量关系模块502基于本文由关系式 [33]表示的关系来确定压缩机功率514。然后将压缩机功率514输入至涡轮增压器功率变 换模块503中，其基于压缩机功率来确定涡轮机功率P t 515。涡轮机流量和涡轮机功率之 间的关系可以由以下关系式表示：
其中rI 1;是祸轮机效率， Tx是排气温度， ?;3是涡轮机下游处的压力(涡轮机出口压力)，以及 Px是排气压力。
[0083] 涡轮增压器功率变换动力学可以由以下关系式表示：
其中s是来自拉普拉斯域中微分法的微分算子。基于涡轮机的流量-功率关系、压缩 机流量-功率关系和涡轮增压器功率变换动力学，涡轮增压器功率平衡可以由以下关系式 表不：
其中使用延迟的MF流量Wd。和延迟的燃料流量W df来替换当前涡轮机流量。
[0084] 将涡轮机功率515输入至涡轮机功率/流量关系模块504中，作为附加系统输入 516,可以包括涡轮机输入处的压力p tiin、涡轮机输入处的温度Ttiin以及涡轮机输出处的压 力Pticiut。涡轮机功率/流量关系模块504基于这些输入而输出涡轮机流量W t 517。然后将 涡轮机流量517输入至VGT流量方程模块505中，其可以使用逆向系统模型来将涡轮机流 量517转换为VGT控制命令U vgt 519。VGT逆向模型包括使用歧管流量/热焓平衡来如下确 定流经涡轮机的期望流量：
其中FF是前馈项， FBK是反馈项， :1是目标进气压力，以及 是目标尚压EGR率。
[0085] 使用涡轮增压器功率平衡从期望增压和压缩机流量找到目标排气（涡轮机入口） 压力。
其中项xl等于
以及项χ2等于目标压缩机流量与目 标燃料流量的总和。当将项xl和x2输入至符合数据的回归中时，基于xl和χ2确定值y。 然后可以基于逆转（!汐)^来计算目标排气压力。然后可以使用以下VGT流量关系式而找 到在目标涡轮机入口压力下对于期望流经涡轮机流量所需要的VGT位置。
[0086] 项zl等于
当将项zl和z2输入至符合数 据的回归中时，基于z 1和z2确定前馈VGT位置命令Uvgt。然后使用该命令来控制空气充气 系统的VGT以实现目标增压压力。
[0087] 图6图形地描绘了根据本发明的示例性EGR控制图解，包括测量到的EGR率和期 望EGR率与EGR致动器开口百分比的比较。仅使用LP EGR回路控制EGR率。图表601描绘 了 EGR率604作为时间603的函数。测量到的EGR率描绘为直线610。期望率描绘为直线 611。图表602描绘了 EGR致动器开口百分比605作为时间603的函数。当仅使用LP EGR 回路控制EGR率时，控制LP EGR致动器开口位置612以使开口百分比605作为时间的函数 逐步增大。HP EGR致动器开口位置613始终以0%保持未开放。
[0088] 图7图形地描绘了根据本发明的示例性增压控制图解，其中考虑了高压EGR和低 压EGR流两者，包括测量到的进气歧管压力和期望进气歧管压力与VGT致动器开口百分比 的比较。VGT前馈控制是基于模型的，并且包括如何输送EGR，考虑了 LP EGR率和HP EGR 率两者。图表701描绘了压力704作为时间703的函数。期望进气歧管压力P1是恒定的， 并且由直线711示出。图表702描绘了 VGT致动器开口百分比705作为时间703的函数。 示出了 VGT致动器开口位置712。当使用根据本发明的前馈控制方法自动地调节VGT致动 器开口位置712时，测量到的进气歧管压力710示出为实现并追踪期望目标增压(进气歧管 压力 pi) 711。
[0089] 图8图形地描绘了根据本发明的前馈VGT模型的比较实际VGT流量811和估算 VGT流量812的示例性数据。在样本大小802上，在实际VGT流量811和估算VGT流量812 之间的VGT流量配合803 (fit)紧密地追踪。
[0090] 图9图形地描绘了根据本发明的前馈VGT模型的将计算得到的目标涡轮机入口压 力912和测量到的目标涡轮机入口压力911进行比较的示例性数据。在样本大小902上， 实际计算得到的目标涡轮机入口压力912与测量到的目标涡轮机入口压力911之间的VGT 流量配合903紧密地追踪。
[0091] 图10描绘了根据本发明的包括具有高压EGR回路和低压EGR回路的EGR系统的 内燃发动机的基于模型的前馈涡轮增压器控制1000的示例性方法。提供表格1作为图解， 其中标示数字的方框和对应的功能如下所述。
[0092] 表格 1
[0093] 本发明已经描述了某些优选实施例及其变更。在阅读并理解说明书时，可以想到 进一步的变更和变型。因此，本发明不试图被限制于公开为用于实施本发明所设想的最佳 方式的具体实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。
【主权项】
1. 一种内燃发动机中的空气充气系统的基于模型控制的方法，所述内燃发动机包括具 有高压排气再循环回路和低压排气再循环回路的排气再循环系统，该方法包括： 监测实际排气再循环率； 监测所述空气充气系统中的压缩机的运转条件和所述空气充气系统中的涡轮机的运 转条件； 基于目标排气再循环率、目标进气歧管压力和实际排气再循环率来确定压缩机流量； 基于所述压缩机流量、所述目标进气歧管压力和监测到的所述压缩机的运转条件来确 定由所述空气充气系统中的压缩机请求的功率； 基于由压缩机请求的功率来确定待由涡轮机产生的功率； 基于所述待由涡轮机产生的功率和监测到的涡轮机的运转条件来确定涡轮机流量； 基于所述涡轮机流量和监测到的涡轮机的运转条件来确定用于所述空气充气系统的 系统控制命令；以及 基于所述系统控制命令控制所述空气充气系统。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述空气充气系统包括可变几何涡轮增压器，包 括涡轮机和压缩机。3. 根据权利要求1所述的方法，其中，监测实际排气再循环率包括监测气缸内总排气 再循环率，包含高压排气再循环率和低压排气再循环率。4. 根据权利要求3所述的方法，还包括仅使用低压排气再循环系统控制阀来控制所述 气缸内总排气再循环率。5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述气缸内总排气再循环率由以下关系式表示， 其中r是气缸内总排气再循坏率，rHP是高压排气再循环率， 是低压排气再循环率。6. 根据权利要求1所述的方法，其中，根据以下关系式确定所述压缩机流量， 其中W。是压缩机流量，rHP是高压排气再循环率， Π v是容积效率， R是通用气体常数， ?\是进气温度， Vd是体积排量， N是发动机速度，以及 Pi是进气歧管压力。7. 根据权利要求1所述的方法，其中，确定用于所述空气充气系统的系统控制命令包 括： 基于期望进气歧管压力和所述压缩机流量来确定目标涡轮机入口压力；以及 确定用于在所述目标涡轮机入口压力下实现所述涡轮机流量所需的系统控制命令。8. 根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述压缩机流量、所述目标进气歧管压力和 监测到的压缩机运转条件来确定由所述空气充气系统中的压缩机请求的功率包括采用以 下关系式，其中P。是由压缩机请求的功率， W。是压缩机流量， Tu。是压缩机上游温度， cp是在恒定压力下的比热， Pl是进气压力， puc是压缩机上游压力， μ是比热比，以及 η。是压缩机的效率。9. 一种用于控制内燃发动机中的具有高压排气再循环回路和低压排气再循环回路的 排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的方法，该方法包括： 监测用于所述高压排气再循环回路、所述低压排气再循环回路、所述空气节流系统和 所述空气充气系统的每一个的期望操作目标命令； 监测所述空气充气系统的操作参数； 基于对应的期望操作目标命令和所述空气充气系统的操作参数来确定用于所述高压 排气再循环回路、所述低压排气再循环回路、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每 一个的反馈控制信号； 基于用于所述高压排气再循环回路、所述低压排气再循环回路、所述空气节流系统和 所述空气充气系统的每一个的对应的反馈控制信号来确定所述高压排气再循环回路中的 高压排气再循环流量、所述低压排气再循环回路中的低压排气再循环流量、所述空气节流 系统中的空气流量、以及所述空气充气系统中的涡轮机功率变换比； 基于所述高压排气再循环流量、所述低压排气再循环流量、所述空气流量和所述涡轮 机功率变换比来确定用于所述高压排气再循环回路、所述低压排气再循环回路、所述空气 节流系统和所述空气充气系统的每一个的系统控制命令；以及 基于所述系统控制命令来控制所述空气充气系统。10. -种内燃发动机中的空气充气系统的基于模型的前馈控制方法，所述内燃发动机 包括具有高压排气再循环回路和低压排气再循环回路的排气再循环系统，该方法包括： 提供所述内燃发动机的基于物理的空气和充气系统模型； 对所述内燃发动机的基于物理的空气和充气系统模型施加基于模型的非线性控制，包 括对所述基于物理的空气和充气系统模型施加基于物理模型的多变量前馈控制； 对所述基于物理的空气和充气系统模型施加反馈控制； 将用于空气和充气系统模型的期望空气和充气目标转换为用于排气再循环致动器、空 气进气节流阀致动器和可变几何涡轮增压器致动器的每一个的单个流量或功率信号； 基于各个单个流量或功率信号确定用于排气再循环致动器、空气进气节流阀致动器和 可变几何涡轮增压器致动器的每一个的致动器位置。
【专利摘要】本发明提供一种用于增压发动机的前馈涡轮增压器控制方法。一种发动机包括具有高压排气再循环回路和低压排气再循环回路的排气再循环系统以及空气充气系统。一种控制空气充气系统的方法包括监测实际排气再循环率、空气充气系统中的压缩机和涡轮机的运转条件。基于目标排气再循环率、目标进气歧管压力和实际排气再循环率来确定压缩机流量。基于压缩机流量、目标进气歧管压力和监测压缩机运转条件来确定由压缩机请求的功率。基于由压缩机请求的功率来确定待由涡轮机产生的功率。基于待由涡轮机产生的功率和监测涡轮机运转条件来确定涡轮机流量。基于涡轮机流量和监测涡轮机运转条件来确定系统控制命令。基于系统控制命令来控制空气充气系统。
【IPC分类】F02D21/08
【公开号】CN105626275
【申请号】CN201510805589
【发明人】I.哈斯卡拉, Y-Y.王
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年11月20日
【公告号】DE102015120096A1, US20160146130