用于减少节气门振动的内燃机用节气门控制系统和方法

摘要

本发明涉及用于减少节气门振动的内燃机用节气门控制系统和方法，公开了一种包括压力比较模块和节流阀片控制模块的节气门控制系统。压力比较模块确定节气门体上游的入口压力和节气门体下游的出口压力。节流阀片控制模块基于入口压力和出口压力控制节流阀片的位置。

说明书

相关申请的交叉引用

本中请要求2008年12月22日提交的美国临时申请No.61/139,690的权益。该申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开涉及用于内燃机用节气门控制系统及方法。

背景技术

这里提供的背景描述是为了总地示出本公开背景的目的。本发明人在该背景技术部分中所描述的内容，以及其描述不会以其它方式被认为是提交时的现有技术的方面，既不明确地也不含蓄地认为是相对于本公开的现有技术。

内燃机燃烧气缸内的空气和燃料混合物来驱动活塞。活塞的往复运动产生了驱动扭矩。空气通过节气门体被吸入进气歧管并被节气门体中的节流阀片调节。为了提供希望的发动机扭矩，动力系控制模块基于希望发动机扭矩来确定希望的节流阀片位置以提供希望的质量空气流量。

发明内容

根据本公开的节气门控制系统包括压力比较模块和节流阀片控制模块。压力比较模块确定节气门体上游的进口压力和节气门体下游的出口压力。节流阀片控制模块基于该进入压力和出口压力控制节流阀片的位置。

在其他特征中，当入口压力与出口压力之间的压力差大于或等于第一阈值时，节流阀片控制模块使节流阀片从第一节流位置移动至第二节流位置。第一和第二节流位置基于希望的发动机扭矩确定。当所述压力差低于第一阈值时，节流阀片控制模块使节流阀片移动至大开口位置。本发明提供一种节气门控制系统，其包括：压力比较模块，该压力比较模块确定节气门体上游的入口压力以及节气门体下游的出口压力；和节流阀片控制模块，该节流阀片控制模块基于所述的入口压力和出口压力控制节流阀片的位置。所述节流阀片控制模块在增压应用期间基于所述入口压力和出口压力控制所述节流阀片的位置。当所述入口压力与出口压力之间的压力差大于或等于第一阈值时，所述节流阀片控制模块使所述节流阀片从第一节流位置移动至第二节流位置。当所述压力差低于第一阈值时，所述节流阀片控制模块使所述节流阀片从第一节流位置移动至大开口位置。当所述压力差大于或等于第二阈值时，所述节流阀片控制模块使所述节流阀片从所述大开口位置转变至第三节流位置，其中基于希望的发动机扭矩确定第三节流位置。所述第二阈值大于所述第一阈值。所述压力监测模块确定所述出口压力与所述入口压力的压力比值，并且所述节流阀片控制模块基于该压力比值使所述节流阀片移动。所述入口压力为大气压力且所述出口压力为歧管空气压力。在发动机启动时，所述节流阀片控制模块基于所述入口压力、所述出口压力、希望的质量空气压力即MAP和涡轮基本压力，控制所述节流阀片的位置。当所述希望的质量空气压力不大于所述涡轮基本压力或者所述入口压力与出口压力之间的差值等于或大于第二阈值时，所述节流阀片控制模块使所述节流阀片从大开口位置移动至希望的节流位置。当所述希望的质量空气压力大于所述涡轮基本压力与迟滞之和并且当所述入口压力与出口压力之间的压力差低于第一阈值时，所述节流阀片控制模块使所述节流阀片从第一节流位置移动至第二节流位置。所述节气门控制系统还包括废气旁通阀控制模块，当所述希望的质量空气压力大于所述涡轮基本压力时，所述废气旁通阀控制模块有选择地启动以控制废气旁通阀使所述节流阀片移动至希望的节流位置。

一种控制节流阀片的方法，该方法包括：确定节气门体上游的入口压力和节气门体下游的出口压力；和基于该入口压力和出口压力控制节流阀片。本发明提供一种控制节流阀片的方法，该方法包括：确定节气门体上游的入口压力以及节气门体下游的出口压力；和基于所述的入口压力和出口压力控制节流阀片。所述方法还包括当所述入口压力与出口压力之间的压力差大于或等于第一阈值时，使所述节流阀片从第一节流位置移动至第二节流位置，其中基于希望的发动机扭矩确定所述第一节流位置和第二节流位置。所述方法还包括当所述压力差低于第一阈值时，使所述节流阀片移动至大开口位置。所述方法还包括当所述压力差大于或等于第二阈值时，使所述节流阀片从所述大开口位置移动至第三节流位置，其中所述第二阈值大于所述第一阈值，并且基于希望的发动机扭矩确定所述第三节流位置。在所述方法中，所述入口压力为大气压力且所述出口压力为歧管空气压力。所述方法还包括在发动机启动时，基于所述入口压力、所述出口压力、希望的质量空气压力即MAP和涡轮基本压力，控制所述节流阀片的位置。所述方法还包括当所述希望的质量空气压力不大于所述涡轮基本压力或者所述入口压力与出口压力之间的差值等于或大于第二阈值时，使所述节流阀片从大开口位置移动至希望的节流位置。所述方法还包括当所述希望的质量空气压力大于所述涡轮基本压力与迟滞之和并且当所述入口压力与出口压力之间的差值低于第一阈值时，使所述节流阀片从第一节流位置移动至第二节流位置。

通过下面的详细描述将明白本公开的其他应用领域。应理解，表示本公开的优选实施方式的详细描述和具体实施例旨在说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

通过详细说明和附图将会更加完全地理解本公开，图中：

图1为包括根据本公开的节气门控制模块的示例性发动机系统的功能框图；

图2是根据本公开的节气门控制模块的功能框图；以及

图3是根据本公开的控制节流阀片的方法的流程图。

具体实施方式

下面的描述实质上仅为示例性的，而绝非意图限制本发明及其应用或使用。为清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记来表示相似的元件。在本文中所用时，术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它提供所述功能的合适构件。

为了增大通过节气门体的质量空气流量，发动机可以增压模式操作。在增压模式中，启动增压器或涡轮增压器来增大(或“增加”)节气门体的入口附近的气压。由于进气歧管中的气压越高，能被吸入气缸中的空气越多，因此能喷射更多的燃料以增大发动机扭矩。在增压模式中，节气门体上的压力差相对较小且节流阀片趋于振动。结果，通过节气门体的质量空气流量以及形成的空气/燃料比变得不稳定。当振动持续一段延长的时期时，节流阀片会被损坏。

根据本公开的节气门控制模块监测节气门体的入口和出口附近的气压并基于节气门体上的压力差控制节流阀片。当压力差低于阈值时，节流阀片移动至大开口位置以允许最大的气流和进气不被节流。当压力差大于或等于阈值时，根据希望的节流位置确定节流阀片，该希望的节流位置基于希望的发动机扭矩确定。

参照图1，发动机系统10包括发动机12、进气歧管14、排气歧管16、排气系统18和燃料喷射系统20。空气通过节气门体22被吸入进气歧管14并通过进气歧管14被分配至各个气缸(未示出)。燃料通过燃料喷射系统20被喷射到气缸内。喷射的燃料与空气混合，在气缸内形成空气/燃料混合物。气缸内的活塞压缩空气/燃料混合物。火花塞(未示出)点燃空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧产生燃烧力以驱动活塞，活塞可旋转地驱动曲轴(未示出)。排气从气缸排出并通过排气歧管16流入排气系统18。在排气系统18中对排气进行处理之后，排气被释放到大气中。

节气门体22控制进入发动机的气流量。节气门体22包括节流阀片24和节气门致动器26。节流阀片24位于节气门体22内并调节气流。节气门致动器26基于希望的发动机扭矩使节流阀片24移动至不同的节流位置以产生希望的节流面积。与节气门致动器26通信的控制模块28确定待被吸入发动机12中的希望的空气量并相应地控制节气门致动器26。

发动机系统10包括涡轮增压器32，该涡轮增压器可在发动机12被指令增大发动机扭矩输出时启动。当涡轮增压器32未被启动时，发动机12使用活塞的向下行程在进气歧管14中形成真空。由于该真空的存在，周围空气被吸入进气歧管14和气缸中。

在其中涡轮增压器32启动的增压应用中，排气驱动涡轮增压器32以增大涡轮增压器32出口处的气压。涡轮增压器32的出口与节气门体22的入口连通。因此，节气门体22入口处的进气被压缩。被压缩的进气能更迅速地被吸入气缸中。由于增大的气流，更多的燃料能被喷射到气缸中以增大发动机扭矩输出。控制模块28包括节气门控制模块30，该模块在增压模式下调节通过节气门体22的进气流。

在涡轮增压器32的入口附近设置废气旁通阀33，用于使排气转向远离涡轮增压器32的涡轮。排气的转向调节涡轮转速，这又调节涡轮增压器32的压缩机的旋转速度并因此调节涡轮增压系统中的最大增压压力。废气旁通阀占空比指的是废气旁通阀螺线管被致动以保持废气旁通阀33关闭的时间百分比。废气旁通阀占空比越高保持废气旁通阀33关闭的时间越长，从而在涡轮上形成更大的排气压力并更迅速地提高目标增压压力。

发动机系统10还包括用于监测发动机操作的多个传感器。这多个传感器包括(但不限于)进气歧管气压(MAP)传感器34、发动机速度传感器36、质量空气流量(MAF)传感器38、进气温度(IAT)传感器40、大气压力(BP)传感器42和节流位置传感器44。MAP传感器34设置在进气歧管14处并测量进气歧管绝对压力。发动机速度传感器36测量发动机12的转速(PRM)。MAF传感器38测量流入进气歧管14中的空气质量。IAT传感器40测量进气温度。BP传感器42测量节气门体22上游空气的大气压力。节流位置传感器44测量节流阀片22的位置。可选地，可以在节气门体22紧下游处设置压力传感器45以测量空气刚离开节气门体22后的气压。

参照图2，节气门控制模块30包括节流面积确定模块46、节流位置确定模块48、节气门状态确定模块50、压力比较模块52、调节模块53、节流阀片控制模块54、废气旁通阀控制模块56，和发动机状态确定模块58。节流面积确定模块46基于来自扭矩请求56的希望发动机扭矩确定希望的节流面积。节流位置确定模块48基于希望的节流面积确定希望的节流位置。节流位置确定模块48可包括查询表，该表包括节流面积与节流位置之间的相互关系。

节气门状态确定模块50基于来自节流位置传感器44的信号确定节气门体22是处于节流状态还是未节流状态。在节流状态中，根据希望的节流位置调节进气。在未节流状态中，空气不被调节且节流阀片24处于允许最大气流的位置(例如，大开口位置)。被允许流过节气门体22的最大空气量随发动机速度而改变。因此，节流阀片24的大开口位置随发动机速度变化。

压力比较模块52接收来自MAP传感器34和BP传感器42以及可选的来自压力传感器45的压力读数。压力比较模块52确定节气门体22入口附近的入口压力、节气门体22出口附近的出口压力，以及入口压力与出口压力之间的压力差。

调节模块53设置成调节或修改增压应用时的节气门控制以使其适于发动机12刚启动时的状况。调节模块53比较希望的气压(MAP)和涡轮基本压力。压力比较模块52基于希望的MAP和涡轮基本压力调节或修改节气门控制。

当发动机12运行时，在增压应用期间压力比较模块52比较入口压力与出口压力并基于入口压力和出口压力来确定节流阀片应如何移动。当发动机12刚启动时，压力比较模块52基于希望的MAP和涡轮基本压力，以及入口压力和出口压力确定节流阀片应如何移动。压力比较模块52通过节流阀片致动器26或废气旁通阀33根据发动机运行状况以及希望的MAP和涡轮基本压力来指令节流阀片移动。

发动机状态确定模块58接收来自发动机速度传感器36的指示发动机是正在运行还是刚启动的信号。仅作为示例，当发动机转速等于或大于阈值速度时，发动机状态确定模块58可确定发动机12正在运行。当发动机速度低于阈值速度时，发动机状态确定模块58可确定发动机12刚启动。

更具体地说，压力比较模块52确定入口压力与出口压力之间的压力差并将该压力差与第一阈值和第二阈值进行比较。在正常条件下(即，当发动机12正在运行并处于增压应用时)，当所述压力差低于第一阈值时，节流阀片控制模块54控制节流阀片致动器26以使节流阀片从第一节流位置移动至大开口位置。当所述压力差等于或大于第一阈值时，节流阀片控制模块54使节流阀片从第一节流位置移动至第二节流位置。当节流阀片处于大开口位置且当压力差超过大于第一阈值的第二阈值时，节流阀片控制模块54使节流阀片从大开口位置移动至第三节流位置。当节流阀片处于大开口位置且所述压力差低于第二阈值时，节流阀片保持处于大开口位置。

由BP传感器42测量的环境空气压力可用作入口压力。由MAP传感器34测量的MAP可用作出口压力。当设置压力传感器45时，可使用来自MAP传感器34或压力传感器45的压力读数。另选地，MAP和来自压力传感器45的压力读数中的最小值可用作出口压力，以确保所述压力差更加趋向于大于所述阈值。

通常，出口压力低于入口压力。当发动机12以非增压模式操作时，所述入口压力近似为1巴(近似14.7psi)且出口压力为真空压力。在增压模式中，入口压力和出口压力增大且出口压力大致接近入口压力。当出口压力接近入口压力时，节流阀片24可能振动。

在下文中，“第一节流位置”，“第二节流位置”或“第三节流位置”指的是由节流位置确定模块48基于希望的发动机扭矩确定的希望的节流位置。大开口位置指的是节流阀片24在特定发动机转速下打开至允许最大气流的程度的位置。第一、第二和第三节流位置并不包括大开口位置。

当节流阀片24处于节流状态(例如，处于第一节流位置)且节气门体22上的压力差大于或等于第一阈值时，节流阀片控制模块54根据希望的节流位置(例如，第二节流位置)控制节流阀片24。当所述压力差大于或等于第一阈值时，出口压力显著低于入口压力。仅作为示例，出口压力与入口压力的压力比值可低于0.95。在这种情况下，不太可能发生节流阀片24振动。因此，节流阀片控制模块54根据希望的节流位置控制节流阀片24。

当节气门体22上的压力差低于第一阈值时，节流阀片控制模块54使节流阀片24移动到大开口位置以允许最大气流。在大开口位置，进气未被节流且未被调节。

当压力差低于第一阈值时，出口压力接近入口压力。仅作为示例，当出口压力与入口压力的压力比值增大至近似0.95或以上时，入口压力和出口压力中的微小变化导致进气流密度的显著变化。希望的节流面积和希望的节流位置是流密度的函数。因此，当入口压力和出口压力发生微小的波动时，希望的节流位置就会不断地变化。

在这种情况下，如果根据希望的节流位置控制节流阀片24，节流阀片24将来回移动以将节流阀片24调节为不断变化的、希望的节流位置。结果，节流阀片24振动。

利用本公开的节气门控制策略，当入口压力与出口压力之间的压力差低于第一阈值时，节流阀片24移动至大开口位置。节流阀片24被控制为保持处于大开口位置。因此，可以避免节流阀片24的振动。

当节气门体22上的压力差变得大于或等于第二阈值时，节流阀片24从大开口位置移动至希望的节流位置(例如，第三节流位置)。当所述压力差下降至低于如上所述的第一阈值时，节流阀片24能再次从第三节流位置移动到大开口位置。第二阈值设置为高于第一阈值。换言之，节气门控制模块30包括迟滞(hysteresis)，其为由路径决定的参数。用于使节流阀片从节流位置移动至大开口位置所需的入口压力与出口压力之间的压力差大于使节流阀片从大开口位置移动至节流位置所需的压力差。

第二阈值设置为大于第一阈值以避免当压力差稍低于或高于第一阈值时可能发生的振动。更具体地说，当节流阀片24处于大开口位置且所述压力差稍低于第一阈值时，入口压力与出口压力中的微小变化可能会导致所述压力差超过第一阈值。如果使用相同的阈值，节流阀片24将移动至第三节流位置。当压力差再次变得稍小于第一阈值时，节流阀片24将向回移动至大开口位置。结果，节流阀片24在大开口位置与希望的节流位置之间振动。通过设置更高的第二阈值，可以避免节流阀片24的振动。

另选地，压力比较模块52可确定出口压力与入口压力的压力比值。节流阀片控制模块54可基于压力比值与阈值之间的比较控制节流阀片24。

当发动机刚启动时，调节模块53基于希望的MAP与涡轮基本压力之间的比较改变节气门控制策略。涡轮基本压力指的是废气旁通阀占空比为0％情况下可实现的最大增压压力。因此，涡轮基本压力为当废气旁通阀33完全打开以使排气转向远离涡轮增压器32时可实现的最大增压压力。基于涡轮增压器32的设计规格确定涡轮基本压力。

当发动机12刚启动时，节流面积确定模块46并不根据扭矩请求56计算希望的节流面积。相反，节流面积确定模块46确定大于对应于扭矩请求56的节流面积的节流面积。仅作为示例，节流面积确定模块46可确定比需要的节流面积更大的节流面积且节流阀片控制模块54可在发动机启动期间使节流阀片移动至大开口位置。当歧管压力(即，出口压力)和节流前压力(即，入口压力)开始增大时，节流面积确定模块46开始确定希望的节流面积。如果没有设置调节模块53，当入口压力与出口压力之间的差值大于第二阈值时(有迟滞的情况)，如上所述，节流阀片控制模块54将使节流阀片从大开口位置转换到节流位置。这将会在发动机启动期间节流阀片从大开口位置到节流位置的移动中致使延迟并导致MAP过调节(overshoot)(仅作为示例，15kPa)。MAP的过调节致使节流阀片振动。

当发动机12刚启动时，为了使节流阀片从未节流状态(即，从大开口位置)移动至节流状态(例如，至希望的节流位置)，或者当入口压力与出口压力之间的压力差等于或大于第二阈值时，希望的MAP应等于或小于涡轮基本压力。在希望的MAP与涡轮基本压力之间的比较中并不增加迟滞。因此，可以避免MAP中的过调节，从而避免节流阀片振动。

为了使节流阀片从节流位置移动至大开口位置，希望的MAP必须大于涡轮基本压力与迟滞之和并且入口压力与出口压力之间的压力差必须低于第一阈值。在希望的MAP与涡轮基本压力之间的比较中加入迟滞。当希望的MAP不大于涡轮基本压力与迟滞之和时，不管入口压力与出口压力之间的压力差如何，节流阀片不能从节流状态移动至未节流状态。响应于来自压力比较模块52的指令，节流阀片控制模块54使节流阀片移动至大开口位置。

另选地，当希望的MAP大于涡轮基本压力时，压力比较模块52可停用节流阀片控制模块54。废气旁通阀控制模块56可被启动以用作主致动器来控制节流位置。

当发动机不运行时，节流阀片控制模块54根据希望的节流位置移动节流阀片。

现在参照图3，控制节流阀片的方法80开始于步骤82。在步骤84中，节流面积确定模块46确定希望的节流面积，节流位置确定模块48基于希望的节流面积确定希望的节流位置。在步骤86中，压力比较模块52确定节气门体22上的压力差。当在步骤88中发动机12正在运行时，在步骤92中节气门状态确定模块50确定节气门体22是否处于节流状态。如果节气门体22处于节流状态，则在步骤94中压力比较模块52确定希望的MAP是否大于涡轮基本压力与迟滞之和。如果在步骤94中希望的MAP大于涡轮基本压力与迟滞之和，压力比较模块52在步骤96中继续确定入口压力与出口压力之间的压力差是否低于第一阈值。如果压力差低于第一阈值，则在步骤98中，节流阀片24移动至大开口位置以允许最大气流。如果在步骤94中希望的MAP不大于涡轮基本压力与迟滞之和或者如果在步骤96中入口压力与出口压力之间的压力差不低于第一阈值，方法80进行到步骤100。在步骤100中，根据希望的节流位置控制节流阀片24。

如果在步骤92中节气门体22处于未节流状态(即，节流阀片24处于大开口位置)，在步骤102中压力比较模块52确定希望的MAP是否大于涡轮基本压力。如果希望的MAP大于涡轮基本压力，则在步骤104中，压力比较模块52继续确定入口压力与出口压力之间的压力差是否低于第二阈值。如果在步骤98中压力差低于第二阈值，则在步骤106中节流阀片24保持处于大开口位置。如果在步骤102中希望的MAP不大于涡轮基本压力或者如果在步骤98中入口压力与出口压力之间的压力差大于或等于第二阈值，则在步骤100中根据希望的节流位置控制节流阀片24。

当在步骤88中发动机12未运行时。在步骤108中控制模块54根据希望的节流位置控制节流阀片。方法80结束于步骤110。

从以上描述中本领域技术人员现在可以认识到，本公开的广泛教导可以多种形式实施。因此，尽管本公开包括特定实例，但本公开的真实范围不应该局限于此，因为在研究了附图、说明书和所附权利要求之后本领域技术人员将清楚其它的修改。