歧管中的已燃废气比例，以及 !!^是进气歧管中的质量。
[0029] 21. -种用于控制内燃发动机中的排气再循环（EGR)系统、空气节流系统和空气 充气系统的方法，该方法包括： 提供包括排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的内燃发动机的基于物理的 空气和充气系统模型； 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，该反馈控制包括比例积分微分 反馈控制方法、线性二次调节器反馈控制方法和模型预测反馈控制中的一种； 将用于所述EGR系统、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 标命令转换为对应的EGR流量、空气流量和涡轮功率参数；以及 使用所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的各个逆 向模型，将所述EGR流量、所述空气流量和所述涡轮功率参数转换为用于EGR致动器、ITV致 动器和VGT致动器的每一个的对应致动器位置。
【附图说明】
[0030] 现在将参照附图借由示例的方式描述一个或多个实施例，其中： 图1示意地描绘根据本发明的示例性内燃发动机、控制模块和排气后处理系统； 图2示意地描绘根据本发明的包括涡轮增压器的示例性发动机配置； 图3示意地描绘根据本发明的包括机械式增压器的示例性发动机配置； 图4示意地描绘根据本发明的使用状态反馈线性化控制的示例性空气充气多变量非 线性控制系统； 图5示意地描绘根据本发明的使用基于模型的前馈控制和PID反馈控制方法的示例性 空气充气多变量控制系统； 图6示意地描绘根据本发明的使用基于模型的前馈控制和MPC反馈控制方法的示例性 空气充气多变量控制系统； 图7示意地描绘根据本发明的使用基于模型的前馈控制和LQR反馈控制方法的示例性 空气充气多变量控制系统；以及 图8描绘根据本发明的示例性方法。
【具体实施方式】
[0031] 现在参照附图，其中图示仅用于例示某些示例性实施例的目的，而并非为了对其 进行限制的目的，图1示意地描绘根据本发明的示例性的内燃发动机10、控制模块5以及排 气后处理系统65。不例性的发动机包括多气缸的直接喷射的压燃式内燃发动机，具有附接 于曲轴24并且能够在限定了可变容积燃烧腔室34的气缸20中移动的往复式活塞22。曲 轴24可操作地附接至车辆变速器和传动系统，以响应于操作者的扭矩请求To_REQ而向其 输送牵引扭矩。发动机优选地采用四冲程操作，其中每个发动机燃烧循环包括划分为四个 180度阶段(进气-压缩-膨胀-排气）的曲轴24的720度的角度旋转，这描述说明了活塞 22在发动机气缸20中的往复式运动。多齿目标轮26附接至曲轴并且随其旋转。发动机包 括用于监测发动机运转的传感器、以及控制发动机运转的致动器。传感器和致动器信号地 或操作性地连接至控制模块5。
[0032] 发动机优选地是直接喷射的四冲程内燃发动机，包括由在气缸内在上止点与下止 点之间往复运动的活塞限定的可变容积燃烧腔室、以及包括进气阀和排气阀的气缸盖。活 塞在重复循环中往复运动，每个循环包括进气、压缩、膨胀和排气冲程。
[0033] 发动机优选地具有主要依赖于化学计量的空气/燃料操作模式。本领域技术人员 理解的是，本发明的各方面适用于以化学计量或主要依赖于化学计量操作的其他发动机配 置，例如稀燃火花点火发动机或传统的汽油发动机。在压燃式发动机的正常运转期间，当将 供给燃料喷射到燃烧腔室中以与进入空气一起形成气缸充气时，在每个发动机循环期间发 生燃烧事件。充气随后在压缩冲程期间通过其压缩动作而燃烧。
[0034] 发动机适用于在广泛范围的温度、气缸充气（空气、燃料和EGR)和喷射事件上运 转。本文公开的方法特别地适用于采用依赖于化学计量操作的直接喷射压燃式发动机操 作，以在正在进行的操作期间确定每个燃烧腔室中的与放热相关的参数。该方法还适用于 其他发动机配置，包括火花点火发动机，包括适于使用均质充量压燃式（HCCI)策略的发动 机。该方法适用于每个发动机循环每个气缸采用多脉冲燃料喷射事件的系统，例如采用了 用于燃料重整的引燃喷射、用于发动机功率的主喷射事件、以及在适用的情况下用于后处 理管理的燃烧后燃料喷射事件的系统，每个喷射事件影响气缸压力。
[0035] 传感器安装在发动机上或附近以监测物理特性并且生成能够与发动机和外界参 数相关的信号。传感器包括曲轴旋转传感器，包括用于通过感测在多齿目标轮26的齿部上 的边缘来监测曲轴（即发动机）速度（RPM)的曲柄传感器44。曲柄传感器是已知的，并且可 以包括例如霍尔效应传感器、电感传感器或磁阻传感器。来自曲柄传感器44的信号输出输 入至控制模块5。燃烧压力传感器30适于监测气缸内压力（C0MB_PR)。燃烧压力传感器30 优选地是非侵入式的，并且包括具有环形截面的测力传感器，其适于在用于电热塞28的开 口处安装至气缸盖中。燃烧压力传感器30与电热塞28结合安装，并且燃烧压力通过电热塞 机械地传递至压力传感器30。压力传感器30的输出信号COMB_PR正比于气缸压力。压力 传感器30包括压电陶瓷或同样可适用的其他装置。其他传感器优选地包括用于监测歧管 压力（MAP)和外界大气压力（BARO)的歧管压力传感器、用于监测进入空气质量流量（MF) 和进入空气温度（T in)的空气质量流量传感器、以及监测发动机冷却剂温度（COOLANT)的冷 却剂传感器35。该系统可以包括用于监测一个或多个排气参数的状态的排气传感器，参数 例如是温度、空燃比以及成分。本领域技术人员理解的是，可以存在用于控制和诊断的目的 的其他传感器和方法。操作者扭矩请求To_REQ的形式的操作者输入通常通过节流踏板和 制动踏板而获得，除了其他装置之外。发动机优选地装备有用于监测操作和用于系统控制 的目的的其他传感器。每个传感器信号地连接至控制模块5以提供信号信息，该信号信息 由控制模块转换为代表各自监测到的参数的信息。应该理解的是，该配置是例示性而非限 制性的，包括可替换为功能等同的装置和程序的各种传感器。
[0036] 致动器安装在发动机上，并且由控制模块5响应于操作者输入来控制以实现各种 性能目标。致动器包括响应于控制信号（ETC)控制节流开口的电子控制的节流阀、以及用 于响应于控制信号（INJ_PW)而直接将燃料喷射到每个燃烧腔室中的多个燃料喷射器12， 所有这些都响应于操作者扭矩请求To_REQ而控制。排气再循环阀32和冷却器响应于来自 控制模块的控制信号（EGR)而控制外部再循环排气至发动机进气口的流动。电热塞28安 装在每个燃烧腔室中并且适于与燃烧压力传感器30 -起使用。另外，可以根据期望歧管空 气压力而在一些实施例中采用充气系统，从而供应增压空气。
[0037] 燃料喷射器12是适于响应于来自控制模块的命令信号INJ_PW而将供给燃料直接 喷射至一个燃烧腔室中的高压燃料喷射器。从燃料分布系统对每个燃料喷射器12供应加 压燃料，并且每个燃料喷射器12具有包括最小脉冲宽度和相关最小可控燃料流量以及最 大燃料流量的操作特性。
[0038] 发动机可以装备有操作用于调节每个气缸的进气阀和排气阀的开闭的可控阀组 系，包括阀正时、调相（即相对于曲柄角度和活塞位置的正时）以及阀开度的提升幅度中的 任意一个或多个。一种示例性系统包括可变凸轮调相，其适用于压燃式发动机、火花点火发 动机以及均质充量压燃式发动机。
[0039] 控制模块5执行存储在其中的程序以控制前述致动器从而控制发动机运转，包括 节流阀位置、燃料喷射质量和正时、EGR阀位置，以控制再循环排气的流量、电热塞操作，并 且控制进气阀和/或排气阀正时、调相、以及对这样装备的系统的提升。控制模块配置为从 操作者接收输入信号(例如节流踏板位置和制动踏板位置）以确定操作者扭矩请求To_REQ， 并且从指示发动机速度（RPM)和进入空气温度（Tin)、冷却剂温度和其他外界条件的传感 器接收输入信号。
[0040] 控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器以及类似的术语表示以下部件中的一 个或多个的任意适当的一种或者各种组合：专用集成电路（ASIC)、电子电路、执行一个或 多个软件或固件程序的中央处理器（优选微处理器）及相关联的内存和存储器（只读存储 器、可编程只读存储器、随机存取存储器、硬盘驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路 和装置、适当的信号调节及缓冲电路、以及提供期望功能的其它适当部件。控制模块具有一 组控制例行程序，包括存储在存储器中的常驻软件程序指令和校准，并且被执行以提供期 望的功能。例行程序优选地在预设的循环周期期间执行。例行程序例如由中央处理器执 行，并且可操作来监测来自传感器和其它联网控制模块的输入，并执行控制和诊断例行程 序而控制致动器的操作。在正在进行的发动机和车辆运行期间，可以以定期间隔（例如每 3. 125、6. 25、12. 5、25和100毫秒）来执行循环周期。替代地，可以响应于事件的发生来执 行例行程序。
[0041] 图1描绘了示例性柴油发动机，然而，本发明可以用于其他发动机配置，例如包括 供给汽油的发动机、供给乙醇或E85的发动机或其他类似的已知设计。本发明并非意在限 制于本文公开的具体示例性实施例。
[0042] 图2示意地描绘根据本发明的包括涡轮增压器的示例性发动机配置。示例性发动 机是多气缸的，并且包括本领域已知的各种加油类型和燃烧策略。发动机系统部件包括进 入空气压缩机40、空气节流阀136、充气空气冷却器142、EGR阀132和冷却器152、进气歧 管50以及排气歧管60,进入空气压缩机40包括涡轮46和空气压缩机45。外界进入空气 通过进气口 171吸入到压缩机45中。加压进入空气和EGR流输送至进气歧管50以在发动 机10中使用。排气流通过排气歧管60离开发动机10,驱动涡轮46,并且通过排气管道170 排出。所描绘的EGR系统是高压EGR系统，从排气歧管60向进气歧管50输送加压排气。 替代配置，低压EGR系统可以从排气管道170向进气口 171输送低压排气。传感器安装在 发动机上以监测物理特性并生成可与发动机和外界参数相关联的信号。传感器优选地包括 外界空气压力传感器112、外界或进入空气温度传感器114、以及空气质量流量传感器116 (所有可以单独地配置或者配置为单个集成装置)、进气歧管空气温度传感器118、MP传感 器120、排气温度传感器124、空气节流阀位置传感器134和EGR阀位置传感器130、以及涡 轮叶片位置传感器138。发动机速度传感器44监测发动机的旋转速度。每个传感器信号地 连接至控制模块5以提供信号信息，该信号信息由控制模块5转换为代表各自监测到的参 数的信息。应该理解的