CN105840326B - 用于基于模型和基于映射的节气门位置推导和监测的***和方法 - Google Patents

用于基于模型和基于映射的节气门位置推导和监测的***和方法 Download PDF

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Abstract

在一个实施例中，发动机***可包括发动机控制***，该发动机控制***构造成：接收由第一压力传感器传送的第一压力信号，该第一压力传感器配置在节气门阀的下游；接收由第一温度传感器传送的第一温度信号，该第一温度传感器配置在节气门阀的下游；推导第一压力信号代表的第一压力；推导第一温度信号代表的第一温度；推导通过节气门阀的期望空气燃料混合物流量；使用模型推导第一节气门位置，其中，该模型构造成将该期望的空气燃料混合物流量、第一压力、和第一温度用作模型输入；使用映射来推导第二节气门位置；比较第一和第二节气门位置；和当第一和第二节气门位置在一个或更多个标定界限内时，应用第一节气门位置来控制节气门阀。

Description

用于基于模型和基于映射的节气门位置推导和监测的***和 方法
技术领域
本文中公开的主题涉及控制发动机，且更具体而言，涉及通过应用基于模型的技术来产生期望的发动机负载(例如，扭矩)。
背景技术
该部分意图向读者介绍本领域的可与在下面描述和/或要求保护d的本公开的各种方面相关的各种方面。相信本论述对于对读者提供背景信息以有助于更好地理解本公开的各种方面是有用的。因此，应当理解的是，这些陈述应就此而论地，而非作为现有技术的了解来阅读。
发动机(例如，内燃发动机，诸如往复式发动机或燃气涡轮)燃烧燃料和空气的混合物，以生成燃烧气体，该燃烧气体将驱动力施加至发动机的构件(例如，以移动活塞或驱动涡轮)。为了获得期望的发动机负载(诸如扭矩输出)，发动机可使用节气门(throttle)来调节进入发动机的空气和燃料的量。典型地，可在给定期望扭矩和发动机速度的情况下基于导致产生期望的发动机速度的期望的扭矩的已知的节气门位置来计算节气门位置。然而，以这种方式确定节气门位置不考虑各种因素且可导致缓慢的节气门控制响应。
发明内容
在下面总结与具有原始要求保护的主题在范围方面相称的某些实施例。这些实施例不意图限制本要求保护的主题的范围，相反，这些实施例仅意图提供本主题的可能形式的简要总结。实际上，本主题可包括可与在下面提出的实施例相似或不同的多种形式。
在一个实施例中，发动机***可包括发动机控制***，该发动机控制***构造成：接收由第一压力传感器传送的第一压力信号，该第一压力传感器配置在节气门阀的下游；接收由第一温度传感器传送的第一温度信号，该第一温度传感器配置在节气门阀的下游；推导第一压力信号代表的第一压力；推导第一温度信号代表的第一温度；推导通过节气门阀的期望的空气燃料混合物流量；使用模型来推导第一节气门位置，其中，该模型构造成将该期望的空气燃料混合物流量、第一压力、和第一温度用作模型输入；使用映射(map)来推导第二节气门位置；将第一节气门位置和第二节气门位置比较；和当第一节气门位置和第二节气门位置在一个或更多个标定界限(calibrated threshold)内时，应用第一节气门位置来控制节气门阀。
在一个实施例中，方法可包括：通过处理器接收由第一压力传感器传送的第一压力信号，该第一压力传感器配置在该节气门阀的下游；通过处理器接收由第一温度传感器传送的第一温度信号，该第一温度传感器配置在该节气门阀的下游；通过处理器推导第一压力信号代表的第一压力；通过处理器推导第一温度信号代表的第一温度；通过处理器推导通过节气门阀的期望的空气燃料混合物流量；通过处理器使用模型推导第一节气门位置，其中，该模型构造成通过处理器将该期望的空气燃料混合物流量、第一压力、和第一温度用作模型输入；通过处理器使用映射来推导第二节气门位置；通过处理器比较第一节气门位置和第二节气门位置；和当第一节气门位置和第二节气门位置在一个或更多个标定界限内时，应用该第一节气门位置来控制该节气门阀。
在一个实施例中，有形的、非瞬时性的计算机可读介质可包括编码在其上的指令。当由处理器执行时，该指令可构造成：接收由第一压力传感器传送的第一压力信号，该第一压力传感器配置在节气门阀的下游；接收由第一温度传感器传送的第一温度信号，该第一温度传感器配置在节气门阀的下游；推导第一压力信号代表的第一压力；推导第一温度信号代表的第一温度；推导通过节气门阀的期望的空气燃料混合物流量、使用模型推导第一节气门位置，其中，该模型构造成将该期望的空气燃料混合物流量、第一压力、和第一温度用作模型输入；使用映射来推导第二节气门位置；比较第一节气门位置和第二节气门位置；和当第一节气门位置和第二节气门位置在一个或更多个标定界限内时，应用第一节气门位置来控制节气门阀。
技术方案1：一种发动机***，包括：
发动机控制***，其构造成：
接收由第一压力传感器传送的第一压力信号，所述第一压力传感器配置在节气门阀的下游；
接收由第一温度传感器传送的第一温度信号，所述第一温度传感器配置在所述节气门阀的下游；
推导所述第一压力信号代表的第一压力；
推导所述第一温度信号代表的第一温度；
推导通过所述节气门阀的期望的空气燃料混合物流量；
使用模型来推导第一节气门位置，其中，所述模型构造成将所述期望的空气燃料混合物流量、所述第一压力、和所述第一温度用作模型输入；
使用映射来推导第二节气门位置；
将所述第一节气门位置与所述第二节气门位置比较；和
当所述第一节气门位置和所述第二节气门位置在一个或更多个标定界限内时，应用所述第一节气门位置来控制所述节气门阀。
技术方案2：根据技术方案1所述的发动机***，其中，所述发动机控制***包括发动机控制单元(ECU)，且其中，ECU构造成：
接收由第二压力传感器传送的第二压力信号，所述第二压力传感器配置在所述节气门阀的上游；
接收由第二温度传感器传送的第二温度信号，所述第二温度传感器配置在所述节气门阀的上游；
推导所述第二压力信号代表的第二压力；和
推导所述第二温度信号代表的第二温度，其中，所述模型构造成将所述第一和第二压力和所述第一和第二温度用作模型输入，以推导所述第一节气门位置。
技术方案3：根据技术方案1所述的发动机***，其中，所述模型包括具有所述节气门阀的节气门***的流体动力模型。
技术方案4：根据技术方案1所述的发动机***，其中，所述映射包括查找表，所述查找表将期望的发动机扭矩和发动机速度映射至所述第二节气门位置。
技术方案5：根据技术方案1所述的发动机***，其中，所述发动机控制***构造成基于期望的燃料量、期望的空气量、和期望的排出气体再循环量来推导所述期望的空气燃料混合物流量。
技术方案6：根据技术方案5所述的发动机***，其中，所述发动机控制***构造成基于期望的发动机扭矩、燃料发热值、燃料转化效率、或它们的一些组合来推导所述期望的燃料量。
技术方案7：根据技术方案6所述的发动机***，其中，所述燃料发热值由用户提供或者通过燃料的样本来自动地推导。
技术方案8：根据技术方案1的发动机***，其中，所述一个或更多个标定阈值包括在所述第一和第二节气门位置之间的界限差异、所述第一和第二节气门位置偏差的界限时间量、或它们的组合。
技术方案9：根据技术方案8所述的发动机***，其中，所述发动机控制***构造成如果所述第一和第二节气门位置不在所述一个或更多个标定阈值内，则应用所述第一节气门位置或所述第二节气门位置中的较小者。
技术方案10：根据技术方案5所述的发动机***，其中，所述发动机控制***构造成基于空气燃料比和所述期望的燃料量来推导所述期望的空气量，且其中，所述发动机控制***构造成促动促动器，以提供所述期望的空气量。
技术方案11：根据技术方案1所述的发动机***，其中，所述发动机控制***构造成如果所述第一和第二节气门位置不在所述一个或更多个标定界限内，则报告所述第一和第二节气门位置之间的偏差、关闭具有所述节气门阀的发动机、提出警告或警报、或它们的组合。
技术方案12：一种方法，包括：
通过处理器接收由第一压力传感器传送的第一压力信号，所述第一压力传感器配置在节气门阀的下游；
通过所述处理器接收由第一温度传感器传送的第一温度信号，所述第一温度传感器配置在所述节气门阀的下游；
通过所述处理器推导所述第一压力信号代表的第一压力；
通过所述处理器推导所述第一温度信号代表的第一温度；
通过所述处理器推导通过所述节气门阀的期望的空气燃料混合物流量；
通过所述处理器使用模型来推导第一节气门位置，其中，所述模型构造成将所述期望的空气燃料混合物流量、所述第一压力、和所述第一温度用作模型输入；
通过所述处理器使用映射来推导第二节气门位置；
通过所述处理器将所述第一节气门位置与所述第二节气门位置比较；和
当所述第一节气门位置和所述第二节气门位置在一个或更多个标定界限内时，通过所述处理器来应用所述第一节气门位置，以控制所述节气门阀。
技术方案13：根据技术方案12所述的方法，包括：
通过所述处理器接收由第二压力传感器传送的第二压力信号，所述第二压力传感器配置在所述节气门阀的上游；
通过所述处理器接收由第二温度传感器传送的第二温度信号，所述第二温度传感器配置在所述节气门阀的上游；
通过所述处理器推导所述第二压力信号代表的第二压力；和
通过所述处理器推导所述第二温度信号代表的第二温度，其中，所述模型构造成将所述第一和第二压力和所述第一和第二温度用作模型输入，以推导所述第一节气门位置。
技术方案14：根据技术方案12所述的方法，其中，所述模型包括具有所述节气门阀的节气门***的流体动力模型。
技术方案15：根据技术方案12所述的方法，包括：
基于期望的燃料量、期望的空气量、和期望的排出气体再循环量来推导所述期望的空气燃料混合物流量。
技术方案16：根据技术方案15所述的方法，包括：
基于期望的发动机扭矩、燃料发热值、燃料转化效率、或它们的一些组合来推导所述期望的燃料量。
技术方案17：根据技术方案12所述的方法，包括：如果所述第一和第二节气门位置不在所述一个或更多个标定界限内，则报告所述第一和第二节气门位置之间的偏差、关闭具有所述节气门阀的发动机、提出警告或警报、或它们的组合。
技术方案18：一种有形的、非瞬时性的计算机可读介质，其包括编码在其上的指令，其中，当由处理器执行时，所述指令构造成：
接收由第一压力传感器传送的第一压力信号，所述第一压力传感器配置在节气门阀的下游；
接收由第一温度传感器传送的第一温度信号，所述第一温度传感器配置在所述节气门阀的下游；
推导所述第一压力信号代表的第一压力；
推导所述第一温度信号代表的第一温度；
推导通过所述节气门阀的期望的空气燃料混合物流量；
使用模型来推导第一节气门位置，其中，所述模型构造成将所述期望的空气燃料混合物流量、所述第一压力、和所述第一温度用作模型输入；
使用映射来推导第二节气门位置；
将所述第一节气门位置与所述第二节气门位置比较；和
当所述第一节气门位置和所述第二节气门位置在一个或更多个标定界限内时，应用所述第一节气门位置以控制所述节气门阀。
技术方案19：根据技术方案18所述的计算机可读介质，其中，所述一个或更多个标定界限包括在所述第一和第二节气门位置之间的界限量差异、所述第一和第二节气门位置相异的界限时间量、或它们的组合，且在发动机的测试期间设定。
技术方案20：根据技术方案18所述的计算机可读介质，其中，所述模型为所述节气门的流体动力物理模型，其模拟所述空气燃料混合物与所述节气门的表面和所述节气门的上游和下游的压力和温度的相互作用，以推导所述第一节气门位置。
附图说明
当参照附图阅读下列详细描述时，本公开的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中贯穿附图，类似的字符代表类似的部分，在附图中：
图1例示根据实施例的发动机的示意图，该发动机包括控制***，该控制***通过基于模型和映射的控制器来控制节气门位置；
图2例示根据实施例的节气门和该节气门的紧邻上游和下游的连接的模型的示意图；
图3例示根据实施例的过程的流程图，该过程适合用于推导基于模型的节气门位置，和利用推导的基于映射的节气门位置来监测该基于模型的节气门位置推导；
图4A和4B例示根据实施例的***的示意图，该***使用基于模型和基于映射的节气门位置推导，且监测以控制发动机负载。
具体实施方式
下面将描述本公开的一个或更多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实现方式的所有特征。应当理解的是，在任何这种实际实现方式的发展中，如在任何工程或设计项目中一样，必须进行许多实现方式特定的决定以实现开发者的特定目标，诸如与***相关和商业相关的约束的合规性，其可从一个实现方式到另一个而变化。而且，应当理解的是，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但对于享有本公开的益处的本领域技术人员而言仍是设计、制造、和加工的例行任务。
当介绍本公开的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”指存在一个或更多个元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含的且指可存在除所列出的元件之外的附加元件。
本公开涉及用于更精确地控制发动机中的节气门位置以生成期望扭矩的***和方法。应当注意，节气门位置可意指节气门主体内侧的节气门板的角度，或节气门摆动(throw)或节气门行程(travel)的量。该技术可利用节气门的一个或更多个模型来推导节气门位置，这些模型考虑许多因素，诸如增压与吸入歧管压力比、吸入歧管压力、吸入空气温度、空气燃料比、燃料品质(燃料加热阀)、发动机操作效率等。在一些实施例中，这些因素可通过一个或更多个传感器、来自使用者的输入而获得、自动地推导、或通过任何其他技术获得。本文中描述的技术可更可靠地提供节气门控制，即使是在传感器经历非期望的维护状况的情况下。
例如，基于二维(2D)映射的节气门位置推导可用于监测基于模型的节气门推导。该基于2D映射的节气门位置推导可比基于模型的节气门位置推导更强健，因为2D映射可不使用同样多(或任何)传感器数据，但2D映射可能推导比模型不精确的节气门位置。因此，基于2D映射的节气门位置推导可用于交叉检验使用模型推导的节气门位置。即，可持续地、周期性地、或以任何期望的速率来比较基于2D映射的节气门位置推导和基于模型的节气门位置推导。如果推导在某标定界限内，那么基于模型的节气门推导可用于控制发动机负载(例如，发动机扭矩)。如果推导偏差大于标定界限、偏差得比标定时间段长、或它们的一些组合，那么可设定节气门监测器故障，且可触发一个或更多个故障响应程序，以处理故障。在一些实施例中，该一个或更多个故障响应程序可包括使用在基于映射和基于模型的节气门位置推导之间的较小值、当故障持续多于标定时间段并且/或者当基于映射和基于模型的节气门位置推导偏差多于标定界限量时关闭发动机、将警告发送至工作站、响起警报、或它们的一些组合。
公开的技术的益处可包括通过使用包括在节气门的物理模型中的传感器数据而非仅使用基于映射的节气门推导来提供用于期望的扭矩的节气门位置的更精确的推导。而且，基于模型的节气门位置推导可提供更快的控制响应、涡轮增压器起动期间的更高灵敏度、和当操作和环境条件变化时更一致的发动机性能。然而，如可理解的，在一些实例中，如果对模型提供数据的传感器中的任一者不响应、或者若干传感器具有漂移(drift)但仍然在它们的操作范围内，则可非期望地影响基于模型的节气门位置推导。因此，强健的基于映射的节气门位置推导可用于交叉检验和校验基于模型的节气门位置推导是合理的。以此方式，该技术可通过基于模型的节气门位置推导来促进更好的控制，且仍然维持基于映射的节气门位置推导的强健性。
现在转到附图且参考图1，例示出包括控制***12的发动机10的实施例的示意图，该控制***12控制节气门14位置。发动机10可包括往复式或涡轮发动机(例如，内燃发动机)。发动机10可包括火花点火发动机或压缩点火发动机。发动机10可包括天然气发动机、汽油发动机、柴油发动机、或双燃料发动机。发动机10可为二冲程发动机、三冲程发动机、四冲程发动机、五冲程发动机、或六冲程发动机。发动机10还可包括任意数量的缸16(例如，1-24个缸或任何其他数量的缸)和相关活塞和衬垫。发动机10可用在交通工具(诸如机车、汽车、公共汽车、或船)中。备选地，发动机10可用在联接至发电机的静止***中。
发动机10可包括吸入歧管18和排出歧管20。在一些实施例中，发动机10还可包括充气冷却器22(例如，热交换器)和吸入风室24。例示的充气冷却器22包括对压缩机26的流体连接。发动机10还可包括由排出气体驱动的涡轮增压器28。压缩机26氧化剂(例如，吸入空气)30，氧化剂用于在由充气冷却器22冷却且在吸入风室24中增压之后被吸入到吸入歧管18中。可通过打开手动调节器34来注射燃料32且将其与空气30组合。手动调节器34可调节进入发动机10的燃料32的量和流量。在一些实施例中，发动机10可包括用于将燃料32加至空气30的两个选项。第一个可包括吸过(draw through)选项36且第二个可包括吹过(blow through)选项38。通过使用吸过选项36，在被送至吸入歧管18之前，燃料32和空气30可在压缩、冷却、和加压之前混合，且使用吹过选项38，燃料32可正好在进入吸入歧管18之前与空气30混合。当如所期望地关闭时，密封的燃料切断阀40可终止燃料32到发动机10中的流动。
允许空气燃料混合物流动通过节气门14，该节气门14基于由控制***12根据维持发动机10的某速度所期望的扭矩的量而设定的节气门14位置。空气燃料混合物在期望的流率下流过节气门14，且流到吸入歧管18中，吸入歧管18将该空气燃料混合物均匀地分配至缸16。一旦在缸16中，则空气燃料混合物燃烧以生成热燃烧气体，该热燃烧气体通过排出歧管20向下游流到涡轮增压器28中。例如，燃烧气体移动通过涡轮增压器28，以驱动涡轮增压器28旋转，这又可通过将额外的空气驱动到例如压缩机26中而提高发动机10效率和功率。压缩机26可压缩吸入空气充气以产生增压。在行进通过涡轮增压器28之后，热燃烧气体可作为排出气体41放出。此外，如所描绘的，发动机可包括排废门42阀，该阀将排出气体从涡轮增压器28转移走，以调节涡轮增压器28速度。
控制***12可连接至一个或更多个传感器43和遍及发动机10的装置。例如，所例示的控制***12至少联接于节气门14和在节气门14上游和下游的传感器43。即，传感器43可定位为接近节气门14的进口和出口(例如，在吸入风室24与节气门14之间和在节气门14与吸入歧管18之间)。传感器43可包括大气和发动机传感器，诸如压力传感器、温度传感器、速度传感器等。例如，传感器43可包括爆震传感器、NOX传感器、氧或λ(lambda)传感器、发动机空气吸入温度传感器、发动机空气吸入压力传感器、护套水温传感器、发动机排出温度传感器、发动机排出压力传感器等。其他传感器43还可包括用于温度和压力的压缩机26入口和出口传感器43。应当理解的是，传感器43的布置使得能够对控制***12提供指示节气门14的上游和下游的压力和温度的信号。
在一些实施例中，控制***12可包括一个或更多个处理器44和一个或更多个有形、非瞬时性的计算机可读介质(存储器45)，其储存执行本公开技术的计算机指令。而且，控制***12可包括执行特定功能的各种模块，诸如吸入控制器46、发动机扭矩控制器(TQC)48、发动机速度和扭矩请求器(REQ)50等)。吸入控制器46可提供以下功能：基于通过传感器43获得的压力和/或温度数据和通过节气门14的空气燃料混合物的期望的总流量使用节气门14的流体动力模型60(例如，基于物理的模型)来推导节气门位置。用于推导节气门位置的模型60可接收来自TQC 48的输入，诸如期望的扭矩，其可通过接收发动机速度和来自REQ50的扭矩请求来推导。此外，模型可接受其他输入，包括燃料发热值、燃料转化效率等。此外，吸入控制器46还可提供使用二维(2D)映射61来推导节气门位置的功能，如前所述。2D映射61可接收期望的发动机速度和扭矩以作为输入且输出相关的节气门位置。在一些实施例中，2D映射61可包括查找表，该查找表在给定期望的扭矩和发动机速度的情况下输出节气门位置。
如在下面详细地论述的，吸入控制器46可通过将使用模型60获得的节气门位置推导与基于映射61的节气门位置推导比较来监测使用模型60获得的节气门位置推导。如果基于模型60和基于映射61的节气门位置推导匹配在界限量(例如，任何合适的百分比，诸如1%、2%、5%、10%等)内，那么基于模型60的节气门位置推导可应用于节气门14，以产生期望的扭矩。具体而言，节气门板可被设定至节气门主体中的确定的角度(位置)，以使空气燃料混合物的期望流量通过节气门14行进至吸入歧管18和缸16，空气燃料混合物在缸16处燃烧。界限可在制作的品质保证阶段期间在节气门14的测试期间标定、通过外部源(例如，从制造商发送)、并且/或者在发动机10的首次起动时获得。如果基于模型60和基于映射61的节气门位置推导不在标定的界限内、偏差标定的时间量、或它们的一些组合，则控制***12可设定故障，且可触发一个或更多个故障响应程序。通过组合基于模型60和基于映射61的控制，在本文中描述的技术可提供增强的可靠性和控制精度。
图2例示根据实施例的节气门***的模型60的示意图，该节气门***具有节气门14(例如，节气门阀14)和在节气门的直接上游和下游的连接。如前所述，模型60可为节气门14的物理(例如，流体动力)模型。模型60可实现模拟的执行，这些模拟有助于确定节气门板64的位置(角度)62应为多少，以允许空气燃料混合物的期望流量行进通过节气门14。模型60可模拟空气燃料混合物与节气门14的表面(诸如节气门主体66和节气门板64)、和各种上游和下游压力和温度的相互作用。此外，模型60可考虑各种因素，包括空气燃料比、燃料的发热值、和/或发动机操作效率。
如所例示的，模型60可包括用于以下的输入：节气门14上游的压力(P1)、吸入歧管18处节气门14下游的压力(P2)、节气门14上游的温度(T1)、吸入歧管18处节气门14下游的温度(T2)、和通过节气门14的空气燃料混合物的总流量(Q)。模型60可在利用输入运行模拟之后输出期望的节气门位置62(Ө)，以获得通过节气门14的期望总流量Q。
上游和下游压力(P1和P2)和温度(T1和T2)可从接收自传感器43的数据而获得。通过使用传感器43数据，模型60可基于上游和下游压力(P1和P2)和温度(T1和T2)调节节气门位置62(Ө)。例如，如果上游压力P1高，则节气门位置62(Ө)可打开至更大的度数。然而，如果吸入压力P1低，则模型60可推导节气门位置62(Ө)可打开至更小的度数。此外，模型60可考虑发动机10中的某些部分的劣化。例如，如果燃料促动器变得更慢，则压力P1和/或P2可不渐增，且传感器43可探测压力P1和/或P2的下降，且模型60可因此调节节气门位置62(Ө)。以此方式，模型60可在操作条件和环境条件变化时考虑它们，以当运行模拟时提供更精确的节气门位置62(Ө)。
期望的总流量Q可从与以下相关的输入而推导出：期望的燃料量、期望的空气量、和产生期望扭矩的所需的期望的排出气体再循环(EGR)量。燃料的量可通过模型60使用燃料发热值和由TQC输入的扭矩来推导。燃料发热值与燃料中的能量相关。基于扭矩和燃料发热值，模型60可推导燃料的量。例如，如果燃料发热值高，那么可需要更多的燃料来持续产生期望的扭矩，因为燃料可更快地焚烧，或反之亦然。在一些实施例中，燃料发热值可由用户在人机界面(HMI)上键入燃料发热值并且/或者可使用模型60自动地推导。
然后，通过使用所需的燃料量和燃料发热值，可推导所需的空气量。例如，为了达到某些监管排放要求，空气燃料比(AFR)可需要为某个量(例如，40/60、50/50、60/40等)。因此，基于所需的燃料量，吸入控制器46可确定达到满足排放要求的空气燃料比所需的空气量。因此，如可理解的，空气燃料比取决于燃料发热值。此外，可在空气和燃料的量之外使用EGR量，以考虑预期的气体排出和排气的回到吸入***中的再循环。通过使用燃料量、空气量、和EGR量，模型60可推导当推导节气门位置62(Ө)时使用的总流量Q。
图3例示根据实施例的过程70的流程图，该过程70适合用于推导基于模型的节气门位置62(Ө)和利用推导的基于映射61的节气门位置来监测该基于模型的节气门位置62(Ө)推导。过程70可实现为储存在存储器45上且可由处理器44执行的计算机指令。过程70可包括接收与上游和下游压力(P1和P2)和温度(T1和T2)和空气燃料混合物的总流量Q相关的输入(过程框72)。过程70然后可推导节气门位置62(Ө)(过程框74)，且通过将其与使用映射61推导的节气门位置比较来监测模型推导的节气门位置62(Ө)(过程框76)。如果模型的推导的节气门位置62(Ө)和映射61的推导的节气门相差多于标定的界限量、界限标定的时间量、或它们的一些组合，那么过程70可提出故障(过程框78)。如果基于模型的节气门位置62(Ө)推导与基于映射的节气门位置推导在界限量内，那么过程70可使用基于模型的节气门位置62(Ө)推导来控制节气门14的位置(过程框80)。即，过程70可首先使用基于模型的控制，且然后将通过基于模型60的控制而推导的位置与基于映射61的值比较，以改善可靠性。
从过程框72开始，模型60可接收来自传感器43数据的上游和下游压力(P1和P2)和温度(T1和T2)，且总流量Q可基于各种因素来推导。更具体而言，总流量Q可基于产生期望扭矩所需的燃料量、空气量、和/或EGR量来推导。如在下面更详细地描述的，燃料量可基于燃料发热值和从TQC 48输入的期望扭矩来确定。燃烧所需的空气量可基于所需的燃料量和空气燃料比(AFR)来推导，空气燃料比(AFR)可基于排放要求来设定。模型60可接受输入且推导应用至节气门14的节气门位置62(Ө)，以实现通过节气门14的总流量Q(过程框74)。
在过程框76中，过程70可包括通过将基于模型的节气门位置62(Ө)推导与使用2D映射61(例如，查找表)推导出的节气门位置比较来监测基于模型的节气门位置62(Ө)推导。2D映射61可在给定由TQC 48发送的扭矩和期望的发动机速度的情况下提供节气门位置，如前所述。如果基于模型60和基于映射的节气门位置推导之间的偏差变得比标定界限大、或将被应用比标定的界限时间量长、或二者，那么可设定故障(过程框78)。设定的故障可触发一个或更多个故障响应程序。
故障响应程序可包括使用在基于映射61和基于模型60的节气门位置62(Ө)推导之间的用于节气门位置的较小的值、当偏差大于标定界限量并且/或者偏差持续得比标定时间量长时关闭发动机、将警告发送至工作站、将偏差报告至制造商以确定是否存在节气门未如所预期的那样作用的情况(远程监测)、响起警报、或它们的一些组合。如前所述，界限可在发动机10的测试期间确立。在一些实施例中，界限可标定为具有足够的富余，以便于不因过度灵敏度而触发太多的故障。
如果基于模型60和基于映射61的节气门位置推导对于彼此而言在标定界限内，则基于模型60的节气门位置62(Ө)推导可用于控制发动机10负载(发动机10扭矩)(过程框80)。以此方式，本技术促进基于模型60的节气门位置62(Ө)推导的更精确的控制，而同时促进基于映射61的节气门位置推导的强健性，以交叉检验模型60的结果，以确保在将推导出的节气门位置62(Ө)应用于节气门14之前，推导出合理的节气门位置62(Ө)。这可阻止如果传感器43故障且对模型60提供不精确的数据，则模型60推导可导致发动机10的非期望维护状况的节气门位置62(Ө)。
图4A和4B例示根据实施例的控制***90的示意图，控制***90使用基于模型60和基于映射61的节气门位置推导且监测，以控制发动机10负载。***90可包括发动机速度和扭矩请求器(REQ)50、发动机扭矩控制器(TQC)48、和吸入控制器46，吸入控制器46可应用基于映射61的节气门位置推导和基于模型60的节气门位置推导，以控制发动机***10。REQ50可包括发动机10速度和扭矩设定点。例如，对于期望的发动机10速度，REQ 50可提供相应的扭矩设定点，以生成期望的发动机10速度。此外，REQ 50可包括用于某些类型的负载和发动机10的加载和减载分布。应当注意的是，***90不需要知道任何关于正被驱动的应用(负载)的任何情况。实际上，负载可被换出，且***90可考虑切换而不确切地知道是何种类型的负载在被驱动。即，通过使用***90，可在不知道正被驱动的具体应用的情况下独立地得到推导的节气门14位置。
REQ 50可对TQC 48提供发动机10速度和扭矩请求。TQC 48可接收该扭矩请求且输出扭矩命令95，扭矩命令95由基于模型60的节气门位置推导和基于映射61的节气门位置推导使用。在一些实施例中，TQC 48可使用扭矩损耗构件96以考虑摩擦等。扭矩请求可由速度和扭矩管理器构件98调节。此外，TQC 48可确定微调的扭矩请求是否通过扭矩速率界限100。快的扭矩或空转速度可被发送至点火控制器102，点火控制器102与燃料转化效率估计器104和点火模块106联接。慢的扭矩可行进通过指示扭矩限制器107且作为扭矩命令95输出。
如所例示的，基于模型的节气门位置推导可包括通过应用模型60而计算的推导，诸如从各种构件获得的推导，这些构件可包括燃料流量控制器(FFC)108构件、空气流量控制器(AFC)110构件、和总流量Q控制器112构件，以推导节气门位置62(Ө)。FFC 108可接受至少三个输入：来自TQC 48的用于各缸的扭矩命令95、由使用者键入和/或自动地推导的燃料发热值114、和燃料转化效率估计104。
FFC 108可使用扭矩命令95、燃料发热值114、和燃料转化效率估计104来推导在各缸中燃烧以产生期望扭矩期间可需要的燃料量。FFC 108可对AFC 110、总流量Q控制器112和燃料促动器116输出在各缸处需要的扭矩和推导的燃料量。燃料促动器116可如所请求的那样将燃料注射到发动机10中。应当注意，控制***90可考虑促动器116至缸之间的燃料输送延迟117。此外，控制***90可包括空气燃料比(AFR)燃料微调构件118，其可基于某些排放要求而减少注射到发动机10中的燃料的量和/或流量。
通过使用请求的燃料量和期望扭矩，AFC 110可基于空气燃料比(AFR)设定点119来推导在缸中需要的用于适当的燃烧的空气量。例如，如果AFR设定点119为50%，那么AFC110可确定空气燃料混合物必须包括50%的燃料和50%的空气。因此，在该示例中，必须使用与请求的燃料量相同的空气量，以达到AFR设定点119。在一些实施例中，AFR设定点119可根据监管排放要求来设定。AFC 110可将各缸处的空气量和期望的扭矩输出至总流量Q控制器112。
此外，在一些实施例中，总流量Q控制器112可接受来自EGR流量控制器120的输入。EGR流量控制器120可考虑预期的气体排出且推导往回行进通过吸入***的EGR的量。EGR流量控制器120可将EGR请求发送至EGR阀控制器122，以如所确定地控制EGR的量。
通过使用由FFC 108请求的燃料量、由AFC 110请求的空气量、和/或由EGR流量控制器120请求的EGR量，总流量Q控制器112可推导行进通过节气门14的期望的总流量Q。模型60可使用总流量Q，以及上游和下游压力(P1和P2)和温度(T1和T2)，以通过运行模拟以确定哪个位置使期望的总流量Q能够更为最优地穿过节气门14的物理(流体动力)模型60，以推导节气门位置62(Ө)。
如所例示的，基于映射61的节气门位置推导可用于监测基于模型60的节气门位置推导。映射61可接收来自TQC 48的扭矩命令95以及期望的发动机速度124以作为输入，且可推导相关的节气门位置。如前所述，映射61可不使用传感器数据来推导节气门位置，且可包括具有相关扭矩、发动机速度、和节气门位置的查找表。映射61可为二维(2D)的，因为它接受两个输入：扭矩95和发动机速度124。***90可持续地、周期性地、或以它们的一些组合的方式将基于映射61的节气门位置推导与基于模型60的节气门14位置推导比较，以检查推导是否在彼此的标定界限内。如果推导不在标定界限内，则***90可如上所述地执行一个或更多个故障响应程序。
本公开的技术效果包括使用基于模型60的途径推导更精确的节气门14位置，和使用利用2D映射61推导的节气门位置来交叉检验模型60的精度。节气门14的模型60可考虑各种因素，诸如上游和下游压力(P1和P2)和温度(T1和T2)、燃料发热值114、发动机操作效率(燃料转化效率104)等。与压力(P1和P2)和温度(T1和T2)相关的数据可通过一个或更多个传感器43而获得，且因此使模型60能够调节以在环境和操作条件变化时用于环境和操作条件。通过使用基于映射61的节气门14位置推导，本技术能够交叉检验基于模型60的节气门14位置推导且当未达到某些标定界限时设定故障。以此方式，该技术可促进从基于模型60的节气门14位置推导获得的更好的控制，同时仍维持基于映射61的节气门14位置推导的强健性。
本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何装置或***，并执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种发动机***，包括：
发动机控制***，其构造成：
接收由第一压力传感器传送的第一压力信号，所述第一压力传感器配置在节气门阀的下游；
接收由第一温度传感器传送的第一温度信号，所述第一温度传感器配置在所述节气门阀的下游；
推导所述第一压力信号代表的第一压力；
推导所述第一温度信号代表的第一温度；
推导通过所述节气门阀的期望的空气燃料混合物流量；
使用模型来推导第一节气门位置，其中，所述模型构造成将所述期望的空气燃料混合物流量、所述第一压力、和所述第一温度用作模型输入；
使用映射来推导第二节气门位置；
将所述第一节气门位置与所述第二节气门位置比较；和
当所述第一节气门位置和所述第二节气门位置在一个或更多个标定界限内时，应用所述第一节气门位置来控制所述节气门阀。
2.根据权利要求1所述的发动机***，其中，所述发动机控制***包括发动机控制单元(ECU)，且其中，ECU构造成：
接收由第二压力传感器传送的第二压力信号，所述第二压力传感器配置在所述节气门阀的上游；
接收由第二温度传感器传送的第二温度信号，所述第二温度传感器配置在所述节气门阀的上游；
推导所述第二压力信号代表的第二压力；和
推导所述第二温度信号代表的第二温度，其中，所述模型构造成将所述第一和第二压力和所述第一和第二温度用作模型输入，以推导所述第一节气门位置。
3.根据权利要求1所述的发动机***，其中，所述模型包括具有所述节气门阀的节气门***的流体动力模型。
4.根据权利要求1所述的发动机***，其中，所述映射包括查找表，所述查找表将期望的发动机扭矩和发动机速度映射至所述第二节气门位置。
5.根据权利要求1所述的发动机***，其中，所述发动机控制***构造成基于期望的燃料量、期望的空气量、和期望的排出气体再循环量来推导所述期望的空气燃料混合物流量。
6.根据权利要求5所述的发动机***，其中，所述发动机控制***构造成基于期望的发动机扭矩、燃料发热值、燃料转化效率、或它们的一些组合来推导所述期望的燃料量。
7.根据权利要求6所述的发动机***，其中，所述燃料发热值由用户提供或者通过燃料的样本来自动地推导。
8.根据权利要求1的发动机***，其中，所述一个或更多个标定阈值包括在所述第一和第二节气门位置之间的界限差异、所述第一和第二节气门位置偏差的界限时间量、或它们的组合。
9.根据权利要求8所述的发动机***，其中，所述发动机控制***构造成如果所述第一和第二节气门位置不在所述一个或更多个标定阈值内，则应用所述第一节气门位置或所述第二节气门位置中的较小者。
10.根据权利要求5所述的发动机***，其中，所述发动机控制***构造成基于空气燃料比和所述期望的燃料量来推导所述期望的空气量，且其中，所述发动机控制***构造成促动促动器，以提供所述期望的空气量。
11.根据权利要求1所述的发动机***，其中，所述发动机控制***构造成如果所述第一和第二节气门位置不在所述一个或更多个标定界限内，则报告所述第一和第二节气门位置之间的偏差、关闭具有所述节气门阀的发动机、提出警告或警报、或它们的组合。
12.一种用于节气门位置推导和监测的方法，包括：
通过处理器接收由第一压力传感器传送的第一压力信号，所述第一压力传感器配置在节气门阀的下游；
通过所述处理器接收由第一温度传感器传送的第一温度信号，所述第一温度传感器配置在所述节气门阀的下游；
通过所述处理器推导所述第一压力信号代表的第一压力；
通过所述处理器推导所述第一温度信号代表的第一温度；
通过所述处理器推导通过所述节气门阀的期望的空气燃料混合物流量；
通过所述处理器使用模型来推导第一节气门位置，其中，所述模型构造成将所述期望的空气燃料混合物流量、所述第一压力、和所述第一温度用作模型输入；
通过所述处理器使用映射来推导第二节气门位置；
通过所述处理器将所述第一节气门位置与所述第二节气门位置比较；和
当所述第一节气门位置和所述第二节气门位置在一个或更多个标定界限内时，通过所述处理器来应用所述第一节气门位置，以控制所述节气门阀。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：
通过所述处理器接收由第二压力传感器传送的第二压力信号，所述第二压力传感器配置在所述节气门阀的上游；
通过所述处理器接收由第二温度传感器传送的第二温度信号，所述第二温度传感器配置在所述节气门阀的上游；
通过所述处理器推导所述第二压力信号代表的第二压力；和
通过所述处理器推导所述第二温度信号代表的第二温度，其中，所述模型构造成将所述第一和第二压力和所述第一和第二温度用作模型输入，以推导所述第一节气门位置。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述模型包括具有所述节气门阀的节气门***的流体动力模型。
15.根据权利要求12所述的方法，包括：
基于期望的燃料量、期望的空气量、和期望的排出气体再循环量来推导所述期望的空气燃料混合物流量。
16.根据权利要求15所述的方法，包括：
基于期望的发动机扭矩、燃料发热值、燃料转化效率、或它们的一些组合来推导所述期望的燃料量。
17.根据权利要求12所述的方法，包括：如果所述第一和第二节气门位置不在所述一个或更多个标定界限内，则报告所述第一和第二节气门位置之间的偏差、关闭具有所述节气门阀的发动机、提出警告或警报、或它们的组合。
18.一种有形的、非瞬时性的计算机可读介质，其包括编码在其上的指令，其中，当由处理器执行时，所述指令构造成：
接收由第一压力传感器传送的第一压力信号，所述第一压力传感器配置在节气门阀的下游；
接收由第一温度传感器传送的第一温度信号，所述第一温度传感器配置在所述节气门阀的下游；
推导所述第一压力信号代表的第一压力；
推导所述第一温度信号代表的第一温度；
推导通过所述节气门阀的期望的空气燃料混合物流量；
使用模型来推导第一节气门位置，其中，所述模型构造成将所述期望的空气燃料混合物流量、所述第一压力、和所述第一温度用作模型输入；
使用映射来推导第二节气门位置；
将所述第一节气门位置与所述第二节气门位置比较；和
当所述第一节气门位置和所述第二节气门位置在一个或更多个标定界限内时，应用所述第一节气门位置以控制所述节气门阀。
19.根据权利要求18所述的计算机可读介质，其中，所述一个或更多个标定界限包括在所述第一和第二节气门位置之间的界限量差异、所述第一和第二节气门位置相异的界限时间量、或它们的组合，且在发动机的测试期间设定。
20.根据权利要求18所述的计算机可读介质，其中，所述模型为所述节气门的流体动力物理模型，其模拟所述空气燃料混合物与所述节气门的表面和所述节气门的上游和下游的压力和温度的相互作用，以推导所述第一节气门位置。
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