自适应地控制涡轮增压内燃机中的排气泄压阀的方法

专利名称：自适应地控制涡轮增压内燃机中的排气泄压阀的方法
技术领域：
本发明涉及用于控制涡轮增压内燃机中的排气泄压阀的方法。
背景技术：
众所周知，某些内燃机系统设有涡轮增压机增压系统，其可以通过充分利用废气 的焓来压缩被引擎吸出的空气来提高引擎产生的能量，从而提高容积吸入量效率。涡轮增压机增压系统包括设有涡轮机和增压器的涡轮增压机，涡轮机沿排气管布 置以在引擎排出的废气的偏压之下高速旋转，增压器在涡轮机的作用下旋转，并且沿供气 管布置以压缩被引擎吸出的空气。在涡轮增压机增压系统中，出于功能(即，为了避免不规 范或低效率工作)和结构(即，为了避免损坏涡轮增压机)这两方面的原因，涡轮增压机的 工作范围必须保持在一有效区域之内，其中该有效区域取决于曲柄位置。为了能够限制增 压压力(即，增压器下游的压缩空气的压力)，将排气泄压阀所调节的旁路管布置成与涡轮 机相平行；当排气泄压阀开启时，部分废气沿旁路管流动，从而绕过涡轮机，这样降低了叶 轮的旋转速度，并降低了增压。由允许调节排气泄压阀的干预的调节电磁阀控制的气动执行器用于控制排气泄 压阀。气动执行器包括从内部支撑柔性薄膜的密封壳，该柔性薄膜将密封壳分隔成两个相 互不透流体的腔室。柔性薄膜机械连接至刚性杆，其控制排气泄压阀以控制排气泄压阀本 身的开启和关闭。第一腔室与大气压相连通，而第二腔室与增压压力相连通，并且可通过由 比例型的调节电磁阀调节的管与大气压力相连通，该调节电磁阀适于将管在管完全关闭的 关闭位置与最大开启位置之间分配。第一腔室中布置有阻力簧，该阻力簧被压缩在该壳的壁与柔性薄膜观之间，且搁 在柔性薄膜上与杆相反的一侧。当两个腔室之间的压力差低于(由阻力簧的预加负荷决定 的)干预阈值(由阻力簧的预加负荷决定)时，杆将排气泄压阀维持在完全关闭的位置，而 当两个腔室之间的压力差高于干预阈值时，阻力簧开始在柔性薄膜的偏压之下被压缩并因 之变形，这就决定了杆的运动，而杆的运动随之使排气泄压阀朝开启方向运动。通过控制调 节电磁阀，第二腔室可以以可变的进气通道与大气压力相连通，从而可以调节两个腔室之 间的压力差，而该压力差反过来又决定了排气泄压阀的开启或关闭。值得注意的是，直至增 压压力与大气压力之间的差超过干预阈值(等于阻力簧产生的预加负荷除以柔性薄膜的 面积)之前，排气泄压阀都不能由调节电磁阀(其只能减小增压压力与大气压力之间的压 力差，而不能增大)施加的动作开启。在已知的内燃机中，产生目标增压压力，其用于通过叠加开环增益 (contribution)和闭环增益来产生对排气泄压阀的控制，其中开环增益是利用实验获得的 控制图来产生的，而闭环增益由PID调节器提供，PID调节器试图消除压力误差，即目标增 压压力与由传感器测量的实际增压压力之差。然而，由气动执行器的阻力簧产生的预加负荷具有高的结构偏差、相当大的热漂 移和一定的时间漂移。此外，气动执行器具有相当大的滞后性，即启动执行器的行为在开启运动与相反的关闭运动之间显著地变化。因此，用于确定闭环增益的图明显是非线性的，并 且要追求目标增压压力较为复杂；因此，在已知的内燃机中，特别是在增压压力处于不能使 排气泄压阀被调节电磁阀施加的动作开启的干预阈值附近时，对目标增压压力的追求往往 具有高的过冲量或下冲量(即，实际增压压力不是超过目标增压压力就是远远低于目标增 压压力)，从而产生振荡。增压压力的过冲量(即峰值)特别令人厌烦，因为它们决定了内燃机的机械部件 的高度疲劳(时间长了会有潜在的危险)，并且它们可能会产生可被车主察觉到的噪声以 及相应不期望的由内燃机产生的扭矩的振荡。为了减少过冲量的存在，可减小用于计算排气泄压阀控制的闭环增益的PID调节 器的总增益；然而，这种方案使得使追求目标压力变得很慢(因而大大增加了所谓的涡轮 滞后)，并且经常不允许达到目标增压压力(即，实际的增压压力趋向于目标增压压力，但 是从未到达目标增压压力)。DE102004016011A1描述了一种用于控制涡轮增压内燃机中的排气泄压阀的方法； 该控制方法考虑确定排气泄压阀的控制执行器的目标位置的第一闭环增益HSR;确定排气 泄压阀的控制执行器的目标位置的第二自适应增益0FHATLSTS ；通过叠加这两个增益HSR 和0FHATLSTS来计算排气泄压阀的控制执行器的目标位置HATLSTS ；以及控制排气泄压阀 的控制执行器以追求排气泄压阀的控制执行器的目标位置HATLSTS。

发明内容
本发明的目的在于提供一种用于控制涡轮增压内燃机中的排气泄压阀的方法，这 种控制方法没有上述缺陷，具体来说，实现起来很容易且节省成本。根据本发明，提供一种用于控制通过涡轮增压机被涡轮增压的内燃机中的排气泄 压阀的方法；该控制方法包括以下步骤确定目标增压压力；测量实际增压压力；确定排气泄压阀的控制执行器的目标位置的第二闭环增益；确定排气泄压阀的控制执行器的目标位置的第三自适应增益；通过叠加这两个增益来计算排气泄压阀的控制执行器的目标位置；以及控制排气泄压阀的控制执行器，以求达到该排气泄压阀的控制执行器的目标位 置；该控制方法的特征在于进一步包括以下步骤在设计阶段，确定控制规则，该控制规则根据增压压力提供排气泄压阀的控制执 行器的目标开度；通过该控制规则，并根据目标增压压力，确定排气泄压阀的控制执行器的目标位 置的第一开环增益；以及通过叠加这三个增益，计算排气泄压阀的控制执行器的目标位置。


现在参考附图描述本发明，附图中示出了本发明的非限制性实施例，其中
图1是利用涡轮增压机进行增压并安装有用以实现本发明的排气泄压阀控制方 法目标的控制单元的内燃机的示意图；图2是排气泄压阀的气动执行器的示意图；图3是示出排气泄压阀的气动执行器根据增压压力的不同开启区域的图表；图4是示出试验性控制图的图表；图5是排气泄压阀的控制逻辑的方框图；图6是示出根据排气泄压阀的位置的自适应增益的权重变化的图表；和图7是图2中的排气泄压阀的气动执行器的变体的示意图。
具体实施例方式在图1中，附图标记1在整体上指代利用涡轮增压机增压系统2进行增压的内燃 机。内燃机1包括四个汽缸3，每个汽缸3皆利用各自的一个以上进气阀(未示出)连 接到进气歧管4，并利用各自的至少一个排气阀(未示出)连接到排气歧管5。进气歧管4 通过安装有空气过滤器7且由蝶形阀8来调节的进气管6接收新鲜空气(即，来自外部环 境的空气)。沿进气管6设置用于冷却进气的中间冷却器9。向排气系统供应内燃机产生 的废气的排气管10连接到排气歧管5，该排气管将内燃机产生的废气排放到大气中，通常 来说，排气管包括至少一个催化器11和以及设置在催化器11下游的至少一个消声器(未 示出)。内燃机的增压系统2包括装备了涡轮13和增压器14的涡轮增压机12，涡轮13沿 排气管设置从而在汽缸3排放的废气的偏压之下高速旋转，增压器14沿进气管6设置并机 械连接到涡轮13从而由涡轮13自身可旋转地进气进而增加供应到进气管6中的气体的压 力。旁路管15沿排气管10设置，此旁路管与涡轮13并联连接，使得旁路管的两端连 接到涡轮13自身的上游和下游；排气泄压阀16沿旁路管15设置，此排气泄压阀用于调整 通过旁路管15的废气流率并由气动执行器17来控制。沿排气管6设置旁路管18，此旁路 管与增压器14并联连接，使得旁路管的两端连接到增压器14自身的上游和下游；沿旁路管 18设置Poff阀19，此Poff阀用于调整流经旁路管18的废气并由电动执行器20来控制。内燃机1由电子控制单元121来控制，电子控制单元管理内燃机1所有部件(包 括增压系统2在内)的运行。特别地，电子控制单元21控制排气泄压阀16的执行器17和 Poff阀19的执行器20。电子控制单元21连接到传感器22、传感器23和传感器对，传感 器22测量沿增压器14的进气管6上游的温度和压力，传感器23测量沿蝶形阀8的进气管 6上游的温度和压力，而传感器对测量进气歧管4内部的温度和压力。进一步，电子控制单 元21连接到传感器25和传感器沈，传感器25测量内燃机1的机轴的角坐标(进而测量其 转速)，而传感器沈测量进气阀和/或排气阀的时序。如图2所示，排气泄压阀16的气动执行器17包括密封壳27，密封壳27从外部支 撑柔性薄膜28，柔性薄膜28将密封壳27分隔为两个相互隔绝的腔室四和30。柔性薄膜 28机械连接到刚性杆31，刚性杆31控制排气泄压阀16以控制排气泄压阀16自身的开启 和关闭。腔室四通过管32与大气压力(取自增压器14的上游)连通，而腔室30通过管33与增压压力(取自增压器14的下游)连通并通过管34与大气压力(取自增压器14的 上游)连通。管34并非直通，而是由调节电磁阀35来调节，调节电磁阀35用于将管34在 最大开启位置和被完全关闭的关闭位置之间分配。腔室四中设置阻力簧36，阻力簧36压缩在壳体27的壁与柔性薄膜观之间，且搁 在柔性薄膜上与杆31相反的一侧。当腔室30与腔室四之间的压力差低于干预阈值(由 阻力簧36的预加负荷决定)时，杆31将排气泄压阀16维持在完全关闭位置，而当腔室30 和腔室四之间的压力差高于干预阈值时，阻力簧36开始在柔性薄膜观的偏压之下被压缩 并因之变形，这就决定了杆31的运动，而杆31的运动随之使排气泄压阀16朝着开启位置 运动。通过控制调节电磁阀35，第二腔室30能够利用变化的进气间隙与大气压力连通，相 应地，腔室四与腔室30之间的压力差能够得以调整，而该压力差，反过来又决定了排气泄 压阀16的开启或关闭。值得注意的是，直到增压压力P与大气压力Patm之间的压力差超出干预阈值(等 于阻力簧36产生的预加负荷除以柔性薄膜洲的面积)之前，排气泄压阀16都不能由调节 电磁阀35所施加的动作(这只能降低而非提高增压压力P与大气压力Patm之间的压力差) 来开启。由于结构偏差(dispersion)、热漂移和时间漂移，由阻力簧36产生的预加负荷据 知具有相当高的不确定性(在士20%的级别)；因此，根据增压压力P(确切地说，根据增压 压力P与大气压力Patm之间的压力差)为排气泄压阀16的气动执行器17确定出三个工作 区域(如图3所示)在低增压压力P (即，在低增压比RP)下工作的区域A、在中增压压力 P(即，在中增压比RP)下工作的区域B以及在高增压压力P(即，在高增压比RP)下工作的 区域C，在区域A，排气泄压阀16无论调节电磁阀35的动作如何都保持基本上关闭；在区域 B，排气泄压阀16的位置不定且利用调节电磁阀35控制排气泄压阀16的位置的可能性亦 不定；而在区域C，排气泄压阀16的位置可由调节电磁阀35来控制。在其他事情上，电子控制单元21通过控制气动执行器17的调节电磁阀35来控制 排气泄压阀16的位置。下面介绍电子控制单元21使用的用于通过控制调节电磁阀35来 控制排气泄压阀16的位置的控制方法。在内燃机1的设计阶段，通过试验来确定控制规则CL，控制规则CL根据增压器14 的增压压力P(确切地说，根据增压比RP，其等于增压压力P和大气压力Patm并且相当于增 压压力P)和降低的质量流率(mass flow rate)Mk来提供排气泄压阀16的调节电磁阀35 的目标开度WG。换句话说，控制规则CL提供排气泄压阀16的调节电磁阀35的开度WG， 该开度WG应允许获得给定降低的质量流率Mk下的所需增压压力P (确切地说，所需增压比 RP)。根据以图4中的示例方式示出的优选实施例，控制规则CL由实验图(即，表格，确切 地说，矩阵)(其如图4中明确显示的那样，具有很明显的线性性质)构成；或者，控制规则 CL可由算术函数构成)。控制规则CL存储在按照下述说明使用的电子控制单元21的存储 器中。在使用中，在内燃机1的正常工作期间，电子控制单元21测量实际增压压力 P (即，沿增压器14的进气管6下游的大气压力)，(用已知方法)测量或估计大气压力Patm， 并(用已知方法)估计增压器14的实际降低的质量空气流率Μκ。此外，在内燃机1的正 常工作期间，电子控制单元21用已知方法确定目标增压压力P。bj，P。bj须通过(在必要情况 下)控制排气泄压阀16的调节电磁阀35来追求。为控制排气泄压阀16的调节电磁阀35，电子控制单元21确定排气泄压阀16的调节电磁阀35的目标位置WG。bj，排气泄压阀16的 调节电磁阀35通常利用开环控制来激励。如图5所示，排气泄压阀16的调节电磁阀35的目标位置WG。bj通过代数叠加四个 增益(即，将符号考虑在内)，即开环增益WG^闭环增益WGai、闭环增益WGa2、和自适应增 益WGa，来计算。开环增益WGa利用控制规则CL来确定目标压缩率RP。bj (等于目标增压压力P。bJ 和大气压力Patm之间的比率，并相当于目标增压压力P。bj)根据目标增压压力P。bj来确定；因 此，目标压缩率RP。W和降低的质量流率Mk被供应给计算框37，计算框37通过利用控制规 则CL来提供开环增益WG『优选地，在被供应被计算框37之前，目标压缩比RP。W利用一阶低通滤波器38来 滤波以降低变化速度；换句话说，目标压缩比RP。bj利用低通滤波器38来滤波以减缓目标压 缩比的RP。bj演进，进而“美化(round off) ”可能的步进变化。低通滤波器38的功能是使 目标压缩比RP。bj的演进更“实际”(即，更贴近现实中发生的)，因为很明显，由于相关惯量 引起的明显物理限制，实际的增压压力P可能没有步进(或者，在所有情况下都很快的)变 化。根据优选实施例，低通滤波器38的截止频率根据增压器14的降低的质量流率Mk以及 根据通过试验所确定的规则的实际增压比RP来确定。根据优选实施例，由计算框37供应的开环增益WGa首先利用三个补偿参数1(_、 、和Km来补偿，而后利用一阶低通滤波器39来滤波以降低变化速度。补偿参数Km由计算框40根据进气温度并利用具有试验所确定的系数的线性方程来确定；补偿参数 Kh20由计算框41根据内燃机1的冷却液的温度并利用具有试验所确定的系数的线性方 程来确定；而补偿参数Katm由计算框42根据大气压力Patm并利用具有试验所确定的系数的 线性方程来确定；根据大气压力Patm提供补偿参数Katm的线性方程的系数可以不是恒定的， 而是随增压器14的降低的质量流率并随根据试验所确定的规则的实际增压比RP来变化。开环增益WGa利用低通滤波器39来滤波以减缓开环增益WG&的演进，进而“美化” 可能的步进变化。低通滤波器39的功能是使开环增益WG&的演进更“实际”(即，更贴近现 实中发生的)，因为很明显，由于相关惯量引起的明显物理限制，调节电磁阀35的位置变化 可能没有步进(或者，在所有情况下都很快的)变化。根据优选实施例，低通滤波器39的 截止频率根据通过试验所确定的规则根据实际增压比RP来确定。根据优选实施例，开环增 益WG&由低通滤波器39不对称地滤波；开环增益WG&仅在开环增益WG&变化以开启排气 泄压阀16时由滤波器39滤波，而在开环增益WG&变化以关闭排气泄压阀16时不滤波；以 此方式，增压器14的干预更快(更灵敏)地对内燃机1的激励作出响应(进而降低涡轮滞 后)，同时增压器14的制动更平滑。值得注意的是，在寻觅最大性能时，可以接受内燃机1 的“陡峭”反应(在某些情况下，这种反应甚至是所希望的)，而在其他情况下，“平滑”的行 为，即不过分急速的有力干预，是所希望的。值得注意，正是因为低通滤波器39的存在，才 消除了或者极大地减轻了排气泄压阀16的气动执行器17中的可能的振荡现象；这种结果 依据这样的事实来获得，即低通滤波器39的行为避免了能够将振荡现象传递到柔性薄膜 28和阻力簧36的过分急速的振荡。排气泄压阀16的调节电磁阀35的目标位置WG。bj的闭环增益WGai利用排气泄压 阀16的虚拟位置WGF作为反馈变量来获取(因此，这是一个与物理实际非精确对应的控制量)，该虚拟位置WGF并非利用实际测量传感器的直接测量来确定，而是利用作为测量传感 器的控制规则CL来确定。换句话说，计算框43通过根据增压器14的实际增压压力P (确 切地说，实际增压比RP)和实际的降低的质量流率Mk应用控制规则CL来提供排气泄压阀 16的虚拟位置WGF ；因而，排气泄压阀16的虚拟位置WGF对应于该排气泄压阀根据控制规 则CL(因而受控制规则CL的所有误差影响)结合压缩器14的实际增压比RP和实际降低 的流率Mk而应该在的位置。将排气泄压阀16的虚拟位置WGF与开环增益WG&相比较，开 环增益WGa对应于排气泄压阀16根据控制规则CL (因而受控制规则CL的所有误差影响) 结合压缩器14的实际增压比RP。W和实际降低的流率Mk而应该在的位置；换句话说，开环 增益WGa是虚拟位置WGF的目标值，因为其是利用目标压缩比RP。bj来计算的。特别地，通 过计算排气泄压阀16的调节电磁阀35的目标位置WG。bj的开环增益WGa与排气泄压阀16 的虚拟位置WGF之间的差来计算位置误差，而该位置误差^we被供应给用于消除位置 误差自身的PID调节器44。比较控制规则CL所获取的两个值(虚拟位置WGF与代表虚拟位置WGF的目标值 的开环增益WGJ这一事实，使得控制规则CL的误差能够被补偿且排气泄压阀16的强非线 性行为能够被线性化；以此方式，PID调节器44可更稳定地工作，且PID调节器44的控制 参数(即，比例系数、积分系数、微分系数和饱和阈值)的标定相对容易。此外，PID调节器 44的控制环路根据进气温度Τ*、内燃机1的冷却液的温度T·以及大气压力Patm进行自我 补偿。排气泄压阀16的调节电磁阀35的目标位置WG。bj的闭环增益WGa2通过利用增压 压力P作为反馈变量来确定；因此，通过确定目标增压压力p。bj与实际增压压力P之间的差 来确定压力误差εΡ，该压力误差被供应给用于消除压力误差Swe自身的PID调节器 45。优选地，在与实际增压压力P进行比较之前，利用一阶低通46来对目标增压压力 进行滤波以降低变化速度；换句话说，目标增压压力p。bj利用低通滤波器46来滤波，以通过 “美化”可能的步进变化来减缓目标增压压力的P。w演进。低通滤波器46的功能是使目标 增压压力P。bj的演进更“实际”(即，更贴近现实中发生的)，因为很明显，由于相关惯量引起 的明显物理限制，实际的增压压力P可能没有步进(或者，在所有情况下都很快的)变化。 根据优选实施例，低通滤波器46的截止频率根据增压器14的降低的质量流率Mk以及根据 通过试验所确定的规则的实际增压比RP来确定。为避免调节器44的行为与调节器45的行为之间的负面干预，调节器44的行为与 调节器45的行为不同；特别地，调节器44基本是比例的和微分的(即，具有高的比例和微 分系数，以及低的积分系数)以求反应迅速(即，工作迅速)，而调节器45基本上是积分的 (即，具有低的比例和微分系数，以及高的积分系数)以求确保目标增压压力P。bj和实际增 压压力P之间的收敛。因此，调节器44用来快速和敏捷地响应目标增压压力？_变化，而 调节器45用来使实际增压压力P在该瞬时的末端按目标增压压力P。w收敛。排气泄压阀16的调节电磁阀35的目标位置的自适应增益WGa基本上是排气泄压 阀16之前激励的“历史记忆”，并考虑了过去所作出的控制干预。自适应增益WGa存储在电 子控制单元21的存储器47中，并在涡轮增压机12处于稳定速度时(例如，当增压器14的 降低的质量流率Mk和增压比RP在至少一个预定时间间隔内保持适度恒定时)并使用PID调节器44和/或PID调节器44的积分项时周期性更新；基本上，自适应增益WGa等于在涡 轮增压机12稳定运行条件下PID调节器45和/或PID调节器44的过去积分项的“平均”。 存储在存储器47中的自适应增益WGA，在涡轮增压机12处于稳定的运行状态时，通过利用 PID调节器45和/或PID调节器44的利用权重W加权过的积分项进行更新，该权重W基本 上依赖于排气泄压阀16的调节电磁阀35的实际位置WG，使得在排气泄压阀16的滞后最大 时权重W最小(如图6中所示)；在此方式下，自适应总是逐步的(即，PID调节器45和/ 或PID调节器44的最后积分项不能推翻存储在存储器47中的自适应增益WGa)，且避免了 自适应增益WGa中出现因滞后而失真的负载值。总的来说，自适应增益WGa根据增压器14的降低的质量流率Mk以及增压比RP而 变化。此外，自适应增益WGa利用一阶低通滤波器48来滤波以减缓变化速度；换句话说，自 适应增益WGa并非陡直供应的，而是逐步供应的，以避免出现决不会与物理实际相符的阶跃 干预，并进而有助于控制收敛。根据优选实施例，低通滤波器48的截止频率是恒定的；可替 代地，低通滤波器48的截止频率可根据增压器14的降低的质量流率Mk以及增压比RP来 确定。参照图3，电子控制单元21根据实际增压压力P(确切地说，根据增压压力P与大 气压力Patm之间的差)将排气泄压阀16的工作域划分为三个不同的工作区在低增压压力 下工作的区域A (称为“非激活”)，在该区域中排气泄压阀16不管调节电磁阀35的动作而 保持基本上关闭；在中增压压力P下工作的区域B (称为“预激活”)，在该区域中排气泄压 阀16的位置不定且利用调节电磁阀35控制排气泄压阀16的位置的可能性亦不定；和在高 增压压力P下工作的区域C(称为“激活”)，在该区域中排气泄压阀16的位置可由调节电 磁阀35控制。使用中，当在实际增压压力P和大气压力Patm之间的差处于在低增压压力下工作 的区域A时，电子控制单元21避免(因为在专利上是无意义的)对调节电磁阀35的任何 类型控制。此外，使用中，电子控制单元21根据实际增压压力P和大气压力Patm之间的差 是处于在中增压压力下工作的区域B还是处于在高增压压力下工作的区域C来区分控制的 类型。根据第一实施例，根据增压压力P和大气压力Patm之间的差是处于在中增压压力 下工作的区域B还是处于在高增压压力下工作的区域C来区别设置PID调节器44和45的 工作参数。特别地，在中增压压力下工作的区域B中，使用较之在高增压压力下工作的区域 C中所使用的控制来说更和缓的控制；因此，在中增压压力下工作的区域B，使用的PID调节 器44和45的比例、积分和/或微分系数较之在高增压压力下工作的区域C中所使用的更 小，并且在中增压压力下工作的区域B，使用较之在高增压压力下工作的区域C中所使用的 类似饱和阈值更低的饱和阈值(饱和阈值决定了在比例、积分或微分项自身超过饱和阈值 时冻结，即中止，相应比例、积分或微分项的进一步增长。)根据一个不同的实施例，当实际增压压力P与大气压力Patm之差处于在中增压压 力下工作的区域B中时，仅利用开环控制，因此当实际增压压力P与大气压力Patm之差处于 在中增压压力下工作的区域B中时，闭环控制增益WGai和WGa2被完全复位。根据再一实施 例，当实际增压压力P与大气压力Patm之差处于在中增压压力下工作的区域B中时，为排气 泄压阀16的调节电磁阀35的目标位置WG。bj分配一独立于目标增压压力P。bj的预定恒定值；换句话说，四个增益WGa、WGeu、、WGcl2和WGa被忽略掉，而排气泄压阀16的调节电磁阀 35的目标位置WG。w总是独立于目标增压压力P。w而恒定。PID调节器44和45的积分项本身包含对刚刚发生的误差的“记忆”;因此，当周围 的条件发生变化时(例如，穿过在高增压压力下工作的区域C到达在中增压压力下工作的 区域B，或者在目标增压压力P。bj快速变化，即强烈瞬变的情况下)。PID调节器44和45的 积分项中所包含的刚刚发生的误差的“记忆”可能具有负面效应，因为它表示一种不再存在 的情形。为了避免PID调节器44和45的积分项中所包含的刚刚发生的误差的“记忆”的负 面效应，在实际增压压力P穿过在高增压压力下工作的区域C降低至在中增压压力下工作 的区域B时，在电子控制单元21对PID调节器44和45的积分项进行复位。此外，在目标 增压压力P。w快速变化，即高度瞬变的情况下，若积分项本身较高，即高于预定阈值的绝对 值，则电子控制单元21对PID调节器44和45的各个积分项进行复位(或可能“冻结”，即 防止各个积分项进一步增长)；换句话说，当目标增压压力P。w快速变化，且PID调节器44 和45的积分项的绝对值高于预定阈值的绝对值时，对积分项本身进行复位或冻结(即不进 行变化直至高速瞬变结束为止)。为了确立何时目标增压压力P。bj存在高速瞬变(目标增压压力P。bj快速变化)，电 子控制单元21将目标增压压力P。bj与经低通滤波器49滤波的目标增压压力P。bj_F进行比 较，以确定表示目标增压压力P。bj的变化速度的目标增压压力P。bj的梯度ΔΡ_。换句话说， 通过计算目标增压压力P。w与经低通滤波器49滤波的目标增压压力P。W_F之差来计算目标 增压压力P。bj的梯度AP。bj。当目标增压压力P。bj的梯度AP。bj高于阈值时，则电子控制单 元21确立目标增压压力P。w存在高速瞬变(即，目标增压压力速变化)，继而对PID 调节器44和45的积分项进行复位(或可能“冻结”)；该阈值可能依据增压比RP和增压器 14的降低的质量流率Μκ。根据优选实施例，低通滤波器49的截止频率根据增压器14的降 低的质量流率Mk和根据实验确定的规则的实际增压比RP来确定。根据可用实施例，当实际增压压力P穿过在中增压压力下工作的区域B到达在高 增压压力下工作的区域C时，电子控制单元21利用实际增压压力来对低通滤波器46和49 进行干预。根据一可用实施例，电子控制单元21获知边界增压压力Pbqedek(在图3中示出) (在该边界增压压力I3mkdek下，无论调节电磁阀35施加何种控制动作，排气泄压阀16都基本 维持关闭状态)，从而根据边界增压压力I3bqkdek与大气压力Patm之差来确立在中增压压力下 工作的区域B的边界。(通常来说，在中增压压力下工作的区域B的中点位于边界增压压力 ^。^^与大气压Patm之差处。换句话说，作为对利用具有很高的不确定性(指示为±20%) 的设计边界增压压力I3bqkdek的代替，电子控制单元获知真实的边界增压压力I3bqedek，以试图 将在中增压压力下工作的区域B减至最小。值得注意的是，根本不可能消除在中增压压力 下工作的区域B (即流率不完全为零幅度)，因为真实的边界增压压力I3mkdek的获知总是具 有给定的误差容限，并且边界增压压力I3medek总是受到热漂移和时间漂移的影响。为了获知边界增压压力PB_EK，电子控制单元21在获知时间的给定间隔内完全关 闭排气泄压阀16的调节电磁阀35，其中在该给定间隔内，增压器14的降低的质量流率Mk 超过预定阈值；(基本)假定在获知时间的间隔期间，边界增压压力I3mkdek等于最大的实际 增压压力P。
根据优选实施例，电子控制单元21根据压力误差ε Ρ改变PID调节器44和45的 积分系数，从而根据压力误差ε ρ变化改变控制特征。特别地，电子控制单元21以与压力误 差ε ρ成反比例的方式改变PID调节器44和45的积分系数，使得PID调节器44和45的积 分系数越大则压力误差ε ρ越小，并以与压力误差ε ρ成正比例的方式改变PID调节器44 和45的比例系数，使得PID调节器44和45的比例系数越大则压力误差εΡ越大。换句话 说，PID调节器44和45的积分项(与PID调节器44和45的积分系数成正比例)用来确保 实际增压压力P和目标增压压力P。bj之间的收敛，但是这种收敛是在压力误差ε ρ相对较小 的瞬时达到的；在压力误差ε ρ较大的瞬时的开始阶段处，PID调节器44和45的积分项可 产生振荡，而此正是为了避免这样一种风险，即PID调节器44和45的积分系数在压力误差 ε ρ为高的瞬时的开始阶段处降低。这反过来也适用于PID调节器44和45的比例项(与PID调节器44和45的比例系数和微分系数成正比例)，在压力误差ε Ρ为高时PID调节器 44和45的比例项必须更高以确保响应速度，而在压力误差ε ρ为低时PID调节器44和45 的必须更低以确保收敛。在上述低通滤波器38、46和49中，截止频率根据增压器14的降低的质量流率Mk 和实际增压压力RP来确定；根据等价实施例，截止频率是根据内燃机1的转速并根据从内 燃机1接收运动的传动装置中啮合的排挡来确定。在这一点上，值得注意的是，增压器12的 动力特性无疑根据啮合的排挡而变化，因为在搭低速档时内燃机1的转速增加是急促的， 因而增压器12的转速增加同样是急促的；相反地，在搭高速档时，内燃机1的转速的增加是 缓慢的，因此，增压器12的转速的增加同样是缓慢的。类似地，用以与目标增压压力P。bj的梯度Δ P。bj进行比较以便确立目标增压压力 是否存在高速瞬变的阈值可依赖于增压器14的降低的质量流率Mk和实际增压比RP，或者， 也可以依赖于在从内燃机1接收运动的传动装置中啮合的排挡的内燃机1的转速。值得强调的是，增压压力P和增压比RP完全相互等价，因为大气压力接近于恒定 并且其值接近于单一值；因此使用增压比RP等价于使用增压压力P，反之亦然。在图5中 示出并如上所述的控制图中，使用增压比RP，但是根据等价实施例(未示出)，可使用增压 压力P来代替增压比RP。在上述的实施例中，控制规则CL根据增压压力P(确切地说，增压比RP，其等于增 压压力P和大气压力Patm，其等价于增压压力P)和增压器14的降低的质量流率提供排气泄 压阀16的调节电磁阀35的目标开度WG ；根据等价实施例，控制规则CL或者根据由内燃机 1输送的能量以及内燃机1的容积效率，或者根据内燃机1的转速和容积效率(很明显，内 燃机1的不同参数的组合是可能的)，来提供排气泄压阀16的调节电磁阀35的目标开度 WG。根据图7中所示的一不同的实施例，气动执行器17不再考虑将腔室30与增压压 力(取自增压器14的上游)相连通的管33;此外，气动执行器17包括通过管51连接到调 节电磁阀35的真空源50 ( S卩，真空泵)。采用这种方式，壳27的腔室30可通过调节电磁阀 35通过管34与大气压力相连通，或者通过管51与源50相连通。采用这种方式，通过控制 调节电磁阀35，可以在腔室30中施加甚至低于大气压力的压力；然后，对排气泄压阀16的 位置的控制总是有效的，即参见图3，不再存在排气泄压阀16对调节电磁阀35的动作不敏 感的区域A。在该实施例中，控制总是有效的，因为排气泄压阀16总是对调节电磁阀35的动作敏感；具体来说，在区域B中，控制一直是闭环的，并且可能具有反应更灵敏的值来降 低增压器12的响应延迟。优选地，在该实施例中，排气泄压阀16在正常情况下是开启的，而不是如同在图2 所示的实施例中那样在正常情况下是关闭的。上述的排气泄压阀16的控制方法具有很多优势。首先，上述的排气泄压阀16的控制方法在内燃机的控制单元中实现起来很容易 且节省成本，因为它仅使用现代内燃机中总是存在的传感器供给的测量值，并且既不需要 高的计算能力也不需要高的存储能力。此外，上述的排气泄压阀16的控制方法允许获得对排气泄压阀16的特别有力的 控制，在所有工作状态下都很迅速且没有振荡。
权利要求
1.一种用于控制通过涡轮增压机(12)增压的内燃机(1)中的排气泄压阀(16)的方 法，该控制方法包括步骤确定目标增压压力(p。bJ)； 测量实际增压压力(P)；确定所述排气泄压阀(16)的控制执行器(3 的目标位置(WG。bj)的第二闭环增益 (WGcli)；确定所述排气泄压阀(16)的控制执行器(3 的目标位置(WG。bj)的第三自适应增益 (WGa)；通过叠加这两个增益(WG…WGcli)来计算所述排气泄压阀(16)的控制执行器(35)的 目标位置(WG。w)；以及控制所述排气泄压阀(16)的控制执行器(35)，以求达到所述排气泄压阀(16)的控制 执行器(35)的目标位置(WG。w)；该控制方法的特征在于，进一步包括以下步骤在设计阶段，确定控制规则(CL)，该控制规则(CL)根据增压压力⑵提供所述排气泄 压阀(16)的控制执行器(35)的目标开度；通过该控制规则(CL)，并根据所述目标增压压力(P。w)，确定所述排气泄压阀(16)的 控制执行器(35)的目标位置(WG。w)的第一开环增益(WGJ ；以及通过叠加这三个增益(WGa，WGcli, WGa)，计算所述排气泄压阀(16)的控制执行器(35) 的目标位置(WG。w)。
2.根据权利要求1所述的控制方法，进一步包括步骤 将所述第三自适应增益存储在存储器G7)中；以及当所述涡轮增压机(12)处于稳定运行的状态下时，利用所述第二调节器G5)和/或 所述第一调节器G4)的积分项来更新存储在所述存储器G7)中的第三自适应增益(WGa)。
3.根据权利要求2所述的控制方法，进一步包括步骤 确定权重(W)；以及当所述涡轮增压机(12)处于稳定运行的状态下时，利用所述第二调节器G5)和/或 所述第一调节器G4)的被所述权重(W)加权的积分项来更新所述第三自适应增益(WGa)。
4.根据权利要求3所述的控制方法，进一步包括步骤根据所述排气泄压阀(16)的控 制执行器(3 的实际位置来确定所述权重(W)，使得在所述排气泄压阀(16)的控制中的滞 后最大时所述权重(W)最小。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其中所述第三自适应增益(WGa)可随所述增压器 (14)的降低的质量流率(Mk)和等于所述增压压力⑵与大气压力(Patm)之比的增压比(RP) 而变。
6.根据权利要求1所述的控制方法，进一步包括步骤通过第二一阶低通滤波器G8) 来对所述第三自适应增益(WGa)进行滤波，从而降低变化速度。
7.根据权利要求1所述的控制方法，进一步包括步骤通过第一一阶低通滤波器(38， 46)来对所述目标增压压力(P。w)进行滤波，从而降低变化速度。
8.根据权利要求7所述的控制方法，进一步包括步骤根据所述增压器(14)的降低的 质量流率(Mk)和等于所述增压压力(P)与大气压力(Patm)之比的增压比(RP)或者根据所述内燃机(1)的转速以及根据从所述内燃机(1)接收运动的传动装置中啮合的排挡，确定 所述第一低通滤波器(38，46)的截止频率。
全文摘要
本发明提供了自适应地控制涡轮增压内燃机中的排气泄压阀的方法。一种用于控制涡轮增压内燃机(1)中的排气泄压阀(16)的方法考虑以下步骤在设计阶段，确定控制规则(CL)，该控制规则(CL)根据增压压力(P)提供所述排气泄压阀(16)的控制执行器(35)的目标开度；确定目标增压压力(Pobj)；测量实际增压压力(P)；通过控制规则(CL)，并根据目标增压压力(Pobj)，确定所述排气泄压阀(16)的控制执行器(35)的目标位置(WGobj)的第一开环增益(WGOL)；确定所述排气泄压阀(16)的控制执行器(35)的目标位置(WGobj)的第二闭环增益(WGCL1)；以及通过叠加这两个增益(WGOL，WGCL1)来计算所述排气泄压阀(16)的控制执行器(35)的目标位置(WGobj)。
文档编号F02B37/12GK102042079SQ20101051463
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月15日 优先权日2009年10月15日
发明者弗朗切斯科·阿伦尼, 斯特凡诺·斯加特, 马科斯·潘奇罗利 申请人:马涅蒂-马瑞利公司