控制内燃发动机的空气增压系统的操作的方法
【技术领域】
[0001] 本公开设及一种控制内燃发动机的空气增压系统的操作的方法，所述内燃发动机 例如机动车辆的内燃发动机。
【背景技术】
[0002] 已知的是，内燃发动机装备有用于将空气供给到燃烧室内的空气增压系统。空气 增压系统传统地包括进气管，进气管把来自周围环境的空气提供至进气歧管，进气歧管通 过至少一个进气口与燃烧室的每个流体连通。进气阀被置于进气管中，其具有被布置为移 动阀构件W调节朝着进气歧管的空气流量的促动器。
[0003] 空气增压系统还包括促使空气进入进气歧管内的满轮增压器。满轮增压器通常 包括旋转地联接至满轮机的压缩机，其中压缩机被置于进气管中并且满轮机被置于与排气 歧管流体连通的排气管中。W运种方式，满轮机通过接收来自排气歧管的排气气体而旋转 并且驱动压缩机，满轮机的旋转增大进气管和歧管中的空气的压力和溫度。中冷器可被置 于进气管中，在压缩机和进气歧管之间，W降低空气的溫度。满轮机可W是可变几何满轮机 (VGT)，其具有被布置为移动满轮机叶片W改变排气气体流量、由此调节压缩机的旋转速度 的促动器。
[0004] 空气增压系统还可包括排气气体再循环巧GR)管，其被联接在排气歧管和进气歧 管之间W将排气气体的部分再循环回到燃烧室，目的是减少氮氧化物（NOy)的排放。EGR阀 通常被置于EGR管中，其具有被布置为移动阀构件W调节朝着进气歧管的排气气体流量的 促动器。
[0005] 在发动机的操作过程中，EGR阀促动器、VGT促动器、W及进气阀促动器通常被用 于调节空气增压系统的多个重要输出参数，特别地为进气歧管内部的压力、进气歧管内部 的氧浓度、W及排气歧管内部的压力，目的是根据性能和排放要求来改变空气成分和增压 水平。
[0006] 为了执行上述功能，运些促动器传统地由电子控制单元巧CU)根据分离的并且非 协调的控制策略来控制，其取决于当前发动机工作点，也就是发动机速度和发动机负载的 当前值而被激活W及停用（deactivated)。通过示例的方式，如果当前发动机工作点是在要 求低污染物排放的发动机速度和发动机负载的区域内，则EGR阀促动器通常借助专用的闭 环控制策略来控制，而VGT促动器借助简单的开环控制策略来控制。如果相反地，当前发动 机工作点是在要求最大发动机性能的发动机速度和发动机负载的区域内，则EGR阀促动器 借助简单的开环控制策略来控制并且VGT促动器借助专用的闭环控制策略来控制。
[0007] 然而，由EGR阀促动器、VGT促动器、W及进气阀促动器产生在空气增压系统的输 出参数上的效果通常是严格相互依赖的并且具有相互之间的作用。作为结果，传统上实施 的分离的并且非协调的控制方法可有时具有低精度的缺陷，尤其是在快速瞬态的过程中。 此外，运种传统的控制方法需要大量的校准活动W确保任何操作条件下的发动机性能和污 染物排放之间的可接受折衷。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种空气增压系统的协调控制策略，其允许促动器的同时调 整并且补偿它们的相互作用。
[0009] 另一目的是提供一种需要更少校准工作的可靠控制策略。
[0010] 仍另一目的是提供一种在瞬态过程中表现出更精确响应的控制策略。
[0011] 又一目的是借助一种简单的、合理的、并且相当廉价的解决方法来实现运些目的。
[0012] 运些目的及其他目的由具有独立权利要求中所陈述特征的本发明的实施例来实 现。从属权利要求界定本发明的次要方面。
[0013] 特别地，本发明的实施例提供一种控制内燃发动机的空气增压系统的操作的方 法，其中所述方法包括步骤有：
[0014] -监测空气增压系统的多个输出参数，
[0015]-计算所监测的输出参数中的每一个和它们的目标值之间的误差，
[0016] -将所计算的误差中的每一个应用至产生虚拟输入的线性控制器，
[0017]-使用所述虚拟输入来计算用于所述空气增压系统的多个输入参数，
[0018] -使用所述输入参数中的每一个来确定所述空气增压系统的对应促动器的位置，
[0019] -根据所确定的所述促动器的位置来操作所述促动器中的每一个，
[0020] 其中，所述输入参数是借助所述空气增压系统的非线性数学模型来计算的，所述 非线性数学模型被配置使得所述虚拟输入中的每一个与所述输出参数中的仅一个具有线 性关系，并且反之亦然。
[0021] 事实上，运种控制策略提供使用多输入多输出（ΜΙΜΟ)反馈线性化方法对空气增 压系统的控制，所述方法具有运样一种效果，即它允许促动器的同时并且协调的控制、同时 补偿它们的相互作用。
[0022] 运种协调控制策略具有良好的瞬态响应和精度，并且改进在任何操作条件下的发 动机性能和污染排放之间的折衷。
[0023] 运种协调控制策略基于空气增压系统的数学模型而具有减少校准工作的附加效 果。
[0024] 根据本发明的方面，空气增压系统的促动器可包括排气气体再循环阀的促动器、 可变几何满轮增压器的促动器、W及空气进气阀的促动器。
[00巧]本发明的该方面允许空气增压系统的主要促动器的协调控制。
[00%] 根据本发明的另一方面，空气增压系统的输出参数可包括指示排气歧管压力的参 数、指示进气歧管压力的参数、W及指示进气歧管中残余气体分数的参数。
[0027] 本发明的该方面允许当上文所识别的促动器都被设及时的控制策略的可靠实施。
[0028] 根据本发明的另一方面，空气增压系统的输入参数可包括指示通过排气气体再循 环阀的排气质量流量率的参数、指示通过空气进气阀的空气质量流量率的参数、W及指示 通过可变几何满轮增压器的满轮机的排气质量流量率的参数。
[0029] 本发明的该方面允许当上文所识别的促动器和输出参数都被设及时的控制策略 的可靠实施。
[0030] 根据本发明的另一方面，输入参数可借助下列矢量等式来计算：
[0031]
[0032]其中，Wib通过进气阀的空气质量流量率，Wpgf是通过排气气体再循环阀的排气质 量流量率，Ww是通过可变几何满轮增压器的满轮机排气质量流量率，丫是比热容比，R是 通用气体常数，Vi是进气歧管容积，Tic是中冷器下游的进气道中的空气溫度，Ti是进气歧 管空气溫度，Tpgf是再循环排气气体溫度，是排气歧管气体溫度，T。。。,是排出发动机的排 气气体溫度，Vy是排气歧管容积，F。是进气歧管内的残余气体分数，Fy是排气歧管内的残余 气体分数，nil是进气歧管内的总气体质量，是进入发动机的气体的总质量流量率，WΜ是 排出发动机的气体的总质量流量率，VI是第一虚拟输入，V2是第二虚拟输入，V3是第Ξ虚拟 输入。
[0033] 本发明的该方面具有提供一种简单的并且有效的解决方法来计算上文所识别的 输入参数的效果。
[0034] 根据本发明的另一方面，线性控制器可W是比例-积分控制器或比例-积分-微 分控制器。
[0035] 本发明的该方面具有简化上文描述的反馈线性化方法内的线性控制回路的效果。
[0036]该方法可W借助于计算机程序来运行，所述计算机程序包括用于运行上述方法的 所有步骤的程序代码，并且是包括计算机程序的计算机程序产品的形式。该方法还可W被 采用作为电磁信号，所述信号被调制W运送代表进行该方法的所有步骤的计算机程序的一 序列数据位。
[0037]本发明的另一实施例提供一种电子控制单元，其用于内燃发动机的空气增压系 统，其中所述电子控制单元被配置为： 阳03引-监测空气增压系统的多个输出参数，
[0039]-计算所监测的输出参数中的每一个和它们的目标值之间的误差，
[0040]-将所计算的误差中的每一个应用至产生虚拟输入的线性控制器，
[0041]-使用所述虚拟输入来计算用于所述空气增压系统的多个输入参数，
[0042]-使用所述输入参数中的每一个来确定所述空气增压系统的对应促动器的位置，
[0043]-根据所确定的所述促动器的位置来操作所述促动器中的每一个，
[0044]其中，所述电子控制单元被配置为借助空气增压系统的非线性数学模型来计算虚 拟输入，所述非线性数学模型被配置使得虚拟输入中的每一个与输出参数中的仅一个具有 线性关系，并且反之亦然。
[0045] 本发明的该实施例基本获得与上文公开的方法相同的效果，特别地为允许促动器 的同时并且协调的控制、同时补偿它们的相互作用。
[0046] 根据本发明的方面，空气增压系统的促动器可包括排气气体再循环阀的促动器、 可变几何满轮增压器的促动器、W及空气进气阀的促动器。
[0047] 本发明的该方面允许空气增压系统的主要促动器的协调控制。
[0048] 根据本发明的另一方面，空气增压系统的输出参数可包括指示排气歧管压力的参 数、指示进气歧管压力的参数、W及指示进气歧管中残余气体分数的参数。
[0049] 本发明的该方面允许当上文所识别的促动器都被设及时的控制策略的可靠实施。
[0050] 根据本发明的另一方面，空气增压系统的输入参数可包括指示通过排气气体再循 环阀的排气质量流量率的参数、指示通过空气进气阀的空气质量流量率的参数、W及指示 通过可变几何满轮增压器的满轮机的排气质量流量率的参数。
[0051] 本发明的该方面允许当上文所识别的促动器和输出参数都被设及时的控制策略 的可靠实施。
[0052] 根据本发明的另一方面，电子控制单元可被配置为借助下列矢量等式来计算输入 参数：
[0053]
[0054]其中，Wib通过进气阀的空气质量流量率，