CN1900506A - 用于控制涡轮增压器压缩机喘振的系统 - Google Patents

用于控制涡轮增压器压缩机喘振的系统 Download PDF

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Abstract

一种用于控制涡轮增压器压缩机喘振的系统，包括流体连通式地联接在发动机进气歧管上的涡轮增压器压缩机，设置成与流体连通式地联接在进气歧管和排气歧管之间的EGR导管相串联的排气再循环(EGR)阀，用于确定质量流量参数的器件，产生表示涡轮增压器速度的速度信号的速度传感器，以及控制计算机，其配置成确定随速度信号而变的对应于新鲜空气质量流率的质量流率喘振值，并且限制随质量流量参数和质量流率喘振值而变的EGR阀位置和VGT位置，以便使通过EGR阀的排气流量保持在一定的流率，在该流率以下就可避免涡轮增压器压缩机喘振。

Description

用于控制涡轮增压器压缩机喘振的系统
技术领域
本发明一般涉及用于控制涡轮增压式内燃机的系统，更具体地涉及用于控制涡轮增压器压缩机喘振的系统。
背景技术
涡轮增压机器是众所周知的，并且通常用于内燃机工业以便压缩进入发动机燃烧室的空气进气，从而增加发动机的效率和功率输出。通常，压缩空气进气可增加在进气冲程期间进入发动机汽缸的空气量，这就允许更多的燃料用于形成预期的空气/燃料比。从而导致可用的发动机输出扭矩和功率增大。
用于内燃机的传统涡轮增压器包括设在排出发动机排气歧管的排气通路中的涡轮，其中涡轮一般包括被所通过的排气流转动的转轮。涡轮转轮可旋转地联接在与发动机空气进气系统相串联地设置的压缩机的转轮上。排气流导致的涡轮旋转导致压缩机转轮类似地旋转，其中压缩机转轮的旋转用于增加新鲜空气的流量，从而增加空气进气系统内的空气压力。通常，涡轮增压器涡轮和压缩机转轮的转速、以及空气进气系统内的空气压力与排气的流率(flow rate)成比例，排气的流率本身又与发动机转速成比例。
在上述类型的涡轮增压器的操作中，已经知道，称为涡轮增压器压缩机喘振的状态会在某些发动机和空气调节系统操作下发生。通常，当在进气歧管内积聚的压力超过压缩机维持正向空气运动的能力时，就会发生涡轮增压器压缩机喘振。当发生喘振时，进气歧管的空气压力会下降一个一般与喘振状态的强度成比例的量。
许多发动机和空气调节系统状态会影响并限定涡轮增压器压缩机喘振，例如包括发动机转速、发动机燃料加注速度、涡轮增压器速度、空气进气的质量流率、进气歧管压力、进气歧管容积、进气歧管温度，等等。在包括排气再循环系统的发动机中，影响并确定涡轮增压器压缩机喘振的另一发动机工作参数是再循环至进气歧管的排气的流率，它会影响空气进气的质量流率和进气歧管压力。因此需要一种用于监控EGR流率或EGR分数的系统，其中EGR分数是再循环的排气相对于进入进气歧管的总供气的分数，以便以避免涡轮增压器压缩机喘振的方式来控制这种EGR流率或EGR分数。
发明内容
本发明可包括一个或多个以下特征及其组合。用于控制涡轮增压器压缩机喘振的系统可包括具有进气歧管和排气歧管的内燃机，包括压缩机的涡轮增压器，压缩机具有流体连通式地联接在周围空气上的进气口和流体连通式地联接在进气歧管上的出口，还包括设置成与流体连通式地联接在进气歧管和排气歧管之间的EGR导管相串联的排气再循环(EGR)阀，响应于EGR阀控制信号以便控制从中经过的排气流的EGR阀，用于确定对应于供应至进气歧管的空气质量流率的质量流率参数的器件，产生表示涡轮增压器速度的速度信号的速度传感器，以及控制计算机。控制计算机可配置成来确定随速度信号而变的、对应于新鲜空气质量流率的质量流率喘振值，在该新鲜空气质量流率以上就可避免涡轮增压器压缩机喘振，并且来限制随质量流率参数和质量流率喘振值而变的EGR阀控制信号，以便使通过EGR阀的排气流保持在一定的流率，在该流率以下就可避免涡轮增压器压缩机喘振。
在一个实施例中，质量流率参数可对应于由压缩机供应至进气歧管的新鲜空气的质量流率，在该实施例中，控制计算机可配置成确定作为质量流率喘振值和新鲜空气的质量流率之比的流量比，并且控制计算机可限制随该流量比而变的EGR阀控制信号。在该实施例中，控制计算机可包括用于产生对应于再循环的排气相对于供应至进气歧管的供气的预期分数的EGR分数指令的器件，该供气是再循环的排气和新鲜空气的组合，响应于EGR分数指令和流量比而产生对应于在其以下就可避免涡轮增压器压缩机喘振的EGR分数的受限EGR分数指令的器件，以及响应于受限EGR分数指令而产生EGR阀控制信号的器件。在该实施例中，控制计算机还可配置成来确定随速度信号而变的质量流率喘振极限，其对应于大于质量流率喘振值的新鲜空气质量流率，并且控制计算机可配置成来确定进一步随质量流率喘振极限而变的流量比。控制计算机还可配置成确定作为一和质量流率喘振极限与一百之比之和的喘振极限百分比，并且控制计算机可配置成用于计算作为质量流率喘振值和喘振极限百分比之乘积的质量流率极限，并且用于确定作为质量流率极限和新鲜空气质量流量之比的流量比。
或者，控制计算机可包括：用于产生对应于再循环的排气相对于供应至进气歧管的供气的预期分数的EGR分数指令的器件，供气是再循环的排气和新鲜空气的组合，响应于EGR分数指令而产生EGR阀控制信号的器件，用于确定对应于空气供气质量流率的供气流量(charge flow)值的器件，以及用于限制随流量比和供气流量值而变的EGR阀控制信号的器件，以便通过EGR阀的排气流量保持在一定的流率下，在该流率以下就可避免涡轮增压器压缩机喘振。在该实施例中，用于限制EGR阀控制信号的器件可包括：用于确定随流量比和供气流量值而变的减小值的器件，该减小值对应于要求用来保持从中经过的排气流量处于在其以下可避免涡轮增压器压缩机喘振的流率的通过EGR阀的排气流的减小量，以及用于只有当流量比大于或等于预定的定量值时才限制随减小值和EGR阀控制信号而变的EGR阀控制信号的器件。在该实施例中，控制计算机还可配置成用于确定随速度信号而变的质量流率喘振极限，其对应于大于质量流率喘振值的新鲜空气质量流率，并且控制计算机可配置成确定进一步随质量流率喘振极限而变的流量比。控制计算机还可配置成确定作为一和质量流率喘振极限与一百之比之和的喘振极限百分比，并且控制计算机可配置成计算作为质量流率喘振值和喘振极限百分比之乘积的质量流率极限，以及用于确定作为质量流率极限与新鲜空气的质量流量之比的流量比。
在一个备选实施例中，质量流率参数可以是供气流量值，其对应于经由压缩机供应至进气歧管的新鲜空气与经由EGR阀供应至进气歧管的再循环的排气的组合的质量流率，并且在该实施例中，控制计算机可以配置成限制随质量流率喘振值和供气流量值而变的EGR阀控制信号。控制计算机在该实施例中可包括用于产生对应于再循环的排气相对于供应至进气歧管的供气的预期分数的EGR分数指令的器件，供气是新鲜空气和再循环的排气的组合，用于确定随质量流率喘振值和供气流量值而变的最大EGR分数值的器件，最大EGR分数值对应于在其以下就可避免涡轮增压器压缩机喘振的EGR分数，用于产生随EGR分数指令和最大EGR分数值而变的受限EGR分数指令的器件，以及响应于受限EGR分数指令而产生EGR阀控制信号的器件。用于确定最大EGR分数值的器件可包括用于计算作为小于质量流率喘振值的供气流量值的最大EGR流率值的器件，以及用于计算随最大EGR流率值而变的最大EGR分数值的器件。控制计算机还可配置成来确定随速度信号而变的质量流率喘振极限，其对应于大于质量流率喘振值的新鲜空气质量流率，以及用于确定进一步随质量流率喘振极限而变的流量比。控制计算机还可配置成确定作为一和质量流率喘振极限与一百之比之和的喘振极限百分比，用于计算作为质量流率喘振值和喘振极限百分比之乘积的质量流率极限，以及用于确定作为质量流率极限和新鲜空气的质量流量之比的流量比。
或者，控制计算机可包括用于确定随质量流率喘振值和供气流量值而变的减小值的器件，减小值对应于用来将从中经过的排气流保持为在其以下就可避免涡轮增压器压缩机喘振的流率下所要求的通过EGR阀的排气流减小量，以及用于限制随减小值和EGR阀控制信号而变的EGR阀控制信号的器件。控制计算机还可配置成确定随速度信号而变的质量流率喘振极限，其对应于大于质量流率喘振值的新鲜空气质量流率，以及用于确定进一步随质量流率喘振极限而变的流量比。控制计算机还可进一步配置成确定作为一和质量流率喘振极限与一百之比之和的喘振极限百分比，用于计算作为质量流率喘振值和喘振极限百分比之乘积的质量流率极限，以及用于确定作为质量流率极限和新鲜空气的质量流量之比的流量比。
从以下对说明性实施例的描述中，可以更清楚本发明的这些和其它目的。
附图说明
图1是用于控制涡轮增压器压缩机喘振的系统的一个说明性实施例的图。
图2是涉及控制涡轮增压器压缩机喘振的图1所示控制计算机的一些内部特征的一种说明性配置的框图。
图3是图2所示压缩机喘振限制逻辑块的一种说明性配置的框图。
图4是校正的涡轮增压器速度相对于进气空气质量参数的曲线图，显示了涡轮增压器压缩机喘振和压缩机喘振的危险区。
图5是与图3所示压缩机喘振限制逻辑块一起使用的图2所示空气调节指令限制逻辑块的一种说明性配置的框图。
图6是EGR分数相对于压缩机喘振限制参数的曲线图，显示了图5所示压缩机喘振限制器块的一个实施例。
图7是图5所示EGR分数指令限制逻辑块的一个说明性实施例的框图。
图8是关于图2所示EGR阀位置限制逻辑块的一个说明性实施例的框图，其与图3所示压缩机喘振限制逻辑块的实施例相关联。
图9是图2所示压缩机喘振限制逻辑块的另一说明性配置的框图。
图10是与图9所示压缩机喘振限制逻辑块一起使用的图2所示空气调节指令限制逻辑块的另一说明性配置的框图。
图11是图2所示EGR阀位置限制逻辑块的另一说明性实施例的框图，其与图10所示压缩机喘振限制逻辑块实施例相关联。
具体实施方式
为了促进对本发明原理的理解，现在参见附图中所示的多个实施例并采用专用术语来对其进行描述。然而应当理解，这不限制本
发明的范围。
现在参见图1，显示了用于控制涡轮增压式内燃机中的涡轮增压器压缩机喘振的系统10的一个说明性实施例的图。该系统10包括具有进气歧管14的内燃机12，其经由进气导管20流体连通式地联接在涡轮增压器18的压缩机16的出口上，其中压缩机16包括联接在进气导管22上以用于从中接收新鲜的周围空气的压缩机进气口。如图1中的虚线所示，系统10可选择性地包括已知构造的空气进气冷却器24，其设置成与涡轮增压器压缩机16和进气歧管14之间的进气导管20相串联。涡轮增压器压缩机16经由主动轴28而机械式地和可旋转地联接在涡轮增压器涡轮26上，其中涡轮26包括涡轮进气口，其经由排气导管32而流体连通式地联接在发动机12的排气歧管30上，并且还包括经由排气导管34流体连通式地与周围空气相连的涡轮出口。EGR阀36设置成与EGR导管38相串联，EGR导管38在一端流体连通式地联接在进气导管20上并且在相反端联接在排气导管32上，已知构造的EGR冷却器40可选择性地设置成与EGR阀36和进气导管20之间的EGR导管38相串联，如图1中的虚线所示。
系统10包括控制计算机42，其一般可操作以用于控制和管理发动机12的全部操作。控制计算机42包括存储器45以及用于与联接在发动机12上的各种传感器和系统接口的许多输入和输出。在一个实施例中，控制计算机42是基于微处理器的，并且可以是已知的控制单元，有时称为电子控制模块或发动机控制模块(ECM)，电子控制单元或发动机控制单元(ECU)等，或者可以是能够如下所述地操作的通用用途的控制电路。在任何情况下，控制计算机42包括用于控制涡轮增压器压缩机喘振的一种或多种控制算法，如下更详细地所述。
控制计算机42包括用于从与系统10相关联的各种传感器或传感系统中接收信号的许多输入。例如，系统10包括进气歧管温度传感器44，其设置成与发动机12的进气歧管14流体连通，并且经由信号通路46而电连接在控制计算机42的进气歧管温度输入IMT上。进气歧管温度传感器44可以是已知的构造，并且可操作以用于在信号通路46上产生温度信号，其表示流入进气歧管14的供气的温度，其中流入进气歧管14的供气一般由涡轮增压器压缩机16所供应的新鲜空气与经由EGR阀36可控地通往进气歧管14的再循环的排气来组成。
系统10还包括发动机转速传感器48，其经由信号通路50而电连接在控制计算机42的发动机转速输入ES上。发动机转速传感器48可操作以用于检测发动机12的转速，并且在信号通路50上产生表示发动机转速的相应发动机转速信号。在一个实施例中，传感器48是霍尔效应传感器，其可操作以用于通过形成于齿轮或音轮(tonewheel)上的许多等角度地间隔开的齿附近的检测通道，来确定发动机转速。或者，发动机转速传感器48可以是可如上所述操作的任何其它已知的传感器，包括但不限于可变磁阻传感器，等等。
系统10还包括压缩机进气口温度传感器49，其设置成与相邻于压缩机16的新鲜空气进气口的新鲜空气进气导管22流体连通，并且经由信号通路51而电连接在控制计算机42的压缩机进气口温度输入CIT上。温度传感器49可以是已知的构造，并且可操作以用于在信号通路51上产生温度信号，该温度信号表示进入压缩机16的进气口的新鲜空气的温度。
系统10还包括压缩机进气口压力传感器53，其设置成与相邻于压缩机16的新鲜空气进气口的新鲜空气进气导管22流体连通，并且经由信号通路55而电连接在控制计算机42的压缩机进气口压力输入CIP上。压力传感器53可以是已知的构造，并且可操作以用于在信号通路55上产生压力信号，其表示进入压缩机16的进气口的新鲜空气的压力。
系统10还包括进气歧管压力传感器52，其设置成与进气歧管14流体连通，并且经由信号通路54而电连接在控制计算机42的进气歧管压力输入IMP上。或者，压力传感器52可以设置成与进气导管20流体连通。在任何情况下，压力传感器52可以是已知的构造，并且可操作以用于在信号通路54上产生表示进气导管20和进气歧管14内压力的压力信号。
系统10还包括速度传感器56，其优选设置成围绕或邻近涡轮增压器主动轴28，并且经由信号通路58而电连接在发动机控制器42的涡轮增压器速度输入TS上。传感器56可以是已知的构造，并且一般可操作以用于在信号通路58上产生表示涡轮增压器主动轴28转速的涡轮增压器速度信号(TS)。在一个实施例中，传感器56是可变磁阻传感器，其可操作以用于通过形成于轴28上的一个或多个可探测结构附近的检测通道来确定涡轮增压器转速。或者，涡轮增压器速度传感器56可以是如上所述可操作的任何其它已知的传感器，其相对于涡轮增压器主动轴28适当地定位。
系统10还包括差压传感器即ΔP传感器60，其在一端流体连通式地联接在EGR导管38上并且相邻于EGR阀36的排气入口，并且在其相反端经由旁通导管62而流体连通式地联接在EGR导管38上且相邻于EGR阀36的排气出口。或者，ΔP传感器60可以跨过设置成与EGR导管38相串联的另一流动限制机构而进行联接。在任何情况下，ΔP传感器60可以是已知的构造，并且经由信号通路64而电连接在控制计算机42的ΔP输入上。ΔP传感器60可操作以用于在信号通路64上提供差压信号，其表示跨过EGR阀36或上述其它流动限制机构的压差。
如图1中的虚线所示，系统10选择性地可包括质量流量传感器70，其设置成在进气导管20与EGR导管38接头的上游与进气导管20流体连通，并且经由信号通路72而电连接在控制计算机42的新鲜空气质量流率输入MAFF上。质量流量传感器70可以是已知的构造，并且可操作以用于在信号通路72上产生质量流量信号，其表示经由涡轮增压器压缩机16进入进气导管20的新鲜空气的质量流率。
系统10还可选择性地包括发动机排气温度传感器74，其设置成与排气导管32流体连通，并且经由信号通路76而电连接在控制计算机42的发动机排气温度输入EXT上，如图1中的虚线所示。或者，传感器74可以设置成与排气歧管30流体连通。在这两种情况下，温度传感器74都可操作以用于在信号通路76上提供温度信号，其表示发动机12所产生的排气的温度。
控制计算机42还包括许多输出用于控制一个或多个与系统10相关联的发动机功能。例如，EGR阀36包括EGR阀促动器78，其经由信号通路80而电连接在控制计算机42的EGR阀控制输出EGRC上。控制计算机42可操作以用于在信号通路80上产生EGR阀控制信号，并且促动器78响应于EGR阀控制信号，以便以已知方式控制EGR阀36相对于基准位置的位置。控制计算机42因此可操作，以用于以已知方式控制EGR阀36，以便选择性地提供从排气歧管30至进气歧管14的再循环的排气流。EGR阀36还包括EGR位置传感器66，其经由信号通路68而电连接在控制计算机42的EGR阀位置输入EGRP上。传感器66可以是已知的构造，并且可操作以用于通过确定EGR阀促动器78相对于促动器基准位置的位置来确定EGR阀36的位置，并且产生在信号通路68上的位置信号，其表示EGR阀36相对于基准位置的位置。
系统10还包括可变几何形状涡轮增压器(VGT)机构，其一般显示为82，并且经由信号通路84而电连接在控制计算机42的VGT控制输出VGTC上。VGT机构可以体现为机械或机电机构的任何组合，其可以已知方式来控制以便改变涡轮增压器涡轮26的有效几何形状，废气门设置在导管32和34之间并且可以已知方式来控制，以便选择性地使排气围绕涡轮26行进，排气节流阀设置成与导管32和34中的任一导管相串联并且可以已知方式来控制，以便选择性地限制通过导管32和34和涡轮26的排气流。控制计算机42因此可操作以用于以已知方式来控制这些VGT机构中的任何一个或多个，以便选择性地控制涡轮增压器18的临界流量和/或效率。
系统10还包括燃料系统86，其经由K条信号通路88而电连接在控制计算机42的燃料指令输出FC上，其中K可以是任何正整数。燃料系统86响应于控制计算机42所产生的加燃料指令FC，以便以已知方式将燃料供应至发动机12。
现在参见图2，显示了图1所示控制计算机42的一些内部特征的一种说明性配置的框图，这些内部特征与控制涡轮增压器压缩机喘振有关。控制计算机42包括加燃料确定块102，其接收作为输入的许多发动机工作状态值EOC，其例如包括发动机转速和本领域已知的其它发动机工作参数。块102响应于这些发动机工作状态值EOC，以便确定许多加燃料参数，包括燃料质量流率值FF和开始燃料喷射定时值SOI，以及用于计算随这些不同的加燃料参数而变的加燃料指令FC，这是都是以本领域众所周知的方式来进行的。加燃料确定块102可操作以用于在信号通路88上提供加燃料指令FC，并且加燃料系统86响应于加燃料指令FC，以便如上所述供应燃料至发动机12。
控制计算机42还包括供气流量、EGR流量和排气温度估计块100，其具有在信号通路46上接收进气歧管温度信号的进气歧管温度输入IMT，在信号通路50上接收发动机转速信号的发动机转速输入ES，在信号通路54上接收进气歧管压力信号的进气歧管压力输入IMP，在信号通路64上接收压差信号的压差输入AP，以及在信号通路68上接收EGR阀位置信号的EGR阀位置输入EGRP。如虚线所示，块100可选择性地包括从可选的传感器74中接收排气温度信号的排气温度输入EXT。在该实施例中，块100因此从传感器74直接地接收排气温度信息，因此可省略块100的排气温度估计逻辑部分。在任何情况下，块100还从加燃料逻辑块102中接收作为输入的燃料质量流率值FF，以及开始喷射值SOI。供气流量、EGR流量和排气温度估计块100是可操作的，如下文中更全面地介绍，以用于估计EGR流率并且在EGR流率输出EGRF处提供该估计值，以用于估计排气温度，以及用于估计空气供气流率CF，并且在块100的供气流量输出CF处提供该估计值。
控制计算机42还包括压缩机喘振限制逻辑块104，其具有从逻辑块100接收供气流量CF和EGR流量即EGRF值的输入。块104还包括在信号通路58上接收涡轮增压器转速信号的涡轮增压器速度输入TS，在信号通路51上接收压缩机进气口温度信号的压缩机进气口温度输入CIT，在信号通路55上接收压缩机进气口压力信号的压缩机进气口压力输入CIP，并且可选择性地包括接收新鲜空气质量流量值MAFF的另一输入，该流量值MAFF在包括空气质量流量传感器70的系统10的实施例中的信号通路72上产生。在一个实施例中，如下文中更详细地所述，压缩机喘振限制逻辑块104配置成用于产生随至少一些其输入变量而变的压缩机喘振限制参数CSLP。作为附加或者作为备选，如下文中更全面地所述，压缩机喘振限制逻辑块104可以配置成用于产生同样随至少一些其输入变量而变的一对表格轴线值TAX1和TAX2。
控制计算机42还包括空气调节指令逻辑块108，其用于产生对应于预期EGR分数的被指令的EGR分数值CEGRFR，其中EGR分数是再循环的排气在供应至进气歧管14的供气空气(charge air)中的分数量。供应至进气歧管14的供气空气一般理解为经由压缩机16供应至进气歧管14的新鲜空气与经由EGR阀36供应至进气歧管14的再循环的排气的组合。逻辑块108另外可配置成可产生其它指令值，如图2中的虚线所示。在一个实施例中，逻辑块108配置成产生随周围空气温度、发动机转速和冷却剂温度而变的被指令的EGR分数值CEGRFR，关于这种系统的具体实施例的细节可见题目为“用于基于发动机工作状态来产生供气流量和EGR分数指令的系统”的共同未决的美国专利申请系列号No.10/059619，其转让给本发明的受让人，并且其公开内容通过引用而结合于本文中。或者，空气调节指令逻辑块108可配置成至少产生以任何已知方式随发动机和/或空气调节系统的一个或多个工作状态而变的被指令的EGR分数值CEGRFR。
在配置成可产生压缩机喘振限制参数CSLP的逻辑块104的实施例中，控制计算机42还包括空气调节指令限制逻辑块106，其具有从逻辑块104接收压缩机喘振限制参数CSLP的压缩机喘振限制参数输入TSLP，以及接收空气调节指令逻辑块108所产生的被指令的EGR分数值CEGRFR的另一输入。块106可包括其它输入，其用于接收控制计算机42内部所产生的发动机和/或空气调节系统的其它参数和/或其它信息。如下文中更详细地所述，空气调节指令限制逻辑块106配置成限制随压缩机喘振限制参数CSLP而变的被指令的EGR分数指令CEGRFR，以及用于产生被相应地限制的被指令的EGR分数值CEGRFRL。逻辑块106还可配置成可产生其它限制指令值，如图2中的虚线所示。
控制计算机42还包括空气调节机构控制逻辑块110，其具有接收受限EGR分数指令值CEGRFRL的输入，并且具有在信号通路80上产生EGR阀控制信号的EGR阀控制输出EGRC，以及在信号通路84上产生VGT控制信号的VGT控制输出VGTC。逻辑块110可具有另外的输入，其用于从逻辑块106接收另外的指令值，如图2中的虚线所示。在包括空气调节指令限制块106的控制计算机42的实施例中，空气调节机构控制逻辑块110可操作以用于产生至少随受限EGR分数指令CEGRFRL而变的EGR阀和/或VGT控制信号EGRC和VGTC，其中，这种EGR阀和/或VGT控制信号EGRC和VGTC用来以一定的方式来控制EGR阀36和/或上述VGT控制机构任何一个或组合的位置，这种方式可根据受限EGR分数指令CEGRFRL来实现通过EGR阀36的排气流。当涉及块106所产生的受限EGR分数指令CEGRFR时，空气调节机构控制逻辑块110可操作以用于经由相应的EGR值控制信号EGRC来控制EGR阀36的位置，控制信号EGRC基于CEGRFR来控制EGR阀36的位置，使得从中经过的排气的流率保持在可避免涡轮增压器压缩机喘振的流率以下。涉及这种空气调节机构控制逻辑块110的一种具体实施方式的细节可见题目为“用于分开EGR流量和涡轮增压器临界流量/效率控制机构的系统”的美国专利No.6408834，其转让给本发明的受让人，并且其公开内容通过引用而结合于本文中。在不要求用于本发明用途的上述空气调节指令限制逻辑块106的控制计算机42的实施例中，空气调节机构控制逻辑块110可以是传统的指令处理块，其以已知方式配置成用于产生至少随EGR分数指令CEGRFR而变的EGR阀和/或VGT控制信号EGRC和VGTC。
在一些实施例中，控制计算机42还可包括EGR阀位置限制逻辑块112，其具有从压缩机喘振限制逻辑块104接收表格轴线值TAX1和TAX2的输入，并且还具有接收空气调节机构控制逻辑块110所产生的EGR阀控制信号EGRC的输入，如虚线所示。EGR阀位置限制逻辑块112可以包括在其中压缩机喘振限制逻辑块104配置成除了可产生压缩机喘振限制参数CSLP之外还可产生表格轴线值TAX1和TAX2的实施例中。如下文中更详细地所述，EGR阀位置限制逻辑块112可操作，以用于至少在某些条件下来限制随TAX1和TAX2而变的块110所产生的EGR阀控制信号EGRC，以及用于在信号通路80上产生被相应地限制的EGR阀控制信号EGRCL，其中EGRCL控制EGR阀36的位置，使得从中经过的排气的流率保持在可避免涡轮增压器压缩机喘振的流率以下。可以理解，改变EGR分数指令一般会导致现有的空气调节软件通过控制计算机42来执行，以便通过改变包括但不限于VGT、废气门和排气节流阀的一个或多个空气调节控制机构来补偿所得EGR分数的变化。实际上，压缩机喘振限制参数CSLP可因此而被供应至空气调节指令限制逻辑块106，以便在限制EGR阀控制信号时控制一个或多个空气调节控制机构，从而在所有的空气调节系统工作状态下都能避免涡轮增压器压缩机喘振。
在图2所示的实施例中，供气流量、EGR流量和排气温度估计块100可操作，以用于估计随当前的发动机工作状态而变的供气流率、EGR流率和排气温度。在一个实施例中，供气流量、EGR流量和排气温度估计块100可操作，以用于估计进入进气歧管14的供气质量流量，或供气流量值CF，其中用语“供气”或“供气空气”被定义为进入进气导管20的新鲜空气与通过包括EGR阀36、EGR冷却器40和EGR导管38的EGR输送系统所提供的再循环的排气的组合。在所示实施例中，块100可操作，以便通过首先估计供气进气系统的容积效率(ηv)，然后采用传统的速度/密度方程式来随ηv计算出CF，从而估计供气流量值CF。可以使用用于估计ηv的任何已知的技术，在块100的一个优选实施例，根据以下给出的已知的Taylor的基于马赫数的容积效率方程式来计算ηv：
ηv＝A1*{(Bore/D)2*(stroke*ES)B/sqrt(γ*R*IMT)*[(1+EP/IMP)+A2]}+A3     (1)：
其中，
A1，A2，A3和B是所有可校准的参数，其适合基于成图的发动机数据的容积效率方程式，
Bore是进气阀孔长度，
D是进气阀直径，
Stroke是活塞冲程长度，其中Bore，D和Stroke取决于发动机的几何形状，
γ和R是已知的常数(例如，γ*R＝387.414J/kg/°K)，
ES是发动机转速，
IMP是进气歧管压力，
EP是排气压力，其中EP＝IMP+ΔP，以及
IMT＝进气歧管温度。
在一些实施例中，如上所述，块100配置成可产生作为其输出的容积效率值ηv。在任何情况下，利用根据以上方程式估计的容积效率值ηv，块100便可操作，以便根据以下方程式来计算供气流量值CF：
CF＝ηv*VDIS*ES*IMP/(2*R*IMT)   (2)
其中，
ηv是估计的容积效率，
VDIS是发动机排量，并且一般取决于发动机的几何形状，
ES是发动机转速，
IMP是进气歧管压力，
R是已知的气体常数(例如，R＝53.3ft-lbf/lbm°R或R＝287J/Kg/°K)，以及
IMT是进气歧管温度。
本领域的技术人员将认识到，作为备选，供气流量值CF可根据其它已知的技术来计算或以其它方式来确定。例如，系统10可选择性地包括质量流量传感器，其设置成在导管20和EGR导管38相接合处的下游与进气歧管14或进气导管20流体连通，其中控制计算机42可以已知方式配置成用于从这种质量流量传感器所提供的信息中直接地确定供气流量值。作为另一示例，控制计算机42可配置成根据一种或多种已知的供气流量估计技术来估计供气流量值CF。用于确定供气流量值CF的任何这种可选的机构和/或技术都属于所附权利要求所限定的范围内。
供气流量、EGR流量和排气温度估计块100还可操作，以用于基于当前的发动机工作状态来计算发动机排气温度EXT的估计值。在一个实施例中，块100配置成根据以下方程式来估计EXT：
EXT＝IMT+[(A*ES)+(B*IMP)+(C*SOI)+D)][(LHV*FF)/CF]  (3)：
其中，
IMT是进气歧管温度，
ES是发动机转速，
IMP是进气歧管压力，
SOI是加燃料逻辑块102所产生的开始喷射值，
FF是加燃料逻辑块102所产生的燃料流量值，
CF是进入进气歧管14的供气的质量流率，其可以利用如上所述的技术中的任何一种或多种来确定，
LHV是燃料的下限热值，其是已知的常数，并且取决于发动机12所使用的燃料类型，以及
A，B，C和D是模型常数。
在一个备选实施例中，块100可以是可操作的，以便根据以下方程式计算发动机排气温度估计值EXT：
EXT＝IMT+A+(B*SOI)+C/(CF/FF)+(D*SOI)/ES+E/[(ES*CF)/FF]    (4)：
其中，
IMT是进气歧管温度，
ES是发动机转速，
SOI是加燃料逻辑块102所产生的开始喷射值，
FF是加燃料逻辑块102所产生的燃料流量值，
CF是供气质量流率，以及
A，B，C和D是模型常数。
关于程式(3)和(4)所代表的发动机排气温度模型的其它细节可见题目为“用于估计发动机排气温度的系统”的美国专利No.6508242，其转让给本发明的受让人，并且其公开内容通过引用而结合于本文中。本领域的技术人员将认识到，作为备选，排气温度值EXT可根据其它已知的技术来计算出或以其它方式确定。例如，系统10可选择性地包括图1中的虚线所示的排气温度传感器74，其中控制计算机42可以已知方式配置成用于从传感器74所提供的信息中直接地确定排气温度信息。作为另一示例，控制计算机42可配置成根据一种或多种其它已知的排气温度估计技术来估计排气温度EXT。用于确定排气温度值EXT的任何这种可选的机构和/或技术都属于所附权利要求所限定的范围内。
供气流量、EGR流量和排气温度估计逻辑块100还可操作，以用于估计随压差值ΔP、进气歧管压力IMP、发动机排气温度EXT和有效通流面积EFA而变的EGR流率EGRF，有效通流面积EFA对应于EGR导管38所限定的截面通流面积。在图1和2所示的实施例中，EGR流量和排气温度估计块100可操作，以便计算随EGR阀位置信号EGRP而变的有效通流面积值EFA。在这种实施例中，块100可包括一个或多个方程式、图和/或表，其将EGR位置值EGRP与有效通流面积值EFA关联起来。在任何情况下，块100可操作，以用于根据以下方程式来估计EGR流量值EGRF：
EGRF＝EFA*sqrt[|(2*ΔP*IMP)/(R*EXT)|]   (5)：
其中，
EFA是通过EGR导管38的有效通流面积，
ΔP是跨过EGR阀36的压差，
IMP是进气歧管压力，
R是已知的气体常数(例如，R＝53.3ft-lbf/lbm°R或R＝287J/Kg/°K)，以及
EXT是排气温度，其可以利用上述技术中的任何一种或多种来确定。
与以上EGR流率估计技术以及其它合适的EGR流率估计技术有关的其它细节在题目为“用于估计EGR质量流量和EGR分数的系统和方法”的共同未决的美国专利申请系列号No.09/774897中进行了介绍，其转让给本发明的受让人，并且其公开内容通过引用而结合于本文中。本领域的技术人员将认识到，可以使用其它已知的技术，以用于估计或以其它方式来确定EGR流率值EGRF。例如，系统10可包括温度传感器，其在包括冷却器40的系统10的实施例中与EGR冷却器40的出口流体连通，其中这种传感器可操作，以便产生冷却器出口温度信号，其表示排出EGR冷却器40的排气的温度。在这种实施例中，冷却器出口温度信号可取代方程式(5)中的排气温度值EXT。当与本发明相关时，逻辑块100可操作以用于估计排气温度EXT，其主要用于包含在方程式(5)中，以用于估计EGR流率EGRF。因此，在包括如刚才所述的EGR冷却器出口温度传感器的系统10的实施例中，排气温度值EXT不是必须的，因此可省略逻辑块100的排气温度估计部分。
或者，系统10可包括已知构造的CO或CO2传感器，其在进气导管20与EGR导管38相接合处的下游流体连通式地联接在进气歧管14或进气导管20上。这种CO或CO2传感器可操作，以便产生表示进入进气歧管14的供气空气中的CO或CO2水平的信号，并且可以使用已知的方程式而利用这种信息来确定EGR流率值EGRF。作为另一示例，EGR导管38可具有与之流体连通的质量流量传感器，其中EGR流率EGRF可以从这种传感器所提供的信息中直接确定。作为另一示例，控制计算机42可包括其它EGR流率估计算法，例如在以上所引用的美国专利申请系列号No.09/774897中所述的其中一种或多种可选算法，其中控制计算机42可以是可操作的，以用于根据一种或多种这种可选的EGR流率估计方案来估计EGR流率。任何和所有这种可选的EGR流率确定技术和方案都属于所附权利要求所限定的范围内。
现在参见图3，显示了图2所示压缩机喘振限制逻辑块104的一个说明性实施例104’。在该实施例中，块104’包括涡轮增压器速度-新鲜空气质量流率转换块150，其接收涡轮增压器速度信号TS、压缩机进气口温度信号CIT和压缩机进气口压力信号CIP，并产生相应的质量流率喘振值MAFS。质量流率喘振值MAFS代表(经由压缩机16进入进气歧管14的)新鲜空气的与涡轮增压器速度相关的质量流率，在该质量流率以下会发生涡轮增压器压缩机喘振，在该质量流量以上可避免涡轮增压器压缩机喘振。转换块150可以以在一个或多个方程式、图、表等等上的形式来提供，其将涡轮增压器速度TS、压缩机进气口温度CIT和压缩机进气口压力CIP与质量流率喘振值MAFS关联起来，转换块150的一个说明性实施例的图示如图4中所示。参见图4，显示了校正的涡轮增压器速度相对于质量流量参数的曲线图180。校正的涡轮增压器速度CTS被确定为为涡轮增压器速度TS与压缩机进气口温度CIT的平方根之比，或CTS＝TS/(CIT)1/2。在所示实施例中，质量流量参数MFP确定为新鲜空气质量流率MAFF和压缩机进气口温度CIT的平方根之乘积与压缩机进气口压力之比，或MFP＝MAFF*(CIT)1/2/CIP。涡轮增压器速度/质量流率曲线182代表压缩机正常操作状态和压缩机喘振状态之间的边界。区域184代表会产生和存在涡轮增压器压缩机喘振的校正的涡轮增压器速度和质量流量参数的条件，区域186代表不会发生也不会存在涡轮增压器压缩机喘振的校正的涡轮增压器速度和质量流量参数的条件。因此，曲线182代表校正的涡轮增压器速度，其取决于质量流量参数喘振函数MAFS或“喘振线”，当新鲜空气质量流率值大于MAFS时，可避免涡轮增压器压缩机喘振。
再次参见图3，块104’还包括运算块152，其在加法输入处接收供气流量值CF，并且在减法输入处接收EGR流量值EGRF，其中CF和EGRF各由逻辑块100产生。运算块152可操作，以便计算作为CF和EGRF之差的经由压缩机16供应至进气歧管14的新鲜空气的质量流率的估计值MAFF，或MAFF＝CF-EGRF。在包括新鲜空气质量流率传感器70的系统10的实施例中，新鲜空气质量流率值MAFF可以从如图3中的虚线所示的传感器70所提供的信息中直接得到。当涉及图3所示涡轮增压器喘振限制逻辑块104’的实施例时，在其中新鲜空气质量流率值MAFF从传感器70直接得到的这种实施例中，运算块152可以从块104’省略掉，并且可以省略供气流量、EGR流量和排气温度估计逻辑块100。
在块104’的一个实施例中，质量流率喘振值MAFS被直接提供至除法器块154(块168在该实施例中被省略)的一个输入，并且新鲜空气质量流率值MAFF被提供至除法器块154的另一输入，其中块154可操作，以便产生作为涡轮增压器喘振限制参数TSLP的流量比，该流量比对应于质量流率喘振值MAFS与新鲜空气的质量流率MAFF之比，即TSLP＝MAFS/MAFF。在一个备选实施例中，涡轮增压器速度限制逻辑块104’可选择性地包括质量流率喘振极限逻辑块156，其具有另一与涡轮增压器速度-新鲜空气质量流率相关的转换块158，该模块158接收作为输入的涡轮增压器速度值TS、压缩机进气口温度CIT和压缩机进气口压力值CIP，并且产生作为输出的质量流率喘振极限MAFSL。质量流率喘振极限MAFSL，代表与涡轮增压器速度有关的(经由压缩机16进入进气歧管14的)新鲜空气的质量流率，其大于质量流率喘振值MAFS。转换块158可以以一个或多个方程式、图、表等等的形式来提供，其将涡轮增压器速度TS、压缩机进气口温度CIT和压缩机进气口压力CIP与质量流率喘振值MAFS关联起来，在图4中显示了转换块158的一个说明性实施例的图示。再次参见图4，虚线曲线188代表校正的涡轮增压器速度，其取决于质量流量参数喘振极限函数MAFSL，其中涡轮增压器压缩机喘振不仅对于新鲜空气质量流率值大于MAFSL而言是可避免的，而且对于新鲜空气质量流率值小于MAFSL的可限定的误差带或范围而言是可避免的。可以理解，MAFSL曲线188可以相对于MAFS曲线182不同地定位，以便在它们之间提供新鲜空气质量流率值的任何所需误差带或范围。通常，质量流量参数喘振极限函数MAFSL可以包括在块104’内，以便提供安全的新鲜空气质量流率极限目标，该目标不仅可避免涡轮增压器压缩机喘振，而且允许在EGR阀控制期间小于MAFSL的新鲜空气质量流率值超过质量流率喘振极限MAFSL的一定量的超出度，而不会冒着在涡轮增压器压缩机喘振区域184内操作的危险。或者，质量流率喘振极限MAFSL可在一些实施例中位于质量流率喘振曲线MAFS的左侧，以便在特定的状态下允许新鲜空气质量流率值小于MAFSL。
再次参见图3，块156还包括除法器块160，其接收作为输入的质量流率喘振极限MAFSL，以及块162所产生的常数值如100。在所示实施例中，除法器块160的输出是比率MAFSL/100，其被提供至求和块164的一个输入，求和块164具有接收块166所产生的另一常数值如1的另一输入。在所示实施例中，求和块164根据方程式[1+(MAFSL/100)]来产生作为输出的喘振极限百分比SLP。块156还包括乘法块168，其具有接收求和块164所产生的喘振极限百分比SLP的一个输入，以及接收质量流率喘振值MAFS的另一输入，其中乘法块168的输出是根据方程式MAFS*[1+(MAFSL/100)]得来的质量流量极限MAFL。在该实施例中，质量流量极限MAFL作为除法器块154的一个输入来提供，因此在该实施例中，压缩机喘振限制参数CSLP通过方程式CSLP＝{MAFS*[1+(MAFSL/100)]}/MAFF来给出。可以理解，尽管涡轮增压器喘振限制逻辑块104’的该备选实施例已经显示和描述为用于产生作为流量比MAFS/MAFF和喘振极限百分比[1+(MAFSL/100)]之乘积的涡轮增压器喘振限制参数CSLP，但是作为备选，质量流率喘振极限MAFSL也可作为偏差而施加在质量流率喘振值MAFS上，在这种情况下，压缩机喘振限制参数CSLP可采取通式CSLP＝[MAFS+/-(K*MAFSL)]/MAFF，其中“K”可以是整数或非整数的常数。在这任一种情况下，即在CSLP＝MAFS/MAFF或CSLP＝[MAFS+/-(K*MAFSL)]/MAFF时，通过控制通过EGR阀36的再循环的排气的流率，例如通过以保持CSLP在小于整数的值的方式来控制EGR分数指令CEGRFR，就可避免涡轮增压器压缩机喘振。
在如刚才所述地产生压缩机喘振限制参数CSLP的压缩机喘振限制逻辑块104’的实施例中，控制计算机42包括空气调节指令限制逻辑块106，其参考图2如上所述。现在参见图5，显示了如图2所示的空气调节指令限制逻辑块106的一个说明性实施例106’，它与图3的压缩机喘振限制逻辑块104’有关。块106’包括具有第一输入CEGRFR、第二输入EGRP和第三输入的EGR分数指令限制逻辑块200，其中，第一输入CEGRFR接收空气调节指令逻辑块108所产生的被指令的EGR分数值CEGRFR，第二输入EGRP接收经由信号通路68的EGR位置信号EGRP，第三输入经由信号通路64接收差压信号ΔP。块106’还可包括操作值限制器块2021-202P的数字P，操作值限制器块2021-202P基于相应的发动机和/或涡轮增压器操作参数而为EGR分数指令限制逻辑块200提供偏差极限值，其中P可以是任何正整数。一个这样的限制器块2021是压缩机喘振限制器块，其接收作为输入的压缩机喘振限制逻辑块104’所产生的压缩机喘振限制参数CSLP，并将相应的偏差值提供至EGR分数指令限制逻辑块200的压缩机喘振限制参数偏差输入CSLPOFF。另一限制器块202P，可以是发动机参数限制器块，其接收作为输入的所测得的或估计的发动机参数，并将相应的偏差值提供至EGR分数指令限制逻辑块200的发动机参数偏差输入EPOFF。任何操作值限制器块2022-202P的示例可包括但不限于压缩机出口温度限制器块，其接收作为输入的表示涡轮增压器压缩机16出口处温度的温度信号，涡轮增压器速度限制器块，其在信号通路58上接收作为输入的涡轮增压器速度信号TS，ΔP限制器块，其在信号通路64上接收作为输入的差压信号ΔP，等等。在任何情况下，块200可操作，以便以如下文中更详细地所述的方式来处理一个或多个操作值限制器块2021-202P所提供的偏差信号，以及用于产生对应于被指令的EGR流量值CEGRF的受限EGR分数指令CEGRFRLIM’被指令的EGR流量值CEGRF随至少压缩机喘振限制参数偏差值CSLPOFF的变化来进行限制，并且还可随任何其余操作值限制器块2022-202P所产生的任何一个或多个另外的偏差值的变化来进行限制。
在一个实施例中，受限EGR分数指令CEGRFRLIM被提供至运算块204的加法输入，运算块204具有接收EGR分数EGRFR测量值或估计值的减法输入。用于估计随供气流量所产生的EGR流率估计值EGRF而变的EGR分数值EGRFR的一种技术，图2所示的EGR流量和排气温度估计块100将在下文中参考图10来进行详细描述，然而可以理解，用于图5所示空气调节指令限制逻辑块106’的用途，提供至运算块204的减法输入的EGR分数值EGRFR可以是估计值、测量值或通过任何已知的技术来确定。在任何情况下，所得到的受限EGR分数指令CEGRFRLIM与所测量的或估计的EGR分数值EGRFR之差是被指令的EGR分数极限值CEGRFRL，其被提供至图2的空气调节机构控制逻辑块110。空气调节机构控制逻辑块110可操作以便借助于相应的EGR值控制信号EGRC来控制EGR阀36的位置，该控制信号EGRC基于CEGRFRL用来控制EGR阀36的位置以及一个或多个VGT促动器的位置，使得从中经过的排气的流率保持在其以下可避免涡轮增压器压缩机喘振的流率。
现在参见图6，示出了图的一个示例，其显示了至少图5所示压缩机喘振限制器块2021的操作。在所示实施例中，限制器块2021基于当前的CSLP值和预定的最大参数值之差来施加罚函数，然后基于该差以EGR分数单位来计算减额。限制器2021的偏差输出值是以EGR分数单位而减小的参数值。减额的净效应是减小或限制EGR阀36的开度，从而降低从中经过的EGR流率和相应地减小供应至进气歧管14的供气空气的EGR分数，以及相应地控制一个或多个VGT机构。
在一个实施例中，罚函数(penalty function)施加块2021基于CSLP的预定最大极限值和当前值并根据以下方程式来计算惩罚(Penalty)：
Penalty＝Max Limit/(Max CSLP Limit-Current CSLP Value)，
其中，在Current CSLP Value(当前CSLP值)接近MaxCSLPLimit(最大CSLP极限)时，惩罚(Penalty)项按指数规律地增加。
为了防止罚函数在所有的操作条件下计算减额，该函数相对于预期的初始当前CSLP值来定位，用于通过增加极限比来施加减额，使得Penalty(罚)函数成为以下方程式所限定的Penalty Factor(罚因子)：
Penalty Factor＝[Max Limit/(Max CSLP Limit-Current CSLP Value)]-1/(1-LimitRatio).
这在图6中显示为EGR分数相对于TSLP曲线图2021，其中，罚因子用线214来表示，并且罚因子在极限比216(在图6中为0.75)处与零值(线210)相交。减额由曲线218表示，并且受到最大减额212的限制。
罚因子还必须通过将罚因子与增益项相乘，而以被减去的参数如EGR分数的单位来进行标度。这就产生了实际的减额值，其在图6的曲线图2021中由线212表示。因此，为了调节限制器块2021以用于操作，必须规定三个参数：(1)最大CSLP极限，(2)极限比-其例如被规定为对应于预期的初始减额的MaxCSLP极限的分数，以及(3)增益，其用于将罚因子转换成EGR分数的单位。在图6所示的示例中，增益是0.3，最大减额是0.3。
可以理解，刚才所述的罚函数仅仅是通过示例方式来提供的，其它罚函数也可以用于涡轮增压器喘振限制器块2021。本领域的技术人员将认识到，通过任何块2021-202P施加的罚函数可采取多种形式，并且满足本文所述的一般控制概念的任何罚函数都属于所附权利要求所限定的范围内。
现在参见图7，显示了图5的EGR分数指令限制逻辑块200的一个说明性实施例。块200包括常数块246，其产生与EGR阀32的可检测到的最小排量相对应的EGR位置阈值EGRPTH。该值连同EGR位置信号EGRP一起在信号通路68上被输入至功能块244，其在EGRP大于EGRPTH时产生TRUE(真)值，并且在EGRP小于或等于EGRPTH时产生FALSE(假)值。另一常数块240产生ΔP阈值ΔPTH，其为ΔP传感器60范围和EGR阀36机械性能的函数。该值连同ΔP信号一起在信号通路64上输入至功能块238，其在ΔP大于ΔPTH时产生TRUE值，并且在ΔP小于或等于ΔPTH时产生FALSE值。功能块238和244的输出被提供至OR(或)块242，其具有通向AND(与)块236一个输入的输出。在块238-246的操作中，只有当/当EGR阀36打开时或者当ΔP处在EGR阀打开的ΔP极限以下时，OR块242的输出才为TRUE。刚才所述的功能块的操作因此就防止EGR阀36在高ΔP的状态下打开。
块200还包括继电器块230，其在其第一输入处接收被指令的EGR分数信号CEGRFR。继电器块230的第二输入从块232接收EGR分数真阈值EGRFTHT，继电器块230的第三输入从块234接收EGR分数假阈值EGRFTHF。继电器块230的输出提供了AND块236的第二输入。继电器块230可操作，以便在被指令的EGR分数值CEGRFR处于真阈值EGRFTHT以上时产生TRUE信号，以及在被指令的EGR分数值CEGRFR处于假阈值EGRFTHF时产生FALSE值，其中EGRFTHF小于EGRFTHT。
AND块236的输出被提供至真/假开关250的一个输入，真/假开关250具有第二输入，其接收被指令的EGR分数减小块248的输出。块248具有接收被指令的EGR值CEGRFR的第一加法输入，接收压缩机喘振限制器块2021所产生的压缩机喘振限制参数偏差值CSLPOFF的第二减法输入，以及任何数量的其余的减法输入，它们各自从任何其余工作参数限制器2022-202P的相应一个中接收偏差值。被指令的EGR分数减小块248可操作，以便通过从CEGRFR中减去压缩机喘振限制参数偏差值CSLPOFF以及任何其余工作参数限制器2022-202P所产生的任何其它工作参数偏差值，来减小被指令的EGR分数值CEGRFR。在任何情况下，真/假开关250具有从块252接收常数值K1(例如零)的第三输入，以及提供已知构造的可变比率限制器块254的一个输入的输出。如果AND块236的输出为真值，则真/假开关250将减小的EGR分数指令值块248所产生的提供至可变比率限制器254的输入，否则真/假开关250将值K1(例如零)提供至可变比率限制器的输入。可变比率限制器块254包括从块256接收EGR转换速率(slew rate)值EGRSR的第二输入和从块258接收常数值K2的第三输入。EGR转换速率值可以是可校准的，以用于预期的排气微粒水平，并且其值可以通过在发射光电管中进行适当的调谐来设定。常数K2可以被设定为足够低的值，使得在所得的受限EGR分数指令CEGRFRLIM在EGR阀开启状态下根据转换速率值EGRSR而在数值上上升时，块248所产生的减小的EGR分数指令在EGR阀关闭状态下有效地不受限制，并且CEGRFRLIM可在数值上急剧地变小。
可以理解，图7所示EGR分数指令限制逻辑块200显示用于其中罚函数通过各自只以EGR分数单位而提供的限制器块2021-202P来施加的情形中。块100因此设计成使得CSLPOFF以及任何其余工作参数限制器2022-202P所产生的偏差值只影响受限EGR分数指令CEGRFRLIM。本领域的技术人员将认识到，块200可备选地或另外地配置成使得CSLPOFF和任何一个或多个其余的偏差值经由VGT控制信号来影响一个或多个其它空气调节系统指令。关于刚才所述的空气调节指令逻辑块106’的一个具体实施例的其它细节可见题目为“用于管理内燃机中的供气流量和EGR分数的系统”的美国专利N0.6,480,782，其转让给本发明的受让人，并且其公开内容通过引用而结合于本文中。
如上参考图3所述，只要CSLP保持在小于单位(unity)的值，就可避免涡轮增压器压缩机喘振。刚才所述的空气调节指令限制逻辑块106’可操作，以便限制被指令的EGR分数值CEGRF，使得空气调节机构控制逻辑块110可操作以用于借助于相应的EGR值控制信号EGRC来控制EGR阀36的位置，该EGRC信号基于所得的受限EGR分数指令CEGRFRL来控制或减小EGR阀36的位置以便CSLP值大于单位，使得从中经过的排气的流率保持为在其以下就可避免涡轮增压器压缩机喘振的流率。备选地或另外地，VGT控制信号可以以类似的方式来控制以便减小EGR分数。
如上针对图2所述，构思了压缩机喘振限制逻辑块104的实施例，其不会产生压缩机喘振限制参数CSLP，而且作为产生CSLP的替代或附加，而产生表格轴线参数TAX1和TAX2。回到图3，所示和所述的压缩机喘振限制逻辑块104’的实施例可备选地或另外地提供作为第一表格轴线参数TAX1的CSLP，以及作为第二表格轴线参数TAX2的供气流量值CF，如虚线所示。在该实施例中，控制计算机42包括EGR阀位置限制逻辑块112，其可备选地或另外地限制块110所产生的EGR阀控制信号EGRC和/或可控制VGT，以便控制涡轮增压器压缩机喘振。
现在参见图8，显示了EGR阀位置限制逻辑块112的一个说明性实施例112’，其涉及图3所示涡轮增压器喘振限制逻辑块104’所产生的表格轴线值TAX1和TAX2。图8所示的实施例112’将被描述为配置成用于限制EGR阀控制信号EGRC，以便在没有空气调节指令限制逻辑块106’的情况下控制涡轮增压器压缩机喘振，然而可以理解，实施例112’或者可用于与块106’组合在一起以便增强或改进块106’的操作。在任何情况下，图8的EGR阀位置限制逻辑块112’包括EGR阀控制信号简约表270，其接收作为一个表格轴线如TAX1的压缩机喘振限制参数CSLP，以及作为另一表格轴线如TAX2的供气流量值CF。在该实施例中，压缩机喘振限制参数CSLP，对应于MAFS/MAFF或{MAFS*[1+(MAFSL/100)]}/MAFF形式的流量比，如上所述，其中流量比在表格270中由变量“R”表示。流量比值R1-RM限定了表格270的一条轴线，供气流量值CF1-CFN限定了表格270的另一轴线，表格270带有EGR阀控制信号减小值RD11-RDMN，其中“M”和“N”可以是任何正整数。通常，减小值RD11-RDMN小于单位，使得通过乘法块272随后将EGR阀控制信号EGRC乘以其中一个合适RD值以便产生减小的EGR阀控制信号EGRCR，会导致通过EGR阀36的再循环的排气的流量缩减或减小。
块112’还包括功能块276，其在一个输入接收压缩机喘振限制参数CSLP，并且在另一输入借助于块278来接收常数值例如1。如果TSLP小于1，则功能块276的输出为TRUE，如果TSLP大于或等于1，则功能块276的输出为FALSE。功能块276的输出提供至真/假开关或块274的控制输入，该块274具有接收EGR阀控制信号EGRC的第二输入，以及接收乘法块272所产生的减小的EGR阀控制信号EGRCR的第三输入。真/假块274的输出是受限的EGR阀控制信号EGRCL。
块112’配置成使得真/假块274将EGR阀控制信号EGRC直接地传递至EGRCL输出，只要CSLP保持小于单位。然而，如果CSLP大于或等于单位(unity)，则真/假块274就将减小的EGR阀控制信号EGRCR传递至EGRCL输出，其中EGRCR是EGR阀控制信号EGRC，随CSLP和供气流量值CF的变化通过表格270的其中一个合适减小值RD而被减小。位于表格270上的减小值RD选择成使得对于CSLP值大于单位而言所得的减小的EGR阀控制信号值EGRCR以一定的方式来控制EGR阀36，这种方式可使从中经过的再循环的排气的流率保持在会产生涡轮增压器压缩机喘振的流率以下。
可以理解，尽管图8的EGR阀位置限制逻辑块112’被显示和描述为开环EGR阀控制信号限制方案，但是作为备选，块112’也可配置成为闭环EGR阀控制信号限制方案，其采用了本领域技术人员众所周知的技术。例如，块112’可以被改进以形成闭环控制方案，这是通过反馈回来EGR位置信号EGRP，计算受限EGR阀控制信号EGRCL和EGR位置信号EGRP之间的误差，并且借助于已知构造的合适控制器将该误差值控制为零来实现的，例如采用已知的比例、积分和导数技术等等的任何组合。对块112’的任何这种修改以便执行受限EGR阀控制信号EGRL的闭环控制对于本领域技术人员而言都是机械性的步骤。
现在参见图9，显示了图2的压缩机喘振限制逻辑块104的另一说明性实施例104”。压缩机喘振限制逻辑块104”具有与图3的压缩机喘振限制逻辑块104’一样的若干元件，因此同样的标号用来表示同样的部件。出于简洁起见，在这里不再重复这些同样元件的全面介绍。在图10所示的实施例中，块104”包括运算块300，其在包括可选的质量流率喘振极限逻辑块156时接收要么MAFS，要么在减法输入处接收MAFL，以及在加法输入处接收块100所产生的供气流量值CF。块300的输出是CF与MAFS或MAFL之差，并且代表最大EGR流量值EGRFMAX，在该流量值EGRFMAX以下就可以避免涡轮增压器压缩机喘振。
通常，经由压缩机16供应至进气歧管14的新鲜空气的质量流率MAFF是供应至进气歧管14的供气空气的质量流率CF与经由EGR阀36供应至进气歧管14的再循环的排气的质量流率EGRF之差，或者表达为MAFF＝CF-EGRF，如上所述。参考图4所述，需要保持新鲜空气的质量流率MAFF大于质量流率喘振值MAFS或者大于质量流量极限MAFL(这两者都是涡轮增压器速度的函数)，以便避免涡轮增压器压缩机喘振。例如根据质量流率喘振值MAFS，这种状态要求MAFF＝CF-EGRF＞MAFS，或者EGRF＜CF-MAFS，例如根据质量流量极限值MAFL，这种状态要求EGRF＜CF-MAFL。在其以下就可避免涡轮增压器压缩机喘振的最大EGR流量值EGRFMAX，因此由方程式EGRFMAX＝CF-MAFS(或MAFL)来限定，其为运算块300的输出。
压缩机喘振限制逻辑块104”还包括EGR分数确定逻辑块302配置成将最大EGR流率值EGRFMAX转化成最大EGR分数值EGRFRMAX，其随供气流量值CF和最大EGR流量值EGRFMAX而变化。在所示实施例中，EGR分数确定逻辑块302配置成计算作为CF和EGRFMAX之比的最大EGR分数值EGRFRMAX；即，EGRFRMAX＝EGRFMAX/CF。可以理解，如刚才所述对最大EGR分数值EGRFRMAX的计算，代表基于对通过EGR阀36的排气恒温和通过EGR阀36的稳态排气流的假设而对该参数的简化近似，并且忽略了再循环的排气通过EGR阀36时与在发动机汽缸中达到相应的EGR分数时之间的可变延时所导致的效应。关于用于寻址并且包括一种或多种这种假设效果的方案的其它细节在题目为“用于估计EGR质量流量和EGR分数的系统和方法”的共同未决的美国专利申请系列号No.09/774897中有介绍，该专利申请转让给本发明的受让人，并且其公开内容通过引用而结合于本文中。在任何情况下，图9所示块104”的实施例中的涡轮增压器速度限制参数TSLP对应于最大EGR分数值EGRFRMAX。
在产生压缩机喘振限制参数CSLP的压缩机喘振限制逻辑块104”的实施例中，如刚才所述，控制计算机42包括参见图2如上所述的空气调节指令限制逻辑块106。现在参见图10，显示了图2的空气调节指令限制逻辑块106的一个说明性实施例106”，此时其与图10的压缩机喘振限制逻辑块104”相关。在一个实施例中，块106”包括MIN块310，其接收作为第一输入的在这种情况下为最大EGR分数值EGRFRMAX的压缩机喘振限制参数CSLP，并且接收作为第二输入的被指令的EGR分数值CEGRFR。MIN块310的输出是受限EGR分数指令CEGRFRL，并且对应于被指令的EGR分数CEGRFR的最小值，以及最大EGR分数值EGRFRMAX。在一个备选实施例中，块310可以是已知构造的比率限制器，其从块312接收比率极限值RATE。在该实施例中，比率限制器312可操作，以便在比率极限值RATE所限定的比率下将被指令的EGR分数CEGRFR限制为最大EGR分数值EGRFRMAX。在这两种情况下，块310可操作，以便限制被指令的EGR分数CEGRFR，并产生相应地受限的EGR分数指令CEGRFRL，空气调节机构控制逻辑块110可操作以用于借助于相应的EGR值控制信号EGRC来控制EGR阀36的位置，该控制信号EGRC基于CEGRFRL来控制EGR阀36的位置和/或控制VGT控制信号，使得从中经过的排气的流率保持在其以下就可避免涡轮增压器压缩机喘振的流率。
参考图2如上所述，构思了压缩机喘振限制逻辑块104的实施例，其不产生压缩机喘振限制参数CSLP，而是作为产生CSLP的替代或作为附加，来产生表格轴线参数TAX1和TAX2。回到图9，所示和所述压缩机喘振限制逻辑块104”的实施例可备选地或另外地提供作为第一表格轴线参数TAX1的MAFS或MAFL(MAFL通过示例来显示)，以及作为第二表格轴线参数TAX2的供气流量值CF，如虚线所示。在该实施例中，EGR阀位置限制逻辑块112可备选地或另外地限制块110所产生的EGR阀控制信号EGRC，以便控制涡轮增压器压缩机喘振。
现在参见图11，显示了的EGR阀位置限制逻辑块112另一说明性实施例112”，其中该实施例与图10的涡轮增压器喘振限制逻辑块104”相关。质量流量极限值MAFL1-MAFLM(或者作为备选，质量流率喘振值MAFS1-MAFSM)限定了表格320的一条轴线，并且供气流量值CF1-CFN限定了表格320的另一条轴线，表格320带有EGR阀控制信号减小值RD11-RDMN，其中“M”和“N”可以是任何正整数。通常，减小值RD11-RDMN小于单位，使得通过乘法块322随后将EGR阀控制信号EGRC乘以其中一个合适RD值就会产生受限EGR阀控制信号EGRCL，这会导致通过EGR阀36再循环的排气的流量的合适减少或减小。
参见图9如上所述，只要通过EGR阀36的再循环的排气的流率保持在被定义为CF和MAFL(或MAFS)之差的最大EGR流量值EGRFMAX以下，就可避免涡轮增压器压缩机喘振。表格320所带的减小值RD因此被选择成随CF和MAFL(或MAFS)而变化，使得所得的受限EGR阀控制信号值EGRCL可操作以用于控制EGR阀36的位置，使得从中经过的排气的流率保持在其以下就可避免涡轮增压器压缩机喘振的流率。
可以理解，尽管图11的EGR阀位置限制逻辑块112”被显示和描述为开环EGR阀控制信号限制方案，但是作为备选，块112”也可配置成为闭环EGR阀控制信号限制方案，其采用了本领域技术人员众所周知的技术。例如，通过反馈回来EGR位置信号EGRP，计算受限EGR阀控制信号EGRCL和EGR位置信号EGRP之间的误差，以及借助于已知构造的合适控制器，例如采用已知的比例、积分和导数技术等的任何组合而将该误差值控制为零，就可以修改块112”而形成闭环控制方案。对块112”的任何这种修改以便执行受限EGR阀控制信号EGRL的闭环控制对于本领域技术人员而言都是机械性的步骤。
尽管已经在以上附图和说明书中对本发明进行了详细的显示和介绍，但这些显示和介绍都是说明性的而非具有限制性，可以理解，仅仅显示和介绍了本发明的优选实施例，属于本发明实质范围内的所有变化和修改都将受到保护。例如，尽管针对算法300和400在上文中介绍了各种加法计数器，但是，本领域技术人员可以认识到这些计数器也可以是减法计数器，对算法300和400进行的用以实现备选计数器构造的任何修改对于本领域技术人员而言都是机械性的步骤。

Claims (20)

1.一种用于控制涡轮增压器压缩机喘振的系统，包括：
具有进气歧管和排气歧管的内燃机；
包括压缩机的涡轮增压器，所述压缩机具有流体连通式地联接到周围环境上的进气口和流体连通式地联接在所述进气歧管上的出口；
设置成与流体连通式地联接在所述进气歧管和排气歧管之间的EGR导管相串联的排气再循环(EGR)阀，所述EGR阀响应于EGR阀控制信号以便控制从中经过的排气流；
用于确定对应于供应至所述进气歧管的新鲜空气质量流率的质量流量参数的器件；
产生表示涡轮增压器速度的速度信号的速度传感器；以及
控制计算机，其可配置成确定随速度信号而变的、对应于新鲜空气质量流率的质量流率喘振值，在所述新鲜空气质量流率以上就可避免涡轮增压器压缩机喘振，所述控制计算机限制随所述质量流量参数和所述质量流率喘振值而变的EGR阀控制信号，以便使通过所述EGR阀的排气流量保持在一定的流率，在该流率以下就可避免涡轮增压器压缩机喘振。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述质量流量参数对应于所述压缩机供应至所述进气歧管的新鲜空气的质量流率；
其中，所述控制计算机配置成确定作为所述质量流率喘振值和所述新鲜空气的质量流率之比的流量比，并且所述控制计算机可限制随所述流量比而变的所述EGR阀控制信号。
3.根据权利要求2所述的系统，还包括：
压缩机进气口温度传感器，其产生表示涡轮增压器压缩机进气口温度的压缩机进气口温度信号，以及
压缩机进气口压力传感器，其产生表示涡轮增压器压缩机进气口压力的压缩机进气口压力信号，
其中，所述控制计算机配置成确定质量流量参数，其作为新鲜空气的质量流率和压缩机进气口温度信号和压缩机进气口压力信号的平方根之乘积的比率。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括压缩机进气口温度传感器，其产生表示涡轮增压器压缩机进气口温度的压缩机进气口温度信号，
其中，所述控制计算机配置成确定进一步随所述压缩机进气口温度信号而变的所述质量流量喘振值。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括压缩机进气口压力传感器，其产生表示涡轮增压器压缩机进气口压力的压缩机进气口压力信号，
其中，所述控制计算机配置成确定进一步随所述压缩机进气口压力信号而变的所述质量流量喘振值。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制计算机包括：
用于产生对应于再循环的排气相对于供应至所述进气歧管的空气供气的预期分数的EGR分数指令的器件，所述空气供气是再循环的排气和新鲜空气的组合；
响应于所述EGR分数指令和所述流量比而产生与在其以下就可避免涡轮增压器压缩机喘振的EGR分数相对应的受限EGR分数指令的器件；以及
响应于所述受限EGR分数指令而产生所述EGR阀控制信号的器件。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制计算机还可配置成确定随所述速度信号而变的质量流率喘振极限，其对应于大于所述质量流率喘振值的新鲜空气质量流率；
其中，所述控制计算机配置成确定进一步随所述质量流率喘振极限而变的所述流量比。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制计算机配置成确定作为一和所述质量流率喘振极限与一百之比之和的喘振极限百分比；
其中，所述控制计算机可配置成用于计算作为所述质量流率喘振值和所述喘振极限百分比之乘积的质量流率极限，并且用于确定作为所述质量流率极限和所述新鲜空气质量流量之比的所述流量比。
9.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制计算机包括：
用于产生对应于再循环的排气相对于供应至所述进气歧管的空气供气的预期分数的EGR分数指令的器件，所述空气供气是再循环的排气和新鲜空气的组合；
响应于所述EGR分数指令而产生所述EGR阀控制信号的器件；
用于确定对应于所述空气供气的质量流率的供气流量值的器件；以及
用于限制随所述流量比和所述供气流量值而变的所述EGR阀控制信号的器件，以便通过所述EGR阀的排气流量保持在一定的流率下，在所述流率以下就可避免所述涡轮增压器压缩机喘振。
10.根据权利要求9所述的系统，其中用于限制所述EGR阀控制信号的所述器件包括：
用于确定随所述流量比和所述供气流量值而变的减小值的器件，所述减小值对应于要求用来保持从中经过的排气流处于在其以下可避免所述涡轮增压器压缩机喘振的流率下的通过所述EGR阀的排气流的减小量；以及
用于只有当所述流量比大于或等于预定的定量值时才限制随所述减小值和所述EGR阀控制信号而变的所述EGR阀控制信号的器件。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制计算机还配置成用于确定随所述速度信号而变的质量流率喘振极限，其对应于大于所述质量流率喘振值的新鲜空气质量流率；
其中，所述控制计算机配置成确定进一步随所述质量流率喘振极限而变的所述流量比。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制计算机配置成确定作为一和所述质量流率喘振极限与一百之比之和的喘振极限百分比；
其中，所述控制计算机配置成计算作为所述质量流率喘振值和所述喘振极限百分比之乘积的质量流率极限，以及用于确定作为所述质量流率极限与所述新鲜空气的质量流量之比的所述流量比。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述质量流率参数是供气流量值，其对应于经由所述压缩机供应至所述进气歧管的新鲜空气与经由所述EGR阀供应至所述进气歧管的再循环的排气的组合的质量流率；以及
其中，所述控制计算机配置成限制随所述质量流率喘振值和所述供气流量值而变的所述EGR阀控制信号。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制计算机包括：
用于产生对应于再循环的排气相对于供应至所述进气歧管的空气供气的预期分数的EGR分数指令的器件，所述空气供气是新鲜空气和再循环的排气的组合；
用于确定随所述质量流率喘振值和所述供气流量值而变的最大EGR分数值的器件，所述最大EGR分数值对应于在其以下就可避免所述涡轮增压器压缩机喘振的EGR分数；
用于产生随所述EGR分数指令和所述最大EGR分数值而变的受限EGR分数指令的器件；以及
响应于所述受限EGR分数指令而产生所述EGR阀控制信号的器件。
15.根据权利要求14所述的系统，其中用于确定最大EGR分数值的所述器件包括：
用于计算作为小于所述质量流率喘振值的所述供气流量值的最大EGR流率值的器件；以及
用于计算随所述最大EGR流率值而变的所述最大EGR分数值的器件。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制计算机还配置成确定随所述速度信号而变的质量流率喘振极限，其对应于大于所述质量流率喘振值的新鲜空气质量流率；
其中，所述控制计算机配置成确定进一步随所述质量流率喘振极限而变的所述流量比。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制计算机配置成确定作为一和所述质量流率喘振极限与一百之比之和的喘振极限百分比；
其中，所述控制计算机配置成计算作为所述质量流率喘振值和所述喘振极限百分比之乘积的质量流率极限，以及用于确定作为所述质量流率极限和所述新鲜空气的质量流量之比的所述流量比。
18.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制计算机包括：
用于确定随所述质量流率喘振值和所述供气流量值而变的减小值的器件，所述减小值对应于用来将从中经过的排气流保持为在其以下就可避免所述涡轮增压器压缩机喘振的流率下所要求的通过所述EGR阀的排气流减小量；以及
用于限制随所述减小值和所述EGR阀控制信号而变的所述EGR阀控制信号的器件。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制计算机还配置成确定随所述速度信号而变的质量流率喘振极限，其对应于大于所述质量流率喘振值的新鲜空气质量流率；
其中，所述控制计算机配置成确定进一步随所述质量流率喘振极限而变的所述流量比。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述控制计算机配置成确定作为一和所述质量流率喘振极限与一百之比之和的喘振极限百分比；
其中，所述控制计算机配置成计算作为所述质量流率喘振值和所述喘振极限百分比之乘积的质量流率极限，以及用于确定作为所述质量流率极限和所述新鲜空气的质量流量之比的所述流量比。
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