CN104373230A - 发动机控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机控制方法，对于发动机的每个工作循环，该方法包括：接收发动机的增压器的增压压力；接收发动机转速；根据发动机转速和增压压力来查找静态的控制参数查找表以选择指示气流需求的控制参数；以及发送所选择的控制参数到发动机控制单元以便用该控制参数指示的气流需求来控制发动机。

Description

发动机控制方法和系统

技术领域

本发明一般涉及发动机控制技术，更具体地说，涉及用于提供改进的发动机控制方法和系统。

背景技术

汽油和天然气发动机已多年是为多种类型的车辆提供推进的主要模式。因此，旨在提高汽油和天然气发动机的性能在功率和效率等领域是所期望的目标。涡轮增压器是改进了汽油或天然气发动机的性能的一个例子。涡轮增压器可以被认为是作为一种气体压缩机，用于增加进入发动机的空气质量，以产生更多的发动机功率。因此，涡轮增压器是一种利用内燃机运作所产生的废气驱动之空气压缩机，其可增加进入内燃机或锅炉的空气流量，从而令机器效率提升。常见用于汽车引擎中，透过利用排出废气的热量及流量，涡轮增压器能提升内燃机的马力输出。

在汽油和天然气涡轮增压发动机上，潜在的问题在于在节气门关闭的情况下存在压缩机喘振。当节气门关闭从最初基本上打开的位置关闭时，这种情况可能会特别明显。在这方面，当节气门关闭时，压缩的空气将流入节气门，但由于节气门关闭而没有任何出口。压缩空气然后解压缩以回穿过涡轮增压器（造成“喘振”），这可能是当前堵塞的空气可以采取的唯一路径。喘振可以将空气压力提高到一定程度，可能会由于湍流导致发动机损坏或不良噪音。

为了防止或至少减少压缩机喘振的影响，涡轮增压发动机典型地包括例如再循环阀的设备。该设备进行操作以在节气门关闭时为允许涡轮增压器和节气门之间的空气提供流路，这样排放了多余的空气压力，以保持涡轮增压器在安全区域运转。当使用回流阀时，空气通常再循环回到涡轮增压器的进气口，但也可以是当使用排出阀排放到大气中。通过提供逃逸的空气通路，发动机的损坏和噪音以及减少涡轮迟滞的现象，迟滞现象是由于涡轮的减速，这可能导致喘振。

对于涡轮增压器来说，喘振是不稳定的工作条件，因此是无益的。喘振是一种物理上的约束并且不能够被涡轮增压器本身完全避免。当涡轮增压器被安装在发动机/车辆上时，它可能在特定工作条件下进入喘振区域。虽然再循环阀或排出阀可有效地防止喘振状况，但回流阀通常不提供发动机功率和效率的改善，却仍增加了发动机的成本和复杂性。因此，可能希望提供一个机制，以避免使用再循环阀。

发明内容

本发明的目的是通过修改ECU软件来消除压缩机再循环阀。本发明的方法使用可测量的信号（比如大气压力、增压压力和发动机转速等）作为输入，接着查找表格以获得气流需求。该气流需求可以被转换成其他相关参数以使得发动机控制器能够提供对应的控制。该方法使得涡轮增压器持续工作在安全区域中而不需要附加的硬件。

根据本发明的一个方面，提供了一种发动机控制方法，对于发动机的每个工作循环，该方法包括：接收发动机的增压器的增压压力；接收发动机转速；根据发动机转速和增压压力来查找静态的控制参数查找表以选择指示气流需求的控制参数；以及发送所选择的控制参数到发动机控制单元以便用该控制参数指示的气流需求来控制发动机。

根据本发明的另一个方面，提供了一种发动机控制系统，包括：汽油或天然气发动机；与该发动机结合的涡轮增压器；发动机控制单元，其包括反喘振控制模块并被配置为控制与发动机和涡轮增压器相关联的至少一些致动器，其中该反喘振控制模块包括：参数预处理模块，被配置为接收涡轮增压器的增压压力；控制参数查找表模块，包括静态的控制参数查找表并被配置为接收发动机转速，根据发动机转速和来自参数预处理模块的增压压力来查找静态的控制参数查找表以选择指示气流需求的控制参数；和控制参数处理模块，被配置为将所选择的控制参数发送到发动机控制单元以便用该控制参数指示的气流需求来控制发动机。

通过将本发明的方法成为发动机控制软件（过程）的一部分，涡轮增压的发动机能够不进入“喘振”区域。与现在的主流方法相比，本发明的方法消除了硬件却具有更好的性能。本发明的方法能够降低系统成本、降低涡轮设计复杂性、能更好的被标准化、在车辆中更好的封装，且降低涡轮故障的风险。由于，利用本发明的方法消除诸如再循环阀或排出阀等硬件，所以对所有的应用只开发一次软件，缩短了对一个应用的校准工作周期，比如两个月。因为消除了机械故障风险，因而有更好的可靠性。

附图说明

已经以概括的语句描述了本发明，现在将参考附图，这些附图并没有按比例绘制，并且其中：

图1是根据本发明的一个示例性实施例的一个系统的示意性框图;

图2示出的方框图，该方框图示出了用于提供根据本发明的示例性实施例的涡轮增压发动机的防喘振的操作模式的装置;

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的发动机控制模块、反喘振控制模块以及它们之间通信的方框图;和

图4是根据提供根据本发明的示例性实施例的涡轮增压发动机的防喘振的操作模式的方法的流程图。

具体实施方式

现在在后文中将参考附图来更全面地描述本发明的一些实施例，其中示出了本发明的一些而不是全部的实施例。实际上，本发明的各种实施例能以不同的方式体现并且不应当被认为限制成本文所描述的实施例。相同的参考标号始终表示相同的元件。在以下详细描述中，足够详细地描述了实施例以使得本领域的技术人员能够实施本发明。应理解的是在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例。因此不应以限制性意义来理解以下详细描述。

现在参考图1，提供了示出了包括根据本发明的示例实施例的发动机控制单元的系统的特定元件的示例框图。然而，图1是一个示例实施例的说明，并且应当理解的是，包括附加或甚至更少的元件也可与本发明的实施例一起使用。该系统包括发动机10，其可以是汽油或天然气发动机。发动机10可以操作为与涡轮增压器12相结合以可操作联通。

系统还可包括发动机控制单元（ECU）20。ECU20是电子控制单元，其可包括被配置为控制发动机操作的各个方面的硬件和/或软件部件。特别地，ECU20可接收来自各种发动机传感器22的输入并控制各种发动机致动器24。发动机传感器22可被设置在发动机10中的各种点处以测量或以其他方式确定对应的发动机参数。发动机传感器22的来自可包括节气门位置传感器、空气温度传感器、发动机每分钟转速（RPM）传感器、发动机负载传感器、加速踏板位置传感器和/或其他传感器。发动机致动器24可包括各种继电器、螺线管、点火线圈、或可用于控制对应发动机参数的其他电子可操作设备。

在示例实施例中，ECU20还可以与布置有发动机10的车辆相关联的其他传感器和致动器通信。在一些情况下，ECU20可与一个或多个涡轮传感器26（例如、涡轮增压器废气门位置）和/或一个或多个涡轮致动器28通信。比如，ECU20可从与ECU20通信的任何传感器接收有关发动机参数的信息并将控制参数提供给与ECU20通信的任何致动器。

在示例实施例中，ECU20还可包括反喘振控制模块30。该反喘振控制模块30可以是被配置为执行本文所描述反喘振控制模块30的对应功能的任何装置，比如在硬件、软件、或硬件与软件的组合中体现的设备或电路。在一些实施例中，反喘振控制模块30可以被配置为通过识别要为反喘振活动采取行动的发动机状况来增大ECU20有关喘振防止的能力以及有关采取或指令（例如经由各种发动机致动器24和/或涡轮致动器28的控制）与反喘振活动有关的动作的能力。如此，在示例实施例中，反喘振控制模块30可仅仅提供附加的功能给ECU20。但是，在一些实施例中，反喘振控制模块30可直接自身提供这样的功能。如此，作为图1的示例实施例的替换，其中ECU20控制发动机致动器24和/或涡轮致动器28并且接收来自发动机传感器22和/或涡轮传感器26的信息，反喘振控制模块30在一些情况下可与发动机致动器24和/或涡轮致动器28以及发动机传感器22和/或涡轮传感器26中的一些或所有直接通信。

本发明的实施例可应用反喘振控制模块30来防止或至少减小喘振的影响，以响应于在基本上打开节气门操作之后的节气门关闭。此外，反喘振控制模块30的使用可使得发动机10能够在没有再循环阀或其他旨在限制或防止喘振的导流设备的情况下生产。

系统还可包括发动机控制模块60，发动机控制模块60在反喘振模式下将根据来自反喘振控制模块30的控制命令形成发动机控制模型。发动机控制模块60与反喘振控制模块30之间的通信将在图3中详细描述。

图2示出了被配置为执行本发明的示例实施例的装置的一个例子的方框图。但是，应当理解，用于实现反喘振操作的发动机控制的装置（例如在没有用于该目的的再循环或空气导流阀的情况下）不需要包括图2中所示的所有设备，并且在一些情况下，可以包括更多或不同的模块。然而，该装置可被完全体现在单个设备（例如反喘振控制模块30处）或可以被体现在设备的组合（例如在一些情况下，图2所示的部件中的一些可以是ECU20的一部分，而其他部件可以是反喘振控制模块30的一部分）处。如此，图2的实施例仅被提供为可能使用本发明的一些可能实施例的示例。

在一个示例实施例中，该装置可包括处理器40、通信接口42和存储器44或以其他方式与它们通信。存储器设备44可例如包括易失性和/或非易失性存储器。存储器设备44可被配置为存储信息、数据、应用、模块、指令等，用于使该装置能够根据本发明的示例实施例执行各种功能。例如，存储器设备44可被配置为缓存输入数据以供存储器40处理。附加地或可替换地，存储器设备44可以被配置为存储对应于供处理器40执行的应用的指令。

处理器40可以是ECU20的处理器或反喘振控制模块30的协处理器或处理器。处理器40可以用多个不同的方式体现。例如，处理器40可被体现为处理元件、协处理器、控制器或各种其他处理装置或设备，包括集成电路，比如ASIC（专用集成电路）、FPGA（现场可编程门阵列）硬件加速器等等。在示例实施例中，处理器40可被配置为执行存储在存储器设备44中的或以其他方式可访问处理器40的指令。如此，无论通过硬件或软件方法或其组合来配置，处理器40可表示能够根据本发明的实施例执行操作且同时由此配置的实体。因此，例如当处理器40体现为ASIC、FPGA等时，处理器40可以是用于实施本文所描述的操作的专门配置的硬件。可替换地，作为另一个例子，当处理器40被体现为软件指令的执行器时，指令可专门配置处理器40，如果不针对由指令所提供的专门配置以执行本文所描述的算法和/或操作，处理器40可能就是通用处理元件。但是，在一些情况下，处理器40可以是专门设备（例如ECU20）的处理器，适用于通过进一步而配置处理器40来应用本发明的实施例，该进一步配置是通过执行帮你问所描述的算法和/操作的指令来完成的（例如通过添加反喘振控制模块30）。

同时，通信接口42可以是配置为接收和/或发射来自和/或到传感器、致动器、或与该装置通信的其他设备或模块（例如，发动机致动器24和/或涡轮致动器28以及动机传感器22和/或涡轮传感器26）的任何装置，比如在硬件、软件、或硬件与软件的组合中体现的设备或电路。为此，通信接口42可例如包括支持布线、线路、硬件、和/或软件，用于能够与车辆和/或发动机部件通信。在一些环境中，通信接口42可包括用于从用户接口接收信息的通信端口和/或用于使对话装备投入与ECU20的通信的通信端口。

在示例实施例中，处理器40可被体现为、包括或以其他方式控制反喘振激活探测器50和反喘振设备52。反喘振激活探测器50和反喘振设备52均可以是配置为分别执行反喘振激活探测器50和反喘振设备52的对应功能的任何装置，比如在硬件、软件、或硬件与软件的组合中体现的设备或电路。反喘振激活探测器50和反喘振设备52可以在一些情况下定义反喘振控制模块30或其一部分以及图2所示的一些或所有其他部件。在反喘振激活探测器50和反喘振设备52定义反喘振控制模块30的情况下，通信接口42可与ECU20的通信接口通信并且可提供信息给致动器、传感器和发动机10和/或涡轮增压器12的其他设备并从其接收信息。在通信接口42还作为反喘振控制模块30的一部分的实施例中，通信接口42可与ECU20通信以经由ECU20而适当地提供信息给致动器、传感器和发动机10和/或涡轮增压器12的其他设备并从其接收信息。

反喘振激活探测器50可以被配置为探测要实施反喘振操作的情况。如此，反喘振激活探测器50可被配置为监控发动机参数以便确定这些参数是否表明了本要潜在引起喘振的状况。响应于对本要潜在引起喘振的状况的探测，反喘振激活探测器50可被配置为通过激活反喘振设备52来激活反喘振操作。

反喘振设备52可被配置为在激活由反喘振激活探测器50触发的反喘振操作之前应用在预定时间周期记录的数据，以控制喘振防止的发动机参数。在示例实施例中，反喘振设备52可提供控制信号到发动机致动器24和/或涡轮致动器28以从正常操作状况切换到反喘振操作。发动机致动器24和/或涡轮致动器28的控制可例如包括废气门设置点、节气门位置、喷油速率和/或点火角度的控制。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的发动机控制模块、反喘振控制模块以及它们之间通信的方框图。反喘振控制模块30包括参数预处理模块31、控制参数查找表模块32和控制参数处理模块33。控制参数查找表模块32包括一个静态的查找表，其包括例如按经验生成的控制参数。静态的查找表能够十分容易地被校准。例如，可以根据发动机压力和/或温度来修正静态查找表中所包含的指示空气流量需求的控制参数。用于修正的发动机进气压力和/或发动机进气温度来自于和增压器相关的区域中特定位置的压力或温度，比如进气管路中某处压力或温度。指示空气流量需求的控制参数可以是表示与空气流量相关的物理参数，如节气门位置，进气歧管压力等，或者是表示间接空气流量需求的控制参数，如转矩等。控制参数查找表模块32中的每个参数对应于相应的控制命令。参数预处理模块31接收来自ECU20的有关发动机操作参数的输入，比如增压压力，或者其他参数，比如大气压力。参数预处理模块31根据输入的参数（例如增压压力和/或大气压力）以及发动机转速（rmp）来查找控制参数查找表，以获得与该参数相对应的控制命令。在一个具体实施例中，对于发动机的每个工作循环，参数预处理模块31接收发动机的增压器的增压压力和/或大气压力，并可以将大气压力和增压压力处理成压比或类似形式。在一个实施例中，增压压力可被替换为增压器压缩机出口到发动机气缸之间的任何管路的压力。在一个实施例中，大气压力可被替换为车辆进气口到压缩机进口之间的任何管路的压力，比如压缩机前压力。控制参数查找表模块32接收发动机转速，并根据发动机转速和来自参数预处理模块31的增压压力来查找静态的控制参数查找表以选择指示气流需求的控制参数。在一个优选实施例中，根据发动机转速和增压压力以及大气压力或后两者的组合（比如压比）来查找静态的控制参数查找表以选择指示气流需求的控制参数。控制参数查找表模块32对所选择的控制参数发送到控制参数处理模块33以供进一步处理。在一个示例实施例中，控制参数处理模块33将根据涡轮增压发动机的加速器踏板位置和车辆速度的理想空气流量需求作为空气流量需求1，并且将来自反喘振控制模块30的控制命令中所包括的反映当前发动机状态的空气流量需求当作空气流量需求2。控制参数处理模块33比较表示理想空气流量需求1与空气流量需求2。如果空气流量需求1大于空气流量需求2，则在发动机控制模型中加入空气流量需求1，否则加入空气流量需求2。控制参数处理模块33还可以将指示空气流量需求的参数转换为其他形式的参数。控制参数处理模块33将处理后的指示空气流量需求的参数或其他形式的参数包括在控制指令中并将该控制指令发送给发动机控制模块60，以便发动机控制模块60用该控制参数或其他形式的参数所指示的气流需求来控制发动机。在一个优选实施例中，控制参数处理模块33在发送选择的控制参数的同时发送打开废气旁通阀的指令。

发动机控制模块60包括通信接口61和发动机控制逻辑62。通信接口61从反喘振控制模块30接收包括所选择的控制参数的控制命令，并将控制命令提供给发动机控制逻辑62。发动机控制逻辑62根据控制命令生成发动机控制模型。。

图4是根据提供根据本发明的示例性实施例的涡轮增压发动机的防喘振的操作模式的方法的流程图。将理解的是，流程图中的每个方框或步骤以及流程图中的方框的组合可通过各种方式被实现，比如包括一个或多个计算机程序指令的硬件、固件和/或软件。例如，以上描述的过程中一个或多个可由计算机程序指令体现。为此，体现以上描述的过程的计算机程序指令可由存储器设备（例如存储器设备46）存储并且由处理器（例如处理器40）处理。如将被理解的，任何这样计算机程序指令可被记载到计算机或其他可编程装置（即硬件）上以生产机器，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令创建了用于实现在流程图的方框或步骤中指定的功能。这些计算机程序指令还可存储在计算机可读存储器中，计算机可读存储器命令计算机或其他可编程装置以特定的方式工作，使得存储在计算机可读存储在中的指令产生制造的物品，包括实现在流程图的方框或步骤中指定的功能。计算机可读指令还可被记载到计算机或其他可编程装置以使一系列操作步骤在计算机或其他可编程装置上被执行以计算机能够实现的过程，使得在计算机或其他可编程装置执行的指令提供用于实现在流程图的方框或步骤中指定的功能。

由此，流程图的方框或步骤支持用于执行特定功能的装置的组合、用于执行特定功能的步骤的组合和用于执行特定功能的程序指令装置。还将理解的是，流程图的一个或多个方框或步骤以及流程图中的方框或步骤的组合可由基于专用硬件的执行特定的功能或步骤的计算机系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。

为此，对于发动机的每个工作循环，如图4中提供的发动机控制方法包括接收发动机的增压器的增压压力（210）；接收发动机转速（220）；根据发动机转速和增压压力来查找静态的控制参数查找表以选择指示气流需求的控制参数（230）；以及发送所选择的控制参数到发动机控制单元以便用该控制参数指示的气流需求来控制发动机（240）。

在一个示例实施例中，用于执行以方法的装置包括配置执行以上描述的每个操作（200-240）的处理器（例如处理器40）。该处理器例如可被配置为通过执行所存储的用于执行每个操作的指令或算法来执行操作。可替换地，该装置可包括用于执行以上描述的每个操作的装置。为此，根据示例实施例，用于执行操作200到240的装置的例子可例如包括反喘振激活探测器50、反喘振设备52或处理器40。

在不脱离其本质特性的情况下，可以以其他特定形式来体现本发明。所述实施例在所有方面仅仅被视为说明性而非限制性的。因此由所附权利要求而不是由前述描述来指示本发明的范围。在权利要求等价物的意义和范围内的所有变更将被涵盖在其范围内。

Claims (22)

1. 一种发动机控制方法，对于发动机的每个工作循环，该方法包括：

接收发动机的增压器的增压压力；

接收发动机转速；

根据发动机转速和增压压力来查找静态的控制参数查找表以选择指示气流需求的控制参数；以及

发送所选择的控制参数到发动机控制单元以便用该控制参数指示的气流需求来控制发动机。

2. 如权利要求1所述的发动机控制方法，还包括：在发送选择的控制参数的同时发送打开废气旁通阀的指令。

3. 如权利要求1所述的发动机控制方法，其中在查找静态的控制参数查找表时还使用了压缩机前压力。

4. 如权利要求3所述的发动机控制方法，包括将增压压力和压缩机前压力处理成压比。

5. 如权利要求1-4之一所述的发动机控制方法，还包括根据发动机进气压力和/或发动机进气温度来修正指示气流需求的控制参数。

6. 如权利要求5所述的发动机控制方法，其中用于修正的发动机进气压力和/或发动机进气温度来自于和增压器相关的区域中特定位置的压力或温度。

7. 如权利要求6所述的发动机控制方法，其中和增压器相关的区域包括进气管路。

8. 如权利要求1-4之一所述的发动机控制方法，其中增压压力包括增压器压缩机出口到发动机气缸之间的管路压力。

9. 如权利要求1-4之一所述的发动机控制方法，其中指示气流需求的参数包括表示与气流相关的参数。

10. 如权利要求9所述的发动机控制方法，其中与气流相关的参数包括节气门位置，进气歧管压力和转矩。

11. 如权利要求1-4之一所述的发动机控制方法，还包括：选择的控制参数经过以下处理中的一个或多个后被发送给发动机控制单元：

将该控制参数与发动机控制系统产生的控制参数进行比较，选择其中指示气流较大的一个；

将气流需求参数换算成与该控制参数不同类型的一个或多个发动机参数；和

使用加速踏板和/或车辆速度来处理该控制参数。

12. 一种发动机控制系统，包括：

汽油或天然气发动机；

与该发动机结合的涡轮增压器；

发动机控制单元，其包括反喘振控制模块并被配置为控制与发动机和涡轮增压器相关联的至少一些致动器，其中该反喘振控制模块包括：

参数预处理模块，被配置为接收涡轮增压器的增压压力；

控制参数查找表模块，包括静态的控制参数查找表并被配置为接收发动机转速，根据发动机转速和来自参数预处理模块的增压压力来查找静态的控制参数查找表以选择指示气流需求的控制参数；和

控制参数处理模块，被配置为将所选择的控制参数发送到发动机控制单元以便用该控制参数指示的气流需求来控制发动机。

13. 如权利要求12所述的发动机控制系统，其中反喘振控制模块被配置为在发送选择的控制参数的同时发送打开废气旁通阀的指令。

14. 如权利要求12所述的发动机控制系统，其中在查找静态的控制参数查找表时还使用了压缩机前压力。

15. 如权利要求12所述的发动机控制系统，其中参数预处理模块还被配置为将增压压力和压缩机前压力处理成压比。

16. 如权利要求12-15之一所述的发动机控制系统，控制参数查找表模块还被配置为根据发动机进气压力和/或发动机进气温度来修正指示气流需求的控制参数。

17. 如权利要求16所述的发动机控制系统，其中用于修正的发动机进气压力和/或发动机进气温度来自于和增压器相关的区域中特定位置的压力或温度。

18. 如权利要求17所述的发动机控制系统，其中和增压器相关的区域包括进气管路。

19. 如权利要求12-15之一所述的发动机控制系统，其中增压压力包括增压器压缩机出口到发动机气缸之间的管路压力。

20. 如权利要求12-15之一所述的发动机控制系统，其中指示气流需求的参数包括表示与气流相关的参数。

21. 如权利要求20所述的发动机控制系统，其中与气流相关的参数包括节气门位置，进气歧管压力和转矩。

22. 如权利要求12-15之一所述的发动机控制系统，其中控制参数处理模块还被配置为按照以下处理中的一个或多个来处理选择的控制参数，并将处理后的控制参数发送给发动机控制单元：

将该控制参数与发动机控制系统产生的控制参数进行比较，选择其中指示气流较大的一个；

将气流需求参数换算成与该控制参数不同类型的一个或多个发动机参数；和

使用加速踏板和/或车辆速度来处理该控制参数。