CN107228026A - 用于增压控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开用于增压控制的方法和系统。提供用于增压发动机系统中的压力控制的方法和系统。基于排气压力和进气压力之间的差以及可选的其它信号(例如，发动机速度、排气压力)，调整可变几何涡轮(VGT)几何形状和/或废气门(WG)和/或排气再循环(EGR)阀开度，以便减小排气歧管压力和进气歧管压力之间的差，从而减少泵气功损失。

Description

用于增压控制的方法和系统
技术领域
本描述总体涉及用于增压发动机系统中的压力控制的方法和系统。
背景技术
发动机系统可以被配置具有增压装置(诸如涡轮增压器或机械增压器)，用于提供增压空气充气并且改善峰值功率输出、燃料经济性和排放。涡轮增压器可以具有可变几何涡轮(VGT)，其中调节涡轮的叶轮轮叶(或叶片)，以改变增压压力和排气压力。VGT的叶轮轮叶的位置可以基于多个因素而变化，这些因素包括发动机速度、扭矩需求、期望的响应时间、燃料经济性、进气歧管压力和排气歧管压力以及排放要求。通过改变涡轮增压器的纵横比(aspect ratio)，VGT调整实现减少泵送损失。
Buckland等人在US 6,672,060中示出用于调整VGT几何形状的一种示例方法。在其中，通过考虑实际进气歧管压力和期望的进气歧管压力之间的差的反馈控制回路来调整VGT几何形状。
然而，发明人已经认识到上述方法的潜在问题。作为一个示例，也许不能充分优化泵气功和排气压力峰值的发生。特别地，在瞬时和非怠速发动机操作期间，例如，在踩踏板和松踏板事件期间，可能存在由进入排气歧管的气体流动的快速变化引起的排气压力峰值，而没有离开排气歧管的气体的对应变化，从而导致排气歧管压力增加。因此，可以观察到排气歧管和进气歧管之间的压力差增加。通常，基于进气歧管压力，执行进气歧管和排气歧管中的压力控制，所述进气歧管压力对于变化和扰动的反应比排气歧管压力更慢(由于相比于较小的排气歧管体积的较大的进气歧管体积，并且因为诸如燃料加注变化的扰动首先冲击排气歧管，并且之后仅到达进气歧管)。在这种情况下，VGT(或排气再循环)致动器未被调节以增加排气歧管流出量，直到在进气压力中观察到压力增加，在此期间排气压力可能已经迅速增加到不期望的水平。在此期间，高排气歧管压力和排气压力峰值导致发动机两端的△压力增加，从而增加发动机泵气功，这可能对发动机效率、性能、排放和燃料经济性产生不利影响。另外，在此期间，涡轮的膨胀比可能过度增加，这可能导致对涡轮增压器硬件的损坏。另外，这种排气压力峰值和高膨胀比可能导致高周疲劳并且最终导致若干发动机部件(诸如密封件、垫圈、排气门和汽缸部件)的劣化。
发明内容
本文的发明人已经认识到可以至少部分地解决上述问题的方法。用于排气压力控制的一种示例性方法包括用于增压发动机系统的方法，其包括：基于发动机速度、排气压力以及排气压力和进气压力之间的差中的每一个，调节可变几何涡轮(VGT)，以维持期望的△压力和增压压力。本文的发明人已经认识到：通过监测排气歧管和进气歧管之间的压力差(Δ压力)以及基于压力差调节VGT几何形状，可以更有效地调度(scheduling)VGT调整，以减少发动机两端的高Δ压力以及随后的高排气压力和排气压力峰值的发生。另外，EGR可以被用于通过调整EGR阀的开度来减少泵气功，以便增加从排气歧管到进气歧管的EGR流，从而减少排气歧管压力和发动机泵气功。
在一个示例中，在瞬时发动机操作期间，可以调整VGT叶片致动器、废气门阀和EGR阀中的至少一个以控制发动机两端的压力差，从而控制/减少发动机泵气功、排气压力峰值和过量的膨胀比。作为一个示例，基于排气歧管和进气歧管之间的实际压力差，可以连续地调整VGT叶片的位置、废气门阀开度和/或EGR阀开度，以减小发动机两端的进气压力和排气之间的压力差。特别地，除了现有比例积分(PI)控制器(例如，基于来自期望的增压压力的增压压力误差或来自期望的排气压力的排气压力误差和其它信号的控制)之外，比例微分(PD)控制器(基于排气歧管压力和进气歧管压力之间的差的控制)可以用来调整VGT叶片、EGR阀和废气门阀开度中的至少一个，以便维持排气歧管和进气歧管之间的最佳压力差(或减小过量的压力差)。PD控制器可以从相应的传感器接收包括排气歧管和进气歧管之间的压力差、进气歧管压力和排气歧管压力、流量和发动机速度的信号，并且这些信号可以用于调整VGT叶片致动器、废气门阀和/EGR阀位置。在一个示例中，增益可以基于发动机速度的增加和/或排气压力的增加而增加，从而导致VGT叶片、废气门阀和/或EGR阀的开度的增加(量值和速率的增加)。类似地，增益可以基于发动机速度的减小和/或排气压力的降低而减小，从而导致VGT叶片、废气门阀和/或EGR阀的开度减小。由于VGT耦接到排气歧管，所以通过经由致动VGT致动器增加VGT叶片的开度，有可能改变VGT纵横比并且由此减小排气压力和排气压力的峰值，同时对进气歧管压力几乎没有影响。同样，当EGR阀开口位于排气歧管处时，通过增加EGR阀开度可以有效地减小排气压力。类似地，通过经由废气门通道(其开度由废气门阀控制)引导排气，可以减小排气压力峰值。在替代示例中，控制系统可以使用排气压力和进气压力之间的比率来同时调整VGT开度和EGR开度。
以这种方式，VGT几何形状(叶片)、废气门阀位置和/或EGR阀位置可以经由其相应的致动器被有效地调整，以便减小增压发动机的排气歧管压力和进气歧管压力之间的差。通过基于发动机速度、排气歧管和进气歧管之间的压力差(△压力)以及排气压力调整以便控制排气歧管压力和进气歧管压力之间的差，可以优化发动机泵送损失。另外，可以避免排气压力峰值和过量的膨胀比，从而提高发动机性能和燃料效率。通过根据发动机速度和排气压力连同作为控制输入的排气歧管和进气歧管之间的差改变增益，当压力差增加或减小时，控制器可以更积极地控制VGT几何形状、废气门阀位置和EGR阀位置。在一个示例中，如果压力差小，则控制器可以对VGT和EGR致动器提供微小的调整。在另一示例中，如果压力差增加超过阈值，则控制器可以积极地调整致动器，以便减小压力差，诸如利用较高的增益调节。控制发动机两端的△压力的技术效果是减少发动机泵送损失、减少/减小排气压力峰值以及减小过量的膨胀比，即，可以减少由于疲劳引起的对涡轮增压器和其它硬件部件的损坏，并且可以进一步改善排放、性能和燃料经济性。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，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示出包括可变几何涡轮增压器和排气再循环系统的示例发动机系统的示意图。
图2示出可以用于调整VGT叶片位置和EGR阀开度中的每一个的两个示例控制系统的框图。
图3示出可以用于调整VGT叶片、废气门阀和/或EGR阀位置的示例控制系统的框图。
图4示出图示说明可以被实施用于增压控制和减小排气歧管和进气歧管之间的压力差的方法的流程图。
图5示出通过VGT和/或EGR阀位置调整的排气歧管和进气歧管之间的压力差的示例控制。
具体实施方式
下面的描述涉及用于增压发动机系统中的压力控制的系统和方法。图1示出包括可变几何涡轮(VGT)和排气再循环(EGR)系统的示例发动机增压系统。基于包括进气歧管压力和排气歧管压力、发动机速度和燃料加注计划的多个输入信号，VGT和EGR阀的开度可以由发动机控制器反馈控制，如图2的示例控制系统中所示。除了PI控制器(比例积分控制器)之外，如图3所示，增益调度的PD(比例微分)控制器可以用来基于发动机速度、排气歧管压力以及排气歧管压力和进气歧管压力之间的差(△压力)进一步调整VGT叶片位置、废气门阀位置和EGR阀开度中的至少一个。发动机控制器可以被配置成执行控制程序(诸如图4的示例程序)，用于通过调整VGT和/或EGR阀位置来减小排气歧管和进气歧管之间的压力差。图5示出响应于排气歧管和进气歧管之间的压力差的增加，对VGT和EGR阀位置的示例调整。
图1示意性地示出包括发动机10的示例发动机系统100的方面。在所描绘的实施例中，发动机10是耦接到涡轮增压器13的增压发动机，所述涡轮增压器13包括由涡轮116驱动的压缩机114。具体地，新鲜空气可以通过空气净化器112沿进气通道42被引入发动机10，并且流到压缩机114。压缩机可以以是任何合适的进气压缩机，诸如马达驱动的或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。在发动机系统10中，压缩机是通过轴19机械地耦接到涡轮116的涡轮增压器压缩机，所述涡轮116由膨胀的发动机排气驱动。
压缩机114可以通过增压空气冷却器(CAC)17耦接到节流阀20。节流阀20耦接到发动机进气歧管22。压缩的空气充气从压缩机流过增压空气冷却器17和节流阀到达进气歧管。可以提供压缩机再循环通道(未示出)用于压缩机喘振控制。具体地，为了减小压缩机喘振，诸如在驾驶员松踏板时，增压压力可以从CAC 17的下游和节流阀20的上游的进气歧管释放到进气通道42。通过使增压空气从进气节气门入口的上游流动到压缩机入口的上游，可以快速地减小增压压力，从而促进增压控制。通过调整位于其中的压缩机再循环阀(未示出)的位置，可以调节通过压缩机再循环通道的流量。压缩机再循环阀可以是连续可变阀，其位置可以被调整到完全打开的位置、完全关闭的位置或其间的任何位置。因此，再循环阀也可以被称为连续可变压缩机再循环阀或CCRV。
排气涡轮116可以被配置为可变几何涡轮(VGT)。VGT可以包括阀117，其可以被调整以改变VGT的叶轮轮叶(叶片)的纵横比和位置。作为一个示例，通过经由VGT致动器打开VGT叶片，可以增加VGT的纵横比，从而增加暴露于排气流的VGT的表面积。因此，通过改变阀117的开度，发动机控制器12可以改变从排气流获得并给予对应的压缩机的能量的水平。废气门致动器92可以被致动打开，以经由废气门90将至少一些排气压力从涡轮的上游释放到涡轮的下游方位。通过减小涡轮上游的排气压力，可以降低涡轮速度，进而可以促进压缩机喘振和过度增压问题的减少。
一个或多个传感器可以耦接到压缩机114的入口。例如，温度传感器55可以耦接到入口，用于估计压缩机入口温度，并且压力传感器56可以耦接到入口，用于估计压缩机入口压力。作为另一示例，湿度传感器57可以耦接到入口，用于估计进入压缩机的空气充气的湿度。其它传感器可以包括例如空燃比传感器等。在其它示例中，基于发动机工况可以推断压缩机入口状况(诸如湿度、温度、压力等)中的一个或多个。此外，当启用排气再循环(EGR)时，传感器可以估计包括新鲜空气、再循环的压缩空气以及在压缩机入口处接收的排气残余物的空气充气混合物的温度、压力、湿度和空燃比。
在一些示例中，进气歧管22可以包括用于估计歧管压力(MAP)的进气歧管压力传感器124和/或用于估计进气歧管22中的质量空气流量(MAF)的进气流量传感器125。进气歧管22通过一系列的进气门(未示出)耦接到一系列的燃烧室30。燃烧室通过一系列排气门(未示出)被进一步耦接到排气歧管36。在所示实施例中，单个排气歧管36被示出。然而，在其它实施例中，排气歧管可以包括多个排气歧管节段。具有多个排气歧管节段的配置可以使来自不同燃烧室的流出物能够被引导到发动机系统中的不同方位。
在一个实施例中，排气门和进气门中的每一个可以被电子致动或控制。在另一实施例中，排气门和进气门中的每一个可以是凸轮致动或控制的。无论是电子致动还是凸轮致动，排气门和进气门打开和关闭的正时可以根据对期望的燃烧和排放控制性能的需要进行调整。
可以经由喷射器66向燃烧室30供应一种或多种燃料，诸如汽油、酒精燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可以经由直接喷射、进气道喷射、节气门阀体喷射或其任何组合被供应到燃烧室。在燃烧室中，可以通过火花点火和/或压缩点火开始燃烧。
如图1所示，来自一个或多个排气歧管节段的排气可以被引导到涡轮116以驱动涡轮。然后，来自涡轮和废气门的组合流流过排放控制装置170。一般来讲，一个或多个排放控制装置170可以包括一个或多个排气后处理催化剂，其被配置成催化处理排气流，从而减少排气流中的一种或多种物质的量。例如，一个排气后处理催化剂可以被配置成在排气流稀时从排气流捕集NOx，并且在排气流富时减少捕集的NOx。在其它实施例中，排气后处理催化剂可以被配置成歧化NOx或在还原剂的帮助下选择性地还原NOx。在其它实施例中，排气后处理催化剂可以被配置成氧化排气流中的残余烃和/或一氧化碳。具有任何这种功能的不同排气后处理催化剂可以单独或一起布置在涂层中或在排气后处理级中的其它地方。在一些实施例中，排气后处理级可以包括被配置成捕集和氧化排气流中的烟尘颗粒的可再生烟尘过滤器。
来自排放控制装置170的处理过的排气的全部或一部分可以在经过消声器172之后经由排气通道102被排放到大气中。低压排气再循环(LP-EGR)输送通道180可以在排放控制装置170上游的方位处耦接到排气通道102。来自排气管102的排气的一部分可以以LP-EGR的方式从涡轮增压器涡轮116的下游被输送到涡轮增压器压缩机114上游的发动机进气歧管22。可以调节EGR阀52的开度，以控制经由EGR通道180从排气通道102到进气歧管22的排气的流动。可以打开EGR阀52，以允许受控量的排气到压缩机入口，用于期望的燃烧和排放控制性能。发动机还可以包括高压EGR(HP-EGR)系统，其中来自排气管102的排气的一部分可以经由HP-EGR通道182从涡轮增压器涡轮116的上游被输送到涡轮增压器压缩机114下游的发动机进气歧管22。通过调整HP-EGR阀53的开度，可以调节HP-EGR流。EGR阀52和53可以被配置为连续可变阀。然而，在替代示例中，EGR阀52和53可以被配置为开关阀。
一个或多个传感器可以耦接到EGR通道180和182，用于提供关于EGR的组分和状况的细节。例如，可以提供温度传感器用于确定EGR的温度、可以提供压力传感器用于确定EGR的压力、可以提供湿度传感器用于确定EGR的湿度或水含量并且可以提供空燃比传感器用于估计EGR的空燃比。替代地，EGR状况可以通过耦接到压缩机入口的一个或多个温度传感器、压力传感器、湿度传感器和空燃比传感器55-57推断。在一个示例中，空燃比传感器57是氧传感器。
发动机系统100还可以包括控制系统14。控制系统14被示出从多个传感器16(其各种示例在本文描述)接收信息，并且将控制信号发送到多个致动器18(其各种示例在本文描述)。作为一个示例，传感器16可以包括MAP传感器124、MAF传感器126、排气温度传感器128、排气压力传感器129、压缩机入口温度传感器55、压缩机入口压力传感器56、压缩机入口湿度传感器57、曲轴传感器和EGR传感器。其它传感器(诸如附加压力传感器、温度传感器、空燃比传感器和组分传感器)可以耦接到发动机系统100中的各种方位。致动器81可以包括例如节气门20、EGR阀52、VGT致动器117、废气门92和燃料喷射器66。
控制系统14可以包括控制器12。控制器12可以接收来自各种传感器的输入数据、处理输入数据并且基于对应于一个或多个程序编程在其中的指令或代码，响应于处理的输入数据触发各种致动器。控制器12可以包括比例积分(PI)或比例积分微分(PID)控制器。例如，控制器可以从相应的传感器接收排气歧管压力和进气歧管压力以及发动机速度的指示，并且基于这些信号，控制器可以经由相应的致动器调整VGT叶片位置、废气门阀和EGR阀开度中的至少一个。通过对VGT几何形状和EGR流速进行调整，有可能控制增压、减小排气压力峰值并且减小排气歧管和进气歧管之间的压力差(在本文中也称为△压力)。除了PI控制器之外，比例微分(PD)控制器(或比例控制器)可以用于调整VGT几何形状、废气门阀和EGR阀开度中的至少一个，以便减少发动机泵气功并且限制涡轮膨胀比。关于图2、图3和图4讨论所提到的控制器的详细描述。
图1示出具有各种部件的相对定位的内燃发动机的示例配置。至少在一个示例中，如果示出彼此直接接触或直接耦接，则这种元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，至少在一个示例中，被示出相互连续或邻近的元件可以分别为彼此连续或邻近。作为一个示例，彼此共面接触的部件可以被称为共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，彼此分离且在其间仅有空间而无其他部件的元件可以被如上称呼。
图2示出示例比例积分(PI)控制方案200，其可以由控制器(例如，如图1所示的控制器12)实施，以调整控制可变几何涡轮的几何形状的阀(例如，用于控制如图1所示的VGT116的阀117)和控制通过排气再循环(EGR)通道的气流的EGR阀(例如，耦接到如图1所示的LP-EGR通道的EGR阀52以及耦接到HP-EGR通道182的EGR阀53)中的每一个。应当理解，在本文的描述中，信号(占空比)可以指电信号，诸如电流，并且信号的修改可以指对应于电流的电压的变化。
控制方案200包括两个单独的控制回路，即VGT控制回路210和EGR控制回路220。两个控制回路可以利用包括发动机速度、燃料加注和排气压力的一个或多个共同输入，以便分别控制VGT和EGR阀。此外，每个控制回路可以具有不同的非重叠输入。
VGT控制回路210可以包括前馈段。在前馈段中，对应于如从曲轴传感器获得的发动机速度的第一信号和对应于燃料加注计划的第二信号可以用作查找表202的输入。在第一控制段中，基于查找表202可以输出指示期望的VGT几何形状的信号203。在一个示例中，对于给定的燃料加注计划，当发动机速度增加时，期望的VGT开度可以增加/减小。在另一示例中，对于给定的发动机速度，当所需的燃料量增加时，期望的VGT开度可以增加/减小。VGT控制环路还可以包括用于调度VGT调整的增益的第二控制段。为了调度增益，除了发动机速度和燃料加注计划之外，如从排气压力传感器(例如，图1中的排气压力传感器129)获得的排气压力可以用作查找表204的输入。基于输入参数，可以生成指示控制器增益的信号205。然后，该信号205可以被馈送到控制器212。控制器212可以为比例积分(PI)控制器、比例积分微分(PID)控制器或比例微分(PD)控制器。
此外，反馈段(或闭环段)可以被合并在VGT控制回路中。减法器208可以接收来自MAP传感器(诸如图1中的MAP传感器124)的设定点(期望的)进气歧管压力和实际进气歧管压力的估计作为输入。减法器208可以计算设定点进气歧管压力和实际进气歧管压力之间的差。基于该差，减法器208可以计算MAP误差211。在PI控制器处，MAP误差211可以用控制器增益信号205进行处理。可以通过比例增益(Kpv)和/或通过积分增益(Kiv)处理和/或修改信号。在一个示例中，控制器212是PD控制器或微分(D)控制器，其中可以通过微分增益(Kdv)处理信号。
加法器214可以经由信号213接收比例项和/或积分项，并且经由信号203接收前馈项(例如，占空比)。基于接收的信号，加法器214可以向耦接到VGT叶片的致动器输出信号215。信号215可以用于通过调整VGT叶片的位置来调整VGT几何形状。因此，信号215可以对应于将被供应到耦接到VGT叶片用于叶片的调整的致动器的功率。对于耦接到排气歧管的VGT，可以通过改变VGT叶片的几何形状来调节排气压力。作为一个示例，通过打开VGT叶片，可以增加VGT的纵横比，并且因此可以降低排气压力。类似地，通过关闭VGT叶片，可以减小VGT的纵横比，并且因此可以增加排气压力。以这种方式，通过调整VGT叶片的几何形状，有可能限制排气压力峰值并且维持进气歧管和排气歧管之间的最佳压力差，从而减少发动机泵气功。在压缩机映射图中的某一窗口内，耦接到VGT的压缩器的效率高。当分别在扼流线和喘振线之外操作时，压缩机可以扼流或喘振。考虑到压缩机扼流极限和喘振极限，可以进一步执行对VGT几何形状的调整。在一个示例中，如果当前压缩机压力比接近喘振线，则可以不进一步打开VGT叶片，以便可以减小压缩机喘振的可能性。在另一示例中，在松踏板事件期间，如果当前压缩机压力比接近喘振线，则可以同时打开VGT叶片和EGR阀位置，以便为排气流(向后通过EGR)提供串行路径，从而降低压缩机压力比并且增加横穿压缩机的流量。
类似于VGT控制回路210，EGR控制回路220还可以包括前馈段。在前馈段中，对应于如从曲轴传感器获得的发动机速度的第一信号和对应于燃料加注计划的第二信号可以用作查找表222的输入。在第一控制段中，基于查找表222，可以输出指示期望的EGR阀位置(控制EGR流速)的信号223。在一个示例中，对于给定的燃料加注计划，当发动机速度增加时，期望的EGR阀开度可以增加/减小。在另一示例中，对于给定的发动机速度，当所需的燃料量增加时，期望的EGR阀开度可以增加/减小。EGR控制回路还可以包括用于调度EGR流率调整的增益的第二控制段。EGR控制回路可以还包括用于通过对EGR阀的调整来调度用于EGR流率调整的增益的第二控制段。为了调度增益，除了发动机速度和燃料加注计划之外，如从排气压力传感器(例如，图1中的排气压力传感器129)获得的排气压力可以用作查找表224的输入。基于输入参数，可以生成指示控制器增益的信号225。然后，该信号225可以被馈送到控制器230。控制器230可以为比例积分(PI)控制器、比例积分微分(PID)控制器或比例微分(PD)控制器。
此外，反馈段(或闭环段)可以合并在EGR控制回路中。减法器228可以接收来自MAF传感器(诸如图1中的MAF传感器126)和/或MAP传感器(诸如图1中所示的MAP传感器124)的设定点(期望的)EGR流率和进气歧管压力以及实际EGR流率和进气歧管压力的估计作为输入。减法器228可以计算设定点EGR流率(和/或压力)和实际EGR流率(和/或进气歧管压力、设定点EGR流率和实际EGR流率)之间的差。基于该差，减法器228可以计算MAF误差231。在PI控制器处，MAF误差231可以用控制器增益信号225进行处理。通过比例增益(Kpv)和/或通过积分增益(Kiv)和/或通过微分增益(Kdv)可以处理和/或修改信号。
加法器232可以经由信号233接收比例项和/或积分项，并且经由信号223接收前馈项(占空比)。基于接收的信号，加法器232可以向耦接到EGR阀的致动器输出信号235。信号235可以用于通过对EGR阀开度的调整来调整EGR系统中的气流。因此，信号235可以对应于将被供应到耦接到EGR阀以便调整阀的开度的致动器的功率。当EGR从排气歧管输送到进气歧管时，通过改变EGR阀的开度(改变EGR流率)可以调节排气压力。作为一个示例，通过增加EGR 阀的开度，可以使较大体积的排气再循环，从而减小排气压力。以这种方式，通过调整EGR阀开度，有可能调整EGR流率，以便限制排气压力峰值并且维持进气歧管和排气歧管之间的最佳压力差，从而减少发动机泵气功。通过调整LP-EGR系统和HP-EGR系统中的至少一个的EGR阀，可以进行排气压力的调节。然而，高于期望水平的EGR流量可能导致进气歧管气流的过度稀释，并且导致燃烧不稳定性。因此，考虑到诸如发动机负载、发动机温度等其它发动机操作参数，可以进一步进行EGR流率调整。类似于VGT控制回路210和EGR控制回路220，第三控制回路可以调节耦接到排气涡轮的废气门通道的废气门阀的开度。基于增压压力和增压误差，可以调整废气门阀开度，废气门阀开度随着所需的增压压力增加而减小。
图3示出示例控制方案300，其可以由车辆控制器(诸如图1中的控制器12)使用，用于响应于排气歧管压力和进气歧管压力之间的差、发动机速度、排气歧管压力和进气歧管压力中的至少一个的变化，调整VGT叶片和/或EGR阀位置。控制方案300可以是图2中的控制方案200的修改变形，控制方案200被优化以控制VGT和EGR阀位置，特别是用于增压控制和减少发动机泵气功(通过减少排气歧管和进气歧管之间的压力差)。因此，除了图2的比例积分(PI)控制器之外，基于排气歧管压力和进气歧管压力之间的差、发动机速度和排气歧管压力，比例微分(PD)控制器可以用来进一步调整VGT叶片致动器、废气门阀开度和EGR阀开度中的至少一个。调整VGT叶片致动器、废气门阀和/或EGR阀包括基于发动机速度、进气歧管压力和排气歧管压力经由比例积分(PI)控制器确定第一项，以及基于排气歧管压力和进气歧管压力之间的差、发动机速度和排气歧管压力经由比例微分(PD)控制器确定第二项。类似于图2，在本文的描述中，信号可以指电信号(诸如电流)，并且信号的修改可以指对应于电流的电压的变化。
控制方案300可以包括两个部分-第一部分310和第二部分320。第一部分310可以是用于调度第一项的VGT控制回路或EGR控制回路210(或220)，如图2所示。PI控制器312可以接收如从歧管空气压力(MAP)传感器(诸如图1所示的MAP传感器)获得的设定点(期望的)进气压力和实际测量的进气压力的差(Pint误差)311。在一个示例中，PI控制器312可以是图2中的VGT控制回路210或EGR控制回路220。在PI控制器312处，通过比例增益(Kpi)可以处理和/或修改(缩放)Pint误差311。Pint误差311的积分可以通过积分增益(Kii)类似地处理和/或修改(缩放)。然后将这些项中的一个或它们的和输出到信号313。然后，将增压压力(或EGR流速)控制项313与所提出的Δ压力控制项339相加，以产生要发送到VGT或EGR致动器的最终控制信号。在一个示例中，PI控制器312可以是比例积分微分(PID)控制器，并且除了比例增益和积分增益之外，还可以使用微分增益来处理Pint误差311。然而，代替直接使用从PI控制器312产生的用于调整VGT和/或EGR阀位置的信号，可以利用控制方案的第二部分320来计算第二项，以优化控制过程。
为了优化排气歧管压力和进气歧管压力之间的压力差，第一信号315和第二信号317可以用作到控制器(减法器)324的输入(以计算误差)，所述第一信号315包括如从排气压力传感器(诸如图1中的排气压力传感器129)获得的实际测量的排气歧管压力(Pexh)，所述第二信号317包括如从歧管空气压力(MAP)传感器获得的实际测量的进气压力。基于其它测量值，可以替代地估计这些信号中的任一个。减法器324可以计算排气歧管压力和进气歧管压力之间的差。通过比例增益(Kp)326可以分别处理和/或修改对应于由减法器324计算的差的信号(319和325)。在由比例增益(Kp)326修改的情况下，信号319可以产生比例项323。并行地，信号319可以由微分器块(DT1)328求微分，并且可以生成微分增益(Kd)330和微分项329。
加法器332可以接收比例项323和微分项329。基于接收的信号，加法器332可以进一步计算信号331。此外，考虑到发动机速度和排气压力，可以进行增益调度。包括如从排气压力传感器获得的实际测量的排气歧管压力(Pexh)的第一信号335和包括如从曲轴传感器获得的发动机速度(Ne)的第二信号333可以用作查找表K1的输入334。基于输入信号，查找表可以调度增益337。在一个示例中，调度的增益可以基于发动机速度的增加和/或排气压力的增加而增加。类似地，调度的增益可以基于发动机速度的减小和/或排气压力的降低而减小。乘法器322接收调度的增益337和信号331(由加法器332计算)作为输入信号。在一个示例中，在排气压力335增加超过阈值时增加增益337允许控制器更积极地响应于更大(可能更有问题/损坏性)的压力峰值。发动机系统是非线性的，并且可以在不同的发动机操作区域处显示不同的响应速度，特别是基于发动机速度。在较高的发动机速度下，系统更快地响应变化。因此，当发动机速度高时，较不积极(较小)的增益337可以是足够的。
基于两个输入信号331和337，乘法器322可以计算信号339，其可以用作加法器314的第二输入。如前所述，加法器314的第一输入可以是包括来自PI控制器312的比例项和积分项的信号313。控制器计算信号316，信号316可以用来调整VGT叶片位置、废气门阀开度和EGR阀开度中的至少一个。信号316的示例表示在等式1中示出。
其中，VGT是对应于将被供应到耦接到用于调整阀的位置的VGT(或EGR阀)中的至少一个的致动器的功率的信号316，VGT来自增压控制是如从PI控制器312接收的信号313，KP(P排气歧管-P进气歧管)是如从PD控制器接收的比例项323，是如从PD控制器接收的微分项329，并且K增益是基于查找表334确定的信号337。
第二部分320包括PD控制器(没有积分控制)，因此其仅在瞬时状况下有效。基本增压控制器(PI控制器312)的积分动作恢复映射的设定点。以这种方式，可以添加由PI控制器确定的第一项和由PD控制器确定的第二项，以选择性地调整VGT叶片致动器(在第一状况期间)、EGR阀(在第二状况期间)和废气门阀开度(在第三状况期间)中的每一个。第一项的计算基于包括发动机速度、进气歧管压力和排气歧管压力的输入(诸如图2中的210或220中的输入)。此外，第二项包括第一部件和第二部件，其中第一部件取决于进气歧管压力和排气歧管压力，并且第二部件取决于发动机速度和排气歧管压力。在第一状况期间选择性地调整包括致动VGT叶片致动器以基于第一项和第二项中的每一个增加VGT叶片的开度，从而增加VGT的纵横比，并且其中在第二状况期间选择性地调整包括基于第一项和第二项中的每一个打开EGR阀，以增加EGR通道的开度，并且在第三状况期间选择性地调整包括基于第一增益和第二增益中的每一个打开废气门阀，以增加废气门通道的开度。
作为一个示例，通过打开VGT叶片，可以降低排气压力，并且通过关闭VGT叶片，可以增加排气压力。类似地，通过增加EGR阀(LP-EGR和/或HP-EGR)的开度，可以使较大体积的排气再循环，从而减小排气压力。通过调整VGT叶片位置、废气门阀开度和EGR阀开度中的至少一个，有可能限制排气压力峰值并且维持进气歧管和排气歧管之间的最佳压力差，从而减少发动机泵气功。图4图示说明用于通过VGT和/或EGR阀位置的调整增压控制和减小排气歧管和进气歧管之间的压力差的示例方法400。基于存储在控制器的存储器上的指令并且结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1所述的传感器)接收的信号，通过控制器可以执行用于进行方法400和包括在本文的其余方法的指令。根据下面描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器，以调整发动机操作。
在402处，通过控制器可以确定发动机工况。发动机工况可以包括发动机负载、发动机温度、发动机速度、操作者扭矩需求等。根据估计的工况，可以确定包括排气再循环(EGR)流量、增压压力等的多个发动机参数。在404处，根据耦接到发动机的排气歧管的排气压力传感器(诸如图1中的排气压力传感器129)可以估计排气歧管压力的当前值。排气压力可以基于发动机工况并且进一步基于诸如EGR流率、涡轮几何形状(在可变几何涡轮的情况下)等参数而变化。在404处，根据耦接到压缩机入口下游的发动机的进气歧管的进气歧管空气压力传感器(诸如图1中的MAP传感器124)可以确定进气歧管压力的当前值。
在408处，通过控制器可以计算排气歧管压力和进气歧管压力之间的差(ΔP)。可以使压力差ΔP最小化，以确保发动机的最佳泵气功。压力差ΔP可以基本上由于引起发动机泵送损失的排气压力峰值而增加。发动机泵气功增加超过期望水平可能对发动机效率、性能和燃料经济性产生不利影响。另外，在此期间，涡轮的膨胀比可以过度增加，这可能导致对涡轮增压器硬件的损坏。另外，这种高排气压力、排气压力峰值和高膨胀比可能导致高周疲劳并且最终导致若干发动机部件的劣化。如上所述，可以调整EGR流速(EGR阀开度)、废气门阀开度和VGT几何形状(VGT叶片位置)中的至少一个，以调节排气压力并且进而将压力差ΔP减小到期望水平(接近零)。
在410处，程序包括确定排气歧管和进气歧管之间的压力差(ΔP)是否高于阈值压力差水平。如果确定压力差ΔP低于阈值压力差，则可以推断发动机泵气功处于期望水平。为了维持压力差ΔP低于阈值压力差，在412处，VGT几何形状(纵横比)和EGR阀位置可以被维持在当前状态。
如果在410处确定压力差ΔP高于阈值，则可以对VGT几何形状和EGR阀开度中的至少一个进行调整，以便将压力差减小到期望水平。在可以引起排气压力峰值的车辆的瞬时操作期间(例如，在踩踏板和松踏板事件期间)，可以发生压力差ΔP的增加。通过进一步打开VGT叶片和/或通过增加废气门阀或EGR阀的开度，可以减小压力差ΔP。可以考虑到，与通过EGR阀开度的变化实现的压力变化相比，通过VGT几何形状的变化的压力变化是较慢的过程。
在414处，程序包括确定是否仅对VGT几何形状或用于调节压力差ΔP的增压设定点进行调整。通过改变VGT的纵横比，可以增加暴露于排气的VGT的流道面积，从而引起排气压力的变化。另外，通过改变增压设定点，可以有效地减小排气压力，从而减小压力差ΔP。需要考虑到，耦接到VGT的压缩机的效率在压缩机映射图中的某一可接受窗口内是高的。当分别在扼流线和喘振线之外(在可接受的窗口之外)操作时，压缩机可能扼流或喘振。只有当估计更新的对应压缩机操作完全在压缩机映射图中的可接受窗口内时，才可能进一步调整VGT几何形状，以便减少压缩机扼流或喘振的任何可能性。如果在当前操作期间，压缩机操作接近映射图中的喘振线或扼流线，则VGT几何形状可以不被进一步调整，以用于调节压力差ΔP。另外，在压力差ΔP高于第二阈值时的情况下，仅调整VGT几何形状可能不足以减小压力差ΔP。
如果在416处确定可以仅不调整VGT以用于调节压力差ΔP，则程序包括确定是否仅对EGR阀开度或EGR设定点进行调整，以便减小压力差ΔP。与通过VGT几何形状的改变的压力差ΔP调节相比，通过增加EGR阀的开度，有可能在更短的时间内调节压力差ΔP。类似地，通过改变EGR设定点，可以有效地减小排气压力，从而减小压力差ΔP。然而，基于发动机操作参数，诸如发动机负载、发动机温度等，EGR流速可以仅增加到阈值极限。高于期望水平的EGR流量可能导致进气歧管气流的过度稀释，从而导致燃烧不稳定性。因此，如果当前EGR水平接近阈值上限，则可以不进一步增加EGR阀开度，用于压力差ΔP调节。另外，在压力差ΔP高于第二阈值时的情况下，仅对EGR阀开度的调整可能不足以减小压力差ΔP。
如果确定对VGT几何形状(或增压设定点)和EGR阀开度(或EGR设定点)中的一个的调整不足以调节当前压力差ΔP，则在418处，程序包括确定是否期望对VGT几何形状和EGR开度中的每一个进行调整，以用于减小压力差ΔP。替代地，可以确定是否期望对增压设定点和EGR设定点中的每一个进行调整，以用于减小压力差ΔP。在一个示例中，如果压力差ΔP高于第二阈值，则期望对VGT和EGR阀(或增压设定点和EGR设定点)两者进行调整，并且对VGT几何形状和EGR阀开度中的一个的调整可能不足以减小压力差ΔP。在另一示例中，VGT和EGR中的至少一个可以接近由发动机操作参数控制的其极限(用于VGT的压缩机喘振极限和扼流极限，以及用于EGR的燃烧稳定性)操作，并且对相应阀进一步调整的范围受到限制。可以确定，基于当前发动机工况、当前VGT和EGR阀位置，VGT几何形状和EGR阀开度中的任一个可以不被调整，用于压力差ΔP减小。在这种情况下，在412处，可以将VGT几何形状和EGR阀位置维持在当前状态。在一个示例中，也可以进行对废气门阀开度的调整，以便调节当前压力差ΔP。
如果在414处确定可以进行仅对VGT几何形状或增压设定点的调整，用于压力差ΔP调节，则程序移动到420，其中期望压力差和实际压力差的差(误差ΔP)可以通过控制器估计。从416和418中的每一个，程序也前进到步骤420。在420处，控制器可以包括比例积分(PI)控制器或比例积分微分(PID)控制器。PI(或PID)控制器可以从相应的传感器接收包括发动机速度、燃料加注计划、进气压力和排气压力的信号作为输入参数。基于输入参数以及进气歧管压力和/或进气歧管气流量的期望估计和实际估计之间的差(误差)，PI控制器可以调度对VGT叶片位置、废气门阀开度和/或EGR阀开度的所需调整，以便将压力差ΔP减小到期望水平(接近零)。已经参考图2讨论PI控制器的操作。除了PI控制器之外，比例微分(PD)控制器可以用于调整VGT叶片致动器、废气门阀开度和EGR阀开度中的至少一个。PD控制器可以利用排气歧管压力和进气歧管压力之间的差，以便减少发动机泵气功并且限制涡轮膨胀比。已经参考图3描述PD控制器与PI控制器的操作。
在422处，基于包括误差ΔP(在步骤420中由控制器估计)、如从相应的发动机传感器接收的进气歧管压力和排气歧管压力以及发动机速度的输入，PD控制器与PI控制器一起可以调整VGT几何形状、废气门阀位置和/或EGR阀位置。在一个示例中，在第一模式中，在发动机速度降低和排气压力增加中的至少一个的情况下，可以增加VGT的纵横比，并且在发动机速度增加和排气压力降低中的至少一个的情况下，可以减小VGT的纵横比。在第二模式中，在发动机速度和排气压力中的至少一个增加的情况下，可以增加VGT的纵横比，并且在发动机速度和排气压力中的至少一个减小的情况下，可以减小VGT的纵横比。
在424处，基于控制器输出，可以调整VGT几何形状、废气门阀位置和EGR阀位置中的至少一个。通过增加VGT叶片的开度，可以增加VGT纵横比，从而导致排气压力峰值(用于排气膨胀的更大的表面积)的减小，同时对进气歧管几乎没有影响。通过增加EGR开度，可以增加从排气歧管到进气歧管的排气流量，从而减小排气压力。同样，通过增加废气门阀开度，可以增加绕过涡轮朝向尾管的排气流量，从而降低排气压力。
在第一增压发动机工况期间，响应于高于排气歧管和进气歧管之间的第一阈值压力差，可以调整VGT叶片致动器；在第二增压发动机工况期间，响应于高于排气歧管和进气歧管之间的第一阈值压力差，可以调整EGR阀，并且在第三增压发动机工况期间，响应于超过第一阈值的压力差，可以调整废气门阀；并且在第一状况、第二状况和第三状况中的每一个期间，可以维持增压压力。另外，在第四增压发动机工况期间，响应于高于排气歧管和进气歧管之间的第二阈值压力差，可以调整VGT叶片致动器、EGR阀和废气门阀中的每一个。替代地，在所有四个发动机工况期间，调整可以基于排气歧管压力与进气歧管压力的比率。在一个示例中，第一状况包括接近燃烧稳定性极限的发动机操作，第二状况包括在压缩机喘振极限或扼流极限处耦接到VGT的压缩机的操作，并且第三状况包括增加到高于第二阈值的排气歧管和进气歧管之间的压力差。
以这种方式，通过调整VGT几何形状和/或EGR阀位置，控制系统可以调节(减小)排气歧管和进气歧管之间的压力差，从而减少发动机泵气功和硬件劣化。代替使用排气压力和进气压力的差以调度VGT叶片位置、废气门阀开度和/或EGR阀开度，在一个示例中，控制系统可以使用排气压力和进气压力之间的比率。在另一示例中，可以仅使用排气压力，用于控制排气压力峰值。
图5示出示例操作序列500，其图示说明基于可变几何涡轮(VGT)和排气再循环(EGR)阀位置调整的排气歧管和进气歧管之间的压力差的示例控制。因此，该操作序列可以在瞬时发动机操作期间进行，以便减小由排气压力峰值引起的排气歧管压力和进气歧管压力之间的压力差。通过减小压力差，可以减少发动机泵气功。水平轴线(x轴线)表示时间，并且竖直标记t1-t9标识序列500的操作中的重要时间。
自顶部起的第一曲线502示出加速器踏板位置随时间的变化。第二曲线504示出排气歧管压力和进气歧管压力之间的差(ΔP)。进气压力的估计值可以从进气歧管压力传感器获得，并且排气压力的估计值可以从排气歧管压力传感器获得，并且两个估计值之间的差可以通过发动机控制器计算。虚线505和507分别示出压力差ΔP的第一下阈值和第二下阈值。为了使发动机最佳地操作，同时没有过量的泵送损失，压力差ΔP可以被维持在低于第一阈值505(接近于零)的水平。第三曲线506示出排气压力随时间的变化。在瞬时发动机操作期间，可以存在排气压力峰值，其也影响压力差ΔP。第四曲线508示出VGT叶片的位置，并且第五曲线510示出EGR阀的位置(开度)。
在时间t1之前，观察到踏板位置是不变的，同时没有任何显著的波动。在此期间，排气压力和压力差ΔP也维持在稳定水平，并且压力差ΔP远低于第一阈值505。基于发动机操作所需的增压压力，将VGT叶片维持在恒定的位置。另外，在此期间，基于当前发动机操作所需的EGR水平，EGR阀开度保持不变。
在时间t1处，通过加速器踏板位置的变化检测踩踏板事件。在发动机的这种瞬时操作期间，如在踩踏板事件期间，排气压力在短时间内增加，从而导致排气压力峰值。然而，进气压力可能需要更长的时间来增加(由于与排气歧管相比，进气歧管的大体积)。另外，与由于相同的踩踏板事件发生的排气压力峰值相比，进气压力峰值可以更小。由于踩踏板事件，在时间t2处，观察到排气压力峰值。因此，压力差ΔP可以增加到高于第一阈值505(但是低于第二阈值507)的水平。高于阈值压力差ΔP可以导致发动机泵气功的增加，这可能进而对发动机效率、性能和燃料经济性产生不利影响。另外，在此期间，涡轮的膨胀比可能过度增加，这可能导致对涡轮增压器硬件的损坏。另外，这种排气压力峰值和高膨胀比可能导致高周疲劳并且最终导致涡轮增压器硬件的劣化。
因此，为了减小排气压力峰值并且减小压力差ΔP，在时间t2处，可以调整VGT叶片致动器。在该示例中，可以进一步打开VGT叶片，以便增加VGT纵横比，使得当排气流过VGT叶片的增加的表面积时，排气压力减小。比例积分(PI)控制器和比例微分(PD)控制器可以组合使用，以确定VGT叶片开度的期望调整，以便减小排气歧管和进气歧管之间的压力差。控制器可以向耦接到VGT叶片的致动器发送信号，以便调整VGT几何形状。
PI控制器可以接收包括发动机速度、燃料加注计划、进气歧管压力和排气歧管压力的信号，并且PD控制器可以包括压力差ΔP、进气歧管压力和排气歧管压力以及如从相应的传感器接收的发动机速度的信号，并且可以利用这些信号调度VGT叶片位置的调整。此外，考虑到对应的压缩机扼流极限和喘振极限，可以对VGT几何形状进一步调整。基于发动机操作参数、请求的排气压力降低的程度、VGT叶片位置和EGR阀位置，通过控制器可以确定EGR阀开度可以维持在相同位置，并且仅VGT叶片致动器调整可能足以降低排气压力峰值和压力差ΔP。因此，EGR水平取决于发动机操作参数，并且高于期望的EGR流率可以导致进气的过度稀释，从而导致燃烧不稳定性。另外，由于压力差ΔP低于第二阈值507，通过单独调整VGT几何形状可以提供减少排气峰值和压力差ΔP所需的压力变化。
在时间t2和t3之间，VGT叶片开度可以维持在增加的水平。另外，基于对VGT几何形状所做的调整，在此期间，排气压力和压力差ΔP减小。然而，由于VGT几何形状的变化，与对应的排气压力的减小速率相比，进气压力也以较低的速率降低。在时间t3处，可以观察到踩踏板事件已经结束，并且踏板位置已经返回到稳定水平。另外，排气压力和压力差ΔP减小到高于第一阈值505的水平。响应于排气压力和压力差ΔP的减小，考虑到当前压力水平(进气歧管压力和排气歧管压力)和其它发动机工况，可以进一步调整VGT几何形状。在该示例中，此时，VGT叶片可以被关闭到一定程度(与时间段t2和t3期间的VGT几何形状相比)，使得暴露于排气的VGT叶片的表面积减小。
在时间t3和t4之间，踏板位置未显著变化。另外，在此期间，排气压力和压力差ΔP也维持在稳定水平，并且压力差ΔP远低于第一阈值505。因此，基于当前发动机操作参数，VGT和EGR阀中的每一个维持在恒定位置。
在时间t4处，通过加速器踏板位置的变化可以检测到第二踩踏板事件。因此，可以观察到排气压力峰值，并且压力差ΔP可以增加到高于第一阈值505(但是低于第二阈值507)的水平。因此，为了减小排气压力峰值和压力差ΔP，在时间t5处，可以调节EGR阀开度。在该示例中，通过增加EGR阀的开度，可以增加从排气歧管到进气歧管的气流，从而导致排气压力的降低。比例积分(PI)控制器和比例微分(PD)控制器可以一起使用，以确定需要对EGR阀开度进行的调整，以便减小进气歧管和排气歧管之间的压力差。控制器可以向耦接到EGR阀的致动器发送信号，以增加阀开度。
PI控制器可以接收包括发动机速度、燃料加注计划、EGR流速、进气歧管压力和排气歧管压力的信号，并且PD控制器可以包括压力差ΔP、从相应的传感器接收的进气歧管压力和排气歧管压力以及发动机速度的信号，并且可以利用这些信号以调度EGR阀位置的调整。基于当前发动机操作参数、请求的排气压力降低的程度、VGT几何形状和EGR阀位置，通过控制器可以确定此时VGT叶片可以被维持在相同位置，并且仅EGR阀调整可能足以减小排气压力峰值和压力差ΔP。另外，由于压力差ΔP低于第二阈值507，通过单独调节EGR开度可以提供减少排气峰值和压力差ΔP所需的压力变化。可以考虑到，与通过VGT叶片位置的变化实现的压力变化相比，通过EGR开度变化实现的压力变化是更快的过程。
在时间t5和t6之间，EGR阀开度可以被维持在增加的水平。另外，基于对EGR阀开度进行的调整，在此期间，排气压力和压力差ΔP减小。响应于EGR阀开度的变化，进气压力可以首先稍微增加并且然后减小。这种行为取决于操作区域，并且在一些区域中，进气压力响应可以是单调的。在时间t6处，可以观察到踩踏板事件已经结束，并且踏板位置已经返回到稳定水平。另外，排气压力降低，因此观察到压力差ΔP降低到高于第一阈值505的水平。响应于排气压力和压力差ΔP的减小，考虑到当前压力水平(进气歧管压力和排气歧管压力)和其它发动机工况，可以进一步调整EGR开度。在该示例中，此时，EGR阀的开度可以减小到较小的程度(与在时间段t5和t6期间的EGR阀开度相比)，以便减少从排气歧管到进气歧管的排气流。
在时间t6和t7之间，踏板被维持在恒定位置，同时没有任何显著的波动。在此期间，排气压力和压力差ΔP也被维持在稳定水平，并且压力差ΔP远低于第一阈值505。基于当前发动机操作，将VGT和EGR阀中的每一个维持在恒定位置。
在时间t7处，通过加速器踏板位置的变化检测松踏板事件。另外，在踩踏板事件期间，在时间t8处，可以观察到排气压力峰值。因此，压力差ΔP可以增加到甚至高于第二阈值507的水平。大压力差ΔP的值(高于第二阈值507)可以导致发动机泵气功的显著增加，这可以进而对发动机效率、性能和燃料经济性产生不利影响。另外，这种排气压力峰值可以导致高周疲劳并且最终导致若干发动机部件的劣化。
因此，为了减小排气压力峰值和压力差ΔP，在时间t8处，可以调整VGT几何形状和EGR阀开度中的每一个。由于此时压力差ΔP高于第二阈值507，所以对VGT几何形状和EGR开度中的任一个的调整可能不足以增加压力差ΔP。因此，此时，可以对VGT几何形状和EGR开度中的每一个进行调整。如前所述，比例积分(PI)控制器和比例微分(PD)控制器可以一起使用，以确定对VGT叶片致动器和EGR阀中的每一个进行的所需调整，以便将进气歧管和排气歧管之间的达到压力差增加到最佳水平。控制器可以向耦接到VGT叶片和EGR阀中的每一个的相应致动器发送信号，以增加阀开度。
在时间t8和t9之间，VGT几何形状和EGR阀开度可以被维持在增加的水平。另外，基于对VGT几何形状和EGR阀开度两者进行的调整，在此期间，排气压力和压力差ΔP减小。在时间t9处，可以观察到松踏板事件已经结束，并且踏板位置已经返回到稳定水平。另外，排气压力降低，因此观察到压力差ΔP的减小。压力差ΔP可以降低到低于第二阈值(507)和第一阈值(505)两者的水平。响应于排气压力和压力差ΔP的减小，在时间t9处，基于当前发动机操作参数，VGT叶片和EGR阀的开度可以减小(与在时间段t8和t9期间的VGT和EGR阀开度相比)到期望水平。
在时间t9之后，未观察到踏板的进一步变化。另外，排气压力和压力差ΔP被维持在期望的极限内的稳定水平。基于当前发动机操作，将VGT和EGR阀中的每一个维持在恒定位置。除了VGT几何形状和EGR阀开度之外，还可以调整废气门阀开度，以便减小排气歧管压力和进气歧管压力之间的差。以这种方式，在瞬时发动机操作期间，通过对VGT几何形状和EGR阀位置中的至少一个进行的适当调整，可以将排气歧管和进气歧管之间的压力差减小到最佳水平，从而控制发动机泵气功。
在一个示例中，用于增压发动机系统的方法包括基于排气压力和进气压力之间的差调整可变几何涡轮(VGT)，以将该差降低到阈值以下。附加地或可选地，前述示例方法还包括在调整时维持期望的增压压力，并且其中调整还基于空气流量、排气流量、发动机速度、与负载组合的发动机速度、涡轮增压器速度、燃料加注、扭矩(负载)、排气压力以及包括环境温度和环境压力的环境状况中的一个或多个。附加地或可选地，在前述示例中的任一个或所有中，闭环操作包括基于发动机速度和排气压力中的每一个调度用于调整VGT几何形状的增益。附加地或可选地，在前述示例中的任一个或所有中，调整还包括基于调度增益改变VGT的纵横比。附加地或可选地，在前述示例中的任一个或所有中，基于调度增益的调整包括：在第一模式中，在发动机速度降低和排气压力增加中的至少一个的情况下，增加VGT的纵横比，并且在发动机速度增加和排气压力降低中的至少一个的情况下，减小VGT的纵横比；以及在第二模式中，在发动机速度和排气压力中的至少一个增加的情况下，增加VGT的纵横比，以及在发动机速度和排气压力中的至少一个减小的情况下，减小VGT的纵横比。附加地或可选地，在前述示例中的任一个或所有中，调整响应于排气压力和进气压力之间的差超过第一阈值。附加地或可选地，前述示例中的任一个或所有还包括基于排气压力和进气压力之间的差，调整耦接到EGR系统的排气再循环(EGR)阀，以将该差减小到低于阈值，调整还基于发动机速度和排气压力中的每一个，其中调整EGR阀包括在发动机速度降低和排气压力增加中的至少一个的情况下，增加EGR阀开度；以及在发动机速度增加和排气压力降低中的至少一个的情况下，减小阀开度。附加地或可选地，前述示例中的任一个或所有还包括基于排气压力和进气压力之间的差，调整耦接到废气门通道的废气门阀，以将该差减小到低于阈值，调整还基于发动机速度和排气压力中的每一个，并且其中调整废气门阀包括在发动机速度降低和排气压力增加中的至少一个的情况下，增加废气门阀开度；以及在发动机速度增加和排气压力降低中的至少一个的情况下，减小废气门阀开度。附加地或可选地，前述示例中的任一个或所有还包括响应于排气压力和进气压力之间的差超过第二阈值，调整VGT几何形状和EGR阀中的每一个，第二阈值高于第一阈值。附加地或可选地，在前述示例中的任一个或所有中，调整EGR阀包括在发动机速度减小和排气压力增加中的至少一个的情况下，增加EGR阀开度；以及在发动机速度增加和排气压力降低中的至少一个的情况下，减小阀开度。
用于发动机的另一种示例方法包括在第一增压发动机工况期间，响应于排气歧管和进气歧管之间的压力差超过第一阈值，选择性地调整可变几何涡轮(VGT)阀叶片致动器；在第二增压发动机工况期间，响应于压力差超过第一阈值，选择性地调整排气再循环(EGR)阀；在第一状况和第二状况两者期间，维持增压压力，在第三增压发动机工况期间，响应于压力差超过第一阈值，选择性地调整废气门阀；以及在第一状况、第二状况和第三状况中的每一个期间，维持增压压力。附加地或可选地，前述示例性方法可以还包括在第四增压发动机工况期间，响应于压力差超过第二阈值，调整VGT叶片致动器、EGR阀和废气门阀中的每一个，第二阈值高于第一阈值，其中在第一状况、第二状况和第三状况中的每一个期间，调整进一步基于排气歧管压力与进气歧管压力的比率。附加地或可选地，在前述示例中的任一个或所有中，发动机包括进气压缩机，其中第一状况包括在燃烧稳定性极限的阈值距离处或内的发动机操作，并且其中第二状况包括在压缩机喘振极限的阈值距离处或内的压缩机操作。附加地或可选地，在前述示例中的任一个或所有中，在第一状况期间调整VGT叶片致动器和在第二状况期间调整EGR阀包括使用增益调整，所述增益基于发动机速度和排气歧管压力中的每一个，在发动机速度降低和排气歧管压力增加中的至少一个的情况下，增益增加。附加地或可选地，在前述示例中的任一个或所有中，调整VGT、EGR或废气门致动器包括用基于比例积分(PI)控制器进行第一项调整，所述第一项基于发动机速度、估计的进气歧管压力、目标进气歧管压力以及估计的排气歧管压力，并且然后用基于比例微分(PD)控制器进行第二项调整，所述第二项基于发动机速度以及估计的排气歧管压力和估计的进气歧管压力之间的差。附加地或可选地，在前述示例中的任一个或所有中，在第一状况期间选择性地调整包括致动VGT叶片致动器，以基于第一项和第二项中的每一个增加VGT叶片的开度，从而增加VGT的纵横比，并且其中在第二状况期间的选择性地调整包括基于第一项和第二项中的每一个，打开EGR阀，以增加EGR通道的开度。附加地或可选地，在前述示例中的任一个或所有中，基于从进气歧管压力传感器获得的进气压力估计值和从排气歧管压力传感器获得的排气压力估计值，计算排气歧管和进气歧管之间的压力差。
在又一示例中，发动机，其包括进气歧管和排气歧管；涡轮增压器，其用于向发动机提供增压空气充气，涡轮增压器包括驱动进气压缩机的可变几何排气涡轮(VGT)，排气涡轮包括用于改变涡轮的纵横比的叶片；废气门通道，其耦接在排气涡轮的两端，废气门通道包括废气门阀；排气再循环(EGR)系统，其包括具有EGR阀的排气再循环通道，所述EGR通道将排气从排气歧管再循环到进气歧管；第一压力传感器，其耦接到进气歧管；第二压力传感器，其耦接到排气歧管；控制器，其具有存储在非临时性存储器上的计算机可读指令，用于：在启用增压的情况下操作发动机时，通过对排气涡轮的纵横比、废气门阀的开度以及排气再循环阀的开度中的至少一个的调整，减小排气歧管压力和进气歧管压力之间的差。附加地或可选地，前述示例还包括：减小排气歧管压力和进气歧管压力之间的差包括响应于高于排气歧管压力和进气歧管压力之间的压力差的阈值增加，增加VGT叶片开度、废气门阀开度和EGR阀开度中的至少一个。附加地或可选地，在前述示例中，维持高于阈值差包括响应于低于阈值压力差，增加VGT叶片和EGR阀中的至少一个的开度。附加地或可选地，在前述示例中，减小排气歧管压力和进气歧管压力之间的差包括响应于高于排气歧管压力和进气歧管压力之间的压力差的阈值增加，增加VGT叶片和EGR阀中的至少一个的开度。附加地或可选地，在前述示例中的任一个或所有中，增加VGT叶片开度、废气门阀开度和EGR阀开度中的至少一个包括基于发动机速度、进气歧管压力和排气歧管压力，通过比例积分(PI)控制器、比例微分(PD)控制器和比例积分微分(PID)控制器中的至少一个计算一个或多个控制项(例如，增益)，以及根据计算的增益，操作VGT叶片开度、废气门阀开度和EGR阀开度中的至少一个。附加地或可选地，在前述示例中的任一个或所有中，维持高于阈值差包括基于发动机速度和排气压力，调整VGT叶片和EGR阀中的至少一个，其中当发动机速度降低或排气歧管压力增加时，增加VGT叶片和EGR阀中的至少一个的开度，并且其中当发动机速度增加或排气歧管压力降低时，减小VGT叶片和EGR阀中的至少一个的开度。附加地或可选地，在前述示例中的任一个或所有中，减小排气歧管压力和进气歧管压力之间的差包括基于发动机速度和排气压力，调整VGT叶片、废气门阀和EGR阀中的至少一个，其中当发动机速度降低或排气歧管压力增加时，增加VGT叶片位置、废气门阀开度和EGR阀开度中的至少一个，并且其中当发动机速度增加或排气歧管压力降低时，减小VGT叶片位置、废气门阀开度和EGR阀开度中的至少一个。
在另外的表示中，一种用于发动机的方法包括基于排气压力和进气压力之间的差来调整可变几何涡轮(VGT)，以维持期望的增压压力。附加地或可选地，在前述示例中，调整还基于发动机速度和排气压力中的每一个。附加地或可选地，前述示例中的任一个或所有还包括基于排气压力和进气压力之间的差，调整耦接到EGR系统的排气再循环(EGR)阀，以维持期望的增压压力，调整还基于发动机速度和排气压力中的每一个，其中调整EGR阀包括在发动机速度降低和排气压力增加中的至少一个的情况下，增加EGR阀开度；以及在发动机速度增加和排气压力降低中的至少一个的情况下，减小阀开度。附加地或可选地，前述示例中的任一个或所有还包括基于排气压力和进气压力之间的差，调整耦接到废气门通道的废气门阀，以维持期望的增压压力，调整还基于发动机速度和排气压力中的每一个，并且其中调整废气门阀包括在发动机速度降低和排气压力增加中的至少一个的情况下，增加废气门阀开度；以及在发动机速度增加和排气压力降低中的至少一个的情况下，减小废气门阀开度。在另一示例中，利用增益调整VGT叶片几何形状、EGR阀开度和废气门阀位置中的每一个包括用基于比例积分(PI)控制器进行第一项调整，第一项基于发动机速度、估计的进气歧管压力和排气歧管压力，然后用基于比例微分(PD)控制器进行第二项调整，第二项基于发动机速度和排气歧管压力。在又一示例中，增加VGT叶片开度、废气门阀开度和EGR阀开度中的至少一个包括基于发动机速度、进气歧管压力和排气歧管压力，通过比例积分(PI)控制器、比例微分(PD)控制器和比例积分微分(PID)控制器中的至少一个调度增益。以这种方式，可以有效地调整VGT几何形状和EGR阀开度中的每一个，以便维持发动机的进气歧管和排气歧管之间的最佳压力差。通过将压力差维持在最佳水平，可以降低发动机泵送损失。另外，可以避免排气压力峰值和过量的膨胀比，从而提高发动机性能和燃料效率。减少发动机泵送损失、排气压力峰值和过量的膨胀比的技术效果是可以减少由于疲劳引起的对涡轮增压器和其它硬件部件的损坏。
注意，包括在本文中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，并且可以由包括控制器与各种传感器、致动器和其它发动机硬件的控制系统执行。本文描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种行为、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行地执行或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现本文面描述的实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述提供。根据使用的特定策略，所示的行为、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复地执行。此外，所述的行为、操作和/或功能可以图形化地被程序化到发动机控制系统的计算机可读存储介质的非临时性存储器之内的代码，其中所述的行为通过执行包括各种发动机硬件组件与电子控制器的系统中的指令而被执行。
应当认识到，本文所公开的构造和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，上述技术可以使用到V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置和其它特征、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。
随附的权利要求具体指出被认为新颖的和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这样的权利要求应当被理解为包括一个或多个这样的元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过修改本申请的权利要求或通过在本申请或相关的申请中提出新权利要求被要求保护。这样的权利要求，无论比原权利要求范围更宽、更窄、等同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于增压发动机系统的方法，其包括：
基于排气压力和进气压力之间的差，调整可变几何涡轮即VGT以减小所述差。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括在调整时维持期望的增压压力，并且其中所述调整还基于空气流量、排气流量、发动机速度、与负载组合的发动机速度、涡轮增压器速度、燃料加注、扭矩即负载、排气压力以及包括环境温度和环境压力的环境状况中的一个或多个。
3.根据权利要求1所述的方法，其还包括基于所述发动机速度、所述排气压力以及所述排气压力和所述进气压力之间的所述差中的每一个，以及基于与实际增压压力相比的设定点增压压力，闭环调整所述VGT。
4.根据权利要求3所述的方法，其中闭环操作包括基于所述发动机速度和排气压力中的每一个调度用于调整VGT几何形状的增益，所述调整还包括基于调度的增益，改变所述VGT的纵横比。
5.根据权利要求4所述的方法，其中基于所述增益的所述调整包括在第一模式中，在所述发动机速度降低和所述排气压力增加中的至少一个的情况下，增加所述VGT的纵横比，并且在所述发动机速度增加和所述排气压力降低中的至少一个的情况下，减小所述VGT的纵横比；以及
在第二模式中，在所述发动机速度和所述排气压力中的至少一个增加的情况下，增加所述VGT的纵横比，以及在所述发动机速度和所述排气压力中的至少一个减小的情况下，减小所述VGT的纵横比。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整响应于所述排气压力和所述进气压力之间的所述差超过第一阈值。
7.根据权利要求6所述的方法，其还包括基于所述排气压力和所述进气压力之间的所述差，调整耦接到排气再循环系统即EGR系统的EGR阀，以减小所述差，所述调整还基于所述发动机速度和所述排气压力中的每一个，其中调整所述EGR阀包括在所述发动机速度降低和所述排气压力增加中的至少一个的情况下，增加所述EGR阀开度；以及在所述发动机速度增加和所述排气压力降低中的至少一个的情况下，减小所述阀开度。
8.根据权利要求6所述的方法，其还包括基于所述排气压力和所述进气压力之间的差，调整耦接到废气门通道的废气门阀，以减小所述差，所述调整还基于所述发动机速度和所述排气压力中的每一个，并且其中调整所述废气门阀包括在所述发动机速度降低和所述排气压力增加中的至少一个的情况下，增加所述废气门阀开度；以及在所述发动机速度增加和所述排气压力降低中的至少一个的情况下，减小所述废气门阀开度。
9.根据权利要求7所述的方法，其还包括响应于所述排气压力和所述进气压力之间的差超过第二阈值，调整所述VGT几何形状和所述EGR阀中的每一个，所述第二阈值高于所述第一阈值。
10.一种用于发动机的方法，其包括：
在第一增压发动机工况期间，响应于排气歧管和进气歧管之间的压力差超过第一阈值，选择性地调整可变几何涡轮叶片致动器即VGT叶片致动器；
在第二增压发动机工况期间，响应于所述压力差超过所述第一阈值，选择性地调整排气再循环阀即EGR阀；
在第三增压发动机工况期间，响应于所述压力差超过所述第一阈值，选择性地调整废气门阀；以及
在所述第一状况、所述第二状况和所述第三状况中的每一个期间，维持增压压力。
11.根据权利要求10所述的方法，其还包括在第四增压发动机工况期间，响应于所述压力差超过第二阈值，调整所述VGT叶片致动器、所述EGR阀和所述废气门阀中的每一个，所述第二阈值高于所述第一阈值，其中在所述第一状况、所述第二状况和所述第三状况中的每一个期间，所述调整进一步基于排气歧管压力与进气歧管压力的比率。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述发动机包括进气压缩机，其中所述第一状况包括在燃烧稳定性极限的阈值距离处或内的发动机操作，并且其中所述第二状况包括在压缩机喘振极限的所述阈值距离处或内的压缩机操作。
13.根据权利要求10所述的方法，其中在所述第一状况期间调整所述VGT叶片致动器和在所述第二状况期间调整所述EGR阀包括使用增益调整，所述增益基于发动机速度和排气歧管压力中的每一个，在所述发动机速度降低和所述排气歧管压力增加中的至少一个的情况下，所述增益增加。
14.根据权利要求10所述的方法，其中调整所述VGT叶片致动器和所述EGR阀中的每一个包括用基于比例积分控制器即PI控制器进行第一项调整，所述第一项基于发动机速度、估计的进气歧管压力、目标进气歧管压力以及估计的排气歧管压力，并且然后用基于比例微分控制器即PD控制器进行第二项调整，所述第二项基于发动机速度、估计的排气压力以及所述估计的排气歧管压力和所述估计的进气歧管压力之间的差。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述第一状况期间选择性地调整包括基于所述第一项和所述第二项中的每一个，致动所述VGT叶片致动器，以增加所述VGT叶片的开度，从而增加所述VGT的纵横比，并且其中在所述第二状况期间选择性地调整包括基于所述第一项和所述第二项中的每一个，打开所述EGR阀，以增加EGR通道的开度。
16.根据权利要求10所述的方法，其中基于从进气歧管压力传感器获得的进气压力估计值和从排气歧管压力传感器获得的排气压力估计值，计算所述排气歧管和所述进气歧管之间的所述压力差。
17.一种发动机系统，其包括：
发动机，其包括进气歧管和排气歧管；
涡轮增压器，其用于向所述发动机提供增压空气充气，所述涡轮增压器包括驱动进气压缩机的可变几何排气涡轮即VGT，所述排气涡轮包括用于改变所述涡轮的纵横比的叶片；
废气门通道，其耦接在所述排气涡轮的两端，所述废气门通道包括废气门阀；
排气再循环系统即EGR系统，其包括具有EGR阀的排气再循环通道，所述EGR通道将排气从所述排气歧管再循环到所述进气歧管；
第一压力传感器，其耦接到所述进气歧管；
第二压力传感器，其耦接到所述排气歧管；
控制器，其具有存储在非临时性存储器上的计算机可以读指令，用于：
在启用增压的情况下操作所述发动机时，通过对所述排气涡轮的纵横比、所述废气门阀的开度以及所述排气再循环阀的开度中的至少一个的调整，减小排气歧管压力和进气歧管压力之间的差。
18.根据权利要求17所述的系统，其中减小所述排气歧管压力和所述进气歧管压力之间的差包括响应于高于所述排气歧管压力和所述进气歧管压力之间的压力差的阈值增加，增加VGT叶片开度、废气门阀开度和EGR阀开度中的至少一个。
19.根据权利要求18所述的系统，其中增加VGT叶片开度、废气门阀开度和EGR阀开度中的至少一个包括基于发动机速度、进气歧管压力和排气歧管压力，通过比例积分控制器即PI控制器、比例微分控制器即PD控制器和比例积分微分控制器即PID控制器中的至少一个计算一个或多个控制项，以及根据计算的增益，操作VGT叶片开度、废气门阀开度和EGR阀开度中的至少一个。
20.根据权利要求19所述的系统，其中减小所述排气歧管压力和所述进气歧管压力之间的差包括基于所述发动机速度和所述排气压力，调整所述VGT叶片、所述废气门阀和所述EGR阀中的至少一个，其中当所述发动机速度降低或所述排气歧管压力增加时，增加所述VGT叶片位置、所述废气门阀开度和所述EGR阀开度中的至少一个，并且其中当所述发动机速度增加或所述排气歧管压力降低时，减小所述VGT叶片位置、所述废气门阀开度和所述EGR阀开度中的至少一个。
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