使用由发动机汽缸压力估算的排气压力进行涡轮增压器增压控制的制作方法
【专利摘要】使用由发动机汽缸压力估算出的排气压力来控制涡轮增压器增压压力。
【专利说明】使用由发动机汽缸压力估算的排气压力进行涡轮增压器增压控制
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年4月22日提交的美国临时申请序列号61/478，125的申请日的权益。
【技术领域】
[0003]本披露总体上涉及的领域包括通过使用发动机汽缸压力的测量来进行发动机控制和诊断。
[0004]背景
[0005]一台内燃发动机包括多个发动机汽缸并且可以包括与这些汽缸相联通的多个压力传感器以用于测量这些汽缸内的燃烧压力。
[0006]本发明的说明性实施例的概述
[0007]—种方法的一个实施例包括:感测一个发动机汽缸内的压力、基于该发动机汽缸内的所感测的压力来估算排气压力、并且基于所估算的排气压力来控制涡轮增压器增压压力。
[0008]—种设计发动机系统的方法的另一个实施例包括:提供包括一个或多个发动机汽缸压力传感器和一个或多个其他发动机系统传感器的一个发动机系统；运行该发动机系统；使用这些发动机汽缸压力传感器来感测发动机汽缸压力，这些发动机汽缸压力传感器是与该发动机系统的发动机的一个发动机汽缸相联通的；使用这些其他发动机系统传感器来感测一个涡轮增压器涡轮机进口处的排气压力；将该发动机汽缸压力与该排气压力相互关联；并且使用发动机汽缸压力来替代或扩大该排气压力。
[0009]一种方法的又另一个实施例包括:确定一个增压压力设定点与一个实际增压压力之间的增压压力偏差、响应于该增压压力偏差而产生一个闭环排气压力设定点调节量、并且从该增压压力设定点和一个排气再循环参数的输入而产生一个开环排气压力设定点。该方法还包括:将该闭环排气压力设定点调节量与该开环排气压力设定点进行组合而产生一个排气压力设定点、并且确定该排气压力设定点与从实际汽缸压力估算出的一个排气压力估算值之间的排气压力偏差。该方法进一步包括:响应于该排气压力偏差而产生一种闭环涡轮增压器命令调节、从该排气压力设定点的输入而产生一个开环涡轮增压器命令、并且将该闭环涡轮增压器命令调节与该开环涡轮增压器命令进行组合而产生一个涡轮增压器命令。
[0010]一种方法的另外一个实施例包括:确定一个增压压力设定点与一个实际增压压力之间的增压压力偏差、并且响应于该增压压力偏差而产生一个排气压力设定点。该方法还包括:确定该排气压力设定点与从实际汽缸压力估算出的一个排气压力估算值之间的排气压力偏差、并且响应于该排气压力偏差而产生一个涡轮增压器命令。
[0011]一种计算机程序产品的另外一个实施例包括一种计算机可读介质，该计算机可读介质包括一个计算机控制的发动机系统可执行的多个指令，以便使该系统执行根据以上方法实施例中的任何一个所述的方法。
[0012]另一个实施例可以包括一种产品，该产品包括用于测量发动机汽缸压力的至少一个发动机汽缸压力传感器以及用于测量涡轮增压器增压压力的至少一个涡轮增压器增压压力传感器。该产品还包括储存程序指令和数据的至少一个存储装置、以及至少一个控制系统，该控制系统被联接到这些传感器和存储器上并且响应于这些程序指令来致使该计算机控制的系统去执行根据以上方法实施例中的任何一个所述的方法。
[0013]从以下所提供的详细说明中本发明的其他说明性实施例会变得清楚。应理解，虽然这些详细说明和具体实例披露了本发明的多个说明性实施例，但它们是旨在用于说明目的而并非旨在限制本发明的范围。
[0014]附图的简要说明
[0015]从详细说明以及附图中将更全面地理解本发明的说明性实施例，在附图中:
[0016]图1展示了带有多个传感器的一个内燃发动机系统的一个实施例；
[0017]图2展示了带有比图1实施例少的传感器的一个内燃发动机系统的另一个实施例；并且
[0018]图3展示了一种涡轮增压器增压控制结构的一个实施例。
[0019]说明性实施方式的详细说明
[0020]以下对这些实施例的说明在本质上仅仅是说明性的，并且绝非旨在对本发明、其应用或用途进行限制。
[0021]根据一种方法的第一实施例，感测一个发动机汽缸内的压力，并且基于所感测的压力来估算至少一个其他发动机系统参数。换言之，可以使用发动机汽缸压力作为其他发动机系统参数的替代物。因此，用于这些其他发动机系统参数的传感器可以省略或者至少用汽缸压力数据来诊断。汽缸压力数据还可以用于诊断发动机系统部件的故障、损坏、腐蚀以及类似情况。
[0022]现在参见图1，该方法可以与一种内燃发动机系统10结合使用。一般而言,系统10包括从空气与燃料的混合物的燃烧来形成机械功的一台内燃发动机12、用于为发动机12提供空气的一个进气或抽吸系统14以及用于将燃烧气体总体上从发动机12运走的一个排气系统16。而且,系统10可以包括跨过该抽吸系统14和排气系统16而联通的一台润轮增压器18，用来压缩用于燃烧的空气以便增加发动机的输出。涡轮增压器18可以是可变几何形状涡轮机类型的涡轮增压器。本领域技术人员将认识到，可以使用燃料系统(未示出)来向发动机提供燃料并且一个控制器(未示出)可以包括一个或多个适当的处理器和存储器以便实施在此披露的这些方法的至少一些部分。
[0023]内燃发动机12可以是任何适当类型的发动机，例如像柴油机发动机那样的一种自动点火发动机。内燃发动机12可以使用任何类型的适当液体或气态燃料。发动机12包括在一个汽缸体中的多个汽缸25和活塞(未单独不出)，该汽缸体与一个汽缸盖(未单独示出)一起限定了多个燃烧室(未示出)。发动机12还可以包括若干传感器。例如，可以在该汽缸体中提供一个油压传感器20以便测量发动机油压，还可以提供一个发动机速度和/或位置传感器22以便测量发动机曲轴(未示出)的旋转速度和/或位置。而且，可以在该汽缸体中提供一个冷却剂温度传感器24以便测量流过其中的发动机冷却剂的温度。
[0024]发动机12可以包括与这些发动机汽缸25相联通的多个发动机汽缸压力传感器26以便测量其中的压力。这些压力传感器26可以定位成与这些发动机汽缸25直接联通，例如用于估算与发动机的燃烧曲线相关的多个参数。这些发动机汽缸压力传感器26可以是分开的装置或者可以被整合在其他装置例如电热塞中。
[0025]而且，这些压力传感器26可以定位成与这些发动机汽缸25在上游或下游相联通，例如用于估算与发动机的排气压力曲线相关的多个参数(例如，在进气阀和排气阀的打开过程中)。例如，这些压力传感器26可以被布置成在该抽吸系统14中的任何适当位置处于上游联通，例如与进气歧管36相联通。在另一个实例中，这些压力传感器26可以被布置成在该排气系统16中的任何适当位置处于下游联通，例如与排气歧管50相联通。
[0026]虽然根据在此描述的这些方法可以使用这些汽缸压力传感器26，但典型地它们被用于增强发动机系统控制和/或诊断。如将在下文中进一步描述的，在此描述的这些方法利用这些汽缸压力传感器26的存在来估算不同的其他发动机系统参数，例如使用其他专用的发动机传感器所正常测量的或评定的参数。
[0027]该抽吸系统14除了适当的导管和连接器之外还可以包括:用于过滤进入空气的一个空气过滤器28、用于压缩经过滤的空气的一个涡轮增压器压缩机30、用于冷却经压缩的空气的一个中冷器32、以及用于抑制经冷却的空气的流动的一个节流阀34。该抽吸系统14还可以包括一个进气歧管36，以接收被抑制的空气并且将其分配给发动机12的这些燃烧室。
[0028]抽吸系统14还可以包括多个传感器。例如，可以提供与该进气歧管36相联通的一个进气歧管压力传感器38以用于测量流向这些发动机汽缸25的空气的压力，并且可以提供一个温度传感器40以便测量流向这些汽缸25的空气的温度。可以将一个空气质量流量传感器42和环境温度传感器44布置在该空气过滤器28的下游并且在涡轮增压器压缩机30的上游。可以适当地将一个速度传感器46联接到涡轮增压器压缩机30上以用于测量其旋转速度。可以使用一个节流位置传感器48 (如一个整合的角度位置传感器)来测量节流阀34的位置。
[0029]排气系统16除了适当的导管与连接器之外还可以包括一个排气歧管50，用来收集来自发动机12的这些燃烧室中的排气并且将它们向下游运送到排气系统16的其余部分。该排气系统16还可以包括与排气歧管50在下游联通的一个涡轮增压器涡轮机52、一个催化转化器54例如紧密联接的柴油机氧化催化器(DOC)装置、以及用于控制涡轮增压器涡轮机52周围的排气向该DOC单元的旁路通行的一个涡轮废气门阀56。而且，该排气系统16可以包括在一个炭烟过滤器60上游的一个氮氧化物(NOx)吸附器单元58，该炭烟过滤器可以在一个排气尾管62的上游。
[0030]另外，该排气系统16和/或抽吸系统14可以包括一个排气再循环(EGR)装置64以便使排气从发动机12的排气歧管50再循环到发动机12的进气歧管36。该EGR装置64可以包括与排气歧管50在下游联通的一个EGR冷却器旁路阀66 (以用于控制排气回到进气歧管36的再循环)、在该EGR冷却器旁路阀66下游的一个用于冷却EGR气体的EGR冷却器68、以及用于控制EGR气体的流动的一个EGR阀70。该EGR装置64还可以包括与该EGR阀70在节流阀34下游并且在进气歧管36上游的一个位置相联通的一个EGR混合单元72，以用于将EGR气体与节流的空气进行混合。
[0031]排气系统16可以进一步包括多个传感器。可以将一个排气压力传感器27布置在一个涡轮增压器涡轮机进口的正好上游以用于测量排气压力。可以将一个位置传感器74布置在涡轮增压器18的附近以用于测量该可变几何形状涡轮机的位置，并且可以将一个NOx传感器75布置在涡轮机52的下游。可以将温度传感器76、78放置在这个催化转化器54的上游以及下游，以用于测量在该催化转化器54的进口和出口处的排气的温度。可以将一个氧气(O2)传感器80布置在该吸附器单元58的上游以用于测量排气中的氧气。可以跨越该炭烟过滤器60布置一个或多个压力传感器82，以用于测量跨越它们的压降。可以将一个尾管温度传感器84放置在一个尾管出口的正好上游以用于测量离开该排气系统16的排气的温度。最后，可以使用一个位置传感器86来测量EGR冷却器旁路阀66的位置，并且可以使用另一个位置传感器88来测量EGR阀70的位置。
[0032]除了在此示出和讨论的这些传感器之外，本文披露的这些方法可以涵盖其他任何适当的传感器及其相关参数。例如，这些传感器还可以包括加速踏板传感器、车辆速度传感器、动力传动系速度传感器、过滤器传感器、流动传感器、振动传感器、撞击传感器、进气与排气压力传感器、涡轮增压器速度和噪音传感器、和/或类似的传感器。此外，本文披露的这些方法可以涵盖其他发动机系统参数，包括涡轮增压器效率、部件污损或平衡问题、过滤器负荷、柴油机微粒过滤器(DPF)再生状态、EGR率、高压(HP)和低压(LP)EGR分数或比率、汽缸填充物不良分布、和/或类似参数。换言之，可以使用任何传感器来感测任何适当的物理参数，包括电气的、机械的、和/或化学的参数。在此使用时，术语传感器包括用于感测任何发动机系统参数的任何适当的硬件和/或软件。
[0033]而且，如在此使用的，HP EGR可以包括在涡轮增压器涡轮机的上游并且在涡轮增压器压缩机的下游的排气与吸气子系统之间的一个高压排气再循环路径，并且LP EGR可以包括在该涡轮增压器涡轮机的下游并且在该涡轮增压器压缩机的上游的排气与吸气子系统之间的一个低压排气再循环路径。可以确定符合废气排放标准的一个目标总EGR分数，并且在所确定的该目标总EGR分数的约束之内可以确定一个目标HP/LP EGR比率来优化其他发动机系统指标。
[0034]所估算的这些参数可以是定量的、定性的、和/或本质上是有关存在的。更确切地说，参数数值可以估算，定性的参数可以估算，例如部件故障，并且有关存在的参数可以估算，例如部件或真实部件的不存在或存在。而且，这些参数的值可以是绝对或相对的数值、表示存在或不存在的值(例如O或I)、或对于任何种类的参数而言任何适当的指示。
[0035]根据另一个实施例，提供了用于设计发动机系统的一种方法。根据该方法，可以提供一种发动机系统并且其包括一个或多个发动机汽缸压力传感器和一个或多个其他发动机系统传感器。例如，可以使用上述发动机系统10。接着，可以运行该发动机系统。例如，该发动机系统可以在装有仪表的车辆中在试车跑道上、在测力计上、在排放物测试实验室、和/或类似情况下运行。在发动机系统运行过程中，可以使用与该发动机系统的发动机的多个发动机汽缸相联通的多个发动机汽缸压力传感器来感测汽缸压力。接着，可以使用这些其他发动机系统传感器来感测其他的发动机系统参数。所感测的任何或所有参数的值都可以按任何适当的方式储存以用于接下来的数据分析。
[0036]可以对这些参数进行分析或评估以便将发动机汽缸压力与其他发动机系统参数相互关联。这样的相互关联可以按任何适当的方式进行。例如，可以将汽缸压力用公式与这些其他发动机系统参数相关联。在另一个实例中，可以将汽缸压力直接或间接地与这些其他发动机系统参数相关联。在任何情况下，在发现汽缸压力与任何其他发动机系统参数可靠地相互关联时，这种相互关联可以用公式、照经验、在声学上、和/或以类似方式来建立模型。例如，可以根据适当的测试来形成经验模型并且经验模型可以包括查找表、映射、以及可以将汽缸压力与其他发动机系统参数进行交叉参照的类似形式。
[0037]相应地,发动机汽缸压力测量值被用作与发动机汽缸压力相互关联的其他发动机系统参数的测量值的替代物，并且因此由于代替或扩大其他发动机系统参数的测量值。虽然可以对发动机运行过程中的任何给定时刻的汽缸压力进行测量，但一个优选的方面包括使用非燃烧时的汽缸压力测量值，例如燃烧前和/或燃烧后的压力。更具体地说，可以刚好在燃烧之前、但实质性地在压缩完成时来感测发动机汽缸压力，以便同与此汽缸压力相互关联的发动机系统参数一起使用。
[0038]在第一实例中，该其他发动机系统参数可以是一个机械装置例如阀的位置。更具体地说，该机械装置位置可以是可变几何形状涡轮机的位置，该位置可以与进气歧管压力成比例并且可以基于发动机汽缸压力使用以下方程用公式进行评估或估算:
[0039]
【权利要求】
1.一种方法，包括: 感测一个发动机汽缸内的压力； 基于该发动机汽缸内的所感测的压力来估算排气压力；并且 基于所估算的排气压力来控制涡轮增压器增压压力。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该排气压力是使用以下方程用公式来估算的:
P 排气=f (PCyl—max, Pcyi( θ )，V) 其中: P排气=排气歧管压力； Pct1=燃烧前、压缩后的汽缸压力； PcyLmax=当前燃烧循环中的最大汽缸压力； Θ=排气阀打开角度； Ρ~(Θ )=当发动机处于排气阀打开的位置时的汽缸压力；并且 V=每分钟发动机转数。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所估算的排气压力是一个涡轮增压器涡轮机进口处的排气压力。
4.一种方法，包括: 确定一个增压压力设定点与一个实际增压压力之间的增压压力偏差； 响应于该增压压力偏差而产生一个排气压力设定点； 确定该排气压力设定点与从实际汽缸压力估算出的一个排气压力估算值之间的排气压力偏差；并且 响应于该排气压力偏差而产生一个涡轮增压器命令。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括: 感测一个发动机燃烧室内的汽缸压力以提供该实际汽缸压力；并且 感测涡轮增压器增压压力以提供该实际增压压力。
6.如权利要求5所述的方法，其中，产生一个排气压力设定点的该步骤包括使用一个排气压力闭环控制器，并且产生一个涡轮增压器命令的该步骤包括使用一个增压压力闭环控制器。
7.一种方法，包括: 确定一个增压压力设定点与一个实际增压压力之间的增压压力偏差； 响应于该增压压力偏差而产生一个闭环排气压力设定点调节量； 从该增压压力设定点和一个排气压力再循环参数的输入而产生一个开环排气压力设定点; 将该闭环排气压力设定点调节量与该开环排气压力设定点进行组合而产生一个排气压力设定点； 确定该排气压力设定点与从实际汽缸压力估算出的一个排气压力估算值之间的排气压力偏差； 响应于该排气压力偏差而产生一个闭环涡轮增压器命令调节量； 从该排气压力设定点的输入而产生一个开环涡轮增压器命令；并且 将该闭环涡轮增压器调节量与该开环涡轮增压器命令进行组合而产生该涡轮增压器命令。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括: 感测一个发动机燃烧室内的汽缸压力以提供该实际汽缸压力；并且 感测涡轮增压器增压压力以提供该实际增压压力。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括使用一个计算机程序来执行该方法。
10.一种产品,包括: 用于测量发动机汽缸压力的至少一个发动机汽缸压力传感器； 用于测量涡轮增压器增压压力的至少一个涡轮增压器增压压力传感器； 储存程序指令和数据的至少一个存储装置； 至少一个控制系统，该控制系统联接到这些传感器和存储器上并且响应于这些程序指令以便致使该计算机控制的系统去执行根据权利要求1所述的方法。
11.如权利要求10所述的产品，其中，该至少一个控制系统包括一个增压压力闭环控制器、以及一个排气压力闭环控制器。
12.如权利要求11所述的产品，其中，该至少一个控制系统是一个双重控制系统，该系统还包括一个增压压力开环控 制器和一个排气压力开环控制器。
【文档编号】F02D41/14GK103477057SQ201280017797
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年4月19日 优先权日:2011年4月22日
【发明者】J·舒蒂, W·温策尔 申请人:博格华纳公司