CN103906914A - 用于对小开度的和调节排出量的阀门的致动器进行控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

在此披露了用于对小开度的和调节排出量的阀门的致动器进行控制的方法和系统。用于控制机动车辆的内燃发动机(10)中的部分排气再循环阀(16)的致动器的系统，该内燃发动机装备有测量进入的空气流量的至少一个装置(12)以及至少一个部分排气再循环回路(15)、并且是由控制这些进入气体的、能够确定一个进入空气的设定点的一个装置(17)来控制的，该控制系统包括比较该流量测量值和一个流量设定点值的、能够发出用于该致动器位置的一个设定点值的一个装置(19)，该致动器的位置是由能够防止该阀门受损的一个致动器控制装置(22)来调节的，确定中断调节的一个装置(23)以及确定恢复调节的一个装置(24)，这两个装置被连接到一个调节控制装置(25)上，该调节控制装置能够停止调节并且按一条速度曲线关闭该阀门，当该阀门的位置达到指示该阀门靠近其末端止挡件的一个预定阈值位置时该速度曲线保护该阀门不受损坏。

Description

用于对小开度的和调节排出量的阀门的致动器进行控制的方法和系统

本发明的技术领域是对内燃发动机、并且更具体地讲是对带有进气阀的柴油型内燃发动机的控制。

内燃发动机的控制允许调节进入发动机内的进入空气量和燃料量以便优化该发动机的功能。为实现这个目的，不同的阀瓣和阀门允许改变新鲜空气、排气以及燃料的循环。这些控制方法和系统作用于这些阀瓣和阀门的致动器以便控制它们的开度。

然而，阀瓣和阀门是敏感的机械元件，必须被小心地控制以避免受损。这些元件关闭太迅速可能通过其对相应止挡件的冲击而损坏该阀瓣或该阀门的肩部。安全性特征不能被容易地结合到用于确定阀瓣和阀门开度的方法和系统中。于是使用一种两级串联调节系统。

第一级通过发出根据参考流量与测量流量之间差值的函数的一个参考致动器位置而调节流体流量。该第一级因此对应于内燃发动机中专用于阀门或阀瓣控制的流体调节系统和方法。

第二级调节该致动器的位置以避免损坏。该第二级通常输出根据从该第一级接收的参考致动器位置函数的一个致动器控制信号。该第二级允许在小规模运动时保护该致动器。该致动器然后接近止挡件，这些止挡件可能损坏该阀门或阀瓣。该第二级对该致动器强加一个接近速度到其止挡件并且因此不再遵守从该第一级接收的参考致动器位置。事实上，当该第二调节级被激活用于小规模运动时，致动器位置的改变由于该致动器的的关闭速度的改变而不再对应于从该第一级接收的参考位置。该致动器通常与由该第一级的设定点所要求的相比更缓慢地关闭。

在该第二调节级的作用下已经关闭的致动器被该第一调节级迫使打开以便获得与该设定点相符的流量。然而，对非常小的流量而言，该致动器的开度对该第二调节级而言被认为是太小的。该第二调节级强加一个超过2％极限的开度。新的位置于是对于该第一级所允许的而言被认为流量太大，该第一级迫使减少开度。开度的减小进而导致由该第二级控制该致动器到其止挡件的接近速度。上述这些级被重复直到由该第一级发出一个较大的参考流量。

作为上述顺序打开和关闭的结果，一种振荡情形得以发展，这意味着不能获得所要求的瞬时设定点。因此在该两级调节要求在0％与2％之间调节该致动器开度的情况下发生一种振荡现象。这对于驾驶员的舒适性而言是高度有问题的，该驾驶员感觉到冲击并且通过燃烧噪声的改变而听到这些变化。

因此当要求低的空气流量调节时对抑制阀门或阀瓣的致动器的振荡存在一种需要。

根据一个实施例，提出了一种用于控制内燃发动机中的部分排气再循环阀的致动器的方法，该内燃发动机装配有用于测量进入空气流量的至少一个装置以及包括所述阀门的至少一个部分排气再循环回路，该控制方法包括多个步骤，在这些步骤中将一个测量流量与一个参考流量进行比较，并且控制该致动器的开度以便消除该测量流量与该参考流量之间的差值。该方法还包括以下步骤。当该致动器开度控制小于一个第一预定阈值并且该测量流量与该参考流量之间的差值大于一个第二阈值时，该流量调节被中断，并且为了中断该流量调节，停止该调节并且输出导致关闭该阀门的一个参考致动器位置，并且当该测量流量与该参考流量之间的差值小于该第二阈值并且调节已经被中断时，恢复该流量调节。

该第二阈值取决于该发动机转速以及测量的进入空气流量。

该阀门能够以一个速度被关闭，该速度根据一个存储的图谱而变化。

该阀门的一个关闭速度可以被确定成根据一个时间函数变化，并且该阀门可以是通过应用该速度变化来关闭的。

根据本发明的另一个实施例，提出了一种用于控制机动车辆内燃发动机中的部分排气再循环阀的致动器的方法，该内燃发动机装备有用于测量进入空气流量的至少一个装置以及包括所述阀门的至少一个部分排气再循环回路，该内燃发动机是由用于控制这些进入气体的、能够确定一个用于该进入空气的设定点的一个装置来控制的，

该控制系统包括用于比较该测量流量和一个参考流量的、能够输出一个参考致动器位置的一个装置，以及首先能够调节一个测量致动器位置与该参考致动器位置之间的差值并且其次能够防止该阀门受损的一个致动器控制装置。

该控制系统还包括用于确定中断调节的一个装置以及用于确定恢复调节的一个装置，这两个装置在输出处是被连接到用于控制该流量调节的一个装置上，这些装置能够使对该致动器控制装置的调节停止、输出导致关闭该阀门的一个参考致动器位置、并且恢复对该致动器控制装置的调节。

用于确定中断调节的装置能够输出根据该参考致动器位置、该参考流量与该测量流量之间的差值、以及一个第一阈值的一个函数的一个逻辑信号。

用于确定恢复调节的装置能够输出根据该参考流量与该测量流量之间的差值和一个第二阈值的比较结果的一个函数的一个逻辑信号。

该系统可以包括用于根据发动机转速和测量的进入空气流量的函数确定该第二阈值的一个装置。

该系统可以包括根据一个时间函数的该阀门的关闭速度的一个存储图谱。

该系统可以包括用于确定根据一个时间函数的该阀门的关闭速度的一个装置。

该控制系统和方法允许保护该阀门并且防止可能对车辆使用者不利的振荡。

其他目的、特征以及优点将从阅读以下单纯作为一个非限制性实例给出的说明并且通过参照附图显现出，在附图中：

-图1示出了一种根据本发明的控制方法，并且

-图2示出了一种根据本发明的控制系统。

该控制方法是在控制一种柴油型内燃发动机的一个进气阀的致动器的背景下展示的，该内燃发动机包括一个低压部分排气再循环(EGR)回路和一个高压EGR回路。然而，该控制方法可以被适配成用于控制一种不带有EGR回路或者包括一个高压EGR回路或一个低压EGR回路的内燃发动机的一个进气阀的一个致动器，并且更一般地讲用于当该致动器被防止受损坏时在止挡件处通过限制关闭速度来控制任何小开度的致动器。

用于控制部分排气再循环阀的致动器的方法包括比较一个测量流量与一个参考流量的步骤1。在后面的步骤2中，控制该致动器的开度以便消除该测量流量与该参考流量之间的差值。

当该致动器开度控制小于一个第一预定阈值、还被称作止挡件接近阈值(大体上等于最大开度的2％)并且该测量空气流量与参考空气流量之间的差值大于一个指示该阀门应当被关闭的阈值时，该流量调节在步骤3中被中断；否则该方法继续步骤1。

在步骤3中，停止该调节并且输出对应于关闭该阀门的一个参考致动器位置。该阀门于是以一个速度被关闭，该速度根据一个存储的图谱而变化。还可以确定速度随时间的变化，从而形成一条速度曲线，并且这条速度曲线可以被用于关闭该阀门。

该控制方法然后继续步骤4，在该步骤中调节被恢复。为了恢复调节，一项判据是必需的，该判据允许足够早地重新激活该调节以避免未调节的位置和流量与调节过的位置和流量之间太过突然的转变，并且足够早地避免触发一次新的调节去激活。为此目的，必须确保该致动器一旦被重新打开就被以大于该止挡件接近阈值的一个参考位置来进行控制。以下判据于是被限定：

Q_{egr_sp}≥f(N,Q_air)   (1)

其中Q_{egr_sp}＝EGR回路的参考流量

Q_air＝测量空气流量

N＝发动机转速

f(N,Q_air)＝阈值

这项判据允许我们确定，当该参考EGR流量大于一个阈值时，相对应的致动器开度将大于该止挡件接近阈值。

因此Q_egr＝Q_mot-Q_{air_sp}   (2)

其中Q_egr＝EGR流量

Q_mot＝进入发动机内的进入空气流量

Q_{air_sp}＝参考空气流量

考虑前一等式(2)，我们可以将用于判据的等式(1)进行如下转换：

Q_mot-Q_{air_sp}≥f(N,Q_air)   (3)

如果我们考虑该阀门被关闭的话，则我们可以假定Q_air＝Q_mot并且将等式(3)进行如下转换：

Q_air-Q_{air_sp}≥f(N,Q_air)   (4)

我们用以下等式限定该空气环路差值ε_Qair：

ε_Qair＝Q_{air_sp}-Q_air   (5)

最后，考虑用于空气环路差值的等式(5)，等式(4)可以按如下进行变换：

ε_Qair≤f(N,Q_air)   (6)

对应于该测量的进入空气流量与参考流量之间的差值的空气环路差值与一个第二阈值f(N,Q_air)比较，该第二阈值取决于该发动机转速和该测量的进入空气流量。当该空气环路差值小于或等于第二阈值时，该调节恢复步骤1。否则该方法继续应用步骤4直到这种条件被核实。

图2展示了一个用于机动车辆的内燃发动机10，该内燃发动机在输入处连接到一个新鲜空气进气管11上，该管装备有用于测量的进入空气流量的一个装置12，其中该管是被连接到一个涡轮压缩机13的压缩机上，该压缩机在输出处是被连接到该内燃发动机10的进气歧管上。该内燃发动机的排气歧管是被连接到涡轮压缩机13的涡轮机上，其中该涡轮机在输出处是被连接到排气歧管14上。包括一个部分排气再循环阀16的一个部分排气再循环回路15在该排气歧管与该进气歧管之间被分出支路，从而形成一个高压部分排气再循环回路。

该内燃发动机是由用于控制这些进入气体的、能够确定一个用于进入空气的设定点Q_{air_sp}的一个装置17，以及由用于控制该部分排气再循环阀的致动器的、能够防止该阀门受损的一个装置20来控制。

该控制系统包括用于比较测量流量和参考流量的一个装置19，该装置在输入处接受来自减法器18的参考流量Q_{air_sp}与测量流量Q_air之间的差值ε_Qair，并且在输出处给出一个参考致动器位置X_{act_sp}。该控制系统还包括一个致动器控制装置22，该装置能够消除从减法器21接收的参考致动器位置X_{act_sp}与测量致动器位置X_act之间的差值ε_Xact。致动器位置X_act是由用于确定该致动器位置的一个装置20来确定的。致动器控制装置22在输出处给该部分排气再循环阀的致动器提供一个命令。致动器控制装置22还接收由用于比较测量流量和参考流量的装置19输出的参考致动器位置的值。

当该阀门开度大时，该致动器控制允许减小该参考位置与确定位置之间的差值。

当由该参考位置导致的开度小于一个第一阈值时，该第一阈值还被称作止挡件接近阈值并且大体上等于最大阀门开度的2％，该致动器控制装置22根据保护该阀门不受损坏的一条速度曲线而输出一个命令以关闭该致动器。

该速度曲线是该阀门的关闭速度根据一个时间函数的变化，或者还是该致动器的移动速度根据一个时间函数的变化，可以由一个存储的图谱或者由一个确定装置来确定。

用于确定中断预定调节的一个装置23在输入处接收来自用于比较测量流量和参考流量的装置19的参考致动器位置X_{act_sp}的值。用于确定中断调节的装置23对该参考致动器位置X_{act_sp}与该第一阈值进行比较。用于确定中断调节的装置23然后接收由减法器18输出的空气流量的差值。

当该致动器开度控制小于一个第一预定阈值、还被称作止挡件接近阈值(大体上等于最大开度的2％)并且该测量空气流量与参考空气流量之间的差值大于一个指示该阀门应当被关闭的阈值时，用于确定中断调节的装置23输出一个用于中断该流量调节的逻辑信号。

用于确定恢复调节的一个装置24在输入处接收来自减法器18的该测量流量与参考流量之间的差值，并且通过应用等式6来比较这个差值和该第二阈值。在输出处发出根据该比较结果的一个函数的一个用于恢复调节的逻辑信号。

该控制系统可以包括用于根据发动机转速和测量的进入空气流量的函数来确定该第二阈值的一个装置。

用于确定中断调节的装置23和用于确定恢复调节的装置24在输出处被连接到用于控制流量调节的一个装置25上。根据在输入处接收的来自用于确定中断调节的装置23的逻辑信号，用于控制调节流量的装置25对该致动器控制装置22输出一个用于使该调节去激活的信号以及一个导致关闭该阀门的参考致动器位置。结果是该致动器控制装置22不再从该参考位置经由该位置差值ε_Xact控制该致动器位置。

根据在输入处接收的来自用于确定恢复调节的装置24的逻辑信号，用于控制调节流量的装置25在输出处给该致动器控制装置22发出一个调节重新作用信号。作为结果，该致动器控制装置22再次从该参考位置经由位置差值ε_Xact控制该致动器位置。

该控制方法和系统因此允许限制空气流量振荡以便改进车辆使用者的舒适性以及对阀门和阀瓣的保护。

Claims (10)

1.一种用于控制机动车辆的内燃发动机中的部分排气再循环阀的致动器的方法，该内燃发动机装备有用于测量进入空气流量的至少一个装置以及包括所述阀门的至少一个部分排气再循环回路，该控制方法包括多个步骤，在这些步骤中将一个测量流量与一个参考流量进行比较，并且控制该致动器的开度以便消除该测量流量与该参考流量之间的差值，

该方法的特征在于，该方法还包括以下步骤：

当该致动器开度控制小于一个第一预定阈值并且该测量流量与该参考流量之间的差值大于一个第二阈值时，该流量调节被中断，并且

为了中断该流量调节，停止该调节并且输出导致关闭该阀门的一个参考致动器位置，并且

当该测量流量与该参考流量之间的差值小于该第二阈值并且调节已经被中断时，恢复该流量调节。

2.如权利要求1所述的方法，其中该第二阈值取决于该发动机转速以及该测量的进入空气流量。

3.如以上权利要求中任一项所述的控制方法，其中该阀门是以一个速度关闭的，该速度根据一个存储的图谱而变化。

4.如权利要求1和2中任一项所述的控制方法，其中该阀门的一个关闭速度被确定成根据一个时间函数变化，并且该阀门是通过应用该速度变化来被关闭的。

5.一种用于控制机动车辆的内燃发动机(10)中的部分排气再循环阀(16)的致动器的系统，该内燃发动机装备有用于测量进入空气流量的至少一个装置(12)以及包括所述阀门(16)的至少一个部分排气再循环回路(15)，该内燃发动机是由用于控制这些进入气体的、能够确定一个用于该进入空气的设定点的一个装置(17)来控制的，

该控制系统包括用于比较该测量流量和一个参考流量的、能够输出一个参考致动器位置的一个装置(19)，以及首先能够调节一个测量致动器位置与该参考致动器位置之间的差值并且其次能够防止该阀门受损的一个致动器控制装置(22)，

该控制系统的特征在于，该系统还包括：

用于确定中断调节的一个装置(23)以及用于确定恢复调节的一个装置(24)，这两个装置在输出处是被连接到用于控制该流量调节的一个装置(25)上，这些装置能够使对该致动器控制装置(22)的调节停止、输出导致关闭该阀门的一个参考致动器位置、并且恢复对该致动器控制装置(22)的调节。

6.如权利要求5所述的系统，其中用于确定中断调节的装置(23)能够输出根据该参考致动器位置、该参考流量与该测量流量之间的差值、以及一个第一阈值的一个函数的一个逻辑信号。

7.如权利要求5和6之一所述的系统，其中用于确定恢复调节的装置(24)能够输出根据该测量流量与该参考流量之间的差值和一个第二阈值的比较结果的一个函数的一个逻辑信号。

8.如权利要求5至7中任一项所述的系统，包括用于根据该发动机转速和该测量的进入空气流量的一个函数确定该第二阈值的一个装置。

9.如权利要求5至8中任一项所述的控制系统，包括根据一个时间函数的该阀门的关闭速度的一个存储图谱。

10.如权利要求5至8中任一项所述的控制系统，包括用于确定根据一个时间函数的该阀门的关闭速度的一个装置。

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