CN105003334B - 响应于温度的电动执行器的电流控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及响应于温度的电动执行器的电流控制。提供了基于温度来控制到废气门执行器的电流供应的各种方法。在一个示例中，用于操作废气门的方法包括，基于废气门执行器的温度，响应于电流限制而限制升压量。该温度可以是邻近废气门执行器的环境温度。

Description

响应于温度的电动执行器的电流控制
技术领域
本公开的领域涉及涡轮增压器中的废气门控制。
背景技术
一些内燃发动机利用诸如涡轮增压器的压缩设备来增加发动机扭矩/功率输出密度。在一个示例中，涡轮增压器可以包括由驱动轴连接的压缩机和涡轮，其中涡轮耦接到发动机的排气歧管侧，而压缩机耦接到发动机的进气歧管侧。以此方式，排气驱动的涡轮向压缩机供应能量，以增加进气歧管中的压力(例如，升压或升压压力)，并且增加进入发动机中的气流。可以通过例如使用废气门来调节到达涡轮的气体量，以此控制升压。执行器可以经由连杆机构可操作地耦接到废气门阀，并且被驱动以基于工况将废气门阀定位在完全打开位置和完全关闭位置(例如，在阀座处)之间的任何位置，从而实现期望的升压。执行器可以是电动执行器，例如，电动马达。
在某些情况下，由于邻近排气流，电动马达可能被暴露于高的周围温度下，并且例如由于连续接收高电流(例如，在一贯地期望高升压或最大升压的工况期间)，电动马达可能本身表现出高温。因此，可能期望估计电动马达的温度，以避免马达运转退化以及马达本身退化。
美国专利申请2013/0312406描述了用于控制排气涡轮增压器的废气门阀布置的电动执行器的方法。具体地，可以基于计算模型，从供应给执行器的发动机电压、电池电压及其操作电流来估计电动执行器的温度。
美国专利7,006,911描述了用于估计电动执行器的温度的系统。在一个示例中，部分地基于表示马达绕组(winding)电阻的电阻温度系数来估计电动执行器温度。
发明人在此已经认识到这类方法的若干问题。第一，基于供应给马达的电压及其操作电流来估计电动马达的温度可能是不准确的，并且在某些情况下，可能导致低估温度，这会导致马达运转退化并且因此导致升压控制退化。由于没有考虑到对马达温度的其他影响因素，例如部分由于邻近排气流而造成的周围环境温度，因此按照此类方法估计马达温度的准确性会被进一步降低。第二，所采取的防止马达退化的措施可能超过了确保正常马达运转所必要的措施，例如将供应给马达的电流减小了过多量，或者完全停止电流供应，这会使升压显著降低到低于期望的升压水平，并且不利地影响了车辆操作者的体验。替换地，减少供应给马达的电流可能不足以避免马达运转退化。
发明内容
由此提供了基于温度来控制到废气门执行器的电流供应的方法。
在一个示例中，用于操作废气门的方法包括，基于废气门执行器的温度，响应于电流限制而限制升压量。
在更具体的示例中，限制升压量包括，通过向废气门执行器供应至多等于电流限制的电流，将废气门执行器放置在最佳可能的位置。
在示例的另一方面，该温度是邻近废气门执行器的环境温度。
在示例的又一方面，该方法进一步包括，限制供应给发动机的燃料量。
在单独或结合附图阅读以下具体实施方式时，本发明的以上优点和其他优点及特征将是显而易见的。
应该理解，提供上述发明内容是为了以简化形式引入一批概念，这些概念将在具体实施方式中进一步描述。这并非意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由随附的权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上指出的或本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出包括废气门的涡轮增压发动机的方框图。
图2示出图1的废气门的示例性废气门布置。
图3A和图3B示出流程图，其说明用于控制与图2的废气门布置关联的涡轮增压器的方法。
图4示出流程图，其说明用于基于绕组电阻确定图2的废气门布置的执行器温度的方法。
图5示出曲线图，其说明对于示例性驱动循环，根据图3方法进行执行器电流和升压限制。
具体实施方式
如上所述，一些内燃发动机机可以使用诸如涡轮增压器的压缩设备来增加进入发动机的气流，并且因此增加扭矩/功率输出。可以通过例如经由废气门来调节到达涡轮增压器的涡轮的气体的量，以此控制输送到进气歧管的压力(在下文中称为“升压”或“升压压力”)。诸如电动执行器(例如，电动马达)的执行器可以可操作地耦接到废气门的阀门，并且被驱动以基于工况将废气门定位在完全打开位置和完全关闭位置之间的任何位置，以实现期望的升压。
在某些情况下，例如，在最大升压连续被请求并且废气门阀以高保持力被维持在一位置时的状况期间，由于邻近排气温度高并且连续施加电流，所以电动执行器可能经受高温。因此，期望确定执行器的温度以防止执行器运转退化并且因此防止升压控制退化。
在电动执行器为电动马达的示例中，可以基于估计的电阻来估计马达的温度，估计的电阻考虑了供应给马达的电压和马达的操作电流。在其他方法中，可以部分基于在时间上对供应给马达的电流进行积分的能量存储模型来估计温度。
然而，基于供应给马达的电压及其操作电流来估计电动马达的温度可能是不准确的，并且在某些情况下可能导致对执行器的保护不足或过保护，这会导致马达运转退化和/或升压控制退换。例如，所采取的防止马达退化的措施可能超过了对确保正常马达运转所必要的措施，例如将供应给马达的电流减小了过多的量，或者完全停止电流供应，这可能使升压显著减少到低于期望的升压水平并且不利地影响了车辆操作者的体验。替换地，减少供应给马达的电流可能不足以避免马达运转退化。
因此，提供了基于温度来控制到废气门执行器的电流供应的各种方法。在一个示例中，用于操作废气门的方法包括，基于废气门执行器的温度，响应于电流限制而限制升压量。图1示出包括废气门的涡轮增压发动机的方框图，图2示出图1的废气门的示例性废气门布置，图3A和图3B示出说明用于控制与图2的废气门布置关联的涡轮增压器的方法的流程图，图4示出说明用于基于绕组电阻来确定图2的废气门布置的执行器的温度的方法的流程图，以及图5示出说明对于示例性驱动循环的根据图3方法的执行器电流和升压限制的曲线图。图1的发动机还包括被配置为执行在图3A、图3B和图4中所描绘的方法的控制器。
图1是示出示例发动机10的示意图，发动机10可以被包括在汽车的推进系统中。发动机10被示为具有四个气缸30。然而，根据当前的公开，可以使用其他数目的气缸。可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统以及经由输入装置130的来自车辆操作者132的输入来控制发动机10。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的每个燃烧室(例如，汽缸)30可以包括燃烧室壁，在其中放置有活塞(未示出)。活塞可以耦接到曲轴40，使得活塞的往复运动被转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速系统(未示出)耦接到车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动马达可以经由飞轮耦接到曲轴40，以启动发动机10的起动操作
燃烧室30可以经由进气道42接收来自进气歧管44的进气，并且经由排气道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管46可以分别经由进气门和排气门(未示出)与燃烧室30选择性地连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
燃料喷射器50被示为直接耦接到燃烧室30，用于与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到燃烧室30中。以此方式，燃料喷射器50提供进入燃烧室30内的燃料的所谓直接喷射。例如，燃料喷射器可以被安装在燃烧室的侧面或其顶部。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送至燃料喷射器50。在一些实施例中，燃烧室30可以替代地或另外地包括以如下配置布置在进气歧管44中的燃料喷射器，该配置提供进入每个燃烧室30上游的进气口的燃料的所谓进气口喷射。
进气道42可以包括节气门21和23，它们分别具有节流板22和24。在该特定实施例中，节流板22和24的位置可以通过控制器12经由提供给节气门21和23所包括的执行器的信号来改变。在一个示例中，执行器可以是电动执行器(例如，电动马达)，这种配置通常称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，可以操作节气门21和23来改变提供到在其他发动机汽缸中的燃烧室30的进气。节流板22和24的位置可以通过节气门位置信号TP提供到控制器12。进气道42可以进一步包括空气流量传感器129、歧管空气压力传感器122、以及用于提供各自的信号MAF和MAP到控制器12的节气门进口压力传感器123。
排气道48可以从汽缸30接收排气。排气传感器128被示为耦接到排气道48，在涡轮62和排放控制设备78的上游。传感器128可以选自用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO、NOx、HC或CO传感器。传感器128可以替换地被布置在涡轮62的下游。排放控制设备78可以是三元催化器(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制设备或其组合。
在某些实施例中，可以基于发动机工况来推断排气温度，发动机工况是例如速度、载荷、空燃比(AFR)、火花延迟等。在其他实施例中，排气侧温度传感器79可以被布置在涡轮62的进口侧的上游和排气歧管46的出口侧的下游。排气侧温度传感器79可以被具体配置为感测流过排气道48的气体的温度并且将感测到的温度作为信号ET转播给控制器12。传感器79可以是例如热电偶。更一般地，排气温度可以通过传感器79和/或未被示出的位于排气歧管48中的其他传感器来测量。在其他实施例中，排气侧温度传感器79可以其他方式配置，例如，排气侧温度传感器可以被配置为感测涡轮62的进口温度。
控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在该特定示例中被示为只读存储器芯片106)、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。除了先前讨论的那些信号以外，控制器12还可以接收来自耦接到发动机10的传感器的各种信号，包括：来自质量空气流量传感器120的引入质量空气流量(MAF)的测量值；来自温度传感器112(示意性地示为在发动机10内的一个位置)的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火拾取信号(PIP)；如所讨论的来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及如所讨论的来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用于提供进气歧管44中的真空或压力的指示。注意到，可以使用上述传感器的各种组合，例如有MAF传感器而无MAP传感器，或反之亦然。在化学计量运转期间，MAP传感器可以给出发动机扭矩的指示。进一步地，该传感器连同检测到的发动机转速可以提供被引入汽缸中的充气(包括空气)的估计值。在一个示例中，传感器118(其也用作发动机转速传感器)可以在曲轴40的每次旋转产生预定数目的等间隔的脉冲。在一些示例中，存储介质只读存储器106可以被编程有表示指令的计算机可读数据，这些指令可由处理器102执行，用于执行下述方法以及可预期但未具体列出的其他变体。
发动机10可以进一步包括诸如涡轮增压器或机械增压器的压缩设备，包括沿着进气歧管44布置的至少一个压缩机60。对于涡轮增压器，压缩机60可以至少部分地由涡轮62经由例如轴或其他耦接布置来驱动。涡轮62可以沿着排气歧管48布置并且与从中流过的排气连通。可以提供各种布置来驱动压缩机。对于机械增压器，压缩机60可以至少部分地由发动机和/或电机驱动，并且可以不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供给发动机的一个或多个汽缸的压缩量可以由控制器12来改变。在某些情况下，涡轮62可以驱动例如发电机64，以经由涡轮驱动器68向电池66提供电力。接着，来自电池66的电力可以用于经由马达70驱动压缩机60。此外，传感器123可以被设置在进气歧管44中，用于向控制器12提供BOOST(升压)信号。
此外，排气道48可以包括用于将排气转移离开涡轮62的废气门26。在某些实施例中，废气门26可以是多级废气门，例如二级废气门，其中第一级被配置为控制升压压力，而第二级被配置为增加到排放控制设备78的热通量。废气门26可以使用执行器150来操作，执行器150可以是诸如电动马达的电动执行器，也可以考虑气动执行器。进气道42可以包括被配置为使进气绕过压缩机60转移的压缩机旁通阀27。例如，当期望较低的升压压力时，控制器12可以经由执行器(例如，执行器150)控制废气门26和/或压缩机旁通阀27打开。
进气道42可以进一步包括增压空气冷却器(CAC)80(例如，中间冷却器)，以降低涡轮增压进气或机械增压进气的温度。在某些实施例中，增压空气冷却器80可以是空气-空气热交换器。在其他实施例中，增压空气冷却器80可以是空气-液体热交换器。
此外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以将期望的一部分排气经由EGR通道140从排气道48引导到进气道42。控制器12可以经由EGR阀142改变提供给进气道42的EGR的量。此外，EGR传感器(未示出)可以布置在EGR通道内，并且可以提供排气的压力、温度和浓度中的一个或多个的指示。替换地，EGR可以通过基于来自MAF传感器(上游)、MAP(进气歧管)、MAT(歧管气体温度)和曲轴速度传感器的信号计算出的值来控制。此外，EGR可以基于排气O2传感器和/或进气氧传感器(进气歧管)来控制。在某些状况下，EGR系统可以用于调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。图1示出高压EGR系统，其中EGR从涡轮增压器的涡轮的上游被引导到涡轮增压器的压缩机的下游。在其他实施例中，发动机可以另外地或替换地包括低压EGR系统，其中EGR从涡轮增压器的涡轮的下游被引导到涡轮增压器的压缩机的上游。
图1还总体示出车辆前端160的一部分、设置在车辆前端的格栅挡板162和至少部分容纳包括发动机10的多个部件的发动机舱164。格栅挡板162的位置(例如，翼片角度)可以由发动机12控制，以调节例如引入发动机舱164的空气水平。格栅挡板位置可以连同诸如车辆转速的其他操作参数一起用于估计环境温度。具体地，可以估计发动机舱164内部的区域的环境温度；在一个示例中，环境温度可以对应于围绕并且邻近废气门执行器150(例如，在位置166处)的空气的温度，或者在另一示例中，环境温度可以对应于直接邻近和靠近废气门执行器(例如，在位置168处)的空气的温度。
现在转向图2，示出了示例性废气门布置200。废气门200可以是例如图1中的废气门26。废气门200通过执行器202操作，执行器202可以是图1中的执行器150。在该示例中，执行器202是诸如电动马达的电动执行器。在某些示例中，执行器202可以具体为旋转执行器，旋转执行器具有经受旋转以由此改变执行器位置的元件。执行器202的输出轴201耦接到连杆机构204，并且具体地耦接到连杆机构的第一连杆206。如图所示，在所示实施例中的连杆机构204是四连杆组(four-bar)，但是诸如线性杆的其他连杆机构也是可能的。连杆机构204围绕包括第一枢轴208和第二枢轴212的两个枢轴移动，第一连杆206和第二连杆210围绕第一枢轴208旋转，而第三连杆214和第四连杆216围绕第二枢轴212旋转。第一连杆206、第二连杆210、第三连杆214和第四连杆216通常彼此耦接以形成连杆机构204作为连续构件。在与执行器202相对的一端处，连杆机构204在第四连杆216处耦接到废气门阀218，废气门阀218可以相对于阀座220定位在完全打开位置、完全关闭位置或在它们之间的任何位置。阀座220被示为设置在排气道222的一部分中，排气道222可以是例如图1中的发动机10的排气道48。通过以这种连续可变的方式定位废气门阀218，可以控制到达涡轮增压器的涡轮(例如，图1的涡轮62)的排气量。以此方式，可以根据期望的升压和其他工况来控制输送到发动机(例如，图1的发动机10)的升压压力。废气门200的废气门阀218的位置可以具体经由执行器202的致动和输出轴201的放置来控制，输出轴的运动可以经由连杆机构204转移到排气阀。
如图所示，废气门200进一步包括位置传感器224，位置传感器可以被配置为测量输出轴201的角度的变化，由此估计废气门阀218的位置。在某些示例中，可以利用被配置为感测执行器202中的旋转部件的旋转的旋转编码器，其中从旋转编码器生成的脉冲被发送到图1中的控制器12。然而，位置传感器224可以适于使用线性杆连杆机构而不是图2所示的四连杆组配置的实施例。在任一情况下，通过位置传感器224得到的测量值可以用于确定废气门阀218的位置，特别是从阀座220的顶表面到废气门阀218的底表面的距离。然而，在其他实施例中，废气门阀的位置可以基于使用以上参照图1描述的并且发送至控制器12的信号(例如，BOOST)中的一个或多个的软模型来确定。
应该理解，废气门200及其各种部件可以进行修改，而不背离本公开的范围。例如，代替位置传感器224或除了位置传感器224之外，执行器202可以包括电流传感器和/或力传感器。经由传感器或探针可以有助于电流感测，或者在其他示例中，如果已知或者能够测量或推断出执行器电压(例如，端子电压)和执行器电阻(例如，绕组电阻)，则可以基于欧姆定律(或其他关系)，将电流感测计算为执行器电压和执行器电阻的比率。此外，如上所述，可以提供其他类型的连杆机构以将执行器202与废气门阀218耦接，该连杆机构包括但不限于线性杆。此外，可以将偏压装置(bias)(未示出)耦接到废气门阀218，以便当阀门未被执行器202致动时，将阀门定位在默认位置。
在高于阈值的操作温度下，执行器202可能退化。因此，如果操作温度超过下限阈值，则可以使用各种措施进行执行器202的操作温度的确定。各种因素可能影响执行器202的操作温度(在此称为“执行器温度”)。如在此使用的，“执行器温度”具体指执行器202的绕组的温度，并且如在以下更详细所述的，该温度可以基于围绕执行器的周围环境的温度的确定来推断，或者在其他实施例中，基于绕组电阻的确定直接估计绕组温度。因为围绕执行器202的环境(例如，废气门组件200)的周围温度可能显著影响执行器温度，因此周围环境温度可能受到邻近排气流(例如，流过排气道222的排气)的影响，所以废气门组件200可以包括被配置为感测围绕执行器202的周围环境温度的温度传感器226，在其他示例中，该传感器可以用于确定执行器温度。在其他实施例中，环境温度可以基于各种发动机和车辆工况来估计。例如，工况可以包括环境温度、发动机转速、发动机载荷、车辆速度和格栅挡板位置(例如，图1的格栅挡板162的翼片角度)。如上所述，环境温度可以对应于大致邻近废气门执行器202的区域(例如，对应图1的位置166)，或靠近并且直接邻近执行器的区域(例如，对应图1的位置168)。
对于使用围绕执行器202的环境温度来确定执行器温度的实施例，针对给定的环境温度，可以确定能够供应给执行器的最大电流。例如，以下关系可以根据时间得出执行器202的绕组温度：T(t)＝I2*R*KT*(1–e-t/τ)+TE，其中T为执行器绕组温度(例如，在某些实施例中用作执行器温度)，t为时间，I为绕组电流，R为绕组电阻，KT为绕组的热电阻(例如，以℃/W为单位)，τ为热时间常数，并且TE为环境温度(例如，如上所述或基于来自温度传感器226的输出推断)。然而，在时间t接近无穷大的极限情况下，该关系假定为以下形式：T＝I2*R*KT+TE。因此，根据以下重新整理的关系，可以无限期(indefinitely)供应给执行器的最大电流由此可以基于这种关系来确定：IMAX＝sqrt((TMAX–TE)/(R*KT))，其中IMAX为可以无限期供应给执行器的最大连续电流(在此称为“最大允许电流”)，并且TMAX为最大允许绕组温度，即执行器202的绕组在经受退化之前可以承受的最大温度。在某些示例中，最大允许绕组温度可以基于执行器202的已知性能离线确定。
在其他示例中，替换环境温度或除了环境温度之外，最大允许电流可以基于对绕组温度的在线确定来确定。对于在线确定绕组温度并且使用绕组温度而不是环境温度的实施例，最大允许电流可以基于在瞬时绕组温度与最大允许绕组温度之间的差值来确定。在某些示例中，供应给执行器202的电流的变化可以与该差值成比例。
在某些实施例中，执行器202的瞬时绕组温度可以基于执行器的绕组电阻来确定，执行器的绕组电阻继而可以基于在转子的整个旋转范围期间对执行器转子的绕组电阻的多个采样的平均值来确定。以此方式在整个旋转范围期间(例如，完全360°旋转、完全半180°旋转等)在多个转子角度处对绕组电阻进行采样并且求平均，可以增加绕组电阻估计和执行器温度估计的准确性，因为绕组电阻依赖于电动马达中的转子位置。可以以各种合适的方式来确定给定的绕组电阻，包括但不限于测量供应给执行器202的电压和电流。例如，经由上述电流传感器或探针，可以有助于电流感测。接着，基于绕组的已知材料性能，可以例如经由查找表将平均的绕组电阻与绕组温度相关。可以使用图4中所示并且在以下描述的方法400在调节操作窗口(accommodating operational window)期间获得绕组电阻。
图3A和图3B示出说明用于控制与图2的废气门布置关联的涡轮增压器的方法300的流程图。方法300可以由发动机控制器(例如，图1的控制器12)执行，并且用于经由废气门(例如，图2的废气门200)控制涡轮增压器。图2的废气门执行器可以具体用于致动废气门。在一个示例中，经由废气门控制涡轮增压器的方法可以包括，确定期望的升压压力和实际的升压压力。可以根据期望的升压压力和实际的升压压力之间的差值来调节废气门。
在302处，该方法包括，根据驾驶员需求和发动机工况来确定期望的升压。可以使用传感器(例如，传感器112、118、120、122、123和134)直接测量所评估的状况，和/或可以根据其他的发动机工况来估计所评估的工况。所评估的工况可以包括发动机冷却剂温度、发动机润滑油温度、质量空气流量(MAF)、歧管压力(MAP)、升压(例如，来自传感器123的BOOST压力)、发动机转速、怠速速度、大气压力、驾驶员需求的扭矩(例如，来自踏板位置传感器134)、空气温度、车辆速度等。
接下来，在方法的304处，确定实际的升压压力。实际的升压可以从传感器(例如，传感器123)直接测量。测量值可以经由BOOST压力信号发送至控制器12，并且存储在计算机可读存储介质(例如，图1中的控制器12的ROM 106、RAM 108和/或KAM 110)中。在替换实施例中，可以基于其他的操作参数来估计实际的升压压力，例如MAP和RPM。
接下来，在方法的306处，确定大气压力。例如，大气压力可以在发动机起动时从MAP传感器测量，和/或基于发动机工况(包括MAF、MAP、节气门位置等)来估计。测量值可以被发送至发动机控制器，并且存储在计算机可读存储介质中。在替换实施例中，大气压力可以基于其他操作参数来估计。
接下来，在方法的308处。确定实际的升压与期望的升压之间的差值。例如，发动机控制器可以确定该差值。在某些实施例中，可以通过从实际的升压中减去期望的升压来确定差值。
接下来，在方法的310处，确定废气门阀升程，以便减少在308处确定的实际的升压与期望的升压之间的差值。在某些示例中，除了当前废气门阀升程(例如，经由位置传感器224所感测)之外，实际的升压与期望的升压之间的差值也被供给合适的控制机构，该控制机构被配置为确定废气门阀升程，以便减少这种差值。例如，废气门阀升程可以用作到废气门动力学的输入。在某些废气门执行器中，废气门阀升程可以被映射到废气门占空比，其中占空比信号由控制器生成并且被发送到废气门执行器。到废气门占空比的映射可以包括，使用查找表或计算废气门占空比。在某些其他执行器中，废气门控制器基于期望的废气门位置与实际的废气门位置之间的差值来确定占空比。废气门控制(WGC)信号可以包括经由废气门占空比进行脉冲宽度调制，以调整废气门。可以通过例如前馈、反馈和/或其它控制算法来实现废气门阀升程。
补偿项可以考虑废气门执行器的延迟。另外，补偿项可以进一步包括，基于独立双凸轮运动(其能够影响升压压力)进行调节。例如，当进气凸轮以相对于大气压力增加升压压力的方式移动时，补偿项的量值可以被减小。同样，当进气凸轮以相对于大气压力减少升压压力的方式移动时，补偿项的量值可以被增加。
接下来，在方法的312处，确定期望的执行器位置以实现在310处确定的废气门阀升程。期望的执行器位置可以作为输入供给各种合适的控制机构，包括上述那些控制机构。在某些实施例中，可以替换地确定期望的执行器取向，例如执行器中的旋转部件的旋转取向。
接下来，在方法的314处，确定期望的执行器电流以实现期望的废气门阀升程。期望的执行器电流可以基于瞬时执行器位置与期望执行器位置之间的差异以及抵靠废气门阀作用的排气力来确定。
接下来，在方法的316处，确定执行器的温度。执行器温度的确定可以包括，在318处确定围绕执行器的环境温度。如上所述，围绕执行器的环境温度可以基于来自被配置为测量此类温度的传感器的输出来确定，例如，来自图2的温度传感器226的输出可以是用于确定环境温度的一个输入。然而，可以利用其他机构来确定执行器的环境温度。在某些示例中，环境温度可以基于一个或多个操作参数(例如，环境温度、发动机转速、发动机载荷、车辆速度、格栅挡板位置等)来估计。环境温度可以对应于大致靠近执行器的区域(例如，在图1的位置166)，或者靠近并直接邻近执行器的区域(例如，在图1的位置168)。
接下来，在方法的320处，可以基于在316处确定的执行器温度和执行器的已知性能来确定可以供应给执行器的最大允许电流。具体地，上述的以下关系可以被用于确定最大允许电流：IMAX＝sqrt((TMAX–TE)/(R*KT))，其中TMAX是给定执行器的固定值。在某些示例中，最大允许执行器温度TMAX可以被设定为相对减小的值，以提供抵抗执行器退化的缓冲。在某些实施例中，如果不能够确定环境温度，则最坏情况温度(例如，最大车罩下温度)可以用作上述关系中的TE。
接下来，在方法的322处，确定在314处所确定的期望执行器电流是否超过最大允许执行器电流。如果期望执行器电流超过最大允许电流(是)，则方法300进行到326。如果期望执行器电流未超过最大允许电流(否)，则方法进行到334。
在方法的324处，限制升压以避免执行器运转退化。升压限制可以包括，在325处，如果已经将电流连续施加到执行器持续多于阈值持续时间，则通过向执行器供应不超过最大允许电流的电流，将执行器放置在最佳可能的执行器位置。向执行器连续施加电流可能发生在，例如请求最大升压的状况期间。阈值持续时间可以被设定为各种合适的值，以确保执行器保护(例如，一秒)而不阻止无退化风险的执行器操作。将执行器放置在最佳可能的位置继而将废气门阀放置在最佳可能的升程。例如，通过相对于被控制以实现期望的升压水平的升程(例如，零升程/完全关闭位置)而增加废气门阀升程，可以使期望的升压水平(最大升压)下冲(undershot)。然而，阀升程被增加的量、供应给执行器以实现减少的电流被减少量以及相应地期望升压被下冲的量是最小值以避免执行器退化。换句话说，使期望升压下冲最小值，这可以将对车辆操作者感知到的车辆性能的不利影响最小化，或者在某些情况下使车辆操作者感觉不到这种不利影响。在某些示例中，可以与期望的执行器电流超过最大允许电流的量成比例地确定阀升程被增加的量以及电流被减小的量。
接下来，在方法的326处，可选地确定执行器的绕组温度。该方法的步骤326和328总体表示执行器保护的方法，在其中绕组温度用于限制电流，尤其是限制电流受限的量。
现在转向图4，示出了基于绕组电阻确定图2的废气门执行器202温度的方法400。方法400可以由例如图1的发动机控制器12执行。
在方法的401处，确定工况是否适合于对废气门执行器的绕组电阻进行采样。适合的状况可以包括废气门阀接近完全关闭位置(例如，接近图2的阀座220)。应该注意，阀门未接近完全关闭位置的情形可以包括，阀门移动离开完全关闭位置(例如，朝向完全打开位置)的那些情形，或者阀门移动朝向完全关闭位置但未达到完全关闭位置(例如，阀门被放置的期望废气门阀升程不对应于完全关闭位置)的那些情形。
在某些示例中，适合的状况也可以规定接近完全关闭位置的速度小于阈值。在某些示例中，由于执行器电阻可以对应于以下关系：R＝(1/I)(V–L*(di/dt)+K*s)，其中R为绕组电阻，I为供应给执行器的电流，V为执行器电压，L为绕组电感，t为时间，K为常数，以及s为车辆速度，因此阀门速度低于阈值可以提供根据方法400在多个转子位置确定绕组电阻的机会。因此，在低于阈值的阀门速度下，可以忽略上述关系的最终项(K*s)。在此类状况下，电流可以接近稳态，并且因此可以忽略(dI/dt)，从而使得该关系R＝V/I。因此，如果能够测量或确定V和I，则可以确定绕组电阻。在某些实施例中，绕组电阻估计的这个简化可以被用在阀门未接近完全关闭位置的情形中。然而，在其他示例中，如果常数K和电感L已知，则可以通过估计L*(di/dt)和(K*s)，在高于阈值的阀门速度下确定绕组电阻。
适合的状况可以进一步包括废气门阀位置对应于稳态，例如阀门位置恒定。阀门位置可以处于完全关闭位置、完全打开位置或处于在它们之间的任何部分升程。
在方法的401处，如果确定工况适合于绕组电阻采样(是)，则方法进行到402。如果确定工况不适合绕组电阻采样(否)，则方法进行到图3的方法300的330。
在方法的402处，改变废气门执行器的转子位置(例如，角取向)。在某些示例中，发动机控制器可以将改变的执行器位置发送给废气门执行器，由此改变转子位置。如将在以下进一步描述，可以以各种适合的量(例如，角度)调整转子位置。
接下来，在方法的403处，可选地调整进气节气门，以补偿由从期望废气门位置到改变的废气门位置的偏差所造成的升压水平的变化。例如，图1的进气节气门21和/或23可以被改变。在某些情形下，进气节气门调整可以包括，如果改变的废气门位置增加废气门阀的打开程度，则增加节气门的打开程度，反之亦然。
接下来，在方法的404处，确定废气门执行器的绕组电阻。如上所述，在某些示例中，可以通过测量供应给执行器的电压和电流并且将电压除以电流来确定绕组电阻。在废气门阀速度高于阈值的其他情形下，绕组电阻可以根据上述关系(R＝(1/I)(V–L*(dI/dt)+K*s))来确定。
接下来，在方法的406处，存储确定的绕组电阻并且将其与瞬时执行器位置关联。可以以各种适合的数据结构存储绕组电阻和执行器位置，包括但不限于查找表。
接下来，在方法的408处，确定是否已经确定了足够数目的绕组电阻。在此，可以访问在其中存储所确定的绕组电阻的数据结构，以确定到现在为止所确定的绕组电阻的数目。各种适合的数目可以被选择为确保足以表征执行器绕组电阻的最小数目绕组电阻。替换地或另外地，可以指定绕组电阻将被确定的最小角度范围。在某些示例中，可以访问数据结构以确定所确定的绕组电阻跨越的转子旋转范围。在某些实施例中，可以在转子的整个旋转范围内(例如，跨越360°的整圈，跨越180°的半圈)收集绕组电阻。因此，在402处可以多次改变转子位置，并且如上所述，可以按合适的步长(例如，角度)改变转子位置。可以根据例如工况和适合于绕组电阻的状况可能持续的预期持续时间来选择步长和样本数目。因此，如果确定所确定的绕组电阻的数目是不足的(否)，则该方法返回到402。如果确定绕组电阻的数目是足够的(是)，则该方法进行到410。
在方法的410处，基于所确定的绕组电阻估计执行器的温度。温度估计可以包括，以适合的方式对所确定的绕组电阻进行平均，以形成平均绕组电阻。平均绕组电阻接着可以被用于基于已知的绕组材料性能来确定绕组温度。例如，可以访问具有多个绕组电阻的查找表，每个绕组电阻与绕组温度关联。
回到图3B，在方法的328处，在326处已经成功地确定了执行器的绕组温度之后，基于在326处所确定的绕组温度和最大允许绕组温度之间的差值可选地限制供应给执行器的电流。在某些示例中，电流被限制的程度可以与绕组温度和最大允许绕组温度之间的差值成比例。
接下来，在方法的330处，可以限制供应给发动机(例如，图1的发动机10)的与废气门关联的燃料。燃料供给被限制的程度可以与升压被限制的程度成比例，并且特别是，与到发动机的空气供给的减少成比例。以此方式，可以维持最优(例如，化学计量的)发动机运转。
接下来，在方法的332处，可以报告在324或328处的升压限制。报告限制的升压可以包括，例如经由仪表板指示器警告车辆操作者，并且可以进一步包括记录发动机控制器中的事件。在332之后，方法结束。
在334处，如果在322处确定期望的执行器电流未超过最大允许电流，则可以向执行器施加期望的执行器电流以实现期望的执行器位置。适合的电压-电流转换机构可以转换由执行器控制器生成的电压，以生成电流。
接下来，在方法的336处，确定执行器位置是否处于期望的执行器位置。在此，可以将感测到的执行器位置与期望的执行器位置进行比较。在某些实施例中，可以忽略在执行器位置与期望的执行器位置之间的低于阈值的差。如果执行器位置不处于期望的执行器位置(否)，则方法返回到314。如果执行器位置处于期望的执行器位置(是)，则方法进行到338。
在方法的338处，调整施加到执行器的电流以维持期望的阀升程，并且控制执行器位置。可以经由反馈和/或前馈控制算法来维持期望的阀升程。例如，可以经由内部控制回路来控制阀升程。因此，当校正的执行器位置到达对应于期望的废气门阀位置的位置时，调整所施加的电流。在338之后，方法结束。
一些状况可以提示(prompt)使用环境温度和绕组温度中的一个而不是另一个来确定最大允许电流。例如，如果环境温度保持基本不变(例如，改变5％或更少)持续至少阈值持续时间，但在这个持续时间期间至少已经将电流的阈值量施加到执行器，则可以使用绕组温度而不是环境温度。在这种情况下，尽管环境温度可能保持大约不变，但是将足够电流施加到执行器可能影响其温度，仅测量环境温度可能不能指示其温度。然而，测量绕组温度可以反映这种变化。在其他情形下，如果工况不适合确定绕组温度，如在方法400的410处所确定的，则可以使用环境温度而不是绕组温度。类似地，如果未获得足够数目的绕组电阻，如在方法400的408处所确定的，则可以避开绕组温度。
因此，如图所示和所描述的，方法300和400可以用于减少由于过度的执行器温度而引起的废气门执行器操作退化和升压控制退化的潜在性，同时如果执行器温度超过最大允许温度，则最小化升压减少的程度并且避免运转退化。此外，应该理解，在整个废气门操作期间，可以反复使用方法300和400。
在另一表示中，用于操作废气门(例如，图2的废气门200)的方法可以包括，估计马达电流以提供期望的升压水平，并且基于废气门执行器(例如，图2的执行器202)的温度，响应于电流限制而限制升压量。电流限制可以基于环境温度，并且该方法可以进一步包括，响应于限制的升压量而限制供应给发动机(例如，图1的发动机10)的燃料量。
现在转向图5，示出了曲线图500，其针对示例性驱动循环说明根据图3的方法进行的执行器电流和升压限制。曲线图500包括施加到执行器(例如，图2的执行器202)的电流的曲线502，该电流跨越从最小电流(例如，诸如在不期望升压的状况期间施加的零电流)到最大电流(例如，在期望最大升压的状况期间)的电流范围。曲线图500还示出曲线504，其为由废气门执行器根据施加到它的电流致动的废气门阀的放置的变化而造成的升压。
如图所示，除了最大升压请求之前和之后接近于最大值的升压水平之外，在第一持续时间t1请求最大升压。在t1期间，确定可以供应给执行器的第一最大允许电流506，由虚线表示。第一最大允许电流506以上述方式基于最大允许执行器温度来确定。然而，在整个持续时间t1期间实现所请求的升压水平所期望的电流水平超过了第一最大允许电流506。因此，供应给执行器的电流被限制到第一最大允许电流506(在图5中，为了清楚起见，所供应的电流被示为稍低于第一最大允许电流)。超过第一最大允许电流506并且原本将供应给执行器的电流水平在图5中以细虚线示出。在曲线504中也示出了升压的对应减少，以及在没有供应电流减少的情况下原本按细虚线生成的升压。
类似地，在第二持续时间t2中，再次请求最大升压以及类似的升压水平。第二最大允许电流508以上述方式来确定。然而，例如由于围绕废气门的环境温度增加和/或相对于t1在t2期间供应给执行器的净电流较大，所以第二最大允许电流508小于第一最大允许电流506。因此，供应给执行器的电流被限制到第二最大允许电流508(在图5中，为了清楚起见，供应的电流被示为稍低于第二最大允许电流)。超过第二最大允许电流508并且原本供应给执行器的电流水平在图5中以细虚线示出。在曲线504中还示出了升压的对应减少，以及在没有供应电流减少的情况下原本按细虚线生成的升压。如上所述，对于由于电流限制而限制升压的持续时间，可以采取各种措施，例如限制供应到相关发动机的燃料。
应该理解，提供曲线图500是为了理解的目的，而并非旨在以任何方式进行限制。例如，曲线502和504的形状、在它们之间的时间滞后、第一最大允许电流506和第二最大允许电流508的值、以及所供应的电流和升压被限制的程度都仅是说明性的，并且相对于实际的废气门/车辆运转可能被放大。
注意到，此处所包括的示例控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。此处所公开的控制方法和例程可以作为可执行指令被存储在非暂时性存储器中。此处所描述的具体例程可以表示任意数量的处理策略中的一种或多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种措施、操作和/或功能可以按照所示的顺序执行，并行执行，或在某些情况下被省略。同样地，处理顺序并非是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必须的，而是提供以便于说明和描述。根据所使用的具体策略，所示的措施和/或功能中的一个或多个可以被反复地执行。而且，所描述的措施、操作和/或功能可以以图形方式表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码。
应当理解，本文公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些具体实施例并不被认为是限制性的，因为多种变化是可能的。例如，以上技术可以被应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
随附的权利要求具体指出被认为新颖且非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可能提到“一个/一”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应当被理解为包含一个或多个这种元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可以通过修改本权利要求来主张，或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来主张。这些权利要求，不管在范围上比原权利要求更宽、更窄、相同或不同，都认为被包含在本公开的主题内。

Claims (16)

1.一种用于操作废气门的方法，其包括：
确定废气门执行器的电流限制，并且响应于所述电流限制并且经由控制器基于环境状况来限制升压量；
其中限制所述升压量包括，通过向所述废气门执行器供应至多等于所述电流限制的电流，将所述废气门执行器放置在一位置处；并且
其中基于所述废气门执行器的温度确定所述电流限制，基于所述环境状况确定所述废气门执行器的温度，所述环境状况包括邻近所述废气门执行器的环境温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述环境温度基于多个发动机工况、车辆速度和格栅挡板位置来估计。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括，限制供应给发动机的燃料量。
4.一种用于经由废气门执行器操作废气门的方法，其包括：
响应于期望的升压而改变供应给所述执行器的电流，基于所述执行器的温度确定最大允许电流；以及
响应于瞬时电流超过所述最大允许电流而经由控制器减少供应给所述执行器的所述瞬时电流，
其中所述执行器的所述温度基于围绕所述执行器的环境的温度确定；并且
其中供应给所述执行器的所述电流控制所述执行器的位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其中减少所述瞬时电流包括，将所述瞬时电流减少到所述最大允许电流。
6.根据权利要求4所述的方法，其中将所述瞬时电流连续供应给所述执行器持续至少阈值持续时间。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述执行器的所述温度基于所述执行器的绕组温度来确定。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述绕组温度基于在所述执行器的转子的至少整个半圈期间采样的所述执行器的两个或更多个绕组电阻测量值。
9.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括，通过减少供应给所述执行器的所述瞬时电流，限制供应给发动机的升压。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括，报告对所述升压的限制。
11.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括，通过向所述执行器供应不超过所述最大允许电流，将所述执行器放置并且维持在一位置处。
12.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括，限制供应给发动机的燃料。
13.一种用于操作电动废气门执行器的方法，其包括：
基于执行器温度确定最大允许绕组电流；
确定基于期望的升压的期望的执行器电流超过所述最大允许绕组电流，并且经由控制器向所述执行器供应少于所述期望的执行器电流的电流；
基于围绕所述执行器的环境温度来确定所述执行器温度；以及
供应给所述执行器的所述电流控制所述执行器的位置。
14.根据权利要求13所述的方法，其中向所述执行器供应少于所述期望的执行器电流的电流包括，供应所述最大允许绕组电流。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述执行器温度进一步基于所述执行器的绕组温度来确定。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述绕组温度基于在选定的升压状况期间在所述执行器的转子的整个最小旋转范围期间采样的多个绕组电阻测量值来确定。
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