估计计算公式或图，还可以估计进气压力Pi（i）（EGR阀下游压力Pdn（i））和排气压力Po（i）（EGR阀上游压力Pup（i））随时间的变化。因为多种技术可供使用且能够用来估计这样的状态量，因此这里省略了对它们的详细说明。

在完成状态参数X（i）的估计的情况下，ECU100执行约束设定处理（步骤S120）。步骤S120是根据本发明的“控制器”的操作的示例。

以下将参照图3说明约束设定处理。图3是约束设定处理的流程图。

如图3所示，ECU100计算压力比PR（i）和线性逼近动态φlin（i）（步骤S121）。

在实施例中，由以下的等式（1）来表示压力比PR（i）。正如从以下等式（1）中清楚可见，压力比PR是EGR阀下游压力Pdn（进气压力Pi）与EGR阀上游压力Pup（排气压力Po）之比，且随着EGR阀上游压力Pup变为大于EGR阀下游压力Pdn，该压力比减小。

[等式1]

$\mathrm{PR}\left(i\right)=\frac{\mathrm{Pdn}\left(i\right)}{\mathrm{Pup}\left(i\right)}\·\·\·\left(1\right)$

同时，由以下的等式（2）来确定线性逼近动态φlin（i）。

[等式2]

$\mathrm{\&phi;lin}\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}b1& (0\&le;\mathrm{PR}\left(i\right)<c)\\ a2*\mathrm{PR}\left(i\right)+b2& (c\&le;\mathrm{PR}\left(i\right)<1)\end{array}\right\}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

在下文将参照图4更详细地说明线性逼近动态φlin（i）。图4表示了EGR量Megr相对于压力比PR的动态。

在图4中，相对于纵坐标标绘了EGR量Megr的动态，且相对于横坐标标绘了压力比PR。正如本文中所指的，EGR量Megr的动态是通过对不取决于EGR阀开度Aegr的EGR量Megr的定性的运行情况进行定量而获得的值。

在图中，如图所示，φnonlin（实线）是非线性动态，其为EGR量Megr的真实动态。真实动态φnonlin预先在实验上获得并存储在ROM中。EGR气体基本上不会返回至进气系统，除非EGR阀上游压力Pup大于EGR阀下游压力Pdn。因此，在两个压力彼此相等且达到压力比PR=1的时间点处，EGR量Megr变成等于零。因而，压力比PR的最大值一定为1。

线性近似动态φlin（虚线）通过在m（m≥2）时间间隔内的真实动态φnonlin的线性逼近而获得且为根据本发明的“近似动态”的示例。如图所示，线性近似动态φlin在压力比PR等于或小于c范围内呈现定值b1且在压力比PR大于c的范围内变成相对于压力比PR的单调递减函数。采用这样的线性近似动态φlin，能够极大地简化本质上为非线性动态的真实动态φnonlin。因此，当如下文所述来设定对EGR量Megr的约束时，极大地减少了ECU100的计算量。在此所示示例中，进行了两个时间间隔的线性逼近，但明显地选择这样的逼近仅仅为了便于说明，因此实际上可以在大量的时间间隔内进行线性逼近。通过线性逼近真实动态φnonlin来获取线性近似动态φlin（i）的过程是根据本发明的“控制器”的操作的示例。

在线性逼近真实动态φnonlin的这种情形下，ECU100执行逼近使得近似值不超过真实动态φnonlin。线性近似动态φlin（虚线）总是被设定在真实动态φnonlin（实线）的内侧上（坐标轴侧）可见。以下描述了这样逼近的效果。

返回至图3，在ECU100计算压力比PR（i）和φlin（i）（φlin（i）指对应于压力比PR（i）的线性近似动态的近似值）的情况下，ECU100对EGR量Megr设定约束（步骤S122）。正如本文中所指的，对EGR量Megr的约束是由于包括EGR装置300的发动机200的各种约束而产生的对EGR量Megr的控制约束。在实施例中，设定三个约束，即，由EGR阀的开度Aegr而产生的第一约束，由EGR阀303的开闭速度而产生的第二约束，以及由发动机200的失火限制而产生的第三约束。

关于第一约束，EGR阀开度Aegr仅是通过将EGR阀303的开度转换成数值所获得的方便的指标，且实际的EGR量Megr取决于连通通道的连通横截面积Segr，所述连通通道与EGR阀开度Aegr为一一对应关系。因此，在以下说明中，适当的情况下，将用连通通道的连通横截面积Segr来替换EGR阀开度Aegr。关于第二约束，出于与第一约束有关的相同的原因，适当的情况下，将用连通通道的连通横截面积Segr的变化速度来替换EGR阀303的开闭速度。

作为对EGR量Megr设定约束的前提，EGR量Megr（i）可以通过以下的等式（3）来表示，且EGR气体流量变化率dMegr（i）可以通过以下的等式（4）来表示。

[等式3]

$\mathrm{Megr}\left(i\right)=\mathrm{Segr}\left(i\right)*\sqrt{\frac{\mathrm{Pup}\left(i\right)}{\mathrm{Tup}\left(i\right)}}*\mathrm{\&phi;lin}\left(i\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

[等式4]

dMegr(i)=Megr(i)-Megr(i-1)···(4)

第一约束是对EGR阀开度Aegr（连通横截面积Segr）的约束，也就是，由对EGR阀303的开度的物理限制而产生的约束。由以下的等式（5）来表示该约束条件。在等式中的Segrmax是连通横截面积Segr的最大值，也就是，在EGR阀开度Aegr=100处的连通横截面积Segr。

[等式5]

0≤Segr(i)≤Srgrmax···(5)

在这种情况下，正如以下的等式（6）、（7）和（8）所示，ECU100将由等式（5）所表示的与第一约束有关的约束条件转换成对EGR量Megr的约束。在等式中的Tup是EGR阀的上游温度，也就是，Tup具有与由排气温度传感器218所检测到的排气温度To相同的含义。当压力比PR（i）等于或小于c时使用等式（7），且当压力比PR（i）大于c并等于或小于1时使用等式（8）。

[等式6]

-Megr(i)≤0···(6)

[等式7]

$\mathrm{Megr}\left(i\right)\&le;\mathrm{Segr}\max *\sqrt{\frac{\mathrm{Pup}\left(i\right)}{\mathrm{Tup}\left(i\right)}}*b1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(7\right)$

[等式8]

$\mathrm{Megr}\left(i\right)\&le;\mathrm{Segr}\max *\sqrt{\frac{\mathrm{Pup}\left(i\right)}{\mathrm{Tup}\left(i\right)}}*(a2*\mathrm{PR}\left(i\right)+b2)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(8\right)$

这里，将参照图5直观地说明第一约束。图5是第一约束的概念图。

在图5中，相对于纵坐标标绘EGR量Megr，且相对于横坐标标绘压力比PR。

在EGR阀开度Aegr处于最大值处的情况下，在图中的Lmegrr_max（实线）是EGR量Megr的真实动态。在Lmegrr_max下方的区域是EGR阀开度Aegr能够实现的区域。

同时，正如上文已经指出的，在实施例中，线性逼近EGR量Megr的真实动态，使得近似值不会超过真实动态。因此，由图中的Lmegra_max（虚线）来确定基于线性近似动态φlin而设定的控制约束（第一约束）。因而，图中Lmegra_max上方的区域（通过在图中画阴影线来显示）是违背控制约束的约束违背区域AOCV1。

第二约束由EGR阀303的开闭速度（连通通道的横截面积Segr的变化率）而产生，也就是，由对EGR阀303的开闭速度的物理限制而产生。约束条件由以下的等式（9）和（10）来表示。在连通通道的横截面积Segr增大（也就是，当EGR阀303打开时）的情况下，在以下等式中的Sopenmax是连通通道的横截面积Segr的时间变化率的最大值，且在连通通道的横截面积Segr减小（也就是，当EGR阀303关闭时）的情况下，在以下等式中的Sclosemax是连通通道的横截面积Segr的时间变化率的最大值。

[等式9]

dSegr(i)≤dSopenmax···(9)

[等式10]

-dSegr(i)≥dSclosemax···(10)

在这种情况下，正如以下的等式（11）、（12）、（13）和（14）所示，ECU100将与由以上的等式（9）和等式（10）所表示的第二约束有关的约束条件转换成对EGR量变化率dMegr的约束。当压力比PR（i）等于或小于c时，使用等式（11）和等式（12），且当压力比PR（i）大于c并等于或小于1时，使用等式（13）和等式（14）。此外，等式（11）和等式（13）表示当阀打开时所实行的约束，而等式（12）和等式（14）表示当阀关闭时所实行的约束。

[等式11]

$\mathrm{dMegr}\left(i\right)\&le;\mathrm{dSopen}\max *\sqrt{\frac{\mathrm{Pup}\left(i\right)}{\mathrm{Tup}\left(i\right)}}*b1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(11\right)$

[等式12]

$\mathrm{dMegr}\left(i\right)\&le;-\mathrm{dSclose}\max *\sqrt{\frac{\mathrm{Pup}\left(i\right)}{\mathrm{Tup}\left(i\right)}}*b1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(12\right)$

[等式13]

$\mathrm{dMegr}\left(i\right)\&le;\mathrm{dSclose}\max *\sqrt{\frac{\mathrm{Pup}\left(i\right)}{\mathrm{Tup}\left(i\right)}}*(a2*\mathrm{PR}\left(i\right)+b2)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(13\right)$

[等式14]

$\mathrm{dMegr}\left(i\right)\&le;-\mathrm{dSclose}\max *\sqrt{\frac{\mathrm{Pup}\left(i\right)}{\mathrm{Tup}\left(i\right)}}*(a2*\mathrm{PR}\left(i\right)+b2)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(14\right)$

这里，将参照图6直观地说明第二约束。图6是第二约束的概念图。

在图6中，相对于纵坐标标绘EGR量变化率dMegr，且相对于横坐标标绘压力比PR。在原点上方的区域与阀打开的时间间隔有关，且在原点下方的区域与阀关闭的时间间隔有关。

在以最大速度打开EGR阀303的情况下，图中的Ldmegrr_max（+）（实线）是EGR量变化率dMegr的真实动态。在原点线上方及Ldmegrr_max（+）下方（包括其在内）的区域是能够实现为EGR量变化率dMegr的区域。同样地，在以最大速度关闭EGR阀303的情况下，图中的Ldmegrr_max（-）（实线）是EGR量变化率dMegr的真实动态。在原点线下方及Ldmegrr_max（-）上方（包括其在内）的区域是能够实现为EGR量变化率dMegr的区域。

同时，正如上文所述，在实施例中，线性逼近EGR量Megr的真实动态，使得近似值不会超过真实动态。因此，基于线性近似动态φlin而设定的控制约束（第二约束）被确定为开阀侧上的图中所示（虚线）的Ldmegra_max(+)且被确定为闭阀侧上的Ldmegra_max(-)（虚线）。图中所示的Ldmegra_max(+)上方的区域和图中所示的Ldmegra_max(-)下方的区域（通过在图中画阴影线来显示）是违背控制约束的约束违背区域AOCV2。

第三约束与对发动机200的失火限制有关，也就是，与EGR比率Regr有关。在这种情况下，在失火发生处的EGR比率Regr取决于发动机200的结构或运行条件而变化。因此，用作失火限制的EGR比率Regr预先在实验上被确定为与第三约束有关的约束条件并被存储在ROM中。由以下的等式（15）所示，ECU100将对EGR比率Regr的约束条件转换成对EGR量Megr的约束。在等式中，Mlim指作为失火限制的EGR量。

[等式15]

Megr(i)≤Megrlim···(15)

在第一约束、第二约束和第三约束如此被确定为与EGR量Megr相关的值的情况下，完成了约束设定处理且处理前进至EGR控制处理的步骤S130。

返回至图2，在步骤S130中，确定目标EGR量Megrtag（i）。目标EGR量Megrtag（i）是基于基本目标EGR量Megrtagb（i）和上述约束而确定的控制目标值。更具体地，ECU100将满足上述约束处最佳EGR量确定为目标EGR量Megrtag（i）。与目标EGR量的这种确定有关的过程是根据本发明的“控制器”的操作的示例。ECU100还可以在满足上述约束的范围内采用最接近基本目标EGR量Megrtagb（i）的值作为目标EGR量。在基本目标EGR量Megrtagb（i）不违背约束的情况下，基本目标EGR量Megrtagb（i）和目标EGR量Megrtag（i）可以相一致。

在待确定目标EGR量Megrtag（i）的情况下，ECU100将目标EGR量Megrtag（i）转换成EGR阀开度Aegr，并计算目标EGR阀开度Aegrtag（i）（步骤S140）。在这种情况下，ECU100使用图5中以示例的方式所示的EGR量Megr的真实动态。因而，对于每一个EGR阀开度Aegr，与压力比PR对应的EGR量Megr的真实动态被存储在ROM中（图5中仅表示了与最大开度对应的动态），且目标EGR量Megrtag（i）能够很容易地转换成EGR阀开度Aegr。

在待确定目标EGR阀开度Aegrtag（i）的情况下，ECU100按时间顺序进行EGR阀303的连续驱动控制，以便于获得目标EGR阀开度Aegrtag（i）（也就是，根据本发明的“控制器”的操作的示例）。正如上文所述来执行EGR控制处理。在这种情况下，EGR控制处理没有被描述为循环处理，但在发动机200的运行周期内总是基本上重复执行EGR控制处理。

在下文将参照图7和图8说明第一约束和第二约束的效果。图7图示了第一约束的效果，且图8图示了第二约束的效果。在这些图中所示的与上述图中那些位置相似的位置被分配了相同的附图标记，且适当地，在此省略了其说明。

在图7中，示出了作为根据实施例的第一约束Lmegra_max（虚线）的比较示例的比较约束Lmegrcmp_max（点划线），其中基于通过在图4中的示例所示的线性逼近非线性动态φnonlin（在该逼近中，允许近似值超过真实动态）所获得的比较线性近似动态而设定了比较约束Lmegrcmp_max。

这里，当比较约束Lmegrcmp_max被视为控制约束时，由图中黑圈M2所表明的EGR量也满足控制约束。然而，正如图中细点划线所示，对应于黑圈M2的EGR量位于超过与EGR阀303的最大开度对应的EGR量Megr的真实动态（实线）的区域中且因此其为本质上无法实现的EGR量。所以，在EGR控制处理所允许的对应于黑圈M2的EGR量处，由ECU100所确定的EGR量将不同于实际EGR量且燃烧可能会恶化。

相反，对于根据实施例的第一约束Lmegra_max，例如，由图中所示的白圈M1来表示在这种情况所确定的目标EGR量Megrtag，且EGR阀开度Aegr总是保持在小于实际约束（也就是，EGR阀303的最大开度）的值处。

同时，在图8中，示出了作为根据实施例的第二约束之一的Ldmegra_max（虚线）的比较示例的比较约束Ldmegrcmp_max（点划线），其中基于通过在图4中的示例所示的线性逼近非线性动态φnonlin（在该逼近中，近似值被允许超过真实动态）所获得的比较线性近似动态而设定了比较约束Ldmegrcmp_max（已经描述了正负号，则在此未区分）。

这里，当比较约束Ldmegrcmp_max被视为控制约束时，由图中黑圈M4所表明的EGR量变化率dMegr也满足控制约束。然而，正如图中细点划线所示，对应于黑圈M4的EGR量变化率dMegr位于超过与EGR阀303的最大阀关闭速度对应的EGR量变化率dMegr的真实动态Ldmegrr_max(-)（实线）的区域中且因此其为本质上无法实现的EGR量变化率。所以，在EGR控制处理所允许的对应于黑圈M4的EGR量变化率处，ECU100将错误地认为已经比实际情况更快地关闭了EGR阀303。其结果是，取决于如何进行随后的控制，由ECU100所确定的EGR量将不同于实际EGR量且燃烧可能会恶化。

相反，对于由根据实施例的线性近似动态Ldmegra_max(-)所确定的第二约束，由黑圈M4所表示的EGR量变化率dMegr并不满足约束且因此不被允许，且例如，如图中白圈M3所示，实际EGR量变化率总是保持在小于实际约束（也就是，对应于EGR阀303的最大关闭速度的EGR量变化率）的值处。

在下文中将参照图9A至图9C说明实施例的效果。图9A至图9C以示例的方式图示了在携带发动机系统10的车辆逐渐减速过程中EGR气体的运行情况。在这些图中所示的与上述图中那些位置相似的位置被分配了相同的附图标记，且适当地，在此省略了其说明。

在图9A至图9C中，EGR比率Regr的时间特性、EGR阀开度Aegr的时间特性以及节流阀开度thr的时间特性按照描述的顺序从上而下显示。

在图中所示的时间T1处，随着加速器踏板释放，节流阀208开始缓慢地关闭且车辆开始逐渐减速。此时，除了计算量以外，当根据作为非线性动态的实际约束（可说是，理想约束）来控制EGR阀开度Aegr时，EGR阀开度Aegr如图中实线所示而变化。

在这种情况下，当上述比较约束被视为控制约束时，如图中点划线所示，EGR阀开度Aegr的减小要慢于在应用实际约束情况下EGR阀开度Aegr的减小。因此，EGR比率Regr在图中通过画阴影线所示的失火区域AOAF中移动且发动机200可能失火。

相反，当使用基于根据实施例的线性近似动态的约束时，如图中虚线所示，EGR阀开度Aegr在相对于与实际约束对应侧的限制侧（安全侧）上稳定地移动，则因此，也正如图中虚线所示，EGR比率Regr具有较大的安全侧余地。因而，消除了发动机200失火的可能性。所以，根据实施例，即使在通常很难进行EGR气体的流量控制时，如在上述类型的逐渐减速期间，EGR的实际优点仍然能够充分保持。因而，总是能够实现最佳EGR量，而与车辆的行驶条件无关。

本发明并不限于上述实施例，且适当地，在不背离由权利要求书和整个说明书所限定的本发明的要旨或思想的情况下，本发明能够做出改变，且由这样的改变所产生的用于内燃机的控制设备也包括在本发明的技术范围内。

本发明能够用于控制配备有EGR装置的内燃机。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的控制设备，其控制设置有EGR装置的内燃机，所述EGR装置具有：EGR通道，其将部分排气作为EGR气体再循环；和EGR阀，其设置在所述EGR通道中并能够调节EGR量，所述EGR量为所述EGR气体的流量，

所述控制设备包括：

控制器，其进行以下控制：

估计在预定时间段内的影响所述EGR气体的运行情况的所述内燃机的状态参数；

基于通过逼近真实动态所得到的近似动态，设定在所述预定时间段内的对所述EGR量的约束，使得近似值不超过所述真实动态，其中所述真实动态为在所述预定时间段内所述EGR量的变化；

在已经被设定了所述约束的所述EGR量的范围内，根据所估计的状态参数来确定所述EGR量的目标值；以及

控制所述EGR阀，使得所述EGR量变成所确定的目标值。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，其中

所述控制器将所述近似动态设定为所述EGR量的上限值并确定低于已经设定的所述上限值的所述EGR量的目标值。

3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的控制设备，其中

所述预定时间段是从当前至未来的预定时间段。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于内燃机的控制设备，其中

所述控制器估计在所述内燃机中的新气体流量、进气压力、排气压力和排气温度作为所述状态参数。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的用于内燃机的控制设备，其中

所述近似动态是通过所述真实动态的线性逼近所得到的线性动态，所述真实动态为非线性动态。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于内燃机的控制设备，其中

所述真实动态是相对于在所述EGR通道中所述EGR阀的上游和下游的压力比来确定所述EGR气体的运行情况的动态。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的用于内燃机的控制设备，其中

基于预定标准，所述控制器通过逼近已预先给出的所述真实动态来获取所述近似动态，并基于所获取的近似动态来设定所述约束。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的用于内燃机的控制设备，其中

所述控制器设定由对所述EGR阀的开度的物理限制而产生的约束，由对所述EGR阀的开度变化率的物理限制而产生的约束，以及由对所述内燃机的失火限制而产生的约束，作为对所述EGR量的约束。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的用于内燃机的控制设备，其中

所述预定时间段包括所述EGR气体从所述EGR阀移动至所述内燃机的汽缸所需要的时间。

10.一种用于内燃机的控制方法，其控制设置有EGR装置的内燃机，所述EGR装置具有：EGR通道，其将部分排气作为EGR气体再循环；和EGR阀，其设置在所述EGR通道中并能够调节EGR量，所述EGR量为所述EGR气体的流量，

所述控制方法包括：

估计在预定时间段内的影响所述EGR气体的运行情况的所述内燃机的状态参数；

基于通过逼近真实动态所得到的近似动态，设定在所述预定时间段内的对所述EGR量的约束，使得近似值不超过所述真实动态，其中所述真实动态为在所述预定时间段内所述EGR量的变化；

在已经被设定了所述约束的所述EGR量的范围内，根据所估计的状态参数来确定所述EGR量的目标值；以及

控制所述EGR阀，使得所述EGR量变成所确定的目标值。

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