专利名称：用于控制发动机排气背压的控制系统和方法
技术领域：
本公开涉及用于内燃发动机的控制系统和方法，更具体地涉及在利用发动机测试台执行的发动机测试期间的发动机排气背压的控制。
背景技术：
此处提供的背景技术的描述的目的是总体地给出本公开的背景。当前署名的发明人的工作，在该背景技术部分所描述的程度，以及在提交时可能不构成现有技术的本发明的方面并非明示或暗示地接受为本公开的现有技术。内燃发动机可以在发动机测试台上进行测试，用于多种目的。例如，发动机可以在研究和开发阶段进行测试，用于获得期望的发动机燃料效率、驾驶性、持久性和排放。发动机可以在发动机生产线的末端进行测试，用于验证发动机的性能特性并确保发动机的质量。已经在服役的发动机可以被测试，用于调整一个或多个性能特性，诸如发动机扭矩输
出ο在测试期间，发动机操作参数可以被设定为获得期望的发动机操作状态，并且可以测量发动机变量和性能特性。发动机操作参数可包括请求的发动机速度、请求的发动机扭矩和发动机负载。发动机变量和性能特性可包括进气空气流量、燃料流量、空气-燃料比、排放和发动机扭矩输出。
发明内容
在一个方面，本公开提供用于发动机的控制系统，其包括限制确定模块和阀控制模块。限制确定模块基于发动机的排气流率来确定发动机的期望的排气背压。阀控制模块基于期望的排气背压来选择性地调整限制发动机的排气流量的排气阀的阀位置。在一个特征中，排气流率可基于发动机的进气流率和发动机的燃料流率来确定。 在另一特征中，所述期望的排气背压可对应于由所述发动机的排气系统的构件产生的所述排气流率处的估计的排气背压。在又一特征中，所述期望的排气背压可以是基于所述排气流率从存储在存储器中的背压值表获得的值以及基于所述排气流率从回归等式确定的值中的一个。在又一特征中，阀控制模块还可基于发动机的测量的排气背压而选择性地调整阀位置。在其它特征中，排气阀可以是机电致动的，并且阀控制模块可以基于期望的排气背压而将功率提供给排气阀。在相关特征中，阀控制模块可监测供给到排气阀的电流并且当电流超过预先确定的电流时中断供给到排气阀的功率。在其它相关特征中，阀控制模块还可基于发动机的测量的排气背压而将功率供给到排气阀。在其它进一步特征中，阀位置可以是旋转的阀位置，并且阀控制模块可以仅在一个旋转方向朝向关闭位置调整旋转的阀位置。在其它特征中，当排气流率小于预先确定的排气流率时，阀控制模块可将阀位置调整到关闭位置。在其它特征中，排气阀可包括阀体、节流板和第一环形突出。阀体可包括限定了流体通道的内表面，所述流体通道在第一方向上提供流体流。节流板可以设置在流体通道内并可支撑为在第一旋转位置和第二旋转位置之间旋转，其中，在第一旋转位置，节流板在第一方向上延伸，在第二旋转位置，节流板横向于第一方向延伸。当节流板位于第二旋转位置时，节流板的圆周部分可由环形空间而与内表面分开。第一环形突出可联接到内表面并可朝向节流板突出。当节流板位于第二旋转位置时，第一环形突出可邻接圆周部分的第一侧并可限制通过环形空间的流体流。在相关特征中，排气阀还可包括联接到内表面并朝向节流板突出的第二环形突出。当节流板位于第二旋转位置时，第二环形突出可邻接圆周部分的与第一侧相对的第二侧并可进一步限制通过环形空间的流体流。 在另一方面，本公开提供了一种用于控制发动机的方法，其包括基于发动机的排气流率确定发动机的期望的排气背压，以及基于期望的排气背压选择性地调整限制发动机的排气流量的排气阀的阀位置。在一个特征中，排气流率可基于发动机的进气流率和发动机的燃料流率来确定。在另一特征中，所述期望的排气背压可对应于由所述发动机的排气系统的构件产生的所述排气流率处的估计的排气背压。在另一特征中，所述确定期望的排气背压可包括基于所述排气流率从存储在存储器中的背压值的表获取所述期望的排气背压和基于所述排气流率从回归等式确定所述期望的排气背压中的一个。在又一特征中，选择性地调整阀位置还可包括基于发动机的测量的排气背压而选择性地调整阀位置。在其它特征中，排气阀可以是机电致动的，并且选择性地调整阀位置还可包括基于期望的排气背压而选择性地将功率提供给排气阀。在相关特征中，选择性地供给功率可包括监测供给到排气阀的电流并且当电流超过预先确定的电流时中断供给到排气阀的功率。在其它相关特征中，选择性地将功率供给到排气阀还可包括基于发动机的测量的排气背压而将功率供给到排气阀。在其它进一步特征中，阀位置可以是旋转的阀位置，并且选择性地调整阀位置可包括仅在一个旋转方向朝向关闭位置调整旋转的阀位置。在其它特征中，选择性地调整阀位置可包括当排气流率小于预先确定的排气流率时，将阀位置调整到关闭位置。在其它特征中，上述描述的系统和方法通过由一个或者多个处理器执行的计算机程序来实施。该计算机程序可以驻留在有形的计算机可读介质上，例如但是不限于存储器、 非易失性数据存储器和/或其它合适的有形存储介质。另外，本发明还涉及以下技术方案。1. 一种用于发动机的控制系统，包括
限制确定模块，所述限制确定模块基于所述发动机的排气流率来确定所述发动机的期望的排气背压；以及
阀控制模块，所述阀控制模块基于所述期望的排气背压来选择性地调整限制所述发动机的排气流量的排气阀的阀位置。2.如技术方案1所述的控制系统，其中，所述排气流率基于所述发动机的进气流率和所述发动机的燃料流率来确定。3.如技术方案1所述的控制系统，其中，所述期望的排气背压对应于由所述发动机的排气系统的构件产生的所述排气流率处的估计的排气背压。4.如技术方案1所述的控制系统，其特征在于，所述期望的排气背压是基于所述排气流率从存储在存储器中的背压值表获得的值以及基于所述排气流率从回归等式确定的值中的一个。5.如技术方案1所述的控制系统，其中，所述阀控制模块基于所述发动机的测量的排气背压进一步选择性地调整所述阀位置。6.如 技术方案1所述的控制系统，其中，所述排气阀是机电致动的，并且所述阀控制模块基于所述期望的排气背压而将功率供给到所述排气阀。7.如技术方案6所述的控制系统，其中，所述阀控制模块监测供给到所述排气阀的电流并且当所述电流超过预先确定的电流时中断供给到所述排气阀的功率。8.如技术方案1所述的控制系统，其中，当所述排气流率小于预先确定的排气流率时，所述阀控制模块将所述阀位置调整到关闭位置。9.如技术方案1所述的控制系统，其中，所述排气阀包括
阀体，所述阀体包括限定了流体通道的内表面，所述流体通道在第一方向上提供流体
流；
节流板，所述节流板设置在所述流体通道内并被支撑为在第一旋转位置和第二旋转位置之间旋转，其中，在所述第一旋转位置，所述节流板在所述第一方向上延伸，在所述第二旋转位置，所述节流板横向于所述第一方向延伸，当所述节流板位于所述第二旋转位置时， 所述节流板的圆周部分被环形空间与所述内表面分开；以及
第一环形突出，所述第一环形突出联接到所述内表面并且朝向所述节流板突出，当所述节流板位于所述第二旋转位置时，所述第一环形突出邻接所述圆周部分的第一侧并且限制通过所述环形空间的流体流。10.如技术方案9所述的控制系统，其中，所述排气阀还包括第二环形突出，所述第二环形突出联接到所述内表面并且朝向所述节流板突出，当所述节流板位于所述第二旋转位置时，所述第二环形突出邻接所述圆周部分的与所述第一侧相对的第二侧并且进一步限制通过所述环形空间的流体流。11. 一种用于控制发动机的方法，包括
基于所述发动机的排气流率来确定所述发动机的期望的排气背压；以及基于所述期望的排气背压来选择性地调整限制所述发动机的排气流量的排气阀的阀位置。12.如技术方案11所述的方法，其中，所述排气流率基于所述发动机的进气流率和所述发动机的燃料流率来确定。13.如技术方案11所述的方法，其中，所述期望的排气背压对应于由所述发动机的排气系统的构件产生的所述排气流率处的估计的排气背压。14.如技术方案11所述的方法，其中，所述确定期望的排气背压包括基于所述排气流率从存储在存储器中的背压值的表获取所述期望的排气背压和基于所述排气流率从回归等式确定所述期望的排气背压中的一个。15.如技术方案11所述的方法，其中，所述选择性地调整所述阀位置进一步包括基于所述发动机的测量的排气背压选择性地调整所述阀位置。16.如技术方案11所述的方法，其中，所述排气阀是机电致动的，并且其中，所述选择性地调整所述阀位置进一步包括基于所述期望的排气背压而选择性地将功率供给到所述排气阀。17.如技术方案16所述的方法，其中，所述选择性地供给功率包括监测供给到所述排气阀的电流并且当所述电流超过预先确定的电流时中断供给到所述排气阀的功率。18.如技术方案16所述的方法，其中，所述选择性地将功率供给到所述排气阀进一步包括基于所述发动机的测量的排气背压向所述排气阀供给功率。19.如技术方案16所述的方法，其中，所述阀位置是旋转的阀位置，并且其中，所述选择性地调整所述阀位置包括仅沿一个旋转方向朝向关闭位置调整所述旋转的阀位置。20.如技术方案11所述的方法，其中，所述选择性地调整所述阀位置包括当所述排气流率小于预先确定的排气流率时，将所述阀位置调整到关闭位置。本公开的可应用的其它领域将从以下提供的详细说明变得清楚。应该理解，详细说明和具体实例仅是用于说明的目的，并且不限定本公开的范围。
从详细说明及附图，本公开将被更完全地理解，附图中 图1是根据本公开原理的示例性发动机测试设备的功能框图2是说明依照本公开原理的示例性控制系统中的图1所示的测功计控制模块的示例性实施例的功能框图3是示出图2所示的排气阀组件的阀体的一部分的局部横截面图； 图4是说明依照本公开原理的图2所示的排气阀控制模块的示例性实施例的功能框图；以及
图5-7是描述了控制根据本公开原理的控制发动机排气背压的示例性方法的流程图。
具体实施例方式以下描述在本质上仅仅是示例性的，并且绝不意图限制本公开，其应用或用途。为了清楚，在附图中使用相同的标号来表示相似的元件。如本文所用，短语A，B和C中的至少一个应被理解为表示逻辑(A或B或C)，使用的是非排他的逻辑或。应该懂得，方法中的步骤可以以不同的顺序执行，而不改变本公开的原理。如本文所用，术语模块指专用集成电路(ASIC)，电子电路，执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用的，专用的，或成组的)和存储器，组合逻辑电路，和/或提供所需功能的其它合适的构件。本公开提供了用于发动机的排气背压的闭环控制的示例性控制系统以及相关方法。该控制系统和方法可以在例如在发动机测试台上测试发动机期间使用。控制系统包括控制模块，该控制模块控制机电地致动的排气阀，该排气阀限制通过安装在发动机上的排气系统的排气流量。控制模块基于由发动机产生的排气的估计的质量流率来确定期望的排气背压。控制模块通过由致动排气阀的电动机选择性地调整排气阀的旋转位置来控制排气背压。控制模块基于期望的排气背压和测量的排气背压来调整旋转位置。
排气阀包括设置于阀体内的蝶形阀。阀体包括环形阀阻挡件，该环形阀阻挡件从阀体的内表面向内突出并且当蝶形阀处于关闭位置时邻接蝶形阀的圆周部分。阀阻挡件限制在蝶形阀的圆周部分与内表面之间的空间通过蝶形阀的排气流量。通过进一步限制在蝶形阀和内表面之间的空间的排气流量，阀阻挡件允许以低排气流率产生额外的背压，在没有阀阻挡件的情况下不会产生该额外的背压。 相关方法包括基于估计的排气质量流率来确定期望的排气背压。方法还包括基于期望的排气背压和测量的排气背压选择性地调整排气阀的位置。本公开的控制系统和相关方法减少了发动机测试时间并改善了测试结果的质量。 通过减少进行背压调整的时间和提供改善的在较宽的排气流率范围上获得期望背压的精度而实现减小的测试时间和改善的质量。本公开的控制系统和相关方法还通过减少测试时间和利用在测试期间使用的排气系统而不需要包括催化转换器、消声器和其它限制排气构件而降低测试成本。控制系统和相关方法能够在测试期间使用简化的排气系统，该排气系统更易于封装在发动机测试台的占地范围内。简化的排气系统可能不包括要测试的发动机的完整的排气系统的一个或多个限制构件。具体参考图1，根据本公开的示例性发动机测试设备10可包括安装在发动机测试台14中的发动机系统12，该发动机系统12由测功计控制模块16控制。发动机测试设备 10可以通过测功计接口设备18由操作员操作。通常，发动机测试设备10可用于测试任何类型的内燃发动机系统。例如，发动机系统12可包括由发动机控制模块(ECM)22控制的往复式类型的内燃发动机20。
发动机20可在一个或多个气缸(未示出)内燃烧空气和燃料的混合物，从而产生由曲轴 23传递的驱动扭矩。发动机20可包括空气进入系统24、燃料系统26和排气系统28。空气进入系统24可将进入发动机20的空气引导进入气缸中并可包括节气门30、质量空气流量(MAF)传感器32和进气歧管34。节气门30可以调节进入发动机20的进气的量并可由 ECM22控制。MAF传感器32可检测进入发动机20的空气的质量流率。燃料系统26可计量供给到发动机20的燃料并可包括将燃料供给到发动机20的一个或多个燃料喷射器(未示出)。空气进入系统24和燃料系统26可在功能上代表将要测试的发动机系统的相应系统。排气系统28可接收由发动机20产生的排气并可以是操作为以不同排气流率产生排气背压的简化的排气系统，以不同的排气流率产生的排气背压代表了由将要测试的发动机系统的完整的排气系统所产生的排气背压。例如，排气系统28可能不包括完整排气系统的一个或多个限制构件，诸如催化转换器、消声器和各种排气管道。在不同的构造中，排气系统28可包括一个或多个限制构件，以产生有代表性的排气流量特性。接着参考图1，排气系统28可包括排气歧管40、下降管42和氧传感器44。排气歧管40可接收离开发动机20的排气并可将排气引导到下降管42中。氧传感器44可检测排气中的氧的浓度并可位于下降管42中。排气歧管40、下降管42和氧传感器44可以在功能上代表将要测试的发动机系统的完整排气系统的相应构件。
ECM22可控制发动机20的操作，包括发动机速度和发动机扭矩输出。ECM22可以代表将要测试的发动机系统的相应控制模块或模块。ECM22可与发动机测试台14的一个或多个模块通信，诸如测功计控制模块16，并且可基于从测功计控制模块16接收到的信号来控制发动机20的操作。例如，ECM22可基于由测功计控制模块16传递的请求的发动机速度来控制发动机的速度。ECM22可将发动机20的一个或多个操作条件传递给测功计控制模块16。通常，发动机测试台14可具有传统的构造并可包括测功计54、燃料单元(fuel cart)56、排放单元(emission cart)58和热交换器60。发动机测试台14还可包括MAF传感器62、压力传感器64、空气-燃料比(AFR)传感设备66和排气阀组件68。测功计控制模块16可与测功计接口设备18和发动机测试台14的各种构件通信。测功计控制模块16可基于从测功计接口设备18和各种构件接收到的信号而控制发动机测试台14的各种构件的操作。
测功计M可以是传统的类型，其可操作为在发动机20上产生扭转负载并可包括通过联轴器72联接到曲轴23的驱动轴70。测功计M还可包括用于检测由曲轴23传递到驱动轴70的扭矩和测功计M的旋转速度的各种传感器。燃料单元56可包含一定量的燃料并可将带有压力的燃料供给到发动机20的燃料系统26。燃料单元56可流体地联接到燃料系统沈并可包括燃料流量计量设备74，该设备 74测量供给到燃料系统沈的燃料的质量流率。燃料流量计量设备74可产生指示所测量的质量流率的信号。排放单元58可以是传统的类型，其操作为测量由发动机20所产生的排气中的各种组分的浓度。排放单元58可将所测量的浓度传递给测功计控制模块16。排放单元58可流体地联接到排气系统观。热交换器60可以是用于发动机测试台的传统类型，其操作为排出由发动机20在操作期间产生的热。热交换器60可以流体地联接到发动机20的冷却系统(未示出)。MAF传感器62可以是发动机测试台14的构件，类似于MAF传感器32，检测进入发动机20的空气的质量流率。MAF传感器62可以产生指示检测到的质量流率的信号。MAF 传感器62可以是位于空气进入系统M的入口处的层流元件。压力传感器64可以是发动机测试台14的构件，其检测排气系统观内的排气的压力，并可产生指示所检测的压力的信号。压力传感器64可位于排气阀组件68的上游，从而检测由排气阀组件68产生的排气中的背压。AFR检测设备66可以是发动机测试台14的构件，其由排气系统观内的排气检测空气-燃料比，并可产生指示所检测的空气-燃料比的信号。AFR检测设备66可以是位于排气系统观内的宽带氧传感器。AFR检测设备66可以位于下降管42内紧邻氧传感器44。排气阀组件68可选择性地限制通过排气系统观的排气的流量，从而调节排气系统28内的背压。尽管示出了单个的排气阀组件68，但可以提供两个或更多的排气阀组件。 可以提供多于一个的排气阀组件68以独立地调节分开的排气流路内的背压。例如，在具有两组气缸的V型发动机中，可以为每组提供排气阀组件68以调节离开每组气缸的排气的背压。排气阀组件68可位于排气系统28的出口处或在出口附近。再参考图2_3，排气阀组件68可以是机电致动的阀组件，其包括由电动机82通过齿轮系84致动的阀80。阀80 可以是节气门并可包括阀体86、节流板88以及一对环形阀阻挡件90。阀体86可包括内表面92，该内表面92限定流体通道94，该流体通道94以箭头A (图3)所示的第一方向提供流体流。
节流板88可以设置在流体通道94内并可由阀体86所支撑的轴96旋转。节流板88 可以在对应于全开位置的第一旋转位置和对应于全闭位置的第二旋转位置之间旋转。在第一旋转位置，节流板88可以在流体流的第一方向上延伸。在图3中，节流板88的第一旋转位置由虚线所示。在第二旋转位置，节流板88可以横向于流体流的第一方向延伸。作为一个示例，当位于第二旋转位置时，节流板88可以垂直于流体流的第一方向延伸。当位于第二旋转位置时，节流板88的圆周部分98可由提供用于间隙的环形空间100而与内表面92 分开。阀阻挡件90可联接到内表面92并可从内表面92向节流板88突出。阀阻挡件90 可以任何期望的方式联接到内表面92，并可以与阀体86 —体地形成。当节流板88旋转到位于全闭位置时，阀阻挡件90可邻接节流板88的圆周部分98的相对侧。阀阻挡件90通常可具有与节流板88的圆周部分98互补的弧形(图2)。当节流板88旋转到全闭位置或接近全闭位置，阀阻挡件90可限制通过环形空间100经过节流板88的排气的流量。通过限制通过环形空间100的排气的流量，阀阻挡件90可提供具有对低排气流率的排气背压的改善控制的排气阀组件68。虽然显示为一对阀阻挡件90，但是应当理解的是，本公开并不限于这种布置。例如，阀80可包括与阀阻挡件90中的一个相似的单个阀阻挡件。当节流板88旋转到全开位置时，目标车轮102可固定到轴96并可触发传感器 104，诸如接近开关。马达82可以是适用于提供扭矩以便在全开和全闭位置之间旋转节流板88的任何类型。例如，马达82可以是直流(DC)马达。马达82可包括电流检测模块108，其检测供给到马达82的电流并产生指示所检测到的电流的信号。电流检测模块108可包括电流检测设备(未示出)，诸如安培表或安培表分流器，用于检测所供给的电流。测功计控制模块16可基于从测功计接口设备18接收到的信号而控制发动机测试台14的各种构件的操作。测功计控制模块16可基于接收到的信号进一步通过ECM22控制发动机20的一个或多个操作参数。如以下更详细所述，测功计控制模块16可控制排气阀组件68的操作并从而控制排气系统观内的背压。具体参考图2，示出根据本公开的示例性控制系统中的测功计控制模块16的示例性实施方式。测功计控制模块16包括空气流量确定模块110、燃料流量确定模块112和排气流量确定模块114。测功计控制模块16还包括滤波器模块116、排气限制确定模块118 和排气阀控制模块120。空气流量确定模块110可基于由发动机系统12和/或发动机测试台14所产生的一个或多个信号而周期性地确定进入发动机20的进气的质量流率(MAFRateEN(;iNE)。空气流量确定模块110可输出指示所确定的进气的当前质量流率MAFRateEN(;iNE的信号。进气的质量流率可以基于由发动机测试台14的MAF传感器62产生的信号和/或由发动机系统12 的MAF传感器32所产生的信号来确定。
替代地或附加地，进气的质量流率可以基于AFR检测设备66产生的信号和发动机系统 12的氧传感器44产生的信号中的一个以及燃料单元56的燃料流量计量设备74产生的信号来确定。例如，进气的质量流率可基于分别由燃料流量计量设备74和AFR检测设备66 所指示的燃料流率和空气-燃料比的乘积来确定。当确定MAFRateEN(;iNE时，空气流量确定模块110可直接接收由发动机系统12和发动机测试台14的各种构件(例如，传感器)所产生的信号。替代地或附加地，空气流量确定模块110可基于发动机系统12的构件产生的信号而接收由ECM22传递的信息。例如，ECM22 可基于由发动机系统12的MAF传感器32产生的信号而传递进气的估计质量流率。在确定 MAFRateENGINE时由空气流量确定模块110所使用的一个或多个特定信号可通过测功计接口设备18而由操作员来选择。燃料流量确定模块112可基于由发动机系统12和/或发动机测试台14所产生的一个或多个信号而周期性地确定供给到发动机20的燃料的质量流率(FUELRateEN(;iNE)。燃料流量确定模块112可输出指示所确定的供给的燃料的当前质量流率FUELRateEN(;iNE的信号。供给的燃料的质量流率可基于燃料单元56的燃料流量计量设备74所产生的信号和/ 或ECM22所产生的用于控制由燃料系统26供给的燃料的控制信号来确定。
当确定FUELRateEN(;iNE时，燃料流量确定模块112可直接接收由发动机系统12和/或发动机测试台14的各种传感器和构件所产生的信号。替代地或附加地，燃料流量确定模块 112可基于发动机系统12的构件产生的各种信号而接收由ECM22传递的信息。例如，ECM22 可传递由燃料系统26供给的燃料的估计质量流率。在确定FUELRateEN(;iNE时由燃料流量确定模块112所使用的特定信号和/或信息可通过测功计接口设备18而由操作员来选择。排气流量确定模块114可基于MAFRateEN(;iNE和FUELRateENeiNE周期性地确定发动机20产生的排气的估计质量流率(EXHAUSTRateEN(;iNE)。排气流量确定模块114可输出指示所确定的排气的当前质量流率EXHAUSTRateEN(;iNE的信号。排气的质量流率可以通过将进气的质量流率和燃料的质量流率求和来计算(即，EXHAUSTRateEN(;iNE = MAFRateENGINE + FUELRateEN(JiNE) °滤波器模块116可接收排气流量确定模块114产生的信号并可对所接收到的信号进行滤波并从而产生指示排气的当前滤波质量流率的滤波信号(滤波的 EXHAUSTRate )0滤波器模块116可对排气流量确定模块产生的信号进行滤波，以减少在用于确定排气的质量流率的信号中可能存在的不期望的噪声影响。滤波器模块116可包括一个或多个各种类型的传统的滤波器，包括一阶滞后滤波器。排气限制确定模块118可基于由滤波器模块116所产生的信号所指示的排气的滤波质量流率，即滤波的EXHAUSTRateEN(;iNE来周期性地确定期望的排气背压(期望的 BACKPRESSUREexhaust)。排气限制确定模块118可输出指示所确定的当前期望的排气背压，即期望的EXHAUSTRateEN(;iNE的信号。在该示例中，期望的排气背压可等于将要测试的发动机系统的完整排气系统在等于滤波的EXHAUSTRateEN(;iNE的排气质量流率的情况下将产生的估计的排气背压。排气限制确定模块118可根据若干方法之一来确定期望的排气背压。由排气限制确定模块118所使用的特定方法可通过测功计接口设备18而由操作员来选择或输入。作为一个示例，期望的排气背压可基于排气的滤波质量流率(滤波的EXHAUSTRateEN(;iNE)在存储于测功计控制模块16的存储器(未示出)中的存储器表中查询。存储在存储器表中的期望排气背压的值可以是从对将要测试的发动机系统的完整排气系统的实验测试和/或计算分 析获得的预先确定的值。作为另一个示例，期望的排气背压可以使用从对将要测试的发动机系统的完整排气系统的实验测试和/或计算分析获得的回归等式来确定。回归等式可以将期望的排气背压表达为排气质量流率的函数，并可以是对于给定的排气质量流率的输入来表达期望的排气背压的数学函数或计算式。例如，回归等式可以是由以下等式表示的多项式函数f(X)= aNxN + Bn^1Xn-1 +…+ a2x2 + B1X + aQ，其中，f(X)表示期望的排气背压，X表示排气质量流率，N是预先确定的非负整数，彻，a1; a2,…，如—和如是预先确定的恒定系数。系数和整数N可以是基于对将要测试的发动机系统的完整的排气系统的实验测试和/或计算分析而预先确定的。排气阀控制模块120可基于期望的排气背压，即期望的BACKPRESSUREexhaust来控制排气阀组件68的操作。更具体而言，排气阀控制模块120可基于期望的排气背压来控制节流板88的旋转位置。如以下更详细所述，排气阀控制模块120可进一步基于压力传感器64 响应于在排气系统观内检测到的压力而产生的信号来控制节流板88的旋转位置。具体参考图4，排气阀控制模块120的示例性实施方式可包括背压测量模块130和马达致动器模块134。背压测量模块130可基于压力传感器64产生的信号而周期性地确定测量的排气背压(测量的BACKPRESSUREexhaust)。背压测量模块130可输出指示所确定的当前测量的排气背压，即测量的BACKPRESSUREexhaust的信号。马达致动器模块134可基于期望的排气背压，即期望的BACKPRESSUREexhaust和测量的排气背压，即测量的BACKPRESSUREexhaust来选择性地调整节流板88的旋转位置。总体而言，马达致动器模块134可调整节流板88的旋转位置，使得测量的排气背压维持在期望的排气背压或期望的排气背压附近。
当测量的排气背压，即测量的BACKPRESSUREexhaust小于期望的背压(即，期望的 BACKPRESSUREexhaust)时，马达致动器模块134可向全闭位置旋转节流板88。当排气的滤波质量流率(即，滤波的EXHAUSTRateENeiNE)小于预先确定的排气流率时，马达致动器模块 134也可向全闭位置旋转节流板88。当排气的滤波质量流率小于预先确定的排气流率时，马达致动器模块134可将节流板88维持在全闭位置。当测量的排气背压，即测量的 BACKPRESSUREexhaust大于期望的背压(即，期望的BACKPRESSUREexhaust)时，马达致动器模块 134可向全开位置旋转节流板88。马达致动器模块134可通过将功率供给到马达82而调整节流板88的旋转位置， 用于使节流板88向全闭位置和全开位置中的一个旋转。一旦节流板88处于期望的旋转位置，马达致动器模块134可中断给马达82的功率以维持期望的旋转位置。马达致动器模块 134可包括控制循环反馈机构(例如，控制循环反馈模块)，其控制供给到马达82的功率的量，从而控制期望的排气背压和测量的排气背压之间的差。控制循环反馈机构可包括各种类型的闭环控制机构。作为一个示例，控制循环反馈机构可包括比例积分微分(PID)控制机构。诸如比例、积分和微分控制值的参数可以对于被测试的特定发动机系统12来预先确定。替代地或附加地，参数可以通过测功计接口设备18由操作员输入和/或调整。在供给功率使节流板88转向全开位置时，当传感器104指示节流板88已经到达全开位置时，马达致动器模块134可中止供给功率。在供给功率使节流板转向全闭位置和全开位置之一时，当供给到马达82的电流超过预先确定的电流时，马达致动器模块134还可中止供给功率。以这种方式，马达致动器模块134可防止当节流板88达到全闭位置并且接近阀阻挡件90时对马达82和/或齿轮系84产生损害。马达致动器模块134还可中止供给功率以将节流板88维持在全闭位置。在供给功率时，马达致动器模块134可以通过监测由电流检测模块108产生的信号而监测供给的电流。再次参考图1，测功计接口设备18可包括显示装置140和一个或多个操作员控制器142。显示装置140可将各种信息传递给(显示给)操作员，包括发动机系统12和/或发动机测试台14的一个或多个操作条件。操作员控制器142可包括使得操作员能够提供输入给发动机测试台14的输入设备(未示出)和一个或多个选择开关(未示出)。参考图5-7，示出了用于利用机电致动的排气阀来控制发动机的排气背压的示例性方法200。该方法可在发动机测试台上测试期间使用。如以下将更详细所述，方法200可提供排气阀的闭环控制。方法200可以由各种控制模块来执行以利用排气阀来控制排气背压。为了简明起见，将参考之前所述的发动机测试设备10的各构件来描述方法200。以这种方式，还可以更完全地描述发动机测试设备10的各种构件的操作。具体参考图5，方法200开始于202，其中，测功计控制模块16可确定是否自动地调整发动机排气背压。如果是，则控制可以前进到204，否则控制可以如图所示循环回去。在204，测功计控制模块16可周期性地确定发动机20的期望的排气背压，即期望的BACKPRESSUREexhaust。期望的排气背压可以由测功计控制模块16以规则的间隔来确定。 具体参考图6，示出根据本公开的用于在204确定期望的排气背压的示例性方法。在206，空气流量确定模块110可确定当前控制循环的进入发动机20的进气的质量流率，即MAFRate■皿。在208，燃料流量确定模块112可确定当前控制循环的供给到发动机20的燃料的
质量流率，即FUELRateENraNE。在210，排气流量确定模块114可确定当前控制循环的由发动机20产生的排气的估计质量流率，即EXHAUSTRateEN(;iNE。排气流量确定模块114可基于在206和208确定的当前控制循环的进气质量 流率和燃料质量流率MAFRate-皿和FUELRateENraNE来确定排气的估计质量流率。排气的估计质量流率可基于进气质量流率和燃料质量流率的和来确定。在212，滤波器模块116可基于在210确定的当前和之前的控制循环的EXHAUSTRateEN(;iNE的值来确定当前控制循环的排气的滤波质量流率，即滤波的 EXHAUSTRateEN(;iNE。滤波器模块116可确定当前控制循环的排气的滤波质量流率，以减少在 206,208 和 210 所确定的 EXHAUSTRateENeiNE、MAFRateENGINE 和 FUELRateENeiNE 的值中的一个或多个可能存在的不期望的噪声影响。在214，排气限制确定模块118可基于在212确定的滤波的exhaustrateeneine来确定当前控制循环的期望的排气背压，即期望的Backpressureexhaust。再次参考图5，控制可从214前进到216。在216，测功计控制模块16可基于在204 确定的期望排气背压，即期望的BACKPRESSUREexhaust选择性地调整排气阀组件68的旋转位置。测功计控制模块16还可基于测量的排气背压(即，测量的BACKPRESSUREexhaust)、排气的滤波质量流率(即，滤波的EXHAUSTRateEN(;iNE)、供给到排气阀组件68的电流和排气阀组件 68是否处于全开位置来调整旋转位置。控制可从216返回到开始以开始方法200的另一个控制循环。具体参考图7，示出根据本公开的用于在216选择性地调整排气阀组件68的旋转位置的示例性方法。在218，排气阀控制模块120可确定当前控制循环的排气的滤波质量流率(即，滤波的EXHAUSTRateEN(;iNE)是否大于预先确定的排气流率。如果是，则控制可以前进到220，否则控制可以如图所示前进到228。在220，排气阀控制模块120可测量排气的背压，从而确定当前控制循环的测量的排气背压，即测量的BACKPRESSUREEXHAUST。控制可前进到222，其中，排气阀控制模块120可确定排气阀组件68 (更具体而言是排气阀组件的节流板88)是否旋转到位于全开位置。如果是，则控制可以前进到224，否则控制可前进到226。在224，排气阀控制模块120可选择性地将排气阀组件68 (更具体而言是节流板 88)的旋转位置向全闭位置调整。当测量的排气背压，即测量的BACKPRESSUREexhaust小于期望的背压(即，期望的BACKPRESSUREexhaust)时，排气阀控制模块120可向全闭位置旋转节流板88。排气阀控制模块120可以通过给马达82供给功率而旋转节流板88，以便向全闭位置旋转节流板88。在226，排气阀控制模块120可选择性地将排气阀组件68 (更具体而言是节流板88)的旋转位置向全闭位置和全开位置之一调整。当测量的排气背压，即测量的 BACKPRESSUREexhaust小于期望的背压(即，期望的BACKPRESSUREexhaust)时，排气阀控制模块 120可向全闭位置旋转节流板88。当测量的排气背压，即测量的BACKPRESSUREexhaust大于期望的背压(即，期望的BACKPRESSUREexhaust)时，排气阀控制模块120可向全开位置旋转节流板88。排气阀控制模块120可以通过给马达82供给功率而旋转节流板88，以便向全闭位置和全开位置之一旋转节流板88。在228，排气阀控制模块120可将排气阀组件68 (更具体而言是节流板88)向全闭位置旋转。排气阀控制模块120可持续旋转节流板88，直到节流板88旋转到位于全闭位置。
在230，排气阀控制模块120可在224、2沈和2 中的一个供给功率的同时监测供给到马达82的电流。在232，排气阀控制模块120可确定供给到马达82的电流是否超过预先确定的电流。如果供给到马达82的电流小于预先确定的电流，则控制可返回到(图5)所示的开始以开始方法200的另一个控制循环，否则控制可前进到234。在234，排气阀控制模块120可中断在224、2沈和228中的一个向马达82供给功率。排气阀控制模块120可中断供应功率(S卩，中断致动马达82)来防止进一步使节流板88 向全闭位置旋转和/或将节流板88维持在全闭位置。控制可中断供给功率以避免在调整节流板88的旋转位置的同时对排气阀组件68的一个或多个构件产生损害。当排气的滤波质量流率(即，滤波的EXHAUSTRateEN(;iNE)小于预先确定的排气流率时，控制可中断供给功率以将节流板88维持在全闭位置。控制可从234返回到(图5)所示的开始以开始方法200 的另一个控制循环。从以上所述，将认识到，在控制(例如，测功计控制模块16)在202确定自动地调整发动机排气背压时，控制可根据以上所述的204-234进行。还应该认识到，204-234的控制可以周期性的方式进行，并且在各个控制循环期间的控制的时间段可以保持恒定。本公开的宽泛的教导可以多种形式来实施。因此，尽管本公开包括具体的实例，但本公开的真实范围不应受到此限制，因为在研究了附图、说明书和权利要求后，本领域技术人员将清楚其它的改型。
权利要求
1.一种用于发动机的控制系统，包括限制确定模块，所述限制确定模块基于所述发动机的排气流率来确定所述发动机的期望的排气背压；以及阀控制模块，所述阀控制模块基于所述期望的排气背压来选择性地调整限制所述发动机的排气流量的排气阀的阀位置。
2.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述排气流率基于所述发动机的进气流率和所述发动机的燃料流率来确定。
3.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述期望的排气背压对应于由所述发动机的排气系统的构件产生的所述排气流率处的估计的排气背压。
4.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述期望的排气背压是基于所述排气流率从存储在存储器中的背压值表获得的值以及基于所述排气流率从回归等式确定的值中的一个。
5.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述阀控制模块基于所述发动机的测量的排气背压进一步选择性地调整所述阀位置。
6.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述排气阀是机电致动的，并且所述阀控制模块基于所述期望的排气背压而将功率供给到所述排气阀。
7.如权利要求6所述的控制系统，其中，所述阀控制模块监测供给到所述排气阀的电流并且当所述电流超过预先确定的电流时中断供给到所述排气阀的功率。
8.如权利要求1所述的控制系统，其中，当所述排气流率小于预先确定的排气流率时， 所述阀控制模块将所述阀位置调整到关闭位置。
9.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述排气阀包括阀体，所述阀体包括限定了流体通道的内表面，所述流体通道在第一方向上提供流体流；节流板，所述节流板设置在所述流体通道内并被支撑为在第一旋转位置和第二旋转位置之间旋转，其中，在所述第一旋转位置，所述节流板在所述第一方向上延伸，在所述第二旋转位置，所述节流板横向于所述第一方向延伸，当所述节流板位于所述第二旋转位置时， 所述节流板的圆周部分被环形空间与所述内表面分开；以及第一环形突出，所述第一环形突出联接到所述内表面并且朝向所述节流板突出，当所述节流板位于所述第二旋转位置时，所述第一环形突出邻接所述圆周部分的第一侧并且限制通过所述环形空间的流体流。
10.一种用于控制发动机的方法，包括基于所述发动机的排气流率来确定所述发动机的期望的排气背压；以及基于所述期望的排气背压来选择性地调整限制所述发动机的排气流量的排气阀的阀位置。
全文摘要
本发明涉及一种用于发动机的控制系统，其包括限制确定模块和阀控制模块。限制确定模块基于发动机的排气流率来确定发动机的期望的排气背压。阀控制模块基于期望的排气背压来选择性地调整限制发动机的排气流量的排气阀的阀位置。排气阀可包括阀体、节流板和联接到阀体的内表面并朝向节流板突出的环形突出。当节流板位于横向于流体流的方向的旋转位置时，环形突出可邻接节流板的一侧并可限制通过节流板和内表面之间的环形空间的流体流。还提供了相关方法。
文档编号F01N9/00GK102235218SQ20111011660
公开日2011年11月9日 申请日期2011年5月6日 优先权日2010年5月7日
发明者J. 克西亚兹维奇 J., C. 王 K., 布罗克索姆 K., D. 芬克尔 M., W. 古什曼 R., 贝内特 R., M. 赫布尔 S., J. 约翰逊 T. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司