專利名稱：用于控制渦輪增壓器壓縮機喘振的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及用于控制渦輪增壓式內(nèi)燃機的系統(tǒng)，更具體地涉及用于控制渦輪增壓器壓縮機喘振的系統(tǒng)。
背景技術：
渦輪增壓機器是眾所周知的，并且通常用于內(nèi)燃機工業(yè)以便壓縮進入發(fā)動機燃燒室的空氣進氣，從而增加發(fā)動機的效率和功率輸出。通常，壓縮空氣進氣可增加在進氣沖程期間進入發(fā)動機汽缸的空氣量，這就允許更多的燃料用于形成預期的空氣/燃料比。從而導致可用的發(fā)動機輸出扭矩和功率增大。
用于內(nèi)燃機的傳統(tǒng)渦輪增壓器包括設在排出發(fā)動機排氣歧管的排氣通路中的渦輪，其中渦輪一般包括被所通過的排氣流轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)輪。渦輪轉(zhuǎn)輪可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接在與發(fā)動機空氣進氣系統(tǒng)相串聯(lián)地設置的壓縮機的轉(zhuǎn)輪上。排氣流導致的渦輪旋轉(zhuǎn)導致壓縮機轉(zhuǎn)輪類似地旋轉(zhuǎn)，其中壓縮機轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)用于增加新鮮空氣的流量，從而增加空氣進氣系統(tǒng)內(nèi)的空氣壓力。通常，渦輪增壓器渦輪和壓縮機轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速、以及空氣進氣系統(tǒng)內(nèi)的空氣壓力與排氣的流率(flow rate)成比例，排氣的流率本身又與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成比例。
在上述類型的渦輪增壓器的操作中，已經(jīng)知道，稱為渦輪增壓器壓縮機喘振的狀態(tài)會在某些發(fā)動機和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)操作下發(fā)生。通常，當在進氣歧管內(nèi)積聚的壓力超過壓縮機維持正向空氣運動的能力時，就會發(fā)生渦輪增壓器壓縮機喘振。當發(fā)生喘振時，進氣歧管的空氣壓力會下降一個一般與喘振狀態(tài)的強度成比例的量。
許多發(fā)動機和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)狀態(tài)會影響并限定渦輪增壓器壓縮機喘振，例如包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機燃料加注速度、渦輪增壓器速度、空氣進氣的質(zhì)量流率、進氣歧管壓力、進氣歧管容積、進氣歧管溫度，等等。在包括排氣再循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)動機中，影響并確定渦輪增壓器壓縮機喘振的另一發(fā)動機工作參數(shù)是再循環(huán)至進氣歧管的排氣的流率，它會影響空氣進氣的質(zhì)量流率和進氣歧管壓力。因此需要一種用于監(jiān)控EGR流率或EGR分數(shù)的系統(tǒng)，其中EGR分數(shù)是再循環(huán)的排氣相對于進入進氣歧管的總供氣的分數(shù)，以便以避免渦輪增壓器壓縮機喘振的方式來控制這種EGR流率或EGR分數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可包括一個或多個以下特征及其組合。用于控制渦輪增壓器壓縮機喘振的系統(tǒng)可包括具有進氣歧管和排氣歧管的內(nèi)燃機，包括壓縮機的渦輪增壓器，壓縮機具有流體連通式地聯(lián)接在周圍空氣上的進氣口和流體連通式地聯(lián)接在進氣歧管上的出口，還包括設置成與流體連通式地聯(lián)接在進氣歧管和排氣歧管之間的EGR導管相串聯(lián)的排氣再循環(huán)(EGR)閥，響應于EGR閥控制信號以便控制從中經(jīng)過的排氣流的EGR閥，用于確定對應于供應至進氣歧管的空氣質(zhì)量流率的質(zhì)量流率參數(shù)的器件，產(chǎn)生表示渦輪增壓器速度的速度信號的速度傳感器，以及控制計算機?？刂朴嬎銠C可配置成來確定隨速度信號而變的、對應于新鮮空氣質(zhì)量流率的質(zhì)量流率喘振值，在該新鮮空氣質(zhì)量流率以上就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振，并且來限制隨質(zhì)量流率參數(shù)和質(zhì)量流率喘振值而變的EGR閥控制信號，以便使通過EGR閥的排氣流保持在一定的流率，在該流率以下就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振。
在一個實施例中，質(zhì)量流率參數(shù)可對應于由壓縮機供應至進氣歧管的新鮮空氣的質(zhì)量流率，在該實施例中，控制計算機可配置成確定作為質(zhì)量流率喘振值和新鮮空氣的質(zhì)量流率之比的流量比，并且控制計算機可限制隨該流量比而變的EGR閥控制信號。在該實施例中，控制計算機可包括用于產(chǎn)生對應于再循環(huán)的排氣相對于供應至進氣歧管的供氣的預期分數(shù)的EGR分數(shù)指令的器件，該供氣是再循環(huán)的排氣和新鮮空氣的組合，響應于EGR分數(shù)指令和流量比而產(chǎn)生對應于在其以下就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振的EGR分數(shù)的受限EGR分數(shù)指令的器件，以及響應于受限EGR分數(shù)指令而產(chǎn)生EGR閥控制信號的器件。在該實施例中，控制計算機還可配置成來確定隨速度信號而變的質(zhì)量流率喘振極限，其對應于大于質(zhì)量流率喘振值的新鮮空氣質(zhì)量流率，并且控制計算機可配置成來確定進一步隨質(zhì)量流率喘振極限而變的流量比?？刂朴嬎銠C還可配置成確定作為一和質(zhì)量流率喘振極限與一百之比之和的喘振極限百分比，并且控制計算機可配置成用于計算作為質(zhì)量流率喘振值和喘振極限百分比之乘積的質(zhì)量流率極限，并且用于確定作為質(zhì)量流率極限和新鮮空氣質(zhì)量流量之比的流量比。
或者，控制計算機可包括用于產(chǎn)生對應于再循環(huán)的排氣相對于供應至進氣歧管的供氣的預期分數(shù)的EGR分數(shù)指令的器件，供氣是再循環(huán)的排氣和新鮮空氣的組合，響應于EGR分數(shù)指令而產(chǎn)生EGR閥控制信號的器件，用于確定對應于空氣供氣質(zhì)量流率的供氣流量(charge flow)值的器件，以及用于限制隨流量比和供氣流量值而變的EGR閥控制信號的器件，以便通過EGR閥的排氣流量保持在一定的流率下，在該流率以下就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振。在該實施例中，用于限制EGR閥控制信號的器件可包括用于確定隨流量比和供氣流量值而變的減小值的器件，該減小值對應于要求用來保持從中經(jīng)過的排氣流量處于在其以下可避免渦輪增壓器壓縮機喘振的流率的通過EGR閥的排氣流的減小量，以及用于只有當流量比大于或等于預定的定量值時才限制隨減小值和EGR閥控制信號而變的EGR閥控制信號的器件。在該實施例中，控制計算機還可配置成用于確定隨速度信號而變的質(zhì)量流率喘振極限，其對應于大于質(zhì)量流率喘振值的新鮮空氣質(zhì)量流率，并且控制計算機可配置成確定進一步隨質(zhì)量流率喘振極限而變的流量比?？刂朴嬎銠C還可配置成確定作為一和質(zhì)量流率喘振極限與一百之比之和的喘振極限百分比，并且控制計算機可配置成計算作為質(zhì)量流率喘振值和喘振極限百分比之乘積的質(zhì)量流率極限，以及用于確定作為質(zhì)量流率極限與新鮮空氣的質(zhì)量流量之比的流量比。
在一個備選實施例中，質(zhì)量流率參數(shù)可以是供氣流量值，其對應于經(jīng)由壓縮機供應至進氣歧管的新鮮空氣與經(jīng)由EGR閥供應至進氣歧管的再循環(huán)的排氣的組合的質(zhì)量流率，并且在該實施例中，控制計算機可以配置成限制隨質(zhì)量流率喘振值和供氣流量值而變的EGR閥控制信號?？刂朴嬎銠C在該實施例中可包括用于產(chǎn)生對應于再循環(huán)的排氣相對于供應至進氣歧管的供氣的預期分數(shù)的EGR分數(shù)指令的器件，供氣是新鮮空氣和再循環(huán)的排氣的組合，用于確定隨質(zhì)量流率喘振值和供氣流量值而變的最大EGR分數(shù)值的器件，最大EGR分數(shù)值對應于在其以下就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振的EGR分數(shù)，用于產(chǎn)生隨EGR分數(shù)指令和最大EGR分數(shù)值而變的受限EGR分數(shù)指令的器件，以及響應于受限EGR分數(shù)指令而產(chǎn)生EGR閥控制信號的器件。用于確定最大EGR分數(shù)值的器件可包括用于計算作為小于質(zhì)量流率喘振值的供氣流量值的最大EGR流率值的器件，以及用于計算隨最大EGR流率值而變的最大EGR分數(shù)值的器件。控制計算機還可配置成來確定隨速度信號而變的質(zhì)量流率喘振極限，其對應于大于質(zhì)量流率喘振值的新鮮空氣質(zhì)量流率，以及用于確定進一步隨質(zhì)量流率喘振極限而變的流量比。控制計算機還可配置成確定作為一和質(zhì)量流率喘振極限與一百之比之和的喘振極限百分比，用于計算作為質(zhì)量流率喘振值和喘振極限百分比之乘積的質(zhì)量流率極限，以及用于確定作為質(zhì)量流率極限和新鮮空氣的質(zhì)量流量之比的流量比。
或者，控制計算機可包括用于確定隨質(zhì)量流率喘振值和供氣流量值而變的減小值的器件，減小值對應于用來將從中經(jīng)過的排氣流保持為在其以下就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振的流率下所要求的通過EGR閥的排氣流減小量，以及用于限制隨減小值和EGR閥控制信號而變的EGR閥控制信號的器件。控制計算機還可配置成確定隨速度信號而變的質(zhì)量流率喘振極限，其對應于大于質(zhì)量流率喘振值的新鮮空氣質(zhì)量流率，以及用于確定進一步隨質(zhì)量流率喘振極限而變的流量比。控制計算機還可進一步配置成確定作為一和質(zhì)量流率喘振極限與一百之比之和的喘振極限百分比，用于計算作為質(zhì)量流率喘振值和喘振極限百分比之乘積的質(zhì)量流率極限，以及用于確定作為質(zhì)量流率極限和新鮮空氣的質(zhì)量流量之比的流量比。
從以下對說明性實施例的描述中，可以更清楚本發(fā)明的這些和其它目的。


圖1是用于控制渦輪增壓器壓縮機喘振的系統(tǒng)的一個說明性實施例的圖。
圖2是涉及控制渦輪增壓器壓縮機喘振的圖1所示控制計算機的一些內(nèi)部特征的一種說明性配置的框圖。
圖3是圖2所示壓縮機喘振限制邏輯塊的一種說明性配置的框圖。
圖4是校正的渦輪增壓器速度相對于進氣空氣質(zhì)量參數(shù)的曲線圖，顯示了渦輪增壓器壓縮機喘振和壓縮機喘振的危險區(qū)。
圖5是與圖3所示壓縮機喘振限制邏輯塊一起使用的圖2所示空氣調(diào)節(jié)指令限制邏輯塊的一種說明性配置的框圖。
圖6是EGR分數(shù)相對于壓縮機喘振限制參數(shù)的曲線圖，顯示了圖5所示壓縮機喘振限制器塊的一個實施例。
圖7是圖5所示EGR分數(shù)指令限制邏輯塊的一個說明性實施例的框圖。
圖8是關于圖2所示EGR閥位置限制邏輯塊的一個說明性實施例的框圖，其與圖3所示壓縮機喘振限制邏輯塊的實施例相關聯(lián)。
圖9是圖2所示壓縮機喘振限制邏輯塊的另一說明性配置的框圖。
圖10是與圖9所示壓縮機喘振限制邏輯塊一起使用的圖2所示空氣調(diào)節(jié)指令限制邏輯塊的另一說明性配置的框圖。
圖11是圖2所示EGR閥位置限制邏輯塊的另一說明性實施例的框圖，其與圖10所示壓縮機喘振限制邏輯塊實施例相關聯(lián)。
具體實施例方式
為了促進對本發(fā)明原理的理解，現(xiàn)在參見附圖中所示的多個實施例并采用專用術語來對其進行描述。然而應當理解，這不限制本現(xiàn)在參見圖1，顯示了用于控制渦輪增壓式內(nèi)燃機中的渦輪增壓器壓縮機喘振的系統(tǒng)10的一個說明性實施例的圖。該系統(tǒng)10包括具有進氣歧管14的內(nèi)燃機12，其經(jīng)由進氣導管20流體連通式地聯(lián)接在渦輪增壓器18的壓縮機16的出口上，其中壓縮機16包括聯(lián)接在進氣導管22上以用于從中接收新鮮的周圍空氣的壓縮機進氣口。如圖1中的虛線所示，系統(tǒng)10可選擇性地包括已知構(gòu)造的空氣進氣冷卻器24，其設置成與渦輪增壓器壓縮機16和進氣歧管14之間的進氣導管20相串聯(lián)。渦輪增壓器壓縮機16經(jīng)由主動軸28而機械式地和可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接在渦輪增壓器渦輪26上，其中渦輪26包括渦輪進氣口，其經(jīng)由排氣導管32而流體連通式地聯(lián)接在發(fā)動機12的排氣歧管30上，并且還包括經(jīng)由排氣導管34流體連通式地與周圍空氣相連的渦輪出口。EGR閥36設置成與EGR導管38相串聯(lián)，EGR導管38在一端流體連通式地聯(lián)接在進氣導管20上并且在相反端聯(lián)接在排氣導管32上，已知構(gòu)造的EGR冷卻器40可選擇性地設置成與EGR閥36和進氣導管20之間的EGR導管38相串聯(lián)，如圖1中的虛線所示。
系統(tǒng)10包括控制計算機42，其一般可操作以用于控制和管理發(fā)動機12的全部操作?？刂朴嬎銠C42包括存儲器45以及用于與聯(lián)接在發(fā)動機12上的各種傳感器和系統(tǒng)接口的許多輸入和輸出。在一個實施例中，控制計算機42是基于微處理器的，并且可以是已知的控制單元，有時稱為電子控制模塊或發(fā)動機控制模塊(ECM)，電子控制單元或發(fā)動機控制單元(ECU)等，或者可以是能夠如下所述地操作的通用用途的控制電路。在任何情況下，控制計算機42包括用于控制渦輪增壓器壓縮機喘振的一種或多種控制算法，如下更詳細地所述。
控制計算機42包括用于從與系統(tǒng)10相關聯(lián)的各種傳感器或傳感系統(tǒng)中接收信號的許多輸入。例如，系統(tǒng)10包括進氣歧管溫度傳感器44，其設置成與發(fā)動機12的進氣歧管14流體連通，并且經(jīng)由信號通路46而電連接在控制計算機42的進氣歧管溫度輸入IMT上。進氣歧管溫度傳感器44可以是已知的構(gòu)造，并且可操作以用于在信號通路46上產(chǎn)生溫度信號，其表示流入進氣歧管14的供氣的溫度，其中流入進氣歧管14的供氣一般由渦輪增壓器壓縮機16所供應的新鮮空氣與經(jīng)由EGR閥36可控地通往進氣歧管14的再循環(huán)的排氣來組成。
系統(tǒng)10還包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器48，其經(jīng)由信號通路50而電連接在控制計算機42的發(fā)動機轉(zhuǎn)速輸入ES上。發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器48可操作以用于檢測發(fā)動機12的轉(zhuǎn)速，并且在信號通路50上產(chǎn)生表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速的相應發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號。在一個實施例中，傳感器48是霍爾效應傳感器，其可操作以用于通過形成于齒輪或音輪(tonewheel)上的許多等角度地間隔開的齒附近的檢測通道，來確定發(fā)動機轉(zhuǎn)速?；蛘?，發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器48可以是可如上所述操作的任何其它已知的傳感器，包括但不限于可變磁阻傳感器，等等。
系統(tǒng)10還包括壓縮機進氣口溫度傳感器49，其設置成與相鄰于壓縮機16的新鮮空氣進氣口的新鮮空氣進氣導管22流體連通，并且經(jīng)由信號通路51而電連接在控制計算機42的壓縮機進氣口溫度輸入CIT上。溫度傳感器49可以是已知的構(gòu)造，并且可操作以用于在信號通路51上產(chǎn)生溫度信號，該溫度信號表示進入壓縮機16的進氣口的新鮮空氣的溫度。
系統(tǒng)10還包括壓縮機進氣口壓力傳感器53，其設置成與相鄰于壓縮機16的新鮮空氣進氣口的新鮮空氣進氣導管22流體連通，并且經(jīng)由信號通路55而電連接在控制計算機42的壓縮機進氣口壓力輸入CIP上。壓力傳感器53可以是已知的構(gòu)造，并且可操作以用于在信號通路55上產(chǎn)生壓力信號，其表示進入壓縮機16的進氣口的新鮮空氣的壓力。
系統(tǒng)10還包括進氣歧管壓力傳感器52，其設置成與進氣歧管14流體連通，并且經(jīng)由信號通路54而電連接在控制計算機42的進氣歧管壓力輸入IMP上。或者，壓力傳感器52可以設置成與進氣導管20流體連通。在任何情況下，壓力傳感器52可以是已知的構(gòu)造，并且可操作以用于在信號通路54上產(chǎn)生表示進氣導管20和進氣歧管14內(nèi)壓力的壓力信號。
系統(tǒng)10還包括速度傳感器56，其優(yōu)選設置成圍繞或鄰近渦輪增壓器主動軸28，并且經(jīng)由信號通路58而電連接在發(fā)動機控制器42的渦輪增壓器速度輸入TS上。傳感器56可以是已知的構(gòu)造，并且一般可操作以用于在信號通路58上產(chǎn)生表示渦輪增壓器主動軸28轉(zhuǎn)速的渦輪增壓器速度信號(TS)。在一個實施例中，傳感器56是可變磁阻傳感器，其可操作以用于通過形成于軸28上的一個或多個可探測結(jié)構(gòu)附近的檢測通道來確定渦輪增壓器轉(zhuǎn)速?；蛘撸瑴u輪增壓器速度傳感器56可以是如上所述可操作的任何其它已知的傳感器，其相對于渦輪增壓器主動軸28適當?shù)囟ㄎ弧?br> 系統(tǒng)10還包括差壓傳感器即ΔP傳感器60，其在一端流體連通式地聯(lián)接在EGR導管38上并且相鄰于EGR閥36的排氣入口，并且在其相反端經(jīng)由旁通導管62而流體連通式地聯(lián)接在EGR導管38上且相鄰于EGR閥36的排氣出口?；蛘撸傳感器60可以跨過設置成與EGR導管38相串聯(lián)的另一流動限制機構(gòu)而進行聯(lián)接。在任何情況下，ΔP傳感器60可以是已知的構(gòu)造，并且經(jīng)由信號通路64而電連接在控制計算機42的ΔP輸入上。ΔP傳感器60可操作以用于在信號通路64上提供差壓信號，其表示跨過EGR閥36或上述其它流動限制機構(gòu)的壓差。
如圖1中的虛線所示，系統(tǒng)10選擇性地可包括質(zhì)量流量傳感器70，其設置成在進氣導管20與EGR導管38接頭的上游與進氣導管20流體連通，并且經(jīng)由信號通路72而電連接在控制計算機42的新鮮空氣質(zhì)量流率輸入MAFF上。質(zhì)量流量傳感器70可以是已知的構(gòu)造，并且可操作以用于在信號通路72上產(chǎn)生質(zhì)量流量信號，其表示經(jīng)由渦輪增壓器壓縮機16進入進氣導管20的新鮮空氣的質(zhì)量流率。
系統(tǒng)10還可選擇性地包括發(fā)動機排氣溫度傳感器74，其設置成與排氣導管32流體連通，并且經(jīng)由信號通路76而電連接在控制計算機42的發(fā)動機排氣溫度輸入EXT上，如圖1中的虛線所示?；蛘撸瑐鞲衅?4可以設置成與排氣歧管30流體連通。在這兩種情況下，溫度傳感器74都可操作以用于在信號通路76上提供溫度信號，其表示發(fā)動機12所產(chǎn)生的排氣的溫度。
控制計算機42還包括許多輸出用于控制一個或多個與系統(tǒng)10相關聯(lián)的發(fā)動機功能。例如，EGR閥36包括EGR閥促動器78，其經(jīng)由信號通路80而電連接在控制計算機42的EGR閥控制輸出EGRC上?？刂朴嬎銠C42可操作以用于在信號通路80上產(chǎn)生EGR閥控制信號，并且促動器78響應于EGR閥控制信號，以便以已知方式控制EGR閥36相對于基準位置的位置?？刂朴嬎銠C42因此可操作，以用于以已知方式控制EGR閥36，以便選擇性地提供從排氣歧管30至進氣歧管14的再循環(huán)的排氣流。EGR閥36還包括EGR位置傳感器66，其經(jīng)由信號通路68而電連接在控制計算機42的EGR閥位置輸入EGRP上。傳感器66可以是已知的構(gòu)造，并且可操作以用于通過確定EGR閥促動器78相對于促動器基準位置的位置來確定EGR閥36的位置，并且產(chǎn)生在信號通路68上的位置信號，其表示EGR閥36相對于基準位置的位置。
系統(tǒng)10還包括可變幾何形狀渦輪增壓器(VGT)機構(gòu)，其一般顯示為82，并且經(jīng)由信號通路84而電連接在控制計算機42的VGT控制輸出VGTC上。VGT機構(gòu)可以體現(xiàn)為機械或機電機構(gòu)的任何組合，其可以已知方式來控制以便改變渦輪增壓器渦輪26的有效幾何形狀，廢氣門設置在導管32和34之間并且可以已知方式來控制，以便選擇性地使排氣圍繞渦輪26行進，排氣節(jié)流閥設置成與導管32和34中的任一導管相串聯(lián)并且可以已知方式來控制，以便選擇性地限制通過導管32和34和渦輪26的排氣流?？刂朴嬎銠C42因此可操作以用于以已知方式來控制這些VGT機構(gòu)中的任何一個或多個，以便選擇性地控制渦輪增壓器18的臨界流量和/或效率。
系統(tǒng)10還包括燃料系統(tǒng)86，其經(jīng)由K條信號通路88而電連接在控制計算機42的燃料指令輸出FC上，其中K可以是任何正整數(shù)。燃料系統(tǒng)86響應于控制計算機42所產(chǎn)生的加燃料指令FC，以便以已知方式將燃料供應至發(fā)動機12。
現(xiàn)在參見圖2，顯示了圖1所示控制計算機42的一些內(nèi)部特征的一種說明性配置的框圖，這些內(nèi)部特征與控制渦輪增壓器壓縮機喘振有關?？刂朴嬎銠C42包括加燃料確定塊102，其接收作為輸入的許多發(fā)動機工作狀態(tài)值EOC，其例如包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速和本領域已知的其它發(fā)動機工作參數(shù)。塊102響應于這些發(fā)動機工作狀態(tài)值EOC，以便確定許多加燃料參數(shù)，包括燃料質(zhì)量流率值FF和開始燃料噴射定時值SOI，以及用于計算隨這些不同的加燃料參數(shù)而變的加燃料指令FC，這是都是以本領域眾所周知的方式來進行的。加燃料確定塊102可操作以用于在信號通路88上提供加燃料指令FC，并且加燃料系統(tǒng)86響應于加燃料指令FC，以便如上所述供應燃料至發(fā)動機12。
控制計算機42還包括供氣流量、EGR流量和排氣溫度估計塊100，其具有在信號通路46上接收進氣歧管溫度信號的進氣歧管溫度輸入IMT，在信號通路50上接收發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號的發(fā)動機轉(zhuǎn)速輸入ES，在信號通路54上接收進氣歧管壓力信號的進氣歧管壓力輸入IMP，在信號通路64上接收壓差信號的壓差輸入AP，以及在信號通路68上接收EGR閥位置信號的EGR閥位置輸入EGRP。如虛線所示，塊100可選擇性地包括從可選的傳感器74中接收排氣溫度信號的排氣溫度輸入EXT。在該實施例中，塊100因此從傳感器74直接地接收排氣溫度信息，因此可省略塊100的排氣溫度估計邏輯部分。在任何情況下，塊100還從加燃料邏輯塊102中接收作為輸入的燃料質(zhì)量流率值FF，以及開始噴射值SOI。供氣流量、EGR流量和排氣溫度估計塊100是可操作的，如下文中更全面地介紹，以用于估計EGR流率并且在EGR流率輸出EGRF處提供該估計值，以用于估計排氣溫度，以及用于估計空氣供氣流率CF，并且在塊100的供氣流量輸出CF處提供該估計值。
控制計算機42還包括壓縮機喘振限制邏輯塊104，其具有從邏輯塊100接收供氣流量CF和EGR流量即EGRF值的輸入。塊104還包括在信號通路58上接收渦輪增壓器轉(zhuǎn)速信號的渦輪增壓器速度輸入TS，在信號通路51上接收壓縮機進氣口溫度信號的壓縮機進氣口溫度輸入CIT，在信號通路55上接收壓縮機進氣口壓力信號的壓縮機進氣口壓力輸入CIP，并且可選擇性地包括接收新鮮空氣質(zhì)量流量值MAFF的另一輸入，該流量值MAFF在包括空氣質(zhì)量流量傳感器70的系統(tǒng)10的實施例中的信號通路72上產(chǎn)生。在一個實施例中，如下文中更詳細地所述，壓縮機喘振限制邏輯塊104配置成用于產(chǎn)生隨至少一些其輸入變量而變的壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP。作為附加或者作為備選，如下文中更全面地所述，壓縮機喘振限制邏輯塊104可以配置成用于產(chǎn)生同樣隨至少一些其輸入變量而變的一對表格軸線值TAX1和TAX2。
控制計算機42還包括空氣調(diào)節(jié)指令邏輯塊108，其用于產(chǎn)生對應于預期EGR分數(shù)的被指令的EGR分數(shù)值CEGRFR，其中EGR分數(shù)是再循環(huán)的排氣在供應至進氣歧管14的供氣空氣(charge air)中的分數(shù)量。供應至進氣歧管14的供氣空氣一般理解為經(jīng)由壓縮機16供應至進氣歧管14的新鮮空氣與經(jīng)由EGR閥36供應至進氣歧管14的再循環(huán)的排氣的組合。邏輯塊108另外可配置成可產(chǎn)生其它指令值，如圖2中的虛線所示。在一個實施例中，邏輯塊108配置成產(chǎn)生隨周圍空氣溫度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和冷卻劑溫度而變的被指令的EGR分數(shù)值CEGRFR，關于這種系統(tǒng)的具體實施例的細節(jié)可見題目為“用于基于發(fā)動機工作狀態(tài)來產(chǎn)生供氣流量和EGR分數(shù)指令的系統(tǒng)”的共同未決的美國專利申請系列號No.10/059619，其轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且其公開內(nèi)容通過引用而結(jié)合于本文中?；蛘撸諝庹{(diào)節(jié)指令邏輯塊108可配置成至少產(chǎn)生以任何已知方式隨發(fā)動機和/或空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個或多個工作狀態(tài)而變的被指令的EGR分數(shù)值CEGRFR。
在配置成可產(chǎn)生壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP的邏輯塊104的實施例中，控制計算機42還包括空氣調(diào)節(jié)指令限制邏輯塊106，其具有從邏輯塊104接收壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP的壓縮機喘振限制參數(shù)輸入TSLP，以及接收空氣調(diào)節(jié)指令邏輯塊108所產(chǎn)生的被指令的EGR分數(shù)值CEGRFR的另一輸入。塊106可包括其它輸入，其用于接收控制計算機42內(nèi)部所產(chǎn)生的發(fā)動機和/或空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的其它參數(shù)和/或其它信息。如下文中更詳細地所述，空氣調(diào)節(jié)指令限制邏輯塊106配置成限制隨壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP而變的被指令的EGR分數(shù)指令CEGRFR，以及用于產(chǎn)生被相應地限制的被指令的EGR分數(shù)值CEGRFRL。邏輯塊106還可配置成可產(chǎn)生其它限制指令值，如圖2中的虛線所示。
控制計算機42還包括空氣調(diào)節(jié)機構(gòu)控制邏輯塊110，其具有接收受限EGR分數(shù)指令值CEGRFRL的輸入，并且具有在信號通路80上產(chǎn)生EGR閥控制信號的EGR閥控制輸出EGRC，以及在信號通路84上產(chǎn)生VGT控制信號的VGT控制輸出VGTC。邏輯塊110可具有另外的輸入，其用于從邏輯塊106接收另外的指令值，如圖2中的虛線所示。在包括空氣調(diào)節(jié)指令限制塊106的控制計算機42的實施例中，空氣調(diào)節(jié)機構(gòu)控制邏輯塊110可操作以用于產(chǎn)生至少隨受限EGR分數(shù)指令CEGRFRL而變的EGR閥和/或VGT控制信號EGRC和VGTC，其中，這種EGR閥和/或VGT控制信號EGRC和VGTC用來以一定的方式來控制EGR閥36和/或上述VGT控制機構(gòu)任何一個或組合的位置，這種方式可根據(jù)受限EGR分數(shù)指令CEGRFRL來實現(xiàn)通過EGR閥36的排氣流。當涉及塊106所產(chǎn)生的受限EGR分數(shù)指令CEGRFR時，空氣調(diào)節(jié)機構(gòu)控制邏輯塊110可操作以用于經(jīng)由相應的EGR值控制信號EGRC來控制EGR閥36的位置，控制信號EGRC基于CEGRFR來控制EGR閥36的位置，使得從中經(jīng)過的排氣的流率保持在可避免渦輪增壓器壓縮機喘振的流率以下。涉及這種空氣調(diào)節(jié)機構(gòu)控制邏輯塊110的一種具體實施方式
的細節(jié)可見題目為“用于分開EGR流量和渦輪增壓器臨界流量/效率控制機構(gòu)的系統(tǒng)”的美國專利No.6408834，其轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且其公開內(nèi)容通過引用而結(jié)合于本文中。在不要求用于本發(fā)明用途的上述空氣調(diào)節(jié)指令限制邏輯塊106的控制計算機42的實施例中，空氣調(diào)節(jié)機構(gòu)控制邏輯塊110可以是傳統(tǒng)的指令處理塊，其以已知方式配置成用于產(chǎn)生至少隨EGR分數(shù)指令CEGRFR而變的EGR閥和/或VGT控制信號EGRC和VGTC。
在一些實施例中，控制計算機42還可包括EGR閥位置限制邏輯塊112，其具有從壓縮機喘振限制邏輯塊104接收表格軸線值TAX1和TAX2的輸入，并且還具有接收空氣調(diào)節(jié)機構(gòu)控制邏輯塊110所產(chǎn)生的EGR閥控制信號EGRC的輸入，如虛線所示。EGR閥位置限制邏輯塊112可以包括在其中壓縮機喘振限制邏輯塊104配置成除了可產(chǎn)生壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP之外還可產(chǎn)生表格軸線值TAX1和TAX2的實施例中。如下文中更詳細地所述，EGR閥位置限制邏輯塊112可操作，以用于至少在某些條件下來限制隨TAX1和TAX2而變的塊110所產(chǎn)生的EGR閥控制信號EGRC，以及用于在信號通路80上產(chǎn)生被相應地限制的EGR閥控制信號EGRCL，其中EGRCL控制EGR閥36的位置，使得從中經(jīng)過的排氣的流率保持在可避免渦輪增壓器壓縮機喘振的流率以下?？梢岳斫?，改變EGR分數(shù)指令一般會導致現(xiàn)有的空氣調(diào)節(jié)軟件通過控制計算機42來執(zhí)行，以便通過改變包括但不限于VGT、廢氣門和排氣節(jié)流閥的一個或多個空氣調(diào)節(jié)控制機構(gòu)來補償所得EGR分數(shù)的變化。實際上，壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP可因此而被供應至空氣調(diào)節(jié)指令限制邏輯塊106，以便在限制EGR閥控制信號時控制一個或多個空氣調(diào)節(jié)控制機構(gòu)，從而在所有的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作狀態(tài)下都能避免渦輪增壓器壓縮機喘振。
在圖2所示的實施例中，供氣流量、EGR流量和排氣溫度估計塊100可操作，以用于估計隨當前的發(fā)動機工作狀態(tài)而變的供氣流率、EGR流率和排氣溫度。在一個實施例中，供氣流量、EGR流量和排氣溫度估計塊100可操作，以用于估計進入進氣歧管14的供氣質(zhì)量流量，或供氣流量值CF，其中用語“供氣”或“供氣空氣”被定義為進入進氣導管20的新鮮空氣與通過包括EGR閥36、EGR冷卻器40和EGR導管38的EGR輸送系統(tǒng)所提供的再循環(huán)的排氣的組合。在所示實施例中，塊100可操作，以便通過首先估計供氣進氣系統(tǒng)的容積效率(ηv)，然后采用傳統(tǒng)的速度/密度方程式來隨ηv計算出CF，從而估計供氣流量值CF。可以使用用于估計ηv的任何已知的技術，在塊100的一個優(yōu)選實施例，根據(jù)以下給出的已知的Taylor的基于馬赫數(shù)的容積效率方程式來計算ηvηv＝A1*{(Bore/D)2*(stroke*ES)B/sqrt(γ*R*IMT)*[(1+EP/IMP)+A2]}+A3(1)其中，A1，A2，A3和B是所有可校準的參數(shù)，其適合基于成圖的發(fā)動機數(shù)據(jù)的容積效率方程式，Bore是進氣閥孔長度，D是進氣閥直徑，
Stroke是活塞沖程長度，其中Bore，D和Stroke取決于發(fā)動機的幾何形狀，γ和R是已知的常數(shù)(例如，γ*R＝387.414J/kg/°K)，ES是發(fā)動機轉(zhuǎn)速，IMP是進氣歧管壓力，EP是排氣壓力，其中EP＝IMP+ΔP，以及IMT＝進氣歧管溫度。
在一些實施例中，如上所述，塊100配置成可產(chǎn)生作為其輸出的容積效率值ηv。在任何情況下，利用根據(jù)以上方程式估計的容積效率值ηv，塊100便可操作，以便根據(jù)以下方程式來計算供氣流量值CFCF＝ηv*VDIS*ES*IMP/(2*R*IMT) (2)其中，ηv是估計的容積效率，VDIS是發(fā)動機排量，并且一般取決于發(fā)動機的幾何形狀，ES是發(fā)動機轉(zhuǎn)速，IMP是進氣歧管壓力，R是已知的氣體常數(shù)(例如，R＝53.3ft-lbf/lbm°R或R＝287J/Kg/°K)，以及IMT是進氣歧管溫度。
本領域的技術人員將認識到，作為備選，供氣流量值CF可根據(jù)其它已知的技術來計算或以其它方式來確定。例如，系統(tǒng)10可選擇性地包括質(zhì)量流量傳感器，其設置成在導管20和EGR導管38相接合處的下游與進氣歧管14或進氣導管20流體連通，其中控制計算機42可以已知方式配置成用于從這種質(zhì)量流量傳感器所提供的信息中直接地確定供氣流量值。作為另一示例，控制計算機42可配置成根據(jù)一種或多種已知的供氣流量估計技術來估計供氣流量值CF。用于確定供氣流量值CF的任何這種可選的機構(gòu)和/或技術都屬于所附權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
供氣流量、EGR流量和排氣溫度估計塊100還可操作，以用于基于當前的發(fā)動機工作狀態(tài)來計算發(fā)動機排氣溫度EXT的估計值。在一個實施例中，塊100配置成根據(jù)以下方程式來估計EXTEXT＝IMT+[(A*ES)+(B*IMP)+(C*SOI)+D)][(LHV*FF)/CF] (3)其中，IMT是進氣歧管溫度，ES是發(fā)動機轉(zhuǎn)速，IMP是進氣歧管壓力，SOI是加燃料邏輯塊102所產(chǎn)生的開始噴射值，F(xiàn)F是加燃料邏輯塊102所產(chǎn)生的燃料流量值，CF是進入進氣歧管14的供氣的質(zhì)量流率，其可以利用如上所述的技術中的任何一種或多種來確定，LHV是燃料的下限熱值，其是已知的常數(shù)，并且取決于發(fā)動機12所使用的燃料類型，以及A，B，C和D是模型常數(shù)。
在一個備選實施例中，塊100可以是可操作的，以便根據(jù)以下方程式計算發(fā)動機排氣溫度估計值EXTEXT＝IMT+A+(B*SOI)+C/(CF/FF)+(D*SOI)/ES+E/[(ES*CF)/FF](4)其中，IMT是進氣歧管溫度，ES是發(fā)動機轉(zhuǎn)速，SOI是加燃料邏輯塊102所產(chǎn)生的開始噴射值，F(xiàn)F是加燃料邏輯塊102所產(chǎn)生的燃料流量值，CF是供氣質(zhì)量流率，以及A，B，C和D是模型常數(shù)。
關于程式(3)和(4)所代表的發(fā)動機排氣溫度模型的其它細節(jié)可見題目為“用于估計發(fā)動機排氣溫度的系統(tǒng)”的美國專利No.6508242，其轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且其公開內(nèi)容通過引用而結(jié)合于本文中。本領域的技術人員將認識到，作為備選，排氣溫度值EXT可根據(jù)其它已知的技術來計算出或以其它方式確定。例如，系統(tǒng)10可選擇性地包括圖1中的虛線所示的排氣溫度傳感器74，其中控制計算機42可以已知方式配置成用于從傳感器74所提供的信息中直接地確定排氣溫度信息。作為另一示例，控制計算機42可配置成根據(jù)一種或多種其它已知的排氣溫度估計技術來估計排氣溫度EXT。用于確定排氣溫度值EXT的任何這種可選的機構(gòu)和/或技術都屬于所附權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
供氣流量、EGR流量和排氣溫度估計邏輯塊100還可操作，以用于估計隨壓差值ΔP、進氣歧管壓力IMP、發(fā)動機排氣溫度EXT和有效通流面積EFA而變的EGR流率EGRF，有效通流面積EFA對應于EGR導管38所限定的截面通流面積。在圖1和2所示的實施例中，EGR流量和排氣溫度估計塊100可操作，以便計算隨EGR閥位置信號EGRP而變的有效通流面積值EFA。在這種實施例中，塊100可包括一個或多個方程式、圖和/或表，其將EGR位置值EGRP與有效通流面積值EFA關聯(lián)起來。在任何情況下，塊100可操作，以用于根據(jù)以下方程式來估計EGR流量值EGRFEGRF＝EFA*sqrt[|(2*ΔP*IMP)/(R*EXT)|] (5)其中，EFA是通過EGR導管38的有效通流面積，ΔP是跨過EGR閥36的壓差，IMP是進氣歧管壓力，R是已知的氣體常數(shù)(例如，R＝53.3ft-lbf/lbm°R或R＝287J/Kg/°K)，以及EXT是排氣溫度，其可以利用上述技術中的任何一種或多種來確定。
與以上EGR流率估計技術以及其它合適的EGR流率估計技術有關的其它細節(jié)在題目為“用于估計EGR質(zhì)量流量和EGR分數(shù)的系統(tǒng)和方法”的共同未決的美國專利申請系列號No.09/774897中進行了介紹，其轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且其公開內(nèi)容通過引用而結(jié)合于本文中。本領域的技術人員將認識到，可以使用其它已知的技術，以用于估計或以其它方式來確定EGR流率值EGRF。例如，系統(tǒng)10可包括溫度傳感器，其在包括冷卻器40的系統(tǒng)10的實施例中與EGR冷卻器40的出口流體連通，其中這種傳感器可操作，以便產(chǎn)生冷卻器出口溫度信號，其表示排出EGR冷卻器40的排氣的溫度。在這種實施例中，冷卻器出口溫度信號可取代方程式(5)中的排氣溫度值EXT。當與本發(fā)明相關時，邏輯塊100可操作以用于估計排氣溫度EXT，其主要用于包含在方程式(5)中，以用于估計EGR流率EGRF。因此，在包括如剛才所述的EGR冷卻器出口溫度傳感器的系統(tǒng)10的實施例中，排氣溫度值EXT不是必須的，因此可省略邏輯塊100的排氣溫度估計部分。
或者，系統(tǒng)10可包括已知構(gòu)造的CO或CO2傳感器，其在進氣導管20與EGR導管38相接合處的下游流體連通式地聯(lián)接在進氣歧管14或進氣導管20上。這種CO或CO2傳感器可操作，以便產(chǎn)生表示進入進氣歧管14的供氣空氣中的CO或CO2水平的信號，并且可以使用已知的方程式而利用這種信息來確定EGR流率值EGRF。作為另一示例，EGR導管38可具有與之流體連通的質(zhì)量流量傳感器，其中EGR流率EGRF可以從這種傳感器所提供的信息中直接確定。作為另一示例，控制計算機42可包括其它EGR流率估計算法，例如在以上所引用的美國專利申請系列號No.09/774897中所述的其中一種或多種可選算法，其中控制計算機42可以是可操作的，以用于根據(jù)一種或多種這種可選的EGR流率估計方案來估計EGR流率。任何和所有這種可選的EGR流率確定技術和方案都屬于所附權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在參見圖3，顯示了圖2所示壓縮機喘振限制邏輯塊104的一個說明性實施例104’。在該實施例中，塊104’包括渦輪增壓器速度-新鮮空氣質(zhì)量流率轉(zhuǎn)換塊150，其接收渦輪增壓器速度信號TS、壓縮機進氣口溫度信號CIT和壓縮機進氣口壓力信號CIP，并產(chǎn)生相應的質(zhì)量流率喘振值MAFS。質(zhì)量流率喘振值MAFS代表(經(jīng)由壓縮機16進入進氣歧管14的)新鮮空氣的與渦輪增壓器速度相關的質(zhì)量流率，在該質(zhì)量流率以下會發(fā)生渦輪增壓器壓縮機喘振，在該質(zhì)量流量以上可避免渦輪增壓器壓縮機喘振。轉(zhuǎn)換塊150可以以在一個或多個方程式、圖、表等等上的形式來提供，其將渦輪增壓器速度TS、壓縮機進氣口溫度CIT和壓縮機進氣口壓力CIP與質(zhì)量流率喘振值MAFS關聯(lián)起來，轉(zhuǎn)換塊150的一個說明性實施例的圖示如圖4中所示。參見圖4，顯示了校正的渦輪增壓器速度相對于質(zhì)量流量參數(shù)的曲線圖180。校正的渦輪增壓器速度CTS被確定為為渦輪增壓器速度TS與壓縮機進氣口溫度CIT的平方根之比，或CTS＝TS/(CIT)1/2。在所示實施例中，質(zhì)量流量參數(shù)MFP確定為新鮮空氣質(zhì)量流率MAFF和壓縮機進氣口溫度CIT的平方根之乘積與壓縮機進氣口壓力之比，或MFP＝MAFF*(CIT)1/2/CIP。渦輪增壓器速度/質(zhì)量流率曲線182代表壓縮機正常操作狀態(tài)和壓縮機喘振狀態(tài)之間的邊界。區(qū)域184代表會產(chǎn)生和存在渦輪增壓器壓縮機喘振的校正的渦輪增壓器速度和質(zhì)量流量參數(shù)的條件，區(qū)域186代表不會發(fā)生也不會存在渦輪增壓器壓縮機喘振的校正的渦輪增壓器速度和質(zhì)量流量參數(shù)的條件。因此，曲線182代表校正的渦輪增壓器速度，其取決于質(zhì)量流量參數(shù)喘振函數(shù)MAFS或“喘振線”，當新鮮空氣質(zhì)量流率值大于MAFS時，可避免渦輪增壓器壓縮機喘振。
再次參見圖3，塊104’還包括運算塊152，其在加法輸入處接收供氣流量值CF，并且在減法輸入處接收EGR流量值EGRF，其中CF和EGRF各由邏輯塊100產(chǎn)生。運算塊152可操作，以便計算作為CF和EGRF之差的經(jīng)由壓縮機16供應至進氣歧管14的新鮮空氣的質(zhì)量流率的估計值MAFF，或MAFF＝CF-EGRF。在包括新鮮空氣質(zhì)量流率傳感器70的系統(tǒng)10的實施例中，新鮮空氣質(zhì)量流率值MAFF可以從如圖3中的虛線所示的傳感器70所提供的信息中直接得到。當涉及圖3所示渦輪增壓器喘振限制邏輯塊104’的實施例時，在其中新鮮空氣質(zhì)量流率值MAFF從傳感器70直接得到的這種實施例中，運算塊152可以從塊104’省略掉，并且可以省略供氣流量、EGR流量和排氣溫度估計邏輯塊100。
在塊104’的一個實施例中，質(zhì)量流率喘振值MAFS被直接提供至除法器塊154(塊168在該實施例中被省略)的一個輸入，并且新鮮空氣質(zhì)量流率值MAFF被提供至除法器塊154的另一輸入，其中塊154可操作，以便產(chǎn)生作為渦輪增壓器喘振限制參數(shù)TSLP的流量比，該流量比對應于質(zhì)量流率喘振值MAFS與新鮮空氣的質(zhì)量流率MAFF之比，即TSLP＝MAFS/MAFF。在一個備選實施例中，渦輪增壓器速度限制邏輯塊104’可選擇性地包括質(zhì)量流率喘振極限邏輯塊156，其具有另一與渦輪增壓器速度-新鮮空氣質(zhì)量流率相關的轉(zhuǎn)換塊158，該模塊158接收作為輸入的渦輪增壓器速度值TS、壓縮機進氣口溫度CIT和壓縮機進氣口壓力值CIP，并且產(chǎn)生作為輸出的質(zhì)量流率喘振極限MAFSL。質(zhì)量流率喘振極限MAFSL，代表與渦輪增壓器速度有關的(經(jīng)由壓縮機16進入進氣歧管14的)新鮮空氣的質(zhì)量流率，其大于質(zhì)量流率喘振值MAFS。轉(zhuǎn)換塊158可以以一個或多個方程式、圖、表等等的形式來提供，其將渦輪增壓器速度TS、壓縮機進氣口溫度CIT和壓縮機進氣口壓力CIP與質(zhì)量流率喘振值MAFS關聯(lián)起來，在圖4中顯示了轉(zhuǎn)換塊158的一個說明性實施例的圖示。再次參見圖4，虛線曲線188代表校正的渦輪增壓器速度，其取決于質(zhì)量流量參數(shù)喘振極限函數(shù)MAFSL，其中渦輪增壓器壓縮機喘振不僅對于新鮮空氣質(zhì)量流率值大于MAFSL而言是可避免的，而且對于新鮮空氣質(zhì)量流率值小于MAFSL的可限定的誤差帶或范圍而言是可避免的?？梢岳斫猓琈AFSL曲線188可以相對于MAFS曲線182不同地定位，以便在它們之間提供新鮮空氣質(zhì)量流率值的任何所需誤差帶或范圍。通常，質(zhì)量流量參數(shù)喘振極限函數(shù)MAFSL可以包括在塊104’內(nèi)，以便提供安全的新鮮空氣質(zhì)量流率極限目標，該目標不僅可避免渦輪增壓器壓縮機喘振，而且允許在EGR閥控制期間小于MAFSL的新鮮空氣質(zhì)量流率值超過質(zhì)量流率喘振極限MAFSL的一定量的超出度，而不會冒著在渦輪增壓器壓縮機喘振區(qū)域184內(nèi)操作的危險?；蛘撸|(zhì)量流率喘振極限MAFSL可在一些實施例中位于質(zhì)量流率喘振曲線MAFS的左側(cè)，以便在特定的狀態(tài)下允許新鮮空氣質(zhì)量流率值小于MAFSL。
再次參見圖3，塊156還包括除法器塊160，其接收作為輸入的質(zhì)量流率喘振極限MAFSL，以及塊162所產(chǎn)生的常數(shù)值如100。在所示實施例中，除法器塊160的輸出是比率MAFSL/100，其被提供至求和塊164的一個輸入，求和塊164具有接收塊166所產(chǎn)生的另一常數(shù)值如1的另一輸入。在所示實施例中，求和塊164根據(jù)方程式[1+(MAFSL/100)]來產(chǎn)生作為輸出的喘振極限百分比SLP。塊156還包括乘法塊168，其具有接收求和塊164所產(chǎn)生的喘振極限百分比SLP的一個輸入，以及接收質(zhì)量流率喘振值MAFS的另一輸入，其中乘法塊168的輸出是根據(jù)方程式MAFS*[1+(MAFSL/100)]得來的質(zhì)量流量極限MAFL。在該實施例中，質(zhì)量流量極限MAFL作為除法器塊154的一個輸入來提供，因此在該實施例中，壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP通過方程式CSLP＝{MAFS*[1+(MAFSL/100)]}/MAFF來給出?？梢岳斫?，盡管渦輪增壓器喘振限制邏輯塊104’的該備選實施例已經(jīng)顯示和描述為用于產(chǎn)生作為流量比MAFS/MAFF和喘振極限百分比[1+(MAFSL/100)]之乘積的渦輪增壓器喘振限制參數(shù)CSLP，但是作為備選，質(zhì)量流率喘振極限MAFSL也可作為偏差而施加在質(zhì)量流率喘振值MAFS上，在這種情況下，壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP可采取通式CSLP＝[MAFS+/-(K*MAFSL)]/MAFF，其中“K”可以是整數(shù)或非整數(shù)的常數(shù)。在這任一種情況下，即在CSLP＝MAFS/MAFF或CSLP＝[MAFS+/-(K*MAFSL)]/MAFF時，通過控制通過EGR閥36的再循環(huán)的排氣的流率，例如通過以保持CSLP在小于整數(shù)的值的方式來控制EGR分數(shù)指令CEGRFR，就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振。
在如剛才所述地產(chǎn)生壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP的壓縮機喘振限制邏輯塊104’的實施例中，控制計算機42包括空氣調(diào)節(jié)指令限制邏輯塊106，其參考圖2如上所述?，F(xiàn)在參見圖5，顯示了如圖2所示的空氣調(diào)節(jié)指令限制邏輯塊106的一個說明性實施例106’，它與圖3的壓縮機喘振限制邏輯塊104’有關。塊106’包括具有第一輸入CEGRFR、第二輸入EGRP和第三輸入的EGR分數(shù)指令限制邏輯塊200，其中，第一輸入CEGRFR接收空氣調(diào)節(jié)指令邏輯塊108所產(chǎn)生的被指令的EGR分數(shù)值CEGRFR，第二輸入EGRP接收經(jīng)由信號通路68的EGR位置信號EGRP，第三輸入經(jīng)由信號通路64接收差壓信號ΔP。塊106’還可包括操作值限制器塊2021-202P的數(shù)字P，操作值限制器塊2021-202P基于相應的發(fā)動機和/或渦輪增壓器操作參數(shù)而為EGR分數(shù)指令限制邏輯塊200提供偏差極限值，其中P可以是任何正整數(shù)。一個這樣的限制器塊2021是壓縮機喘振限制器塊，其接收作為輸入的壓縮機喘振限制邏輯塊104’所產(chǎn)生的壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP，并將相應的偏差值提供至EGR分數(shù)指令限制邏輯塊200的壓縮機喘振限制參數(shù)偏差輸入CSLPOFF。另一限制器塊202P，可以是發(fā)動機參數(shù)限制器塊，其接收作為輸入的所測得的或估計的發(fā)動機參數(shù)，并將相應的偏差值提供至EGR分數(shù)指令限制邏輯塊200的發(fā)動機參數(shù)偏差輸入EPOFF。任何操作值限制器塊2022-202P的示例可包括但不限于壓縮機出口溫度限制器塊，其接收作為輸入的表示渦輪增壓器壓縮機16出口處溫度的溫度信號，渦輪增壓器速度限制器塊，其在信號通路58上接收作為輸入的渦輪增壓器速度信號TS，ΔP限制器塊，其在信號通路64上接收作為輸入的差壓信號ΔP，等等。在任何情況下，塊200可操作，以便以如下文中更詳細地所述的方式來處理一個或多個操作值限制器塊2021-202P所提供的偏差信號，以及用于產(chǎn)生對應于被指令的EGR流量值CEGRF的受限EGR分數(shù)指令CEGRFRLIM’被指令的EGR流量值CEGRF隨至少壓縮機喘振限制參數(shù)偏差值CSLPOFF的變化來進行限制，并且還可隨任何其余操作值限制器塊2022-202P所產(chǎn)生的任何一個或多個另外的偏差值的變化來進行限制。
在一個實施例中，受限EGR分數(shù)指令CEGRFRLIM被提供至運算塊204的加法輸入，運算塊204具有接收EGR分數(shù)EGRFR測量值或估計值的減法輸入。用于估計隨供氣流量所產(chǎn)生的EGR流率估計值EGRF而變的EGR分數(shù)值EGRFR的一種技術，圖2所示的EGR流量和排氣溫度估計塊100將在下文中參考圖10來進行詳細描述，然而可以理解，用于圖5所示空氣調(diào)節(jié)指令限制邏輯塊106’的用途，提供至運算塊204的減法輸入的EGR分數(shù)值EGRFR可以是估計值、測量值或通過任何已知的技術來確定。在任何情況下，所得到的受限EGR分數(shù)指令CEGRFRLIM與所測量的或估計的EGR分數(shù)值EGRFR之差是被指令的EGR分數(shù)極限值CEGRFRL，其被提供至圖2的空氣調(diào)節(jié)機構(gòu)控制邏輯塊110。空氣調(diào)節(jié)機構(gòu)控制邏輯塊110可操作以便借助于相應的EGR值控制信號EGRC來控制EGR閥36的位置，該控制信號EGRC基于CEGRFRL用來控制EGR閥36的位置以及一個或多個VGT促動器的位置，使得從中經(jīng)過的排氣的流率保持在其以下可避免渦輪增壓器壓縮機喘振的流率。
現(xiàn)在參見圖6，示出了圖的一個示例，其顯示了至少圖5所示壓縮機喘振限制器塊2021的操作。在所示實施例中，限制器塊2021基于當前的CSLP值和預定的最大參數(shù)值之差來施加罰函數(shù)，然后基于該差以EGR分數(shù)單位來計算減額。限制器2021的偏差輸出值是以EGR分數(shù)單位而減小的參數(shù)值。減額的凈效應是減小或限制EGR閥36的開度，從而降低從中經(jīng)過的EGR流率和相應地減小供應至進氣歧管14的供氣空氣的EGR分數(shù)，以及相應地控制一個或多個VGT機構(gòu)。
在一個實施例中，罰函數(shù)(penalty function)施加塊2021基于CSLP的預定最大極限值和當前值并根據(jù)以下方程式來計算懲罰(Penalty)Penalty＝Max Limit/(Max CSLP Limit-Current CSLP Value)，其中，在Current CSLP Value(當前CSLP值)接近MaxCSLPLimit(最大CSLP極限)時，懲罰(Penalty)項按指數(shù)規(guī)律地增加。
為了防止罰函數(shù)在所有的操作條件下計算減額，該函數(shù)相對于預期的初始當前CSLP值來定位，用于通過增加極限比來施加減額，使得Penalty(罰)函數(shù)成為以下方程式所限定的Penalty Factor(罰因子)Penalty Factor＝[Max Limit/(Max CSLP Limit-Current CSLP Value)]-1/(1-LimitRatio).
這在圖6中顯示為EGR分數(shù)相對于TSLP曲線圖2021，其中，罰因子用線214來表示，并且罰因子在極限比216(在圖6中為0.75)處與零值(線210)相交。減額由曲線218表示，并且受到最大減額212的限制。
罰因子還必須通過將罰因子與增益項相乘，而以被減去的參數(shù)如EGR分數(shù)的單位來進行標度。這就產(chǎn)生了實際的減額值，其在圖6的曲線圖2021中由線212表示。因此，為了調(diào)節(jié)限制器塊2021以用于操作，必須規(guī)定三個參數(shù)(1)最大CSLP極限，(2)極限比-其例如被規(guī)定為對應于預期的初始減額的MaxCSLP極限的分數(shù)，以及(3)增益，其用于將罰因子轉(zhuǎn)換成EGR分數(shù)的單位。在圖6所示的示例中，增益是0.3，最大減額是0.3。
可以理解，剛才所述的罰函數(shù)僅僅是通過示例方式來提供的，其它罰函數(shù)也可以用于渦輪增壓器喘振限制器塊2021。本領域的技術人員將認識到，通過任何塊2021-202P施加的罰函數(shù)可采取多種形式，并且滿足本文所述的一般控制概念的任何罰函數(shù)都屬于所附權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在參見圖7，顯示了圖5的EGR分數(shù)指令限制邏輯塊200的一個說明性實施例。塊200包括常數(shù)塊246，其產(chǎn)生與EGR閥32的可檢測到的最小排量相對應的EGR位置閾值EGRPTH。該值連同EGR位置信號EGRP一起在信號通路68上被輸入至功能塊244，其在EGRP大于EGRPTH時產(chǎn)生TRUE(真)值，并且在EGRP小于或等于EGRPTH時產(chǎn)生FALSE(假)值。另一常數(shù)塊240產(chǎn)生ΔP閾值ΔPTH，其為ΔP傳感器60范圍和EGR閥36機械性能的函數(shù)。該值連同ΔP信號一起在信號通路64上輸入至功能塊238，其在ΔP大于ΔPTH時產(chǎn)生TRUE值，并且在ΔP小于或等于ΔPTH時產(chǎn)生FALSE值。功能塊238和244的輸出被提供至OR(或)塊242，其具有通向AND(與)塊236一個輸入的輸出。在塊238-246的操作中，只有當/當EGR閥36打開時或者當ΔP處在EGR閥打開的ΔP極限以下時，OR塊242的輸出才為TRUE。剛才所述的功能塊的操作因此就防止EGR閥36在高ΔP的狀態(tài)下打開。
塊200還包括繼電器塊230，其在其第一輸入處接收被指令的EGR分數(shù)信號CEGRFR。繼電器塊230的第二輸入從塊232接收EGR分數(shù)真閾值EGRFTHT，繼電器塊230的第三輸入從塊234接收EGR分數(shù)假閾值EGRFTHF。繼電器塊230的輸出提供了AND塊236的第二輸入。繼電器塊230可操作，以便在被指令的EGR分數(shù)值CEGRFR處于真閾值EGRFTHT以上時產(chǎn)生TRUE信號，以及在被指令的EGR分數(shù)值CEGRFR處于假閾值EGRFTHF時產(chǎn)生FALSE值，其中EGRFTHF小于EGRFTHT。
AND塊236的輸出被提供至真/假開關250的一個輸入，真/假開關250具有第二輸入，其接收被指令的EGR分數(shù)減小塊248的輸出。塊248具有接收被指令的EGR值CEGRFR的第一加法輸入，接收壓縮機喘振限制器塊2021所產(chǎn)生的壓縮機喘振限制參數(shù)偏差值CSLPOFF的第二減法輸入，以及任何數(shù)量的其余的減法輸入，它們各自從任何其余工作參數(shù)限制器2022-202P的相應一個中接收偏差值。被指令的EGR分數(shù)減小塊248可操作，以便通過從CEGRFR中減去壓縮機喘振限制參數(shù)偏差值CSLPOFF以及任何其余工作參數(shù)限制器2022-202P所產(chǎn)生的任何其它工作參數(shù)偏差值，來減小被指令的EGR分數(shù)值CEGRFR。在任何情況下，真/假開關250具有從塊252接收常數(shù)值K1(例如零)的第三輸入，以及提供已知構(gòu)造的可變比率限制器塊254的一個輸入的輸出。如果AND塊236的輸出為真值，則真/假開關250將減小的EGR分數(shù)指令值塊248所產(chǎn)生的提供至可變比率限制器254的輸入，否則真/假開關250將值K1(例如零)提供至可變比率限制器的輸入。可變比率限制器塊254包括從塊256接收EGR轉(zhuǎn)換速率(slew rate)值EGRSR的第二輸入和從塊258接收常數(shù)值K2的第三輸入。EGR轉(zhuǎn)換速率值可以是可校準的，以用于預期的排氣微粒水平，并且其值可以通過在發(fā)射光電管中進行適當?shù)恼{(diào)諧來設定。常數(shù)K2可以被設定為足夠低的值，使得在所得的受限EGR分數(shù)指令CEGRFRLIM在EGR閥開啟狀態(tài)下根據(jù)轉(zhuǎn)換速率值EGRSR而在數(shù)值上上升時，塊248所產(chǎn)生的減小的EGR分數(shù)指令在EGR閥關閉狀態(tài)下有效地不受限制，并且CEGRFRLIM可在數(shù)值上急劇地變小。
可以理解，圖7所示EGR分數(shù)指令限制邏輯塊200顯示用于其中罰函數(shù)通過各自只以EGR分數(shù)單位而提供的限制器塊2021-202P來施加的情形中。塊100因此設計成使得CSLPOFF以及任何其余工作參數(shù)限制器2022-202P所產(chǎn)生的偏差值只影響受限EGR分數(shù)指令CEGRFRLIM。本領域的技術人員將認識到，塊200可備選地或另外地配置成使得CSLPOFF和任何一個或多個其余的偏差值經(jīng)由VGT控制信號來影響一個或多個其它空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)指令。關于剛才所述的空氣調(diào)節(jié)指令邏輯塊106’的一個具體實施例的其它細節(jié)可見題目為“用于管理內(nèi)燃機中的供氣流量和EGR分數(shù)的系統(tǒng)”的美國專利N0.6,480,782，其轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且其公開內(nèi)容通過引用而結(jié)合于本文中。
如上參考圖3所述，只要CSLP保持在小于單位(unity)的值，就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振。剛才所述的空氣調(diào)節(jié)指令限制邏輯塊106’可操作，以便限制被指令的EGR分數(shù)值CEGRF，使得空氣調(diào)節(jié)機構(gòu)控制邏輯塊110可操作以用于借助于相應的EGR值控制信號EGRC來控制EGR閥36的位置，該EGRC信號基于所得的受限EGR分數(shù)指令CEGRFRL來控制或減小EGR閥36的位置以便CSLP值大于單位，使得從中經(jīng)過的排氣的流率保持為在其以下就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振的流率。備選地或另外地，VGT控制信號可以以類似的方式來控制以便減小EGR分數(shù)。
如上針對圖2所述，構(gòu)思了壓縮機喘振限制邏輯塊104的實施例，其不會產(chǎn)生壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP，而且作為產(chǎn)生CSLP的替代或附加，而產(chǎn)生表格軸線參數(shù)TAX1和TAX2?；氐綀D3，所示和所述的壓縮機喘振限制邏輯塊104’的實施例可備選地或另外地提供作為第一表格軸線參數(shù)TAX1的CSLP，以及作為第二表格軸線參數(shù)TAX2的供氣流量值CF，如虛線所示。在該實施例中，控制計算機42包括EGR閥位置限制邏輯塊112，其可備選地或另外地限制塊110所產(chǎn)生的EGR閥控制信號EGRC和/或可控制VGT，以便控制渦輪增壓器壓縮機喘振。
現(xiàn)在參見圖8，顯示了EGR閥位置限制邏輯塊112的一個說明性實施例112’，其涉及圖3所示渦輪增壓器喘振限制邏輯塊104’所產(chǎn)生的表格軸線值TAX1和TAX2。圖8所示的實施例112’將被描述為配置成用于限制EGR閥控制信號EGRC，以便在沒有空氣調(diào)節(jié)指令限制邏輯塊106’的情況下控制渦輪增壓器壓縮機喘振，然而可以理解，實施例112’或者可用于與塊106’組合在一起以便增強或改進塊106’的操作。在任何情況下，圖8的EGR閥位置限制邏輯塊112’包括EGR閥控制信號簡約表270，其接收作為一個表格軸線如TAX1的壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP，以及作為另一表格軸線如TAX2的供氣流量值CF。在該實施例中，壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP，對應于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中由變量“R”表示。流量比值R1-RM限定了表格270的一條軸線，供氣流量值CF1-CFN限定了表格270的另一軸線，表格270帶有EGR閥控制信號減小值RD11-RDMN，其中“M”和“N”可以是任何正整數(shù)。通常，減小值RD11-RDMN小于單位，使得通過乘法塊272隨后將EGR閥控制信號EGRC乘以其中一個合適RD值以便產(chǎn)生減小的EGR閥控制信號EGRCR，會導致通過EGR閥36的再循環(huán)的排氣的流量縮減或減小。
塊112’還包括功能塊276，其在一個輸入接收壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP，并且在另一輸入借助于塊278來接收常數(shù)值例如1。如果TSLP小于1，則功能塊276的輸出為TRUE，如果TSLP大于或等于1，則功能塊276的輸出為FALSE。功能塊276的輸出提供至真/假開關或塊274的控制輸入，該塊274具有接收EGR閥控制信號EGRC的第二輸入，以及接收乘法塊272所產(chǎn)生的減小的EGR閥控制信號EGRCR的第三輸入。真/假塊274的輸出是受限的EGR閥控制信號EGRCL。
塊112’配置成使得真/假塊274將EGR閥控制信號EGRC直接地傳遞至EGRCL輸出，只要CSLP保持小于單位。然而，如果CSLP大于或等于單位(unity)，則真/假塊274就將減小的EGR閥控制信號EGRCR傳遞至EGRCL輸出，其中EGRCR是EGR閥控制信號EGRC，隨CSLP和供氣流量值CF的變化通過表格270的其中一個合適減小值RD而被減小。位于表格270上的減小值RD選擇成使得對于CSLP值大于單位而言所得的減小的EGR閥控制信號值EGRCR以一定的方式來控制EGR閥36，這種方式可使從中經(jīng)過的再循環(huán)的排氣的流率保持在會產(chǎn)生渦輪增壓器壓縮機喘振的流率以下。
可以理解，盡管圖8的EGR閥位置限制邏輯塊112’被顯示和描述為開環(huán)EGR閥控制信號限制方案，但是作為備選，塊112’也可配置成為閉環(huán)EGR閥控制信號限制方案，其采用了本領域技術人員眾所周知的技術。例如，塊112’可以被改進以形成閉環(huán)控制方案，這是通過反饋回來EGR位置信號EGRP，計算受限EGR閥控制信號EGRCL和EGR位置信號EGRP之間的誤差，并且借助于已知構(gòu)造的合適控制器將該誤差值控制為零來實現(xiàn)的，例如采用已知的比例、積分和導數(shù)技術等等的任何組合。對塊112’的任何這種修改以便執(zhí)行受限EGR閥控制信號EGRL的閉環(huán)控制對于本領域技術人員而言都是機械性的步驟。
現(xiàn)在參見圖9，顯示了圖2的壓縮機喘振限制邏輯塊104的另一說明性實施例104”。壓縮機喘振限制邏輯塊104”具有與圖3的壓縮機喘振限制邏輯塊104’一樣的若干元件，因此同樣的標號用來表示同樣的部件。出于簡潔起見，在這里不再重復這些同樣元件的全面介紹。在圖10所示的實施例中，塊104”包括運算塊300，其在包括可選的質(zhì)量流率喘振極限邏輯塊156時接收要么MAFS，要么在減法輸入處接收MAFL，以及在加法輸入處接收塊100所產(chǎn)生的供氣流量值CF。塊300的輸出是CF與MAFS或MAFL之差，并且代表最大EGR流量值EGRFMAX，在該流量值EGRFMAX以下就可以避免渦輪增壓器壓縮機喘振。
通常，經(jīng)由壓縮機16供應至進氣歧管14的新鮮空氣的質(zhì)量流率MAFF是供應至進氣歧管14的供氣空氣的質(zhì)量流率CF與經(jīng)由EGR閥36供應至進氣歧管14的再循環(huán)的排氣的質(zhì)量流率EGRF之差，或者表達為MAFF＝CF-EGRF，如上所述。參考圖4所述，需要保持新鮮空氣的質(zhì)量流率MAFF大于質(zhì)量流率喘振值MAFS或者大于質(zhì)量流量極限MAFL(這兩者都是渦輪增壓器速度的函數(shù))，以便避免渦輪增壓器壓縮機喘振。例如根據(jù)質(zhì)量流率喘振值MAFS，這種狀態(tài)要求MAFF＝CF-EGRF＞MAFS，或者EGRF＜CF-MAFS，例如根據(jù)質(zhì)量流量極限值MAFL，這種狀態(tài)要求EGRF＜CF-MAFL。在其以下就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振的最大EGR流量值EGRFMAX，因此由方程式EGRFMAX＝CF-MAFS(或MAFL)來限定，其為運算塊300的輸出。
壓縮機喘振限制邏輯塊104”還包括EGR分數(shù)確定邏輯塊302配置成將最大EGR流率值EGRFMAX轉(zhuǎn)化成最大EGR分數(shù)值EGRFRMAX，其隨供氣流量值CF和最大EGR流量值EGRFMAX而變化。在所示實施例中，EGR分數(shù)確定邏輯塊302配置成計算作為CF和EGRFMAX之比的最大EGR分數(shù)值EGRFRMAX；即，EGRFRMAX＝EGRFMAX/CF。可以理解，如剛才所述對最大EGR分數(shù)值EGRFRMAX的計算，代表基于對通過EGR閥36的排氣恒溫和通過EGR閥36的穩(wěn)態(tài)排氣流的假設而對該參數(shù)的簡化近似，并且忽略了再循環(huán)的排氣通過EGR閥36時與在發(fā)動機汽缸中達到相應的EGR分數(shù)時之間的可變延時所導致的效應。關于用于尋址并且包括一種或多種這種假設效果的方案的其它細節(jié)在題目為“用于估計EGR質(zhì)量流量和EGR分數(shù)的系統(tǒng)和方法”的共同未決的美國專利申請系列號No.09/774897中有介紹，該專利申請轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且其公開內(nèi)容通過引用而結(jié)合于本文中。在任何情況下，圖9所示塊104”的實施例中的渦輪增壓器速度限制參數(shù)TSLP對應于最大EGR分數(shù)值EGRFRMAX。
在產(chǎn)生壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP的壓縮機喘振限制邏輯塊104”的實施例中，如剛才所述，控制計算機42包括參見圖2如上所述的空氣調(diào)節(jié)指令限制邏輯塊106?，F(xiàn)在參見圖10，顯示了圖2的空氣調(diào)節(jié)指令限制邏輯塊106的一個說明性實施例106”，此時其與圖10的壓縮機喘振限制邏輯塊104”相關。在一個實施例中，塊106”包括MIN塊310，其接收作為第一輸入的在這種情況下為最大EGR分數(shù)值EGRFRMAX的壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP，并且接收作為第二輸入的被指令的EGR分數(shù)值CEGRFR。MIN塊310的輸出是受限EGR分數(shù)指令CEGRFRL，并且對應于被指令的EGR分數(shù)CEGRFR的最小值，以及最大EGR分數(shù)值EGRFRMAX。在一個備選實施例中，塊310可以是已知構(gòu)造的比率限制器，其從塊312接收比率極限值RATE。在該實施例中，比率限制器312可操作，以便在比率極限值RATE所限定的比率下將被指令的EGR分數(shù)CEGRFR限制為最大EGR分數(shù)值EGRFRMAX。在這兩種情況下，塊310可操作，以便限制被指令的EGR分數(shù)CEGRFR，并產(chǎn)生相應地受限的EGR分數(shù)指令CEGRFRL，空氣調(diào)節(jié)機構(gòu)控制邏輯塊110可操作以用于借助于相應的EGR值控制信號EGRC來控制EGR閥36的位置，該控制信號EGRC基于CEGRFRL來控制EGR閥36的位置和/或控制VGT控制信號，使得從中經(jīng)過的排氣的流率保持在其以下就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振的流率。
參考圖2如上所述，構(gòu)思了壓縮機喘振限制邏輯塊104的實施例，其不產(chǎn)生壓縮機喘振限制參數(shù)CSLP，而是作為產(chǎn)生CSLP的替代或作為附加，來產(chǎn)生表格軸線參數(shù)TAX1和TAX2。回到圖9，所示和所述壓縮機喘振限制邏輯塊104”的實施例可備選地或另外地提供作為第一表格軸線參數(shù)TAX1的MAFS或MAFL(MAFL通過示例來顯示)，以及作為第二表格軸線參數(shù)TAX2的供氣流量值CF，如虛線所示。在該實施例中，EGR閥位置限制邏輯塊112可備選地或另外地限制塊110所產(chǎn)生的EGR閥控制信號EGRC，以便控制渦輪增壓器壓縮機喘振。
現(xiàn)在參見圖11，顯示了的EGR閥位置限制邏輯塊112另一說明性實施例112”，其中該實施例與圖10的渦輪增壓器喘振限制邏輯塊104”相關。質(zhì)量流量極限值MAFL1-MAFLM(或者作為備選，質(zhì)量流率喘振值MAFS1-MAFSM)限定了表格320的一條軸線，并且供氣流量值CF1-CFN限定了表格320的另一條軸線，表格320帶有EGR閥控制信號減小值RD11-RDMN，其中“M”和“N”可以是任何正整數(shù)。通常，減小值RD11-RDMN小于單位，使得通過乘法塊322隨后將EGR閥控制信號EGRC乘以其中一個合適RD值就會產(chǎn)生受限EGR閥控制信號EGRCL，這會導致通過EGR閥36再循環(huán)的排氣的流量的合適減少或減小。
參見圖9如上所述，只要通過EGR閥36的再循環(huán)的排氣的流率保持在被定義為CF和MAFL(或MAFS)之差的最大EGR流量值EGRFMAX以下，就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振。表格320所帶的減小值RD因此被選擇成隨CF和MAFL(或MAFS)而變化，使得所得的受限EGR閥控制信號值EGRCL可操作以用于控制EGR閥36的位置，使得從中經(jīng)過的排氣的流率保持在其以下就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振的流率。
可以理解，盡管圖11的EGR閥位置限制邏輯塊112”被顯示和描述為開環(huán)EGR閥控制信號限制方案，但是作為備選，塊112”也可配置成為閉環(huán)EGR閥控制信號限制方案，其采用了本領域技術人員眾所周知的技術。例如，通過反饋回來EGR位置信號EGRP，計算受限EGR閥控制信號EGRCL和EGR位置信號EGRP之間的誤差，以及借助于已知構(gòu)造的合適控制器，例如采用已知的比例、積分和導數(shù)技術等的任何組合而將該誤差值控制為零，就可以修改塊112”而形成閉環(huán)控制方案。對塊112”的任何這種修改以便執(zhí)行受限EGR閥控制信號EGRL的閉環(huán)控制對于本領域技術人員而言都是機械性的步驟。
盡管已經(jīng)在以上附圖和說明書中對本發(fā)明進行了詳細的顯示和介紹，但這些顯示和介紹都是說明性的而非具有限制性，可以理解，僅僅顯示和介紹了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，屬于本發(fā)明實質(zhì)范圍內(nèi)的所有變化和修改都將受到保護。例如，盡管針對算法300和400在上文中介紹了各種加法計數(shù)器，但是，本領域技術人員可以認識到這些計數(shù)器也可以是減法計數(shù)器，對算法300和400進行的用以實現(xiàn)備選計數(shù)器構(gòu)造的任何修改對于本領域技術人員而言都是機械性的步驟。
權(quán)利要求
1.一種用于控制渦輪增壓器壓縮機喘振的系統(tǒng)，包括具有進氣歧管和排氣歧管的內(nèi)燃機；包括壓縮機的渦輪增壓器，所述壓縮機具有流體連通式地聯(lián)接到周圍環(huán)境上的進氣口和流體連通式地聯(lián)接在所述進氣歧管上的出口；設置成與流體連通式地聯(lián)接在所述進氣歧管和排氣歧管之間的EGR導管相串聯(lián)的排氣再循環(huán)(EGR)閥，所述EGR閥響應于EGR閥控制信號以便控制從中經(jīng)過的排氣流；用于確定對應于供應至所述進氣歧管的新鮮空氣質(zhì)量流率的質(zhì)量流量參數(shù)的器件；產(chǎn)生表示渦輪增壓器速度的速度信號的速度傳感器；以及控制計算機，其可配置成確定隨速度信號而變的、對應于新鮮空氣質(zhì)量流率的質(zhì)量流率喘振值，在所述新鮮空氣質(zhì)量流率以上就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振，所述控制計算機限制隨所述質(zhì)量流量參數(shù)和所述質(zhì)量流率喘振值而變的EGR閥控制信號，以便使通過所述EGR閥的排氣流量保持在一定的流率，在該流率以下就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述質(zhì)量流量參數(shù)對應于所述壓縮機供應至所述進氣歧管的新鮮空氣的質(zhì)量流率；其中，所述控制計算機配置成確定作為所述質(zhì)量流率喘振值和所述新鮮空氣的質(zhì)量流率之比的流量比，并且所述控制計算機可限制隨所述流量比而變的所述EGR閥控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括壓縮機進氣口溫度傳感器，其產(chǎn)生表示渦輪增壓器壓縮機進氣口溫度的壓縮機進氣口溫度信號，以及壓縮機進氣口壓力傳感器，其產(chǎn)生表示渦輪增壓器壓縮機進氣口壓力的壓縮機進氣口壓力信號，其中，所述控制計算機配置成確定質(zhì)量流量參數(shù)，其作為新鮮空氣的質(zhì)量流率和壓縮機進氣口溫度信號和壓縮機進氣口壓力信號的平方根之乘積的比率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括壓縮機進氣口溫度傳感器，其產(chǎn)生表示渦輪增壓器壓縮機進氣口溫度的壓縮機進氣口溫度信號，其中，所述控制計算機配置成確定進一步隨所述壓縮機進氣口溫度信號而變的所述質(zhì)量流量喘振值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括壓縮機進氣口壓力傳感器，其產(chǎn)生表示渦輪增壓器壓縮機進氣口壓力的壓縮機進氣口壓力信號，其中，所述控制計算機配置成確定進一步隨所述壓縮機進氣口壓力信號而變的所述質(zhì)量流量喘振值。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述控制計算機包括用于產(chǎn)生對應于再循環(huán)的排氣相對于供應至所述進氣歧管的空氣供氣的預期分數(shù)的EGR分數(shù)指令的器件，所述空氣供氣是再循環(huán)的排氣和新鮮空氣的組合；響應于所述EGR分數(shù)指令和所述流量比而產(chǎn)生與在其以下就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振的EGR分數(shù)相對應的受限EGR分數(shù)指令的器件；以及響應于所述受限EGR分數(shù)指令而產(chǎn)生所述EGR閥控制信號的器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述控制計算機還可配置成確定隨所述速度信號而變的質(zhì)量流率喘振極限，其對應于大于所述質(zhì)量流率喘振值的新鮮空氣質(zhì)量流率；其中，所述控制計算機配置成確定進一步隨所述質(zhì)量流率喘振極限而變的所述流量比。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述控制計算機配置成確定作為一和所述質(zhì)量流率喘振極限與一百之比之和的喘振極限百分比；其中，所述控制計算機可配置成用于計算作為所述質(zhì)量流率喘振值和所述喘振極限百分比之乘積的質(zhì)量流率極限，并且用于確定作為所述質(zhì)量流率極限和所述新鮮空氣質(zhì)量流量之比的所述流量比。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述控制計算機包括用于產(chǎn)生對應于再循環(huán)的排氣相對于供應至所述進氣歧管的空氣供氣的預期分數(shù)的EGR分數(shù)指令的器件，所述空氣供氣是再循環(huán)的排氣和新鮮空氣的組合；響應于所述EGR分數(shù)指令而產(chǎn)生所述EGR閥控制信號的器件；用于確定對應于所述空氣供氣的質(zhì)量流率的供氣流量值的器件；以及用于限制隨所述流量比和所述供氣流量值而變的所述EGR閥控制信號的器件，以便通過所述EGR閥的排氣流量保持在一定的流率下，在所述流率以下就可避免所述渦輪增壓器壓縮機喘振。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中用于限制所述EGR閥控制信號的所述器件包括用于確定隨所述流量比和所述供氣流量值而變的減小值的器件，所述減小值對應于要求用來保持從中經(jīng)過的排氣流處于在其以下可避免所述渦輪增壓器壓縮機喘振的流率下的通過所述EGR閥的排氣流的減小量；以及用于只有當所述流量比大于或等于預定的定量值時才限制隨所述減小值和所述EGR閥控制信號而變的所述EGR閥控制信號的器件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述控制計算機還配置成用于確定隨所述速度信號而變的質(zhì)量流率喘振極限，其對應于大于所述質(zhì)量流率喘振值的新鮮空氣質(zhì)量流率；其中，所述控制計算機配置成確定進一步隨所述質(zhì)量流率喘振極限而變的所述流量比。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述控制計算機配置成確定作為一和所述質(zhì)量流率喘振極限與一百之比之和的喘振極限百分比；其中，所述控制計算機配置成計算作為所述質(zhì)量流率喘振值和所述喘振極限百分比之乘積的質(zhì)量流率極限，以及用于確定作為所述質(zhì)量流率極限與所述新鮮空氣的質(zhì)量流量之比的所述流量比。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述質(zhì)量流率參數(shù)是供氣流量值，其對應于經(jīng)由所述壓縮機供應至所述進氣歧管的新鮮空氣與經(jīng)由所述EGR閥供應至所述進氣歧管的再循環(huán)的排氣的組合的質(zhì)量流率；以及其中，所述控制計算機配置成限制隨所述質(zhì)量流率喘振值和所述供氣流量值而變的所述EGR閥控制信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述控制計算機包括用于產(chǎn)生對應于再循環(huán)的排氣相對于供應至所述進氣歧管的空氣供氣的預期分數(shù)的EGR分數(shù)指令的器件，所述空氣供氣是新鮮空氣和再循環(huán)的排氣的組合；用于確定隨所述質(zhì)量流率喘振值和所述供氣流量值而變的最大EGR分數(shù)值的器件，所述最大EGR分數(shù)值對應于在其以下就可避免所述渦輪增壓器壓縮機喘振的EGR分數(shù)；用于產(chǎn)生隨所述EGR分數(shù)指令和所述最大EGR分數(shù)值而變的受限EGR分數(shù)指令的器件；以及響應于所述受限EGR分數(shù)指令而產(chǎn)生所述EGR閥控制信號的器件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中用于確定最大EGR分數(shù)值的所述器件包括用于計算作為小于所述質(zhì)量流率喘振值的所述供氣流量值的最大EGR流率值的器件；以及用于計算隨所述最大EGR流率值而變的所述最大EGR分數(shù)值的器件。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述控制計算機還配置成確定隨所述速度信號而變的質(zhì)量流率喘振極限，其對應于大于所述質(zhì)量流率喘振值的新鮮空氣質(zhì)量流率；其中，所述控制計算機配置成確定進一步隨所述質(zhì)量流率喘振極限而變的所述流量比。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述控制計算機配置成確定作為一和所述質(zhì)量流率喘振極限與一百之比之和的喘振極限百分比；其中，所述控制計算機配置成計算作為所述質(zhì)量流率喘振值和所述喘振極限百分比之乘積的質(zhì)量流率極限，以及用于確定作為所述質(zhì)量流率極限和所述新鮮空氣的質(zhì)量流量之比的所述流量比。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述控制計算機包括用于確定隨所述質(zhì)量流率喘振值和所述供氣流量值而變的減小值的器件，所述減小值對應于用來將從中經(jīng)過的排氣流保持為在其以下就可避免所述渦輪增壓器壓縮機喘振的流率下所要求的通過所述EGR閥的排氣流減小量；以及用于限制隨所述減小值和所述EGR閥控制信號而變的所述EGR閥控制信號的器件。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述控制計算機還配置成確定隨所述速度信號而變的質(zhì)量流率喘振極限，其對應于大于所述質(zhì)量流率喘振值的新鮮空氣質(zhì)量流率；其中，所述控制計算機配置成確定進一步隨所述質(zhì)量流率喘振極限而變的所述流量比。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述控制計算機配置成確定作為一和所述質(zhì)量流率喘振極限與一百之比之和的喘振極限百分比；其中，所述控制計算機配置成計算作為所述質(zhì)量流率喘振值和所述喘振極限百分比之乘積的質(zhì)量流率極限，以及用于確定作為所述質(zhì)量流率極限和所述新鮮空氣的質(zhì)量流量之比的所述流量比。
全文摘要
一種用于控制渦輪增壓器壓縮機喘振的系統(tǒng)，包括流體連通式地聯(lián)接在發(fā)動機進氣歧管上的渦輪增壓器壓縮機，設置成與流體連通式地聯(lián)接在進氣歧管和排氣歧管之間的EGR導管相串聯(lián)的排氣再循環(huán)(EGR)閥，用于確定質(zhì)量流量參數(shù)的器件，產(chǎn)生表示渦輪增壓器速度的速度信號的速度傳感器，以及控制計算機，其配置成確定隨速度信號而變的對應于新鮮空氣質(zhì)量流率的質(zhì)量流率喘振值，并且限制隨質(zhì)量流量參數(shù)和質(zhì)量流率喘振值而變的EGR閥位置和VGT位置，以便使通過EGR閥的排氣流量保持在一定的流率，在該流率以下就可避免渦輪增壓器壓縮機喘振。
文檔編號F02B37/12GK1900506SQ200610074680
公開日2007年1月24日 申請日期2006年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月9日
發(fā)明者D·E·貝維, D·R·貝克, P·M·丁佩爾費爾德, D·A·維托里奧, T·A·格拉納 申請人:卡明斯公司