控制內(nèi)燃發(fā)動機的空氣增壓系統(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)動機的空氣增壓系統(tǒng)的操作的方法，所述內(nèi)燃發(fā)動機 例如機動車輛的內(nèi)燃發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002] 已知的是，內(nèi)燃發(fā)動機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)地包括進氣管，進氣管把來自周圍環(huán)境的空氣提供至進氣歧管，進氣歧管通 過至少一個進氣口與燃燒室的每個流體連通。進氣閥被置于進氣管中，其具有被布置為移 動閥構(gòu)件W調(diào)節(jié)朝著進氣歧管的空氣流量的促動器。
[0003] 空氣增壓系統(tǒng)還包括促使空氣進入進氣歧管內(nèi)的滿輪增壓器。滿輪增壓器通常 包括旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至滿輪機的壓縮機，其中壓縮機被置于進氣管中并且滿輪機被置于與排氣 歧管流體連通的排氣管中。W運種方式，滿輪機通過接收來自排氣歧管的排氣氣體而旋轉(zhuǎn) 并且驅(qū)動壓縮機，滿輪機的旋轉(zhuǎn)增大進氣管和歧管中的空氣的壓力和溫度。中冷器可被置 于進氣管中，在壓縮機和進氣歧管之間，W降低空氣的溫度。滿輪機可W是可變幾何滿輪機 (VGT)，其具有被布置為移動滿輪機葉片W改變排氣氣體流量、由此調(diào)節(jié)壓縮機的旋轉(zhuǎn)速度 的促動器。
[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閥構(gòu)件W調(diào)節(jié)朝著進氣歧管的排氣氣體流量的 促動器。
[0005] 在發(fā)動機的操作過程中，EGR閥促動器、VGT促動器、W及進氣閥促動器通常被用 于調(diào)節(jié)空氣增壓系統(tǒng)的多個重要輸出參數(shù)，特別地為進氣歧管內(nèi)部的壓力、進氣歧管內(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，運些促動器傳統(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)動機工作點，也就是發(fā)動機速度和發(fā)動機負(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)動機工作點是在要 求低污染物排放的發(fā)動機速度和發(fā)動機負(fù)載的區(qū)域內(nèi)，則EGR閥促動器通常借助專用的閉 環(huán)控制策略來控制，而VGT促動器借助簡單的開環(huán)控制策略來控制。如果相反地，當(dāng)前發(fā)動 機工作點是在要求最大發(fā)動機性能的發(fā)動機速度和發(fā)動機負(fù)載的區(qū)域內(nèi)，則EGR閥促動器 借助簡單的開環(huán)控制策略來控制并且VGT促動器借助專用的閉環(huán)控制策略來控制。
[0007] 然而，由EGR閥促動器、VGT促動器、W及進氣閥促動器產(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)上實施 的分離的并且非協(xié)調(diào)的控制方法可有時具有低精度的缺陷，尤其是在快速瞬態(tài)的過程中。 此外，運種傳統(tǒng)的控制方法需要大量的校準(zhǔn)活動W確保任何操作條件下的發(fā)動機性能和污 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，其允許促動器的同時調(diào) 整并且補償它們的相互作用。
[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)廉價的解決方法來實現(xiàn)運些目的。
[0012] 運些目的及其他目的由具有獨立權(quán)利要求中所陳述特征的本發(fā)明的實施例來實 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)明的實施例提供一種控制內(nèi)燃發(fā)動機的空氣增壓系統(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)的多個輸出參數(shù)，
[0015]-計算所監(jiān)測的輸出參數(shù)中的每一個和它們的目標(biāo)值之間的誤差，
[0016] -將所計算的誤差中的每一個應(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算用于所述空氣增壓系統(tǒng)的多個輸入?yún)?shù)，
[0018] -使用所述輸入?yún)?shù)中的每一個來確定所述空氣增壓系統(tǒng)的對應(yīng)促動器的位置，
[0019] -根據(jù)所確定的所述促動器的位置來操作所述促動器中的每一個，
[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與所述輸出參數(shù)中的僅一個具有線 性關(guān)系，并且反之亦然。
[0021] 事實上，運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，所述方法具有運樣一種效果，即它允許促動器的同時并且協(xié)調(diào)的控制、同時 補償它們的相互作用。
[0022] 運種協(xié)調(diào)控制策略具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)和精度，并且改進在任何操作條件下的發(fā) 動機性能和污染排放之間的折衷。
[0023] 運種協(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)的促動器可包括排氣氣體再循環(huán)閥的促動器、 可變幾何滿輪增壓器的促動器、W及空氣進氣閥的促動器。
[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)、指示進氣歧管壓力的參數(shù)、W及指示進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)上文所識別的促動器都被設(shè)及時的控制策略的可靠實施。
[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)上文所識別的促動器和輸出參數(shù)都被設(shè)及時的控制策略 的可靠實施。
[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算：
[0031]
[0032]其中，Wib通過進氣閥的空氣質(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是進氣歧管容積，Tic是中冷器下游的進氣道中的空氣溫度，Ti是進氣歧 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)動機的排 氣氣體溫度，Vy是排氣歧管容積，F(xiàn)。是進氣歧管內(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是進氣歧管內(nèi)的總氣體質(zhì)量，是進入發(fā)動機的氣體的總質(zhì)量流量率，WΜ是 排出發(fā)動機的氣體的總質(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借助于計算機程序來運行，所述計算機程序包括用于運行上述方法的 所有步驟的程序代碼，并且是包括計算機程序的計算機程序產(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運送代表進行該方法的所有步驟的計算機程序的一 序列數(shù)據(jù)位。
[0037]本發(fā)明的另一實施例提供一種電子控制單元，其用于內(nèi)燃發(fā)動機的空氣增壓系 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)的多個輸出參數(shù)，
[0039]-計算所監(jiān)測的輸出參數(shù)中的每一個和它們的目標(biāo)值之間的誤差，
[0040]-將所計算的誤差中的每一個應(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算用于所述空氣增壓系統(tǒng)的多個輸入?yún)?shù)，
[0042]-使用所述輸入?yún)?shù)中的每一個來確定所述空氣增壓系統(tǒng)的對應(yīng)促動器的位置，
[0043]-根據(jù)所確定的所述促動器的位置來操作所述促動器中的每一個，
[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與輸出參數(shù)中的僅一個具有 線性關(guān)系，并且反之亦然。
[0045] 本發(fā)明的該實施例基本獲得與上文公開的方法相同的效果，特別地為允許促動器 的同時并且協(xié)調(diào)的控制、同時補償它們的相互作用。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的方面，空氣增壓系統(tǒng)的促動器可包括排氣氣體再循環(huán)閥的促動器、 可變幾何滿輪增壓器的促動器、W及空氣進氣閥的促動器。
[0047] 本發(fā)明的該方面允許空氣增壓系統(tǒng)的主要促動器的協(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)、指示進氣歧管壓力的參數(shù)、W及指示進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)上文所識別的促動器都被設(shè)及時的控制策略的可靠實施。
[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)上文所識別的促動器和輸出參數(shù)都被設(shè)及時的控制策略 的可靠實施。
[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算輸入 參數(shù)：
[0053]
[0054]其中，Wib通過進氣閥的空氣質(zhì)量流量率，