控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣增壓系統(tǒng)的操作的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開設(shè)及一種控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣增壓系統(tǒng)的操作的方法，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī) 例如機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 已知的是，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)裝備有用于將空氣供給到燃燒室內(nèi)的空氣增壓系統(tǒng)?？諝?增壓系統(tǒng)傳統(tǒng)地包括進(jìn)氣管，進(jìn)氣管把來自周圍環(huán)境的空氣提供至進(jìn)氣歧管，進(jìn)氣歧管通 過至少一個(gè)進(jìn)氣口與燃燒室的每個(gè)流體連通。進(jìn)氣閥被置于進(jìn)氣管中，其具有被布置為移 動(dòng)閥構(gòu)件W調(diào)節(jié)朝著進(jìn)氣歧管的空氣流量的促動(dòng)器。
[0003] 空氣增壓系統(tǒng)還包括促使空氣進(jìn)入進(jìn)氣歧管內(nèi)的滿輪增壓器。滿輪增壓器通常 包括旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至滿輪機(jī)的壓縮機(jī)，其中壓縮機(jī)被置于進(jìn)氣管中并且滿輪機(jī)被置于與排氣 歧管流體連通的排氣管中。W運(yùn)種方式，滿輪機(jī)通過接收來自排氣歧管的排氣氣體而旋轉(zhuǎn) 并且驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，滿輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)增大進(jìn)氣管和歧管中的空氣的壓力和溫度。中冷器可被置 于進(jìn)氣管中，在壓縮機(jī)和進(jìn)氣歧管之間，W降低空氣的溫度。滿輪機(jī)可W是可變幾何滿輪機(jī) (VGT)，其具有被布置為移動(dòng)滿輪機(jī)葉片W改變排氣氣體流量、由此調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度 的促動(dòng)器。
[0004] 空氣增壓系統(tǒng)還可包括排氣氣體再循環(huán)巧GR)管，其被聯(lián)接在排氣歧管和進(jìn)氣歧 管之間W將排氣氣體的部分再循環(huán)回到燃燒室，目的是減少氮氧化物（NOy)的排放。EGR閥 通常被置于EGR管中，其具有被布置為移動(dòng)閥構(gòu)件W調(diào)節(jié)朝著進(jìn)氣歧管的排氣氣體流量的 促動(dòng)器。
[0005] 在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作過程中，EGR閥促動(dòng)器、VGT促動(dòng)器、W及進(jìn)氣閥促動(dòng)器通常被用 于調(diào)節(jié)空氣增壓系統(tǒng)的多個(gè)重要輸出參數(shù)，特別地為進(jìn)氣歧管內(nèi)部的壓力、進(jìn)氣歧管內(nèi)部 的氧濃度、W及排氣歧管內(nèi)部的壓力，目的是根據(jù)性能和排放要求來改變空氣成分和增壓 水平。
[0006] 為了執(zhí)行上述功能，運(yùn)些促動(dòng)器傳統(tǒng)地由電子控制單元巧CU)根據(jù)分離的并且非 協(xié)調(diào)的控制策略來控制，其取決于當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的 當(dāng)前值而被激活W及停用（deactivated)。通過示例的方式，如果當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)是在要 求低污染物排放的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的區(qū)域內(nèi)，則EGR閥促動(dòng)器通常借助專用的閉 環(huán)控制策略來控制，而VGT促動(dòng)器借助簡單的開環(huán)控制策略來控制。如果相反地，當(dāng)前發(fā)動(dòng) 機(jī)工作點(diǎn)是在要求最大發(fā)動(dòng)機(jī)性能的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的區(qū)域內(nèi)，則EGR閥促動(dòng)器 借助簡單的開環(huán)控制策略來控制并且VGT促動(dòng)器借助專用的閉環(huán)控制策略來控制。
[0007] 然而，由EGR閥促動(dòng)器、VGT促動(dòng)器、W及進(jìn)氣閥促動(dòng)器產(chǎn)生在空氣增壓系統(tǒng)的輸 出參數(shù)上的效果通常是嚴(yán)格相互依賴的并且具有相互之間的作用。作為結(jié)果，傳統(tǒng)上實(shí)施 的分離的并且非協(xié)調(diào)的控制方法可有時(shí)具有低精度的缺陷，尤其是在快速瞬態(tài)的過程中。 此外，運(yùn)種傳統(tǒng)的控制方法需要大量的校準(zhǔn)活動(dòng)W確保任何操作條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)性能和污 染物排放之間的可接受折衷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種空氣增壓系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略，其允許促動(dòng)器的同時(shí)調(diào) 整并且補(bǔ)償它們的相互作用。
[0009] 另一目的是提供一種需要更少校準(zhǔn)工作的可靠控制策略。
[0010] 仍另一目的是提供一種在瞬態(tài)過程中表現(xiàn)出更精確響應(yīng)的控制策略。
[0011] 又一目的是借助一種簡單的、合理的、并且相當(dāng)廉價(jià)的解決方法來實(shí)現(xiàn)運(yùn)些目的。
[0012] 運(yùn)些目的及其他目的由具有獨(dú)立權(quán)利要求中所陳述特征的本發(fā)明的實(shí)施例來實(shí) 現(xiàn)。從屬權(quán)利要求界定本發(fā)明的次要方面。
[0013] 特別地，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣增壓系統(tǒng)的操作的方 法，其中所述方法包括步驟有：
[0014] -監(jiān)測空氣增壓系統(tǒng)的多個(gè)輸出參數(shù)，
[0015]-計(jì)算所監(jiān)測的輸出參數(shù)中的每一個(gè)和它們的目標(biāo)值之間的誤差，
[0016] -將所計(jì)算的誤差中的每一個(gè)應(yīng)用至產(chǎn)生虛擬輸入的線性控制器，
[0017]-使用所述虛擬輸入來計(jì)算用于所述空氣增壓系統(tǒng)的多個(gè)輸入?yún)?shù)，
[0018] -使用所述輸入?yún)?shù)中的每一個(gè)來確定所述空氣增壓系統(tǒng)的對應(yīng)促動(dòng)器的位置，
[0019] -根據(jù)所確定的所述促動(dòng)器的位置來操作所述促動(dòng)器中的每一個(gè)，
[0020] 其中，所述輸入?yún)?shù)是借助所述空氣增壓系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型來計(jì)算的，所述 非線性數(shù)學(xué)模型被配置使得所述虛擬輸入中的每一個(gè)與所述輸出參數(shù)中的僅一個(gè)具有線 性關(guān)系，并且反之亦然。
[0021] 事實(shí)上，運(yùn)種控制策略提供使用多輸入多輸出（ΜΙΜΟ)反饋線性化方法對空氣增 壓系統(tǒng)的控制，所述方法具有運(yùn)樣一種效果，即它允許促動(dòng)器的同時(shí)并且協(xié)調(diào)的控制、同時(shí) 補(bǔ)償它們的相互作用。
[0022] 運(yùn)種協(xié)調(diào)控制策略具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)和精度，并且改進(jìn)在任何操作條件下的發(fā) 動(dòng)機(jī)性能和污染排放之間的折衷。
[0023] 運(yùn)種協(xié)調(diào)控制策略基于空氣增壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型而具有減少校準(zhǔn)工作的附加效 果。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的方面，空氣增壓系統(tǒng)的促動(dòng)器可包括排氣氣體再循環(huán)閥的促動(dòng)器、 可變幾何滿輪增壓器的促動(dòng)器、W及空氣進(jìn)氣閥的促動(dòng)器。
[00巧]本發(fā)明的該方面允許空氣增壓系統(tǒng)的主要促動(dòng)器的協(xié)調(diào)控制。
[00%] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，空氣增壓系統(tǒng)的輸出參數(shù)可包括指示排氣歧管壓力的參 數(shù)、指示進(jìn)氣歧管壓力的參數(shù)、W及指示進(jìn)氣歧管中殘余氣體分?jǐn)?shù)的參數(shù)。
[0027] 本發(fā)明的該方面允許當(dāng)上文所識別的促動(dòng)器都被設(shè)及時(shí)的控制策略的可靠實(shí)施。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，空氣增壓系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)可包括指示通過排氣氣體再循 環(huán)閥的排氣質(zhì)量流量率的參數(shù)、指示通過空氣進(jìn)氣閥的空氣質(zhì)量流量率的參數(shù)、W及指示 通過可變幾何滿輪增壓器的滿輪機(jī)的排氣質(zhì)量流量率的參數(shù)。
[0029] 本發(fā)明的該方面允許當(dāng)上文所識別的促動(dòng)器和輸出參數(shù)都被設(shè)及時(shí)的控制策略 的可靠實(shí)施。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，輸入?yún)?shù)可借助下列矢量等式來計(jì)算：
[0031]
[0032]其中，Wib通過進(jìn)氣閥的空氣質(zhì)量流量率，Wpgf是通過排氣氣體再循環(huán)閥的排氣質(zhì) 量流量率，Ww是通過可變幾何滿輪增壓器的滿輪機(jī)排氣質(zhì)量流量率，丫是比熱容比，R是 通用氣體常數(shù)，Vi是進(jìn)氣歧管容積，Tic是中冷器下游的進(jìn)氣道中的空氣溫度，Ti是進(jìn)氣歧 管空氣溫度，Tpgf是再循環(huán)排氣氣體溫度，是排氣歧管氣體溫度，T。。。,是排出發(fā)動(dòng)機(jī)的排 氣氣體溫度，Vy是排氣歧管容積，F(xiàn)。是進(jìn)氣歧管內(nèi)的殘余氣體分?jǐn)?shù)，F(xiàn)y是排氣歧管內(nèi)的殘余 氣體分?jǐn)?shù)，nil是進(jìn)氣歧管內(nèi)的總氣體質(zhì)量，是進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體的總質(zhì)量流量率，WΜ是 排出發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體的總質(zhì)量流量率，VI是第一虛擬輸入，V2是第二虛擬輸入，V3是第Ξ虛擬 輸入。
[0033] 本發(fā)明的該方面具有提供一種簡單的并且有效的解決方法來計(jì)算上文所識別的 輸入?yún)?shù)的效果。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，線性控制器可W是比例-積分控制器或比例-積分-微 分控制器。
[0035] 本發(fā)明的該方面具有簡化上文描述的反饋線性化方法內(nèi)的線性控制回路的效果。
[0036]該方法可W借助于計(jì)算機(jī)程序來運(yùn)行，所述計(jì)算機(jī)程序包括用于運(yùn)行上述方法的 所有步驟的程序代碼，并且是包括計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。該方法還可W被 采用作為電磁信號，所述信號被調(diào)制W運(yùn)送代表進(jìn)行該方法的所有步驟的計(jì)算機(jī)程序的一 序列數(shù)據(jù)位。
[0037]本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種電子控制單元，其用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣增壓系 統(tǒng)，其中所述電子控制單元被配置為： 陽03引-監(jiān)測空氣增壓系統(tǒng)的多個(gè)輸出參數(shù)，
[0039]-計(jì)算所監(jiān)測的輸出參數(shù)中的每一個(gè)和它們的目標(biāo)值之間的誤差，
[0040]-將所計(jì)算的誤差中的每一個(gè)應(yīng)用至產(chǎn)生虛擬輸入的線性控制器，
[0041]-使用所述虛擬輸入來計(jì)算用于所述空氣增壓系統(tǒng)的多個(gè)輸入?yún)?shù)，
[0042]-使用所述輸入?yún)?shù)中的每一個(gè)來確定所述空氣增壓系統(tǒng)的對應(yīng)促動(dòng)器的位置，
[0043]-根據(jù)所確定的所述促動(dòng)器的位置來操作所述促動(dòng)器中的每一個(gè)，
[0044]其中，所述電子控制單元被配置為借助空氣增壓系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型來計(jì)算虛 擬輸入，所述非線性數(shù)學(xué)模型被配置使得虛擬輸入中的每一個(gè)與輸出參數(shù)中的僅一個(gè)具有 線性關(guān)系，并且反之亦然。
[0045] 本發(fā)明的該實(shí)施例基本獲得與上文公開的方法相同的效果，特別地為允許促動(dòng)器 的同時(shí)并且協(xié)調(diào)的控制、同時(shí)補(bǔ)償它們的相互作用。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的方面，空氣增壓系統(tǒng)的促動(dòng)器可包括排氣氣體再循環(huán)閥的促動(dòng)器、 可變幾何滿輪增壓器的促動(dòng)器、W及空氣進(jìn)氣閥的促動(dòng)器。
[0047] 本發(fā)明的該方面允許空氣增壓系統(tǒng)的主要促動(dòng)器的協(xié)調(diào)控制。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，空氣增壓系統(tǒng)的輸出參數(shù)可包括指示排氣歧管壓力的參 數(shù)、指示進(jìn)氣歧管壓力的參數(shù)、W及指示進(jìn)氣歧管中殘余氣體分?jǐn)?shù)的參數(shù)。
[0049] 本發(fā)明的該方面允許當(dāng)上文所識別的促動(dòng)器都被設(shè)及時(shí)的控制策略的可靠實(shí)施。
[0050] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，空氣增壓系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)可包括指示通過排氣氣體再循 環(huán)閥的排氣質(zhì)量流量率的參數(shù)、指示通過空氣進(jìn)氣閥的空氣質(zhì)量流量率的參數(shù)、W及指示 通過可變幾何滿輪增壓器的滿輪機(jī)的排氣質(zhì)量流量率的參數(shù)。
[0051] 本發(fā)明的該方面允許當(dāng)上文所識別的促動(dòng)器和輸出參數(shù)都被設(shè)及時(shí)的控制策略 的可靠實(shí)施。
[0052] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，電子控制單元可被配置為借助下列矢量等式來計(jì)算輸入 參數(shù)：
[0053]
[0054]其中，Wib通過進(jìn)氣閥的空氣質(zhì)量流量率，