多变量低压排气再循环控制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多变量低压排气再循环控制。
【背景技术】
[0002] 发动机系统可以利用从发动机排气系统到发动机进气系统的排气的再循环来降 低规定的排放，该过程被称为排气再循环（EGR)。例如，涡轮增压发动机系统可以包括低压 (LP)EGR系统，该LP-EGR系统将排气从排气系统再循环到涡轮增压器压缩机上游的进气通 道。因此，排气可以被再循环到压缩机上游的低压空气吸气系统/进气系统，从而产生新鲜 进气空气与压缩机下游的EGR的压缩混合物。可以控制EGR阀来实现期望的进气空气稀释， 该期望的进气空气稀释基于发动机工况。
[0003] 然而，由于LP-EGR环路固有的小压差，涡轮增压发动机系统还可以包括LP进气节 气门以增加压差，使得能够实现较高EGR率。存在限制节流程度的竞争需要。一方面，过度 节流不必要地增加燃料消耗。另一方面，太少节流能够引起系统在相当低压差下运转，这需 要高控制增益并由此降低控制系统对扰动的稳健性。
【发明内容】
[0004] 发明人在此已经认识以上问题并且已经设计各种方法来解决所述问题。具体地， 公开用于控制LP进气节气门和LP-EGR阀的系统和方法。在一个示例中，一种涡轮增压发动 机方法，其包含：响应于进气压力和排气压力之间的差低于阈值，调整LP-EGR阀同时调整 LP进气节气门以将LP-EGR流率和该差调节到各自的设定点；以及响应于该差高于阈值，使 LP-EGR阀饱和（saturate)以使该差最小化同时驱动节气门以将流率调节到流率设定点。 以此方式，LP-EGR系统的控制可以更稳健、需要更少的驱动器运动以及增加燃料经济性。
[0005] 在另一示例中，一种涡轮增压发动机方法，其包含：响应于进气压力和排气压力之 间的差低于阈值，调整LP-EGR阀同时调整LP进气节气门以将LP-EGR流率和该差分别调节 到流率设定点和差设定点；以及响应于该差高于阈值，在第一模式下，使LP-EGR阀饱和以 使该差最小化同时驱动节气门以将流率调节到流率设定点，并且在第二模式下，使进气节 气门饱和以使该差最小化同时驱动LP-EGR阀以将流率调节到流率设定点。以此方式，控制 系统可以在非常低的压差下对扰动更稳健并且燃料消耗由于过度节流而可以被降低。
[0006] 在另一示例中，一种内燃发动机系统包含：涡轮增压器，其包括连接到涡轮的压缩 机，压缩机与发动机的进气歧管连通而涡轮与发动机的排气歧管连通；低压（LP)排气再循 环（EGR)通道，其包括EGR阀和连接进气歧管和排气歧管的进气节气门，所述EGR阀响应 EGR阀控制信号并且所述进气节气门响应进气节气门控制信号，以用于调节到所述进气歧 管的流率和所述LP-EGR通道中的压差；控制器，其被配置为具有存储在非临时性存储器中 的指令，当执行该指令时，使得控制器：基于参考流率和测量的流率产生流率误差；基于参 考压差和测量的压差广生压差误差；计算最小和最大可实现流率；将最小和最大可实现流 率作为抗饱和（anti-windup)极限应用到第一比例-积分控制器；响应于流率误差执行第 一比例-积分控制器以产生调整的流率设定点；响应于调整的流率设定点计算最小和最大 可实现压差；将最小和最大可实现压差作为抗饱和极限应用到第二比例-积分控制器；响 应于压差误差执行第二比例-积分控制器以产生调整的压差设定点；响应于调整的流率设 定点和调整的压差设定点执行线性化控制器以产生EGR阀驱动器位置和LP进气节气门驱 动器位置；以及将EGR阀驱动到EGR阀驱动器位置并且将LP进气节气门驱动到LP进气节 气门驱动器位置。以此方式，LP-EGR阀和LP进气节气门的控制能够在多变量控制模式和 链接驱动器（chained-actuator)控制模式之间自动切换，所述多变量控制模式在非常低 的压差下改善稳健性，所述链接驱动器控制模式最小化燃料消耗。
[0007] 当单独或结合附图时，本描述的以上优点和其他优点以及特征根据以下具体实施 方式将明显。
[0008] 应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式引进一些概念，这些概念在具体实 施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保 护的主题的范围被紧随【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题 不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0009] 图1示出一种发动机和关联的排气再循环系统的示意图。
[0010] 图2示出图示说明可以被实施以用于响应于压差传感器的输出执行LP-EGR阀和 LP进气节气门调整的一种程序的高级别流程图。
[0011] 图3示出图示说明一种LP-EGR控制的示例方法的框图。
[0012] 图4示出图示说明可以被实施以用于响应于LP-EGR流率设定点执行LP-EGR阀和 LP进气节气门调整的一种程序的高级别流程图。
[0013] 图5示出图示说明单个驱动器饱和的四种可能情况下的限制策略的一组图形。
[0014] 图6示出图示说明一组可实现LP-EGR阀位置和节气门位置以及对应的一组可实 现LP-EGR流率和压差的一组图形。
[0015] 图7示出图示说明用作多变量控制器的一种LP-EGR控制器的示例的一组图形。
[0016] 图8示出图示说明用作链接驱动器控制器的LP-EGR控制器的示例的一组图形。
【具体实施方式】
[0017] 以下描述涉及用于使用低压排气再循环阀和低压节气门控制低压排气再循环质 量流率和压差的系统和方法。如图1所示，升压发动机可以被配置为具有低压（LP)排气再 循环（EGR)系统，该LP-EGR系统可以包括用于调整再循环到发动机进气装置的排气量的 LP-EGR阀以及用于调整LP-EGR阀两端的压差的LP进气节气门。如图2所示，LP-EGR阀和 LP进气节气门的控制可以包括多变量模式和链接驱动器模式，这取决于LP-EGR阀两端的 压差。如图3所示，能够实现两种这样的控制模式的控制器除了包括两个外部比例-积分 (PI)控制环路之外，还可以包括由输入-输出线性化设计的控制器。如图4所示，PI控制 器的限制策略可以包括使用最小和最大可实现EGR流率和压差作为抗饱和极限。这种限制 策略确保如果一个驱动器饱和，则不饱和的驱动器将优先追踪该压差下的EGR流率，如图5 所示。最小和最大可实现流率和压差由系统的驱动能力约束，如图6所示。图7和图8示 出所公开的系统和方法表现多变量模式和链接驱动器模式的不例。
[0018] 图1示出车辆系统6的示意图。车辆系统6包括发动机系统8,该发动机系统8包 括联接到排放控制系统22的发动机10。发动机10包括多个汽缸30。发动机10还包括进 气装置23和排气装置25。进气装置23可以通过进气道42接收来自大气的新鲜空气。进 气道42可以包括第一空气进气节气门82,该第一空气进气节气门82被配置为调整通过进 气道42接收的新鲜空气的量。进气装置23可以进一步包括第二主进气节气门62,该第二 主进气节气门62经由进气道42流体联接到发动机进气歧管44。第二进气节气门62可以 定位在第一进气节气门82的下游，并且可以被配置为调整进入发动机进气歧管44的进气 流的流量。排气装置25包括通向排气道45的排气歧管48,该排气道45将排气经由尾管 35传送到大气。
[0019] 发动机10可以是包括诸如涡轮增压器50的升压装置的升压发动机。涡轮增压器 50可以包括压缩机52和涡轮54,该压缩机52沿进气道42布置，该涡轮54沿排气道45布 置。由涡轮增压器提供的升压量可以由发动机控制器改变。可选充气后端冷却器84可以 包括在进气道中的压缩机52的下游以降低由涡轮增压器压缩的进气空气的温度。具体地， 后端冷却器84可以包括在第一进气节气门82的下游且包括在第二进气节气门62的上游。 [0020] 联接到排气道45的排放控制系统22可以包括安装在排气装置中的闭合联接位置 中的一个或更多个排放控制装置70。一个或更多个排放控制装置可以包括颗粒过滤器、SCR 催化剂、三元催化剂、稀NOx捕集器、氧化催化剂等。排放控制装置可以定位在涡轮54的下 游以及排气道45中的LP-EGR路径73的上游和/或下游。
[0021] 发动机10可以进一步包括用于将来自排气道45的排气的至少一部分再循环到 进气道42的一个或更多个排气再循环（EGR)通道。例如，发动机可以包括具有LP-EGR通 道73的低压EGR(LP-EGR)系统72,该LP-EGR通道73将涡轮54下游的发动机排气装置联 接到压缩机52上游的发动机进气装置。LP-EGR系统72可以在诸如存在涡轮增压器升压 且/或当排气温度高于阈值时的状况期间运转。定位在压缩机上游的LP-EGR通道73中的 EGR阀39可以被配置为调整通过EGR通道传送的排气的量和/或速率。LP-EGR通道73可 以进一步包括LP-EGR冷却器74以降低正被再循环到发动机进气装置中的排气的温度。在 此配置中，EGR通道可以被配置为提供低压EGR，并且EGR阀39可以是LP-EGR阀。进一步 地，第一进气门82可以被称为低压（LP)进气节气门。在替代实施例中，也可以包括高压 EGR(HP-EGR)系统（未示出），在其中ΗΡ-EGR通道可以被配置为使来自涡轮上游的发动机 排气装置的至少一些排气转向到压缩机下游的发动机进气装置。
[0022] 在一些实施例中，一个或更多个传感器可以定位在LP-EGR通道73内以提供通过 LP-EGR通道再循环的排气的压力、温度和空燃比中的一者或更多者的指示。例如，传感器 75和76可以是位于LP-EGR阀39上游和下游的压力传感器。通过LP-EGR通道73转向的 排气可以在位于LP-EGR通道73和进气道42的结合点处的混合点90处用新鲜进气空气稀 释。具体地，通过调整与LP进气节气门82 (定位在压缩机上游的发动机进气装置的空气进 气道中）协调的EGR阀39,可以调整EGR流的稀释。
[0023] 发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统14以及由经由输入装置 (未示出）来自车辆操作者的输入控制。控制系统14被配置为接收来自多个传感器16 (本 文所述传感器的各种示例）的信息并且将控制信号发送到多个驱动器81。作为一个示例， 传感器16可以包括联接到排气歧管48的排气传感器126、位于尾管35中的排放控制装置 70下游的排气温度传感器128和排气压力传感器129、联接在主进气节气门62上游的氧传