用于控制增压压力的系统和方法与流程

1.本公开总体上涉及内燃发动机，并且更具体地涉及控制发动机增压压力。


背景技术：

2.内燃发动机可以包括涡轮增压器以提高发动机性能。涡轮增压器可以包括压缩机以产生增压(例如，加压空气)。增压可以通过喷射到发动机气缸的燃料来补足，以在发动机的气缸内提供可燃的空气-燃料混合物。增压压力可以基于发动机转速和发动机负荷来调整。例如，如果发动机负荷增加，则增压压力可以增加。可以经由调整叶片或废气门的位置来增加增压压力。可能希望提供对增压压力增加请求的快速响应，使得可以减少涡轮增压器迟滞；然而，在瞬态工况期间增压压力响应与发动机泵气功之间的折衷可能导致发动机泵气功增加。增加的发动机泵气功可能会降低发动机燃料效率。控制增压压力的一种方式是应用比例/积分控制器来提供对增压压力的闭环控制。但是，包括对控制误差的积分反馈的线性控制可能是相对于发动机泵气功的增压压力响应的次优解决方案。因此，可能希望提供一种在不显着增加发动机泵气功的情况下改善增压压力响应的方式。


技术实现要素：

3.本文发明人已经认识到上述缺点并且已经开发了一种用于操作发动机的方法，所述方法包括：经由参考控制系统和扰动抑制控制系统来调整发动机的状态，其中所述参考控制系统不包括积分反馈并且其中所述扰动抑制控制系统包括积分反馈。
4.通过经由参考控制系统和扰动抑制控制系统调整发动机的状态，可以改善发动机响应，同时减少发动机效率的降低。具体地，参考控制系统可以不包括积分反馈，使得可以避免在次优条件下操作发动机。另外，扰动抑制控制系统可以包括积分反馈，使得设备的期望状态与设备的实际状态之间的误差可以减小到零。
5.本说明书可以提供若干优点。具体地，所述方法可以改善发动机响应。另外，所述方法可以减少发动机效率的降低，同时改善发动机响应。此外，所述方法补偿在发动机转速增加和发动机转速减小期间的不对称泵气功。
6.当单独地或结合附图来理解时，根据以下具体实施方式，将容易明白本说明书的以上优点和其他优点以及特征。
7.应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或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
8.图1示出了示例性发动机的详细示意图；
9.图2示出了根据图4的控制器的示例性发动机操作序列；
10.图3示出了根据图4的控制器的示例性发动机操作序列；以及
11.图4示出了用于调整发动机的操作状态的示例性控制器。
具体实施方式
12.本说明书涉及控制发动机的一个或多个操作状态。在一个示例中，经由控制器调整发动机(诸如图1所示的发动机)的操作状态。控制器可以如图2和图3所示操作。控制器可以是图4所示的形式。
13.参考图1，内燃发动机10(包括多个气缸，图1中示出了其中一个气缸)由电子发动机控制器12控制。控制器12从图1的各种传感器接收信号，并采用图1的各种致动器以基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调整发动机操作。
14.发动机10包括燃烧室30和气缸壁32，其中活塞36定位在所述气缸壁中并连接到曲轴40。气缸盖13紧固到发动机缸体14。燃烧室30被示出为经由相应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可以通过进气凸轮51和排气凸轮53操作。但是在其他示例中，发动机可以经由单个凸轮轴或推杆操作气门。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。进气提升阀52可以由可变气门启用/停用致动器59操作，所述可变气门启用/停用致动器可以是凸轮驱动的阀操作器(例如，如美国专利第9,605,603号；第7,404,383号和第7,159,551号中所示，全部所述美国专利出于所有目的据此以引用的方式完全并入)。同样地，排气提升阀54可以由可变气门启用/停用致动器58操作，所述可变气门启用/停用致动器可以是凸轮驱动的阀操作器(例如，如美国专利第9,605,603号；第7,404,383号和第7,159,551号中所示，全部所述美国专利出于所有目的据此以引用的方式完全并入)。对于一个或多个完整的发动机循环(例如，发动机的两转)，可以将进气提升阀52和排气提升阀54停用并保持在关闭位置，从而防止流入和流出气缸30，由此停用气缸30。当气缸30被停用时，向气缸30供应的燃料流也可以停止。
15.燃料喷射器68被示出为定位在气缸盖13中以将燃料直接喷射到燃烧室30中，这被本领域技术人员称为直接喷射。燃料由包括燃料箱26、燃料泵21、燃料泵控制阀25和燃料轨(未示出)的燃料系统输送到燃料喷射器68。可以通过改变位置阀来调整由燃料系统输送的燃料压力，所述位置阀调节到燃料泵(未示出)的流量。另外，计量阀可以位于燃料轨中或附近以用于闭环燃料控制。泵计量阀还可以调节到燃料泵的燃料流量，从而减少泵送到高压燃料泵的燃料。
16.发动机进气系统9包括进气歧管44、节气门62、格栅加热器16、增压空气冷却器163、涡轮增压器压缩机162和进气增压室42。进气歧管44被示出为与任选的电子节气门62连通，所述电子节气门调整节流板64的位置以控制来自进气增压室46的气流。压缩机162从进气增压室42抽吸空气以供应增压室46。压缩机叶片致动器84调整压缩机叶片19的位置。排气使涡轮164旋转，所述涡轮经由轴161联接到涡轮增压器压缩机162。在一些示例中，可以提供增压空气冷却器163。此外，可提供任选的格栅加热器16，以在发动机10冷起动时对进入气缸30的空气进行加温。
17.可以经由调整涡轮可变叶片控制致动器78或压缩机再循环阀158的位置来调整压缩机转速。在替代性示例中，废气门79可以替换涡轮可变叶片控制致动器78，或者除了涡轮
可变叶片控制致动器78之外，还可以使用废气门79。涡轮可变叶片控制致动器78调整可变几何形状涡轮叶片166的位置。当叶片处于打开位置时，排气可以穿过涡轮164，供应很少的能量来使涡轮164旋转。当叶片处于关闭位置时，排气可以穿过涡轮164并在涡轮164上施加增大的力。替代地，废气门79或旁通阀可以允许排气围绕涡轮164流动，以便减少供应到涡轮的能量的量。压缩机再循环阀158允许压缩机162的出口15处的压缩空气返回到压缩机162的入口17。替代地，可调整压缩机可变叶片致动器78的位置，以改变压缩机162的效率。以这种方式，压缩机162的效率可以降低，以便影响压缩机162的流量并降低压缩机喘振的可能性。此外，通过使空气返回到压缩机162的入口，可以增加对空气执行的功，从而升高空气的温度。空气在箭头5的方向上流到发动机10中。
18.飞轮97和环形齿轮99联接到曲轴40。起动机96(例如，低电压(以小于30伏操作)电机)包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可选择性地使小齿轮95前进以接合环形齿轮99，使得起动机96可在发动机转动起动期间使曲轴40旋转。起动机96可以直接安装到发动机的前部或发动机的后部。在一些示例中，起动机96可以经由皮带或链条选择性地向曲轴40供应扭矩。在一个示例中，起动机96在未接合到发动机曲轴时处于基本状态。可以经由人机界面(例如，钥匙开关、按钮、远程射频发射装置等)69或响应于车辆工况(例如，制动踏板位置、加速踏板位置、电池soc等等)请求发动机起动。电池8可以向起动机96供应电力。控制器12可以监测电池的荷电状态。
19.当燃料经由燃烧室温度达到被喷射到气缸30的燃料的自动点火温度而自动点燃时，在燃烧室30中引发燃烧。气缸中的温度随着活塞36接近上止点压缩冲程而升高。可以经由排气系统89处理排气，所述排气系统可以包括如本文所述的传感器和排放控制装置。在一些示例中，通用排气氧(uego)传感器126可以在排放装置71的上游联接到排气歧管48。在其他示例中，uego传感器可以位于一个或多个排气后处理装置的下游。此外，在一些示例中，uego传感器可以由具有nox感测元件和氧感测元件两者的nox传感器替换。
20.在较低的发动机温度下，任选的电热塞66可以将电能转换成热能，以便在燃烧室30中的喷射器的一个燃料喷雾锥形体旁边产生热点。通过在燃烧室30中燃料喷雾旁边产生热点，可以更容易点燃气缸中的燃料喷雾羽流，释放在整个气缸中传播的热量，升高燃烧室中的温度，并改善燃烧。可以经由任选的压力传感器67测量气缸压力，替代地或另外，传感器67也可以感测气缸温度。可以经由温度传感器91确定排气温度。排放装置71可以包括氧化催化剂，并且其后可以是选择性催化还原(scr)催化剂或其他排气后处理装置72。
21.可以经由高压排气再循环(egr)系统83向发动机提供egr。高压egr系统83包括阀80、egr通道81和egr冷却器85。egr阀80是阻止或允许排气从排放装置71的上游流动到压缩机162下游的发动机进气系统中的位置的阀。egr可以经由穿过egr冷却器85进行冷却。还可以经由低压egr系统75来提供egr。低压egr系统75包括egr通道77和egr阀76。低压egr可以从排放装置72的下游流到压缩机162上游的位置。低压egr系统75可以包括egr冷却器74。
22.控制器12在图1中被示出为常规的微计算机，包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器(例如，非暂时性存储器)106、随机存取存储器108、保活存储器110和常规的数据总线。只读存储器106可以包括执行特定发动机控制功能(例如，燃料喷射控制、egr控制、排放控制)的多个软件模块106a。控制器12被示出为除了接收先前讨论的那些信号之外还从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括：来自联接到冷却套筒114的温度
传感器112的发动机冷却剂温度(ect)；联接到扭矩或动力需求踏板130的用于感测由人脚132调整的踏板位置的位置传感器134；来自联接到进气歧管44的压力传感器121的发动机歧管压力(map)的测量值(替代地或另外，传感器121可以感测进气歧管温度)；来自压力传感器122的增压压力；来自氧传感器126的排气氧浓度；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120(例如，热线式空气流量计)的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。还可以感测(传感器未示出)大气压力以供控制器12处理。在本说明书的优选方面中，曲轴每旋转一圈，发动机位置传感器118产生预定数量的等距脉冲，据此可以确定发动机转速(rpm)。另外，控制器12可以从其他传感器109接收输入，所述其他传感器包括但不限于燃料轨压力传感器、排气歧管压力传感器、涡轮转速传感器和排气温度传感器。
23.在操作期间，发动机10内的每个气缸通常经历四冲程循环：所述循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，通常，排气门54关闭并且进气门52打开。空气经由进气歧管44被引入到燃烧室30中，并且活塞36移动到气缸的底部以便增加燃烧室30内的体积。活塞36靠近气缸的底部并且处于其冲程末端(例如，当燃烧室30处于其最大体积时)的位置通常被本领域技术人员称为下止点(bdc)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞36朝向气缸盖移动，以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36处于其冲程的末端并最靠近气缸盖时(例如，当燃烧室30处于其最小体积时)的点通常被本领域的技术人员称为上止点(tdc)。在下文称为喷射的过程中，燃料被引入到燃烧室中。在一些示例中，可以在单个气缸循环期间向气缸喷射燃料多次。
24.在下文称为点火的过程中，喷射的燃料通过压缩点火而点燃，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回到bdc。曲轴40将活塞移动转换成旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧的空气-燃料混合物释放到排气歧管48，并且活塞返回到tdc。注意，以上仅作为示例进行描述，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以变化，诸如以提供正或负气门重叠、迟进气门关闭或各种其他示例。此外，在一些示例中，可以使用二冲程循环而不是四冲程循环。
25.因此，图1的系统提供了一种发动机系统，所述发动机系统包括：内燃发动机，所述内燃发动机包括涡轮增压器；和控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令使所述控制器经由参考控制系统和扰动抑制控制系统来调整所述涡轮增压器的输出，所述参考控制系统包括使所述涡轮增压器的输出在发动机转速增加期间以第一速率改变并且使所述涡轮增压器的所述输出在发动机转速降低期间以第二速率改变的增益。所述发动机系统包括：其中所述第一速率小于所述第二速率。所述发动机系统包括：其中所述参考控制系统不包括积分反馈。所述发动机系统包括：其中所述扰动抑制控制系统包括积分反馈。所述发动机系统包括：其中调整所述涡轮增压器的输出包括调整叶片的位置。所述发动机系统包括：其中调整所述涡轮增压器的输出包括调整废气门位置。所述发动机系统包括：其中所述扰动抑制控制系统抑制参考轨迹与实际发动机响应之间的误差，并且其中所述参考轨迹是所述参考控制系统的输出。
26.现在转向图2，示出了现有技术的控制系统与图4的控制系统之间的预示的示例性比较。图2的序列示出了增压请求的增加。序列的部分可以经由图1的系统和图4的控制器来提供。图2的操作序列可以经由图1的系统根据图4的控制器执行存储在非暂时性存储器中
的指令来提供。竖直标记t0和t1表示序列期间的感兴趣时间。图2中的所有曲线图在时间上对准并且同时发生。
27.从图2的顶部开始的第一曲线图是包括比例/积分增压控制器的发动机系统的增压压力(例如，发动机的进气歧管中的压力)的曲线图。竖直轴线表示增压压力，并且增压压力沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。曲线202表示发动机增压压力。曲线250表示命令的增压压力。
28.从图2的顶部开始的第二曲线图是包括没有积分反馈的比例增压控制器的发动机控制系统的增压压力的曲线图。竖直轴线表示增压压力，并且增压压力沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。曲线204表示包括没有积分反馈的比例控制的发动机控制系统的发动机增压压力。曲线252表示命令的增压压力。
29.从图2的顶部开始的第三曲线图是包括比例/积分增压控制器的发动机系统的发动机泵气功率的曲线图。竖直轴线表示发动机泵气功率，并且发动机泵气功率沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。曲线206表示发动机泵气功率。曲线254表示预期的发动机泵气功率。
30.从图2的顶部开始的第四曲线图是包括没有积分反馈的比例增压控制器(例如图4的控制器)的发动机系统的发动机泵气功率的曲线图。竖直轴线表示没有积分反馈的系统的发动机泵气功率，并且发动机泵气功率沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。曲线208表示发动机泵气功率。曲线256表示预期的发动机泵气功率。
31.从图2的顶部开始的第五曲线图是自包括具有积分反馈的比例增压控制器的发动机系统的增压压力增加请求起的累积的发动机泵气功相对于时间的曲线图。竖直轴线表示累积的发动机泵气功，并且累积的发动机泵气功沿竖直轴线箭头的方向增加。在瞬态增压状况完成之后，累积的发动机泵气功不会增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。曲线210表示发动机泵气功。
32.从图2的顶部开始的第六曲线图是自包括没有积分反馈的比例增压控制器的发动机系统的增压压力增加请求起的累积的发动机泵气功相对于时间的曲线图。竖直轴线表示累积的发动机泵气功，并且累积的发动机泵气功沿竖直轴线箭头的方向增加。在瞬态增压状况完成之后，累积的发动机泵气功不会增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。曲线212表示发动机泵气功。
33.在时间t0，包括具有积分反馈的比例增压控制器的系统的增压压力为低。同样地，包括没有积分反馈的比例增压控制器的系统的增压压力为低。包括具有积分反馈的比例增压控制器的系统的发动机泵气功率为低。类似地，包括没有积分反馈的比例增压控制器的系统的发动机泵气功率为低。包括具有积分反馈的比例增压控制器的系统的累积的发动机泵气功为零。此外，包括没有积分反馈的比例增压控制器的系统的累积的发动机泵气功为零。
34.在时间t1，对两个系统都命令增加增压压力。包括具有积分反馈的比例增压控制器的系统的增压压力在时间t1之后增加，并且在最终稳定到所请求的增压压力的水平之前对命令的增压压力过冲(例如，超过)。包括没有积分反馈的比例增压控制器的系统的增压
压力在时间t1之后增加，并且收敛到所请求的增压压力的水平而不对所请求的增压压力过冲。
35.包括具有积分反馈的比例增压控制器的系统的发动机泵气功率在时间t1之后增加，并且超出预期的发动机泵气功率。包括具有积分反馈的比例增压控制器的系统的发动机泵气功率在时间t1之后收敛到预期的发动机泵气功率。包括没有积分反馈的比例增压控制器的系统的发动机泵气功率在时间t1之后增加，并且超出预期的发动机泵气功率达较小的量。包括没有积分反馈的比例增压控制器的系统的发动机泵气功率在时间t1之后收敛到预期的发动机泵气功率。
36.包括具有积分反馈的比例增压控制器的系统的累积的发动机泵气功在时间t1之后增加，并且在较高水平处趋平。包括没有积分反馈的比例增压控制器的系统的累积的发动机泵气功率在时间t1之后增加，并且在较低水平处趋平。因此，包括具有积分反馈的比例增压控制器的系统的累积的发动机泵气功大于包括没有积分反馈的比例增压控制器的系统的累积的发动机泵气功。
37.因此，包括没有积分反馈的比例增压控制器的系统可以在没有过冲的情况下并且在包括具有积分反馈的比例增压控制器的系统之前收敛到所请求的增压。因此，包括没有积分反馈的比例增压控制器的系统可以提供超过包括具有积分反馈的比例增压控制器的系统的优点。
38.现在参考图3，示出了在增压压力的增加期间和减小期间的增压压力和发动机泵气功率的预示性示例。图3示出了针对包括没有积分反馈的比例增压控制器的系统的三个不同校准的增压压力和发动机泵气功率响应。图3所示的响应可以经由图1的系统和图4的方法来提供。竖直标记t10-t12表示所述序列期间的感兴趣时间。图3中的所有曲线图在时间上对准并且同时发生。
39.从图3的顶部开始的第一曲线图是包括没有积分增压反馈的比例增压控制器的发动机系统的发动机增压压力的曲线图。发动机增压压力经由没有积分增压反馈的包括第一组控制器增益的比例增压控制器产生。对于当发动机转速增加时和当发动机转速减小时，第一组控制器增益可以相等。竖直轴线表示发动机增压压力，并且发动机增压压力沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。曲线302表示发动机增压压力。
40.从图3的顶部开始的第二曲线图是包括没有积分增压反馈的比例增压控制器的发动机系统的发动机增压压力的曲线图。发动机增压压力经由没有积分增压反馈的包括第二组控制器增益的比例增压控制器产生。对于当发动机转速增加时和当发动机转速减小时，第二组控制器增益可以不同。竖直轴线表示发动机增压压力，并且发动机增压压力沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。曲线304表示发动机增压压力。
41.从图3的顶部开始的第三曲线图是包括没有积分增压反馈的比例增压控制器的发动机系统的发动机增压压力的曲线图。发动机增压压力经由没有积分增压反馈的包括第三组控制器增益的比例增压控制器产生。对于当发动机转速增加时和当发动机转速减小时，第三组控制器增益可以相等。竖直轴线表示发动机增压压力，并且发动机增压压力沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。
曲线306表示发动机增压压力。
42.从图3的顶部开始的第四曲线图是包括没有积分增压反馈的比例增压控制器的发动机系统的发动机泵气功的曲线图。发动机泵气功经由没有积分增压反馈的包括第一组控制器增益的比例增压控制器产生。对于当发动机转速增加时和当发动机转速减小时，第一组控制器增益可以相等。竖直轴线表示发动机泵气功率，并且发动机泵气功率沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。曲线308表示发动机泵气功率。
43.从图3的顶部开始的第五曲线图是包括没有积分增压反馈的比例增压控制器的发动机系统的发动机泵气功的曲线图。发动机泵气功经由没有积分增压反馈的包括第二组控制器增益的比例增压控制器产生。对于当发动机转速增加时和当发动机转速减小时，第二组控制器增益可以不同。竖直轴线表示发动机泵气功率，并且发动机泵气功率沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。曲线310表示发动机泵气功率。
44.从图3的顶部开始的第六曲线图是包括没有积分增压反馈的比例增压控制器的发动机系统的发动机泵气功的曲线图。发动机泵气功经由没有积分增压反馈的包括第三组控制器增益的比例增压控制器产生。对于当发动机转速增加时和当发动机转速减小时，第三组控制器增益可以相等。竖直轴线表示发动机泵气功率，并且发动机泵气功率沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。曲线312表示发动机泵气功率。
45.在时间t10，包括第一组控制器增益、第二组控制器增益和第三组控制器增益的系统的增压压力为低。包括第一组控制器增益、第二组控制器增益和第三组控制器增益的系统的发动机泵气功率也为低。
46.在时间t1，对三个系统都命令增加增压压力。包括第一组控制器增益的系统的增压压力快速上升，并且其对应的发动机泵气功率也以高速率增加。尽管包括第一组控制器增益的系统表现出快速的增压响应，但它也表现出高发动机泵气功率。相反，与包括第一组控制器增益的控制器相比，包括第三组控制器增益的系统的增压压力以更慢的速率上升，并且其对应的发动机泵气功率更低。因此，包括第三组控制器增益的系统可以提供更优化的响应。包括第二组控制器增益的系统的增压压力和发动机泵气功率以与包括第三组控制器增益的系统相同的方式响应。
47.在时间t2，对三个系统都命令减小增压压力。包括第一组控制器增益的系统的增压压力快速下降，并且其对应的发动机泵气功率也以高速率减小。另一方面，与包括第一组控制器增益的控制器相比，包括第三组控制器增益的系统的增压压力以更慢的速率下降，并且其对应的发动机泵气功率以更慢的速率减小。因此，包括第一组控制器增益的系统可以提供更优化的响应。包括第二组控制器增益的系统的增压压力和发动机泵气功率以与包括第一组控制器增益的系统相同的方式响应。
48.因此，为增加的发动机转速和负荷或增压压力提供第一组控制器增益可能是有益的。为减小的发动机转速和负荷或增压压力提供第二组控制器增益也可能是有益的。
49.现在参考图4，示出了用于发动机的控制器。图4的控制器可以作为可执行指令存储在诸如图1所示的系统中的处理器或控制器的非暂时性存储器中。图4的控制器可以并入
图1的系统中并且可以与所述系统协作。此外，图4的控制器可以是将物理世界中的装置和致动器的操作状态进行变换的系统的一部分。控制器可以根据下面描述的方法采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。
50.控制器400是包括两个子控制器的控制器。第一子控制器402可以被称为参考控制器。第二子控制器404可以被称为干扰抑制控制器。
51.前馈控制调整输入参数uff在输入端414b处输入到参考控制器402的求和点414。在一个示例中，前馈输入参数uff可以是标称的致动器位置(例如，废气门位置或可变几何形状叶片位置)以实现变量ydes的所请求的稳态值。在参考控制器402的输入端410a处将设备的所请求的或期望的状态值ydes(例如，所请求的增压压力、发动机的进气歧管与发动机的排气歧管之间的压力差、排气歧管压力和涡轮转速)输入到求和点410。求和点410从所请求的或期望的状态值ydes中减去参考控制器402的被提供给输入端410b的输出yref(例如，参考轨迹)。在一个示例中，ydes可以是所请求的或期望的增压压力，并且yref可以是建模的增压压力。求和点410经由输出端410c将从ydes减去yref的结果传递到块412的输入端412a。
52.块412可以包括除积分反馈之外的任何线性控制律。将线性控制律应用于来自求和点410的输入(例如，控制误差ydes-yref)。在一个示例中，块412包括比例/微分控制器，其可以表示为：
[0053][0054]
其中pd是比例/微分控制器输出，kp是比例增益(例如，实数)，e(t)是相对于时间的误差(ydes-yref)，kd是微分增益(例如，实数)，并且d/dt e(t)是误差e(t)的导数。pd控制器可以离散形式实施。
[0055]
在其他示例中，块412的控制器可以是多变量(例如，状态空间形式)，其包括来自多个发动机输出(例如，排气压力、增压压力、涡轮转速、发动机两端的压力)的反馈。增益kp和kd可以是发动机转速和发动机负荷的函数。此外，增益kp和kd也可以是发动机转速变化率和发动机负荷变化率的函数。例如，可以将kp和kd增益调整为在发动机转速和/或发动机负荷增加期间命令较慢的增压响应。还可以将kp和kd增益调整为在发动机转速和/或发动机负荷减小期间命令较快的增压响应。在一个示例中，使用两个度量来评估发动机转速增加和发动机转速减小。两个度量是发动机扭矩请求的导数和发动机增压请求的经高通滤波版本。两个度量可以参考表来确定插值因子α(0与1之间的值)。可以应用因子α在两组控制器增益(一组用于增加转速，一组用于减小转速)kinc和kdec之间进行插值。可以经由以下方程式来确定最终的比例增益：
[0056]
kp＝(1-α)kinc αkdec
[0057]
其中kp是比例增益，α是插值因子，并且kinc是用于增加发动机转速的增益，并且kdec是用于减小发动机转速的增益。可以以类似的方式确定微分增益。来自线性控制律的输出被供应到求和点414的输入端414a。
[0058]
前馈值uff在414b处输入，并且它们被添加到参考控制器412的经由输出端412b提供给输入端414a的输出。将uff与参考控制器的输出相加的结果从求和点414的输出端414c输出到动态发动机模型416的输入端416a和求和点422的输入端422b。动态发动机模型416
在输出端416b处输出发动机状态的参考轨迹(例如，参考增压压力、参考排气歧管压力等)。参考轨迹被反馈到求和点410的输入端410b。另外，参考轨迹被递送到求和点418的输入端418a。求和点418从从动态发动机模型416输出的参考轨迹中减去发动机状态(例如，增压压力、排气压力等)的实际值或测量值，并且经由输出端418c将结果提供给扰动抑制控制器420。具体地，将来自求和点418的输出递送到扰动抑制控制器420的输入端420a。
[0059]
扰动抑制控制器420抑制从动态发动机模型416输出的参考轨迹与实际发动机响应(例如，测量的增压压力、排气歧管压力、发动机两端的压力降、涡轮转速等)之间的误差。扰动控制器可以包括任何线性控制律和积分反馈。在一个示例中，扰动抑制控制器可以是以下形式的比例/积分控制器：
[0060][0061]
其中pi是比例/积分控制器输出，kp是比例增益(例如，实数)，e(t)是相对于时间的误差(yref-ymeas)，ki是积分增益(例如，实数)。pi控制器可以离散形式实施。将扰动抑制控制器应用于求和点418的输出，并且经由输出端420b将结果供应到求和点422的输入端422a。求和点422将扰动控制器420的输出加到求和点414的输出。求和点422经由输出端422c向设备或发动机424提供求和点414的输出与扰动控制器420的输出的和。具体地，经由求和点422的输出端422c命令一个或多个发动机致动器(例如，废气门、可变几何形状叶片控制器等)的状态。测量一个或多个发动机操作状态(例如，ymeas)并将其返回到求和点418的输入端418b。
[0062]
因此，控制器400包括两个子控制器，所述两个子控制器包括参考控制器412和扰动抑制控制器。参考控制器412向扰动抑制控制器提供输入，并且扰动抑制控制器调整发动机的一个或多个致动器。另外，参考控制器402可以包括增益450，并且扰动控制器404可以包括用于调整系统的响应的增益452。
[0063]
图4的控制器提供了一种用于操作发动机的方法，所述方法包括：经由参考控制系统和扰动抑制控制系统来调整发动机的状态，其中所述参考控制系统不包括积分反馈并且其中所述扰动抑制控制系统包括积分反馈。所述方法包括：其中所述发动机的所述状态是增压压力、和/或排气歧管压力、和/或涡轮转速和/或所述发动机两端的压力降。所述方法包括：其中所述发动机的所述状态是排气温度。所述方法包括：其中所述发动机的所述状态是燃料轨压力。所述发动机方法包括：其中所述参考控制系统基于所请求的增压压力生成参考轨迹，并且其中所述扰动抑制控制系统抑制所述参考轨迹与实际增压压力之间的误差。所述发动机包括：其中所述参考控制系统联接到所述扰动抑制控制系统。所述发动机包括：其中所述参考控制器包括比例/微分控制器。所述发动机方法包括：其中所述扰动抑制控制系统包括比例/积分控制器。
[0064]
图4的控制器还提供了一种用于操作发动机的方法，所述方法包括：经由参考控制系统和扰动抑制控制系统来调整发动机的状态，其中所述参考控制系统不包括积分反馈并且其中所述扰动抑制控制系统包括积分反馈，并且其中所述扰动抑制控制系统包括前馈项与参考控制器的输出的和的输入。所述发动机方法包括：其中所述参考控制器包括使涡轮增压器的输出在发动机转速增加期间以第一速率改变并且使所述涡轮增压器的所述输出
在发动机转速降低期间以第二速率改变的增益。所述发动机方法包括：其中所述参考控制系统响应于参考轨迹与期望的增压压力之间的差。所述发动机方法包括：其中所述扰动抑制控制系统响应于参考轨迹与实际发动机响应之间的差。所述发动机方法包括：其中所述实际发动机响应是实际增压压力变化。
[0065]
应当注意，本文所包括的示例性控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。此外，所述方法的部分可以是在现实世界中采取的用于改变装置状态的物理措施。本文所述的具体程序可以表示任何数目的处理策略(诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等)中的一种或多种。因此，所示的各种措施、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样，处理顺序不一定是实现本文所述的示例性示例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。所示的措施、操作和/或功能中的一者或多者可以根据所使用的特定策略而重复地执行。此外，所述措施、操作和/或功能可以图形表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所述措施通过在包括各种发动机硬件部件的系统中结合电子控制器执行指令来执行。如果需要，可以省略本文中所描述的方法步骤中的一个或多个。
[0066]
应理解，本文所公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体示例不应被视为具有限制含义，因为众多变型是可能的。例如，上述技术可以应用于v-6、i-4、i-6、v-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文中公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的且非明显的组合和子组合。
[0067]
以下权利要求特别地指出被视为新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一种/个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应理解为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个此类元件。所公开特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过修正本权利要求或通过在此申请或相关申请中呈现新的权利要求来要求保护。此类权利要求与原始权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同，都被视为包括在本公开的主题内。