CN105275637B - 多变量低压排气再循环控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多变量低压排气再循环控制。提供调整LP‑EGR阀和LP进气节气门以提供期望LP‑EGR流率同时维持最小压差的方法和系统。在一个示例中，一种用于涡轮增压发动机的方法包含：响应于进气压力和排气压力之间的差低于阈值，调整LP‑EGR阀同时调整LP进气节气门以将LP‑EGR流率和差调节到各自的设定点；以及响应于所述差高于阈值，使LP‑EGR阀饱和以最小化所述差同时驱动节气门，从而将流率调节到其设定点。以此方式，LP‑EGR系统的控制可以在非常低的压差下对扰动更稳健、需要更少的驱动器运动以及增加燃料经济性。

Description

多变量低压排气再循环控制
技术领域
本发明涉及多变量低压排气再循环控制。
背景技术
发动机系统可以利用从发动机排气系统到发动机进气系统的排气的再循环来降低规定的排放，该过程被称为排气再循环(EGR)。例如，涡轮增压发动机系统可以包括低压(LP)EGR系统，该LP-EGR系统将排气从排气系统再循环到涡轮增压器压缩机上游的进气通道。因此，排气可以被再循环到压缩机上游的低压空气吸气系统/进气系统，从而产生新鲜进气空气与压缩机下游的EGR的压缩混合物。可以控制EGR阀来实现期望的进气空气稀释，该期望的进气空气稀释基于发动机工况。
然而，由于LP-EGR环路固有的小压差，涡轮增压发动机系统还可以包括LP进气节气门以增加压差，使得能够实现较高EGR率。存在限制节流程度的竞争需要。一方面，过度节流不必要地增加燃料消耗。另一方面，太少节流能够引起系统在相当低压差下运转，这需要高控制增益并由此降低控制系统对扰动的稳健性。
发明内容
发明人在此已经认识以上问题并且已经设计各种方法来解决所述问题。具体地，公开用于控制LP进气节气门和LP-EGR阀的系统和方法。在一个示例中，一种涡轮增压发动机方法，其包含：响应于进气压力和排气压力之间的差低于阈值，调整LP-EGR阀同时调整LP进气节气门以将LP-EGR流率和该差调节到各自的设定点；以及响应于该差高于阈值，使LP-EGR阀饱和(saturate)以使该差最小化同时驱动节气门以将流率调节到流率设定点。以此方式，LP-EGR系统的控制可以更稳健、需要更少的驱动器运动以及增加燃料经济性。
在另一示例中，一种涡轮增压发动机方法，其包含：响应于进气压力和排气压力之间的差低于阈值，调整LP-EGR阀同时调整LP进气节气门以将LP-EGR流率和该差分别调节到流率设定点和差设定点；以及响应于该差高于阈值，在第一模式下，使LP-EGR阀饱和以使该差最小化同时驱动节气门以将流率调节到流率设定点，并且在第二模式下，使进气节气门饱和以使该差最小化同时驱动LP-EGR阀以将流率调节到流率设定点。以此方式，控制系统可以在非常低的压差下对扰动更稳健并且燃料消耗由于过度节流而可以被降低。
在另一示例中，一种内燃发动机系统包含：涡轮增压器，其包括连接到涡轮的压缩机，压缩机与发动机的进气歧管连通而涡轮与发动机的排气歧管连通；低压(LP)排气再循环(EGR)通道，其包括EGR阀和连接进气歧管和排气歧管的进气节气门，所述EGR阀响应EGR阀控制信号并且所述进气节气门响应进气节气门控制信号，以用于调节到所述进气歧管的流率和所述LP-EGR通道中的压差；控制器，其被配置为具有存储在非临时性存储器中的指令，当执行该指令时，使得控制器：基于参考流率和测量的流率产生流率误差；基于参考压差和测量的压差产生压差误差；计算最小和最大可实现流率；将最小和最大可实现流率作为抗饱和(anti-windup)极限应用到第一比例-积分控制器；响应于流率误差执行第一比例-积分控制器以产生调整的流率设定点；响应于调整的流率设定点计算最小和最大可实现压差；将最小和最大可实现压差作为抗饱和极限应用到第二比例-积分控制器；响应于压差误差执行第二比例-积分控制器以产生调整的压差设定点；响应于调整的流率设定点和调整的压差设定点执行线性化控制器以产生EGR阀驱动器位置和LP进气节气门驱动器位置；以及将EGR阀驱动到EGR阀驱动器位置并且将LP进气节气门驱动到LP进气节气门驱动器位置。以此方式，LP-EGR阀和LP进气节气门的控制能够在多变量控制模式和链接驱动器(chained-actuator)控制模式之间自动切换，所述多变量控制模式在非常低的压差下改善稳健性，所述链接驱动器控制模式最小化燃料消耗。
当单独或结合附图时，本描述的以上优点和其他优点以及特征根据以下具体实施方式将明显。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式引进一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被紧随具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出一种发动机和关联的排气再循环系统的示意图。
图2示出图示说明可以被实施以用于响应于压差传感器的输出执行LP-EGR阀和LP进气节气门调整的一种程序的高级别流程图。
图3示出图示说明一种LP-EGR控制的示例方法的框图。
图4示出图示说明可以被实施以用于响应于LP-EGR流率设定点执行LP-EGR阀和LP进气节气门调整的一种程序的高级别流程图。
图5示出图示说明单个驱动器饱和的四种可能情况下的限制策略的一组图形。
图6示出图示说明一组可实现LP-EGR阀位置和节气门位置以及对应的一组可实现LP-EGR流率和压差的一组图形。
图7示出图示说明用作多变量控制器的一种LP-EGR控制器的示例的一组图形。
图8示出图示说明用作链接驱动器控制器的LP-EGR控制器的示例的一组图形。
具体实施方式
以下描述涉及用于使用低压排气再循环阀和低压节气门控制低压排气再循环质量流率和压差的系统和方法。如图1所示，升压发动机可以被配置为具有低压(LP)排气再循环(EGR)系统，该LP-EGR系统可以包括用于调整再循环到发动机进气装置的排气量的LP-EGR阀以及用于调整LP-EGR阀两端的压差的LP进气节气门。如图2所示，LP-EGR阀和LP进气节气门的控制可以包括多变量模式和链接驱动器模式，这取决于LP-EGR阀两端的压差。如图3所示，能够实现两种这样的控制模式的控制器除了包括两个外部比例-积分(PI)控制环路之外，还可以包括由输入-输出线性化设计的控制器。如图4所示，PI控制器的限制策略可以包括使用最小和最大可实现EGR流率和压差作为抗饱和极限。这种限制策略确保如果一个驱动器饱和，则不饱和的驱动器将优先追踪该压差下的EGR流率，如图5所示。最小和最大可实现流率和压差由系统的驱动能力约束，如图6所示。图7和图8示出所公开的系统和方法表现多变量模式和链接驱动器模式的示例。
图1示出车辆系统6的示意图。车辆系统6包括发动机系统8，该发动机系统8包括联接到排放控制系统22的发动机10。发动机10包括多个汽缸30。发动机10还包括进气装置23和排气装置25。进气装置23可以通过进气道42接收来自大气的新鲜空气。进气道42可以包括第一空气进气节气门82，该第一空气进气节气门82被配置为调整通过进气道42接收的新鲜空气的量。进气装置23可以进一步包括第二主进气节气门62，该第二主进气节气门62经由进气道42流体联接到发动机进气歧管44。第二进气节气门62可以定位在第一进气节气门82的下游，并且可以被配置为调整进入发动机进气歧管44的进气流的流量。排气装置25包括通向排气道45的排气歧管48，该排气道45将排气经由尾管35传送到大气。
发动机10可以是包括诸如涡轮增压器50的升压装置的升压发动机。涡轮增压器50可以包括压缩机52和涡轮54，该压缩机52沿进气道42布置，该涡轮54沿排气道45布置。由涡轮增压器提供的升压量可以由发动机控制器改变。可选充气后端冷却器84可以包括在进气道中的压缩机52的下游以降低由涡轮增压器压缩的进气空气的温度。具体地，后端冷却器84可以包括在第一进气节气门82的下游且包括在第二进气节气门62的上游。
联接到排气道45的排放控制系统22可以包括安装在排气装置中的闭合联接位置中的一个或更多个排放控制装置70。一个或更多个排放控制装置可以包括颗粒过滤器、SCR催化剂、三元催化剂、稀NOx捕集器、氧化催化剂等。排放控制装置可以定位在涡轮54的下游以及排气道45中的LP-EGR路径73的上游和/或下游。
发动机10可以进一步包括用于将来自排气道45的排气的至少一部分再循环到进气道42的一个或更多个排气再循环(EGR)通道。例如，发动机可以包括具有LP-EGR通道73的低压EGR(LP-EGR)系统72，该LP-EGR通道73将涡轮54下游的发动机排气装置联接到压缩机52上游的发动机进气装置。LP-EGR系统72可以在诸如存在涡轮增压器升压且/或当排气温度高于阈值时的状况期间运转。定位在压缩机上游的LP-EGR通道73中的EGR阀39可以被配置为调整通过EGR通道传送的排气的量和/或速率。LP-EGR通道73可以进一步包括LP-EGR冷却器74以降低正被再循环到发动机进气装置中的排气的温度。在此配置中，EGR通道可以被配置为提供低压EGR，并且EGR阀39可以是LP-EGR阀。进一步地，第一进气门82可以被称为低压(LP)进气节气门。在替代实施例中，也可以包括高压EGR(HP-EGR)系统(未示出)，在其中HP-EGR通道可以被配置为使来自涡轮上游的发动机排气装置的至少一些排气转向到压缩机下游的发动机进气装置。
在一些实施例中，一个或更多个传感器可以定位在LP-EGR通道73内以提供通过LP-EGR通道再循环的排气的压力、温度和空燃比中的一者或更多者的指示。例如，传感器75和76可以是位于LP-EGR阀39上游和下游的压力传感器。通过LP-EGR通道73转向的排气可以在位于LP-EGR通道73和进气道42的结合点处的混合点90处用新鲜进气空气稀释。具体地，通过调整与LP进气节气门82(定位在压缩机上游的发动机进气装置的空气进气道中)协调的EGR阀39，可以调整EGR流的稀释。
发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统14以及由经由输入装置(未示出)来自车辆操作者的输入控制。控制系统14被配置为接收来自多个传感器16(本文所述传感器的各种示例)的信息并且将控制信号发送到多个驱动器81。作为一个示例，传感器16可以包括联接到排气歧管48的排气传感器126、位于尾管35中的排放控制装置70下游的排气温度传感器128和排气压力传感器129、联接在主进气节气门62上游的氧传感器92以及LP-EGR通道73中的各种传感器，该各种传感器如，位于LP-EGR阀39上游和下游的压力传感器75、76以及EGR流率传感器77。各种排气传感器也可以包括在排放控制装置70下游的排气道45中，诸如颗粒物质(PM)传感器、NOx传感器、氧传感器、氨传感器、碳氢化合物传感器等。诸如附加压力传感器、温度传感器、空燃比传感器和成分传感器的其他传感器可以联接到车辆系统6中的各种位置。作为另一示例，驱动器81可以包括燃料喷射器66、EGR阀39、LP进气节气门82和主进气节气门62。诸如各种附加阀和节气门的其他驱动器可以联接到车辆系统6中的各种位置。控制器12可以基于其中编程的、对应于一个或更多个程序的指令或代码，接收来自各种传感器的输入数据、处理输入数据以及响应于处理的输入数据触发驱动器。例如，控制器12可以被配置为通过计算从压力传感器76和压力传感器75接收的输入数据之间的差计算LP-EGR阀39两端的压差。本文关于图2描述一种示例控制程序。
图2示出用于根据本公开控制LP-EGR系统的示例方法200的高级别流程图。具体地，方法200涉及响应于LP-EGR阀39两端的压差使用两种不同的控制策略。方法200在本文将参考图1中描述的部件和系统进行描述，但应当理解在不脱离本公开的范围的情况下，该方法可以应用于其他系统。方法200可以由控制器12执行，并且可以被存储为非临时性存储器中的可执行指令。
方法200可以在205处开始。在205处，方法200可以包括评估工况。工况可以包括但不限于LP-EGR压差、LP-EGR流率、LP-EGR阀位置、LP进气节气门位置等。评估工况可以包含接收来自各种传感器的输入数据并且使用所述输入数据执行计算。例如，LP-EGR阀39两端的LP-EGR压差可以通过计算压力传感器75、76的压力数据之间的差来计算。在没有压力传感器75和76的情况下，LP-EGR压差可以根据前置压缩机计示压力测量值近似，例如，ΔplpEgrMeas≈pamb-pcmprUs，这忽略排气尾管两端的较小压降。
在210处继续，LP-EGR阀39两端的压差ΔplpEgrMeas与LP-EGR压差设定点Δp设定点进行比较。LP-EGR压差设定点Δp设定点可以设定为低压差但为非零压差，例如，5百帕(hectopascal,hPa)。如果压差ΔplpEgrMeas大于压差设定点Δp设定点，则方法200可以继续到215。在215处，控制器12可以充当链接驱动器控制器。控制器12关闭LP进气节气门82以使压差最小化，并且然后调整LP-EGR阀39以将LP-EGR流率调节到LP-EGR流率设定点WlpEgr。这种策略使由于LP-EGR泵唧功(pumping work)的燃料消耗最小化。方法200然后可以结束。否则，如果压差ΔplpEgrMeas小于压差设定点Δp设定点，方法200可以继续到220。
在220处，方法200可以充当多变量控制器。控制器12同时调整LP-EGR阀39和LP进气节气门82以将LP-EGR流率WlpEgr和压差ΔplpEgrMeas调节到各自的设定点。这种控制策略允许系统避免大控制增益并且避免在非常低的压差下发生的降低的控制器系统稳健性。方法200然后可以结束。
因此，控制方法200响应于相对于压差设定点的压差而使用两种控制策略。使用方法200，控制器12可以在用作链接驱动器控制器和用作多变量控制器之间自动切换，每种都具有其自身的优点。本文公开关于图3和图4描述实施方法200的示例方法。
图3示出LP-EGR控制的一种示例方法300。示例方法300利用输入-输出线性化和比例-积分控制设计。示例方法300包括稳态虚拟设备320和具有PI控制器312、314的两个外部环路。
参考信号r1＝WlpEgrDes305代表参考期望LP-EGR流率，而参考信号r2＝ΔlpEgrDes 307代表参考期望LP-EGR压差。反馈信号y1＝WlpEgrMeas341代表测量的LP-EGR流率，而反馈信号y2＝ΔlpEgrMeas343代表测量的LP-EGR压差。节点306计算参考信号305和反馈信号341之间的差；此差是与LP-EGR流率关联的误差。节点308计算参考信号307和反馈信号343之间的差；此差是与LP-EGR压差关联的误差。
示例方法300可以包括外部环路PI控制器312和外部环路PI控制器314。外部环路PI控制器312产生调整的输入v1＝WlpEgrDes，该输入v1包括针对节点306处计算的误差r1-y1的比例增益项和积分增益项。外部环路PI控制器314类似地产生调整的输入v2＝ΔplpEgrDes，该输入v2包括针对节点308处计算的误差r2-y2的比例增益项和积分增益项。外部环路PI控制器312和314提供零稳态追踪误差并且改善本文进一步讨论的逆设备模型ψ(v,w)中的建模误差的稳健性。PI控制器312和314可以被校准以产生两个环路的约为150-200毫秒的闭环时间常数。
虚拟设备320特征在于控制器324和设备模型327。控制器324使用代表期望LP-EGR流率和LP-EGR压差的输入v1和v2确定近似LP-EGR阀节气门位置u1＝θlpEgrVlvDes和LP进气节气门位置u2＝θlpIntThrDes。设备模型327代表物理LP-EGR系统，并因此基于LP-进气节气门、LP-EGR路径和尾管的不可压缩流孔口方程，以及关联的动力学归因于传感器和驱动器。设备327的动力学是非线性和多变量的：
Figure BDA0000731734200000081
y＝Cxr
并因此必须选择适当的控制定律ψ(x,v,w)以非线性化和解耦该设备。然而，设备动力学相对于外部环路的时间尺度是快速的，其中时间常数约为50ms或者更小。因此，该设备的高带宽特性允许假设设备总是处于稳态，由此消除如由虚拟设备320所示的虚拟反馈x。针对此假设，降低虚拟设备320的输入-输出线性化，找到多变量非线性设备模型的代数反演。在优选实施例中，代表控制器324的独特方案通过下列式子给出：
Figure BDA0000731734200000082
其中Atp为尾管区域；αlpEgr为驱动器位置-区域传递函数，其给出LP-EGR路径的有效区域AlpEgr(包括LP-EGR通道73、阀39和冷却器74)，以及αais为驱动器位置-区域传递函数，其给出空气进气系统的有效区域Aais(包括LP进气节气门82)。注意：控制输入u、外部输入w和输出y形式上定义为：
Figure BDA0000731734200000083
其中Wcmpr为通过压缩机的质量流率；ρamb为环境空气的密度；以及Wf为喷射的燃料的质量流率。
在优选实施例中，稳态设备模型327使用不可压缩流孔口方程和质量平衡的集合(collection)来建模。设备模型327可以简写为：
y＝h(u，w)＝[h1(u，w) h2(u，w)]T
其中，函数h1(u,w)和h2(u,w)通过下列式子给出：
h1(u，w)＝f1[αlpEgr(u1)，αais(u2)，Atp，w1，w3]
h2(u，w)＝f2[αlpEgr(u1)，αais(u2)，Atp，w1，w2，w3]
函数f1和f2可以通过求解三个孔口方程和两个质量守恒条件的集合获得。用于对通过LP-EGR通道73、空气进气系统42和尾管35的气体流量进行建模的三个孔口方程通过以下式子给出：
Figure BDA0000731734200000091
Figure BDA0000731734200000092
Figure BDA0000731734200000093
其中，压差通过以下式子给出：
ΔplpEgr＝plpEgrUs-pcmprUs
Δpais＝pamb-pcmprUs
Δptp＝plpEgrUs-pamb
压力plpEgrUs指的是LP-EGR阀39上游测量的压力，而压力pcmprUs指的是压缩机52上游测量的压力。在LP-EGR混合点90处实施质量守恒并且对于通过空气进气系统42进入空气路径并且通过尾管35离开空气路径的总质量：
Wcmpr＝WlpEgr+Wais
Wtp＝Wais+Wf
求解LP-EGR流率WlpEgr和LP-EGR压差ΔplpEgr的上述孔口流量和质量守恒方程组得到：
Figure BDA0000731734200000101
Figure BDA0000731734200000102
本领域技术人员将意识到，刚才描述的多变量静态设备模型327对LP-EGR系统的行为进行准确建模。此外，线性化控制器ψ(v,w)具体通过确定y＝h(u,w)的反函数根据设备模型327获得，其中y＝h(u,w)的反函数将y映射到u、给定w，使得虚拟设备320被线性化并且被解耦：
y＝h(u，w)＝h(Ψ(v，w)，w)＝v
LP-EGR控制的示例方法300呈现两种不同的控制行为，其在本文关于图2进行描述并且在本文进一步关于图5、图6、图7和图8进行描述。
图4示出图示说明由本文关于图3描述的控制器实施的示例控制方法400的高级别流程图。具体地，方法400包含PI控制限制策略，该策略优先追踪LP-EGR流率设定点。即，如果LP-EGR阀或者LP进气节气门饱和，则同时追踪LP-EGR流率设定点和压差设定点的能力丧失并且给出追踪流率设定点的优先权。
方法400可以在405处开始。在405处，方法400可以包括评估工况。评估工况可以包括测量如本文限定并关于图3的控制输入u、外部输入w和输出y。方法400然后可以继续到410。
在410处，方法400可以包括计算最小和最大可实现LP-EGR流率。计算最小和最大可实现LP-EGR流率v1 max(k)和v2 max(k)可以包括计算，例如：
其中k为当前时间步长。这种计算的示例结果在本文关于图6进一步讨论。方法400然后可以继续到415。
在415处，方法400可以包括将最小和最大流率v1 max(k)和v2 max(k)作为抗饱和极限应用在PI控制器312上。将最小和最大流率作为抗饱和极限应用在PI控制器312上将随后PI命令的流率v1 *约束为物理上可实现的LP-EGR流率，即：
Figure BDA0000731734200000113
方法400然后可以继续到420。在420处，方法400可以包括执行流率PI控制器312以产生命令的流率v1 *。方法400然后可以继续到425。
在425处，方法400可以包括计算被约束以实现命令的流率的最小和最大可实现压差Δp。计算最小和最大可实现压差v2 min(k)和v2 max(k)可以包括评估，例如：
Figure BDA0000731734200000114
其中Su为域，其中驱动器位置被约束，
Figure BDA0000731734200000116
以此方式，最小和最大可实现LP-EGR压差受到实现命令的LP-EGR流率
Figure BDA0000731734200000117
的约束。此计算的示例结果在本文关于图6进一步讨论。方法400然后可以继续到430。
在430处，方法400可以包括将最小和最大可实现压差Δp作为抗饱和极限应用在PI控制器314上。将最小和最大可实现压差Δp作为抗饱和极限应用在PI控制器314上将随后PI命令的压差v2 *约束为物理上可实现的压差，即：
方法400然后可以继续到435。在435处，方法400可以包括执行压差PI控制器以产生命令的压差v2 *。方法400然后可以继续到440。
在440处，方法400可以包括执行线性化以产生命令的驱动器位置。执行线性化以产生命令的驱动器位置可以由控制器324根据关于图3所公开的线性化方案执行，使得：
Figure BDA0000731734200000122
方法400然后可以继续到445。在445处，方法400可以包括命令驱动器到产生的命令驱动器位置。产生的命令驱动器位置由u(k)给出。方法400然后可以继续到450。在450处，方法400可以包括以1为步长递增定时器，例如，k＝k+1。方法400然后可以结束。
图5示出图示说明根据本公开的单个驱动器饱和的全部四种可能情况的限制策略的一组图形500。图形510示出LP-EGR流率WlpEgr随时间变化的曲线图。图形510中的短划线表示LP-EGR流率设定点，以及实线表示测量的LP-EGR流率。图形520示出LP-EGR压差ΔplpEgr随时间变化的曲线图。图形520中的短划线表示LP-EGR压差设定点，以及实线表示测量的LP-EGR压差。图形530示出LP进气节气门位置θlpIntThr随时间变化的曲线图。图形540示出LP-EGR阀位置θlpEgrVlv随时间变化的曲线图。
从0秒到5秒，LP进气节气门和LP-EGR阀二者部分打开，如图形530和图形540所示。测量的LP-EGR流率和LP-EGR压差二者靠近它们各自的设定点，如图形510和图形520所示。
从5秒到10秒，LP进气节气门驱动器饱和，如图形530所见。LP进气节气门位置θlpIntThr处于0％，意味着LP进气节气门完全打开。响应于LP进气节气门驱动器饱和，LP-EGR阀位置增加，如图形540所见。图形510示出在此时间段期间，测量的LP-EGR流率维持在设定点附近。同时，图形520示出测量的LP-EGR压差ΔplpEgr不能达到压差设定点。
从10秒到15秒，LP进气节气门驱动器再次饱和。然而，在LP进气节气门位置θlpIntThr处于100％的情况下，意味着LP进气节气门完全闭合。响应于LP进气节气门驱动器饱和，LP-EGR阀位置θlpEgrVlv增加。这种增加的LP-EGR阀位置θlpEgrVlv维持测量的LP-EGR流率WlpEgr非常接近流率设定点。同时，测量的LP-EGR压差ΔplpEgr再次不能达到压差设定点。
从15秒到20秒，LP-EGR阀驱动器饱和。LP-EGR阀位置θlpEgrVlv处于100％，意味着LP-EGR阀完全打开。响应于LP-EGR阀驱动器饱和，LP进气节气门位置θlpIntThr稍微减小。这种减小的LP进气节气门位置θlpIntThr维持测量的LP-EGR流率WlpEgr非常接近流率设定点。同时，测量的LP-EGR压差ΔplpEgr不能达到压差设定点。
从20秒到25秒，LP-EGR阀驱动器再次饱和。LP-EGR流率WlpEgr为零，因此LP-EGR阀位置θlpEgrVlv处于0％，即，LP-EGR阀完全闭合以不能达到流率设定点。LP进气节气门位置θlpIntThr减小以便将测量的LP-EGR压差ΔplpEgr维持在压差设定点。这仅仅是驱动器饱和同时两个设定点都达到的情况。
在每种情况下，LP-EGR质量流率设定点以零稳态误差被追踪，而控制误差存在于LP-EGR压差中。在最后一种情况下，LP-EGR阀完全闭合同时LP进气节气门部分打开。这仅仅当期望LP-EGR流率WlpEgrDes＝0且期望LP-EGR压差ΔplpEgrDes被设定为大于未节流的压差时发生，从而导致节流同时LP-EGR阀闭合。这种情况在正常发动机运转期间无用，并且能够通过在WlpEgrDes＝0时设定ΔplpEgrDes＝0来避免，由此当期望流率为零时迫使节气门完全打开。以此方式，通过有意将压差设定点设定为不可实现地低，例如ΔplpEgrDes＝0，能够迫使多变量控制器运转为链接驱动器控制器。在优选实施例中，压差设定点ΔplpEgrDes＝5hPa，以便当压差高于设定点时控制器运转为链接驱动器控制器，并且当压差低于设定点时重新开始运转为多变量控制器。
图6示出根据本公开的一组可实现LP-EGR阀位置和节气门位置以及相应的LP-EGR流率和压差的图示说明。所示曲线图通过使用以上关于图3和图4公开的系统和方法来产生，假设压缩机流率Wcmpr＝400kg/h(千克/小时)且环境空气的密度ρamb＝1.19kg/m3(千克/立方米)。
图形610示出一组可实现LP-EGR阀位置u1和LP进气节气门位置u2。图形610的x轴线将LP-EGR阀位置u1表示为驱动百分比，其中0％对应于完全闭合的阀而100％对应于完全打开的阀。图形610的y轴线将LP进气节气门位置u2表示为驱动百分比，其中0％对应于完全打开的节气门而100％对应于完全闭合的节气门。通过对未激励的驱动器位置设定为0％来建立惯例，对于柴油实施方式，LP进气节气门打开而LP-EGR阀闭合。短划线612包含可能LP-EGR阀位置和节气门位置的全部集合。由于LP-EGR阀和LP进气节气门二者能够从完全闭合改变为完全打开，短划线612包含整个配置空间。短划线612具有由点620、622、624和626标示的四个拐角。点620对应于完全闭合的LP进气节气门和完全闭合的LP-EGR阀。点622对应于完全闭合的LP进气节气门和完全打开的LP-EGR阀。点624对应于完全打开的LP进气节气门和完全闭合的LP-EGR阀。点626对应于完全打开的LP进气节气门和完全打开的LP-EGR阀。
图形630示出一组可实现LP-EGR流率v1和LP-EGR压差v2。图形630的x轴线表示以千克每小时为单位的LP-EGR流率。图形630的y轴线表示以百帕为单位的LP-EGR压差。短划线632包括可能的LP-EGR流率和本发明可实现的压差的全部集合。短划线632具有由点640、642、644和646标示的四个拐角。短划线632中的每个拐角对应于图形610中的短划线612的拐角。例如，点640对应于点620，意味着当LP-进气节气门完全闭合且LP-EGR阀完全闭合时，LP-EGR流率v1＝0kg/h且LP-EGR流率v2≈70hPa。类似地，点642对应于由点622给出的驱动器位置，点644对应于由点624给出的驱动器位置，以及点646对应于由点626给出的驱动器位置。
由于本文关于图4公开的PI限制策略优先追踪LP-EGR流率而不是LP-EGR压差，有益于针对期望LP-EGR流率v1 *考虑驱动器位置和压差的范围。例如，图形610中的实线615是对应于期望LP-EGR流率v1 *＝50kg/h的驱动器位置的子组。图形630中的实线635是实现期望LP-EGR流率v1 *＝50kg/h的约束给出的可实现压差的子组。最小LP-EGR压差v2 min＝12hPa在LP-EGR阀位置为u1＝100％且LP进气节气门位置为u2＝60％时发生。最大LP-EGR压差v2 max＝56hPa在LP进气节气门位置为u2＝100％且LP-EGR阀位置为u1≈12％时发生。因此，为了使压差v2最小化同时实现期望LP-EGR流率v1 *，LP-EGR阀驱动器必须首先饱和，然后LP进气节气门驱动器能够追踪流率。以此方式，控制器可以起链接驱动器控制器的作用。
图7示出图示说明根据本公开的在联邦测试程序(FTP75)行驶周期期间用作多变量控制器的LP-EGR控制器的一组图形700。具体地，该组图形700示出FTP75行驶周期的一部分，其对应于在行驶周期的热阶段期间的第二车辆速度“爬坡”。
图形710示出LP-EGR流率WlpEgr随着时间的变化。图形710中的短划线表示LP-EGR流率设定点WlpEgrDes，而实线表示测量的LP-EGR流率WlpEgrMeas。图形720示出LP-EGR压差ΔplpEgr随着时间的变化。图形720中的短划线表示LP-EGR压差设定点ΔplpEgrDes，而实线表示测量的LP-EGR压差ΔplpEgrMeas。当期望LP-EGR流率WlpEgrDes＝0kg/h时，除了ΔplpEgrDes＝0hPa，期望LP-EGR压差ΔplpEgrDes＝15hPa。图形730示出测量的LP进气节气门位置θlpIntThr随着时间的变化。LP进气节气门位置θlpIntThr被示为从0％变化到100％的百分比，即从完全打开变化到完全闭合。图形740示出测量的LP-EGR阀位置θlpEgrVlv随着时间的变化。LP-EGR阀位置θlpEgrVlv被示为从0％变化到100％的百分比，即从完全闭合变化到完全打开。
图形710示出测量的LP-EGR流率和期望LP-EGR流率之间的强关联。均方根(RMS)LP-EGR流率控制误差为2.1kg/h。图形720示出测量的LP-EGR压差和期望LP-EGR压差之间的强关联。当设定点为零时，虽然测量的LP-EGR压差随着两个驱动器饱和被最小化，但测量的LP-EGR压差不能达到LP-EGR压差设定点。
图形730和图形740示出LP进气节气门82和LP-EGR阀39的多变量控制行为。图形730示出LP进气节气门在大多数周期上大部分是闭合的并且当LP-EGR流率和压差设定点等于零时完全打开。RMS LP进气节气门位置变化为4.4％。同时，LP-EGR阀在大多数周期上是大部分闭合的并且当LP-EGR流率和压差设定点等于零时完全闭合。RMS LP-EGR阀位置变化为3.6％。用于LP-EGR流率控制误差和驱动器位置变化的这些RMS值仅与其他结果相比是显著的，并因此将在本文关于图8进一步讨论。
图8示出图示说明根据本公开的在联邦测试程序(FTP75)行驶周期期间用作链接驱动器控制器的LP-EGR控制器的一组图形800。具体地，该组图形800示出FTP75行驶周期的一部分，其对应于在行驶周期的热阶段期间的第二车辆速度“爬坡”。
图形810示出LP-EGR流率WlpEgr随着时间的变化。图形810中的短划线表示LP-EGR流率设定点WlpEgrDes，而实线表示测量的LP-EGR流率WlpEgrMeas。图形810中的LP-EGR流率设定点轨迹与图7的图形710中的LP-EGR流率设定点轨迹相同。图形820示出LP-EGR压差ΔplpEgr随着时间的变化。图形820中的短划线表示LP-EGR压差设定点ΔplpEgrDes，而实线表示测量的LP-EGR压差ΔplpEgrMeas。在整个周期上期望LP-EGR压差ΔplpEgrDes＝0hPa。图形830示出测量的LP进气节气门位置θlpIntThr随着时间的变化。LP进气节气门位置θlpIntThr被示为从0％变化到100％的百分比，即从完全打开变化到完全闭合。图形840示出测量的LP-EGR阀位置θlpEgrVlv随着时间的变化。LP-EGR阀位置θlpEgrVlv被示为从0％变化到100％的百分比，即从完全闭合变化到完全打开。
图形810示出测量的LP-EGR流率和期望LP-EGR流率之间的强关联。RMS LP-EGR流率控制误差为2.9kg/h。图形820示出测量的LP-EGR压差ΔplpEgrMeas不能如所期望的达到LP-EGR压差设定点ΔplpEgrDes＝0，尽管测量的LP-EGR压差大体上被最小化约5hPa。
图形830和图形840示出LP-EGR阀39和LP进气节气门82的链接驱动器行为。至少一个驱动器在循环期间总是饱和的。当一个驱动器饱和时，未饱和的驱动器负责追踪LP-EGR流率到设定点。因此，RMSLP-EGR阀位置变化为5.7％并且RMS LP进气节气门位置变化为4.7％。即，相比于图7中所示的多变量控制器结果，存在增加的驱动器变化。链接驱动器控制的增加的驱动器变化遵循物理直觉。给定较低的LP-EGR压差，LP-EGR阀需要较大幅度的运动影响等效的流率变化。
相比于多变量控制器，链接驱动器控制器以较高LP-EGR流率WlpEgr控制误差以及增加的驱动器变化为代价最小化LP-EGR压差ΔplpEgr。
在优选实施例中，LP-EGR压差设定点用作最低下限值。即，LP-EGR压差设定点ΔplpEgrDes能够被设定为非常低的值，例如ΔplpEgrDes＝5hPa，以避免逆设备模型中ΔplpEgr＝0处的异常值附近降低的稳健性。以此方式，如果压差低于5hPa，则控制器将表现为多变量控制器并且将压差维持在5hPa处，同时追踪LP-EGR流率设定点。然而，如果压差高于5hPa，则控制器将运转为链接驱动器控制器，其必然使压差最小化以实现LP-EGR流率，并且对应地最小化由于LP-EGR泵唧功引起的临界燃料消耗。
注意，本文包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和程序可以存储为非临时性存储器中的可执行指令。本文所描述的具体程序可以表示任意数量的处理策略中的一个或更多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作和/或功能可以所示顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现本文所描述的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图释和说明而提供了所述处理顺序。所示出的动作、操作和/或功能中的一个或更多个可以取决于所使用的特定策略而被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形化地表示有待编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器的代码。
应认识到，本文所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造和其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这样的权利要求应当理解为包括一个或更多个这样的要素组合，既不要求也不排除两个或更多个这样的要素。公开的特征、功能、要素和/或属性的其它组合和子组合可以通过修改当前的权利要求或在本申请或相关申请里通过正式提交的新权利要求来要求保护。这样的权利要求，无论是比原权利要求范围更宽、更窄、相同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于操作涡轮增压发动机的方法，其包含：
响应于低压排气再循环压差即LP-EGR压差低于阈值，调整低压排气再循环阀即LP-EGR阀，同时调整低压进气节气门即LP进气节气门以将LP-EGR流率和所述差调节到各自的设定点；以及
响应于所述压差高于所述阈值，使所述LP-EGR阀饱和以使所述差最小化同时驱动所述节气门，从而将所述流率调节到其设定点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述LP-EGR流率调节到所述流率设定点优先于将所述差调节到所述差设定点。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值为5百帕。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述流率设定点基于发动机工况。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述差设定点等于所述阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，使用一对比例-积分控制器并使用线性化控制器控制所述LP进气节气门和所述LP-EGR阀。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述线性化控制器基于LP-EGR系统的基于物理学的模型，所述基于物理学的模型基于不可压缩排气和所述LP-EGR阀和所述LP进气节气门的稳态动力学的假设。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述涡轮增压发动机包括EGR通道，并且所述EGR通道将涡轮下游的发动机排气装置联接到压缩机上游的发动机进气装置。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述LP-EGR阀定位在所述压缩机上游的所述EGR通道中，并且其中所述LP进气节气门定位在所述压缩机上游的所述发动机进气装置的空气进气道中。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述流率在所述LP-EGR阀的下游被测量。
11.一种用于操作涡轮增压发动机的方法，其包含：
响应于低压排气再循环压差即LP-EGR压差低于阈值，调整低压排气再循环阀即LP-EGR阀同时调整低压进气节气门即LP进气节气门以将LP-EGR流率和所述差分别调节到流率设定点和差设定点；以及
响应于所述LP-EGR压差高于所述阈值，使所述LP-EGR阀饱和以朝向所述差设定点最小化所述差同时驱动所述节气门，从而将所述流率调节到所述流率设定点，或者使所述进气节气门饱和以朝向所述差设定点最小化所述差同时驱动所述LP-EGR阀，从而将所述流率调节到所述流率设定点。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将所述LP-EGR流率调节到所述流率设定点优先于将所述差调节到所述差设定点。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述流率在所述EGR阀的下游被测量。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述差设定点等于所述阈值。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述阈值为5百帕。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述流率设定点基于发动机工况。
17.根据权利要求11所述的方法，使用一对比例-积分控制器并使用线性化控制器来控制所述LP进气节气门和所述LP-EGR阀。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述线性化控制器基于LP-EGR系统的基于物理学的模型，所述基于物理学的模型基于不可压缩排气和所述EGR阀和所述LP进气节气门的稳态动力学的假设。
19.一种内燃发动机系统，其包含：
涡轮增压器，其包括连接到涡轮的压缩机，所述压缩机与所述发动机的进气歧管连通，并且所述涡轮与所述发动机的排气歧管连通；
低压排气再循环通道，即LP-EGR通道，其包括EGR阀和连接所述进气歧管和所述排气歧管的LP进气节气门，所述EGR阀响应于EGR阀控制信号并且所述LP进气节气门响应于进气节气门控制信号，以用于调节到所述进气歧管的流率和所述LP-EGR通道中的压差；
控制器，其被配置为具有存储在非临时性存储器中的指令，当执行所述指令时，使得所述控制器：
基于参考流率和测量的流率产生流率误差；
基于参考压差和测量的压差产生压差误差；
计算最小可实现流率和最大可实现流率；
将所述最小可实现流率和所述最大可实现流率作为抗饱和极限应用到第一比例-积分控制器；
响应于所述流率误差执行所述第一比例-积分控制器以产生调整的流率设定点；
响应于所述调整的流率设定点计算最小可实现压差和最大可实现压差；
将所述最小可实现压差和所述最大可实现压差作为抗饱和极限应用到第二比例-积分控制器；
响应于所述压差误差执行所述第二比例-积分控制器以产生调整的压差设定点；
响应于所述调整的流率设定点和所述调整的压差设定点执行线性化控制器以产生EGR阀驱动器位置和LP进气节气门驱动器位置；以及
将所述EGR阀驱动到所述EGR阀驱动器位置并且将所述LP进气节气门驱动到所述LP进气节气门驱动器位置。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述线性化控制器基于所述LP-EGR系统的基于物理学的模型，所述基于物理学的模型基于不可压缩排气和所述EGR阀驱动器和所述LP进气节气门驱动器的稳态动力学的假设。
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160131089A1 (en) 2014-11-12 2016-05-12 Deere And Company Variable geometry turbocharger feed forward control system and method
US20160131057A1 (en) 2014-11-12 2016-05-12 Deere And Company Fresh air flow and exhaust gas recirculation control system and method
US9835094B2 (en) * 2015-08-21 2017-12-05 Deere & Company Feed forward exhaust throttle and wastegate control for an engine
GB2532593A (en) * 2015-10-12 2016-05-25 Gm Global Tech Operations Llc A method of controlling the operation of an air charging system of an internal combustion engine
US10330034B2 (en) 2016-04-29 2019-06-25 Ford Global Technologies, Llc Device and method for predicting the exhaust gas recirculation rate
JP6565109B2 (ja) * 2016-09-09 2019-08-28 日産自動車株式会社 内燃機関の制御方法及び制御装置
KR20180068198A (ko) * 2016-12-13 2018-06-21 현대자동차주식회사 연료 개질 시스템
US11156176B2 (en) * 2016-12-16 2021-10-26 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for a split exhaust engine system
MX2019007993A (es) * 2017-01-16 2019-09-06 Nissan Motor Metodo para controlar motor de combustion interna y dispositivo para controlar motor de combustion interna.
US20180283295A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 GM Global Technology Operations LLC Engine out nox controller
JP6855328B2 (ja) 2017-06-01 2021-04-07 日立Astemo株式会社 内燃機関のスロットルバルブ制御装置
US10364764B2 (en) * 2017-11-01 2019-07-30 Fca Us Llc Techniques for modeling and adaptation of gas pressures in a low pressure exhaust gas recirculation system of a turbocharged gasoline engine
DE102018200468A1 (de) * 2018-01-12 2019-07-18 Ford Global Technologies, Llc Verwirbelungseinrichtung, Anordnung mit einem Verbrennungsmotor und einer Zuluftleitung, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Erzeugen von Verwirbelungen
US10823120B2 (en) * 2018-11-16 2020-11-03 Fca Us Llc Spark ignited engine load extension with low pressure exhaust gas recirculation and delta pressure valve
US11092093B2 (en) * 2018-11-16 2021-08-17 Fca Us Llc Differential pressure valve based boost device inlet pressure optimization
US11725604B2 (en) 2019-08-02 2023-08-15 Cummins Inc. Method for controlling pressure with a direct metered pump based on engine subcycle mass balance
WO2021044178A1 (ja) * 2019-09-06 2021-03-11 日産自動車株式会社 Egr制御方法及びegr制御装置
US11313291B2 (en) * 2020-08-03 2022-04-26 GM Global Technology Operations LLC Secondary throttle control systems and methods
US11408332B2 (en) * 2020-10-23 2022-08-09 Garrett Transportation I, Inc. Engine and emissions control system
CN112901377B (zh) * 2021-02-10 2022-04-01 东风汽车集团股份有限公司 低压egr系统混合阀激活状态的确定方法
CN112901361B (zh) * 2021-02-10 2022-08-30 东风汽车集团股份有限公司 Egr系统混合阀目标开度确定方法
CN115199422B (zh) * 2022-06-29 2023-08-25 东风汽车集团股份有限公司 一种低压egr系统混合阀的控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101124395A (zh) * 2005-02-21 2008-02-13 贝洱两合公司 废气涡轮增压内燃机
CN101240747A (zh) * 2007-02-06 2008-08-13 通用汽车环球科技运作公司 节气门和egr阀的协同控制
CN101910603A (zh) * 2008-01-10 2010-12-08 卡特彼勒公司 具有再循环回路的进气系统
CN102374045A (zh) * 2010-08-10 2012-03-14 福特环球技术公司 用于排气再循环控制的方法和系统

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19603472C2 (de) 1996-01-31 2001-10-25 Siemens Ag Verfahren zur Steuerung einer Abgasrückführvorrichtung einer Brennkraftmaschine
US6112729A (en) 1998-10-02 2000-09-05 Caterpillar Inc. Device for controlling exhaust gas recirculation in an internal combustion engine
US6128902A (en) 1999-01-26 2000-10-10 Ford Global Technologies, Inc. Control method and apparatus for turbocharged diesel engines having exhaust gas recirculation
DE19963358A1 (de) * 1999-12-28 2001-07-12 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Luftsystem
JP3687485B2 (ja) 2000-05-12 2005-08-24 日産自動車株式会社 ディーゼルエンジンの制御装置
US7367188B2 (en) * 2006-07-28 2008-05-06 Ford Global Technologies, Llc System and method for diagnostic of low pressure exhaust gas recirculation system and adapting of measurement devices
DE102006054043A1 (de) 2006-11-16 2008-05-21 Volkswagen Ag Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung
JP2008248729A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Honda Motor Co Ltd 内燃機関のｅｇｒ制御装置
JP4626630B2 (ja) 2007-05-24 2011-02-09 トヨタ自動車株式会社 フィードバック制御システム
GB2460053B (en) * 2008-05-14 2012-06-13 Gm Global Tech Operations Inc A method for controlling the EGR and the throttle valves in an internal combustion engine
DE102012204756A1 (de) * 2012-03-26 2013-09-26 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Fehlerüberwachung in einer Abgas-Rückführung
JP2014020247A (ja) * 2012-07-17 2014-02-03 Aisan Ind Co Ltd エンジンの排気還流装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101124395A (zh) * 2005-02-21 2008-02-13 贝洱两合公司 废气涡轮增压内燃机
CN101240747A (zh) * 2007-02-06 2008-08-13 通用汽车环球科技运作公司 节气门和egr阀的协同控制
CN101910603A (zh) * 2008-01-10 2010-12-08 卡特彼勒公司 具有再循环回路的进气系统
CN102374045A (zh) * 2010-08-10 2012-03-14 福特环球技术公司 用于排气再循环控制的方法和系统

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