基于物理的车辆涡轮增压器控制技术制造技术

用于发动机的涡轮增压器的控制技术利用废气门阀，被配置成使来自涡轮增压器的涡轮的废气转向，涡轮可旋转地联接到涡轮增压器的压缩机。利用控制器，以获得用于发动机的扭矩请求，基于发动机扭矩请求确定目标压缩机功率，基于目标压缩机功率确定标准化的目标涡轮功率，基于标准化的目标涡轮功率和标准化的废气流量确定废气门阀的目标位置，以及将废气门阀致动到目标位置。这种控制技术涉及更少的中间参数(诸如目标涡轮压力比)的实际计算，这导致更有效的校准和实施。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于物理的车辆涡轮增压器控制技术
本申请总体上来说涉及涡轮增压车辆，更具体地，涉及基于物理的涡轮增压器控制技术。
技术介绍
涡轮增压器是涡轮驱动的增压进气装置，其增加内燃发动机中的气流。由涡轮驱动的压缩机吸入环境空气，并在其以增加的压力进入发动机之前压缩它。这导致在每个进气冲程中进入发动机的汽缸的空气的质量更大，这通过降低节流损耗来增加发动机的效率，并增加发动机的功率输出。然后，利用由汽缸内的空气和燃料的燃烧产生的废气的动能来驱动涡轮增压器的涡轮。车辆涡轮增压器系统的传统控制通常是低效率的。这种低效率的一个潜在来源是大量相互连接的部件(压缩机、涡轮、节流阀、废气门阀等)及其变化的流体效应。这些传统的涡轮增压器控制技术涉及复杂的建模和计算，这对于发动机控制单元(ECU)的实施来说是困难的并且有时是不可行的。因此，虽然这种涡轮增压器控制系统用于其预期目的，但仍需要在相关领域中进行改进。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提出了一种用于发动机的涡轮增压器的控制系统。在一个示例性实施方式中，所述系统包括废气门阀和控制器，所述废气门阀被配置成使来自涡轮增压器的涡轮的废气转向，涡轮可旋转地联接到涡轮增压器的压缩机，所述控制器被配置成：获得用于发动机的扭矩请求；基于发动机扭矩请求确定目标压缩机功率；基于目标压缩机功率确定标准化的目标涡轮功率；基于标准化的目标涡轮功率和标准化的废气流量确定废气门阀的目标位置；以及将废气门阀致动到目标位置。由控制器致动废气门阀，(i)降低了增压预留和节流损耗中的至少一个，以(ii)提高发动机响应、性能和燃料经济性中的至少一个。根据本专利技术的第二方面，提出了一种用于控制发动机的涡轮增压器的方法。在一个示例性实施方式中，所述方法包括：由控制器获得用于发动机的扭矩请求；由控制器基于发动机扭矩请求确定目标压缩机功率；由控制器基于目标压缩机功率确定标准化的目标涡轮功率；由控制器基于标准化的目标涡轮功率和标准化的废气流量确定废气门阀的目标位置；以及由控制器将废气门阀致动到目标位置，废气门阀配置成使来自涡轮的废气转向。由控制器致动废气门阀，(i)降低了增压预留和节流损耗中的至少一个，以(ii)提高发动机响应、性能和燃料经济性中的至少一个。在一些实施方式中，控制器还被配置成：基于发动机扭矩请求，确定目标发动机气流和压缩机下游的节流阀的入口处的目标压力；以及基于比热系数、压缩机的入口处的空气温度和压力以及压缩机的效率确定目标压缩机功率。在一些实施方式中，控制器被配置成：还基于比热系数、涡轮的出口处的废气压力和涡轮的入口处的废气温度确定标准化的目标涡轮功率。在一些实施方式中，大气压力传感器被配置成测量大气压力，控制器还被配置成：将压缩机入口处的空气压力确定为大气压力与压缩机上游的空气过滤器上的压降之间的差值；以及将涡轮的出口处的废气压力确定为大气压力和废气门阀下游的废气处理系统上的压降之和。在一些实施方式中，涡轮是设置在废气处理系统上游的双蜗壳涡轮，并且其中废气处理系统包括三元催化转化器和消声器。在一些实施方式中，控制器还被配置成：基于目标节流阀入口压力与实际节流阀入口压力之间的误差确定用于废气门阀的目标位置的闭环校正值；以及将废气门阀致动到校正的目标位置，该校正的目标位置基于目标位置和闭环校正值。在一些实施方式中，压缩机入口温度传感器被配置成测量压缩机入口处的空气温度，节流阀入口压力传感器被配置成测量实际节流阀入口压力，以及控制器还被配置成基于发动机速度和发动机负载确定涡轮入口废气温度。在一些实施方式中，控制器被配置成实施比例-积分-微分(PID)控制方案，以确定闭环校正值。在一些实施方式中，废气门阀致动器包括被配置成致动废气门阀的直流到直流(DC-DC)电马达，被配置成测量废气门阀致动器的位置的废气门阀位置传感器，并且控制器还被配置成基于DC-DC电马达的位置确定废气门阀的位置。从下文提供的具体实施方式、权利要求和附图，本公开的教导的其他可应用领域将变得显而易见，其中，在附图的若干视图中，相同的附图标记指代相同的特征。应当理解，具体实施方式(包括所公开的实施方式和其中所参考的附图)仅仅是示例性的，本质上旨在仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围、其应用或用途。因此，不脱离本公开的主旨的变型旨在落入本公开的范围内。附图说明图1是根据本公开的原理的示例性车辆的功能框图；图2是根据本公开的原理的示例性涡轮增压器系统的示意图；图3A-3B是示出根据本公开的原理的示例性涡轮增压器数据的曲线图；以及图4是根据本公开的原理的控制发动机的涡轮增压器的示例性方法的流程图。具体实施方式如上所述，传统的涡轮增压器控制通常是低效率的，并且仍需要在相关领域中进行改进。因此，提出了改进的基于物理的涡轮增压器控制技术。这些技术将目标压缩机功率与废气门阀的位置直接关联。该建模消除了许多复杂的中间数学运算并且大大简化了校准过程。所公开的技术的一个益处是由于ECU易于实施而降低了成本，并且校准工作量更少。更具体地，与传统的基于模型的技术相比，所公开的技术涉及更少的参数的计算。所公开的技术的另一个益处是由于在瞬态操作期间和变化的环境条件下的改进的稳健性而降低的增压预留和/或节流损耗，改善了响应、性能和/或燃料经济性。现在参考图1，示出了示例性车辆100的功能框图。车辆100包括内燃发动机104，其燃烧空气/燃料混合物，以产生驱动扭矩。发动机104的非限制性示例包括火花点火(SI)发动机和压缩点火(CI)发动机。虽然本文未示出或讨论，但是应当了解，车辆100可以包括其他扭矩产生源，诸如由车辆100的混合配置中的电池系统供电的电马达。空气经由进气系统108被吸入发动机104，由燃烧产生的废气经由废气系统112从发动机104排出。由发动机104产生的驱动扭矩经由传动装置(未示出)从发动机104的曲轴(未示出)传递到车辆100的驱动系116(例如，车轮)。涡轮增压器系统120包括涡轮增压器124，涡轮增压器124使用来自废气系统112中的废气的动能(例如，废气背压或流)来加压，并由此增加经由进气系统108进入发动机104的气流。更具体地，废气驱动涡轮增压器124的涡轮128(例如，双蜗壳涡轮)，涡轮128又经由轴136驱动涡轮增压器124的压缩机132(例如，离心压缩机)。控制器140例如基于由驾驶员提供的扭矩请求控制进入发动机104的气流，以实现期望量的空气。这包括控制器140协调涡轮增压器系统120以及其他装置(例如，节流阀，未示出)的控制，使得期望量的空气进入发动机104。在一些实施方式中，车辆100包括废气再循环(EGR)系统(未示出)，其以协调的方式将废气再循环到发动机104中。现在参考图2，示出了涡轮增压器系统120的示例性配置200的示意图。空气由压缩机132经过空气净化器或空气过滤器(AF)204被吸入进气系统108。入口温度传感器208配置成测量压缩机132的入口处的空气温度。由压缩机132输出的加压空气选择性地经由压缩机再循环路径212再循环，压缩机再循环路径212由压缩机再循环阀216调节。加压空气也选择性地经由节流阀220(例如，蝶形阀)提供给发动机104的进气歧管228。入口压力传感器224配置成测量节流阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于发动机的涡轮增压器的控制系统，所述系统包括：废气门阀，被配置成使来自所述涡轮增压器的涡轮的废气转向，所述涡轮可旋转地联接到所述涡轮增压器的压缩机；以及控制器，被配置成：获得用于所述发动机的扭矩请求；基于发动机扭矩请求确定目标压缩机功率；基于所述目标压缩机功率确定标准化的目标涡轮功率；基于所述标准化的目标涡轮功率和标准化的废气流量确定所述废气门阀的目标位置；以及将所述废气门阀致动到所述目标位置，其中，由所述控制器将所述废气门阀致动到所述目标位置，(i)降低了增压预留和节流损耗中的至少一个，以(ii)提高发动机响应、性能和燃料经济性中的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.29 US 15/142,5781.一种用于发动机的涡轮增压器的控制系统，所述系统包括：废气门阀，被配置成使来自所述涡轮增压器的涡轮的废气转向，所述涡轮可旋转地联接到所述涡轮增压器的压缩机；以及控制器，被配置成：获得用于所述发动机的扭矩请求；基于发动机扭矩请求确定目标压缩机功率；基于所述目标压缩机功率确定标准化的目标涡轮功率；基于所述标准化的目标涡轮功率和标准化的废气流量确定所述废气门阀的目标位置；以及将所述废气门阀致动到所述目标位置，其中，由所述控制器将所述废气门阀致动到所述目标位置，(i)降低了增压预留和节流损耗中的至少一个，以(ii)提高发动机响应、性能和燃料经济性中的至少一个。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置成：基于所述发动机扭矩请求，确定目标发动机气流和所述压缩机下游的节流阀的入口处的目标压力；以及基于比热系数、所述压缩机的入口处的空气温度和压力以及所述压缩机的效率确定所述目标压缩机功率。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器被配置成还基于比热系数、所述涡轮的出口处的废气压力和所述涡轮的入口处的废气温度确定所述标准化的目标涡轮功率。4.根据权利要求3所述的系统，还包括大气压力传感器，所述大气压力传感器被配置成测量大气压力，其中所述控制器还被配置成：将所述压缩机入口处的空气压力确定为所述大气压力与所述压缩机上游的空气过滤器上的压降之间的差值；以及将所述涡轮的出口处的废气压力确定为所述大气压力和所述废气门阀下游的废气处理系统上的压降之和。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述涡轮是设置在所述废气处理系统上游的双蜗壳涡轮，并且其中所述废气处理系统包括三元催化转化器和消声器。6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器还被配置成：基于目标节流阀入口压力与实际节流阀入口压力之间的误差确定用于所述废气门阀的目标位置的闭环校正值；以及将所述废气门阀致动到校正的目标位置，所述校正的目标位置基于所述目标位置和所述闭环校正值。7.根据权利要求6所述的系统，还包括：压缩机入口温度传感器，被配置成测量所述压缩机入口处的空气温度；节流阀入口压力传感器，被配置成测量所述实际节流阀入口压力；以及其中，所述控制器还被配置成基于发动机速度和发动机负载确定涡轮入口废气温度。8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制器被配置成实施比例-积分-微分(PID)控制方案，以确定所述闭环校正值。9.根据权利要求1所述的系统，还包括：废气门阀致动器，包括被配置成致动所述废气门阀的直流到直流(DC-DC)电马达；以及废气门阀位置传感器，被配置成测量所述废...

【专利技术属性】
技术研发人员：李扬，于松平，
申请(专利权)人：FCA美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US