用于增压控制的方法和系统技术方案

本申请公开用于增压控制的方法和系统。提供用于增压发动机系统中的压力控制的方法和系统。基于排气压力和进气压力之间的差以及可选的其它信号(例如，发动机速度、排气压力)，调整可变几何涡轮(VGT)几何形状和/或废气门(WG)和/或排气再循环(EGR)阀开度，以便减小排气歧管压力和进气歧管压力之间的差，从而减少泵气功损失。

Method and system for supercharging control

The present invention discloses methods and systems for pressurization control. Methods and systems for pressure control in a supercharged engine system are provided. The other signal between the intake and exhaust pressure difference and optional (for example, based on the engine speed, exhaust pressure adjustment), variable turbine geometry (VGT) geometry and / or waste gate (WG) and / or exhaust gas recirculation (EGR) valve opening, in order to reduce the exhaust manifold pressure and intake manifold pressure in order to reduce pumping loss.

【技术实现步骤摘要】
用于增压控制的方法和系统
本描述总体涉及用于增压发动机系统中的压力控制的方法和系统。
技术介绍
发动机系统可以被配置具有增压装置(诸如涡轮增压器或机械增压器)，用于提供增压空气充气并且改善峰值功率输出、燃料经济性和排放。涡轮增压器可以具有可变几何涡轮(VGT)，其中调节涡轮的叶轮轮叶(或叶片)，以改变增压压力和排气压力。VGT的叶轮轮叶的位置可以基于多个因素而变化，这些因素包括发动机速度、扭矩需求、期望的响应时间、燃料经济性、进气歧管压力和排气歧管压力以及排放要求。通过改变涡轮增压器的纵横比(aspectratio)，VGT调整实现减少泵送损失。Buckland等人在US6,672,060中示出用于调整VGT几何形状的一种示例方法。在其中，通过考虑实际进气歧管压力和期望的进气歧管压力之间的差的反馈控制回路来调整VGT几何形状。然而，专利技术人已经认识到上述方法的潜在问题。作为一个示例，也许不能充分优化泵气功和排气压力峰值的发生。特别地，在瞬时和非怠速发动机操作期间，例如，在踩踏板和松踏板事件期间，可能存在由进入排气歧管的气体流动的快速变化引起的排气压力峰值，而没有离开排气歧管的气体的对应变化，从而导致排气歧管压力增加。因此，可以观察到排气歧管和进气歧管之间的压力差增加。通常，基于进气歧管压力，执行进气歧管和排气歧管中的压力控制，所述进气歧管压力对于变化和扰动的反应比排气歧管压力更慢(由于相比于较小的排气歧管体积的较大的进气歧管体积，并且因为诸如燃料加注变化的扰动首先冲击排气歧管，并且之后仅到达进气歧管)。在这种情况下，VGT(或排气再循环)致动器未被调节以增加排气歧管流出量，直到在进气压力中观察到压力增加，在此期间排气压力可能已经迅速增加到不期望的水平。在此期间，高排气歧管压力和排气压力峰值导致发动机两端的△压力增加，从而增加发动机泵气功，这可能对发动机效率、性能、排放和燃料经济性产生不利影响。另外，在此期间，涡轮的膨胀比可能过度增加，这可能导致对涡轮增压器硬件的损坏。另外，这种排气压力峰值和高膨胀比可能导致高周疲劳并且最终导致若干发动机部件(诸如密封件、垫圈、排气门和汽缸部件)的劣化。
技术实现思路
本文的专利技术人已经认识到可以至少部分地解决上述问题的方法。用于排气压力控制的一种示例性方法包括用于增压发动机系统的方法，其包括：基于发动机速度、排气压力以及排气压力和进气压力之间的差中的每一个，调节可变几何涡轮(VGT)，以维持期望的△压力和增压压力。本文的专利技术人已经认识到：通过监测排气歧管和进气歧管之间的压力差(Δ压力)以及基于压力差调节VGT几何形状，可以更有效地调度(scheduling)VGT调整，以减少发动机两端的高Δ压力以及随后的高排气压力和排气压力峰值的发生。另外，EGR可以被用于通过调整EGR阀的开度来减少泵气功，以便增加从排气歧管到进气歧管的EGR流，从而减少排气歧管压力和发动机泵气功。在一个示例中，在瞬时发动机操作期间，可以调整VGT叶片致动器、废气门阀和EGR阀中的至少一个以控制发动机两端的压力差，从而控制/减少发动机泵气功、排气压力峰值和过量的膨胀比。作为一个示例，基于排气歧管和进气歧管之间的实际压力差，可以连续地调整VGT叶片的位置、废气门阀开度和/或EGR阀开度，以减小发动机两端的进气压力和排气之间的压力差。特别地，除了现有比例积分(PI)控制器(例如，基于来自期望的增压压力的增压压力误差或来自期望的排气压力的排气压力误差和其它信号的控制)之外，比例微分(PD)控制器(基于排气歧管压力和进气歧管压力之间的差的控制)可以用来调整VGT叶片、EGR阀和废气门阀开度中的至少一个，以便维持排气歧管和进气歧管之间的最佳压力差(或减小过量的压力差)。PD控制器可以从相应的传感器接收包括排气歧管和进气歧管之间的压力差、进气歧管压力和排气歧管压力、流量和发动机速度的信号，并且这些信号可以用于调整VGT叶片致动器、废气门阀和/EGR阀位置。在一个示例中，增益可以基于发动机速度的增加和/或排气压力的增加而增加，从而导致VGT叶片、废气门阀和/或EGR阀的开度的增加(量值和速率的增加)。类似地，增益可以基于发动机速度的减小和/或排气压力的降低而减小，从而导致VGT叶片、废气门阀和/或EGR阀的开度减小。由于VGT耦接到排气歧管，所以通过经由致动VGT致动器增加VGT叶片的开度，有可能改变VGT纵横比并且由此减小排气压力和排气压力的峰值，同时对进气歧管压力几乎没有影响。同样，当EGR阀开口位于排气歧管处时，通过增加EGR阀开度可以有效地减小排气压力。类似地，通过经由废气门通道(其开度由废气门阀控制)引导排气，可以减小排气压力峰值。在替代示例中，控制系统可以使用排气压力和进气压力之间的比率来同时调整VGT开度和EGR开度。以这种方式，VGT几何形状(叶片)、废气门阀位置和/或EGR阀位置可以经由其相应的致动器被有效地调整，以便减小增压发动机的排气歧管压力和进气歧管压力之间的差。通过基于发动机速度、排气歧管和进气歧管之间的压力差(△压力)以及排气压力调整以便控制排气歧管压力和进气歧管压力之间的差，可以优化发动机泵送损失。另外，可以避免排气压力峰值和过量的膨胀比，从而提高发动机性能和燃料效率。通过根据发动机速度和排气压力连同作为控制输入的排气歧管和进气歧管之间的差改变增益，当压力差增加或减小时，控制器可以更积极地控制VGT几何形状、废气门阀位置和EGR阀位置。在一个示例中，如果压力差小，则控制器可以对VGT和EGR致动器提供微小的调整。在另一示例中，如果压力差增加超过阈值，则控制器可以积极地调整致动器，以便减小压力差，诸如利用较高的增益调节。控制发动机两端的△压力的技术效果是减少发动机泵送损失、减少/减小排气压力峰值以及减小过量的膨胀比，即，可以减少由于疲劳引起的对涡轮增压器和其它硬件部件的损坏，并且可以进一步改善排放、性能和燃料经济性。应当理解，提供以上概述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紧随具体实施方式之后的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示出包括可变几何涡轮增压器和排气再循环系统的示例发动机系统的示意图。图2示出可以用于调整VGT叶片位置和EGR阀开度中的每一个的两个示例控制系统的框图。图3示出可以用于调整VGT叶片、废气门阀和/或EGR阀位置的示例控制系统的框图。图4示出图示说明可以被实施用于增压控制和减小排气歧管和进气歧管之间的压力差的方法的流程图。图5示出通过VGT和/或EGR阀位置调整的排气歧管和进气歧管之间的压力差的示例控制。具体实施方式下面的描述涉及用于增压发动机系统中的压力控制的系统和方法。图1示出包括可变几何涡轮(VGT)和排气再循环(EGR)系统的示例发动机增压系统。基于包括进气歧管压力和排气歧管压力、发动机速度和燃料加注计划的多个输入信号，VGT和EGR阀的开度可以由发动机控制器反馈控制，如图2的示例控制系统中所示。除了PI控制器(比例积分控制器)之外，如图3所示，增益调度的PD(比例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于增压发动机系统的方法，其包括：基于排气压力和进气压力之间的差，调整可变几何涡轮即VGT以减小所述差。

【技术特征摘要】
2016.03.24 US 15/080,1951.一种用于增压发动机系统的方法，其包括：基于排气压力和进气压力之间的差，调整可变几何涡轮即VGT以减小所述差。2.根据权利要求1所述的方法，其还包括在调整时维持期望的增压压力，并且其中所述调整还基于空气流量、排气流量、发动机速度、与负载组合的发动机速度、涡轮增压器速度、燃料加注、扭矩即负载、排气压力以及包括环境温度和环境压力的环境状况中的一个或多个。3.根据权利要求1所述的方法，其还包括基于所述发动机速度、所述排气压力以及所述排气压力和所述进气压力之间的所述差中的每一个，以及基于与实际增压压力相比的设定点增压压力，闭环调整所述VGT。4.根据权利要求3所述的方法，其中闭环操作包括基于所述发动机速度和排气压力中的每一个调度用于调整VGT几何形状的增益，所述调整还包括基于调度的增益，改变所述VGT的纵横比。5.根据权利要求4所述的方法，其中基于所述增益的所述调整包括在第一模式中，在所述发动机速度降低和所述排气压力增加中的至少一个的情况下，增加所述VGT的纵横比，并且在所述发动机速度增加和所述排气压力降低中的至少一个的情况下，减小所述VGT的纵横比；以及在第二模式中，在所述发动机速度和所述排气压力中的至少一个增加的情况下，增加所述VGT的纵横比，以及在所述发动机速度和所述排气压力中的至少一个减小的情况下，减小所述VGT的纵横比。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整响应于所述排气压力和所述进气压力之间的所述差超过第一阈值。7.根据权利要求6所述的方法，其还包括基于所述排气压力和所述进气压力之间的所述差，调整耦接到排气再循环系统即EGR系统的EGR阀，以减小所述差，所述调整还基于所述发动机速度和所述排气压力中的每一个，其中调整所述EGR阀包括在所述发动机速度降低和所述排气压力增加中的至少一个的情况下，增加所述EGR阀开度；以及在所述发动机速度增加和所述排气压力降低中的至少一个的情况下，减小所述阀开度。8.根据权利要求6所述的方法，其还包括基于所述排气压力和所述进气压力之间的差，调整耦接到废气门通道的废气门阀，以减小所述差，所述调整还基于所述发动机速度和所述排气压力中的每一个，并且其中调整所述废气门阀包括在所述发动机速度降低和所述排气压力增加中的至少一个的情况下，增加所述废气门阀开度；以及在所述发动机速度增加和所述排气压力降低中的至少一个的情况下，减小所述废气门阀开度。9.根据权利要求7所述的方法，其还包括响应于所述排气压力和所述进气压力之间的差超过第二阈值，调整所述VGT几何形状和所述EGR阀中的每一个，所述第二阈值高于所述第一阈值。10.一种用于发动机的方法，其包括：在第一增压发动机工况期间，响应于排气歧管和进气歧管之间的压力差超过第一阈值，选择性地调整可变几何涡轮叶片致动器即VGT叶片致动器；在第二增压发动机工况期间，响应于所述压力差超过所述第一阈值，选择性地调整排气再循环阀即EGR阀；在第三增压发动机工况期间，响应于所述压力差超过所述第一阈值，选择性地调整废气门阀；以及在所述第一状况、所述第二状况和所述第三状况中的每一个期间，维持增压压力。11.根据权利要求10所述的方法，其还包括在第四增压发动机工况期间，响应于所述压力差超过第二阈值，调整所述VGT叶片致动器、所述EGR阀和所述废气门阀中的每一个，所述第二阈值高于所述第一阈值，其中在所述第一状况、所述第二状况和所述第三状况中的每一个期间，所述调整进一步基于排气歧管压力与进气歧管压力的比率。12.根据权利要求11所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·汉德三世，T·A·布鲁贝克，M·J·V·尼乌斯塔特，B·L·福尔顿，
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