用于涡轮增压器系统的空气压力控制系统和方法 【技术领域】
本发明涉及内燃发动机， 更具体地， 涉及控制由涡轮增压器系统产生的空气压力。背景技术 本文所提供的背景技术描述目的在于从总体上呈现本发明的背景。 发明人的一部 分工作在背景技术部分中被描述， 这部分内容以及在提交申请时该描述中不另构成现有技 术的方面， 既不明确也不暗示地被承认是破坏本发明的现有技术。
内燃发动机 (ICE) 燃烧空气 / 燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭矩。燃烧副产 物经由排气系统从车辆排出。来自排气系统的排气可由涡轮增压器系统接收。涡轮增压器 系统通过增加流向 ICE 的空气流而增加了 ICE 的扭矩输出。涡轮增压器系统基于排气流率 压缩和增加进气流。压缩进气经由进气歧管被吸入 ICE 的汽缸以用于燃烧目的。
涡轮增压器系统可为单级或多级系统。单级系统可包括单个涡轮机， 其增加进气 歧管中的增压压力。多级系统可包括串联布置的主涡轮机和副涡轮机。主涡轮机和副涡轮 机接收排气并提供相应压缩级的空气充量到进气歧管。
作为多级系统的例子， 排气可以低发动机速度 ( 例如小于 3000rpm) 流经主涡轮 机。排气流能够增加主涡轮机中的增压压力。增压压力随发动机速度增加而增加。增压压 力可通过打开旁通阀 (BPV) 来控制。例如， 当增压压力大于预定阈值时， BPV 可被打开以允 许排气绕过主涡轮机。
来自主涡轮机的压缩排气可被引导至副涡轮机。副涡轮机以高发动机速度 ( 例 如， 大于 3000rpm) 以比主涡轮机更大的增压压力操作。副涡轮机内的增压压力可通过打开 废气门来控制。例如， 废气门可被打开以允许排气绕过副涡轮机以减小压力。
经由 BPV 和 / 或废气门减小增压压力能够导致进气歧管中的压降。发动机控制 系统可通过维持节气门位置或通过增加节气门打开度以增加流入发动机汽缸的空气流量 从而补偿该压降。这种补偿可能导致车辆加速度的增加。车辆加速度的增加指的是颠簸 (sail-on) 状况。 颠簸状况可能增加排气排放 ； 导致发动机不稳定 ； 和 / 或降低燃料经济性。
发明内容 在一个实施例中， 提供了一种用于具有涡轮增压器系统的发动机的系统， 其包括 ： 变化率 (rate) 确定模块、 极限变化率选择模块、 节气门进口绝对压力 (TIAP) 计算模块、 和 节气门控制模块。变化率确定模块基于来自 TIAP 传感器的当前 TIAP 信号和之前的 TIAP 信号之间的压差产生压力变化率值。 极限变化率选择模块基于该压力变化率值选择极限变 化率。TIAP 计算模块基于极限变化率和当前 TIAP 信号产生计算的 TIAP 信号。节气门控制 模块基于计算的 TIAP 信号产生节气门控制信号， 并基于节气门控制信号致动发动机的进 口节气门阀 (ITV)。
在其他特征中， 提供了一种控制具有涡轮增压器系统的发动机内的空气压力的方 法。该方法包括基于来自 TIAP 传感器的当前 TIAP 信号和之前的 TIAP 信号之间的压差产
生压力变化率值。基于该压力变化率值选择极限变化率。基于极限变化率和当前 TIAP 信 号产生计算的 TIAP 信号。基于计算的 TIAP 信号产生节气门控制信号。基于节气门控制信 号致动发动机的 ITV。
本发明还包括以下方案 ：
方案 1. 一种用于具有涡轮增压器系统的发动机的控制系统， 所述控制系统包括 ：
变化率确定模块， 其基于来自节气门进口绝对压力 TIAP 传感器的当前节气门进 口绝对压力 TIAP 信号和之前 TIAP 信号之间的压差来产生压力变化率值 ；
极限变化率选择模块， 其基于所述压力变化率值来选择极限变化率 ；
TIAP 计算模块， 其基于所述极限变化率和所述当前 TIAP 信号产生计算的 TIAP 信 号； 以及
节气门控制模块， 其基于所述计算的 TIAP 信号产生节气门控制信号， 并基于所述 节气门控制信号致动所述发动机的进口节气门阀 ITV。
方案 2. 如方案 1 所述的控制系统， 其特征在于， 进一步包括 ：
废气门和旁通阀 BPV 监控模块， 其基于所述涡轮增压器系统的 BPV 和废气门中的 至少一个的打开而产生状态信号 ；
TIAP 信号监控模块， 其以预定采样间隔反复地采样所述当前 TIAP 信号 ； 以及
最小值检查模块， 其基于来自进气歧管绝对压力 MAP 传感器的进气歧管绝对压力 MAP 信号和来自涡轮增压器进口绝对压力 TCIAP 传感器的涡轮增压器进口绝对压力 TCIAP 信号检测所述计算的 TIAP 信号的最小值 ；
其中， 所述 TCIAP 信号表示所述涡轮增压器系统上游的绝对压力， 所述 MAP 信号表 示所述发动机的进气歧管内的绝对压力。
方案 3. 如方案 1 所述的控制系统， 其特征在于， 所述压力变化率值表示所述当前 TIAP 信号是正在增加和正在减小中的一种 ；
其中， 所述当前 TIAP 信号表示所述 ITV 上游的绝对压力， 以及
其中， 所述 TIAP 传感器定位于所述涡轮增压器系统和所述 ITV 之间。
方案 4. 如方案 1 所述的控制系统， 其特征在于， 所述涡轮增压器系统包括 BPV 和 废气门中的至少一个 ；
其中， 当所述涡轮增压器系统的增压压力大于预定阈值时， 所述 BPV 和所述废气 门中的至少一个被打开。
方案 5. 如方案 2 所述的控制系统， 其特征在于， 当所述计算的 TIAP 信号小于或等 于具有所述第一偏移的所述 MAP 信号时， 所述最小值检查模块将第一临时变量设定为具有 与所述 MAP 传感器相关联的第一偏移的所述 MAP 信号 ；
其中， 当所述计算的 TIAP 信号小于或等于具有所述第二偏移的所述 TCIAP 信号 时， 所述最小值检查模块将第二临时变量设定为具有与所述 TCIAP 传感器相关联的第二偏 移的所述 TCIAP 信号 ； 以及
其中， 当所述第一临时变量和所述第二临时变量都不等于 0 时， 所述最小值检查 模块将所述计算的 TIAP 信号设定为所述第一临时变量和所述第二临时变量中较大的一 个。
方案 6. 如方案 1 所述的控制系统， 其特征在于， 所述极限变化率选择模块从增加极限变化率和 M 个减小极限变化率中的一个选择所述极限变化率， 其中 M 是大于 1 的整数。
方案 7. 如方案 1 所述的控制系统， 其特征在于， 所述极限变化率选择模块从增加 极限变化率， 第一减小极限变化率， 第二减小极限变化率， 和第三减小极限变化率中的一个 来选择所述极限变化率 ； 以及
其中， 所述第二减小极限变化率大于所述第一减小极限变化率和第三减小极限变 化率， 所述第三减小极限变化率大于或等于所述第一减小极限变化率。
方案 8. 如方案 7 所述的控制系统， 其特征在于， 所述 TIAP 计算模块在第一时间段 期间将所述计算的 TIAP 信号设定为所述当前 TIAP 信号， 并使所述计算的 TIAP 信号通过所 述增加极限变化率来增加 ；
其中， 所述 TIAP 计算模块在第二时间段期间将所述计算的 TIAP 信号设定为所述 当前 TIAP 信号， 并使所述计算的 TIAP 信号通过所述第一减小极限变化率来减小 ； 以及
其中， 所述第一时间段在所述第二时间段之前。
方案 9. 如方案 7 所述的控制系统， 其特征在于， 所述 TIAP 计算模块在第一时间段 期间将所述计算的 TIAP 信号设定为所述当前 TIAP 信号， 并使所述计算的 TIAP 信号通过所 述第二减小极限变化率来减小 ； 其中， 所述 TIAP 计算模块在第二时间段期间将所述计算的 TIAP 信号设定为所述 当前 TIAP 信号， 并使所述计算的 TIAP 信号通过所述第三减小极限变化率来减小 ； 以及
其中， 所述第一时间段在所述第二时间段之前。
方案 10. 如方案 7 所述的控制系统， 其特征在于， 当所述当前 TIAP 信号正在增加 并且所述 BPV 和所述废气门关闭时， 所述极限变化率选择模块选择所述增加极限变化率 ； 以及
其中， 当所述当前 TIAP 信号正在减小并且所述 BPV 和所述废气门关闭时， 所述极 限变化率选择模块选择所述第一减小极限变化率。
方案 11. 如方案 7 所述的控制系统， 其特征在于， 所述 TIAP 信号监控模块基于所 述极限变化率将所述当前 TIAP 信号的样本数量限制为 N 个样本， 其中 N 是大于 1 的整数，
其中， 当所述 TIAP 信号监控模块采样所述当前 TIAP 信号时， 所述 TIAP 信号监控 模块使检测计数器递增 1。
方案 12. 如方案 11 所述的控制系统， 其特征在于， 当所述 BPV 和所述废气门中的 至少一个被打开， 所述检测计数器小于或等于 N， 和所述压力变化率值大于或等于所述第三 减小极限变化率时， 所述极限变化率选择模块选择所述第二减小极限变化率。
方案 13. 如方案 11 所述的控制系统， 其特征在于， 当所述 BPV 和所述废气门中的 至少一个被打开， 所述检测计数器小于或等于 N， 和所述压力变化率值小于所述第三减小极 限变化率时， 所述极限变化率选择模块选择所述第三减小极限变化率 ； 以及
其中， 当所述 BPV 和所述废气门中的至少一个被打开和所述检测计数器大于 N 时， 所述极限变化率选择模块选择所述第三减小极限变化率。
方案 14. 一种控制具有涡轮增压器系统的发动机内的空气压力的方法， 包括 ：
基于来自节气门进口绝对压力 TIAP 传感器的当前节气门进口绝对压力 TIAP 信号 和之前 TIAP 信号之间的压差来产生压力变化率值 ；
基于所述压力变化率值选择极限变化率 ；
基于所述极限变化率和所述当前 TIAP 信号来产生计算的 TIAP 信号 ；
基于所述计算的 TIAP 信号来产生节气门控制信号 ； 以及
基于所述节气门控制信号来致动所述发动机的进口节气门阀 ITV。
方案 15. 如方案 14 所述的方法， 其特征在于， 进一步包括 ：
基于所述涡轮增压器系统的旁通阀 BPV 和废气门中的至少一个的打开来产生状 态信号 ；
以预定采样间隔反复地采样所述当前 TIAP 信号 ；
基于来自进气歧管绝对压力 MAP 传感器的进气歧管绝对压力 MAP 信号和来自涡轮 增压器进口绝对压力 TCIAP 传感器的涡轮增压器进口绝对压力 TCIAP 信号来检测所述计算 的 TIAP 信号的最小值 ；
经由所述 TCIAP 信号指示所述发动机的所述涡轮增压器系统上游的绝对压力 ；
经由所述 MAP 信号指示所述发动机的进气歧管内的绝对压力 ；
经由所述压力变化率值指示所述当前 TIAP 信号是正在增加和正在减小中的一 种；
经由所述当前 TIAP 信号指示所述 ITV 上游的绝对压力 ； 以及 将所述 TIAP 传感器定位在所述涡轮增压器系统和所述 ITV 之间。
方案 16. 如方案 15 所述的方法， 其特征在于， 进一步包括 ：
包括用于所述涡轮增压器系统的旁通阀 BPV 和废气门中的至少一个 ； 以及
当所述涡轮增压器系统的增压压力大于预定阈值时， 打开所述 BPV 和所述废气门 中的至少一个。
方案 17. 如方案 15 所述的方法， 其特征在于， 进一步包括 ：
当所述计算的 TIAP 信号小于或等于具有所述第一偏移的所述 MAP 信号时， 将第一 临时变量设定为具有与所述 MAP 传感器相关联的第一偏移的所述 MAP 信号 ；
当所述计算的 TIAP 信号小于或等于具有所述第二偏移的所述 TCIAP 信号时， 将第 二临时变量设定为具有与所述 TCIAP 传感器相关联的第二偏移的所述 TCIAP 信号 ； 以及
当所述第一临时变量和所述第二临时变量都不等于 0 时， 将所述计算的 TIAP 信号 设定为所述第一临时变量和所述第二临时变量中较大的一个。
方案 18. 如方案 15 所述的方法， 其特征在于， 进一步包括 ：
从增加极限变化率、 第一减小极限变化率、 第二减小极限变化率、 和第三减小极限 变化率中的一个选择所述极限变化率 ；
其中， 所述第二减小极限变化率大于所述第一减小极限变化率和第三减小极限变 化率， 且所述第三减小极限变化率大于或等于所述第一减小极限变化率 ；
当选择所述第二减小极限变化率时， 将所述当前 TIAP 信号的样本数量限制为 N 个 样本， 其中 N 是大于 1 的整数 ； 以及
当采样所述当前 TIAP 信号时， 使所述检测计数器递增 1。
方案 19. 如方案 18 所述的方法， 其特征在于， 进一步包括 ：
在第一时间段期间将所述计算的 TIAP 信号设定为所述当前 TIAP 信号， 并使所述 计算的 TIAP 信号通过所述增加极限变化率来增加 ；
在第二时间段期间将所述计算的 TIAP 信号设定为所述当前 TIAP 信号， 并使所述
计算的 TIAP 信号通过所述第一减小极限变化率来减小 ；
在第二时间段期间将所述计算的 TIAP 信号设定为所述当前 TIAP 信号， 并使所述 计算的 TIAP 信号通过所述第二减小极限变化率来减小 ； 以及
在第二时间段期间将所述计算的 TIAP 信号设定为所述当前 TIAP 信号， 并使所述 计算的 TIAP 信号通过所述第三减小极限变化率来减小 ；
其中， 所述第一时间段在所述第二时间段之前。
方案 20. 如方案 18 所述的方法， 其特征在于， 进一步包括 ：
当所述当前 TIAP 信号正在增加且所述 BPV 和所述废气门关闭时， 选择所述增加极 限变化率 ；
当所述当前 TIAP 信号正在减小且所述 BPV 和所述废气门关闭时， 选择所述第一减 小极限变化率 ；
当所述 BPV 和所述废气门中的至少一个被打开， 所述检测计数器小于或等于 N， 和所述压力变化率值大于或等于所述第三减小极限变化率时， 选择所述第二减小极限变化 率；
当所述 BPV 和所述废气门中的至少一个被打开， 所述检测计数器小于或等于 N， 和 所述压力变化率值小于所述第三减小极限变化率时， 选择所述第三减小极限变化率 ； 以及 当所述 BPV 和所述废气门中的至少一个被打开和所述检测计数器大于 N 时， 选择 所述第三减小极限变化率。
通过后文提供的详细描述将明了本发明更多的应用领域。应当理解的是， 这些详 细描述和特定示例仅仅用于说明的目的， 而并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
根据详细描述和附图， 本发明将得到更加全面的理解， 附图中 ：
图 1 是根据本发明实施例的示例性发动机控制系统的功能框图 ；
图 2 是根据本发明实施例的节气门控制系统的功能框图 ；
图 3A-3D 示出了根据本发明实施例的对节气门前的进气压力进行控制的方法 ； 以 及
图 4 是涡轮增压的发动机的第一节气门进口绝对压力 (TIAP) 信号和不带涡轮增 压器的发动机的第二 TIAP 信号的示例性曲线图 ； 以及
图 5 是常规 TIAP 信号和由本发明系统产生的 TIAP 信号的示例性曲线图。 具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的， 并不试图以任何方式限制本发明、 其应用或 用途。为了清楚起见， 在附图中将使用相同附图标记来表示相似元件。如本文所使用的， 短 语 “A、 B 和 C 中的至少一个” 应当解释为指的是使用了非排他性逻辑 “或” 的逻辑 “A 或者 B 或者 C” 的含义。应当理解的是， 在不改变本发明原理的情况下， 方法内的步骤可按照不同 顺序执行。
如本文所使用的， 术语 “模块” 指专用集成电路 (ASIC)、 电子电路、 执行一个或多个 软件或固件程序的处理器 ( 共用处理器、 专用处理器或组处理器 ) 和存储器、 组合逻辑电路和 / 或提供所述功能的其他适合部件。
另外， 尽管下面的实施例主要关于示例的内燃发动机描述， 本发明可应用于其他 发动机。例如， 本发明可应用于压缩点火式发动机、 火花点火式发动机、 均质火花点火式 发动机、 均质充量压缩点火式发动机、 分层火花点火式发动机、 和火花辅助压缩点火式发动 机。
发动机可构造有涡轮增压器以调节供给到发动机汽缸的气流。 涡轮增压器使用来 自排气流的能量增压进气歧管中的空气压力。排气流可由多个控制致动器控制， 例如废气 门和旁通阀 (BPV)。废气门和 / 或 BPV 可被打开以减小节气门前的进气压力。这种空气压 力中的减小能够导致节气门前的压降。
发动机控制系统可通过控制进气节气门阀 (ITV) 的位置来补偿节气门前的压降。 ITV 被用来基于来自 TIAP 传感器的节气门进口绝对压力 (TIAP) 信号来调节供给到汽缸的 节气门前进气量。TIAP 传感器产生 TIAP 信号， 其表示 ITV 上游的绝对压力。颠簸状况可能 由于节气门前的进气流的非线性特征而产生。 此处公开的实施例最小化了颠簸状况的持续 时间和 / 或防止了颠簸状况。
在图 1 中， 示出了车辆的示例性发动机控制系统 10。 发动机控制系统 10 可包括发 动机 12 和气流控制系统 14。发动机 12 燃烧空气 / 燃料混合物， 以基于发动机操作参数、 使 用者输入、 和环境状况产生用于车辆的驱动扭矩。
气流控制系统 14 可包括节气门控制系统 16 和涡轮增压器系统 18。 节气门控制系 统 16 可包括发动机控制模块 (ECM)20、 ITV 22、 节气门位置传感器 (TPS)24、 和 TIAP 传感器 26。ECM 20 可包括 TIAP 安全控制模块 28 和节气门控制模块 30。
TIAP 安全控制模块 28 基于来自 TIAP 传感器 26 的当前 TIAP 信号 TIAPCURR 协调对 ITV 22 的控制。TIAP 安全控制模块 28 基于当前 TIAP 信号 TIAPCURR 控制节气门前的进气 量。TIAP 传感器 26 产生当前 TIAP 信号 TIAPCURR， 其表示 ITV 22 上游的绝对压力。
节气门控制模块 30 基于来自 TIAP 安全控制模块 28 的计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 控制 ITV 22 的打开和关闭。节气门控制模块 30 可使用一个或多个 TPS 24 监控 ITV 22 的 位置。TPS 24 产生节气门位置信号 TPS， 其表示 ITV 22 中节气门叶片 32 的位置。图 2 示 出了 TIAP 安全控制模块 28 和节气门控制模块 30 的例子。
涡轮增压器系统 18 接收排气并提供压缩的空气充量到进气歧管 34。涡轮增压器 系统 18 可包括 BPV 36 和废气门 38， 以控制供给到进气歧管 34 的空气量。BPV 36 和 / 或 废气门 38 可由 ECM 20 被动地 ( 例如， 经由真空驱动阀 ) 或主动地 ( 例如， 经由电子节气门 控制器 ) 致动。
BPV 36 和 / 或废气门 38 可用于防止涡轮增压器系统 18 中的增压压力积累到大于 预定阈值。例如， ECM 20 可通过控制涡轮增压器系统 18 中的 BPV 36 和 / 或废气门 38 的 位置来调整增压压力。尽管图 1 示出了双级涡轮增压器系统， 但是本发明可应用于其他类 型的涡轮增压器系统。
在发动机工作期间， 空气经由空气过滤器 40 被接收并行进经过涡轮增压器进口 绝对压力 (TCIAP) 传感器 42、 涡轮增压器系统 18、 TIAP 传感器 26、 和 ITV 22。TCIAP 传感 器 42 产生 TCIAP 信号 TurboIAP， 其表示涡轮增压器系统 18 上游的绝对压力。空气被吸入 进气歧管 34。进气歧管 34 内的空气被分配到汽缸 40 内。进气歧管绝对压力 (MAP) 传感器46 检测进气歧管 34 内的空气压力并产生 MAP 信号 IMAP。尽管图 1 示出了六个汽缸， 但发 动机 12 可包括任意数量的汽缸 44。
燃料经由燃料轨 48、 50 被提供， 并与被吸入汽缸 44 的空气混合。尽管示出了汽油 供能的内燃发动机， 但是此处公开的实施例可应用于柴油发动机或替代燃料源的发动机。 空气 / 燃料混合物在汽缸 44 内被压缩并且被点燃以产生发动机 12 的驱动扭矩。
发动机速度传感器 52 产生发动机速度信号 RPM， 其以每分钟转数 (RPM) 为单位来 表示发动机 12 的速度。汽缸 44 内的燃烧排气经由排气歧管 54、 56 被排出。排气行进经过 排气导管 58、 60 并被引导至涡轮增压器系统 18。
涡轮增压器系统 18 可包括主涡轮增压器 62 和副涡轮增压器 64。主涡轮增压器 62 可包括可变几何涡轮 (VGT)66 和高压压缩机 (HPC)68。当排气流经 VGT 66 时， HPC 68 旋 转并迫使空气进入汽缸 44。VGT 66 可具有一组可运动的叶片 ( 未示出 )， 以控制流经主涡 轮增压器 62 的排气压力。例如， 当排气流量较低时， 叶片部分关闭以增加主涡轮增压器 62 的速度。随着发动机速度增加， 叶片可打开以减小主涡轮增压器 62 的速度。
副涡轮增压器 64 可包括固定几何涡轮 (FGT)70 和低压压缩机 (LPC)72。经过 FGT 70 的排气导致 LPC 72 旋转并且对空气进行压缩。排气从排气歧管 54、 56 流入 VGT 66， 然 后经过 FGT 70。随着发动机速度增加和 VGT 66 中增压压力升高， BPV 36 可被打开以允许 排气流经 FGT 70。 类似地， 当 FGT 70 中增压压力大于预定阈值时， 废气门 38 可被打开以允 许排气绕过 FGT 70。压缩机旁通阀 (CBPV)74 可与 BPV 36 协同工作。在另一个实施例中， CBPV 74 和 BPV 36 可独立地工作。CBPV 74 防止 HPC 68 旋转得快于预定速度。 在图 2 中， 示出了节气门控制系统 16。节气门控制系统 16 可包括 TIAP 安全控 制模块 28 和节气门控制模块 30。TIAP 安全控制模块 28 可包括 ： 废气门和 BPV 监控模块 202、 TIAP 信号监控模块 204、 变化率确定模块 206、 极限变化率选择模块 208、 TIAP 计算模 块 210、 和最小值检查模块 212。
废气门和 BPV 监控模块 202 可监控 BPV 36 和废气门 38 并产生状态信号 STAT， 其 为 BPV 36 和废气门 38 之一是否打开的 “真 (TRUE)” 或 “假 (FALSE)” 的指示。TIAP 信号监 控模块 204 可以预定采样间隔来反复地检测 ( 即， 采样 ) 来自 TIAP 传感器 26 的当前 TIAP 信号 TIAPCURR。 例如， 采样间隔可为 12.5 毫秒的时间段。 变化率确定模块 206 能够以预定采 样间隔来接收当前 TIAP 信号 TIAPCURR 并产生当前 TIAP 信号 TIAPCURR 的压力变化率值 PRV。
压力变化率值 PRV 指的是预定时间段上的空气压力变化的速度 ( 例如， 7kPa/12.5 毫秒 )。压力变化率值 PRV 可基于当前 TIAP 信号和预定采样间隔之前产生的之前 TIAP 信 号之间的压差来确定。例如， 当前压力 ( 例如， 10kPa) 可从之前的压力 ( 例如， 13kPa) 中减 去， 以产生压力变化率值 PRV( 例如， +3kPa/12.5 毫秒 )， 所述之前的压力在之前间隔 ( 例 如， 之前的 12.5 毫秒 ) 期间被检测。来自计时器 214 的时钟信号 CLK 可用于检测预定采样 间隔的开始和结束时间。
极限变化率选择模块 208 可基于压力变化率值 PRV、 状态信号 STAT 和检测计数器 216 选择极限变化率 LR。极限变化率 LR 指的是计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 中的最大允许压 力变化。例如， 计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 中的压力变化可被限制为 112kPa/ 秒。
极限变化率 LR 可从增加极限变化率 220 和一组 M 个减小极限变化率 221 中选择， 其中 M 是大于 1 的整数。作为例子， 极限变化率 LR 可从增加极限变化率 220 和一组三个减
小极限变化率 222-226 中选择。极限变化率 LR 可为增加极限变化率 220、 第一减小极限变 化率 222、 第二减小极限变化率 224 和第三减小极限变化率 226 中的一个。
第二减小极限变化率 224 可大于第一和第三减小极限变化率 222、 226， 而第三减 小极限变化率 226 可大于或等于第一减小极限变化率 222。例如， 第二减小极限变化率 224 可被设定为 112kPa/ 秒， 而第一和第三减小极限变化率 222、 226 可被设定为 1kPa/ 秒。极 限变化率 220-228 可被校准并存储在存储器 218 中。
极限变化率 LR 可用于确定计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 的增加或减小的压力变化率 值 PRV。 例如， 第二减小极限变化率 224 可将压力变化率值 PRV 限制到第一预定压力变化率 ( 例如， 112kPa/ 秒 )。类似地， 第三减小极限变化率 226 可将压力变化率值 PRV 限制到第二 预定压力变化率 ( 例如， 1kPa/ 秒 )。这表示使用第二减小极限变化率 224 计算的 TIAP 信 号 TIAPCALC 比使用第三减小极限变化率 226 减小得更快。这些极限变化率的其他例子参照 图 3A-3D 的实施例描述。
当选择第二减小极限变化率 224 时， 当前 TIAP 信号 TIAPCURR 的多个检测 ( 即， 样 本 ) 可被限制为 N 个样本。N 是大于 1 的整数。检测计数器 216 可被存储在存储器 218 中 并用于对样本的数量计数。 TIAP 计算模块 210 可基于极限变化率 LR 和当前 TIAP 信号 TIAPCURR 产生计算的 TIAP 信号 TIAPCALC。例如， 计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 可最初设定为当前 TIAP 信号 TIAPCURR 的相等值。TIAP 计算模块 210 可基于极限变化率 LR 增加或减小计算的 TIAP 信号 TIAPCALC。
最小值检查模块 212 可检测计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 的最小值， 并基于 MAP 信号 IMAP 和 TCIAP 信号 TurboIAP 产生经调节的计算的 TIAP 信号 TIAPMIN。 最小值可被设定为 MAP 信号 IMAP 和 TCIAP 信号 TurboIAP 中较大的一个。MAP 信号 IMAP 和 TCIAP 信号 TurboIAP 可偏移以校准的偏移值。作为例子， 校准的偏移值可设定为等于 1-2kPa。校准的偏移值可 基于例如， 电压以及 MAP 和 TCIAP 传感器 42、 46 的当前变化、 传感器敏感度、 传感器位置和 / 或仪器噪音来确定。
节气门控制模块 30 可接收经调节的计算的 TIAP 信号 TIAPMIN， 并基于经调节的计 算的 TIAP 信号 TIAPMIN 产生节气门控制信号 THR。节气门控制模块 30 可基于节气门控制信 号 THR 致动 ITV 22。节气门控制模块 30 可通过基于节气门控制信号 THR 来调节 ITV 22， 从而控制发动机 12 的扭矩输出。
在图 3A-3D 中， 示出了对节气门前的进气压力进行控制的示例性方法。尽管下列 步骤主要关于图 1-2 的实施例描述， 但是这些步骤可修改， 以应用于本发明的其他实施例。 图 1 的 TIAP 安全控制模块 28 可进行并提供关于下列步骤 302-352 的控制。
方法开始于 300。在步骤 302， TIAP 信号监控模块 204 可从 TIAP 传感器 26 接收 当前 TIAP 信号 TIAPCURR。在步骤 304， TIAP 计算模块 210 可初始地产生计算的 TIAP 信号 TIAPCALC， 并设定计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 为当前 TIAP 信号 TIAPCURR。当前的和计算的 TIAP 信号 TIAPCURR、 TIAPCALC 可具有相等的初始值。
在步骤 306， TIAP 信号监控模块 204 可初始地将存储器 218 中的检测计数器 216 重设为 0。在步骤 308， 废气门和 BPV 监控模块 202 可产生状态信号 STAT。当状态信号 STAT 为 “真” 时控制程序可进行到步骤 310， 否则控制程序可进行到步骤 312。在步骤 310， TIAP 信号监控模块 204 可检测当前 TIAP 信号 TIAPCURR 并使检测计数器 216 递增 1。
在步骤 312， 变化率确定模块 206 能够以预定采样间隔 ( 例如， 12.5 毫秒 ) 从 TIAP 信号监控模块 204 接收当前 TIAP 信号 TIAPCURR。变化率确定模块 206 可产生当前 TIAP 信 号 TIAPCURR 的压力变化率值 PRV。压力变化率值 PRV 可基于当前 TIAP 信号和在预定采样间 隔前产生的之前 TIAP 信号之间的压差来确定。
例如， 可从之前 TIAP 信号 ( 例如， 10kPa) 中减去当前 TIAP 信号 ( 例如， 13kPa) 以 产生 -3kPa/12.5 毫秒的压力变化率值 PRV。仅作为示例， 负压力变化率值可表示当前 TIAP 信号 TIAPCURR 在增加。类似地， 正压力变化率值可表示当前 TIAP 信号 TIAPCURR 在减小。当 压力变化率值 PRV 表示当前 TIAP 信号 TIAPCURR 在增加时， 控制程序可进行到步骤 314， 否则 控制程序可进行到步骤 316。
现在还参照图 4， 示出了不带涡轮增压器的发动机 ( 即， 非涡轮 ( 或自然进气 ) 发 动机 ) 的第一 TIAP 信号 400 和涡轮增压的发动机 ( 即， 涡轮发动机 ) 的第二 TIAP 信号 402 的示例性曲线图。第一 TIAP 信号 400 可在发动机操作期间保持恒定水平。第二 TIAP 信号 402 在涡轮增压器增压时间段期间可具有三角形廓形， 例如在点 A 和 B 之间。 在涡轮增压器 增压时间段期间， 涡轮增压器系统 18 为了增加发动机 12 的扭矩输出而增加增压压力。
点 A 标志着涡轮增压器增压时间段的开始时间， 点 B 标志着涡轮增压器增压时间 段的结束时间。点 C 标志着 BPV 36 和废气门 38 中的至少一个被打开以减小增压压力并由 此避免对发动机 12 的潜在硬件损害的时间 ( 或时刻 )。第二 TIAP 信号 402 的第一段 404 与进气歧管 34 中增加的空气压力相关联， 并在点 A 和 C 之间具有由 406 标记的第一持续时 间。第二 TIAP 信号 402 的第二段 408 与减小的空气压力相关联， 并在点 C 和 B 之间具有由 410 标记的第二持续时间。空气压力减小可导致点 C 和 B 之间和 / 或第二持续时间 410 期 间的颠簸状况。
现在再次参照图 3A， 在步骤 314， 当满足某些条件时， 极限变化率选择模块 208 可 选择增加极限变化率 220 作为极限变化率 LR。增加极限变化率 220 的条件可包括 ： 压力变 化率值 PRV 表示了当前 TIAP 信号 TIAPCURR 正在增加且状态信号 STAT 为 “假” ( 即， BPV 36 和废气门 38 都关闭 )。
在步骤 316， 当满足某些条件时， 极限变化率选择模块 208 可选择第一减小极限变 化率 222 作为极限变化率 LR。第一减小极限变化率 222 的条件可包括压力变化率值 PRV 表 示当前 TIAP 信号 TIAPCURR 正在减小且状态信号 STAT 为 “假” 。
现在还参照图 3B， 在步骤 318， TIAP 计算模块 210 可基于极限变化率 LR 并通过增 加所述计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 而产生计算的 TIAP 信号 TIAPCALC。例如， 计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 可通过增加极限变化率 220 来增加。在步骤 320， TIAP 计算模块 210 可基于极限变 化率 LR 并通过减小计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 而产生计算的 TIAP 信号 TIAPCALC。例如， 计算 的 TIAP 信号 TIAPCALC 可通过第一减小极限变化率 222 来减小。
在步骤 322， 最小值检查模块 212 可检测计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 的最小值， 并基 于 MAP 信号 IMAP 和 TCIAP 信号 TurboIAP 产生经调节 ( 或受条件约束 (conditioned)) 的 计算的 TIAP 信号 TIAPMIN。在步骤 324， 节气门控制模块 30 基于计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 产生节气门控制信号 THR， 并基于节气门控制信号 THR 致动 ITV 22。
现在还参照图 3C， 示出了步骤 322 的示例性最小值检查。在步骤 380， 最小值检查 模块 212 可从 TCIAP 和 MAP 传感器 42、 46 接收 TCIAP 和 MAP 信号 TurboIAP、 IMAP。在步骤382， 最小值检查模块 212 可将第一和第二临时变量 TIAPTEMP1 和 TIAPTEMP2 重设为 0。
在步骤 384， 当计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 小于或等于具有第一偏移 Offset1 的 MAP 信号 IMAP 时， 最小值检查模块 212 可进行到步骤 386。 第一偏移 Offset1 指的是 MAP 传感器 46 的校准偏移值。 在与计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 比较之前， 可从 MAP 信号 IMAP 中减去第一 偏移 Offset1， 以提供具有第一偏移 Offset1 的 MAP 信号 IMAP 的第一值。当计算的 TIAP 信 号 TIAPCALC 小于或等于第一值时， 最小值检查模块 212 可进行到步骤 386， 否则最小值检查 模块 212 可进行到步骤 388。在步骤 386， 最小值检查模块 212 可将第一临时变量 TIAPTEMP1 设定为第一值。
在步骤 388， 当计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 小于或等于具有第二偏移 Offset2 的 TCIAP 信号 TurboIAP 时， 最小值检查模块 212 可进行到步骤 390。 第二偏移 Offset2 指的是 TCIAP 传感器 42 的校准偏移值。在与计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 比较之前， 可从 TCIAP 信号 TurboIAP 中减去第二偏移 Offset2， 以提供具有第二偏移 Offset2 的 TCIAP 信号 TurboIAP 的第二值。当计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 小于或等于第二值时， 最小值检查模块 212 可进行 到步骤 390， 否则最小值检查模块 212 可进行到步骤 392。在步骤 390， 最小值检查模块 212 可将第二临时变量 TIAPTEMP2 设定为第二值。
在步骤 392， 当第一临时变量 TIAPTEMP1 大于第二临时变量 TIAPTEMP2 时， 最小值检查 模块 212 可进行到步骤 394， 否则最小值检查模块 212 可进行到步骤 396。在步骤 394， 最小 值检查模块 212 可将计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 设定为第一临时变量 TIAPTEMP1。
在步骤 396， 当第二临时变量 TIAPTEMP2 不等于 0 时， 最小值检查模块 212 可进行到 步骤 398， 否则最小值检查模块 212 可结束， 而不修改计算的 TIAP 信号 TIAPCALC。 在步骤 398， 最小值检查模块 212 可将计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 设定为第二临时变量 TIAPTEMP2。
现在再次参照图 3A， 在步骤 326， 当检测计数器 216 大于 N 时， 控制程序可进行到 步骤 328， 否则控制程序可进行到步骤 330。N 是当应用了第二减小极限变化率 224 时当前 TIAP 信号 TIAPCURR 的样本的预定最大数量。N 是大于 1 的整数。
在步骤 330， 极限变化率选择模块 208 可基于时钟信号 CLK 计算状态信号 STAT 变 为 “真” 的时间和当前时间之间的时间段。 例如， 极限变化率选择模块 208 可访问计时器 214 以接收当 BPV 26 和废气门 38 之一被打开时的初始时间戳。计时器 214 将初始时间戳与基 于时钟信号 CLK 的当前时间戳相比较。当该时间段大于预定最小时间段时， 控制程序可进 行到步骤 332， 否则控制程序可进行到步骤 334。
在预定最小时间段期间， 极限变化率选择模块 208 可选择第二减小极限变化率 224 作为极限变化率 LR。预定最小时间段还可用于稳定 ITV 22 上游的空气压力。仅作为 示例， ITV 22 上游的空气压力在预定最小时间段中可能为不稳定的， 这是因为当 BPV 26 和 废气门 38 之一被打开时产生的排气背压的缘故。
在步骤 332， 当前 TIAP 信号 TIAPCURR 可由 TIAP 信号监控模块 204 检测。变化率确 定模块 206 可接收当前 TIAP 信号 TIAPCURR， 并产生当前 TIAP 信号 TIAPCURR 的压力变化率值 PRV。压力变化率值 PRV 可基于当前 TIAP 信号和预定时间段前产生的之前 TIAP 信号之间 的压差而产生。在当前 TIAP 信号 TIAPCURR 的压力变化率值 PRV 小于第三减小极限变化率 226 时， 控制程序可进行到步骤 328， 否则控制程序可进行到步骤 334。
在步骤 328， 当满足某些条件时， 极限变化率选择模块 208 可选择第三减小极限变化率 226 作为极限变化率 LR。第三减小极限变化率 226 的条件可包括 ： 状态信号 STAT 为 “真” ； 当前 TIAP 信号 TIAPCURR 的压力变化率值 PRV 小于第三减小极限变化率 226， 或检测计 数器 216 大于 N。
在步骤 334， 当满足某些条件时， 极限变化率选择模块 208 可选择第二减小极限变 化率 224 作为极限变化率 LR。第二减小极限变化率 224 的条件可包括 ： 状态信号 STAT 为 “真” ； 当前 TIAP 信号 TIAPCURR 的压力变化率值 PRV 大于或等于第三减小极限变化率 226 ； 和 检测计数器 216 小于或等于 N。
现在还参照图 5， 其示出了使用常规极限变化率的第一计算的 TIAP 信号 500， 当前 TIAP 信号 502， 和使用本发明极限变化率的第二计算的 TIAP 信号 504 的示例性曲线图。信 号 500、 502、 504 可在点 P 开始减小。点 P 标志着 BPV 36 和废气门 38 中的至少一个被打开 以减轻涡轮增压器系统 18 中的空气压力的时刻。在涡轮增压器增压操作期间， 空气压力可 在涡轮增压器系统 18 中积累。颠簸状况可由于 BPV 36 和 / 或废气门 38 的打开事件导致 的压降而在点 P 处开始。
第一计算的 TIAP 信号 500 可示出颠簸状况在点 P 和 T 之间的时间段期间继续。 点 T 标志着第一计算的 TIAP 信号 500 的颠簸状况的结束时间。当前 TIAP 信号 502 可表示 BPV 36 和废气门 38 之一中的环境空气压力。BPV 36 和 / 或废气门 38 的环境空气压力可 在点 P 处开始减小， 并继续减小直到点 S。点 S 标志着环境空气压力稳定在压力 X1 的时刻。 压力 X1 可等于具有相应的校准偏移的 MAP 信号 IMAP 和 / 或 TCIAP 信号 TurboIAP。
第二计算的 TIAP 信号 504 可示出颠簸状况在点 P 和 R 之间的时间段期间继续。 点 R 标志着第二计算的 TIAP 信号 504 的颠簸状况的结束时间。第二和第三减小极限变化 率 224、 226 的应用减小了颠簸状况的持续时间。这由点 R 和 T 之间的时间减小量 ( 由 506 标记 ) 表示。相比之下， 常规极限变化率的应用可增加颠簸状况的时间段。第二和第三减 小极限变化率 224、 226 分别在时间段 508 期间 ( 点 P 和 Q 之间的时间 ) 和时间段 510 期间 ( 点 Q 和 R 之间的时间 ) 被应用。
点 (Q， X2) 与当前 TIAP 信号 502 的压力变化率值 PRV 何时小于第三减小极限变化 率 226 和 / 或检测计数器 216 何时大于 N 相关联。第三减小极限变化率 226 可在点 (Q， X2) 处应用， 并继续应用直到点 R 的时间。尽管此处描述了检测计数器 216， 但是检测计时器也 可实施， 以在时间段 508 期间限制第二减小极限变化率 224 的应用。
现在还参照图 3D， 在步骤 340， TIAP 计算模块 210 可基于极限变化率 LR 通过减小 计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 产生计算的 TIAP 信号 TIAPCALC。例如， 计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 可通过第三减小极限变化率 226 来减小。在步骤 342， 最小值检查模块 212 可检测计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 的最小值， 并基于 MAP 信号 IMAP 和 TCIAP 信号 TurboIAP 产生经调节的 计算的 TIAP 信号 TIAPMIN。在步骤 344， 节气门控制模块 30 基于计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 产生节气门控制信号 THR， 并基于节气门控制信号 THR 致动 ITV 22。
在 步 骤 346， 当 计 算 的 TIAP 信 号 TIAPCALC 等 于 第 一 和 第 二 临 时 变 量 TIAPTEMP1、 TIAPTEMP2 之一时， 控制程序可进行到步骤 302， 否则控制程序可返回到步骤 340。如图 3C 所 示， 计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 的最小值可被限制为第一和第二临时变量 TIAPTEMP1、 TIAPTEMP2 之一。第一和第二临时变量 TIAPTEMP1、 TIAPTEMP2 基于具有相应的校准偏移的 MAP 信号 IMAP 和 TCIAP 信号 TurboIAP 确定。在步骤 350， TIAP 计算模块 210 可基于极限变化率 LR 且通过减小计算的 TIAP 信 号 TIAPCALC 产生计算的 TIAP 信号 TIAPCALC。例如， 计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 可通过第二减小 极限变化率 224 来减小。
在步骤 352， 最小值检查模块 212 可检测计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 的最小值， 并基 于 MAP 信号 IMAP 和 TCIAP 信号 TurboIAP 产生经调节的计算的 TIAP 信号 TIAPMIN。在步骤 354， 节气门控制模块 30 基于计算的 TIAP 信号 TIAPCALC 产生节气门控制信号 THR， 并基于节 气门控制信号 THR 致动 ITV 22。
上述步骤应当作为示例性例子 ； 这些步骤可取决于应用而在重叠时间段期间顺序 地、 同步地、 同时地、 连续地执行， 或者按照不同顺序执行。
本发明的广泛教导可按照多种形式实施。 因此， 尽管本发明包括了具体示例， 但本 发明的真实范围却不应当限于这些具体示例， 因为本领域技术人员在研究了附图、 说明书 和所附权利要求后将会明白其他的修改。