量關(guān)系模塊502基于本文由關(guān)系式 [33]表示的關(guān)系來確定壓縮機(jī)功率514。然后將壓縮機(jī)功率514輸入至渦輪增壓器功率變 換模塊503中，其基于壓縮機(jī)功率來確定渦輪機(jī)功率P t 515。渦輪機(jī)流量和渦輪機(jī)功率之 間的關(guān)系可以由以下關(guān)系式表示：
其中rI 1;是禍輪機(jī)效率， Tx是排氣溫度， ?;3是渦輪機(jī)下游處的壓力(渦輪機(jī)出口壓力)，以及 Px是排氣壓力。
[0083] 渦輪增壓器功率變換動力學(xué)可以由以下關(guān)系式表示：
其中s是來自拉普拉斯域中微分法的微分算子。基于渦輪機(jī)的流量-功率關(guān)系、壓縮 機(jī)流量-功率關(guān)系和渦輪增壓器功率變換動力學(xué)，渦輪增壓器功率平衡可以由以下關(guān)系式 表不：
其中使用延遲的MF流量Wd。和延遲的燃料流量W df來替換當(dāng)前渦輪機(jī)流量。
[0084] 將渦輪機(jī)功率515輸入至渦輪機(jī)功率/流量關(guān)系模塊504中，作為附加系統(tǒng)輸入 516,可以包括渦輪機(jī)輸入處的壓力p tiin、渦輪機(jī)輸入處的溫度Ttiin以及渦輪機(jī)輸出處的壓 力Pticiut。渦輪機(jī)功率/流量關(guān)系模塊504基于這些輸入而輸出渦輪機(jī)流量W t 517。然后將 渦輪機(jī)流量517輸入至VGT流量方程模塊505中，其可以使用逆向系統(tǒng)模型來將渦輪機(jī)流 量517轉(zhuǎn)換為VGT控制命令U vgt 519。VGT逆向模型包括使用歧管流量/熱焓平衡來如下確 定流經(jīng)渦輪機(jī)的期望流量：
其中FF是前饋項， FBK是反饋項， :1是目標(biāo)進(jìn)氣壓力，以及 是目標(biāo)尚壓EGR率。
[0085] 使用渦輪增壓器功率平衡從期望增壓和壓縮機(jī)流量找到目標(biāo)排氣（渦輪機(jī)入口） 壓力。
其中項xl等于
以及項χ2等于目標(biāo)壓縮機(jī)流量與目 標(biāo)燃料流量的總和。當(dāng)將項xl和x2輸入至符合數(shù)據(jù)的回歸中時，基于xl和χ2確定值y。 然后可以基于逆轉(zhuǎn)（!汐)^來計算目標(biāo)排氣壓力。然后可以使用以下VGT流量關(guān)系式而找 到在目標(biāo)渦輪機(jī)入口壓力下對于期望流經(jīng)渦輪機(jī)流量所需要的VGT位置。
[0086] 項zl等于
當(dāng)將項zl和z2輸入至符合數(shù) 據(jù)的回歸中時，基于z 1和z2確定前饋VGT位置命令Uvgt。然后使用該命令來控制空氣充氣 系統(tǒng)的VGT以實現(xiàn)目標(biāo)增壓壓力。
[0087] 圖6圖形地描繪了根據(jù)本發(fā)明的示例性EGR控制圖解，包括測量到的EGR率和期 望EGR率與EGR致動器開口百分比的比較。僅使用LP EGR回路控制EGR率。圖表601描繪 了 EGR率604作為時間603的函數(shù)。測量到的EGR率描繪為直線610。期望率描繪為直線 611。圖表602描繪了 EGR致動器開口百分比605作為時間603的函數(shù)。當(dāng)僅使用LP EGR 回路控制EGR率時，控制LP EGR致動器開口位置612以使開口百分比605作為時間的函數(shù) 逐步增大。HP EGR致動器開口位置613始終以0%保持未開放。
[0088] 圖7圖形地描繪了根據(jù)本發(fā)明的示例性增壓控制圖解，其中考慮了高壓EGR和低 壓EGR流兩者，包括測量到的進(jìn)氣歧管壓力和期望進(jìn)氣歧管壓力與VGT致動器開口百分比 的比較。VGT前饋控制是基于模型的，并且包括如何輸送EGR，考慮了 LP EGR率和HP EGR 率兩者。圖表701描繪了壓力704作為時間703的函數(shù)。期望進(jìn)氣歧管壓力P1是恒定的， 并且由直線711示出。圖表702描繪了 VGT致動器開口百分比705作為時間703的函數(shù)。 示出了 VGT致動器開口位置712。當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的前饋控制方法自動地調(diào)節(jié)VGT致動 器開口位置712時，測量到的進(jìn)氣歧管壓力710示出為實現(xiàn)并追蹤期望目標(biāo)增壓(進(jìn)氣歧管 壓力 pi) 711。
[0089] 圖8圖形地描繪了根據(jù)本發(fā)明的前饋VGT模型的比較實際VGT流量811和估算 VGT流量812的示例性數(shù)據(jù)。在樣本大小802上，在實際VGT流量811和估算VGT流量812 之間的VGT流量配合803 (fit)緊密地追蹤。
[0090] 圖9圖形地描繪了根據(jù)本發(fā)明的前饋VGT模型的將計算得到的目標(biāo)渦輪機(jī)入口壓 力912和測量到的目標(biāo)渦輪機(jī)入口壓力911進(jìn)行比較的示例性數(shù)據(jù)。在樣本大小902上， 實際計算得到的目標(biāo)渦輪機(jī)入口壓力912與測量到的目標(biāo)渦輪機(jī)入口壓力911之間的VGT 流量配合903緊密地追蹤。
[0091] 圖10描繪了根據(jù)本發(fā)明的包括具有高壓EGR回路和低壓EGR回路的EGR系統(tǒng)的 內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的基于模型的前饋渦輪增壓器控制1000的示例性方法。提供表格1作為圖解， 其中標(biāo)示數(shù)字的方框和對應(yīng)的功能如下所述。
[0092] 表格 1
[0093] 本發(fā)明已經(jīng)描述了某些優(yōu)選實施例及其變更。在閱讀并理解說明書時，可以想到 進(jìn)一步的變更和變型。因此，本發(fā)明不試圖被限制于公開為用于實施本發(fā)明所設(shè)想的最佳 方式的具體實施例，而是本發(fā)明將包括落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。
【主權(quán)項】
1. 一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中的空氣充氣系統(tǒng)的基于模型控制的方法，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括具 有高壓排氣再循環(huán)回路和低壓排氣再循環(huán)回路的排氣再循環(huán)系統(tǒng)，該方法包括： 監(jiān)測實際排氣再循環(huán)率； 監(jiān)測所述空氣充氣系統(tǒng)中的壓縮機(jī)的運轉(zhuǎn)條件和所述空氣充氣系統(tǒng)中的渦輪機(jī)的運 轉(zhuǎn)條件； 基于目標(biāo)排氣再循環(huán)率、目標(biāo)進(jìn)氣歧管壓力和實際排氣再循環(huán)率來確定壓縮機(jī)流量； 基于所述壓縮機(jī)流量、所述目標(biāo)進(jìn)氣歧管壓力和監(jiān)測到的所述壓縮機(jī)的運轉(zhuǎn)條件來確 定由所述空氣充氣系統(tǒng)中的壓縮機(jī)請求的功率； 基于由壓縮機(jī)請求的功率來確定待由渦輪機(jī)產(chǎn)生的功率； 基于所述待由渦輪機(jī)產(chǎn)生的功率和監(jiān)測到的渦輪機(jī)的運轉(zhuǎn)條件來確定渦輪機(jī)流量； 基于所述渦輪機(jī)流量和監(jiān)測到的渦輪機(jī)的運轉(zhuǎn)條件來確定用于所述空氣充氣系統(tǒng)的 系統(tǒng)控制命令；以及 基于所述系統(tǒng)控制命令控制所述空氣充氣系統(tǒng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述空氣充氣系統(tǒng)包括可變幾何渦輪增壓器，包 括渦輪機(jī)和壓縮機(jī)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，監(jiān)測實際排氣再循環(huán)率包括監(jiān)測氣缸內(nèi)總排氣 再循環(huán)率，包含高壓排氣再循環(huán)率和低壓排氣再循環(huán)率。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括僅使用低壓排氣再循環(huán)系統(tǒng)控制閥來控制所述 氣缸內(nèi)總排氣再循環(huán)率。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述氣缸內(nèi)總排氣再循環(huán)率由以下關(guān)系式表示， 其中r是氣缸內(nèi)總排氣再循壞率，rHP是高壓排氣再循環(huán)率， 是低壓排氣再循環(huán)率。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)以下關(guān)系式確定所述壓縮機(jī)流量， 其中W。是壓縮機(jī)流量，rHP是高壓排氣再循環(huán)率， Π v是容積效率， R是通用氣體常數(shù)， ?\是進(jìn)氣溫度， Vd是體積排量， N是發(fā)動機(jī)速度，以及 Pi是進(jìn)氣歧管壓力。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定用于所述空氣充氣系統(tǒng)的系統(tǒng)控制命令包 括： 基于期望進(jìn)氣歧管壓力和所述壓縮機(jī)流量來確定目標(biāo)渦輪機(jī)入口壓力；以及 確定用于在所述目標(biāo)渦輪機(jī)入口壓力下實現(xiàn)所述渦輪機(jī)流量所需的系統(tǒng)控制命令。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于所述壓縮機(jī)流量、所述目標(biāo)進(jìn)氣歧管壓力和 監(jiān)測到的壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)條件來確定由所述空氣充氣系統(tǒng)中的壓縮機(jī)請求的功率包括采用以 下關(guān)系式，其中P。是由壓縮機(jī)請求的功率， W。是壓縮機(jī)流量， Tu。是壓縮機(jī)上游溫度， cp是在恒定壓力下的比熱， Pl是進(jìn)氣壓力， puc是壓縮機(jī)上游壓力， μ是比熱比，以及 η。是壓縮機(jī)的效率。9. 一種用于控制內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中的具有高壓排氣再循環(huán)回路和低壓排氣再循環(huán)回路的 排氣再循環(huán)系統(tǒng)、空氣節(jié)流系統(tǒng)和空氣充氣系統(tǒng)的方法，該方法包括： 監(jiān)測用于所述高壓排氣再循環(huán)回路、所述低壓排氣再循環(huán)回路、所述空氣節(jié)流系統(tǒng)和 所述空氣充氣系統(tǒng)的每一個的期望操作目標(biāo)命令； 監(jiān)測所述空氣充氣系統(tǒng)的操作參數(shù)； 基于對應(yīng)的期望操作目標(biāo)命令和所述空氣充氣系統(tǒng)的操作參數(shù)來確定用于所述高壓 排氣再循環(huán)回路、所述低壓排氣再循環(huán)回路、所述空氣節(jié)流系統(tǒng)和所述空氣充氣系統(tǒng)的每 一個的反饋控制信號； 基于用于所述高壓排氣再循環(huán)回路、所述低壓排氣再循環(huán)回路、所述空氣節(jié)流系統(tǒng)和 所述空氣充氣系統(tǒng)的每一個的對應(yīng)的反饋控制信號來確定所述高壓排氣再循環(huán)回路中的 高壓排氣再循環(huán)流量、所述低壓排氣再循環(huán)回路中的低壓排氣再循環(huán)流量、所述空氣節(jié)流 系統(tǒng)中的空氣流量、以及所述空氣充氣系統(tǒng)中的渦輪機(jī)功率變換比； 基于所述高壓排氣再循環(huán)流量、所述低壓排氣再循環(huán)流量、所述空氣流量和所述渦輪 機(jī)功率變換比來確定用于所述高壓排氣再循環(huán)回路、所述低壓排氣再循環(huán)回路、所述空氣 節(jié)流系統(tǒng)和所述空氣充氣系統(tǒng)的每一個的系統(tǒng)控制命令；以及 基于所述系統(tǒng)控制命令來控制所述空氣充氣系統(tǒng)。10. -種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中的空氣充氣系統(tǒng)的基于模型的前饋控制方法，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī) 包括具有高壓排氣再循環(huán)回路和低壓排氣再循環(huán)回路的排氣再循環(huán)系統(tǒng)，該方法包括： 提供所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的基于物理的空氣和充氣系統(tǒng)模型； 對所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的基于物理的空氣和充氣系統(tǒng)模型施加基于模型的非線性控制，包 括對所述基于物理的空氣和充氣系統(tǒng)模型施加基于物理模型的多變量前饋控制； 對所述基于物理的空氣和充氣系統(tǒng)模型施加反饋控制； 將用于空氣和充氣系統(tǒng)模型的期望空氣和充氣目標(biāo)轉(zhuǎn)換為用于排氣再循環(huán)致動器、空 氣進(jìn)氣節(jié)流閥致動器和可變幾何渦輪增壓器致動器的每一個的單個流量或功率信號； 基于各個單個流量或功率信號確定用于排氣再循環(huán)致動器、空氣進(jìn)氣節(jié)流閥致動器和 可變幾何渦輪增壓器致動器的每一個的致動器位置。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于增壓發(fā)動機(jī)的前饋渦輪增壓器控制方法。一種發(fā)動機(jī)包括具有高壓排氣再循環(huán)回路和低壓排氣再循環(huán)回路的排氣再循環(huán)系統(tǒng)以及空氣充氣系統(tǒng)。一種控制空氣充氣系統(tǒng)的方法包括監(jiān)測實際排氣再循環(huán)率、空氣充氣系統(tǒng)中的壓縮機(jī)和渦輪機(jī)的運轉(zhuǎn)條件?；谀繕?biāo)排氣再循環(huán)率、目標(biāo)進(jìn)氣歧管壓力和實際排氣再循環(huán)率來確定壓縮機(jī)流量?；趬嚎s機(jī)流量、目標(biāo)進(jìn)氣歧管壓力和監(jiān)測壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)條件來確定由壓縮機(jī)請求的功率?；谟蓧嚎s機(jī)請求的功率來確定待由渦輪機(jī)產(chǎn)生的功率?；诖蓽u輪機(jī)產(chǎn)生的功率和監(jiān)測渦輪機(jī)運轉(zhuǎn)條件來確定渦輪機(jī)流量?；跍u輪機(jī)流量和監(jiān)測渦輪機(jī)運轉(zhuǎn)條件來確定系統(tǒng)控制命令?；谙到y(tǒng)控制命令來控制空氣充氣系統(tǒng)。
【IPC分類】F02D21/08
【公開號】CN105626275
【申請?zhí)枴緾N201510805589
【發(fā)明人】I.哈斯卡拉, Y-Y.王
【申請人】通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年11月20日
【公告號】DE102015120096A1, US20160146130