用于涡轮增压器废气门的控制的系统和方法
【专利摘要】一种系统包括内燃机，其包括进气歧管和设置在进气歧管上游的节流阀。该系统还包括联接到内燃机上的涡轮增压器，其中涡轮增压器包括涡轮和压缩机。该系统进一步包括联接到涡轮上的废气门。该系统又进一步包括控制器，其构造成接收来自第一传感器的代表压缩机排气压力的第一信号和来自第二传感器的代表进气歧管压力的第二信号，以基于第一和第二信号确定跨过节流阀的压差，以单独地基于压差确定废气门的位置，以及将废气门调整至该位置。
【专利说明】
用于涡轮増压器废气门的控制的系统和方法
技术领域
[0001]本文公开的主题涉及内燃机，并且更具体地涉及用于控制涡轮增压器废气门(wastegate)的系统和方法。
【背景技术】
[0002]燃机燃烧燃料以生成发动机内的某些内部构件的运动，其然后典型地用于对传动系、发电机或其它有用系统供能。燃机典型地燃烧含碳燃料，诸如天然气、汽油、柴油等，且使用高温和高压的气体的对应膨胀来将力施加到发动机的某些构件上，例如设置在汽缸中的活塞，以使构件移动一定距离。各个汽缸均可包括与含碳燃料的燃烧关联开启和闭合的一个或更多个阀。例如，进气阀可将例如空气的氧化剂引导到汽缸中，其然后与燃料混合且燃烧。燃烧流体(例如，热气体)然后可被引导至经由排气阀流出汽缸。发动机可包括涡轮增压器，以提高在汽缸内与燃料组合的空气的压力和/或量。涡轮增压器可通过旋转转子的两侧工作。第一侧从使涡轮增压器的叶片旋转的排出气体接收压力。涡轮增压器的另一侧也具有叶片，其自旋且迫使附加的氧化剂进入发动机的汽缸中。因此，含碳燃料转化成机械运动，在驱动负载中是有用的。例如，负载可为产生电功率的发电机。重要的是控制涡轮增压器的输出来获得期望的发动机状态。
【发明内容】
[0003]下文归纳了在范围上等同于原来提出的发明的某些实施例。这些实施例不意图限制提出的权利要求的范围，相反这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包含可类似于或不同于下文阐明的实施例的多种形式。
[0004]按照第一实施例，一种系统包括内燃机，其包括进气歧管和设置在进气歧管上游的节流阀。该系统还包括联接到内燃机上的涡轮增压器，其中涡轮增压器包括涡轮和压缩机。该系统进一步包括联接到涡轮上的废气门。该系统又进一步包括控制器，其构造成接收来自第一传感器的代表压缩机排气压力的第一信号和来自第二传感器的代表进气歧管压力的第二信号，以基于第一和第二信号确定跨过节流阀的压差，以单独地基于压差确定废气门的位置，以及将废气门调整至该位置。
[0005]按照第二实施例，提供了一种用于控制联接到联接至内燃机的涡轮增压器的涡轮上的废气门的方法。该方法包括使用控制器来接收来自第一传感器的代表压缩机排气压力的第一信号、接收来自第二传感器的代表进气歧管压力的第二信号、基于第一和第二信号确定跨过内燃机的节流阀的压差、单独地基于压差确定废气门的位置，以及将废气门调整至该位置。
[0006]按照第三实施例，提供了一个或更多个非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质编码一个或更多个处理器可执行的例行程序，其中一个或更多个例行程序在由处理器执行时引起要执行的动作。动作包括接收来自第一传感器的代表压缩机排气压力的第一信号、接收来自第二传感器的代表进气歧管压力的第二信号、基于第一和第二信号确定跨过内燃机的节流阀的压差、单独地基于压差确定废气门的位置，其中废气门联接到包括涡轮的涡轮增压器上，且涡轮增压器联接到内燃机上，以及将废气门调整至该位置。
[0007]本发明的第一技术方案提供了一种系统，包括:内燃机，其包括进气歧管和设置在进气歧管上游的节流阀；涡轮增压器，其联接至内燃机，其中涡轮增压器包括涡轮和压缩机;废气门，其联接至涡轮；以及控制器，其构造成接收来自第一传感器的代表压缩机排放压力的第一信号和来自第二传感器的代表进气歧管压力的第二信号，以基于第一和第二信号确定跨过节流阀的压差，以单独地基于压差确定废气门的位置，以及将废气门调整至位置。
[0008]本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，控制器构造成使用非线性参数方程以确定和调整废气门的位置。
[0009]本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，非线性参数方程包括单变量多项式。
[0010]本发明的第四技术方案是在第三技术方案中，单变量多项式包括三阶多项式。
[0011]本发明的第五技术方案是在第二技术方案中，非线性参数方程限定代表废气门关于压差的位置的曲线，曲线包括代表期望的储备操作范围的第一部分、代表期望的储备操作范围外的较低储备范围的第二部分，以及代表期望的储备操作范围外的较高储备范围的第三部分。
[0012]本发明的第六技术方案是在第五技术方案中，曲线的第一部分具有废气门的位置的调整的第一比率，曲线的第二部分具有废气门的位置的调整的第二比率，曲线的第三部分具有废气门的位置的调整的第三比率，且调整的第二和第三比率两者大于调整的第一比率。
[0013]本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，控制器构造成在没有增益规划的情况下调整废气门的位置。
[0014]本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，包括沿涡轮增压器与内燃机之间的流动通路设置的第一传感器，其中第一传感器设置在节流阀和进气歧管两者上游，且第一传感器构造成测量压缩机排放压力，且包括沿流动通道设置在节流阀与进气歧管之间在第一传感器下游的第二传感器，其中第二传感器构造成测量进气歧管压力。
[0015]本发明的第九技术方案提供了一种用于控制联接到联接至内燃机的涡轮增压器的涡轮上的废气门的方法，包括:使用控制器以用于:接收来自第一传感器的代表压缩机排放压力的第一信号；接收来自第二传感器的代表进气歧管压力的第二信号;基于第一和第二信号确定跨过内燃机的节流阀的压差;单独地基于压差确定废气门的位置；以及将废气门调整至位置。
[0016]本发明的第十技术方案是在第九技术方案中，确定和调整废气门的位置包括使用非线性参数方程来确定和调整废气门的位置。
[0017]本发明的第十一技术方案是在第十技术方案中，非线性参数方程包括单变量多项式。
[0018]本发明的第十二技术方案是在第^^一技术方案中，单变量多项式包括三阶多项式。
[0019]本发明的第十三技术方案是在第九技术方案中，包括在没有增益规划的情况下单独地调整废气门的位置。
[0020]本发明的第十四技术方案是在第九技术方案中，包括在压差在期望的压差范围外时以第一比率调整废气门的位置，以及在压差在期望压差范围内时以第二比率调整废气门的位置，其中第一比率不同于第二比率。
[0021]本发明的第十五技术方案提供了一个或更多个非暂时性计算机可读介质，其编码一个或更多个处理器可执行的例行程序，其中一个或多个例行程序在由处理器执行时引起要被执行的动作，包括:接收来自第一传感器的代表压缩机排放压力的第一信号;接收来自第二传感器的代表进气歧管压力的第二信号;基于第一和第二信号确定跨过内燃机的节流阀的压差;单独地基于压差来确定废气门的位置，其中废气门联接至包括涡轮的涡轮增压器，且涡轮增压器联接至内燃机；以及将废气门调整至位置。
[0022]本发明的第十六技术方案是在第十五技术方案中，确定和调整废气门的位置包括使用非线性参数方程来确定和调整废气门的位置。
[0023]本发明的第十七技术方案是在第十六技术方案中，非线性参数方程包括单变量多项式。
[0024]本发明的第十八技术方案是在第十七技术方案中，非线性参数方程包括单变量多项式。
[0025]本发明的第十九技术方案是在第十八技术方案中，单变量多项式包括三阶多项式。
[0026]本发明的第二十技术方案是在第十五技术方案中，一个或更多个例行程序在由处理器执行时进一步引起要被执行的动作，包括:当压差在期望的压差范围外时以第一比率调整废气门的位置，以及当压差在期望的压差范围内时以第二比率调整废气门的位置，其中第一比率不同于第二比率。
【附图说明】
[0027]在参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中贯穿附图相似的标号表示相似的零件，在附图中:
图1为具有联接到涡轮增压器上的内燃机系统的发动机驱动的系统(例如，发动机驱动的发电系统)的实施例的框图，涡轮增压器联接到废气门上；
图2为控制器(例如，电子控制单元(ECU))的实施例的框图；
图3为用于控制废气门位置的计算机实施的方法的实施例的流程图；以及图4为废气门的基于参数曲线的控制对基于比例的控制的图示。
【具体实施方式】
[0028]下文将描述本发明的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，实际的实施方式的所有特征可能未在说明书中描述。应当认识到的是，在任何此类实际实施方式的开发中，如任何工程项目中那样，必须进行许多实施方式特有的决定来实现开发者的特定目标，如符合系统相关和商业相关的约束，这可从一个实施方式到另一个不同。此外，应当认识到的是，此开发工作可能很复杂且耗时的，但对于受益于本公开内容的普通技术人员仍是进行制作和制造的常规任务。
[0029]当介绍本发明的各种实施例的元件时，词语〃一〃、〃一个〃、〃该〃和〃所述〃旨在表示存在一个或更多个元件。用语"包括"、"包含"和"具有"旨在为包含性的，且意思是可存在除所列元件之外的附加元件。
[0030]在使用期间，涡轮增压器迫使额外空气(和成比例的更多燃料)进气燃机的燃烧室，以提高燃机的功率和/或效率(例如，燃料效率)。这经由从反馈到发动机的进气口中的来自燃机的排气的废能的回收实现。例如，发动机排气驱动涡轮增压器的涡轮中的涡轮轮体，且穿过排气系统排放。涡轮轮体驱动联接到涡轮增压器的压缩机中的压缩机轮体上的轴，涡轮增压器加压之前处于大气压力的进入空气，且典型地迫使其穿过中间冷却器且越过节流阀且进入发动进气歧管中。升压限于将包括涡轮增压器的整个发动机系统保持在操作范围(例如，热和机械设计操作范围)内。控制涡轮增压器的输出对获得期望的发动机操作是重要的。废气门(例如，废气门阀)可设置在排气歧管排放口与排气系统之间，以通过从涡轮转移排气能来调节涡轮增压器。然而，控制或调节废气门的途径典型地是耗时、复杂和/或低效的。例如，可使用废气门图(例如，使用速度和进气歧管点作为废气门阀位置的基准的校准的二维图)。然而，使用废气门图涉及取得不同校准因子(例如，对燃料和发动机构造特定)而花费的大量形成时间。此外，在第一启动期间，存在实施学习算法相关联的复杂性，学习算法使用废气门图和转换点来改变废气门阀位置以实现期望的节流阀储备。备选地，可使用机械比例废气门控制，其例如使用来自升压出口和联接到隔膜上的进气歧管的压力感测线，隔膜促动废气门阀位置来实现跨过节流阀的期望的压差或储备。然而，比例控制途径在存在极低储备或极高储备(例如，接近涡轮喘振)下可能不会足够快地响应。
[0031]如下文进一步详细所述，提供了系统和方法以用于控制废气门(例如，废气门阀)位置，其涉及简单的电子控制算法(例如，具有单个输入和单个输出)。例如，压缩机排放压力(例如，升压)与进气歧管压力之间的压差(例如，储备)可单独地用于控制废气门。例如，压差可用作电子控制算法(例如，非线性参数方程)中的唯一输入。简单的电子控制算法允许在没有增益规划的情况下响应于极低或极高节流阀储备的调整废气门中的较快响应，同时还提供了期望的操作窗口内的更稳定的发动机操作。另外，简单的电子控制算法在选择校准时除去了构造误差的机会。它还避免了对学习算法和其相关联的复杂性的需要。此外，其不需要附加的硬件。总体上，简单的电子控制算法提供改善发动机系统的效率的不太复杂且更有效的废气门控制系统。
[0032]转到附图，图1示出了具有内燃系统12的发动机驱动的系统10(例如，发动机驱动的发电系统)的实施例的框图，内燃系统12联接到涡轮增压器上，涡轮增压器联接到废气门上。系统10可包括交通工具，诸如火车头、汽车、公共汽车或船舶。备选地，系统10可包括静止系统，诸如具有联接到发电机14上的内燃系统12的发电系统。除发电之外，系统10可在其它应用中使用，诸如回收热和使用热(例如，热电联产应用)、组合热、功率的那些应用，以及冷却应用、也回收排气成分(例如，二氧化碳)来进一步使用的应用、气体压缩应用和机械驱动应用。
[0033]内燃系统12包括具有一个或更多个燃烧室(例如，I，2，3，4，5，6，7，8，10，12，14，16，18，20个或更多个燃烧室)的发动机16(例如，往复式内燃机)。空气供应源构造成将加压氧化剂(诸如空气、氧、富氧空气、少氧空气或其任何组合)提供至各个燃烧室。燃烧室还构造成接收来自燃料供应源的燃料(例如，液体和/或气态燃料)，且燃料空气混合物在各个燃烧室内点燃且燃烧。热加压燃烧气体促使邻近于各个燃烧室的活塞在汽缸内线性移动，且将由气体施加的压力转换成旋转运动，其促使轴旋转。此外，轴可联接到负载上，负载经由轴的旋转供能。例如，负载可为可经由系统1的旋转输出生成功率的任何适合的装置，诸如发电机14。此外，尽管以下论述提到了空气作为氧化剂，但任何适合的氧化剂都可结合公开实施例来使用。类似地，燃料可为任何适合的气态燃料，诸如天然气、相关联的石油气、丙烷、生物气体、沼气、垃圾气体和煤矿气体。另外，燃料可为任何适合的液体燃料，诸如汽油、柴油和酒精燃料。
[0034]发动机16可为二冲程发动机、三冲程发动机、四冲程发动机、五冲程发动机或六冲程发动机。发动机16还可包括任何数目的燃烧室、活塞和相关联的汽缸(例如，1-24)。例如，在某些实施例中，系统10可包括具有在汽缸中往复的4,6,8,10,16,24个或更多个活塞的大规模工业往复式发动机。在一些此类情况中，汽缸和/或活塞可具有在大约13.5-34厘米(cm)之间的直径。在一些实施例中，汽缸和/或活塞可具有在大约10-40cm、15-25cm之间或大约15cm的直径。系统10可生成1kW到10丽范围的功率。在一些实施例中，发动机16可在小于大约1800转每分钟(RPM)下操作。在一些实施例中，发动机16可在小于大约2000 RPM,1900 RPM, 1700 RPM, 1600 RPM, 1500 RPM, 1400 RPM, 1300 RPM, 1200 RPM, 1000RPM, 900 RPM或750 RPM下操作。在一些实施例中，发动机16可在大约750_2000RPM、900-1800RPM或1000-1600RPM之间操作。在一些实施例中，发动机16可在大约1800RPM、1500RPM、1200RPM、1000RPM或900RPM下操作。例如，示例性发动机16可包括General Electric公司的Jenbacher发动机(例如，Jenbacher2型、3型、4型、6型或J920 FleXtra)或Waukesha发动机(例如，Waukesha VGF、VHP、APG、275GL)。
[0035]内燃系统12包括具有进气歧管18、排气歧管20和控制器22(例如，发动机控制单元(E⑶))的发动机16。内燃系统12还包括节流阀24，其调节经由进气歧管18进入发动机16的空气量。发动机16的进气歧管18和排气歧管20功能上地联接到涡轮增压器26上。涡轮增压器26包括经由驱动轴32联接到涡轮30上的压缩机28。压缩机28经由空气进气导管34接收空气。空气(例如，处于常压/大气压下)在由压缩机28中的压缩机轮体产生的部分真空下经由空气进气导管34吸入。压缩机轮体由轴32驱动，轴32由涡轮30中的涡轮轮体驱动。涡轮轮体由经由发动机排气导管36提供至涡轮30的发动机排气驱动，发动机排气导管36连接到发动机16的排气歧管20上。
[0036]压缩机28的输出经由压缩机排放导管40联接到中间冷却器38上。压缩机轮体压缩进入空气，且迫使其穿过压缩机排放导管40至中间冷却器38，中间冷却器38作用为从涡轮增压的进入空气除去过量的热的换热器。涡轮增压的进入空气然后被导送至节流阀24、进气歧管18和发动机16。节流阀24取决于其压力位置产生压差，使得进入节流阀24的空气压力处于压缩机排放压力(例如，升压)，且离开节流阀的空气压力处于进气歧管压力。压差(即，压缩机排放压力与进气歧管压力之间的差)△ P也称为储备(例如，节流阀储备)或储备压力。
[0037]系统10还包括旁通导管44中的旁通阀42。旁通导管44将压缩机排气导管40联接到发动机排气导管36上。旁通阀42通过调节穿过旁通导管44的空气流来功能上地缓解压缩机排放导管24中的压力，且增大穿过压缩机28的空气流。例如，旁通阀42在启动期间闭合，因为发动机排气导管36中的发动机排气压力大于压缩机排放导管40中的压缩机排放压力。一旦发动机16以最低空转速度运行，则旁通阀42调节(例如，开启、闭合、成各种角开启等)，以调节压缩机排放压力和质量空气流。在某些实施例中，系统10可不包括旁通阀42。
[0038]系统10还包括设置在排放导管48中的废气门或废气门阀46。排放导管48将发动机排气导管36联接到排气排放导管50上。排气导管50还联接到涡轮30上。废气门46功能上地调节提供至涡轮增压器26的涡轮30的发动机排气的量，且因此调节由压缩机28产生的压缩机排放压力。例如，通过将发动机排气导管36中的发动机排气转移至排气排放导管50，废气门46减小至涡轮30的排气质量流，这减小由压缩机30产生的压缩机排放压力。例如，废气门46可在发动机启动期间闭合，以引导全部发动机排气穿过涡轮30来驱动涡轮轮体，其驱动轴32和压缩机轮体，直到进气歧管压力达到极低水平。在发动机16的操作期间打开的废气门46越大，从涡轮增压器26转移来调节进气歧管压力的发动机排气就越多。废气门46可包括任何可变受控的阀(例如，蝶形阀、闸门阀、提升阀等)。
[0039]控制器22联接到节流阀24、旁通阀42、废气门阀46和它们相关联的促动器上。控制器22将控制信号发送至节流阀24、旁通阀42和废气门46的促动器，以调整节流阀24、旁通阀42和废气门阀46的分别的位置(例如，开启、闭合、成某些角开启等)。控制器22还联接到遍及系统10(包括内燃系统12和涡轮增压器26)的各种传感器和装置上。例如，控制器22联接到设置在中间冷却器38与节流阀24之间的在节流阀24上游的传感器52上。传感器52(例如，压力传感器)测量压缩机排放压力，且将代表压缩机排放压力的信号提供至控制器22。控制器22还联接到设置在节流阀24与进气歧管18之间的节流阀24下游的传感器54上。传感器54(例如，压力传感器)测量进气歧管压力，且将代表进气歧管压力的信号提供至控制器22。传感器52，54可沿中间冷却器38与进气歧管18之间的流动通路设置。备选地，传感器52，54可沿从中间冷却器38与进气歧管18之间的流动通路延伸的感测线路设置。在某些实施例中，控制器22可联接到系统10的其它传感器和控制特征上。控制器22可从传感器52，54接收信号，且确定跨过节流阀24的压差或储备。单独通过压差，控制器22使用电子控制算法确定和控制(例如，维持和/或调整)废气门46的位置。电子控制算法可包括非线性参数方程。非线性参数方程可为单变量多项式。压差用作对方程的单个输入，且废气门阀的位置为方程的单个输出。在某些实施例中，单个输出为废气门阀的百分比开启。在其它实施例中，单个输出为废气门阀的百分比闭合。在某些实施例中，单变量多项式可包括多阶或多度多项式，诸如三阶多项式。非线性参数方程可由以下表示:
y = 0.0334x3 - 3.8663χ2 + 149.36x - 1910.3,(I)
其中y代表废气门阀的位置(例如，百分比开启)，且X代表跨过节流阀24的压差或节流阀储备ΔΡ。非线性参数方程可限定代表废气门46关于压差的位置的曲线，曲线可包括代表期望的储备操作范围的第一部分、代表期望的储备操作范围外的较低储备范围的第二部分，以及代表期望的储备操作范围外的较高储备范围的第三部分。在某些实施例中，曲线的第一部分具有废气门46的位置的调整的第一比率，曲线的第二部分具有废气门46的位置的调整的第二比率，曲线的第三部分具有废气门46的位置的调整的第三比率，且调整的第二比率和第三比率两者大于调整的第一比率。使用电子控制算法，控制器22可能够比机械比例控制途径对期望操作范围外的储备更快地响应。在某些实施例中，对于压差的期望操作规程或范围可从大约33.86到47.41kPa、33.86到40.0OkPa、47.41到40kPa，以及其间的所有子范围变动。因此，在期望操作范围外的极低储备或极高储备(例如，接近涡轮喘振)的存在情况下，控制器22可比如果储备在期望操作范围内更快地调整废气门阀46的位置。此外，使用电子控制算法允许了在没有增益规划的情况下确定和调整废气门46的位置。
[0040]在一些实施例中，系统10可不包括图1中所示的所有构件。此外，系统10可包括附加构件，诸如控制构件、后处理构件和/或余热回收构件。系统1可包括一个以上的中间冷却器18。而且，系统10可包括多种阀(例如，燃料阀、压力阀等)。
[0041]如上文所提到的，控制器22大体上控制内燃机系统12和系统10的其它构件的操作。图2为控制器22的实施例的框图。控制器22包括储存在机器可读介质(例如，存储器56)中且由处理器(例如，处理器58)使用来实施本文公开的技术的非暂时性代码或指令。存储器56可储存电子控制算法，其限定关于确定的储备的废气门位置。在某些实施例中，对于压差的期望操作规程或范围可从大约33.86到47.41kPa、33.86到40.0OkPa^47.41到40kPa，以及其间的所有子范围变动。对于压差的期望的操作范围可取决于发动机16变化。在某些实施例中，对于期望的压差操作范围的压差值可高于或低于以上值。存储器56可储存各种表格和/或模型(例如，表示和/或模拟燃烧系统12的各种方面和系统10的各个构件的软件模型)。查找表可包括对于某些操作状态的期望的阀位置。例如，查找表可包括用于特定储备或压差的特定的废气门阀位置(例如，百分比开启、百分比闭合、角等)。在某些实施例中，存储器56可总体地或部分地从控制器22除去。控制器22接收来自传感器、促动器和系统10的其它构件(例如，用户界面)的一个或更多个输入信号Gnput1...1nputn)，且将一个或更多个输出信号(Output1...0utputn)输出至传感器、促动器和系统10的其它构件。控制器22可使用一个或更多个类型的模型(例如，可由处理器执行的基于软件的模型)ο例如，模型可包括基于物理的模型，诸如低周疲劳(LCF)寿命预测模型、计算流体动力(CFD)模型、有限元分析(FEA)模型、实体模型(例如，参数和非参数模拟)，和/或3维至2维FEA映射模型，其可用于预测设备故障的风险或对设备维护的需要。模型还可包括统计模型，诸如回归分析模型、数据采掘模型(例如，群集模型、分类模型、关联模型)等。例如，群集技术可发现数据中某些方面〃类似〃的组合或结构。分类技术可将数据点分类为某些组合的部件，例如，具有遇到非计划维护事件的较高概率的现场装置。回归分析可用于找出能够在一定误差范围内模拟将来趋势的功能。关联技术可用于找出变量之间的关系。而且，可使用模糊逻辑模型。而且，结合模型使用的数据可包括历史数据、经验数据、基于知识的数据等。备选地，为了使用简单的电子控制算法，控制器可使用基于模型/模型预计控制来经由物理模型预测系统10中的压力，且因此调整废气门46。在某些实施例中，控制器22可为PI/PID控制器，其单独地基于储备调整废气门位置。
[0042]图3为用于控制废气门位置的计算机实施的方法60的实施例的流程图。方法60的所有或一些步骤可由控制器22执行(例如，使用处理器58来执行程序和存取储存在存储器56上的数据)。方法60包括接收来自传感器54的代表进气歧管压力测量结果的信号(框62)。方法60还包括接收来自传感器52的代表压缩机排放或升压测量结果的信号(框64)。方法60进一步包括基于从传感器52,54接收的信号确定跨过节流阀的压差或节流阀储备(框66)。方法60又进一步包括使用确定的节流阀储备作为电子控制算法中的输入参数，以确定废气门46的位置(例如，百分比开启、百分比闭合、角等)(框68)。电子控制算法可如上文所述的。方法60更进一步包括输出控制动作(框70)。控制动作包括将废气门46(例如，响应于从控制器22提供至联接到废气门46上的一个或更多个促动器的控制信号)调整至经由电子控制算法确定的位置。控制动作还可包括如果储备在期望的储备操作范围(例如，大约33.86到47.41 kPa)内就维持废气门46的位置。
[0043]图4为废气门46的基于参数曲线的控制对基于比例的控制的图示72。图示72包括代表废气门46的位置的y轴线74。如图所示，y轴线代表废气门46的百分比开启。在其它实施例中，y轴线可代表废气门46的百分比闭合或废气门的角。图示72包括X轴线76，其代表单位为kPa的跨过节流阀24的压差或节流阀储备。图示72包括线78，其代表废气门关于储备的比例控制的一阶方程。图示72还包括曲线80(例如，代表等式I的非线性参数曲线)，其代表使用上述电子控制算法的废气门位置关于储备的控制的三阶等式。图示72还包括中断的线性曲线82，其代表曲线80的近似值。如图所示，曲线80包括代表期望的储备操作范围(例如，大约33.86到47.41kPa)的第一部分84、代表期望的储备操作范围外的较低储备范围的第二部分86，以及代表期望的储备操作范围外的较高储备范围的第三部分88。曲线80的第一部分84具有废气门46的位置的调整的第一比率，曲线的第二部分86具有废气门46的位置的调整的第二比率，曲线80的第三部分88具有废气门46的位置的调整的第三比率，且调整的第二比率和第三曲率两者大于调整的第一比率(B卩，第二部分86和第三部分88的斜率大于第一部分84的斜率)。如上文所述，使用电子控制算法，控制器22可能够比机械比例控制途径对期望操作范围外的储备更快地响应。例如，如图所示，线78具有恒定斜率，而不管储备值。相比之下，如图所示，曲线80结果的第二部分86和第三部分88绘出了储备值在期望储备操作范围外时的较快响应，而在储备值在期望储备操作范围内时响应较慢。因此，在期望操作范围外的极低储备或极高储备(例如，接近涡轮喘振)的存在情况下，控制器22可比如果储备在期望操作范围内更快地调整废气门阀46的位置。
[0044]公开的实施例的技术效果包括提供用于利用简单的电子控制算法(例如，具有单个输入和单个输出)控制废气门位置的系统和方法。实际上，压缩机排放压力(例如，升压)与进气歧管压力之间的压差(例如，储备)可单独地用于控制废气门。例如，压差可用作电子控制算法(例如，非线性参数方程)中的单独输入。简单的电子控制算法允许在没有增益规划的情况下响应于极低或极高节流阀储备的调整废气门中的较快响应，同时还提供了期望的操作窗口内的更稳定的发动机操作。而且，简单的电子控制算法在选择校准时除去了构造误差的机会。它还避免了对学习算法和其相关联的复杂性的需要。此外，它不需要附加的硬件。总体上，简单的电子控制算法提供改善发动机系统的效率的不太复杂且更有效的废气门控制系统。
[0045]本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的发明，且使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，且执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果这些其它实例包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则这些其它实例将在权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种系统，包括: 内燃机，其包括进气歧管和设置在所述进气歧管上游的节流阀； 涡轮增压器，其联接至所述内燃机，其中所述涡轮增压器包括涡轮和压缩机； 废气门，其联接至所述涡轮；以及 控制器，其构造成接收来自第一传感器的代表压缩机排放压力的第一信号和来自第二传感器的代表进气歧管压力的第二信号，以基于第一和第二信号确定跨过所述节流阀的压差，以单独地基于所述压差确定所述废气门的位置，以及将所述废气门调整至所述位置。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成使用非线性参数方程以确定和调整所述废气门的位置。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述非线性参数方程包括单变量多项式。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述单变量多项式包括三阶多项式。5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述非线性参数方程限定代表所述废气门关于所述压差的位置的曲线，所述曲线包括代表期望的储备操作范围的第一部分、代表所述期望的储备操作范围外的较低储备范围的第二部分，以及代表所述期望的储备操作范围外的较高储备范围的第三部分。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述曲线的所述第一部分具有所述废气门的位置的调整的第一比率，所述曲线的所述第二部分具有所述废气门的位置的调整的第二比率，所述曲线的所述第三部分具有所述废气门的位置的调整的第三比率，且调整的第二和第三比率两者大于所述调整的第一比率。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成在没有增益规划的情况下调整所述废气门的位置。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括沿所述涡轮增压器与所述内燃机之间的流动通路设置的所述第一传感器，其中所述第一传感器设置在所述节流阀和所述进气歧管两者上游，且所述第一传感器构造成测量所述压缩机排放压力，且包括沿所述流动通道设置在所述节流阀与所述进气歧管之间在所述第一传感器下游的第二传感器，其中所述第二传感器构造成测量所述进气歧管压力。9.一种用于控制联接到联接至内燃机的涡轮增压器的涡轮上的废气门的方法，包括: 使用控制器以用于: 接收来自第一传感器的代表压缩机排放压力的第一信号； 接收来自第二传感器的代表进气歧管压力的第二信号； 基于第一和第二信号确定跨过所述内燃机的节流阀的压差； 单独地基于所述压差确定所述废气门的位置；以及 将所述废气门调整至所述位置。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，确定和调整所述废气门的位置包括使用非线性参数方程来确定和调整所述废气门的位置。
【文档编号】F02B37/18GK105822408SQ201610042610
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月22日
【发明人】D.J.弗拉文, G.W.佐尔格
【申请人】通用电气公司