用于控制涡轮增压内燃发动机中的排气泄压阀的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于控制通过涡轮增压器来涡轮增压的内燃发动机中的排气泄压阀的方法。
【背景技术】
[0002]如已知的那样，一些内燃发动机设置有涡轮增压器增压系统，其能够增加由发动机通过利用排气的焓所产生的动力来压缩由发动机所吸入的空气，从而增加进气的容积效率。
[0003]涡轮增压器增压系统包括涡轮增压器，涡轮增压器设有涡轮和压缩机，所述涡轮沿着排气管道布置以便在从发动机排出的排气推力下以高速旋转，而所述压缩机由涡轮使其旋转，并沿着供气管道布置以压缩由发动机所吸入的空气。在涡轮增压器增压系统中，出于功能性的原因(即，以便防止不规则的操作或在任何情况下的低效率)以及出于结构上的原因(即，以便防止损坏涡轮增压器)，有必要将涡轮增压器的操作范围保持在取决于发动机点的有用区域内。为了限制增压压力(即压缩机下游侧的压缩空气压力)，受控于排气泄压阀的旁通管道并联于涡轮布置；当排气泄压阀打开时，排气的一部分沿着所述旁通管道流动，从而旁通通过涡轮，这导致叶轮旋转速度的降低，由此导致增压的降低。
[0004]为了控制所述排气泄压阀，使用受控于控制电磁阀的气动致动器，其允许控制所述排气泄压阀的干预。气动致动器包括在内部支撑柔性膜的密封外壳，柔性膜将密封外壳分为两个相互水密性的腔室。柔性膜机械地连接到刚性杆，该刚性杆控制排气泄压阀以便控制排气泄压阀本身的打开和关闭。第一腔室连接到大气压力，而第二腔室连接到增压压力并且还可通过受控于比例控制电磁阀的管道连接到大气压力，比例控制电磁阀适于在关闭位置和最大打开位置之间对管道节流，其中在关闭位置下管道被完全关闭。
[0005]阻力弹簧(contrast spring)布置于第一腔室内，其在外壳的壁和柔性膜28之间受到压缩并在杆的相对侧上倚靠到柔性膜上。当两个腔室之间的压力差异低于(由阻力弹簧的预加载荷决定的)干预阈值时，所述杆保持排气泄压阀处于完全关闭位置，而当两个腔室之间的压力差异高于干预阈值时，阻力弹簧在柔性膜的推力下开始受到压缩，该柔性膜从而变形，导致所述杆的位移，所述杆的位移相应地使得所述排气泄压阀朝向打开位置移动。通过对控制电磁阀进行控制，可以利用可变通道间隙的方式将第二腔室连接到大气压力，从而能够调节两个腔室之间的压力差异，这又导致排气泄压阀的打开或关闭。应当指出的是，直到增压压力与大气压力之间的压力差异不超过干预阈值(等于由阻力弹簧所产生的预加载荷除以柔性膜的面积)，排气泄压阀才不能由控制电磁阀所施加的动作打开(其只能减小而不能增大增压压力与大气压力之间的差异)。
[0006]在已知的内燃发动机中，产生目标增压压力，其用于通过增加开环贡献率(contribut1n)和闭环贡献率来产生对排气泄压阀的控制:开环贡献率通过使用通过试验得到的控制映射(control map)而生成，而闭环贡献率通过PID调节器来提供，所述PID调节器试图消除压力误差，即目标增压压力与由传感器所测得的实际增压压力之间的差升。
[0007]然而，由气动致动器的阻力弹簧所产生的预加载荷具有高的结构分散(construct1n dispers1n)、相当大的热漂移、还有一定的时间漂移。此外，气动致动器具有相当大的滞后性，即气动致动器的行为在打开运动和相反的关闭运动之间显著变化。因此，用于确定闭环贡献率的控制映射是强非线性的，以及目标增压压力的实现(pursuing)是复杂的；因此，在已知的内燃发动机中，实现目标增压压力趋向于具有大的过冲或下冲(即，实际增压压力超过或甚至显著低于目标增压压力)，从而尤其是当增压压力跨越干预阈值时产生振荡，在低于该干预阈值的情况下排气泄压阀不能由控制电磁阀所施加的动作而打开。
[0008]增压压力的过冲(即峰值)是特别烦人的，因为它们会在内燃发动机机械组件内导致显著的(并因此在时间上具有潜在危害)应力，以及因为它们会产生由车辆乘员感知的噪声以及由所述内燃发动机所产生的在驱动转矩上的相应非期望的振荡两者。
[0009]为了减小过冲的程度，可以减小用于计算排气泄压阀的闭环控制贡献率的PID调节器的额外贡献率。
[0010]例如，专利EP2314850描述了一种用于控制排气泄压阀的方法，所述方法包括以下步骤:在设计步骤中确定控制规则，其提供作为增压压力的函数的控制所述排气泄压阀的致动器的目标开度；确定目标增压压力；测量实际增压压力；通过控制规则并作为目标增压压力的函数而确定控制排气泄压阀的致动器目标位置的第一开环贡献率；确定控制排气泄压阀的致动器的目标位置的第二闭环贡献率；通过将两个贡献率加到一起来计算控制排气泄压阀的致动器的目标位置；以及对控制排气泄压阀的致动器进行控制以便实现控制排气泄压阀的致动器的目标位置。
[0011]其中，确定第二闭环贡献率的步骤提供成通过控制规则并作为实际增压压力的函数而确定控制排气泄压阀的致动器虚拟位置；通过计算控制排气泄压阀的致动器的目标位置的第一开环贡献率和控制排气泄压阀的致动器的虚拟位置之间的差异来计算位置误差；并通过试图消除位置误差本身的第一调节器处理所述位置误差来确定第二闭环贡献率。
[0012]然而，在专利EP2314850中所述的控制方法仅在下述操作状态下是相当健壮的、迅速的且没有振荡，所述操作状态是其中没有从进气歧管直接到内燃发动机I排气装置的显著空气流。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于提供用于控制通过涡轮增压器来涡轮增压的内燃发动机中的排气泄压阀的方法，该校正方法不具有上述的缺陷，且具体地可以容易和成本有效地来实施。
[0014]根据本发明，提供用于控制通过设有涡轮和压缩机的涡轮增压器来涡轮增压的内燃发动机中的排气泄压阀的方法；其中所述内燃发动机包括进气歧管和排气歧管，并且适于允许空气从进气歧管直接流动到排气歧管；所述方法包括以下步骤:
[0015]确定目标增压压力；
[0016]测量实际增压压力；
[0017]在设计阶段确定控制规则，其提供作为压缩机的质量流率、优选降低的质量流率的函数以及选择性地作为由目标增压压力和压缩机上游侧的压力之间的比率得到的目标压缩比的函数或作为由实际增压压力和压缩机上游侧的压力之间的比率得到的压缩比的函数的控制所述排气泄压阀的致动器的目标开度；
[0018]通过控制规则确定作为目标压缩比的函数的控制排气泄压阀的致动器目标位置的第一开环贡献率；
[0019]通过控制规则确定作为压缩比的函数的控制排气泄压阀的致动器目标位置的第二闭环贡献率；
[0020]通过将第一开环贡献率和第二闭环贡献率加到一起来计算控制排气泄压阀的致动器的目标位置；以及
[0021]对控制排气泄压阀的致动器进行控制以便实现控制排气泄压阀的致动器的目标位置；
[0022]其中，在设计阶段确定提供控制所述排气泄压阀的致动器的目标开度的控制规则的步骤包括以下子步骤:
[0023]在没有直接从进气歧管流动到排气歧管的空气情况下确定控制排气泄压阀的致动器的目标位置的贡献率；
[0024]确定控制所述排气泄压阀的致动器的目标位置的贡献率，其指示从进气歧管直接流动到排气歧管的空气量；以及
[0025]通过在没有直接从进气歧管流动到排气歧管的空气情况下的贡献率和指示空气直接从进气歧管流动到排气歧管的空气量的贡献率的代数和来确定控制排气泄压阀的致动器的目标位置的第一开环贡献率和/或控制排气泄压阀的致动器的目标位置的第二闭环贡献率。
【附图说明】
[0026]现在将参照示出其非限制性实例的附图对本发明进行描述，其中:
[0027]-图1是内燃发动机的示意图，所述内燃发动机通过涡轮增压器增压并设有实施用于控制本发明的排气泄压阀对象的方法的控制单元；
[0028]-图2是排气泄压阀的气动致动器的示意图；
[0029]-图3是示出试验性控制映射的图表；以及
[0030]-图4至图6是排气泄压阀控制逻辑的框图。
【具体实施方式】
[0031]在图1中，附图标记I总体表示通过涡轮增压器增压系统2增压的内燃发动机。
[0032]内燃发动机I包括四个汽缸3，每个汽缸3通过至少一个相应的进气门(未示出)连接到进气歧管4以及通过至少一个相应的排气门(未示出)连接到排气歧管5。进气歧管4通过进气管道6接收新鲜空气(即来自外部环境的空气)，所述进气管道6上设有空气过滤器7且受控于节气门8。具有冷却吸入空气的功能的中间冷却器9沿着进气管道6布置。排气管道10连接到排气歧管5，所述排气歧管5将通过燃烧所产生的排气供应到排气系统，所述排气系统将通过燃烧所产生的气体释放到大气中且通常包括至少一个催化器11以及布置于催化器11下游侧的至少一个消音器(未示出)。
[0033]内燃发动机I的增压系统2包括设有涡轮13和压缩机14的涡轮增压器12，其沿着排气管道10布置以便在通过汽缸3排出的排气作用下高速转动，而所述压缩机14沿着所述进气管道6布置并机械地连接到涡轮13以便通过涡轮13自身使其旋转，从而增加供应到供应管道6内的空气的压力。
[0034]旁通管道15沿着排气管道10设置，旁通管道15并联地连接到涡轮13，以使得其端部连接到涡轮13本身上游侧和下游侧；排气泄压阀16沿着旁通管道15布置，其适于控制流动通过旁通管道15的排气的流率并且受到气动致动器17的控制。旁通管道18沿着进气管道6设置，旁通管道18并联地连接到压缩机14，以使得其端部连接到压缩机14自身的上游侧和下游侧；PofT阀19沿着旁通管道18布置，其适于控制流动通过旁通管道18的空气流