用于渦輪增壓器廢氣門的控制的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種系統(tǒng)包括內(nèi)燃機，其包括進氣歧管和設(shè)置在進氣歧管上游的節(jié)流閥。該系統(tǒng)還包括聯(lián)接到內(nèi)燃機上的渦輪增壓器，其中渦輪增壓器包括渦輪和壓縮機。該系統(tǒng)進一步包括聯(lián)接到渦輪上的廢氣門。該系統(tǒng)又進一步包括控制器，其構(gòu)造成接收來自第一傳感器的代表壓縮機排氣壓力的第一信號和來自第二傳感器的代表進氣歧管壓力的第二信號，以基于第一和第二信號確定跨過節(jié)流閥的壓差，以單獨地基于壓差確定廢氣門的位置，以及將廢氣門調(diào)整至該位置。
【專利說明】
用于渦輪増壓器廢氣門的控制的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本文公開的主題涉及內(nèi)燃機，并且更具體地涉及用于控制渦輪增壓器廢氣門(wastegate)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃機燃燒燃料以生成發(fā)動機內(nèi)的某些內(nèi)部構(gòu)件的運動，其然后典型地用于對傳動系、發(fā)電機或其它有用系統(tǒng)供能。燃機典型地燃燒含碳燃料，諸如天然氣、汽油、柴油等，且使用高溫和高壓的氣體的對應(yīng)膨脹來將力施加到發(fā)動機的某些構(gòu)件上，例如設(shè)置在汽缸中的活塞，以使構(gòu)件移動一定距離。各個汽缸均可包括與含碳燃料的燃燒關(guān)聯(lián)開啟和閉合的一個或更多個閥。例如，進氣閥可將例如空氣的氧化劑引導到汽缸中，其然后與燃料混合且燃燒。燃燒流體(例如，熱氣體)然后可被引導至經(jīng)由排氣閥流出汽缸。發(fā)動機可包括渦輪增壓器，以提高在汽缸內(nèi)與燃料組合的空氣的壓力和/或量。渦輪增壓器可通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的兩側(cè)工作。第一側(cè)從使渦輪增壓器的葉片旋轉(zhuǎn)的排出氣體接收壓力。渦輪增壓器的另一側(cè)也具有葉片，其自旋且迫使附加的氧化劑進入發(fā)動機的汽缸中。因此，含碳燃料轉(zhuǎn)化成機械運動，在驅(qū)動負載中是有用的。例如，負載可為產(chǎn)生電功率的發(fā)電機。重要的是控制渦輪增壓器的輸出來獲得期望的發(fā)動機狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]下文歸納了在范圍上等同于原來提出的發(fā)明的某些實施例。這些實施例不意圖限制提出的權(quán)利要求的范圍，相反這些實施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要概述。實際上，本發(fā)明可包含可類似于或不同于下文闡明的實施例的多種形式。
[0004]按照第一實施例，一種系統(tǒng)包括內(nèi)燃機，其包括進氣歧管和設(shè)置在進氣歧管上游的節(jié)流閥。該系統(tǒng)還包括聯(lián)接到內(nèi)燃機上的渦輪增壓器，其中渦輪增壓器包括渦輪和壓縮機。該系統(tǒng)進一步包括聯(lián)接到渦輪上的廢氣門。該系統(tǒng)又進一步包括控制器，其構(gòu)造成接收來自第一傳感器的代表壓縮機排氣壓力的第一信號和來自第二傳感器的代表進氣歧管壓力的第二信號，以基于第一和第二信號確定跨過節(jié)流閥的壓差，以單獨地基于壓差確定廢氣門的位置，以及將廢氣門調(diào)整至該位置。
[0005]按照第二實施例，提供了一種用于控制聯(lián)接到聯(lián)接至內(nèi)燃機的渦輪增壓器的渦輪上的廢氣門的方法。該方法包括使用控制器來接收來自第一傳感器的代表壓縮機排氣壓力的第一信號、接收來自第二傳感器的代表進氣歧管壓力的第二信號、基于第一和第二信號確定跨過內(nèi)燃機的節(jié)流閥的壓差、單獨地基于壓差確定廢氣門的位置，以及將廢氣門調(diào)整至該位置。
[0006]按照第三實施例，提供了一個或更多個非暫時性計算機可讀介質(zhì)。計算機可讀介質(zhì)編碼一個或更多個處理器可執(zhí)行的例行程序，其中一個或更多個例行程序在由處理器執(zhí)行時引起要執(zhí)行的動作。動作包括接收來自第一傳感器的代表壓縮機排氣壓力的第一信號、接收來自第二傳感器的代表進氣歧管壓力的第二信號、基于第一和第二信號確定跨過內(nèi)燃機的節(jié)流閥的壓差、單獨地基于壓差確定廢氣門的位置，其中廢氣門聯(lián)接到包括渦輪的渦輪增壓器上，且渦輪增壓器聯(lián)接到內(nèi)燃機上，以及將廢氣門調(diào)整至該位置。
[0007]本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種系統(tǒng)，包括:內(nèi)燃機，其包括進氣歧管和設(shè)置在進氣歧管上游的節(jié)流閥；渦輪增壓器，其聯(lián)接至內(nèi)燃機，其中渦輪增壓器包括渦輪和壓縮機;廢氣門，其聯(lián)接至渦輪；以及控制器，其構(gòu)造成接收來自第一傳感器的代表壓縮機排放壓力的第一信號和來自第二傳感器的代表進氣歧管壓力的第二信號，以基于第一和第二信號確定跨過節(jié)流閥的壓差，以單獨地基于壓差確定廢氣門的位置，以及將廢氣門調(diào)整至位置。
[0008]本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，控制器構(gòu)造成使用非線性參數(shù)方程以確定和調(diào)整廢氣門的位置。
[0009]本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，非線性參數(shù)方程包括單變量多項式。
[0010]本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第三技術(shù)方案中，單變量多項式包括三階多項式。
[0011]本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，非線性參數(shù)方程限定代表廢氣門關(guān)于壓差的位置的曲線，曲線包括代表期望的儲備操作范圍的第一部分、代表期望的儲備操作范圍外的較低儲備范圍的第二部分，以及代表期望的儲備操作范圍外的較高儲備范圍的第三部分。
[0012]本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第五技術(shù)方案中，曲線的第一部分具有廢氣門的位置的調(diào)整的第一比率，曲線的第二部分具有廢氣門的位置的調(diào)整的第二比率，曲線的第三部分具有廢氣門的位置的調(diào)整的第三比率，且調(diào)整的第二和第三比率兩者大于調(diào)整的第一比率。
[0013]本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，控制器構(gòu)造成在沒有增益規(guī)劃的情況下調(diào)整廢氣門的位置。
[0014]本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，包括沿渦輪增壓器與內(nèi)燃機之間的流動通路設(shè)置的第一傳感器，其中第一傳感器設(shè)置在節(jié)流閥和進氣歧管兩者上游，且第一傳感器構(gòu)造成測量壓縮機排放壓力，且包括沿流動通道設(shè)置在節(jié)流閥與進氣歧管之間在第一傳感器下游的第二傳感器，其中第二傳感器構(gòu)造成測量進氣歧管壓力。
[0015]本發(fā)明的第九技術(shù)方案提供了一種用于控制聯(lián)接到聯(lián)接至內(nèi)燃機的渦輪增壓器的渦輪上的廢氣門的方法，包括:使用控制器以用于:接收來自第一傳感器的代表壓縮機排放壓力的第一信號；接收來自第二傳感器的代表進氣歧管壓力的第二信號;基于第一和第二信號確定跨過內(nèi)燃機的節(jié)流閥的壓差;單獨地基于壓差確定廢氣門的位置；以及將廢氣門調(diào)整至位置。
[0016]本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第九技術(shù)方案中，確定和調(diào)整廢氣門的位置包括使用非線性參數(shù)方程來確定和調(diào)整廢氣門的位置。
[0017]本發(fā)明的第十一技術(shù)方案是在第十技術(shù)方案中，非線性參數(shù)方程包括單變量多項式。
[0018]本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第^^一技術(shù)方案中，單變量多項式包括三階多項式。
[0019]本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第九技術(shù)方案中，包括在沒有增益規(guī)劃的情況下單獨地調(diào)整廢氣門的位置。
[0020]本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第九技術(shù)方案中，包括在壓差在期望的壓差范圍外時以第一比率調(diào)整廢氣門的位置，以及在壓差在期望壓差范圍內(nèi)時以第二比率調(diào)整廢氣門的位置，其中第一比率不同于第二比率。
[0021]本發(fā)明的第十五技術(shù)方案提供了一個或更多個非暫時性計算機可讀介質(zhì)，其編碼一個或更多個處理器可執(zhí)行的例行程序，其中一個或多個例行程序在由處理器執(zhí)行時引起要被執(zhí)行的動作，包括:接收來自第一傳感器的代表壓縮機排放壓力的第一信號;接收來自第二傳感器的代表進氣歧管壓力的第二信號;基于第一和第二信號確定跨過內(nèi)燃機的節(jié)流閥的壓差;單獨地基于壓差來確定廢氣門的位置，其中廢氣門聯(lián)接至包括渦輪的渦輪增壓器，且渦輪增壓器聯(lián)接至內(nèi)燃機；以及將廢氣門調(diào)整至位置。
[0022]本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十五技術(shù)方案中，確定和調(diào)整廢氣門的位置包括使用非線性參數(shù)方程來確定和調(diào)整廢氣門的位置。
[0023]本發(fā)明的第十七技術(shù)方案是在第十六技術(shù)方案中，非線性參數(shù)方程包括單變量多項式。
[0024]本發(fā)明的第十八技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，非線性參數(shù)方程包括單變量多項式。
[0025]本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第十八技術(shù)方案中，單變量多項式包括三階多項式。
[0026]本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第十五技術(shù)方案中，一個或更多個例行程序在由處理器執(zhí)行時進一步引起要被執(zhí)行的動作，包括:當壓差在期望的壓差范圍外時以第一比率調(diào)整廢氣門的位置，以及當壓差在期望的壓差范圍內(nèi)時以第二比率調(diào)整廢氣門的位置，其中第一比率不同于第二比率。
【附圖說明】
[0027]在參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，其中貫穿附圖相似的標號表示相似的零件，在附圖中:
圖1為具有聯(lián)接到渦輪增壓器上的內(nèi)燃機系統(tǒng)的發(fā)動機驅(qū)動的系統(tǒng)(例如，發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電系統(tǒng))的實施例的框圖，渦輪增壓器聯(lián)接到廢氣門上；
圖2為控制器(例如，電子控制單元(ECU))的實施例的框圖；
圖3為用于控制廢氣門位置的計算機實施的方法的實施例的流程圖；以及圖4為廢氣門的基于參數(shù)曲線的控制對基于比例的控制的圖示。
【具體實施方式】
[0028]下文將描述本發(fā)明的一個或更多個特定實施例。為了提供這些實施例的簡要描述，實際的實施方式的所有特征可能未在說明書中描述。應(yīng)當認識到的是，在任何此類實際實施方式的開發(fā)中，如任何工程項目中那樣，必須進行許多實施方式特有的決定來實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，如符合系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束，這可從一個實施方式到另一個不同。此外，應(yīng)當認識到的是，此開發(fā)工作可能很復(fù)雜且耗時的，但對于受益于本公開內(nèi)容的普通技術(shù)人員仍是進行制作和制造的常規(guī)任務(wù)。
[0029]當介紹本發(fā)明的各種實施例的元件時，詞語〃一〃、〃一個〃、〃該〃和〃所述〃旨在表示存在一個或更多個元件。用語"包括"、"包含"和"具有"旨在為包含性的，且意思是可存在除所列元件之外的附加元件。
[0030]在使用期間，渦輪增壓器迫使額外空氣(和成比例的更多燃料)進氣燃機的燃燒室，以提高燃機的功率和/或效率(例如，燃料效率)。這經(jīng)由從反饋到發(fā)動機的進氣口中的來自燃機的排氣的廢能的回收實現(xiàn)。例如，發(fā)動機排氣驅(qū)動渦輪增壓器的渦輪中的渦輪輪體，且穿過排氣系統(tǒng)排放。渦輪輪體驅(qū)動聯(lián)接到渦輪增壓器的壓縮機中的壓縮機輪體上的軸，渦輪增壓器加壓之前處于大氣壓力的進入空氣，且典型地迫使其穿過中間冷卻器且越過節(jié)流閥且進入發(fā)動進氣歧管中。升壓限于將包括渦輪增壓器的整個發(fā)動機系統(tǒng)保持在操作范圍(例如，熱和機械設(shè)計操作范圍)內(nèi)?？刂茰u輪增壓器的輸出對獲得期望的發(fā)動機操作是重要的。廢氣門(例如，廢氣門閥)可設(shè)置在排氣歧管排放口與排氣系統(tǒng)之間，以通過從渦輪轉(zhuǎn)移排氣能來調(diào)節(jié)渦輪增壓器。然而，控制或調(diào)節(jié)廢氣門的途徑典型地是耗時、復(fù)雜和/或低效的。例如，可使用廢氣門圖(例如，使用速度和進氣歧管點作為廢氣門閥位置的基準的校準的二維圖)。然而，使用廢氣門圖涉及取得不同校準因子(例如，對燃料和發(fā)動機構(gòu)造特定)而花費的大量形成時間。此外，在第一啟動期間，存在實施學習算法相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性，學習算法使用廢氣門圖和轉(zhuǎn)換點來改變廢氣門閥位置以實現(xiàn)期望的節(jié)流閥儲備。備選地，可使用機械比例廢氣門控制，其例如使用來自升壓出口和聯(lián)接到隔膜上的進氣歧管的壓力感測線，隔膜促動廢氣門閥位置來實現(xiàn)跨過節(jié)流閥的期望的壓差或儲備。然而，比例控制途徑在存在極低儲備或極高儲備(例如，接近渦輪喘振)下可能不會足夠快地響應(yīng)。
[0031]如下文進一步詳細所述，提供了系統(tǒng)和方法以用于控制廢氣門(例如，廢氣門閥)位置，其涉及簡單的電子控制算法(例如，具有單個輸入和單個輸出)。例如，壓縮機排放壓力(例如，升壓)與進氣歧管壓力之間的壓差(例如，儲備)可單獨地用于控制廢氣門。例如，壓差可用作電子控制算法(例如，非線性參數(shù)方程)中的唯一輸入。簡單的電子控制算法允許在沒有增益規(guī)劃的情況下響應(yīng)于極低或極高節(jié)流閥儲備的調(diào)整廢氣門中的較快響應(yīng)，同時還提供了期望的操作窗口內(nèi)的更穩(wěn)定的發(fā)動機操作。另外，簡單的電子控制算法在選擇校準時除去了構(gòu)造誤差的機會。它還避免了對學習算法和其相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性的需要。此外，其不需要附加的硬件。總體上，簡單的電子控制算法提供改善發(fā)動機系統(tǒng)的效率的不太復(fù)雜且更有效的廢氣門控制系統(tǒng)。
[0032]轉(zhuǎn)到附圖，圖1示出了具有內(nèi)燃系統(tǒng)12的發(fā)動機驅(qū)動的系統(tǒng)10(例如，發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電系統(tǒng))的實施例的框圖，內(nèi)燃系統(tǒng)12聯(lián)接到渦輪增壓器上，渦輪增壓器聯(lián)接到廢氣門上。系統(tǒng)10可包括交通工具，諸如火車頭、汽車、公共汽車或船舶。備選地，系統(tǒng)10可包括靜止系統(tǒng)，諸如具有聯(lián)接到發(fā)電機14上的內(nèi)燃系統(tǒng)12的發(fā)電系統(tǒng)。除發(fā)電之外，系統(tǒng)10可在其它應(yīng)用中使用，諸如回收熱和使用熱(例如，熱電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用)、組合熱、功率的那些應(yīng)用，以及冷卻應(yīng)用、也回收排氣成分(例如，二氧化碳)來進一步使用的應(yīng)用、氣體壓縮應(yīng)用和機械驅(qū)動應(yīng)用。
[0033]內(nèi)燃系統(tǒng)12包括具有一個或更多個燃燒室(例如，I，2，3，4，5，6，7，8，10，12，14，16，18，20個或更多個燃燒室)的發(fā)動機16(例如，往復(fù)式內(nèi)燃機)?？諝夤?yīng)源構(gòu)造成將加壓氧化劑(諸如空氣、氧、富氧空氣、少氧空氣或其任何組合)提供至各個燃燒室。燃燒室還構(gòu)造成接收來自燃料供應(yīng)源的燃料(例如，液體和/或氣態(tài)燃料)，且燃料空氣混合物在各個燃燒室內(nèi)點燃且燃燒。熱加壓燃燒氣體促使鄰近于各個燃燒室的活塞在汽缸內(nèi)線性移動，且將由氣體施加的壓力轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動，其促使軸旋轉(zhuǎn)。此外，軸可聯(lián)接到負載上，負載經(jīng)由軸的旋轉(zhuǎn)供能。例如，負載可為可經(jīng)由系統(tǒng)1的旋轉(zhuǎn)輸出生成功率的任何適合的裝置，諸如發(fā)電機14。此外，盡管以下論述提到了空氣作為氧化劑，但任何適合的氧化劑都可結(jié)合公開實施例來使用。類似地，燃料可為任何適合的氣態(tài)燃料，諸如天然氣、相關(guān)聯(lián)的石油氣、丙烷、生物氣體、沼氣、垃圾氣體和煤礦氣體。另外，燃料可為任何適合的液體燃料，諸如汽油、柴油和酒精燃料。
[0034]發(fā)動機16可為二沖程發(fā)動機、三沖程發(fā)動機、四沖程發(fā)動機、五沖程發(fā)動機或六沖程發(fā)動機。發(fā)動機16還可包括任何數(shù)目的燃燒室、活塞和相關(guān)聯(lián)的汽缸(例如，1-24)。例如，在某些實施例中，系統(tǒng)10可包括具有在汽缸中往復(fù)的4,6,8,10,16,24個或更多個活塞的大規(guī)模工業(yè)往復(fù)式發(fā)動機。在一些此類情況中，汽缸和/或活塞可具有在大約13.5-34厘米(cm)之間的直徑。在一些實施例中，汽缸和/或活塞可具有在大約10-40cm、15-25cm之間或大約15cm的直徑。系統(tǒng)10可生成1kW到10麗范圍的功率。在一些實施例中，發(fā)動機16可在小于大約1800轉(zhuǎn)每分鐘(RPM)下操作。在一些實施例中，發(fā)動機16可在小于大約2000 RPM,1900 RPM, 1700 RPM, 1600 RPM, 1500 RPM, 1400 RPM, 1300 RPM, 1200 RPM, 1000RPM, 900 RPM或750 RPM下操作。在一些實施例中，發(fā)動機16可在大約750_2000RPM、900-1800RPM或1000-1600RPM之間操作。在一些實施例中，發(fā)動機16可在大約1800RPM、1500RPM、1200RPM、1000RPM或900RPM下操作。例如，示例性發(fā)動機16可包括General Electric公司的Jenbacher發(fā)動機(例如，Jenbacher2型、3型、4型、6型或J920 FleXtra)或Waukesha發(fā)動機(例如，Waukesha VGF、VHP、APG、275GL)。
[0035]內(nèi)燃系統(tǒng)12包括具有進氣歧管18、排氣歧管20和控制器22(例如，發(fā)動機控制單元(E⑶))的發(fā)動機16。內(nèi)燃系統(tǒng)12還包括節(jié)流閥24，其調(diào)節(jié)經(jīng)由進氣歧管18進入發(fā)動機16的空氣量。發(fā)動機16的進氣歧管18和排氣歧管20功能上地聯(lián)接到渦輪增壓器26上。渦輪增壓器26包括經(jīng)由驅(qū)動軸32聯(lián)接到渦輪30上的壓縮機28。壓縮機28經(jīng)由空氣進氣導管34接收空氣?？諝?例如，處于常壓/大氣壓下)在由壓縮機28中的壓縮機輪體產(chǎn)生的部分真空下經(jīng)由空氣進氣導管34吸入。壓縮機輪體由軸32驅(qū)動，軸32由渦輪30中的渦輪輪體驅(qū)動。渦輪輪體由經(jīng)由發(fā)動機排氣導管36提供至渦輪30的發(fā)動機排氣驅(qū)動，發(fā)動機排氣導管36連接到發(fā)動機16的排氣歧管20上。
[0036]壓縮機28的輸出經(jīng)由壓縮機排放導管40聯(lián)接到中間冷卻器38上。壓縮機輪體壓縮進入空氣，且迫使其穿過壓縮機排放導管40至中間冷卻器38，中間冷卻器38作用為從渦輪增壓的進入空氣除去過量的熱的換熱器。渦輪增壓的進入空氣然后被導送至節(jié)流閥24、進氣歧管18和發(fā)動機16。節(jié)流閥24取決于其壓力位置產(chǎn)生壓差，使得進入節(jié)流閥24的空氣壓力處于壓縮機排放壓力(例如，升壓)，且離開節(jié)流閥的空氣壓力處于進氣歧管壓力。壓差(即，壓縮機排放壓力與進氣歧管壓力之間的差)△ P也稱為儲備(例如，節(jié)流閥儲備)或儲備壓力。
[0037]系統(tǒng)10還包括旁通導管44中的旁通閥42。旁通導管44將壓縮機排氣導管40聯(lián)接到發(fā)動機排氣導管36上。旁通閥42通過調(diào)節(jié)穿過旁通導管44的空氣流來功能上地緩解壓縮機排放導管24中的壓力，且增大穿過壓縮機28的空氣流。例如，旁通閥42在啟動期間閉合，因為發(fā)動機排氣導管36中的發(fā)動機排氣壓力大于壓縮機排放導管40中的壓縮機排放壓力。一旦發(fā)動機16以最低空轉(zhuǎn)速度運行，則旁通閥42調(diào)節(jié)(例如，開啟、閉合、成各種角開啟等)，以調(diào)節(jié)壓縮機排放壓力和質(zhì)量空氣流。在某些實施例中，系統(tǒng)10可不包括旁通閥42。
[0038]系統(tǒng)10還包括設(shè)置在排放導管48中的廢氣門或廢氣門閥46。排放導管48將發(fā)動機排氣導管36聯(lián)接到排氣排放導管50上。排氣導管50還聯(lián)接到渦輪30上。廢氣門46功能上地調(diào)節(jié)提供至渦輪增壓器26的渦輪30的發(fā)動機排氣的量，且因此調(diào)節(jié)由壓縮機28產(chǎn)生的壓縮機排放壓力。例如，通過將發(fā)動機排氣導管36中的發(fā)動機排氣轉(zhuǎn)移至排氣排放導管50，廢氣門46減小至渦輪30的排氣質(zhì)量流，這減小由壓縮機30產(chǎn)生的壓縮機排放壓力。例如，廢氣門46可在發(fā)動機啟動期間閉合，以引導全部發(fā)動機排氣穿過渦輪30來驅(qū)動渦輪輪體，其驅(qū)動軸32和壓縮機輪體，直到進氣歧管壓力達到極低水平。在發(fā)動機16的操作期間打開的廢氣門46越大，從渦輪增壓器26轉(zhuǎn)移來調(diào)節(jié)進氣歧管壓力的發(fā)動機排氣就越多。廢氣門46可包括任何可變受控的閥(例如，蝶形閥、閘門閥、提升閥等)。
[0039]控制器22聯(lián)接到節(jié)流閥24、旁通閥42、廢氣門閥46和它們相關(guān)聯(lián)的促動器上?？刂破?2將控制信號發(fā)送至節(jié)流閥24、旁通閥42和廢氣門46的促動器，以調(diào)整節(jié)流閥24、旁通閥42和廢氣門閥46的分別的位置(例如，開啟、閉合、成某些角開啟等)?？刂破?2還聯(lián)接到遍及系統(tǒng)10(包括內(nèi)燃系統(tǒng)12和渦輪增壓器26)的各種傳感器和裝置上。例如，控制器22聯(lián)接到設(shè)置在中間冷卻器38與節(jié)流閥24之間的在節(jié)流閥24上游的傳感器52上。傳感器52(例如，壓力傳感器)測量壓縮機排放壓力，且將代表壓縮機排放壓力的信號提供至控制器22?？刂破?2還聯(lián)接到設(shè)置在節(jié)流閥24與進氣歧管18之間的節(jié)流閥24下游的傳感器54上。傳感器54(例如，壓力傳感器)測量進氣歧管壓力，且將代表進氣歧管壓力的信號提供至控制器22。傳感器52，54可沿中間冷卻器38與進氣歧管18之間的流動通路設(shè)置。備選地，傳感器52，54可沿從中間冷卻器38與進氣歧管18之間的流動通路延伸的感測線路設(shè)置。在某些實施例中，控制器22可聯(lián)接到系統(tǒng)10的其它傳感器和控制特征上?？刂破?2可從傳感器52，54接收信號，且確定跨過節(jié)流閥24的壓差或儲備。單獨通過壓差，控制器22使用電子控制算法確定和控制(例如，維持和/或調(diào)整)廢氣門46的位置。電子控制算法可包括非線性參數(shù)方程。非線性參數(shù)方程可為單變量多項式。壓差用作對方程的單個輸入，且廢氣門閥的位置為方程的單個輸出。在某些實施例中，單個輸出為廢氣門閥的百分比開啟。在其它實施例中，單個輸出為廢氣門閥的百分比閉合。在某些實施例中，單變量多項式可包括多階或多度多項式，諸如三階多項式。非線性參數(shù)方程可由以下表示:
y = 0.0334x3 - 3.8663χ2 + 149.36x - 1910.3,(I)
其中y代表廢氣門閥的位置(例如，百分比開啟)，且X代表跨過節(jié)流閥24的壓差或節(jié)流閥儲備ΔΡ。非線性參數(shù)方程可限定代表廢氣門46關(guān)于壓差的位置的曲線，曲線可包括代表期望的儲備操作范圍的第一部分、代表期望的儲備操作范圍外的較低儲備范圍的第二部分，以及代表期望的儲備操作范圍外的較高儲備范圍的第三部分。在某些實施例中，曲線的第一部分具有廢氣門46的位置的調(diào)整的第一比率，曲線的第二部分具有廢氣門46的位置的調(diào)整的第二比率，曲線的第三部分具有廢氣門46的位置的調(diào)整的第三比率，且調(diào)整的第二比率和第三比率兩者大于調(diào)整的第一比率。使用電子控制算法，控制器22可能夠比機械比例控制途徑對期望操作范圍外的儲備更快地響應(yīng)。在某些實施例中，對于壓差的期望操作規(guī)程或范圍可從大約33.86到47.41kPa、33.86到40.0OkPa、47.41到40kPa，以及其間的所有子范圍變動。因此，在期望操作范圍外的極低儲備或極高儲備(例如，接近渦輪喘振)的存在情況下，控制器22可比如果儲備在期望操作范圍內(nèi)更快地調(diào)整廢氣門閥46的位置。此外，使用電子控制算法允許了在沒有增益規(guī)劃的情況下確定和調(diào)整廢氣門46的位置。
[0040]在一些實施例中，系統(tǒng)10可不包括圖1中所示的所有構(gòu)件。此外，系統(tǒng)10可包括附加構(gòu)件，諸如控制構(gòu)件、后處理構(gòu)件和/或余熱回收構(gòu)件。系統(tǒng)1可包括一個以上的中間冷卻器18。而且，系統(tǒng)10可包括多種閥(例如，燃料閥、壓力閥等)。
[0041]如上文所提到的，控制器22大體上控制內(nèi)燃機系統(tǒng)12和系統(tǒng)10的其它構(gòu)件的操作。圖2為控制器22的實施例的框圖?？刂破?2包括儲存在機器可讀介質(zhì)(例如，存儲器56)中且由處理器(例如，處理器58)使用來實施本文公開的技術(shù)的非暫時性代碼或指令。存儲器56可儲存電子控制算法，其限定關(guān)于確定的儲備的廢氣門位置。在某些實施例中，對于壓差的期望操作規(guī)程或范圍可從大約33.86到47.41kPa、33.86到40.0OkPa^47.41到40kPa，以及其間的所有子范圍變動。對于壓差的期望的操作范圍可取決于發(fā)動機16變化。在某些實施例中，對于期望的壓差操作范圍的壓差值可高于或低于以上值。存儲器56可儲存各種表格和/或模型(例如，表示和/或模擬燃燒系統(tǒng)12的各種方面和系統(tǒng)10的各個構(gòu)件的軟件模型)。查找表可包括對于某些操作狀態(tài)的期望的閥位置。例如，查找表可包括用于特定儲備或壓差的特定的廢氣門閥位置(例如，百分比開啟、百分比閉合、角等)。在某些實施例中，存儲器56可總體地或部分地從控制器22除去?？刂破?2接收來自傳感器、促動器和系統(tǒng)10的其它構(gòu)件(例如，用戶界面)的一個或更多個輸入信號Gnput1...1nputn)，且將一個或更多個輸出信號(Output1...0utputn)輸出至傳感器、促動器和系統(tǒng)10的其它構(gòu)件?？刂破?2可使用一個或更多個類型的模型(例如，可由處理器執(zhí)行的基于軟件的模型)ο例如，模型可包括基于物理的模型，諸如低周疲勞(LCF)壽命預(yù)測模型、計算流體動力(CFD)模型、有限元分析(FEA)模型、實體模型(例如，參數(shù)和非參數(shù)模擬)，和/或3維至2維FEA映射模型，其可用于預(yù)測設(shè)備故障的風險或?qū)υO(shè)備維護的需要。模型還可包括統(tǒng)計模型，諸如回歸分析模型、數(shù)據(jù)采掘模型(例如，群集模型、分類模型、關(guān)聯(lián)模型)等。例如，群集技術(shù)可發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中某些方面〃類似〃的組合或結(jié)構(gòu)。分類技術(shù)可將數(shù)據(jù)點分類為某些組合的部件，例如，具有遇到非計劃維護事件的較高概率的現(xiàn)場裝置?；貧w分析可用于找出能夠在一定誤差范圍內(nèi)模擬將來趨勢的功能。關(guān)聯(lián)技術(shù)可用于找出變量之間的關(guān)系。而且，可使用模糊邏輯模型。而且，結(jié)合模型使用的數(shù)據(jù)可包括歷史數(shù)據(jù)、經(jīng)驗數(shù)據(jù)、基于知識的數(shù)據(jù)等。備選地，為了使用簡單的電子控制算法，控制器可使用基于模型/模型預(yù)計控制來經(jīng)由物理模型預(yù)測系統(tǒng)10中的壓力，且因此調(diào)整廢氣門46。在某些實施例中，控制器22可為PI/PID控制器，其單獨地基于儲備調(diào)整廢氣門位置。
[0042]圖3為用于控制廢氣門位置的計算機實施的方法60的實施例的流程圖。方法60的所有或一些步驟可由控制器22執(zhí)行(例如，使用處理器58來執(zhí)行程序和存取儲存在存儲器56上的數(shù)據(jù))。方法60包括接收來自傳感器54的代表進氣歧管壓力測量結(jié)果的信號(框62)。方法60還包括接收來自傳感器52的代表壓縮機排放或升壓測量結(jié)果的信號(框64)。方法60進一步包括基于從傳感器52,54接收的信號確定跨過節(jié)流閥的壓差或節(jié)流閥儲備(框66)。方法60又進一步包括使用確定的節(jié)流閥儲備作為電子控制算法中的輸入?yún)?shù)，以確定廢氣門46的位置(例如，百分比開啟、百分比閉合、角等)(框68)。電子控制算法可如上文所述的。方法60更進一步包括輸出控制動作(框70)。控制動作包括將廢氣門46(例如，響應(yīng)于從控制器22提供至聯(lián)接到廢氣門46上的一個或更多個促動器的控制信號)調(diào)整至經(jīng)由電子控制算法確定的位置。控制動作還可包括如果儲備在期望的儲備操作范圍(例如，大約33.86到47.41 kPa)內(nèi)就維持廢氣門46的位置。
[0043]圖4為廢氣門46的基于參數(shù)曲線的控制對基于比例的控制的圖示72。圖示72包括代表廢氣門46的位置的y軸線74。如圖所示，y軸線代表廢氣門46的百分比開啟。在其它實施例中，y軸線可代表廢氣門46的百分比閉合或廢氣門的角。圖示72包括X軸線76，其代表單位為kPa的跨過節(jié)流閥24的壓差或節(jié)流閥儲備。圖示72包括線78，其代表廢氣門關(guān)于儲備的比例控制的一階方程。圖示72還包括曲線80(例如，代表等式I的非線性參數(shù)曲線)，其代表使用上述電子控制算法的廢氣門位置關(guān)于儲備的控制的三階等式。圖示72還包括中斷的線性曲線82，其代表曲線80的近似值。如圖所示，曲線80包括代表期望的儲備操作范圍(例如，大約33.86到47.41kPa)的第一部分84、代表期望的儲備操作范圍外的較低儲備范圍的第二部分86，以及代表期望的儲備操作范圍外的較高儲備范圍的第三部分88。曲線80的第一部分84具有廢氣門46的位置的調(diào)整的第一比率，曲線的第二部分86具有廢氣門46的位置的調(diào)整的第二比率，曲線80的第三部分88具有廢氣門46的位置的調(diào)整的第三比率，且調(diào)整的第二比率和第三曲率兩者大于調(diào)整的第一比率(B卩，第二部分86和第三部分88的斜率大于第一部分84的斜率)。如上文所述，使用電子控制算法，控制器22可能夠比機械比例控制途徑對期望操作范圍外的儲備更快地響應(yīng)。例如，如圖所示，線78具有恒定斜率，而不管儲備值。相比之下，如圖所示，曲線80結(jié)果的第二部分86和第三部分88繪出了儲備值在期望儲備操作范圍外時的較快響應(yīng)，而在儲備值在期望儲備操作范圍內(nèi)時響應(yīng)較慢。因此，在期望操作范圍外的極低儲備或極高儲備(例如，接近渦輪喘振)的存在情況下，控制器22可比如果儲備在期望操作范圍內(nèi)更快地調(diào)整廢氣門閥46的位置。
[0044]公開的實施例的技術(shù)效果包括提供用于利用簡單的電子控制算法(例如，具有單個輸入和單個輸出)控制廢氣門位置的系統(tǒng)和方法。實際上，壓縮機排放壓力(例如，升壓)與進氣歧管壓力之間的壓差(例如，儲備)可單獨地用于控制廢氣門。例如，壓差可用作電子控制算法(例如，非線性參數(shù)方程)中的單獨輸入。簡單的電子控制算法允許在沒有增益規(guī)劃的情況下響應(yīng)于極低或極高節(jié)流閥儲備的調(diào)整廢氣門中的較快響應(yīng)，同時還提供了期望的操作窗口內(nèi)的更穩(wěn)定的發(fā)動機操作。而且，簡單的電子控制算法在選擇校準時除去了構(gòu)造誤差的機會。它還避免了對學習算法和其相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性的需要。此外，它不需要附加的硬件?？傮w上，簡單的電子控制算法提供改善發(fā)動機系統(tǒng)的效率的不太復(fù)雜且更有效的廢氣門控制系統(tǒng)。
[0045]本書面描述使用實例來公開包括最佳模式的發(fā)明，且使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，且執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它實例。如果這些其它實例具有并非不同于權(quán)利要求的書面語言的結(jié)構(gòu)元件，或如果這些其它實例包括與權(quán)利要求的書面語言無實質(zhì)差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實例將在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種系統(tǒng)，包括: 內(nèi)燃機，其包括進氣歧管和設(shè)置在所述進氣歧管上游的節(jié)流閥； 渦輪增壓器，其聯(lián)接至所述內(nèi)燃機，其中所述渦輪增壓器包括渦輪和壓縮機； 廢氣門，其聯(lián)接至所述渦輪；以及 控制器，其構(gòu)造成接收來自第一傳感器的代表壓縮機排放壓力的第一信號和來自第二傳感器的代表進氣歧管壓力的第二信號，以基于第一和第二信號確定跨過所述節(jié)流閥的壓差，以單獨地基于所述壓差確定所述廢氣門的位置，以及將所述廢氣門調(diào)整至所述位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成使用非線性參數(shù)方程以確定和調(diào)整所述廢氣門的位置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述非線性參數(shù)方程包括單變量多項式。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述單變量多項式包括三階多項式。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述非線性參數(shù)方程限定代表所述廢氣門關(guān)于所述壓差的位置的曲線，所述曲線包括代表期望的儲備操作范圍的第一部分、代表所述期望的儲備操作范圍外的較低儲備范圍的第二部分，以及代表所述期望的儲備操作范圍外的較高儲備范圍的第三部分。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述曲線的所述第一部分具有所述廢氣門的位置的調(diào)整的第一比率，所述曲線的所述第二部分具有所述廢氣門的位置的調(diào)整的第二比率，所述曲線的所述第三部分具有所述廢氣門的位置的調(diào)整的第三比率，且調(diào)整的第二和第三比率兩者大于所述調(diào)整的第一比率。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成在沒有增益規(guī)劃的情況下調(diào)整所述廢氣門的位置。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括沿所述渦輪增壓器與所述內(nèi)燃機之間的流動通路設(shè)置的所述第一傳感器，其中所述第一傳感器設(shè)置在所述節(jié)流閥和所述進氣歧管兩者上游，且所述第一傳感器構(gòu)造成測量所述壓縮機排放壓力，且包括沿所述流動通道設(shè)置在所述節(jié)流閥與所述進氣歧管之間在所述第一傳感器下游的第二傳感器，其中所述第二傳感器構(gòu)造成測量所述進氣歧管壓力。9.一種用于控制聯(lián)接到聯(lián)接至內(nèi)燃機的渦輪增壓器的渦輪上的廢氣門的方法，包括: 使用控制器以用于: 接收來自第一傳感器的代表壓縮機排放壓力的第一信號； 接收來自第二傳感器的代表進氣歧管壓力的第二信號； 基于第一和第二信號確定跨過所述內(nèi)燃機的節(jié)流閥的壓差； 單獨地基于所述壓差確定所述廢氣門的位置；以及 將所述廢氣門調(diào)整至所述位置。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，確定和調(diào)整所述廢氣門的位置包括使用非線性參數(shù)方程來確定和調(diào)整所述廢氣門的位置。
【文檔編號】F02B37/18GK105822408SQ201610042610
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月22日
【發(fā)明人】D.J.弗拉文, G.W.佐爾格
【申請人】通用電氣公司