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CN104420981B - 用于退化测量的废气门阀控制 - Google Patents

用于退化测量的废气门阀控制 Download PDF

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CN104420981B CN201410374152.8A CN201410374152A CN104420981B CN 104420981 B CN104420981 B CN 104420981B CN 201410374152 A CN201410374152 A CN 201410374152A CN 104420981 B CN104420981 B CN 104420981B
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Abstract

本发明涉及用于退化测量的废气门阀控制。提供在退化的废气门阀传感器的存在下用于控制废气门的各种系统和方法。在一个示例中，响应来自废气门阀传感器的反馈不可用，废气门阀经由排气压力部分地移动到至少部分打开位置，以响应在第一范围内的期望的升压。响应来自废气门阀传感器的反馈不可用，废气门阀以响应升压压力动态的速率朝向全闭位置被移动，以响应在第二、不同范围内的期望的升压。

Description

用于退化测量的废气门阀控制
技术领域
本公开涉及涡轮增压器中的废气门阀的控制。
背景技术
一些内燃发动机利用诸如涡轮增压器的压缩装置增加发动机扭矩/功率输出密度。在一个示例中，涡轮增压器可包括由驱动轴连接的压缩机和涡轮，其中涡轮联接到发动机的排气歧管侧且压缩机联接到发动机的进气歧管侧。以此方式，排气驱动的涡轮将能量供应到压缩机，以增加进气歧管的压力(例如，升压或升压压力)，以及增加进入发动机的空气流量。通过调节到达涡轮的气体量，例如用废气门，可控制升压。基于工况可控制废气门阀，以实现期望的升压。可提供指示废气门状态的传感器，如指示废气门阀位置的位置传感器。在一些示例中，废气门阀是气动致动的，而在其他示例中，废气门阀是电动致动的，例如通过电动马达。
美国专利号8397499描述了用于控制涡轮增压的发动机的系统。通过调节进气节气门和涡轮增压器的废气门，增加升压控制的响应，以控制供应到发动机的升压水平。控制系统利用多个反馈机构和前馈机构以减少误差，其包括节气门入口压力(TIP)的测量，以解决由运动进气节气门引起的干扰，并且将这些干扰与其他影响分离。
在其他方法中，废气门控制系统采用内部环路控制和外部环路控制，以便于废气门阀的定位，并且因此将期望的升压水平提供到发动机。外部环路控制可实现期望的升压水平，而内部环路控制可包括闭环控制机构，该机构通过将命令发给废气门阀致动器控制废气门阀(例如，废气门阀位置)，提供较快的废气门控制动态。
发明内容
发明人在此已经认识到这种方法的问题。当指示相关联的废气门阀的状态(例如，位置)的传感器的操作变得退化时，可用于内部环路控制机构的反馈不再可用。因此，准确的升压水平不可传送到发动机。虽然废气门阀可保持在至少部分打开位置，以保护发动机部件免受损坏，但足够的升压水平在一定的负载范围下不能传送到发动机。
在退化的废气门阀状态传感器的存在下用于控制废气门的系统和方法。
在一个示例中，响应来自废气门阀传感器的反馈不可用，废气门阀经由排气压力部分地移动到至少部分打开位置，以响应在第一范围内的期望的升压。响应来自废气门阀传感器的反馈不可用，废气门阀以响应升压压力动态的速率朝向全闭位置移动，以响应在第二、不同范围内的期望的升压。
以此方式，当来自废气门阀传感器的反馈不可用时，可将足够的升压提供到发动机。因此，通过这些行为实现该技术结果。
当单独或结合附图时，通过下面的具体实施方式，本说明的上述优点和其他优点以及特征将是显而易见的。
应当理解，提供上述概述是以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一些概念。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由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示出包括废气门的涡轮增压发动机的方框图。
图2示出根据本公开的实施例的电动废气门的示例。
图3示出根据本公开的实施例的气动废气门的示例。
图4示出说明经由图2或图3的废气门用于控制涡轮增压器的方法的流程图。
图5示出说明在退化的废气门阀传感器的存在下用于控制图2或图3的废气门的方法的流程图。
图6示出说明在退化的废气门阀传感器的存在下废气门控制的表格。
图7示意性地示出控制系统的示例，通过该控制系统可控制图2和图3的废气门。
具体实施方式
诸如涡轮增压器的压缩装置可用于增加内燃发动机的输出。通过定位废气门阀，废气门可部分调整供应到发动机的升压压力，从而控制到达涡轮增压器的涡轮的排气量。然而，跟踪废气门阀位置的传感器的故障会阻碍废气门阀的准确定位以及因此对发动机的升压的准确供应。在一些方法中，提供内部环路控制以定位废气门阀。在废气门阀传感器(例如，位置传感器)退化的情况下，废气门阀可定位在至少部分打开位置，以保护发动机免受损坏，但结果足够的升压水平在一定负载范围不能传送到发动机。
在退化的废气门阀传感器的存在下，提供用于控制废气门的各种系统和方法。在一个示例中，响应来自废气门阀传感器的反馈不可用，废气门阀经由排气压力部分地移动到至少部分打开位置，以响应在第一范围内的期望的升压。响应来自废气门阀传感器的反馈不可用，废气门阀以响应升压压力动态的速率朝向全闭位置移动，以响应在第二、不同范围内的期望的升压。图1是包括废气门的涡轮增压发动机的方框图。图2示出根据本公开的实施例的电动废气门的示例。图3示出根据本公开的实施例的气动废气门的示例。图4示出说明经由图2或图3的废气门用于控制涡轮增压器的方法的流程图。图5示出说明在退化的废气门阀传感器的存在下用于控制图2或图3的废气门的方法的流程图。图6示出说明在退化的废气门阀传感器的存在下废气门控制的表格。图7示意性地示出控制系统的示例，通过该控制系统可控制图2和图3的废气门。图1的发动机还包括经配置执行图4和图5所描绘的方法的控制器。
图1是示出可包括在汽车推进系统中的示例性发动机10的示意图。所示发动机10具有四个汽缸30。然而，根据本公开可使用其他数量的汽缸。可以通过包括控制器12的控制系统和车辆操作员132经由输入装置130的输入至少部分控制发动机10。在此示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的每个燃烧室(例如，汽缸)30可包括其中设置有活塞(未示出)的燃烧室壁。该活塞可联接到曲轴40，使得活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间变速器系统(未示出)联接到车辆的至少一个驱动轮。进一步，起动机马达可经由飞轮联接到曲轴40，以能够实现发动机10的起动运行。
燃烧室30可经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气空气，以及可经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管46可分别经由各自进气门和排气门(未示出)选择性地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
所示燃料喷射器50直接联接到燃烧室30，该燃料喷射器与从控制器12接收的信号FPW脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到燃烧室中。以这种方式，燃料喷射器50提供将燃料喷射到燃烧室30的所谓直接喷射。例如，燃料喷射器可安装在燃烧室的侧面或其顶部。燃料可通过包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的燃料系统(未示出)输送到燃料喷射器50。在一些实施例中，燃烧室30可替代地或额外地包括布置在进气歧管44中的燃料喷射器，其在燃料喷射器中这样配置：即该配置提供将燃料喷射至每个燃烧室30上游的进气道的所谓进气道喷射。
进气通道42可包括分别具有节流板22和24的节气门21和23。在此具体示例中，通过控制器12，经由提供给包括在节气门21和23中的致动器的信号可改变节流板22和24的位置。在一个示例中，致动器可为电动致动器(例如电动马达)，该配置通常称为电子节流控制(ETC)。以这种方式，可运行节气门21和23以改变提供给其他发动机气缸中的燃烧室30的进气空气。通过节气门位置信号TP可向控制器12提供节流板22和24的位置。进气通道42还可包括用于向控制器12分别提供信号MAF(质量空气流)、MAP(歧管空气压力)和TIP(节气门入口压力)的质量空气流量传感器120、歧管空气压力传感器122和节气门入口压力传感器124。
排气通道48可接收来自汽缸30的排气。所示排气传感器128联接到涡轮62和排放控制装置78上游的排气通道48。例如，传感器128可从用于提供诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、NOx、HC或CO传感器的排气空气/燃料比指示的各种合适传感器中选择。排放控制装置78可是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
排气温度可由位于排气通道48中的一个或更多个温度传感器(未示出)测量。可替代地，基于诸如速度、负载、空燃比(AFR)、点火延迟等发动机工况可推断排气温度。
图1示出控制器12为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、在此具体示例中示为只读存储器芯片(ROM)106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110以及数据总线。控制器12可接收来自联接至发动机10的传感器的各种信号，除了之前讨论过的那些信号外，还包括：来自质量空气流量传感器120的引入的质量空气流(MAF)的测量；来自定位在入口节气门21上游的节气门入口压力传感器124的节气门入口压力(TIP)；来自在发动机10内的一个位置中示意性地示出的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；来自联接至曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火拾取信号(PIP)；来自所讨论的节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自所讨论的传感器122的歧管绝对压力信号MAP。发动机速度信号RPM可通过控制器12从信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管44中的真空或压力的指示。需要注意的是，可使用上述传感器的各种组合，如MAF传感器没有MAP传感器，反之亦然。在化学计量操作期间，MAP传感器可给出发动机扭矩的指示。此外，该传感器连同检测的发动机速度可提供被引入汽缸内的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，也用作发动机速度传感器的传感器118可以在曲轴40的每转产生预定数量的等间隔脉冲。在一些示例中，可用计算机可读数据对存储介质只读存储器106进行编程，该计算机可读数据表示由处理器102执行的指令，该指令用于执行下面描述的方法以及预期但没有具体列出的其他变体。
发动机10还可包括诸如涡轮增压器或机械增压器的压缩装置，其包括沿进气歧管44布置的至少一个压缩机60。对于涡轮增压器，压缩机60可经由例如轴或其他联接装置通过涡轮62至少部分地驱动。涡轮62可沿排气通道48布置。可提供各种装置以驱动压缩机。对于机械增压器，压缩机60可由发动机和/或电机至少部分驱动，并且可不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供到发动机的一个或更多个汽缸的压缩量可通过控制器12改变。在一些情况下，涡轮62可驱动例如发电机64，以将电力经由涡轮驱动器68提供到电池66。来自电池66的电力然后可经由马达70用于驱动压缩机60。此外，传感器123可设置在进气歧管44中以用于将升压(BOOST)信号提供给控制器12。
此外，排气通道48可包括用于将排气转向远离涡轮62的废气门26。在一些实施例中，废气门26可是多级废气门，如两级废气门，其中第一级经配置控制升压压力，且第二级经配置增加至排放控制装置78的热通量。例如，废气门26可用致动器150运行，致动器150例如可以是电动或气动致动器。进气通道42可包括经配置将进气空气转向围绕压缩机60的压缩机旁通阀27。例如，当期望较低的升压压力时，经由待打开的致动器(例如，致动器150)通过控制器12可控制废气门26和/或压缩机旁通阀27。
进气通道42还可包括增压空气冷却器(CAC)80(例如，中间冷却器)，以降低涡轮增压的或机械增压的进气气体的温度。在一些实施例中，增压空气冷却器80可是气到气热交换器。在其他实施例中，增压空气冷却器80可是气到液热交换器。
此外，在公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可经由EGR通道140将排气的期望的部分从排气通道48路由至进气通道42。提供到进气通道42的EGR量可经由EGR阀142通过控制器12改变。此外，EGR传感器(未示出)可布置在EGR通道内，并且可提供排气的压力、温度和浓度中的一个或更多个的指示。可替代地，通过基于来自MAF传感器(上游)、MAP(进气歧管)、MAT(歧管空气温度)和曲轴速度传感器的信号的计算值，可控制EGR。此外，基于排气氧传感器和/或进气氧传感器(进气歧管)，可控制EGR。在一些条件下，EGR系统可用于调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。图1示出高压EGR系统，其中EGR从涡轮增压器的涡轮的上游路由至涡轮增压器的压缩机的下游。在其他实施例中，发动机可额外地或可替代地包括低压EGR系统，其中EGR从涡轮增压器的涡轮的下游路由至涡轮增压器的压缩机的上游。
现转到图2，其示出废气门200的示例，该废气门可是图1的废气门26。沿图1所示的排气歧管46的一部分包括废气门200。在说明的实施例中，废气门200是电动废气门并且由致动器150驱动，虽然各种合适装置可用于驱动废气门，但在该示例中所述致动器是螺线管。致动器150将驱动力经由连杆204(例如，圆柱杆)传送到废气门阀206，该废气门阀可在全闭位置与全开位置之间转换，并且可安排在其间的任何位置。因此，废气门阀206的位置可是连续可变的，并且可经由位置传感器203监测，该位置传感器经配置将信号发送到诸如图1的控制器12的发动机控制器。然而，应当明白，可以其他方式跟踪废气门阀206的状态，例如通过其他类型的传感器或软模型。
当废气门阀206从全闭位置打开时，可产生开口，通过该开口流过排气歧管46的气体可流入室207。当废气门阀206不处于全闭位置时，气体可从室207流到可从排气歧管46接收和排放气体的通气孔208。因此，经由致动器150通过驱动废气门阀206，可控制供应到发动机的升压量，从而改变废气门阀206的位置以及到达进气歧管和涡轮增压器的涡轮(例如，图1中的涡轮62)的气体量。在一个示例中，经由枢轴可形成阀206，其中表面区域面对通过歧管202的流。枢轴两侧的压力差可产生移动枢轴所作用的力。虽然未示出，但废气门200可包括马达和齿轮箱，其中连杆204从齿轮箱的输出轴延伸到废气门阀206。在一些实施例中，位置传感器203可测量此类部件的取向，如连杆204的平移位置、输出轴或马达内侧另一部件的旋转取向。在此示例中，这样测量可用于直接确定废气门阀206的位置。而且，在其他实施例中，废气门阀的位置可基于使用参考图1所述的并且发送到控制器12的信号(例如BOOST)中的一个或更多个的软模型确定。
废气门200可任选地包括偏置件210。偏置件210一端附接到废气门200，而另一端附接到废气门阀206。在一些实施例中，选择偏置件210以供应维持废气门阀206处于全闭位置达到阈值压力的闭合力。作为一个非限制性示例，对于0.75bar与1bar之间的涡轮增压器涡轮两侧的平均压力差，可选择偏置件210以允许废气门阀206打开。如果废气门退化，例如由于致动器150的动力损耗，废气门阀206经由弹簧预负载可维持在全闭位置达到阈值压力，从而确保足够的升压积聚传送到发动机。当不需要限制缩小的程度来解决废气门致动器退化的可能性时，这种配置可特别有利于小型化发动机。相反，在阈值压力处或高于阈值压力处，偏置件210可允许废气门阀206朝向全开位置移动，从而限制最大升压，尤其是在高负载下。而且，当偏置件210将附加的闭合力供应到废气门26时，废气门致动器(例如，致动器150)的尺寸及其功率消耗可减小。因此，在未退化运行中，致动器可保持阀处于全闭位置，其中当前水平低于如果弹簧预负载为零时的水平。可选择供应到致动器150的电流，以解决诸如弹簧的偏置的闭合力。在说明的实施例中，虽然各种合适的结构可用于将附加的闭合力供应到废气门26，但偏置件210被示出为预压缩状态下的弹簧。在采用弹簧的情况下，可选择弹簧常数以供应达到特定阈值压力的闭合力，并且将足够的升压供应到发动机。
在全闭位置处，废气门阀206接触到阀座212，从而邻接阀座并且将废气门200与排气通道46流体密封，使得流过排气通道的气体不进入废气门。在此位置处，根据诸如图1的节气门21和23的位置的其他条件，最大升压可提供到发动机10。图2也示出低升程区域214，其指定这样的区域，即对于该低升程区域中的废气门阀的多个位置(例如升程)，废气门阀206与阀座212之间的分离被认为相对较小。如本文所用，“升程”同样可指废气门阀与相应阀座的分离。低升程区域214可从阀座212的上表面216延伸到室207内的任何合适的定义点，并且其可从此上表面到废气门阀206的上表面被测量。例如，低升程区域214可从阀座212的上表面216延伸到室207的总高度的大约20％的高度。然而，应当理解，基于废气门的物理特性可预定合适的低升程区域，或基于各种操作参数可动态确定合适的低升程区域。如果位置传感器203的操作退化，废气门阀206可放置在低升程区域214内的位置，如参考图5进一步详细所述。
现转到图3，示出废气门300的另一示例，其可以是图1的废气门26。如图2所示的电动废气门200一样，沿图1所示的排气歧管46的一部分包括废气门300，并且废气门300包括联接到连杆304(例如，圆柱杆)的废气门阀302。然而，废气门300是经由加压流体控制的气动废气门。因此，连杆304联接到隔板306，隔板306进而联接到偏置件308，该偏置件可是图2的偏置件210或任何其他合适的偏置件。偏置件308可将废气门阀302和隔板306偏置到任何合适位置——例如，处于全闭位置、全开位置、或其间的任何地方。位置传感器303跟踪废气门阀302的位置，从而将跟踪的位置传到发动机控制器(如图1的控制器12)。可替代地和附加地，废气门300可包括压力传感器305，以便于跟踪废气门的状态。
为便于废气门阀302的气动定位，加压流体源310经由第一管道313将不同水平的加压流体(例如，加压空气)提供到废气门300的第一室312。进入第一室312的加压流体作用于隔板306，从而调节隔板306的位置并且因此废气门阀302具有足够的压力。当废气门阀302处于全闭位置时(例如，完全邻接阀座314，并且将流过排气歧管46的气体与第一室312流体密封)，从加压流体源310传送到第一室的加压流体提供机构，通过该机构废气门阀302可开始打开。然而，在其他部分地打开位置处，从加压流体源310传送的加压流体可与从排气歧管46到位置废气门阀302进入第一室312的排气结合。加压流体源310可是例如空气压缩机或来自图1的发动机10的进气空气源。虽然未示出，但加压流体源310可包括真空调节器和/或一个或更多个阀，以控制到第一室312的加压流体的供应。同样地，废气门300可任选地包括第二加压流体源316，其经配置经由第二导管320将加压流体(例如，加压空气)提供到废气门300中的第二室318。从该源传送到第二室318的加压流体可沿与将流体传送到第一室312相反的方向作用于隔板306。由于真空调节器和/或一个或更多个阀包括在第二加压流体源316和/或第二导管320中，经由到第一室312和第二室318两者的加压流体的平衡供应，可实现废气门阀302的准确定位。应当明白，在不偏离本公开的范围的情况下，可对废气门300作出合适的修正。例如，可提供通气孔(未示出)以进一步帮助废气门中的压力调节。
图3也示出低升程区域322，其中对于此低升程区域中的废气门阀的多个位置(例如升程)，废气门阀302与阀座314之间的分离被认为相对小。如图2所示的低升程区域214一样，低升程区域322可从阀座314的上表面324延伸到第一室312内的任何合适的定义点，并且可从此上表面到废气门阀302的上表面被测量。作为非限制示例，低升程区域322可从阀座314的上表面324延伸到第一室312和第二室318的总高度的大约15％的高度。低升程区域322可定义为第一室312和第二室318的总高度的任何合适部分，并且可基于废气门300的物理特性预先确定，或基于各种期望的运行参数动态地确定。如果传感器302和/或传感器303的运行退化，废气门阀302可放置在低升程区域322内的位置，如参考图5进一步详细所述。
图4示出说明可由发动机控制器(例如，控制器12)执行的经由废气门(废气门200和300)用于控制涡轮增压器的方法400的流程图。在一个示例中，经由废气门控制发动机的涡轮增压器的方法可包括确定期望的升压压力和实际升压压力。废气门可根据期望的升压压力与实际升压压力之间的差异进行调节。
在410处，该方法包括根据发动机工况确定期望的升压。评估的条件可用例如诸如传感器112、118、120、122、123、124和134的传感器直接测量，和/或可根据其他发动机工况中估计该条件。评估的条件可包括发动机冷却液温度、发动机机油温度、质量空气流(MAF)、歧管压力(MAP)、升压(例如，来自传感器123的BOOST压力)、节气门入口压力(TIP)、发动机速度、怠速速度、大气压力、驾驶员需求的扭矩(例如，来自踏板位置传感器134)、空气温度、车辆速度等。
接下来，在420处，可确定实际升压压力。实际升压可从诸如传感器123的传感器直接测量。测量值可经由BOOST压力信号发送到控制器12并且存储在计算机可读存储介质中。在可替代的实施例中，例如，基于诸如MAP和RPM的其他运行参数，可估计实际升压压力。
接下来，在430处，可确定大气压力。例如，大气压力可在发动机起动时根据MAP传感器测量，和/或基于发动机的工况估计，发动机的工况包括MAF、MAP、节气门位置等。测量值可发送到控制器12并且存储在计算机可读存储介质中。在可替代的实施例中，基于其他运行参数，可估计大气压力。
接下来，在440处，确定废气门状态的指示是否可用。在位置传感器(例如，位置传感器203)用于跟踪废气门的废气门阀位置的实施例中，可确定来自位置传感器的输出是否可用。在压力传感器(例如，压力传感器305)用于指示废气门状态的其他实施例中，可确定来自压力传感器的输出是否可用。如果废气门状态的指示不可用(否)，则方法前进到图5的502，此处以退化的模式经由单独方法500(下面进一步详细所述的方法)控制废气门。如果废气门状态的指示可用(是)，则方法前进到450。
接下来，在450处，基于废气门两侧的压力差、排气流、和/或废气门阀的角度，可计算废气门致动力。废气门可根据废气门致动力来调节。废气门致动力可准确地类似于废气门两侧的压力差。例如，废气门致动力可用作对废气门动态的输入。废气门动态可将期望的废气门压力或期望的废气门阀位置映射到给定的废气门致动力的废气门占空比，其中占空比信号由控制器生成，并且发送到废气门致动器以调节致动力。废气门致动器可是例如废气门200中的致动器150或废气门300中的真空调节器。映射到废气门占空比可包括使用查找表或计算废气门占空比。废气门控制(WGC)信号可包括经由废气门占空比的脉冲宽度调制，以调节废气门。通过例如前馈、反馈、或其他控制算法，可实现期望的废气门压力或期望的废气门阀位置。
补偿项可解决废气门致动器的延迟。另外，补偿项还可包括基于双独立凸轮的移动的调节，其可影响升压压力。例如，当进气凸轮以将增加相对于大气压力的升压压力的方式移动时，补偿项的大小可减少。同样地，当进气凸轮以将减少相对于大气压力的升压压力的方式移动时，补偿项的大小可增加。
返回到图4，在460处，废气门可根据期望的升压调节。例如，期望的升压压力可用作对用于调节废气门位置的前馈控制算法的输入。前馈控制算法可处理目标废气门压力或目标废气门阀位置，其可用作对内部控制环路的输入。
最后，在470处，升压误差可计算为期望的升压压力和实际升压压力之间的差异。废气门可根据处理的升压压力误差来调节。例如，如果希望压力控制，或目标废气门阀位置在内部环路内，则升压压力误差可用作对反馈控制算法的输入，以计算目标废气门压力。控制算法可包括上述的补偿项。
现转到图5，其示出当指示废气门阀位置的传感器的输出不可用时，用于控制废气门的方法500。例如，如果传感器203，303的运行变得退化，可执行方法500。一旦确定废气门状态的指示在图4所示的方法400的440处不可用时，执行该方法。
在502处，确定期望的升压是否在第一范围内。第一范围可包括例如从零升压(例如，没有期望的升压)延伸到相对低的升压值(例如，最大升压的20％)的升压值的较低端。然而，可调节此类值和总体第一范围，以便在传感器退化或废气门状态不可用的情况下，根据期望的升压与升压范围的关联，执行为方法500的部分的行为适合于废气门操作。如果期望的升压在第一范围内(是)，则方法前进到504。
在504处，通过将短电流脉冲发给其相关联的致动器—例如，电动废气门200的致动器150，或气动废气门300的真空调节器，打开废气门阀。电流脉冲的持续时间可基于废气门阀的物理特性被预先确定，并且可被选择，以便其足以提示废气门阀的打开(例如，从其相关联的阀座发射)。如在506处所示，在发出短电流脉冲后，废气门阀经由排气压力维持在至少部分打开位置。例如，流过图2和图3中的排气通道46的排气可作用于废气门阀206和302的下表面，废气门阀206和302具有足以维持与其各自阀座212和314的分离度的力。在一些情况下，继发出短电流脉冲后，排气压力可将废气门阀206和302分别维持在低升程区域214和322。经由在504和506处执行的行为，将废气门阀放置在至少部分打开位置可保护相关联的发动机免于由于升压的过量供应而造成的损坏。继506后，方法结束。
在502处，如果确定期望的升压不在第一范围内(否)，则方法前进到508。这里，在来自传感器的反馈不可用的情况下，根据期望的升压与不同范围的关联，可不同地运行废气门。在上述示例中，如果期望的升压超过最大升压的20％，则执行可替代的废气门控制。
在508处，确定期望的节气门入口压力(TIP)。期望的TIP可基于例如在图4中方法400的410处确定的期望的升压来确定，并且在一些实施例中，其中期望的TIP在410处可确定为确定期望的升压的部分。
接下来，在510处，基于在508处确定的期望的TIP，确定时间常数。时间常数提供在其上可便于升压增加的时标，并且可与控制系统700中的比例控制器的增益相关，其参考图7在下面进一步详细描述。
最后，在512处，提供给相关联的发动机(例如，发动机10)的升压在由时间常数确定的时标上增加。通常地，时间常数将相对大，以便升压相对逐步增加。逐步升压增加可确保发动机扭矩和涡轮增压器速度不会过冲。
以此方式，响应来自废气门阀传感器(例如，位置传感器)的反馈不可用，以及进一步响应期望的升压在第一范围或第二范围中，可提供升压控制。
应当明白，方法500可以各种合适方式修正。例如，在一些实施例中，在502处可代替确定期望的TIP是否在第一范围的TIP值中。在502之前，可相应确定期望的TIP，例如作为在图4中方法400的410处确定期望的升压的部分。在此示例中，根据期望的TIP，可执行方法500的废气门控制。在一些方法中，基于期望的升压水平，例如通过查阅查找表，可确定期望的TIP。
图6示出说明在来自废气门传感器的反馈不可用的情况下，根据期望的升压与第一范围或第二范围的关联的废气门控制的表格600。如上参考图5中的方法500所述，如果期望的升压在第一范围的升压水平内，通过将短电流脉冲发送到可操作地联接到废气门阀的致动器，开始废气门阀的打开。致动器可是例如电动致动器(例如，可操作地联接到废气门阀206的致动器150)或气动致动器(例如，流体地控制废气门阀302的位置的一个或更多个真空调节器)。第一范围的升压水平可从零期望的升压延伸到相对低水平的期望的升压(例如，最大升压的20％)。继短电流脉冲的供应后，废气门阀经由流过最近歧管(例如，排气歧管46)的排气压力维持在至少部分打开位置。
相反，如果期望的升压落入第二范围的升压水平内，则接合可替代废气门控制。这里，根据经由闭环控制确定的时间常数，该闭环具体到控制系统700中感测退化的废气门阀位置，增加升压水平，所述控制系统700在下面进一步详细描述。在此实施例中的第二范围的升压水平跨越第一范围的升压水平的上限(例如，上述示例中最大升压的20％)与可实现的最大升压之间的剩余范围的升压水平。在一些实施例中，虽然根据期望的运行的各种模式可修正第一范围和第二范围的升压水平，但第二范围的升压水平可包括中等水平和高水平的期望的升压。
如上所述，基于期望的TIP和期望的TIP是否落入相关的第一范围或第二范围的TIP值，可代替执行具体到第一范围和第二范围的废气门控制行为。在一些示例中，通过利用使期望的升压水平与期望的TIP值相关的查找表，可确定期望的TIP。
现转到图7，其示意性地示出控制系统700，其中响应工况可执行废气门控制。控制系统700可用于经由废气门200和300的控制便于期望的升压的供应，并且在废气门传感器退化的情况下，还可用于实施废气门控制，如参考图5和图6所述。虽然参考图1的发动机10示出和描述，但控制系统700可在其他合适发动机中实施。
发动机10将期望的节气门入口压力(TIP)和实际TIP供应到第一求和块702。当实际TIP可基于来自诸如图1所示的传感器124的TIP传感器的输出确定时，期望的TIP可如上述确定(例如，基于工况和/或基于期望的升压)。在第一求和块702处已经确定期望的TIP与实际TIP之间的差异，该差异供应到通常作为控制系统700中的比例控制器的反馈模块704。
如在说明的实施例中所示，反馈模块704包括控制机构，该控制机构可在废气门阀传感器正常运行情况下以及传感器运行已经退化(例如，来自位置传感器的反馈不可用)的情况下采用。可为传感器正常运行(例如，来自位置传感器的反馈可用)接合的正常的控制机构706包括内部环路708和外部环路710。内部环路708可接收来自传感器的关于废气门阀位置的反馈，并且响应反馈和其他工况产生期望的废气门阀位置。内部环路708因此提供此示例中的闭环控制。然而，应当明白，内部环路708可产生可涉及可操作地联接到废气门阀的致动器的其他合适命令。例如，内部环路708可产生联接到废气门阀的电动致动器的旋转部件的期望的取向。通过实施期望的TIP水平，或在一些实施例中实施期望的升压水平，外部环路710可提供开环控制。
可为退化的传感器运行接合的退化的控制机构712包括外部环路714，由于缺少来自传感器的反馈省略闭合的内部环路，以便没有基于期望的位置和传感器反馈的废气门的控制调节。在一些实施例中，只有当来自废气门阀传感器的反馈可用时，可接合退化的控制机构712。当期望的升压(或相应的期望的TIP)在上述第一范围(例如，从零期望的升压延伸到最大可实现升压的相对低百分比)内时，开环控制可用于开始废气门阀的打开。然而，如果期望的升压(或相应的TIP)在上述的第二范围内(例如，高于第一范围的上限)，则通过利用由诸如图1中的传感器124的TIP传感器提供的实际TIP的测量值，退化的控制机构712可提供闭环控制。通过产生选择性的增益以便于根据为此状态下的升压水平执行的控制升压增加，外部环路714不同于正常的控制结构706中的外部环路710。
不管控制机构706和712中的哪一个被接合，反馈模块704输出指示根据占空比的期望的TIP与实际TIP之间的差异的误差，并且因此结合控制系统700的其他部件，控制供应到发动机10的升压压力。此占空比误差提供到也从前馈模块718接收废气门占空比的第二求和块716。前馈模块718从发动机10接收期望的TIP，并且产生适当的废气门占空比，例如经由查找表。利用由前馈模块718提供的占空比以及由反馈模块704提供的占空比误差，第二求和块716输出校正的占空比，该占空比馈送到可操作地联接到废气门阀的致动器720。致动器720可是例如可操作地联接到废气门阀206的致动器150或经配置气动致动废气门阀302的真空致动器。
在一些实施例中，退化的控制机构712的输出可表示为P＝KP*e(t)，其中KP是增益，e(t)作为时间的函数的误差(例如，在第一求和块702处确定的期望的TIP与实际TIP之间的误差)，以及P是退化的控制机构的输出(例如，占空比误差)。如以上参考图5和图6所述，第二范围的升压值中的期望的升压的升压增加可在根据基于升压动态确定的时间常数的时标上执行。此时间常数可基于增益KP，并且在一些示例中可与增益KP成比例。对于一些情况，由于与升压动态相比，废气门致动器(例如致动器150)相对较快的响应，因此与典型增益值相比，增益KP可设置为相对较低值。更具体地，经由相关联的致动器调节废气门阀位置所用的时间可显著小于反映由废气门阀位置调节产生的供应到发动机的升压水平变化所用的时间。
经由上述控制例程的执行以及控制系统700的实施，在来自废气门阀的反馈不可用的情况下，充足的升压可传送到发送机。升压的过量供应以及发动机扭矩和涡轮速度的过冲可进一步避免。
注意，在此包括的示例性控制和估计方法可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在此所描述的特定方法可表示任何数目的处理策略中的一种或更多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所说明的各种行为、操作或功能可按说明的顺序执行、并行执行、或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现在此所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为易于说明和描述提供。根据所使用的具体策略，可重复执行所说明的行为或功能中的一种或更多种。进一步地，所述行为可用图形表示待编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质内的代码。
应该明白，因为能有许多变化，所以在此公开的配置和方法本质上是示例性的，并且这些特定实施例不应被视为具有限制意义。例如，上述技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它的发动机类型。本公开的主题包括在此公开的各种系统和配置，以及其它特征、功能、和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
随附权利要求特别指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指“一个”元件或“第一”元件或其等价物。此类权利要求应理解成包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多此类元件。所公开的特征、功能、元件、和/或性质的其它组合和子组合可通过本权利要求的修正或通过在本申请或相关申请中呈现的新权利要求加以要求。此类权利要求，无论比原始权利要求范围更宽、更窄、相同、或不同，仍被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于操作发动机的方法，其包括：
响应来自废气门阀传感器的反馈不可用：
部分地经由排气压力将废气门阀移动到至少部分打开位置，以响应在第一范围内的期望的升压；以及
以响应升压压力动态的速率将所述废气门阀朝向全闭位置移动，以响应在不同的第二范围内的所述期望的升压。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中所述废气门阀由电动致动器和气动致动器中的一种致动；以及
其中所述废气门阀传感器是位置传感器和压力传感器中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述期望的升压在所述第一范围内，进一步经由对可操作地联接到所述废气门阀的致动器的短电流脉冲的供应，将所述废气门阀移动到所述至少部分打开位置。
4.根据权利要求1所述的方法，
其中所述第一范围从期望的零升压延伸到相对低的期望的升压；以及
其中所述第二范围从所述相对低的期望的升压延伸到最大可实现升压。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述升压压力动态包括期望的节气门入口压力。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述速率基于控制升压压力的反馈控制器的第一外部环路的输出来确定，只有来自所述废气门阀传感器的反馈不可用时，所述第一外部环路接合。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一外部环路的所述输出基于增益和期望的节气门入口压力与实际节气门入口压力之间的误差。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述反馈控制器还包括第二外部环路和内部环路，只有来自所述废气门阀传感器的反馈可用时，所述第二外部环路和所述内部环路接合。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述反馈控制器经配置输出占空比误差，所述方法还包括：
经由前馈模块确定占空比，所述前馈模块经配置基于期望的节气门入口压力经由查找表产生所述占空比；
基于所述占空比与所述占空比误差之间的差异，确定校正的占空比；以及
基于所述校正的占空比，将所述废气门阀移动到所述至少部分打开位置和所述全闭位置中的一个。
10.一种发动机系统，其包括：
反馈模块，其包括第一外部环路，如果来自废气门阀传感器的反馈不可用，则所述第一外部环路接合，所述反馈模块经配置接收期望的节气门入口压力与实际节气门入口压力之间的差异，所述反馈模块经配置输出占空比误差；
前馈模块，其经配置基于所述期望的节气门入口压力产生占空比；和
求和块，其经配置基于所述占空比与所述占空比误差之间的差异产生校正的占空比，所述校正的占空比发送到可操作地联接到废气门阀的致动器。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述反馈模块包括第二外部环路和内部环路，如果来自所述废气门阀传感器的反馈可用，则所述第二外部环路和所述内部环路接合。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述实际节气门入口压力基于来自节气门入口压力传感器的输出来确定。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述校正的占空比是可操作的：
如果期望的升压在第一范围内，则将所述废气门阀移动到至少部分打开位置；以及
如果所述期望的升压在第二范围内，则将所述废气门阀朝向全闭位置移动。
14.根据权利要求13所述的系统，其中基于所述第一外部环路的增益，所述废气门阀以一定的速率朝向所述全闭位置移动，所述增益基于所述期望的节气门入口压力与所述实际节气门入口压力之间的差异。
15.根据权利要求10所述的系统，其中所述致动器是电动致动器和气动致动器中的一种。
16.一种用于操作发动机的方法，其包括：
确定期望的升压；
确定占空比；
基于期望的节气门入口压力与实际节气门入口压力之间的差异确定占空比误差；
基于所述占空比与所述占空比误差之间的差异确定校正的占空比；
如果来自废气门阀传感器的反馈不可用：
如果所述期望的升压在第一范围内，至少经由排气压力将废气门阀维持在至少部分打开位置；以及
如果所述期望的升压在第二范围内，经由所述校正的占空比，将所述废气门阀朝向全闭位置移动。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述占空比误差由比例反馈控制器产生。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述比例反馈控制器包括第一外部环路、第二外部环路以及内部环路，如果来自所述废气门阀传感器的反馈不可用，则所述第一外部环路接合，如果来自所述废气门阀传感器的反馈可用，则所述第二外部环路和所述内部环路接合。
19.根据权利要求16所述的方法，其还包括将所述校正的占空比发送到可操作地联接到所述废气门阀的致动器。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述占空比由前馈模块确定，所述前馈模块经配置基于所述期望的节气门入口压力经由查找表产生所述占空比。
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