用于改善瞬态扭矩响应的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于改善瞬态扭矩响应的方法和系统。提供了用于在瞬态状况期间改善发动机扭矩响应的方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括，基于操作者扭矩要求调整进气节气门和排气废气门阀，并且同时基于预测的扭矩不足比安排排气再循环(EGR)和可变凸轮正时(VCT)。EGR和VCT的安排独立于进气节气门和排气废气门阀的实际位置。

Method and system for improving transient torque response

The present invention relates to a method and system for improving transient torque response. A method and system for improving engine torque response during transient conditions are provided. In one example, a method may include adjusting intake and exhaust throttle valves based on operator torque requirements, and arranging exhaust recirculation (EGR) and variable cam timing (VCT) based on predicted torque insufficiency ratios. The arrangement of EGR and VCT is independent of the actual position of intake throttle and exhaust valve.

【技术实现步骤摘要】
用于改善瞬态扭矩响应的方法和系统
本专利技术大体涉及用于为增压发动机提供改善的扭矩响应的方法和系统。
技术介绍
发动机系统可以被配置有用于提供增压的空气充气以增加扭矩输出的增压装置(诸如涡轮增压器)。具体地，使用来自排气流的能量来旋转涡轮。涡轮驱动向发动机进气装置输送增压的空气充气的压缩机。增压发动机可以提供比类似功率的自然吸气发动机更大的燃料效率和更低的排放，使得更小排量的涡轮增压发动机能够产生与更大排量的自然吸气发动机相当的功率。发动机系统也可以被配置有排气再循环(EGR)系统，其中至少一部分排气被再循环至发动机进气装置。EGR益处包括发动机稀释的增加、排气排放的降低和燃料经济性的增加。各种致动器的运转可以被协调以改善发动机性能。EGR的增压、尺寸减小和引入的益处趋向于在稳态状况下更显著。然而，在瞬态状况下，相同的措施能够损害燃料经济性。作为一示例，在瞬态状况下，对于改善的车辆响应会失去燃料经济性。燃料经济性的损失的另一原因是发动机响应与车辆操作者的措施之间的相互作用。例如，在踩加速器踏板事件期间，由于增压的更慢的初始积累，车辆响应最初降至期望的加速度之后。因此，操作者可以感觉到明显的“死踏板”区域，而没有操作者可观察的扭矩增加。操作者随后会对此过度补偿。然而，在初始的更慢的积累之后，由于更高的负载和更高的空气流量导致更多增压压力的正反馈循环，增压以更快的速率增加。因此，操作者的过度补偿措施会产生过多空气流量并且因此过多扭矩增加，这进而需要通过操作者的额外的踏板修正(例如，释放加速器踏板)以及扭矩减少措施(诸如火花延迟)。因此，相比于如果初始请求已经被更紧密地跟随，发动机会以更低的效率运转。Cunningham等人在US9,175,629中示出了一种用于改善增压发动机中的扭矩响应的示例方法。在其中，在扭矩瞬态期间，将EGR从低压排气再循环(LP-EGR)系统吸入压缩机上游的进气通道的进气系统(AIS)节气门可以被打开，以增加压缩机下游的下游节气门的节气门进口压力。通过打开AIS节气门，气流可以被增加以提供正好足够的扭矩，而基本上不过度补偿扭矩要求。然而，专利技术人在此已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，节气门进口压力的增加仅会输送在踩加速器踏板瞬态期间请求的负载的一部分，而其余负载仍然会依赖于更慢的增压积累。作为另一示例，由于LP-EGR的引入而会招致进一步的迟滞和响应时间的增加。具体地，LP-EGR回路具有长输送延迟，因为排气在到达燃烧室之前必须行进通过涡轮增压器压缩机、高压空气吸入管道、增压空气冷却器和进气歧管。因此，由于在不同时刻流入的EGR的变化，实际的发动机空气流量廓线会偏离期望的空气流量廓线。因此，发动机扭矩响应不可跟踪请求的操作者扭矩廓线。
技术实现思路
在一个示例中，以上问题可以通过一种用于涡轮增压发动机的方法来至少部分地解决，该方法包含：响应于操作者扭矩要求，独立于排气再循环(EGR)和可变凸轮正时(VCT)安排(schedule)的改变，基于所述扭矩要求，打开进气节气门并关闭排气废气门阀；以及独立于所述进气节气门和所述废气门阀的实际位置，基于预测的负载不足比(shortfallratio)，同时地(concurrently)安排所述EGR和VCT。以此方式，瞬态扭矩响应能够通过空气路径致动器与增压系统的协调来改善。作为一个示例，增压发动机可以被配置有涡轮增压器，所述涡轮增压器包括驱动压缩机的涡轮，绕过所述涡轮的排气流经由排气废气门阀来控制。发动机可以被配置有高压EGR(HP-EGR)能力，其中排气从涡轮的上游被再循环至压缩机的下游。响应于操作者踩加速器踏板事件，包括进气节气门和排气废气门阀的增压致动器可以被致动以满足扭矩要求。例如，进气节气门开度可以被增加(诸如至全开的节气门位置)以允许更多的增压空气流入进气歧管，而排气废气门阀开度可以被减小(诸如至完全关闭位置)以加快涡轮加速自旋。即使它们被调整(如下面讨论的)，节气门和废气门阀位置也被安排，假设空气路径致动器(包括高压EGR阀和可变凸轮正时(VCT))的标称设置。因此，如果增加的要求能够被满足而不超过节气门权限，EGR和VCT能够被维持在标称的更低容积效率设置处。在增压调整的同时，发动机控制器也可以根据请求的发动机负载(根据踏板位置)相对于如果发动机继续在没有EGR且在节气门全开(wide-openthrottle，WOT)的情况下在当前转速负载状况下运行所能够提供的估计的发动机负载，预测预期的负载和/或扭矩不足比(aLSR)。换言之，控制器可以确定请求的空气充气与在WOT处没有EGR的情况下所能够提供的空气流量之间的差。如果存在空气充气的不足，也会预期到扭矩不足。随着负载不足比增加，可以确定快速作用的节气门的权限将会被迅速地用尽，并且任何其余的扭矩要求都将会需要更多空气流量和增压压力进一步积累，导致迟滞。为了随着负载不足比增加而改善发动机的响应性，VCT和HP-EGR可以独立于进气节气门和排气废气门阀的实际位置基于不足比来安排，以便预先制止不足。例如，随着不足比增加，最初VCT可以被维持在标称设置处，而HP-EGR根据不足来限制，使得更多新鲜空气充气能够被输送给发动机。然后，随着负载不足比进一步增加，HP-EGR可以被限制，并且VCT可以根据负载不足比被提前或被延迟以增加容积效率。同样地，节气门和废气门阀可以独立于HP-EGR和VCT安排的改变来致动，诸如即使当VCT被移动至更高容积效率设置时，也通过保持节气门更打开并且废气门更关闭。一旦期望的增压压力被实现，所有致动器的标称设置都可以被恢复。以此方式，实际的发动机扭矩廓线可以更好地跟踪期望的发动机扭矩廓线。具体地，在当增压被积累时的瞬态期间，发动机负载和空气流量可以被输送，并且然后当足够的增压已经被积累时，平滑转变可以从瞬态中被提供出来。通过根据预测的负载不足比调整快速作用的空气路径致动器(包括HP-EGR和VCT)，避免了当进气节气门权限被用尽时会需要的不必过分且燃料低效的措施。此外，过多扭矩产生被避免。通过移动空气路径致动器正好足够远来满足驾驶员要求，减少了对于燃料低效的扭矩缓冲的需要。此外，当瞬态被满足时，从瞬态状况中出来的更快且更平滑的转变能够被更容易地提供。因此，足够的气流能够被提供以满足命令的扭矩增加而无需过度补偿命令的扭矩输出，并且同时允许从瞬态到稳态发动机运转的平滑且快速的转变。总的来说，瞬态期间的增压发动机性能被改善。应当理解，提供以上
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被随附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。附图说明图1示出了发动机系统的示意描绘。图2是图示用于响应于操作者扭矩要求的增加而提供瞬态扭矩响应的高水平程序的示例流程图。图3是图示用于基于请求的和预测的发动机负载的估计计算预期的负载不足比的示例方法的流程图。图4示出了比较响应于操作者扭矩要求的增加的实际的和预期的发动机负载响应的曲线图。图5示出了比较在操作者扭矩要求的增加期间的实际的和预期的发动机扭矩响应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于涡轮增压发动机的方法，其包含：响应于操作者扭矩要求，独立于排气再循环即EGR和可变凸轮正时即VCT安排的改变，基于所述扭矩要求，打开进气节气门并关闭排气废气门阀；以及独立于所述进气节气门和所述废气门阀的实际位置，基于预测的负载不足比，同时地安排所述EGR和VCT。

【技术特征摘要】
2017.04.10 US 15/484,0221.一种用于涡轮增压发动机的方法，其包含：响应于操作者扭矩要求，独立于排气再循环即EGR和可变凸轮正时即VCT安排的改变，基于所述扭矩要求，打开进气节气门并关闭排气废气门阀；以及独立于所述进气节气门和所述废气门阀的实际位置，基于预测的负载不足比，同时地安排所述EGR和VCT。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：基于在节气门全开并且没有EGR的情况下的当前的发动机空气流量与预测的发动机空气流量之间的差，估计预测的负载不足；以及基于相对于所述操作者扭矩要求的所述预测的负载不足，计算所述预测的负载不足比。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述预测的负载不足比进一步基于驾驶员操作历史、包括道路和交通状况的导航输入以及车辆数据中的一个或多个。4.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述扭矩要求打开所述进气节气门并关闭所述废气门阀包括，基于所述扭矩要求估计目标增压压力，以及随着所述目标增压压力增加，增加所述进气节气门的开度同时增加所述废气门阀的关闭。5.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述预测的负载不足比同时地安排EGR和VCT包括，当所述预测的负载不足比低于阈值时，限制EGR同时维持VCT处于第一安排，并且当所述预测的负载不足比高于所述阈值时，限制EGR同时将VCT从所述第一安排转变为第二安排，所述第一安排具有比所述第二安排更低的容积效率。6.根据权利要求5所述的方法，其中将VCT从所述第一安排转变为所述第二安排包括，将VCT从较低容积效率提前或延迟至较高容积效率。7.根据权利要求5所述的方法，其中独立于所述VCT安排的改变打开所述进气节气门并关闭所述排气废气门阀包括，基于所述第一VCT安排的较低容积效率调整所述进气节气门的打开程度和所述废气门阀的关闭程度。8.根据权利要求5所述的方法，其中所述涡轮增压发动机包括驱动进气压缩机的排气涡轮，所述废气门阀被耦接至所述排气涡轮，并且其中所述EGR是包括从所述排气涡轮的上游被再循环至所述进气压缩机的下游的排气的高压EGR即HP-EGR。9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包含，基于所述HP-EGR的限制调整低压EGR安排，所述较低压EGR包括从所述排气涡轮的下游被再循环至所述进气压缩机的上游的排气。10.根据权利要求5所述的方法，其进一步包含，响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·M·赫尔斯特伦，M·J·扬科维奇，M·H·谢尔比，J·E·罗林格，A·J·理查兹，P·A·皮耶奇克，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US