專利名稱：減輕發(fā)動機的背壓的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有諸如兩級渦輪增壓器之類的渦輪增壓器的諸如柴油發(fā)動機之 類的內(nèi)燃發(fā)動機。
背景技術(shù)：
一種已知的發(fā)動機渦輪增壓器系統(tǒng)包括一個兩級渦輪增壓器，其包括成串聯(lián)流 動關(guān)系的高壓渦輪機和低壓渦輪機以及一個旁通閥門，該旁通閥門對高壓渦輪機 成并聯(lián)流動關(guān)系并且受發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制。發(fā)動機控制系統(tǒng)可處理各種數(shù)據(jù) 來控制旁通閥門，以便根據(jù)發(fā)動機當時的工作方式以恰當?shù)耐緩秸{(diào)節(jié)排氣背壓和 發(fā)動機增壓?？蓪⒏邏杭壴O計成尺寸相對較小從而對發(fā)動機的低端性能最佳化， 同時為了發(fā)動機的高端性能可將低壓級設計成尺寸相對較大。
為了符合有關(guān)的法律和規(guī)章，通常在各種環(huán)境條件下在發(fā)動機工作狀態(tài)的寬闊
范圍內(nèi)采用排氣再循環(huán)(EGR)，以有助于控制排氣尾管的排放物。但是，發(fā)動 機工程師可能會認為，只要不違反有關(guān)的法律和/或規(guī)章，可以在影響發(fā)動機工作 的某些條件下以某些途徑暫時停止使用EGR。這樣的暫時停用EGR的理由可列 舉如下EGR是根本沒有必要的；EGR沒有什么明顯的作用；或EGR實際上是 有害無宜的。另一個可能的理由是不可能做到EGR的足夠精確的控制，同時這 樣的情況比比皆是。
一種渦輪增壓器控制方略可考慮發(fā)動機在寬闊的工作范圍內(nèi)的許多工作參數(shù)， 包括EGR。在一臺發(fā)動機在工作而各主要的條件要求停用EGR時，渦輪增壓器 控制方略可能需要能適配于停用的EGR。
如果不能使控制方略適配于停用的EGR，可能會使發(fā)動機以有損于發(fā)動機的 性能和/或耐久性的方式進行工作。這種情況的一個后果是，在一種力求使增壓升 高的渦輪增壓器控制方略因為某些主要的條件(諸如發(fā)動機是冷的或是極熱而達 到過熱點)規(guī)定在那些條件下應該停用EGR時而不宜使增壓升高時，這種渦輪增
壓器的控制方略會使排氣背壓(EBP)不想要地升高。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)和方法，其用于使渦輪增壓器控制方略得以
適配，以避免發(fā)動機EBP的那種所不希望的升高。
所揭示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例采用多組圖表，它們包含渦輪增壓器設定點的諸
多數(shù)據(jù)數(shù)值。根據(jù)發(fā)動機控制系統(tǒng)是使EGR系統(tǒng)處于使用狀態(tài)還是停用狀態(tài)，利 用一組圖表排斥另一組圖表。在發(fā)動機是冷的或太熱時，EGR系統(tǒng)被停用，并且 用一組圖表排斥另一組圖表來控制渦輪增壓器的設定點，進而控制發(fā)動機排氣總 管內(nèi)的EBP和發(fā)動機進氣總管內(nèi)的總管絕對壓力(MAP)。在發(fā)動機既不是冷的 也不是太熱時，EGR系統(tǒng)被投入使用，并且用另一組圖表排斥所述一組圖表。
設定點圖表可包含基于EBP、 MAP、或MGP (總管表壓)的諸多數(shù)據(jù)數(shù)值。 優(yōu)選的是，這種系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方略，用取自所選擇的圖表的設定點數(shù)據(jù)數(shù)值 作為命令輸入，以及用取自適當?shù)臄?shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)數(shù)值作為反饋輸入，從命令輸入 減去反饋輸入，而提供一個誤差信號，這種方略連續(xù)地力求達到零信號，以使渦 輪增壓器盡可能接近地工作在設定點。特定的反饋源適應于由各圖表中的數(shù)據(jù)數(shù) 值代表的特定參數(shù)，即EBP、 MAP、或MGP。
因此，本發(fā)明的一個通用的方面涉及一種內(nèi)燃發(fā)動機，它有進氣系統(tǒng)，其包 括用于為發(fā)動機提供燃燒用充入空氣的渦輪增壓器壓縮機；多個燃燒室，充入空 氣和燃料在其中燃燒而使發(fā)動機工作；以及排氣系統(tǒng)，燃燒生成的排氣從燃燒室
出來流過該系統(tǒng)。排氣系統(tǒng)還包括渦輪增壓器渦輪機，其利用排氣使渦輪增壓器 壓縮機工作。
EGR系統(tǒng)在使用狀態(tài)時可使一些排氣從排氣系統(tǒng)再循環(huán)到進氣系統(tǒng)，但是， 控制系統(tǒng)可能會不時地，特別是在發(fā)動機是冷的或太熱時，使它處于停用狀態(tài)。
旁通閥門連接在渦輪機的一個級的旁路上，當它被打開時，它可使排氣從旁路 繞過渦輪機的這個級。
控制系統(tǒng)可以選擇性地啟用和停用EGR系統(tǒng)。它也能給閥門推導出工作設定 點數(shù)值，以限定閥門使排氣從旁路繞過渦輪機的那個級的程度，從而設定渦輪增 壓器的工作設定點。
控制系統(tǒng)包括包含數(shù)據(jù)的第一組圖表，在EGR系統(tǒng)處于使用狀態(tài)時，控制系 統(tǒng)用這些數(shù)據(jù)排斥第二組圖表中的數(shù)據(jù)而推導出設定點數(shù)值。在EGR系統(tǒng)處于停 用狀態(tài)時，控制系統(tǒng)用第二組圖表中的數(shù)據(jù)排斥第一組圖表中的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的其它各方面涉及用于渦輪增壓器設定點控制的控制系統(tǒng)和方法。 本發(fā)明的上述以及進一步的特點和優(yōu)點將在下面進行的本發(fā)明的一個現(xiàn)在認 為優(yōu)選的實施例的說明中顯現(xiàn)出來，這個實施例描述了當前設想的實現(xiàn)本發(fā)明的 最好方式。本說明書包括幾個附圖，現(xiàn)將其簡述如下。


圖1是一個示例性內(nèi)燃發(fā)動機的總的示意圖，其配有按照本發(fā)明的原理的發(fā)動 機控制系統(tǒng)；
圖2是一個軟件方略圖的第一部分，其表示出編程在按照本發(fā)明的原理的發(fā)動 機控制系統(tǒng)中的算法；以及
圖3是軟件方略圖的第二部分。
具體實施例方式
圖1表示出一個示例性的內(nèi)燃發(fā)動機10，它有進氣系統(tǒng)12，供燃燒用的空 氣可通過該系統(tǒng)進入發(fā)動機；和排氣系統(tǒng)M，燃燒產(chǎn)生的排氣通過該系統(tǒng)流出發(fā) 動機。舉例來說，發(fā)動機10是一個包括一臺兩級渦輪增壓器16的渦輪增壓柴油 發(fā)動機，兩級渦輪增壓器16有一個低壓級18和一個高壓級20。舉例來說，發(fā)動 機10是一個有進氣總管22和排氣總管24的多缸V型發(fā)動機，并且在其被用在 一個諸如卡車的機動車輛上時，其被通過車輛的傳動鏈而聯(lián)接至可驅(qū)動車輛。
被吸入進氣系統(tǒng)12的空氣沿著箭頭26指示的路徑進入低壓級18的壓縮機 18C。高壓級20的壓縮機20C沿著箭頭28指示的路徑相對壓縮機18C在下游成 串聯(lián)流動關(guān)系。由箭頭30指示的路徑從壓縮機20C經(jīng)過充入空氣冷卻器32和進 氣節(jié)流閥34通到進氣總管22。
充入空氣從進氣總管22進入發(fā)動機氣缸36，同時燃料被噴入發(fā)動機氣缸而形 成混合物，混合物燃燒而轉(zhuǎn)化為發(fā)動機的動力。燃燒生成的氣體被通過排氣系統(tǒng) 14排出，但其中某些部分可被通過排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)38再循環(huán)。被從排氣總管24再循環(huán)的排氣沿著箭頭40指示的路徑流經(jīng)EGR冷卻器42和EGR閥門 44而回流進入進氣總管22。
沒有被再循環(huán)的排氣一離開排氣總管24就被迫沿著分別由箭頭46、48指示的 兩個平行的路徑之一或兩者流動。路徑46包括高壓級20的渦輪機20T，而路徑 48包括旁通閥門50。在渦輪機20T和旁通閥門50之后，路徑46、 48合并為一個 通向低壓級18的渦輪機18T的共同路徑52。排氣經(jīng)過渦輪機18T之后可流經(jīng)一 個或多個排氣處理裝置，諸如催化劑裝置54，而后被排放到大氣中。
旁通閥門50是在發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制下。發(fā)動機控制系統(tǒng)可處理各種數(shù)據(jù) 來控制旁通閥門50，以便根據(jù)發(fā)動機當時的工作方式以一種恰當?shù)姆绞絹碚{(diào)節(jié)發(fā) 動機排氣背壓和發(fā)動機增壓。以串聯(lián)流動關(guān)系設置兩個渦輪機20T和18T以及設 置用于控制被允許從旁路繞過渦輪機20T的排氣量的旁通閥門50的優(yōu)點是，可將 高壓級20設計成尺寸較小并針對發(fā)動機的低端性能最佳化，同時可為了使發(fā)動機 的高端性能更好而將低壓級18設計成尺寸較大。
通過在發(fā)動機在低端工作時關(guān)閉旁通閥門50，可使全部的排氣流經(jīng)過兩個渦 輪機20T和18T，以及高壓壓縮機20C將給出較高的出口壓力，使得發(fā)動機的充 入空氣是由兩級壓縮機給出。這可使低端增壓得到所希望的升高。
在發(fā)動機工作于中速范圍和高端時，可視情況將旁通閥門50部分地或完全打 開，以達到所希望的增壓和背壓。
本發(fā)明的渦輪增壓器旁通控制(TCBC)方略實現(xiàn)在發(fā)動機控制系統(tǒng)中，而后 者包括一個或多個處理器，這些處理器有用于處理數(shù)據(jù)的各種算法。通過控制旁 通閥門50，可以用這種方略控制渦輪增壓器的工作設定點。
在一個特定的發(fā)動機上，用于旁通閥門50的所希望的渦輪增壓器旁通控制的 數(shù)據(jù)數(shù)值是圖2中所示的一個參數(shù)TCBC一DES。這個數(shù)據(jù)數(shù)值是由發(fā)動機控制系 統(tǒng)推導出來而可設定旁通闊門50的打開程度。TCBC一DES的數(shù)據(jù)數(shù)值主要是發(fā) 動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機負荷的函數(shù)。TCBC一DES的數(shù)據(jù)數(shù)值被包含在圖2中所示的通 用圖表60中，其中用參數(shù)N表示的速度數(shù)據(jù)和用發(fā)動機供油數(shù)據(jù)MFDES表示的 發(fā)動機負荷是圖表60的輸入。
可根據(jù)轉(zhuǎn)速和負荷的輸入數(shù)據(jù)數(shù)值從圖表60選擇TCBC一DES的數(shù)據(jù)數(shù)值。在 某些系統(tǒng)中，可能需要考慮對某些瞬時狀態(tài)和諸如大氣壓力和發(fā)動機溫度的某些
參數(shù)進行補償和過濾，在認為適當時可對各種數(shù)據(jù)進行限制。實際上，圖表60 可包括一單個圖表或多個單個的圖表，每個圖表提供與轉(zhuǎn)速和負荷數(shù)據(jù)數(shù)值適當
相關(guān)的設定點數(shù)據(jù)數(shù)值的一個對應范圍。儲存的數(shù)據(jù)數(shù)值可以是各參數(shù)EPB、 MAP或MGP中的任一個。
用于控制旁通閥門50的基本方略是以重復地計算限定著該閥門應該打開的程 度的一個設定點為前提，而重復地計算是通過重復地處理諸如發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動 機供油的各適當參數(shù)的數(shù)據(jù)。設定點可隨著相關(guān)參數(shù)的數(shù)值的變化而改變。這種 基本方略還可通過把某些瞬時狀態(tài)的影響包括在設定點計算中來考慮瞬時狀態(tài)的 發(fā)生。然后，這種方略用計算得到的設定點作為對這種方略的旨在操作旁通閥門 50的控制部分的控制輸入，以使該閥門的打開量盡可能實時地緊密地對應于設定 點。這樣的處理過程可以用前饋控制和反饋控制的一種組合，其中后者采用比例 和積分(PI)控制，或者處理過程也可只采用反饋控制。
某些工作條件可能以各種方式影響發(fā)動機的工作，這使得在那些條件繼續(xù)存在
的同時暫時停用EGR是適當?shù)?。已?jīng)發(fā)現(xiàn)，在把EGR關(guān)掉即停用時，由于發(fā)動 機或是冷的或是很熱，渦輪增壓器會使增壓升高而使大量空氣進入發(fā)動機，結(jié)果， 由于增加的空氣量有明顯的作用，可能使發(fā)動機的EBP升高到不可接受的程度。
本發(fā)明旨在為避免那樣的EBP升高提出一種辦法。下文將會說明，這種辦法 是通過提供幾個附加的圖表來實現(xiàn)的，在這種方略使EGR暫時停用時這些附加圖 表可用于替代在啟用EGR時應用的其它圖表。以這種方式，這種基本控制方略可 被保持，但也可被以特別方便的途徑進行適配，以避免EBP因上述那樣的條件而 升高到不可接受的程度。
TCBC—DES的數(shù)據(jù)數(shù)值產(chǎn)生于對參數(shù)TCBC一DES—SP (也見圖2)的數(shù)據(jù)數(shù)值 的評價，而這種評價是用一個評價函數(shù)70來進行，用以評價是否符合由參數(shù) TCBC—DES—LMN和TCBC—DES—LMX分別代表的最小和最大限制值。如果 TCBC—DES—SP的數(shù)據(jù)數(shù)值是在最小和最大限制值之內(nèi)，函數(shù)70就讓它通過。如 果其超過最大限制值，被通過的數(shù)值就是TCBC一DESJJv4X的數(shù)值；如果其低于 最小限制值，被通過的數(shù)值就是TCBC—DES一LMN的數(shù)值。命名為KOER診斷和 P-I計算推導的虛線長方形內(nèi)表示的開關(guān)函數(shù)72、 74是用于診斷和推導的目的。 在渦輪增壓發(fā)動機工作在生產(chǎn)用的機動車輛例如卡車上時，這些開關(guān)函數(shù)可讓TCBC一DES—SP的數(shù)據(jù)數(shù)值通過而到達用于評價的函數(shù)70。
TCBC—DES—SP的數(shù)據(jù)數(shù)值可以或者是參數(shù)TCBC—SP的數(shù)據(jù)數(shù)值或者是參數(shù) TCBC一SPF的數(shù)據(jù)數(shù)值，這可由幵關(guān)函數(shù)76和開關(guān)函數(shù)78的共同作用基于編號 為"1"到"5"的各個模式來選擇。模式"0"表示發(fā)動機在生產(chǎn)用機動車輛上的 常態(tài)工作模式。各其它模式是用于診斷和推導的目的。
在模式"0" ， TCBC—DES—SP的數(shù)據(jù)數(shù)值是TCBC—SPF的數(shù)據(jù)數(shù)值。根據(jù)開 關(guān)函數(shù)78的狀態(tài)，TCBC一SPF的數(shù)據(jù)數(shù)值可以或者是TCBC一SP的數(shù)據(jù)數(shù)值或者 是取自圖表80的一個數(shù)據(jù)數(shù)值。按照本發(fā)明的某些原理，開關(guān)函數(shù)78是由一個 參數(shù)EGR—DISABLE來控制。在EGR被停用時，EGR_DISABLE使開關(guān)函數(shù)78 提供來自圖表80的數(shù)據(jù)數(shù)值作為TCBC—SPF的數(shù)據(jù)數(shù)值。在EGR被恢復使用時， EGR—DISABLE使開關(guān)函數(shù)78提供TCBC_SP的數(shù)據(jù)數(shù)值作為TCBC—SPF的數(shù)據(jù) 數(shù)值。
從下文的進一步說明將會更明顯地看出，正是這一選擇性的采用A) —個在 發(fā)動機控制系統(tǒng)由于發(fā)動機或是冷的或是太熱而將EGR停用時可以以一種避免 EBP所不希望的增高的方式改變設定點的取自圖表80的數(shù)據(jù)數(shù)值，以及B)在發(fā) 動機控制系統(tǒng)使EGR處于使用狀態(tài)時TCBC一SP的數(shù)據(jù)數(shù)值，對本發(fā)明的原理是 非常重要的。
參數(shù)MFDES的數(shù)據(jù)數(shù)值對應于發(fā)動機的燃油供給速率并可從任何適當?shù)臄?shù)據(jù) 源來得到。參數(shù)N的數(shù)據(jù)數(shù)值對應于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速并可從任何適當?shù)臄?shù)據(jù)源得到。 MFDES和N是通用圖表60的輸入，前已指出，圖表60可包括多個單個的圖表。
圖表60，不管是單一的圖表還是多個圖表，可包含若干個數(shù)據(jù)數(shù)值，其中每 一個與各自的一對數(shù)據(jù)數(shù)值相關(guān)， 一對數(shù)據(jù)數(shù)值中的一個是發(fā)動機供油MFDES 的數(shù)據(jù)數(shù)值，另一個是發(fā)動機轉(zhuǎn)速N的數(shù)據(jù)數(shù)值。發(fā)動機供油MFDES的每個數(shù) 據(jù)數(shù)值代表發(fā)動機供油范圍內(nèi)的一個對應的部分跨度，而發(fā)動機轉(zhuǎn)速的每個數(shù)據(jù) 數(shù)值代表發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個對應的部分跨度。對于任何給定的發(fā)動機供油 和發(fā)動機轉(zhuǎn)速組合，發(fā)動機供油將是處在圖表中它的各部分跨度之一內(nèi)，以及發(fā) 動機轉(zhuǎn)速將是處在它的各部分跨度之一內(nèi)，這將使儲存在圖表中與這兩個相應的 部分跨度互相關(guān)聯(lián)的特定數(shù)據(jù)數(shù)值被送給函數(shù)70去進行進一步處理，以及，正是 基本的設定點數(shù)值在EGR處于使用狀態(tài)時由這種方略進行進一步處理。下文還將說明，在EGR停用時，是由這種方略對來自一個不同的圖表80的數(shù)據(jù)數(shù)值進行 進一步處理。
由評價函數(shù)70評價通過的數(shù)據(jù)數(shù)值構(gòu)成旁通閥門50的閉環(huán)控制的一個輸入。 一個加法函數(shù)120(見圖2)是這個環(huán)的閉合處。在模式"0"，函數(shù)120從TCBC一DES 的數(shù)據(jù)數(shù)值減去TCBC—EBP—EST的數(shù)據(jù)數(shù)值。TCBC—EBP—EST的數(shù)據(jù)數(shù)值可以 用任何適當?shù)耐緩降玫?，諸如通過估算，或通過用傳感器之類的裝置在發(fā)動機系 統(tǒng)的一個適當?shù)牟课贿M行實際測量。差值是一個代表兩者之間的誤差的數(shù)據(jù)數(shù)值。
在儲存在圖表60里的數(shù)據(jù)代表EBP時，TCBC—EBP—EST的數(shù)據(jù)數(shù)值就代表 實際的或估算的EBP。在儲存在圖表60里的數(shù)據(jù)代表MAP時，TCBC—EBP—EST 的數(shù)據(jù)數(shù)值就代表實際的或估算的MAP。在儲存在圖表60里的數(shù)據(jù)代表MGP 時，TCBC—EBP一EST的數(shù)據(jù)數(shù)值就代表實際的或估算的MGP。
接著，由評價函數(shù)122對照預設的最小和最大限制值對誤差差值進行評價，如 圖2所示。如果誤差差值的數(shù)據(jù)數(shù)值是正向大于預設最大限制值(參數(shù) TCBC—ERR—LMX)，那么，TCBC—ERR—LMX的數(shù)據(jù)數(shù)值就被通過。如果誤差 差值的數(shù)據(jù)數(shù)值是負向大于預設最小限制值(參數(shù)TCBC_ERR_LMN)，那么， TCBC—ERR一LMN的數(shù)據(jù)數(shù)值就被通過。如果誤差差值的數(shù)據(jù)數(shù)值是處在兩個限 制值之間，那么實際的誤差差值本身的數(shù)據(jù)數(shù)值就被通過。
被通過的誤差數(shù)據(jù)數(shù)值被命名為一個參數(shù)TCBC—ERR，隨后其由圖3中表示 的包括可處理TCBC一ERR的比例函數(shù)130和積分函數(shù)132的TCBC P-I &前饋控 制進行處理。各自的增益分別與每個函數(shù)130、 132相關(guān)，增益KP與比例函數(shù)130 相關(guān)，而增益KI與積分函數(shù)132相關(guān)。每個增益本身是發(fā)動機供油和發(fā)動機轉(zhuǎn)速 的函數(shù)。
圖3還表示出TCBC P-I &前饋控制包括一個用于設定比例函數(shù)130的增益的 圖表134和一個用于設定積分函數(shù)134的增益的圖表136。
圖表134包含比例增益KP的若干個數(shù)據(jù)數(shù)值，其中每一個與各自的一對數(shù)據(jù) 數(shù)值相關(guān)聯(lián)， 一對數(shù)據(jù)數(shù)值中的一個是發(fā)動機供油MFDES，另一個是發(fā)動機轉(zhuǎn)速 N。發(fā)動機供油MFDES的每個數(shù)據(jù)數(shù)值代表發(fā)動機供油范圍內(nèi)的一個對應的部分 跨度，而發(fā)動機轉(zhuǎn)速的每個數(shù)據(jù)數(shù)值代表發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個對應的部分跨 度。對于任何給定的發(fā)動機供油和發(fā)動機轉(zhuǎn)速組合，發(fā)動機供油將是處在圖表134
中它的各部分跨度之一內(nèi)，以及發(fā)動機轉(zhuǎn)速將是處在它的各部分跨度之一內(nèi)，使 對應于這兩個相應的部分跨度的比例增益KP的特定數(shù)據(jù)數(shù)值被供給到一個乘法
函數(shù)138。
圖表136包含積分增益KI的若干個數(shù)據(jù)數(shù)值，其中每一個與各自的一對數(shù)據(jù) 數(shù)值相關(guān)聯(lián)， 一對數(shù)據(jù)數(shù)值中的一個是發(fā)動機供油MFDES，另一個是發(fā)動機轉(zhuǎn)速 N。發(fā)動機供油MFDES的每個數(shù)據(jù)數(shù)值代表發(fā)動機供油范圍內(nèi)的一個對應的部分 跨度，而發(fā)動機轉(zhuǎn)速的每個數(shù)據(jù)數(shù)值代表發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個對應的部分跨 度。對于任何給定的發(fā)動機供油和發(fā)動機轉(zhuǎn)速組合，發(fā)動機供油將是處在圖表136 中它的各部分跨度之一內(nèi)，以及發(fā)動機轉(zhuǎn)速將是處在它的各部分跨度之一內(nèi)，使 對應于這兩個相應的部分跨度的積分增益KI的特定數(shù)據(jù)數(shù)值被供給到積分函數(shù) 132的一個積分器140。積分器140包括用于把積分速率約束于最大和最小限制值 的制約邏輯(clamp-logic)。
參數(shù)TCBC—FFD的數(shù)據(jù)數(shù)值代表TCBC設定點的前饋分量的一個近似的目標 數(shù)值。TCBC一FFD的數(shù)據(jù)數(shù)值可以或者是參數(shù)TCBC一EGR一FFD的數(shù)據(jù)數(shù)值或者 是選自圖表142的一個數(shù)據(jù)數(shù)值，這可由開關(guān)函數(shù)144和開關(guān)函數(shù)146的共同作 用基于各模式"0"到"5"來選擇。
在模式"0"，開關(guān)函數(shù)144、 146的狀態(tài)使TCBC—FFD的數(shù)據(jù)數(shù)值可由在 EGR一DISABLE控制下的開關(guān)函數(shù)146的狀態(tài)來確定。在EGR被停用時， EGR一DISABLE使開關(guān)函數(shù)146提供來自圖表148的一個數(shù)據(jù)數(shù)值作為 TCBC一EGR一FFD的數(shù)據(jù)數(shù)值。在恢復使用EGR時，EGR—DISABLE使開關(guān)函數(shù) 146提供TCBC一EGR一FFD的數(shù)據(jù)數(shù)值作為選自圖表142的數(shù)據(jù)數(shù)值。
圖表142包含在使用EGR時采用的代表設定點目標數(shù)值的若干個數(shù)據(jù)數(shù)值。 每個設定點目標數(shù)據(jù)數(shù)值與各自的一對數(shù)據(jù)數(shù)值相關(guān)聯(lián)， 一對數(shù)據(jù)數(shù)值中的一個 是發(fā)動機轉(zhuǎn)速N，另一個是發(fā)動機供油MFDES。發(fā)動機轉(zhuǎn)速的每個數(shù)據(jù)數(shù)值代表 發(fā)動機整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個對應的部分跨度，而發(fā)動機供油的每個數(shù)據(jù)數(shù)值代 表發(fā)動機整個供油范圍內(nèi)的一個對應的部分跨度。對于任何給定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和 發(fā)動機供油組合，發(fā)動機轉(zhuǎn)速將是處在該圖表中的各部分轉(zhuǎn)速跨度之一內(nèi)，以及 發(fā)動機供油將是處在各供油部分跨度之一內(nèi)，使對應于兩個相應的部分跨度的特 定的設定點目標數(shù)值在EGR未被停用時被選擇為進行進一步處理。
圖表148包含在停用EGR時采用的代表設定點目標數(shù)值的若干個數(shù)據(jù)數(shù)值。 每個設定點目標數(shù)據(jù)數(shù)值與各自的一對數(shù)據(jù)數(shù)值相關(guān)聯(lián)， 一對數(shù)據(jù)數(shù)值中的一個 是發(fā)動機轉(zhuǎn)速N，另一個是發(fā)動機供油MFDES。發(fā)動機轉(zhuǎn)速的每個數(shù)據(jù)數(shù)值代表 發(fā)動機整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個對應的部分跨度，而發(fā)動機供油的每個數(shù)據(jù)數(shù)值代 表發(fā)動機整個供油范圍內(nèi)的一個對應的部分跨度。對于任何給定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和 發(fā)動機供油組合，發(fā)動機轉(zhuǎn)速將是處在該圖表中的各部分轉(zhuǎn)速跨度之一內(nèi)，以及 發(fā)動機供油將是處在各供油部分跨度之一內(nèi)，使對應于兩個相應的部分跨度的特 定的設定點目標數(shù)值在EGR被停用時被選擇為進行進一步處理。
本發(fā)明的一個方面涉及以下兩項的這種選擇性使用A)在發(fā)動機控制系統(tǒng)由 于發(fā)動機或是冷的或是太熱而暫時停用EGR時，選用來自圖表148的數(shù)據(jù)數(shù)值， 其可以避免EBP的不希望的升高的方式改變設定點，以及B)在使用亦即不停用 EGR時，選用來自圖表142的數(shù)據(jù)數(shù)值。
應該注意到，利用發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機供油的前饋目標設定點選擇是一個開環(huán) 函數(shù)，而由函數(shù)130、 132提供的比例和積分控制都是閉環(huán)函數(shù)。所以，這種方略 是依靠一個開環(huán)的前饋函數(shù)來逼近所希望的TCBC設定點，以及依靠一個閉環(huán)函 數(shù)與開環(huán)函數(shù)協(xié)調(diào)作用，以便真正能達到所希望的設定點。
TCBC設定點的開環(huán)逼近不是排他地取決轉(zhuǎn)速和所希望的供油，本發(fā)明揭示的 方略還包括大氣壓力BARO一KPA和一個補償項作為補充的因素。函數(shù)發(fā)生器149 和補償項(參數(shù)TCBC一DTY一OFSET)可提供兩個補充的數(shù)據(jù)數(shù)值，根據(jù)EGR是 否處于使用狀態(tài)，加法函數(shù)150可將這兩個補充數(shù)值相加于從圖表142或圖表148 得到的數(shù)據(jù)數(shù)值，以產(chǎn)生參數(shù)TCBC—DTY—FF的一個數(shù)據(jù)數(shù)值，而參數(shù) TCBC—DTY一FF是代表至少逼近所希望的TCBC的目標數(shù)據(jù)數(shù)值。
加法函數(shù)152把TCBC一DTY一FF的這個數(shù)據(jù)數(shù)值、由比例函數(shù)130提供的 TCBC一DTY一P的數(shù)據(jù)數(shù)值、以及由積分函數(shù)132提供的TCBC—DTYJ的數(shù)據(jù)數(shù) 值進行代數(shù)相加。從這種相加得到的數(shù)據(jù)數(shù)值是可控制旁通閥門50的常規(guī)執(zhí)行器 (未示)的參數(shù)TCBC—DTY—PIF的數(shù)據(jù)數(shù)值。
總之，上述方略己經(jīng)表明，它能夠把所希望的TCBC變成控制系統(tǒng)的一個輸 入，用以迫使實際的TCBC盡可能接近地對應于那個輸入。可以在反饋環(huán)路閉合 那一點之前對所希望的TCBC施加各種形式的補償。本發(fā)明的一般原理寬泛得足
以包容任何或所有各種補償形式或者不包括那些各種補償形式。這種方略可以以 任何適當?shù)膱?zhí)行速率例如125赫茲來執(zhí)行。
可將比例控制和積分控制的組合亦即P-I控制看作是最適合于TCBC的控制的 反饋控制的一種優(yōu)選形式。在某些應用中，把前饋、開環(huán)控制與P-I閉環(huán)控制組 合起來也是很可行的。但是，本發(fā)明的關(guān)于選擇性地停用EGR的原理也可以用所 揭示的前饋、開環(huán)控制和P-I閉環(huán)控制之外的其它具體控制方略來實現(xiàn)。在某些 控制方略中，可能不必采用前饋控制，在這種情況中，只釆用反饋控制。但是， 圖3已經(jīng)表示出作為本發(fā)明的一個方面的圖表142、 148的選擇性應用，這種應用 的本身是在本發(fā)明的一般原理范圍內(nèi)，以及與圖表80的選擇性應用結(jié)合起來是對 由圖表80的選擇性應用所展現(xiàn)的一般原理的進一步增強。
盡管只是圖示和說明了本發(fā)明的現(xiàn)在為優(yōu)選的一個實施例，但是應能理解，本 發(fā)明的原理適用于后附權(quán)利要求書的范圍所涵蓋的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃發(fā)動機，該內(nèi)燃發(fā)動機包括進氣系統(tǒng)，該進氣系統(tǒng)包括用于為所述發(fā)動機提供燃燒用充入空氣的渦輪增壓器壓縮機；多個燃燒室，充入空氣和燃料在所述燃燒室中燃燒而使發(fā)動機工作；排氣系統(tǒng)，燃燒生成的排氣從所述燃燒室出來流過該排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)包括渦輪增壓器渦輪機，該渦輪增壓器渦輪機利用排氣使所述渦輪增壓器壓縮機工作；EGR系統(tǒng)，該EGR系統(tǒng)用于使一些排氣從所述排氣系統(tǒng)再循環(huán)到所述進氣系統(tǒng)；閥門，該閥門用于選擇性地使排氣從旁路繞過所述渦輪機的一個級；以及控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用于選擇性地啟用和停用所述EGR系統(tǒng)以及用于給所述閥門推導出工作設定點數(shù)值，以限定所述閥門使排氣從旁路繞過所述渦輪機的所述級的程度，其中所述控制系統(tǒng)包括包含數(shù)據(jù)的第一組圖表，在所述EGR系統(tǒng)處于使用狀態(tài)時，所述控制系統(tǒng)用所述第一組圖表中的所述數(shù)據(jù)排斥第二組圖表中的數(shù)據(jù)來推導出所述設定點數(shù)值，而在所述EGR系統(tǒng)處于停用狀態(tài)時，所述控制系統(tǒng)用所述第二組圖表中的所述數(shù)據(jù)排斥所述第一組圖表中的所述數(shù)據(jù)來推導出所述設定點數(shù)值。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于，所述第一組圖表包括包含數(shù) 據(jù)數(shù)值的第一圖表，每個所述數(shù)據(jù)數(shù)值既與發(fā)動機供油范圍內(nèi)的一個特定的發(fā)動 機供油跨度相關(guān)也與發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個特定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速跨度相關(guān)，所述 第二組圖表包括包含數(shù)據(jù)數(shù)值的第二圖表，每個所述數(shù)據(jù)數(shù)值既與發(fā)動機供油范 圍內(nèi)的一個特定的發(fā)動機供油跨度相關(guān)，也與發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個特定的發(fā) 動機轉(zhuǎn)速跨度相關(guān)，以及在所述EGR系統(tǒng)處于使用狀態(tài)時，所述控制系統(tǒng)根據(jù)當 時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和當時的發(fā)動機供油從所述第一圖表選擇數(shù)據(jù)數(shù)值以進行進一步 處理來推導出所述設定點數(shù)值，而在所述EGR系統(tǒng)處于停用狀態(tài)時，所述控制系 統(tǒng)根據(jù)當時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和當時的發(fā)動機供油從所述第二圖表選擇數(shù)據(jù)數(shù)值以進 行進一步處理來推導出所述設定點數(shù)值。
3. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)動機，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括閉環(huán)控制 部分，在所述EGR系統(tǒng)處于使用狀態(tài)時，該閉環(huán)控制部分處理從所述第一圖表選 擇的所述數(shù)據(jù)數(shù)值，用于所述閥門的閉環(huán)控制，而在所述EGR系統(tǒng)處于停用狀態(tài) 時，該閉環(huán)控制部分處理從所述第二圖表選擇的所述數(shù)據(jù)數(shù)值，用于所述閥門的 閉環(huán)控制。
4. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)動機，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括前饋控 制部分，該前饋控制部分與所述閉環(huán)控制部分協(xié)同作用而控制所述閥門，所述第 一組圖表包括包含前饋數(shù)據(jù)數(shù)值的第三圖表，每個所述前饋數(shù)據(jù)數(shù)值既與發(fā)動機 供油范圍內(nèi)的一個特定的發(fā)動機供油跨度相關(guān)，也與發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個特 定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速跨度相關(guān)，所述第二組圖表包括包含數(shù)據(jù)數(shù)值的第四圖表，每個 所述數(shù)據(jù)數(shù)值既與發(fā)動機供油范圍內(nèi)的一個特定的發(fā)動機供油跨度相關(guān)，也與發(fā) 動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個特定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速跨度相關(guān)，以及在所述EGR系統(tǒng)處于使 用狀態(tài)時，所述控制系統(tǒng)根據(jù)當時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和當時的發(fā)動機供油從所述第三 圖表選擇數(shù)據(jù)數(shù)值以進行進一步處理來推導出用于所述閥門的控制的前饋分量， 而在所述EGR系統(tǒng)處于停用狀態(tài)時，所述控制系統(tǒng)根據(jù)當時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和當時 的發(fā)動機供油從所述第四圖表選擇數(shù)據(jù)數(shù)值以進行進一步處理來推導出用于所述 閥門的控制的前饋分量。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于，所述兩組圖表中的數(shù)據(jù)用參 數(shù)來測量，該參數(shù)包括排氣背壓、總管絕對壓力、以及總管表壓之一，以及所述 控制系統(tǒng)包括用反饋使控制回路閉合的閉環(huán)控制，這個反饋是用與測量所述圖表 數(shù)據(jù)所用的參數(shù)相同的參數(shù)測量的。
6. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其特征在于，所述渦輪增壓器包括高壓級， 該高壓級相對低壓級在上游成流動關(guān)系，以及所述閥門旁路于所述高壓級。
7. —種內(nèi)燃發(fā)動機的控制系統(tǒng)，該內(nèi)燃發(fā)動機具有進氣系統(tǒng)，該進氣系統(tǒng) 包括用于為所述發(fā)動機提供燃燒用充入空氣的渦輪增壓器壓縮機；多個燃燒室， 充入空氣和燃料在所述燃燒室中燃燒而使所述發(fā)動機工作；排氣系統(tǒng)，燃燒生成 的排氣從所述燃燒室出來流過該排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)包括渦輪增壓器渦輪機， 該渦輪增壓器渦輪機利用排氣使所述渦輪增壓器壓縮機工作；EGR系統(tǒng)，該EGR 系統(tǒng)用于使一些排氣從所述排氣系統(tǒng)再循環(huán)到所述進氣系統(tǒng)；以及閥門，該閥門用于選擇性地使排氣從旁路繞過所述渦輪機的一個級，所述控制系統(tǒng)包括處理器，該處理器用于處理數(shù)據(jù)以選擇性地使所述EGR系統(tǒng)進入使用狀態(tài)和 停用狀態(tài)，以及給所述閥門推導出工作設定點數(shù)值，以限定所述閥門使排氣從旁路繞過所述渦輪機的所述級的程度，第一組圖表包含基于所述EGR系統(tǒng)處于使用 狀態(tài)的設定點數(shù)據(jù)，第二組圖表包含基于所述EGR系統(tǒng)處于停用狀態(tài)的設定點數(shù) 據(jù)，其中，在所述EGR系統(tǒng)處于使用狀態(tài)時所述處理器處理從所述第一組圖表而 不是從所述第二組圖表選擇的數(shù)據(jù)來推導出所述設定點數(shù)值，而在所述EGR系統(tǒng) 處于停用狀態(tài)時，所述處理器處理從所述第二組圖表而不是從所述第一組圖表選 擇的數(shù)據(jù)來推導出所述設定點數(shù)值。
8. 如權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一組圖表包括包含 數(shù)據(jù)數(shù)值的第一圖表，每個所述數(shù)據(jù)數(shù)值既與發(fā)動機供油范圍內(nèi)的一個特定的發(fā) 動機供油跨度相關(guān)，也與發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個特定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速跨度相關(guān)， 所述第二組圖表包括包含數(shù)據(jù)數(shù)值的第二圖表，每個所述數(shù)據(jù)數(shù)值既與發(fā)動機供 油范圍內(nèi)的一個特定的發(fā)動機供油跨度相關(guān)，也與發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個特定 的發(fā)動機轉(zhuǎn)速跨度相關(guān)，以及在所述EGR系統(tǒng)處于使用狀態(tài)時，所述處理器根據(jù) 當時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和當時的發(fā)動機供油從所述第一圖表選擇數(shù)據(jù)數(shù)值以進行進一 步處理來推導出所述設定點數(shù)值，而在所述EGR系統(tǒng)處于停用狀態(tài)時，所述處理 器根據(jù)當時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和當時的發(fā)動機供油從所述第二圖表選擇數(shù)據(jù)數(shù)值以進 行進一步處理來推導出所述設定點數(shù)值。
9. 如權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器可處理數(shù)據(jù)而 推導出所述閥門的控制的閉環(huán)控制分量，以及在所述EGR系統(tǒng)處于使用狀態(tài)時， 所述處理器處理從所述第一圖表選擇的數(shù)據(jù)數(shù)值作為閉環(huán)控制的命令輸入，而在 所述EGR系統(tǒng)處于停用狀態(tài)時，所述處理器處理從所述第二圖表選擇的數(shù)據(jù)數(shù)值 作為閉環(huán)控制的命令輸入。
10. 如權(quán)利要求9所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器也處理數(shù)據(jù)來 推導出所述閥門的控制的前饋控制分量，所述第一組圖表包括包含前饋數(shù)據(jù)數(shù)值 的第三圖表，每個所述前饋數(shù)據(jù)數(shù)值既與發(fā)動機供油范圍內(nèi)的一個特定的發(fā)動機 供油跨度相關(guān)，也與發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個特定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速跨度相關(guān)，所述 第二組圖表包括包含數(shù)據(jù)數(shù)值的第四圖表，每個所述數(shù)據(jù)數(shù)值既與發(fā)動機供油范圍內(nèi)的一個特定的發(fā)動機供油跨度相關(guān)，也與發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個特定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速跨度相關(guān)，以及在所述EGR系統(tǒng)處于使用狀態(tài)時，所述處理器根據(jù)當時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和當時的發(fā)動機供油從所述第三圖表選擇數(shù)據(jù)數(shù)值以進行進一步處理來推導出所述前饋控制分量，而在所述EGR系統(tǒng)處于停用狀態(tài)時，所述控制系 統(tǒng)根據(jù)當時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和當時的發(fā)動機供油從所述第四圖表選擇數(shù)據(jù)數(shù)值以進 行進一步處理來推導出所述前饋控制分量。
11. 如權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，在兩組圖表中的數(shù)據(jù)用參 數(shù)來測量，該參數(shù)包括排氣背壓、總管絕對壓力、以及總管表壓之一，以及所述 控制系統(tǒng)包括用反饋使控制回路閉合的閉環(huán)控制，這個反饋是用與測量所述圖表 數(shù)據(jù)所用的參數(shù)相同的參數(shù)測量的。
12. —種用于控制內(nèi)燃發(fā)動機的渦輪增壓器的方法，所述內(nèi)燃發(fā)動機具有 進氣系統(tǒng)，該進氣系統(tǒng)包括用于為所述發(fā)動機提供燃燒用充入空氣的渦輪增壓器 壓縮機；多個燃燒室，充入空氣和燃料在所述燃燒室中燃燒而使所述發(fā)動機工作； 排氣系統(tǒng)，燃燒生成的排氣從所述燃燒室出來流過該排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)包括 渦輪增壓器渦輪機，該渦輪增壓器渦輪機利用排氣工作而使所述壓縮機工作；EGR 系統(tǒng)，該EGR系統(tǒng)用于使一些排氣從所述排氣系統(tǒng)再循環(huán)到所述進氣系統(tǒng)；以及 用于選擇性地利用排氣使所述渦輪機工作的裝置，所述方法包括處理數(shù)據(jù)，以便選擇性地使所述EGR系統(tǒng)處于使用狀態(tài)和停用狀態(tài)以及推導 出所述渦輪增壓器的工作設定點的數(shù)值，以限定將排氣用于使所述渦輪機工作的 程度；處理數(shù)據(jù)，以便從包含基于所述EGR系統(tǒng)處于使用狀態(tài)的設定點數(shù)據(jù)的第一 組圖表選擇與當時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機負荷相關(guān)的設定點數(shù)據(jù)數(shù)值，以及在所 述EGR系統(tǒng)處于使用狀態(tài)時進一步處理從所述第一圖表選擇的所述設定點數(shù)據(jù) 數(shù)值來推導出所述渦輪增壓器的工作設定點；以及處理數(shù)據(jù)，以便從包含基于所述EGR系統(tǒng)處于停用狀態(tài)的設定點數(shù)據(jù)的第二 組圖表選擇與當時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機負荷相關(guān)的設定點數(shù)據(jù)數(shù)值，以及在所 述EGR系統(tǒng)處于停用狀態(tài)時進一步處理從所述第二圖表選擇的所述設定點數(shù)據(jù) 數(shù)值來推導出所述渦輪增壓器的工作設定點。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該方法還包括處理數(shù)據(jù)來推導出所述渦輪增壓器的工作設定點的閉環(huán)控制分量，以及在所述EGR系統(tǒng)處于使用 狀態(tài)時，處理從所述第一組圖表的圖表選擇的設定點數(shù)據(jù)數(shù)值，作為閉環(huán)控制的 命令輸入，而在所述EGR系統(tǒng)處于停用狀態(tài)時，處理從所述第二組圖表的圖表選 擇的設定點數(shù)據(jù)數(shù)值，作為閉環(huán)控制的命令輸入。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該方法還包括處理數(shù)據(jù)來推導 出所述渦輪增壓器的工作設定點的前饋控制分量，以及在所述EGR系統(tǒng)處于使用 狀態(tài)時，處理從所述第一組圖表的第二圖表選擇的數(shù)據(jù)數(shù)值來推導出所述前饋控 制分量，而在所述EGR系統(tǒng)處于停用狀態(tài)時，處理從所述第二組圖表的第二圖表選擇的數(shù)據(jù)數(shù)值來推導出所述前饋控制分量。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該方法還包括用所述渦輪增壓 器的工作設定點的數(shù)值來設定閥門使排氣流從旁路繞過所述渦輪機的一個級的程 度。
全文摘要
在能夠選擇性地使EGR系統(tǒng)(38)處于使用狀態(tài)和停用狀態(tài)并能推導出閥門(50)的工作設定點數(shù)值的控制系統(tǒng)的控制下，閥門(50)能夠選擇性地使排氣從旁路繞過渦輪增壓器渦輪機(20)的一個級(20T)。這種控制系統(tǒng)包括包含數(shù)據(jù)的第一組圖表(60、142)，在EGR系統(tǒng)處于使用狀態(tài)時控制系統(tǒng)利用這些數(shù)據(jù)排斥第二組圖表(80、148)中的數(shù)據(jù)而推導出設定點數(shù)值。在EGR系統(tǒng)處于停用狀態(tài)時控制系統(tǒng)利用第二組圖表中的數(shù)據(jù)排斥第一組圖表中的數(shù)據(jù)而推導出設定點數(shù)值。
文檔編號F02B33/44GK101198778SQ200680021081
公開日2008年6月11日 申請日期2006年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月14日
發(fā)明者S·戈瑞高茨, T·伍德, W·特里 申請人:萬國引擎知識產(chǎn)權(quán)有限責任公司