一种用于控制内燃发动机中的空燃比的AFR控制系统，该AFR控制系统包括：‑反馈控制器(402)，该反馈控制器被构造成比较所测量的空气量指标与设定点值(410)并且产生反馈控制输出(403)；‑设定点选择器(404)，该设定点选择器被构造成基于已知的操作要求选择稳态设定点值(405)；‑第一瞬态控制器(407)，该第一瞬态控制器被构造成作为对所述内燃发动机的燃料需求的变化的响应而产生瞬态设定点偏移(408)；以及‑第二瞬态控制器(411，811)，该第二瞬态控制器被构造成作为对所述稳态设定点值(405)或所述设定点值(410)的变化的响应而产生瞬态输出偏移(412，812)；其中所述设定点值(410)是所述稳态设定点值(405)和所述瞬态设定点偏移(408)的组合，并且其中所述AFR控制系统的输出(414)是所述反馈控制输出(403)和所述瞬态输出偏移(412，812)的组合。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般而言涉及内燃发动机诸如大型柴油发动机的技术。具体而言，本专利技术涉及在操作状态改变过程中以及操作状态改变之后立即控制空燃比的方式。
技术介绍
许多现代内燃发动机诸如柴油发动机都包括用于强制额外空气进入燃烧室内的强制进气装置诸如蜗轮增压器或增压器。空燃比或AFR(缩写)描述了每个循环输送到燃烧室内的空气和燃料的相对数量。AFR是一个重要参数，空燃比的值应该保持在具体限度内以确保发动机正确操作。在以燃气为燃料的柴油发动机中AFR控制的重要性变得更为突出，因为气态燃料正确点燃和燃烧比仅仅燃烧液体燃料的发动机更紧密地依赖于AFR。空气的量典型地利用一个或多个废气门来控制，废气门调节流过涡轮增压器的排气量以及/或者流出而没有流入气缸内的压缩进入空气的量。一个直截了当的方案涉及通过控制压缩进入空气的压力来控制AFR。可以应用反馈控制将进入空气压力保持成尽可能接近设定点。图1是过程101和采用反馈控制的控制器102的一般示意图。在该示例中，可以假定过程101是进入空气的压缩。传感器103监测过程101的状态并且产生反馈值，该反馈值是所测量的动态数量诸如当前进入空气压力的指标。控制器102将该反馈值与设定点值进行比较，并且产生表示比较结果的输出。该输出构成了给致动器104的控制信号，在该示例中，该致动器104转动废气门。典型地，该反馈控制的目标是将过程101维持在稳定状态，从而使得控制器102的输出与该反馈值和设定点值之差成比例，并且致动器104的作用是其导致过程101的状态变化趋向于驱使反馈值更接近设定点值。扰动是趋向于改变过程101的状态的因素。可测量扰动是指其作用预先已知和/或能够以合理精度在线测量的那些扰动。另外还有不可测量扰动，这些扰动可能涉及例如在过程101中部件的机械磨损。不可测量扰动对过程101的状态的作用如果可能也是难以预测。诸如图1中的纯闭环反馈控制涉及的固有缺点是，这种闭环反馈控制仅对已经在该过程中发生的作用作出反应，因而涉及到一定的延迟。在图1所示的最简单的形式(其中设定点值保持相同)中，其将不适合于AFR控制，因为例如负载和/或速度的变化将导致燃料的量变化，这必然也会使空气的量发生变化。图2示出了如何能够通过增加实现前馈控制的一定元件的设定点选择器来至少部分地解决该缺点。除了以上与图1相关联地说明的元件之外，图2所示的控制系统还包括设定点选择器201。该设定点选择器201被构造成接收表示可测量扰动的一个或多个输入值。在这种情况下，它们给出负载和/或速度将如何改变。设定点选择器201可以具有简单查找表特性，该简单查找表基于负载和/或速度信息产生新的设定点值。设定点值的变化在反馈值中具有任何可测量变化之前就已经开始影响控制环。图2的控制方案允许控制环更快地对可测量扰动做出反应，但是瞬态效应问题仍然存在。例如，假定期望输出功率快速增加这样一种情形。期望的新的输出功率水平将需要向气缸输送一些特定量的燃料和一些特定量的空气。空气量的增加可以通过使涡轮增压器更快旋转(即，通过向关闭方向转动排气侧废气门)来实现。涡轮增压器的旋转叶轮具有相当大的惯性，这意味着在变化过程中，将使用相当大的量的能量来增加其旋转速度。这种瞬态能量需求暂时降低了可从发动机获得的输出能量。如果在变化之后将新的设定点值选择成与稳态输出功率对应，则在达到新的涡轮旋转速度并且满足其它瞬态能量需求之后，只能相对缓慢地到达新的期望输出功率。
技术实现思路
下文提供了一个简单的
技术实现思路
，以便提供各种专利技术实施方式的一些方面的基部理解。该
技术实现思路
不是该专利技术的广泛概述。既不是旨在确定本专利技术的关键或决定性特征，也不是旨在描述本专利技术的范围。如下
技术实现思路
仅仅以简化形式提供了本专利技术的一些构思，作为例示本专利技术的实施方式的更详细描述的排除方式。需要一种方法、控制系统和内燃发动机，其中在AFR控制的框架中减少负载和/或速度变化对输出功率的瞬态作用。本专利技术的有利目的通过使用两阶段变化敏感控制来实现，在该量阶段变化敏感控制中，在该变化过程中动态地选择设定点的选择，并且在设定点值的变化过程中动态地进行输出给致动器的信号的产生。反馈控制器可以包括比较所测量的空气量指标与设定点值并且产生反馈控制输出。进而基于已知的操作要求选择稳态设定点值。第一瞬态控制器可以作为对燃料需求变化的响应而产生瞬态设定点偏移。第二瞬态控制器可以作为对所述设定点值的变化的响应而产生瞬态输出偏移。将要使用的实际设定点值可以是所述稳态设定点值和所述瞬态设定点偏移的组合。该控制系统的输出可以是所述反馈控制输出和所述瞬态输出偏移的组合。该变化敏感控制的第一阶段确保了不仅作为从一个稳态设定点到另一个稳态设定点的调变而根据设定点变化区域来进行设定点值的预期变化，所述设定点变化曲线可以暂时地跨大所需变化以便使其更快速地影响过程。以类似的方式，该变化敏感控制的第二阶段确保了控制装置的输出信号可以暂时对变化的设定点值“过度反应”，这对受控过程的总体行为也具有前摄作用。在该专利申请中提供的该示例性实施方式不应解释成对所附权利要求的应用性进行限制。在该专利申请中使用的动词“包括”作为不排除还存在未叙述特征的开放性限定。在从属权利要求中引述的特征可以相互自由组合，除非另有明确说明。被认为是本专利技术的特性的新颖特征具体地在所附权利要求中阐述。然而，该专利技术本身对于其构造以及其操作方法与其附加目的和优点在结合附图阅读时将从如下具体实施方式的描述更好地理解。附图说明图1示出了现有技术反馈控制方案；图2示出了反馈和设定点选择的已知组合；图3示出了一个系统和一个方法中的两阶段变化敏感控制的原理；图4示出了控制空燃比的两阶段变化敏感控制的一个实施方式；图5示出了第一瞬态控制器的示例；图6示出了第二瞬态控制器的示例；以及图7示出了信号的组合。具体实施方式图3示意性地示出了两阶段变化敏感控制的原理。图3可以作为方法或布置的示意性图示来进行检查。内控制环包括变化敏感控制器31，该变化敏感控制器31在其从传感器103接收所测量的指标值，将该指标值与设定点值进行比较，并产生通过致动器104而影响受控过程104的状态的控制输出这个意义上来说包括反馈控制器的功能。该控制输出与所测量的指标值和设定点值之间发现的差成比例，但是这种比例性包括对变化的一定敏感性：在设定点值改变过程中(和/或紧接着设定点值改变过程)，发生瞬态时期，在该瞬态时期期间，比例性与在稳态条件下的比例性不同。具体而言，控制器301的变化敏感性已经被选择为使得指向致动器104的控制输出前摄性地抵消否则将延迟过程101对操作条件下对设定点值中的变化所代表的这种变化的响应的这些影响。设定点值从设定点选择器302来到变化敏感控制器301，该设定点选择器302本身也对变化敏感。设定点选择器302的用途是基于关于将作用在过程101上的可测量扰动的信息来选择设定点值，使得每次新的设定点值都将根据新的可测量扰动来驱使内控制环正确地控制过程101。对变化的敏感性这里是指类似于以上关于控制器301说明的特征：即使可测量扰动将仅仅从一个稳态水平变化到另一个稳态水平，所选择的设定点也不是仅仅从旧的稳态设定点跳变到新的稳态设定点，而是遵循于过渡模式，该过渡模式的目标是前摄性地补偿否本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于控制内燃发动机中的空燃比的空燃比控制系统，该空燃比控制系统包括：‑反馈控制器(402)，该反馈控制器被构造成比较所测量的空气量指标与设定点值(410)并且产生反馈控制输出(403)；‑设定点选择器(404)，该设定点选择器被构造成基于已知的操作要求选择稳态设定点值(405)；‑第一瞬态控制器(407)，该第一瞬态控制器被构造成作为对所述内燃发动机的燃料需求的变化的响应而产生瞬态设定点偏移(408)；以及‑第二瞬态控制器(411，811)，该第二瞬态控制器被构造成作为对所述稳态设定点值(405)或所述设定点值(410)的变化的响应而产生瞬态输出偏移(412，812)；其中所述设定点值(410)是所述稳态设定点值(405)和所述瞬态设定点偏移(408)的组合，并且其中所述空燃比控制系统的输出(414)是所述反馈控制输出(403)和所述瞬态输出偏移(412，812)的组合。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制内燃发动机中的空燃比的空燃比控制系统，该空燃比控制系统包括：-反馈控制器(402)，该反馈控制器被构造成比较所测量的空气量指标与设定点值(410)并且产生反馈控制输出(403)；-设定点选择器(404)，该设定点选择器被构造成基于已知的操作要求选择稳态设定点值(405)；-第一瞬态控制器(407)，该第一瞬态控制器被构造成作为对所述内燃发动机的燃料需求的变化的响应而产生瞬态设定点偏移(408)；以及-第二瞬态控制器(411，811)，该第二瞬态控制器被构造成作为对所述稳态设定点值(405)或所述设定点值(410)的变化的响应而产生瞬态输出偏移(412，812)；其中所述设定点值(410)是所述稳态设定点值(405)和所述瞬态设定点偏移(408)的组合，并且其中所述空燃比控制系统的输出(414)是所述反馈控制输出(403)和所述瞬态输出偏移(412，812)的组合。2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述第一瞬态控制器(407)包括第一时间导数计算器(501)、第一增益单元(502)以及第一低通滤波器(503)，所述第一时间导数计算器(501)被构造成产生所述燃料需求的时间导数，所述第一增益单元(502)被构造成对燃料需求的所述时间导数进行加权，所述第一低通滤波器(503)被构造成对燃料需求的加权时间导数进行滤波，从而使所述瞬态设定点偏移(408)是所述第一低通滤波器(503)的输出。3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中所述第二瞬态控制器(411)包括第二时间导数计算器(601)、第二...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤姆·凯丝，弗雷德里克·奥斯特曼，
申请(专利权)人：瓦锡兰芬兰有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI
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