专利名称：用于超涡轮增压发动机的控制系统和方法
技术领域：
本主题发明涉及用于控制超涡轮增压发动机中的压力的方法、系统和计算机程序
女口
广叩O
背景技术：
内燃发动机在气缸中燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞，其产生驱动扭矩。进入发动机的空气流可以通过一个或多个受控系统来调节。例如，涡轮增压器和/或增压机可以被控制以增加供应到发动机的空气。燃料喷射率可以被控制以向气缸提供期望的空气/燃料混合物。增加供应到气缸的空气和燃料的量增加发动机的扭矩输出。因此，期望提供用于控制到发动机的空气流的系统和方法。和
发明内容
在一个示例性实施例中，提供一种控制发动机系统的空气流的方法。所述方法包括:基于发动机负荷确定增压机运行模式和涡轮增压器运行模式；基于涡轮增压器运行模式选择性地产生到涡轮增压器的控制信号；和基于增压机运行模式选择性地产生到增压机旁通阀的控制信号。在另一个示例性实施例中，提供一种用于控制发动机系统内的空气流的系统。所述系统包括基于发动机负荷确定涡轮增压器运行模式和增压机运行模式的第一模块。第二模块基于涡轮增压器运行模式和增压机运行模式选择性地产生到涡轮增压器和增压机旁通阀的控制信号。本申请进一步提供如下的解决方案:1.一种控制发动机系统的空气流的方法,包括:基于发动机负荷确定增压机运行模式和涡轮增压器运行模式；基于所述涡轮增压器运行模式选择性地产生控制信号到涡轮增压器；和基于所述增压机运行模式选择性地产生控制信号到增压机旁通阀。2.根据解决方案I所述的方法，其特征在于，所述涡轮增压器运行模式被确定为闭环模式和开环模式中的至少一种。3.根据解决方案2所述的方法，其特征在于，当所述涡轮增压器运行模式是闭环模式时，基于发动机空气流要求和压力要求中的至少一个，到所述涡轮增压器的所述控制信号控制空气通过涡轮增压器的压缩。4.根据解决方案2所述的方法，其特征在于，当所述涡轮增压器运行模式时开环模式时，基于发动机负荷和发动机速度，到所述增压机的所述控制信号限制空气通过涡轮增压器的压缩。5.根据解决方案I所述的方法，其特征在于，还包括基于发动机负荷确定发动机负荷状态为低负荷状态、高负荷状态和瞬时负荷状态中的一个，并且其中确定增压机运行模式和涡轮增压器运行模式是基于所述发动机负荷状态。6.根据解决方案I所述的方法，其特征在于，所述增压机运行模式被确定为闭环模式和开环模式中的至少一种。7.根据解决方案5所述的方法，其特征在于，当所述增压机运行模式是闭环模式时，基于发动机空气流要求和压力要求中的至少一个，到所述增压机旁通阀的所述控制信号控制空气通过增压机的压缩。8.根据解决方案5所述的方法，其特征在于，当所述运行模式是开环模式时，基于发动机负荷和发动机速度，到所述增压机旁通阀的所述控制信号限制空气通过增压机的压缩。9.根据解决方案I所述的方法，其特征在于，所述涡轮增压器运行模式和增压机运行模式被确定为开环模式和闭环模式中的至少一种。10.根据解决方案9的方法，其特征在于，所述增压机运行模式被确定为开环模式且所述涡轮增压器运行模式被确定为闭环模式。11.根据解决方案9的方法，其特征在于，所述增压机运行模式被确定为闭环模式且所述涡轮增压器运行模式被确定为开环模式。12.一种用于控制发动机系统内的空气流的系统,包括:基于发动机负荷确定涡轮增压器运行模式和增压机运行模式的第一模块；和基于所述涡轮增压器运行模式和增压机运行模式选择性地产生控制信号到涡轮增压器和增压机旁通阀的第二模块。13.根据解决方案12所述的系统，其特征在于，所述第一模块确定所述涡轮增压器运行模式为闭环模式和开环模式中的至少一种。14.根据解决方案13所述的系统，其特征在于，当所述涡轮增压器运行模式是闭环模式时，基于发动机空气流要求和压力要求中的至少一个，所述第二模块产生控制信号到涡轮增压器。15.根据解决方案13所述的系统，其特征在于，当所述涡轮增压器运行模式是开环模式时，基于发动机负荷和发动机速度，所述第二模块产生控制信号到涡轮增压器。16.根据解决方案12所述的系统，其特征在于，还包括确定发动机负荷状态为低负荷状态、高负荷状态和瞬时状态中的至少一个的第三模块，且其中所述第一模块基于所述负荷状态确定所述涡轮增压器运行模式和增压机运行模式。17.根据解决方案12所述的系统，其特征在于，所述第一模块确定增压机运行模式为闭环模式和开环模式中的至少一种。18.根据解决方案17所述的系统，其特征在于，所述增压机运行模式是闭环模式时，基于发动机空气流要求和压力要求中的至少一个，所述第二模块产生控制信号到所述增压机旁通阀。19.根据解决方案17所述的系统，其特征在于，当所述增压机运行模式是开环模式时，基于发动机速度和发动机负荷，所述第二模块产生控制信号到所述增压机旁通阀。20.根据解决方案12所述的系统，其特征在于，第一模块确定所述涡轮增压器运行模式和增压机运行模式为开环模式和闭环模式中的至少一种。本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点易于从下面结合附图对本发明的详细说明中明白。
其它特征、优点和细节仅仅通过例子的方式在下面实施例的详细说明中展现，所述详细说明参考附图，其中:图1是描述根据各种实施例的发动机系统的功能框图；图2是描述根据各种实施例的发动机系统的发动机控制系统的数据流程图；和图3是描述根据各种实施例的可由发动机控制系统执行的发动机控制方法的流程图。
具体实施例方式下面的说明实质上仅仅是示例性的且不意于限制本公开、应用或使用。可以明白的是贯穿附图，相应的附图标记指代相同或相应的部件和特征。如这里所使用的，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者固件程序的处理器(共用的、专用的、或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述功能的其他适合部件。根据示例性实施例,车辆10被示出包括超润轮增压发动机(super turbo-chargedengine)系统12。发动机系统12包括发动机14、增压机(supercharger) 16和润轮增压器(turbocharger) 18。如可以理解的是，发动机14可以是柴油机、汽油机或其它发动机并且不限于当前例子。空气通过空气过滤器20进入发动机14，所述空气过滤器可以包括质量空气流量计或其它传感器(未示出)。空气在涡轮增压器18的压缩机22内被压缩。涡轮增压器18可以包括可变几何涡轮增压器(VGT)、可变喷嘴涡轮增压器(VNT)、可变叶片涡轮增压器(VVT)、固定几何废气旁通涡轮增压器、滑动叶片涡轮增压器或其它适当类型的涡轮增压器。为了示例性目的，将在VVT的场景中讨论本公开。增压机旁通阀24布置在增压机16和涡轮增压器18之间。当被控制到第一位置(例如关闭位置或其它位置)，所述旁通阀24允许空气从压缩机22流过增压机16以进一步压缩所述空气。当被控制到第二位置(例如打开位置或其它位置)，所述旁通阀24使空气旁通流过增压机且引导空气流过替代路径，以防止空气的进一步压缩。来自涡轮增压器18和/或增压机16的压缩后的空气然后可以在通过进气歧管26被吸入到发动机14之前穿过一个或多个空气冷却器(未示出)或其它调节器(未示出)。空气与发动机14的气缸28内的燃料结合以产生驱动扭矩。虽然描述的是四缸发动机28，但是可以理解的是，具有任何数目的气缸28的发动机被考虑在本发明的范围内，包括具有以直列、水平或V型构造布置的2个、4个、6个、8个、10个、12个和16个气缸的发动机。排气通过排气歧管30流出气缸28并进入包括涡轮机32的涡轮增压器18的排气入口侧。涡轮增压器18的涡轮机32可以被控制以调整穿过压缩机22的空气的流量、速度和/或压力。排气可以然后在被排放到大气之前流过一个或多个排气处理装置34。控制模块40基于感测的和/或建模数据控制所述旁通阀24和所述涡轮增压器18。在各种实施例中，所述控制模块40接收各种信号和根据各种操作模式控制各装置。例如，第一压力传感器42感测来自涡轮增压器18的空气的压力和基于此产生第一压力信号。第二压力传感器44感测来自增压机16的空气的压力和基于此产生第二压力信号。空气温度传感器46感测进入发动机系统12的空气的温度和基于此产生进气空气温度信号。冷却剂温度传感器48感测在发动机14中的冷却剂流体的温度和基于此产生冷却剂温度信号。发动机速度传感器50感测发动机的转速和基于此产生发动机速度信号。所述控制模块40接收所述信号，基于所述信号估计发动机负荷和发动机速度，基于发动机负荷确定运行模式，和基于所述运行模式控制旁通阀24和/或涡轮增压器18。现在参照图2，且继续参照图1，数据流程图描述可在控制模块40中具体化的控制系统的各种实施例。根据本公开的控制系统的各种实施例包括在控制模块40中具体化的任何数目的子模块。如可以理解的是，在图2中示出的子模块可以组合和/或进一步拆分来类似地控制通过增压机16和/或涡轮增压器18的排气的流动。到控制模块40的输入可以从发动机系统12感测、接收自其他控制模块(未示出)和/或由在控制模块中的其它子模块(未示出)确定或建模。在各种实施例中，控制模块40包括负荷状态确定模块51、模式确定模块52、TC控制模块54和旁通阀控制模块55。负荷状态确定模块51接收作为输入的各种发动机运行参数，例如，但是不限于，发动机扭矩56、燃料供给率57、发动机速度58、和进气空气温度60、和冷却剂温度62。基于运行参数56-62，负荷状态确定模块51确定发动机负荷64。基于发动机负荷64，负荷状态确定模块51确定发动机负荷状态65为低负荷、高负荷和瞬态负荷中的一种。例如，负荷状态确定模块51基于各种发动机映射(map)确定发动机负荷状态65为低负荷。例如，所述映射可以是基于发动机速度58和燃料率56指示发动机负荷64的查询表。发动机负荷64可以与预定阈值比较以确定负荷是否是低的。在另一个例子中，负荷状态确定模块51基于各种发动机映射确定发动机负荷状态65为高负荷。例如，所述映射可以是基于发动机速度58和燃料率56指示发动机负荷64的查询表。发动机负荷64可以与预定阈值比较以确定所述负荷是否为高的。在又一个实施例中，当发动机速度58和/或发动机扭矩56迅速地变化；增压机16后的压力小于阈值；以及在增压机16前的压力偏离大于阈值时,负荷状态确定模块51确定发动机负荷状态65为瞬态负荷。模式确定模块52接收作为输入的发动机负荷状态65。基于发动机负荷状态65，模式确定模块52确定涡轮增压器(TC)运行模式66和增压机(SC)运行模式67。所述运行模式66，67可以是闭环模式和开环模式中的一种。例如，当发动机负荷状态65显示低负荷时，模式确定模块52确定TC模式66为开环模式(即，具有预确定控制信号的前馈运行)，并确定SC模式67为闭环模式(即，具有压力或空气流反馈控制信号的运行)。在另一个例子中，当发动机负荷状态65显示为高负荷时，模式确定模块52确定TC模式66为闭环模式(即，具有压力或空气流反馈控制信号的运行)，且确定SC模式67为开环模式(即，具有预确定控制信号的运行)。在又一个例子中，当发动机负荷状态65显示为瞬态负荷时，模式确定模块52确定TC模式66为闭环模式(即，具有压力或空气流反馈控制信号的运行)，并SC模式67为闭环(即，具有预确定控制信号的运行)。TC控制模块54接收作为输入的TC模式66、发动机负荷64、发动机速度58、和空气流和/或压力(MAP要求68)。基于TC模式66，TC控制模块54产生控制信号68到涡轮增压器18以控制例如涡轮机32中的叶片的位置(即当执行VVT时)。例如，当TC模式66是开环模式时，TC控制模块54产生控制所述叶片到具体设定点以限制通过压缩机22的压缩的控制信号69，从而降低来自涡轮增压器18的空气流。所述设定点可以例如从发动机负荷64和发动机速度58使用例如映射来确定。在另一个例子中，当TC模式66是闭环模式时，TC控制模块54产生控制所述叶片到具体设定点以允许通过压缩机22压缩的控制信号69，从而调整来自涡轮增压器18的空气流以满足发动机空气流和MAP要求68。例如，来自反馈控制器(未示出)的输入可以被估计从而确定所述设定点是否满足空气流和/或MAP要求68。旁通阀控制模块55接收作为输入的SC模式67、发动机负荷64、发动机速度58、和空气流和/或压力(MAP)要求68。基于SC模式67，旁通阀控制模块55产生控制信号70到旁通阀24。例如，当SC模式67是开环模式时，旁通阀控制模块55产生控制信号70以控制旁通阀24到限制通过增压机16压缩的位置。因此，发动机空气流和/或MAP要求主要是通过涡轮增压器18维持。所述位置可以例如从发动机负荷64和发动机速度58使用例如映射确定。如可以理解的是，根据阀类型，控制信号70可以被产生使得旁通阀24在全开位置、全闭位置、和/或它们之间的位置。在另一个例子中，当SC模式67是闭环模式时，旁通阀控制模块55产生控制信号70以控制所述旁通阀24到调节通过增压机16压缩的位置。因此，发动机空气流和/或MAP要求68主要通过增压机16维持。例如，来自反馈控制器(未示出)的输入可以被估计从而确定目前位置是否满足空气流和/或MAP要求68。现在参照图3，并继续参照图1和2，流程图描述根据本公开可以由图1的控制模块40执行的控制方法。根据本公开可以理解的是，在所述方法中的操作的顺序不限于图3中所示出的顺序执行，而是可以作为可适用的并且根据本公开以一个或多个改变的顺序来执行。在各种实施例中，所述方法可以基于预确定事件来规划，和/或在发动机14的运行期间连续地运行。在一个例子中，所述方法可以开始于100。在110接收信号。基于所述信号在120处确定发动机负荷64和发动机负荷状态65。TC运行模式66和SC运行模式67在130和140处被确定。基于TC运行模式66在150处确定并产生涡轮增压器控制信号68。基于SC运行模式67在160处确定并产生旁通阀控制信号70。此后，方法可以在170结束。虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将明白可以做出各种改变并且其元件可以由等同物来替代而不脱离本发明的范围。另外，可以做出各种修改以将具体情形或材料适于本发明的教导而不脱离其实质范围。因此，本发明意图不限于公开的具体实施例，而是本发明将包括落入本申请范围的所有实施例。
权利要求
1.一种控制发动机系统的空气流的方法，包括: 基于发动机负荷确定增压机运行模式和涡轮增压器运行模式； 基于所述涡轮增压器运行模式选择性地产生控制信号到涡轮增压器；和 基于所述增压机运行模式选择性地产生控制信号到增压机旁通阀。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涡轮增压器运行模式被确定为闭环模式和开环模式中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述涡轮增压器运行模式是闭环模式时，基于发动机空气流要求和压力要求中的至少一个，到所述涡轮增压器的所述控制信号控制空气通过涡轮增压器的压缩。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述涡轮增压器运行模式时开环模式时，基于发动机负荷和发动机速度，到所述增压机的所述控制信号限制空气通过涡轮增压器的压缩。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括基于发动机负荷确定发动机负荷状态为低负荷状态、高负荷状态和瞬时负荷状态中的一个，并且其中确定增压机运行模式和涡轮增压器运行模式是基于所述发动机负荷状态。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增压机运行模式被确定为闭环模式和开环模式中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述增压机运行模式是闭环模式时，基于发动机空气流要求和压力要求中的至少一个，到所述增压机旁通阀的所述控制信号控制空气通过增压机的压缩。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述运行模式是开环模式时，基于发动机负荷和发动机速度，到所述增压机旁通阀的所述控制信号限制空气通过增压机的压缩。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涡轮增压器运行模式和增压机运行模式被确定为开环模式和闭环模式中的至少一种。
10.一种用于控制发动机系统内的空气流的系统，包括: 基于发动机负荷确定涡轮增压器运行模式和增压机运行模式的第一模块；和 基于所述涡轮增压器运行模式和增压机运行模式选择性地产生控制信号到涡轮增压器和增压机旁通阀的第二模块。
全文摘要
提供一种控制发动机系统的空气流的方法。所述方法包括基于发动机负荷确定增压机运行模式和涡轮增压器运行模式；基于所述涡轮增压器运行模式选择性地产生控制信号到涡轮增压器；和基于所述增压机运行模式选择性地产生控制信号到增压机旁通阀。
文档编号F02B37/12GK103195555SQ201310071320
公开日2013年7月10日 申请日期2013年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者S·J·安德拉斯科, C·J·卡勒布简, Y·肖, B·A·奎克 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司