用于操作發(fā)動機(jī)渦輪增壓器廢氣門的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及操作發(fā)動機(jī)渦輪增壓器廢氣門的系統(tǒng)和方法。描述了一種用于操作發(fā)動機(jī)渦輪增壓器的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)示例中，渦輪增壓器包括電致動的廢氣門。控制器調(diào)整電致動的廢氣門的位置。
【專利說明】用于操作發(fā)動機(jī)渦輪增壓器廢氣門的方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于操作發(fā)動機(jī)渦輪增壓器廢氣門的方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]渦輪增壓器可以被聯(lián)接到發(fā)動機(jī)以提高發(fā)動機(jī)性能。渦輪增壓器內(nèi)的渦輪將排氣能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動能，并且轉(zhuǎn)動能被轉(zhuǎn)移到壓縮機(jī)，這可以增加進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣流。在較高發(fā)動機(jī)速度和負(fù)荷情況下，發(fā)動機(jī)排氣能輸出的量可以達(dá)到提供比期望更多的從渦輪增壓器壓縮機(jī)進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣流的水平。限制進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣流(例如，升壓)的一個(gè)方式是旁通渦輪周圍的一部分排氣，以便較少的排氣能可用于旋轉(zhuǎn)渦輪和壓縮機(jī)。穿過旁通通道的排氣量可以經(jīng)由廢氣門來控制。一種類型的廢氣門可以是真空致動的。然而，當(dāng)發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管頻繁地被填滿正壓時(shí)，真空致動會有問題。例如，小排量發(fā)動機(jī)可以用正向進(jìn)氣歧管壓力操作，以滿足駕駛員需求的轉(zhuǎn)矩。由于正壓大于大氣壓，所以真空未在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管中產(chǎn)生，以及用于控制廢氣門的足夠真空可能未被提供。因此，廢氣門可以駐留在其常閉位置，其中升壓不可以被調(diào)整。
[0003]廢氣門也可以經(jīng)由電動致動器操作。電動致動器可以在無論是否有進(jìn)氣歧管壓力的情況下進(jìn)行調(diào)整。因此，升壓可以獨(dú)立于無論真空是可用的或正產(chǎn)生來進(jìn)行調(diào)節(jié)。然而，電致動的廢氣門的操作和控制會受其他因素影響，例如溫度和噪音因素，包括但不限于供給電壓變化、制造變化和發(fā)動機(jī)輸出變化。進(jìn)一步地，提供精確的廢氣門位置控制連同提供期望的響應(yīng)水平會是有挑戰(zhàn)性的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明人在此已經(jīng)認(rèn)識到上述限制并已經(jīng)開發(fā)了廢氣門操作方法，其包括:控制電致動的廢氣門，包括響應(yīng)于渦輪增壓器熱膨脹和收縮調(diào)整廢氣門致動。
[0005]通過調(diào)整熱條件下的電動廢氣門控制器的參數(shù)，改善廢氣門位置控制是可能的。進(jìn)一步地，通過考慮在廢氣門周圍和在廢氣門處的溫度，操作廢氣門，使得廢氣門致動器退化的可能性被降低是可能的。
[0006]本說明可以提供幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。特別地，該方法可以通過以更響應(yīng)的方式達(dá)到期望的升壓壓力來改善升壓控制。進(jìn)一步地，該方法可以改善升壓壓力控制的精度和可重復(fù)性。此夕卜，該方法可以降低廢氣門致動器退化的可能性。
[0007]當(dāng)單獨(dú)或結(jié)合附圖參照以下【具體實(shí)施方式】時(shí)，本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)和其他優(yōu)點(diǎn)以及特征將會是顯而易見的。
[0008]應(yīng)當(dāng)理解，提供以上概述是為了以簡化形式介紹一組精選構(gòu)思，其將在【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述。這不意味著確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，要求保護(hù)的主題的范圍被緊隨【具體實(shí)施方式】之后的權(quán)利要求唯一地限定。另外，所要求保護(hù)的主題不限于解決上述或本公開任何部分中提及的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1示出發(fā)動機(jī)的示意圖；
[0010]圖2示出廢氣門致動器系統(tǒng)的示意圖；
[0011]圖3示出廢氣門位置控制系統(tǒng)的高級別框圖；
[0012]圖4示出用于操作電致動的渦輪增壓器廢氣門的示例方法；
[0013]圖5示出利用終止檢測的廢氣門閥控制策略的示例；以及
[0014]圖6示出利用終止檢測的廢氣門閥控制策略的另一個(gè)示例。

【具體實(shí)施方式】
[0015]本描述涉及操作渦輪增壓器。在一個(gè)示例中，廢氣門控制器包括用于改善電控制的廢氣門的操作的熱模型。該方法可以改善廢氣門位置的控制以及降低廢氣門致動器退化的可能性。一個(gè)示例系統(tǒng)在圖1中示出。該系統(tǒng)可以包括如圖2所示的廢氣門裝置，以及廢氣門可以根據(jù)如圖4所示的高級廢氣門位置控制系統(tǒng)進(jìn)行操作。圖5示出用于經(jīng)由電動致動器操作渦輪增壓器廢氣門的示例方法。
[0016]參照圖1，包括多個(gè)汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10由電子發(fā)動機(jī)控制器12控制，其中所述多個(gè)汽缸中的一個(gè)如圖1所示。發(fā)動機(jī)10包括燃燒室30和汽缸壁32，以及被安置在其中并被連接到曲軸40的活塞36。燃燒室30被示出經(jīng)由相應(yīng)的進(jìn)氣門52和排氣門54連通進(jìn)氣歧管44和排氣歧管48。每個(gè)進(jìn)氣門和排氣門可以由進(jìn)氣凸輪51和排氣凸輪53操作。進(jìn)氣凸輪51的位置可以由進(jìn)氣凸輪傳感器55確定。排氣凸輪53的位置可以由排氣凸輪傳感器57確定。
[0017]示出燃料噴射器66被安置以將燃料直接噴射到燃燒室30中，其作為直接噴射對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是眾所周知的?？商鎿Q地，燃料可以被噴射到進(jìn)氣道，其作為進(jìn)氣道噴射對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是眾所周知的。燃料噴射器66輸送與由控制器12提供的脈沖寬度成正比的液態(tài)燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料軌(未示出)的燃料系統(tǒng)(未不出)被輸送到燃料噴射器66。
[0018]進(jìn)氣歧管44由壓縮機(jī)162供應(yīng)空氣。排氣旋轉(zhuǎn)被聯(lián)接到軸161的渦輪164，從而驅(qū)動壓縮機(jī)162。在某些示例中，旁通通道77被包括，以便在選定的工況期間，排氣可以繞過渦輪164。通過旁通通道77的流經(jīng)由廢氣門75進(jìn)行調(diào)節(jié)。廢氣門75可以經(jīng)由控制到電動馬達(dá)170的電流的控制器12中的指令被打開和閉合。
[0019]壓縮機(jī)旁通通道86可以在某些示例中被提供，以限制由壓縮機(jī)162提供的壓力。通過旁通通道86的流經(jīng)由閥85進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，進(jìn)入歧管44的空氣流可以經(jīng)由廢氣門75和/或壓縮機(jī)旁通通道86進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，進(jìn)氣歧管44被示出連通中心節(jié)氣門62，該中心節(jié)氣門調(diào)整節(jié)流板64的位置，以控制來自發(fā)動機(jī)空氣進(jìn)氣口 42的空氣流。中心節(jié)氣門62可以是電操作的。
[0020]無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)88響應(yīng)于控制器12，經(jīng)由火花塞92向燃燒室30提供用于點(diǎn)燃空氣-燃料混合物的點(diǎn)火火花。在其他示例中，發(fā)動機(jī)可以是沒有點(diǎn)火系統(tǒng)的壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)，例如柴油機(jī)。通用排氣氧(UEGO)傳感器126被示出聯(lián)接到催化轉(zhuǎn)化器70上游的排氣歧管48?？商鎿Q地，雙態(tài)排氣氧傳感器可以替換UEGO傳感器126。
[0021 ] 在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)化器70可以包括多個(gè)催化劑磚。在另一個(gè)示例中，可以使用多個(gè)排放控制裝置，每個(gè)排放控制裝置具有多個(gè)磚。在一個(gè)示例中，轉(zhuǎn)化器70可以是三元催化劑。
[0022]控制器12在圖1中被示為常規(guī)的微型計(jì)算機(jī)，其包括:微處理器單元102，輸入/輸出端口 104，只讀存儲器106，隨機(jī)存取存儲器108，保活存儲器110，以及常規(guī)數(shù)據(jù)總線。控制器12被示出從聯(lián)接到發(fā)動機(jī)10的傳感器接收各種信號，除了之前所討論的那些信號之外，還包括:來自于被聯(lián)接到冷卻套管114的溫度傳感器112的發(fā)動機(jī)冷卻液溫度(ECT);被聯(lián)接到加速器踏板130用于感測由腳132調(diào)整的加速器位置的位置傳感器134 ；來自于被聯(lián)接到進(jìn)氣歧管44的壓力傳感器122的發(fā)動機(jī)歧管壓力(MAP)的測量值；來自于感測曲軸40的位置的霍爾效應(yīng)傳感器118的發(fā)動機(jī)位置傳感器；來自于傳感器120 (例如，熱線空氣流量計(jì))的進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣質(zhì)量的測量值；以及來自傳感器58的節(jié)氣門位置的測量值。也可以感測(傳感器未示出)大氣壓力供控制器12處理。在本說明的優(yōu)選方面，發(fā)動機(jī)位置傳感器118在曲軸的每次旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的等間隔脈沖，從所述脈沖可以確定發(fā)動機(jī)速度(RPM)。
[0023]在某些示例中，發(fā)動機(jī)可以被聯(lián)接到混合動力車輛中的電動馬達(dá)/電池系統(tǒng)?；旌蟿恿囕v可以具有并聯(lián)配置，串聯(lián)配置或其變體或組合。進(jìn)一步地，在某些示例中，可以采用其他發(fā)動機(jī)配置，例如，柴油發(fā)動機(jī)。
[0024]在運(yùn)行期間，發(fā)動機(jī)10內(nèi)的每個(gè)汽缸通常經(jīng)歷四沖程循環(huán):該循環(huán)包括進(jìn)氣沖程，壓縮沖程，膨脹沖程以及排氣沖程。通常地，在進(jìn)氣沖程期間，排氣門54閉合，而進(jìn)氣門52打開。空氣經(jīng)由進(jìn)氣歧管44被引入到燃燒室30中，以及活塞36移動到汽缸的底部，以便增加燃燒室30內(nèi)的容積。活塞36接近汽缸的底部并在其沖程結(jié)束的位置(例如，當(dāng)燃燒室30在其最大容積處)通常被本領(lǐng)域的技術(shù)人員稱為下止點(diǎn)(BDC)。在壓縮沖程期間，進(jìn)氣門52和排氣門54閉合?；钊?6朝向汽缸蓋移動，以便壓縮燃燒室30內(nèi)的空氣。在活塞36在其沖程結(jié)束并最接近汽缸蓋的點(diǎn)(例如，當(dāng)燃燒室30在其最小容積處)通常被本領(lǐng)域的技術(shù)人員稱為上止點(diǎn)(TDC)。在下文被稱為噴射的過程中，燃料被引入到燃燒室。在下文被稱為點(diǎn)火的過程中，噴射的燃料通過已知的點(diǎn)火手段(例如火花塞92)進(jìn)行點(diǎn)火，從而導(dǎo)致燃燒。在膨脹沖程期間，膨脹的氣體推動活塞36返回到BDC。曲軸40將活塞運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。最后，在排氣沖程期間，排氣門54打開，將燃燒的空氣-燃料混合物釋放到排氣歧管48，以及活塞返回到TDC。需要注意的是，以上僅僅作為示例進(jìn)行描述，并且進(jìn)氣門和排氣門的打開和/或閉合正時(shí)可以改變，以便提供例如正氣門重疊或負(fù)氣門重疊，稍后的進(jìn)氣門閉合，或各種其他示例。
[0025]現(xiàn)在參照圖2，廢氣門致動器系統(tǒng)的示意圖被示出。在圖2中示出的廢氣門致動器系統(tǒng)可以被應(yīng)用于在圖1中示出的發(fā)動機(jī)，以及可以根據(jù)圖4的方法進(jìn)行操作。
[0026]廢氣門系統(tǒng)200包括廢氣門75，廢氣門75包括廢氣門板208。電動馬達(dá)170旋轉(zhuǎn)齒輪箱204中的齒輪，以經(jīng)由四桿連桿206調(diào)整廢氣門板的位置。具體地，電動馬達(dá)170的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動被轉(zhuǎn)化為線性運(yùn)動，以調(diào)整廢氣門板208的位置，當(dāng)廢氣門板坐在圖1所示的旁通通道77中時(shí)，其可以在閉合位置。廢氣門板208、四桿連桿206、齒輪組204以及電動馬達(dá)170可以被暴露在高于環(huán)境溫度的溫度中。例如，廢氣門板208可以被直接暴露于排氣溫度。電動馬達(dá)170、齒輪箱204以及四桿連桿可以被暴露于輻射排氣熱、發(fā)動機(jī)熱以及電流穿過電動馬達(dá)170產(chǎn)生的熱。在某些示例中，廢氣門系統(tǒng)200可以位于發(fā)動機(jī)體與乘客艙艙壁之間的發(fā)動機(jī)艙中，其中只有有限的環(huán)境空氣流的量可以被提供。因此，根據(jù)車輛運(yùn)行期間各個(gè)組件達(dá)到的溫度，在廢氣門系統(tǒng)200中的材料可以膨脹和收縮。材料膨脹和壓縮會影響廢氣門板208相對于其在旁通通道77內(nèi)的閥座的位置。此外，廢氣門板208相對于其閥座的位置會影響通過旁通通道77的排氣流以及被轉(zhuǎn)移到圖1所示的壓縮機(jī)162的排氣能的量。因此，補(bǔ)償廢氣門系統(tǒng)200的組件中材料的溫度是可取的。
[0027]廢氣門位置控制也可以是有挑戰(zhàn)性的，這是因?yàn)闇y量齒輪箱輸出軸的位置，而目標(biāo)是控制相對于閥座的廢氣門板208。具體地，齒輪箱輸出軸是遠(yuǎn)離廢氣門板208的三自由度。因此，當(dāng)齒輪箱輸出軸是在單一固定的位置時(shí)，廢氣門板208的位置可以改變。因此，四桿連桿或任何其他類型的連桿系統(tǒng)的伸長連同閥組溫度有關(guān)的漂移不會在齒輪箱輸出處被位置傳感器捕獲。如果廢氣門位置控制策略不提供補(bǔ)償，則可能不期望閥板在閥座上就座。因此，廢氣門系統(tǒng)200可以被暴露到導(dǎo)致退化的不良應(yīng)力和噪音、振動以及不舒適性(NVH) ο
[0028]現(xiàn)在參照圖3，用于控制電致動的廢氣門的高級別控制框圖被示出。圖3所示的控制系統(tǒng)可以被應(yīng)用于如圖1和圖2所示的系統(tǒng)中。此外，圖3所示的控制系統(tǒng)可以包括用于圖4中描述的方法的指令。
[0029]圖4所示的控制器是較大渦輪增壓器升壓控制系統(tǒng)的一部分。圖4所示的控制器是基于傳感器反饋對電動馬達(dá)進(jìn)行調(diào)整(例如，被供應(yīng)到電動馬達(dá)的電流量)的閉環(huán)控制器。傳感器反饋可以包括但不限于流入馬達(dá)中的電流，馬達(dá)或齒輪箱位置，廢氣門溫度，以及發(fā)動機(jī)溫度。
[0030]控制器300是包括三個(gè)反饋循環(huán)350、360和370的級聯(lián)控制器。在某些示例中，如果需要的話，反饋循環(huán)350、360和370中的一個(gè)或更多個(gè)可以被省略，以簡化控制器?？刂破?00具有比例導(dǎo)數(shù)(H))、比例積分導(dǎo)數(shù)(PID)，形成為其外部位置反饋循環(huán)350?？刂破?00還包括有比例(P)，比例積分(PI)，速度控制循環(huán)360作為其第一內(nèi)部反饋循環(huán)。最終，控制器300包括電流控制循環(huán)，作為其第二內(nèi)部反饋循環(huán)。
[0031]在一個(gè)示例中，速度控制循環(huán)360可以經(jīng)由軟件開關(guān)被省略。因此，控制器300的修改后的版本可以只設(shè)置如在以下更詳細(xì)描述的電流和位置控制反饋循環(huán)。在另一個(gè)示例中，控制循環(huán)360和370可以經(jīng)由軟件斷開，以便控制器300只包括如在以下更詳細(xì)描述的位置控制反饋循環(huán)350。
[0032]控制器300從如在圖3的左手側(cè)所示的廢氣門壓力控制系統(tǒng)接收期望的廢氣門位置。期望的廢氣門位置可以被表征為廢氣門角度。期望的廢氣門位置被引導(dǎo)到方框302和求和節(jié)點(diǎn)304。在方框302處，確定期望的廢氣門位置的導(dǎo)數(shù)并且將其輸出到求和節(jié)點(diǎn)308。因此，期望的廢氣門位置的導(dǎo)數(shù)被前饋到控制器300，作為期望的廢氣門角速度。在求和節(jié)點(diǎn)304處，從期望的廢氣門位置減去實(shí)際廢氣門位置(例如，角度)，以形成廢氣門位置誤差。廢氣門位置誤差被輸入到PID方框306，PID方框306向求和節(jié)點(diǎn)308輸出馬達(dá)位置校正。
[0033]在求和節(jié)點(diǎn)308處，來自方框302的期望廢氣門角速度被添加到來自于方框306的馬達(dá)位置校正。進(jìn)一步地，從期望的廢氣門角速度和馬達(dá)位置校正的和中減去如通過在方框322處提取實(shí)際廢氣門位置的導(dǎo)數(shù)所確定的實(shí)際廢氣門角速度，以形成馬達(dá)速度誤差。求和節(jié)點(diǎn)308的輸出被輸入到方框310，比例和積分控制動作在方框310被執(zhí)行。方框310的輸出被輸入到求和節(jié)點(diǎn)312。
[0034]在求和節(jié)點(diǎn)312處，從方框310的輸出減去如經(jīng)由在方框320處將比例增益應(yīng)用到流到馬達(dá)的電流所確定的馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩，以提供馬達(dá)轉(zhuǎn)矩誤差。在一個(gè)示例中，馬達(dá)的電流可以經(jīng)由電流傳感器被確定或其可以基于表格來估算，該表格基于馬達(dá)的溫度和馬達(dá)的輸入電壓來輸出馬達(dá)的電流。來自求和節(jié)點(diǎn)312的輸出被輸入到方框314，比例和積分動作在方框314被執(zhí)行。方框314的輸出被輸出到以電流的形式在318處驅(qū)動廢氣門致動器的功率電子裝置(PE)。經(jīng)由在從電動馬達(dá)，到齒輪箱輸出，到四桿連桿的任何位置處被機(jī)械地聯(lián)接到廢氣門致動器的傳感器確定廢氣門位置。
[0035]在先前所述的示例中，廢氣門速度反饋路徑360可以通過消除302、308和310而被省略。然后，方框306的輸出被輸入到求和節(jié)點(diǎn)312，在求和節(jié)點(diǎn)312處減去致動器馬達(dá)轉(zhuǎn)矩。此外，320、314和312可以與302、308和310 —起被省略，以提供簡化的廢氣門位置控制器。在這個(gè)示例中，方框306的輸出被直接輸入到方框316。
[0036]現(xiàn)在參照圖4，用于操作電致動的渦輪增壓器廢氣門的方法被示出。圖4的方法可以在如圖1所示的控制器的非臨時(shí)性存儲器中被存儲為可執(zhí)行指令。進(jìn)一步地，圖4的方法可以被合并到如圖1-3所示的系統(tǒng)中。
[0037]在402處，方法400確定工況。工況可以包括但不限于發(fā)動機(jī)溫度，車輛速度，發(fā)動機(jī)速度，發(fā)動機(jī)負(fù)荷，發(fā)動機(jī)氣門正時(shí)，環(huán)境溫度，供應(yīng)到廢氣門致動器的電流，以及供應(yīng)到廢氣門致動器的電壓。在工況被確定后，方法400進(jìn)行到404。
[0038]在404處，方法400確定基于廢氣門致動器的能量消耗的一部分廢氣門馬達(dá)致動器的溫度。在一個(gè)示例中，基于廢氣門馬達(dá)能量消耗的廢氣門馬達(dá)致動器熱量在表格中建模，該表格輸出憑經(jīng)驗(yàn)確定的通過流過廢氣門致動器馬達(dá)的電流生成的廢氣門馬達(dá)熱量。該表格用廢氣門致動器馬達(dá)的電流、環(huán)境溫度以及發(fā)動機(jī)溫度被索引。以這種方式，廢氣門致動器馬達(dá)的溫度估算在廢氣門致動器馬達(dá)的溫度的確定過程中導(dǎo)致由廢氣門致動器馬達(dá)的電能耗散。在基于廢氣門致動器的能量消耗的一部分廢氣門致動器馬達(dá)溫度被確定后,方法400進(jìn)行到406。
[0039]作為替代，廢氣門致動器馬達(dá)的離散模型可以被存儲在存儲器中。該模型可以是等效于被應(yīng)用于廢氣門致動器馬達(dá)的條件的所提供的參數(shù)和數(shù)據(jù)。例如，該模型可以被提供施加于致動器馬達(dá)的電壓和致動器溫度估算。該模型輸出被供應(yīng)以操作廢氣門致動器馬達(dá)的電流的量。
[0040]在406處，方法400基于能量守恒模型，確定廢氣門致動器馬達(dá)的溫度和馬達(dá)的溫度變化。特別地，廢氣門致動器馬達(dá)中能量的變化經(jīng)由下列等式進(jìn)行確定:
[0041]Δ E = W+Q
[0042]其中Λ E是廢氣門致動器馬達(dá)能量中的變化，W是投入到廢氣門致動器馬達(dá)中的功，以及Q是投入到廢氣門致動器馬達(dá)中的熱量。在一個(gè)示例中，基于來自404的輸出和來自排氣的被添加到渦輪增壓器廢氣門致動器馬達(dá)的熱量、來自發(fā)動機(jī)的被添加到渦輪增壓器廢氣門致動器馬達(dá)的熱量、從渦輪增壓器廢氣門致動器馬達(dá)移除的來自環(huán)境冷卻的熱量以及經(jīng)由其他源被添加到廢氣門致動器馬達(dá)或從廢氣門致動器馬達(dá)移除的熱量一起估算Q0被添加到廢氣門致動器馬達(dá)或從廢氣門致動器馬達(dá)移除的能量被轉(zhuǎn)化為熱量并且被添加到如在發(fā)動機(jī)啟動時(shí)間所確定或推斷的廢氣門致動器馬達(dá)的溫度，或從該廢氣門致動器馬達(dá)的溫度被減去。在一個(gè)示例中，在發(fā)動機(jī)啟動時(shí)間的廢氣門致動器馬達(dá)溫度可以基于在發(fā)動機(jī)啟動時(shí)間的發(fā)動機(jī)溫度或和在發(fā)動機(jī)啟動時(shí)間的發(fā)動機(jī)溫度相關(guān)。此外，包括齒輪箱、四桿連桿和廢氣門板的其他廢氣門致動器組件的溫度可以類似地經(jīng)由能量守恒來確定。可選地，這些組件的溫度可以從廢氣門馬達(dá)的溫度推斷。在廢氣門致動器馬達(dá)的溫度被估算后，方法400進(jìn)行到408。
[0043]在408處，方法400判定廢氣門致動器馬達(dá)的溫度是否大于第一閥值溫度。如果是，答案是“是”并且方法400進(jìn)行到414。否則，答案是“否”并且方法400進(jìn)行到410。
[0044]在410處，方法400確定廢氣門致動器馬達(dá)位置調(diào)整，以補(bǔ)償廢氣門致動器馬達(dá)和廢氣門致動器組件的溫度。由于廢氣門致動器組件溫度影響廢氣門組件伸長，基于致動器組件溫度的廢氣門位置調(diào)整被提供。在一個(gè)示例中，廢氣門致動器馬達(dá)位置調(diào)整憑經(jīng)驗(yàn)確定并被存儲在一個(gè)或更多個(gè)表格或函數(shù)中。表格或函數(shù)的輸出被添加到期望的廢氣門致動器位置(例如，根據(jù)廢氣門致動器位置傳感器的位置的馬達(dá)、齒輪箱或四桿連桿的位置)，以提供考慮到包括馬達(dá)、四桿連桿和齒輪箱的廢氣門致動器組件的溫度的修正后的廢氣門位置。以這種方式，廢氣門板208的位置可以被重復(fù)地控制到期望的位置，即使廢氣門致動器溫度影響材料伸長。在廢氣門致動器位置調(diào)整完成后，方法400進(jìn)行到412。
[0045]在412處，方法400響應(yīng)于廢氣門致動器組件的溫度來調(diào)整控制參數(shù)。在一個(gè)示例中，廢氣門致動器馬達(dá)的溫度被用于索引存儲用于控制器增益的憑經(jīng)驗(yàn)確定的調(diào)整的表格或函數(shù)。表格和/或函數(shù)可以基于廢氣門致動器的溫度被索引。例如，對如圖3所示的控制器的比例、積分和/或微分增益的調(diào)整可以響應(yīng)于廢氣門致動器馬達(dá)的溫度進(jìn)行調(diào)整。通過調(diào)整控制器增益，改善廢氣門致動器的響應(yīng)是可能的，即使在更高廢氣門致動器的溫度的情況下。進(jìn)一步地，響應(yīng)于廢氣門致動器組件的熱伸長，控制參數(shù)和增益可以通過索引類似于用于基于廢氣門致動器馬達(dá)的溫度調(diào)整控制器增益的表格的表格來調(diào)整。在調(diào)整廢氣門控制器的增益后，方法400進(jìn)行到420。
[0046]在414處，方法400降低可用的廢氣門致動器馬達(dá)的電流的量。進(jìn)一步地，廢氣門致動器馬達(dá)的電流的變化率也可以被調(diào)整。在一個(gè)示例中，廢氣門致動器馬達(dá)的電流和廢氣門致動器馬達(dá)的電流的變化率可以和廢氣門致動器馬達(dá)的溫度成比例地調(diào)整。例如，如果廢氣門致動器馬達(dá)的溫度大于閥值溫度20°C，廢氣門致動器馬達(dá)的電流可以減少2安培或10%的溫度差。在另一個(gè)示例中，廢氣門致動器馬達(dá)的電流可以被降低到已知或確信降低廢氣門致動器馬達(dá)的溫度的預(yù)定電流。同樣，廢氣門致動器馬達(dá)的電流的變化率可以被降低到已知或確信降低廢氣門致動器馬達(dá)溫度的預(yù)定的電流。此外，被施加于廢氣門致動器馬達(dá)的電壓的占空比可以進(jìn)行調(diào)整，以降低廢氣門致動器馬達(dá)的溫度。在某些示例中，廢氣門致動器的電流可以響應(yīng)于廢氣門致動器的溫度的變化率被減小。例如，供應(yīng)到廢氣門致動器馬達(dá)的電流可以作為廢氣門致動器馬達(dá)的溫度的變化率的函數(shù)被減小。如果廢氣門致動器馬達(dá)的溫度以更高速率升高，那么廢氣門致動器馬達(dá)的電流可以以更高速率被減小。在廢氣門致動器馬達(dá)的電流被減小后，方法400進(jìn)行到416。
[0047]在416處，方法400判定廢氣門致動器馬達(dá)的溫度是否大于第二閥值溫度。如果是的話，答案是“是”并且方法400進(jìn)行到418。否則，答案是“否”并且方法400進(jìn)行到420。
[0048]在418處，方法400命令廢氣門到完全打開位置，以便供應(yīng)到發(fā)動機(jī)的升壓壓力被減小。在廢氣門致動器達(dá)到完全打開位置后，供應(yīng)到廢氣門致動器馬達(dá)的電流停止流動，并且廢氣門致動器被停用直到廢氣門致動器的溫度小于閥值溫度。此外，廢氣門致動器是否退化的指示可以被供應(yīng)到駕駛員。在廢氣門致動器被臨時(shí)停用后，方法400進(jìn)行到退出。
[0049]在420處，方法400將電流施加到廢氣門致動器馬達(dá)并且調(diào)整廢氣門致動器的位置，以便廢氣門板208處在期望的位置。比例、積分和微分調(diào)整可以由廢氣門控制器執(zhí)行，以便廢氣門板208以期望的響應(yīng)速率會合于期望的廢氣門位置。方法420進(jìn)行到422。
[0050]在422處，當(dāng)廢氣門被命令到終止位置時(shí)，方法400如圖5或圖6所述調(diào)整廢氣門致動器的位置。終止位置可以在不同發(fā)動機(jī)工況期間，響應(yīng)于溫度和其他條件而改變。當(dāng)廢氣門被命令到終止位置時(shí)，在廢氣門位置如圖5或圖6所述進(jìn)行調(diào)整后，方法400前進(jìn)到退出。如果廢氣門未被命令到終止位置，方法400退出。
[0051]因此，圖4的方法提供廢氣門操作方法，其包括:控制電致動的廢氣門，包括響應(yīng)于渦輪增壓器熱伸長調(diào)整廢氣門致動。該方法包括，其中調(diào)整廢氣門致動包括調(diào)整電致動的廢氣門的位置命令。該方法包括，其中調(diào)整廢氣門致動包括調(diào)整廢氣門控制器的控制器增益。在某些示例中，該方法進(jìn)一步包括，響應(yīng)于廢氣門致動器馬達(dá)的溫度大于第一閥值溫度，減小廢氣門致動器馬達(dá)的電流。
[0052]在某些示例中，該方法進(jìn)一步包括，響應(yīng)于廢氣門致動器馬達(dá)的溫度大于第二閥值溫度，打開電致動的廢氣門和停止流到電致動的廢氣門的電流。該方法進(jìn)一步包括，在停止流到電致動的廢氣門的電流后，響應(yīng)于廢氣門致動器馬達(dá)的溫度小于第一閥值溫度，向電致動的廢氣門供應(yīng)電流。該方法還包括，其中控制電致動的廢氣門包括提供比例和積分校正。
[0053]圖4的方法還包括廢氣門操作方法,其包括:控制電致動的廢氣門，包括響應(yīng)于廢氣門致動器的溫度變化率調(diào)整廢氣門致動。該方法包括，其中控制調(diào)整廢氣門致動包括調(diào)整供應(yīng)到電致動的廢氣門的電流的量。該方法還包括，其中控制調(diào)整廢氣門致動包括調(diào)整供應(yīng)到電致動的廢氣門的電流的速率。
[0054]在某些示例中，該方法包括,其中電致動的廢氣門經(jīng)由電動馬達(dá)來致動。該方法還包括，其中當(dāng)廢氣門致動器的溫度超過閥值溫度時(shí)，響應(yīng)于廢氣門致動器的溫度的變化率控制電致動的廢氣門。該方法進(jìn)一步包括，其中電致動的廢氣門經(jīng)由包括多個(gè)級聯(lián)反饋路徑的控制器來控制。該方法還包括，其中所述多個(gè)級聯(lián)反饋路徑中的一個(gè)是廢氣門速度反饋路徑。
[0055]圖4的方法還包括在熱負(fù)載存在時(shí)控制電致動的廢氣門，該方法包括:響應(yīng)于致動器電流、致動器速度以及致動器位置調(diào)整電致動的廢氣門的命令；以及響應(yīng)于電致動的廢氣門的溫度超過閥值溫度，停用處在打開位置的電致動的廢氣門。該方法還包括，其中致動器速度基于廢氣門位置的導(dǎo)數(shù)。
[0056]在一個(gè)示例中，該方法進(jìn)一步包括，響應(yīng)于期望的廢氣門位置的前饋調(diào)整，調(diào)整電致動的廢氣門的命令。該方法還進(jìn)一步包括，響應(yīng)于估算的廢氣門溫度估值，調(diào)整電致動的廢氣門的命令。該方法還包括，其中估算的廢氣門溫度估值至少部分地基于廢氣門的能量消耗。該方法還包括，其中估算的廢氣門溫度估值至少部分地基于由電致動的廢氣門消耗的能量。
[0057]終止檢測可以被用在廢氣門閥控制策略中。例如，廢氣門閥的檢測的終止位置可以在調(diào)整廢氣門閥時(shí)被考慮，以便在終止位置處提供“軟著陸”。在一個(gè)示例中，在廢氣門閥趨近終止位置時(shí)，廢氣門閥控制電壓可以被逐漸增加到對應(yīng)于終止位置的電壓，或廢氣門閥的變化率可以被減小。以這種方式，噪音、振動和不舒適性(NVH)狀況和閥座磨損可以減小。
[0058]圖5示出根據(jù)本公開的示例，考慮終止位置的示例廢氣門閥控制策略。這種廢氣門閥控制策略根據(jù)在廢氣門閥趨近每個(gè)終止位置以便廢氣門閥在閥座上具有軟著陸時(shí)的線性斜面，調(diào)整對應(yīng)于廢氣門閥的位置的電壓。特別地，在502處，廢氣門閥被命令從完全打開的終止位置到局部閉合的位置。在504處，廢氣門閥根據(jù)以線性斜面形式的逐步電壓增加來調(diào)整到完全閉合位置。換句話說，在廢氣門閥趨近終止位置時(shí)，可以減小廢氣門閥位置的變化率。斜面調(diào)整可以提供相對逐步調(diào)整，其可以降低廢氣門閥以比期望大的速度影響閥座的可能性。在506處，廢氣門閥電壓被調(diào)整到對應(yīng)于完全閉合的終止位置的電壓水平。在某些示例中，完全閉合的終止位置的電壓水平可以基于工況(例如渦輪增壓器壓力水平)來調(diào)整。相應(yīng)地，在508處，廢氣門閥被命令從完全閉合的終止位置到局部閉合的位置。在510處，廢氣門閥根據(jù)線性斜面形式的逐步電壓下降來調(diào)整到完全打開位置。在512處，廢氣門閥電壓被調(diào)整到對應(yīng)于完全打開的終止位置的電壓水平。在某些示例中，完全打開的終止位置的電壓水平可以基于工況(例如渦輪增壓器壓力水平)來調(diào)整。在某些示例中，在512處的電壓斜面可以被省略，這有利于到完全打開的終止位置的整個(gè)過程中減少電壓。
[0059]圖6示出根據(jù)本公開的另一個(gè)示例，考慮終止位置的示例廢氣門閥控制策略。這種廢氣門閥控制策略根據(jù)在廢氣門閥趨近每個(gè)終止位置以便廢氣門閥在閥座上具有軟著陸時(shí)的指數(shù)曲線，調(diào)整對應(yīng)于廢氣門閥的位置的電壓。特別地，在602處，廢氣門閥被命令從完全打開的終止位置到局部閉合的位置。在604處，廢氣門閥根據(jù)指數(shù)曲線形式的逐步電壓增加來調(diào)整到完全閉合位置。換句話說，在廢氣門閥趨近終止位置時(shí)，可以減小廢氣門閥位置的變化率。曲線調(diào)整可以提供防止廢氣門閥撞上閥座的相對逐步調(diào)整。在606處，廢氣門閥電壓被調(diào)整到對應(yīng)于完全閉合的終止位置的電壓水平。在某些示例中，完全閉合的終止位置的電壓水平可以基于工況(例如渦輪增壓器的壓力水平)來調(diào)整。相應(yīng)地，在608處，廢氣門閥被命令從完全閉合的終止位置到局部閉合的位置。在610處，廢氣門閥根據(jù)指數(shù)曲線形式的逐步電壓下降來調(diào)整到完全打開位置。在612處，廢氣門閥電壓被調(diào)整到對應(yīng)于完全打開的終止位置的電壓水平。在某些示例中，完全打開的終止位置的電壓水平可以基于工況(例如渦輪增壓器的壓力水平)來調(diào)整。在某些示例中，在612處的電壓曲線可以被省略，這有利于到完全打開的終止位置的整個(gè)過程中減少電壓。
[0060]在某些示例中，最小電流信號水平可以在工況改變時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，其中廢氣門在該最小電流信號水平處完全閉合。特別地，電流信號與由廢氣門閥施加的以壓縮閥座以便完全閉合廢氣門的扭矩直接相關(guān)。閉合廢氣門的最小扭矩可以根據(jù)渦輪增壓器的壓力水平改變。例如，在較高的渦輪增壓器壓力水平，可以要求附加的扭矩以抵靠閥座壓縮廢氣門閥，從而閉合廢氣門。另一方面，在較低的渦輪增壓器壓力水平，可以要求較少的扭矩以抵靠閥座壓縮廢氣門閥，從而閉合廢氣門。因此，控制器可以經(jīng)配置基于渦輪增壓器的壓力水平，調(diào)整用于確定終止位置的電流水平。換句話說，終止位置的電壓可以基于渦輪增壓器壓力而改變。
[0061]因此，如圖5和圖6所示，一種渦輪增壓的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，其包括:由電動致動器致動的廢氣門閥；提供廢氣門閥的位置的反饋指示的位置傳感器；以及控制器，該控制器包括處理器和電子存儲介質(zhì)，該電子存儲介質(zhì)保持當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí):基于相對于終止位置的來自位置傳感器的反饋，控制電動致動器以調(diào)整廢氣門閥的位置的指令。渦輪增壓發(fā)動機(jī)系統(tǒng)包括，其中電子存儲介質(zhì)進(jìn)一步保持指令，當(dāng)它們由處理器執(zhí)行時(shí):基于終止位置控制電動致動器，基于的終止位置通過監(jiān)測相對于致動器命令變化的反饋位置的變化來識別，以及在廢氣門閥趨近終止位置時(shí)，控制電動致動器以降低廢氣門閥位置的變化率。該渦輪增壓發(fā)動機(jī)系統(tǒng)包括，其中終止位置是在廢氣門閥與閥座對齊以大致地停止排氣流的位置(例如，少于通過廢氣門的排氣流的全刻度的5% )。
[0062]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，圖4所描述的方法可以表示任意數(shù)量的處理策略，例如事件驅(qū)動、多任務(wù)、多線程等中的一個(gè)或多個(gè)。因此，示出的各個(gè)步驟或功能可以以示出的順序執(zhí)行，并行執(zhí)行，或在某些情況中可以被省略。同樣，處理的次序不是實(shí)現(xiàn)本文所述的目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)所必需的，而是為了易于說明和描述被設(shè)置。雖然沒有明確說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，根據(jù)所使用的特定策略，所示出的步驟或函數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)可以重復(fù)執(zhí)行。
[0063]這樣結(jié)束了本說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀后，會聯(lián)想沒有背離本說明書的精神和范圍的許多變更和更改。例如，以天然氣、汽油、柴油或替代的燃料配置運(yùn)行的單汽缸、12、13、14、15、V6、V8、V10、V12和V16發(fā)動機(jī)可以使用本說明書來獲益。
【權(quán)利要求】
1.一種廢氣門操作方法，其包括: 控制電致動的廢氣門，其包括響應(yīng)于渦輪增壓器的熱伸長調(diào)整廢氣門致動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)整廢氣門致動包括調(diào)整所述電致動的廢氣門的位置命令。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)整廢氣門致動包括調(diào)整廢氣門控制器的控制器增益。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括，響應(yīng)于廢氣門致動器馬達(dá)的溫度大于第一閥值溫度，減小廢氣門致動器馬達(dá)的電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其進(jìn)一步包括，響應(yīng)于廢氣門致動器馬達(dá)的溫度大于第二閥值溫度，打開所述電致動的廢氣門和停止流到所述電致動的廢氣門的電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其進(jìn)一步包括，在停止流到所述電致動的廢氣門的電流后，響應(yīng)于廢氣門致動器馬達(dá)的溫度小于所述第一閥值溫度，向所述電致動的廢氣門供應(yīng)電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中控制所述電致動的廢氣門包括提供比例和積分校正。
8.一種廢氣門操作方法，其包括: 控制電致動的廢氣門，其包括響應(yīng)于廢氣門致動器的溫度的變化率，調(diào)整廢氣門致動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中控制調(diào)整廢氣門致動包括調(diào)整供應(yīng)到所述電致動的廢氣門的電流的量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中控制調(diào)整廢氣門致動包括調(diào)整供應(yīng)到所述電致動的廢氣門的電流的速率。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述電致動的廢氣門經(jīng)由電動馬達(dá)來致動。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中當(dāng)廢氣門致動器的溫度超過閥值溫度時(shí)，響應(yīng)于廢氣門致動器的溫度的變化率，控制所述電致動的廢氣門。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述電致動的廢氣門經(jīng)由包括多個(gè)級聯(lián)反饋路徑的控制器來控制。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個(gè)級聯(lián)反饋路徑中的一個(gè)是廢氣門速度反饋路徑。
15.—種在熱負(fù)載存在時(shí)控制電致動的廢氣門的方法，所述方法包括: 響應(yīng)于致動器電流、致動器速度和致動器位置，調(diào)整電致動的廢氣門的命令；以及 響應(yīng)于所述電致動的廢氣門的溫度超過閥值溫度，停用處在打開位置的所述電致動的廢氣門。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述致動器速度基于廢氣門位置的導(dǎo)數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包括，響應(yīng)于期望的廢氣門位置的前饋調(diào)整，調(diào)整所述電致動的廢氣門的命令。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括，響應(yīng)于估算的廢氣門溫度估值，調(diào)整所述電致動的廢氣門的命令。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述估算的廢氣門溫度估值至少部分地基于廢氣門的能量消耗。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述估算的廢氣門溫度估值至少部分地基于由所述電致動的廢氣門消耗的能量。
【文檔編號】F02B37/18GK104165089SQ201410195672
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月16日
【發(fā)明者】V·V·可可圖維克, A·Y·卡尼克, 王沿 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司