具有多涡轮机的发动机组件的充气控制的装置和方法转让专利
申请号 : CN201810532117.2
文献号 : CN108999695B
文献日 : 2021-07-09
发明人 : Y-Y·王 , I·哈斯卡拉 , G·孔特 , C·庞迪蒂尼
申请人 : 通用汽车环球科技运作有限责任公司
摘要 :
发动机组件包括发动机和多个致动器。多个致动器包括串联连接到第二涡轮机的第一涡轮机，第一涡轮机是相对高压涡轮机并且第二涡轮机是相对低压涡轮机。控制器被配置为将相应的命令信号传输给多个致动器。控制器被编程为至少部分地基于反演模型来获得多个致动器的相应的传送速率。控制器被编程为通过经由相应的命令信号来命令多个致动器达到相应的操作参数以控制发动机的输出。在获得相应的传送速率之前，控制器被编程为确定多个致动器的相应的多个期望值和相应的校正因子。
权利要求 :
1.一种发动机组件，其包括：发动机和可操作地连接到所述发动机的多个致动器；
其中所述多个致动器包括串联连接到第二涡轮机的第一涡轮机，所述第一涡轮机是相对高压涡轮机并且所述第二涡轮机是相对低压涡轮机；
控制器，配置为将相应命令信号传输给所述多个致动器；
至少一个传感器，配置为将传感器反馈传输给所述控制器；
其中所述控制器具有处理器和其上记录有用于执行方法的指令的有形非暂时性存储器，所述处理器执行所述指令使所述控制器：至少部分地基于反演模型获得所述多个致动器的相应的传送速率；
至少部分地基于所述相应的传送速率获得所述多个致动器的相应的操作参数；并且通过经由所述相应的命令信号来命令所述多个致动器达到所述相应的操作参数来控制所述发动机的输出；
其中，在所述获得所述相应的传送速率之前，所述控制器被编程为：确定所述多个致动器的相应的多个期望值；
至少部分地基于所述相应的多个期望值和所述传感器反馈来获得所述多个致动器的相应的校正因子；
其中，所述相应的多个期望值包括：期望的低压压缩机压力比 ；
期望的高压压缩机压力比 ；
期望的排气压力 ；
期望的进气压力 ；
进气歧管中的期望的高压排气再循环率 和期望的已燃气体分数 中的至少一个；
低压压缩机入口中的期望的低压排气再循环率 和期望的已燃气体分数 中的至少一个。
2.一种控制发动机组件充气的方法，所述发动机组件具有发动机、多个致动器以及具有处理器和有形非暂时性存储器的控制器，所述存储器上记录有用于执行方法的指令，所述多个致动器包括串联连接到第二涡轮机的第一涡轮机，所述第一涡轮机是相对高压涡轮机并且所述第二涡轮机是相对低压涡轮机，所述方法包括：经由所述控制器至少部分地基于反演模型获得所述多个致动器的相应的传送速率；
经由所述控制器至少部分地基于所述相应的传送速率获得所述多个致动器的相应的操作参数；
通过经由来自所述控制器的相应的命令信号来命令所述多个致动器达到所述相应的操作参数来控制所述发动机的输出；
其中，所述相应的传送速率包括：高压涡轮机传送速率(Rt,HP)；
高压旁通流量(Wbp,HP)；
进气节流阀流量(Witv)；
高压排气再循环流量(Wegr,HP)；和低压排气再循环流量(Wegr,LP)。
3.如权利要求2所述的方法，其中：所述组件包括可操作地连接到所述控制器的至少一个传感器；
在所述获得所述相应的传送速率之前，所述方法包括：经由所述控制器确定所述多个致动器的相应的多个期望值；
经由所述控制器从所述传感器获得传感器反馈；和至少部分地基于所述相应的多个期望值和所述传感器反馈来获得所述多个致动器的相应的校正因子。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述组件包括配置为将空气引入到所述发动机中的进气管道、配置为接收来自所述发动机的排气的排气管道，并且所述多个致动器包括：高压涡轮机旁通阀，可操作地连接到所述第一涡轮机；
排气节流阀，流体连接到所述进气管道的进气节流阀并且流体连接到所述排气管道；
高压排气再循环阀，位于所述进气管道和所述排气管道之间的第一管道中；
低压排气再循环阀，位于所述进气管道和所述排气管道之间的第二管道中。
5.如权利要求2所述的方法，其中，所述相应的传送速率包括低压涡轮机传送速率(Rt,LP)，所述方法进一步包括：根据低压涡轮焓(ht,LP)、低压压缩功率(Pc,LP)和所述致动器的相应校正因子(v1)中的一个，获得所述低压涡轮机传送速率(Rt,LP)，使得：。
6.如权利要求2所述的方法，其中，所述相应的传送速率包括高压涡轮机传送速率(Rt,HP)，所述方法进一步包括：根据高压压缩功率(Pc,HP)、流入高压涡轮机的期望的充气 、排气温度(Tx)、预定容量(cp)，以及所述致动器的相应校正因子(v2)中的一个，获得所述高压涡轮机传送速率(Rt,HP)，使得： 。
7.如权利要求2所述的方法，其中，所述相应的传送速率包括进气节流阀流量(Witv)、高压EGR流量(Wegr,HP)和低压EGR流量(Wegr,LP)，所述方法进一步包括：至少部分地基于进入所述发动机的总充气(Wcyl)、压缩机入口已燃气体分数(Fc)、进气歧管已燃气体分数(Fi)、排气歧管已燃气体分数(Fx)、时间(t)、时间延迟(τ)以及所述致动器的相应校正因子(v4、v5、v6)，获得所述进气节流阀流量(Witv)、所述高压EGR流量(Wegr,H)和所述低压EGR流量(Wegr,LP)，使得：。
说明书 :
具有多涡轮机的发动机组件的充气控制的装置和方法
技术领域
[0001] 本发明总体上涉及发动机组件的控制的装置和方法，并且更具体地涉及具有多个涡轮机的发动机组件的充气控制的装置和方法。
背景技术
[0002] 涡轮机利用发动机排气系统中的压力驱动压缩机向发动机提供增压空气。与自然吸气式进气系统相比，增压空气增加了进入发动机的空气流量，因此增加了发动机的输出。
发明内容
[0003] 发动机组件包括发动机和可操作地连接到发动机的多个致动器。多个致动器包括串联连接到第二涡轮机的第一涡轮机，第一涡轮机是相对高压涡轮机并且第二涡轮机是相
对低压涡轮机。控制器被配置为将相应的命令信号传输给多个致动器。控制器具有处理器
和有形非暂时性存储器，有形非暂时性存储器上记录有用于执行在组件中控制充气的方法
的指令。至少有一个传感器配置为将传感器反馈传输给控制器。
对低压涡轮机。控制器被配置为将相应的命令信号传输给多个致动器。控制器具有处理器
和有形非暂时性存储器，有形非暂时性存储器上记录有用于执行在组件中控制充气的方法
的指令。至少有一个传感器配置为将传感器反馈传输给控制器。
[0004] 处理器对指令的执行使得控制器至少部分地基于反演模型来获得多个致动器相应的传送速率。控制器被编程为至少部分地基于相应的传送速率来获得多个致动器相应的
操作参数。控制器被编程为通过经由相应的命令信号来命令多个致动器达到相应的操作参
数以控制发动机的输出。
操作参数。控制器被编程为通过经由相应的命令信号来命令多个致动器达到相应的操作参
数以控制发动机的输出。
[0005] 在获得相应的传送速率之前，控制器能够被编程为确定多个致动器相应的多个期望值。至少部分地基于相应的多个期望值和传感器反馈来获得用于多个致动器的相应的校
正因子。
正因子。
[0006] 进气管被配置为将空气引入发动机。排气管道被配置为接收来自发动机的排气。多个致动器还包括：高压涡轮机旁通阀，可操作地连接到第一涡轮机；排气节流阀，流体连
接到空气入口管道的进气节流阀并且流体连接到排气管道。
接到空气入口管道的进气节流阀并且流体连接到排气管道。
[0007] 多个致动器还包括：高压排气再循环阀，其位于空气入口管道和排气管道之间的第一管道中，和低压排气再循环阀，其位于进气管道和排气管道之间的第二管道中。第一压
缩机和第二压缩机被配置为分别由第一和第二涡轮机驱动。第一涡轮机、第二涡轮机、第一
压缩机和第二压缩机形成两级涡轮增压器系统。
缩机和第二压缩机被配置为分别由第一和第二涡轮机驱动。第一涡轮机、第二涡轮机、第一
压缩机和第二压缩机形成两级涡轮增压器系统。
[0008] 相应的多个期望值能够包括：期望的低压压缩机压力比（ c,LP）、期望的高压压缩机压力比（ c,HP）、期望的排气压力（ x）、期望的进气压力（ i）、以及进气歧管中的期望的
高压排气再循环率（ egr,HP）和期望的已燃气体分数（ i)）中的至少一个；并且包括低压压
缩机入口中的期望的低压排气再循环率（ egr,LP）和期望的已燃气体分数（ c）中的至少一
个。相应的操作参数能够包括：低压涡轮机位置（uvgt,LP）、高压涡轮机位置（uvgt,HP）、高压旁
通阀位置（ubp,HP）、进气节流阀位置（uitv）、高压排气再循环阀位置（uegr,HP）和低压排气再循
环阀位置（uegr,LP）。
高压排气再循环率（ egr,HP）和期望的已燃气体分数（ i)）中的至少一个；并且包括低压压
缩机入口中的期望的低压排气再循环率（ egr,LP）和期望的已燃气体分数（ c）中的至少一
个。相应的操作参数能够包括：低压涡轮机位置（uvgt,LP）、高压涡轮机位置（uvgt,HP）、高压旁
通阀位置（ubp,HP）、进气节流阀位置（uitv）、高压排气再循环阀位置（uegr,HP）和低压排气再循
环阀位置（uegr,LP）。
[0009] 相应的传送速率能够包括：低压涡轮机传送速率（Rt,LP）、高压涡轮机传送速率（Rt,HP）、高压旁通流量（Wbp,HP）、进气节流阀流量（Witv）、高压排气再循环流量（Wegr,HP）和低压
排气再循环流量（Wegr,LP）。低压涡轮机传送速率（Rt,LP）能够根据低压涡轮焓（ht,LP）、低压压
缩功率（Pc,LP），以及相应校正因子（v1）中的一个来获得，使得：
排气再循环流量（Wegr,LP）。低压涡轮机传送速率（Rt,LP）能够根据低压涡轮焓（ht,LP）、低压压
缩功率（Pc,LP），以及相应校正因子（v1）中的一个来获得，使得：
[0010] 。
[0011] 高压涡轮机传送速率（Rt,HP）能够根据高压压缩功率（Pc,HP）、流入高压涡轮机的期望的排气流量（ t,HP,des）、排气温度（Tx）、预定容量（cp），以及相应校正因子（v2）中的一个
来获得，使得：
来获得，使得：
[0012] 。
[0013] 高压旁通流量（Wbp,HP）能够至少部分地基于流入发动机的总充气（Wcyl）、喷射的总燃料流量（Wf）、高压排气再循环流量（Wegr,HP）、流入高压涡轮机的期望排气流量（
t,HP,des），以及相应校正因子（v3）中的一个，使得：
t,HP,des），以及相应校正因子（v3）中的一个，使得：
[0014] 。
[0015] 进气节流阀流量（Witv）、高压EGR流量（Wegr,HP）和低压EGR流量（Wegr,LP）能够至少部分地基于流入发动机的总充气（Wcyl）、压缩机入口已燃气体分数（Fc）、进气歧管已燃气体分
数（Fi）、排气歧管已燃气体分数（Fx）、时间（t）、时间延迟（τ）以及相应校正因子（v4、v5、v6），
使得：
数（Fi）、排气歧管已燃气体分数（Fx）、时间（t）、时间延迟（τ）以及相应校正因子（v4、v5、v6），
使得：
[0016] 。
[0017] 控制器能够被配置为基于期望的增压压力（ ）、期望的低压压缩机比率（ ）（和通过第一压缩机的校正过的流量（Qc1））来确定功率分流比（PSR），使得：
[0018] PSR = 。
[0019] 当结合附图时，通过以下用于实现本发明的最佳模型的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将显而易见。
附图说明
[0020] 图1是具有控制器的发动机组件的示意性局部视图；
[0021] 图2是由图1的控制器执行的方法的流程图；
[0022] 图3是根据第一实施例的实现图2的方法的控制结构的图表；
[0023] 图4是根据第二实施例的实现图2的方法的另一控制结构的图表。
具体实施方式
[0024] 参考附图，其中相同的附图标记表示相同的部件。图1示意性地示出了具有发动机组件12的装置10。装置10可以是移动平台，例如，但不限于标准客车、运动型多用途车、轻型
卡车、重型车辆、ATV、小型货车、公共汽车、过境车辆、自行车、机器人、农具、体育相关设备、
船、飞机、火车或其他交通工具。装置10能够采取许多不同的形式并且包括多个和/或替代
的组件和设施。
卡车、重型车辆、ATV、小型货车、公共汽车、过境车辆、自行车、机器人、农具、体育相关设备、
船、飞机、火车或其他交通工具。装置10能够采取许多不同的形式并且包括多个和/或替代
的组件和设施。
[0025] 组件12包括用于燃烧空气燃料混合物以产生输出扭矩的内燃机14（此处指的是发动机14）。组件12包括进气歧管16，其能够配置为接收来自大气的新鲜空气。发动机14能够
燃烧空气燃料混合物，产生排气。进气歧管16流体联接到发动机14并且能够经由进气管道
18将空气引入发动机14中。组件12包括排气歧管20，其与发动机14流体连通并且能够经由
排气管道22接收和排出来自发动机14的排气。参考图1，发动机14包括具有至少一个汽缸26
的发动机组24。发动机14可以是火花点火发动机或压燃式发动机，并且能够活塞驱动。
燃烧空气燃料混合物，产生排气。进气歧管16流体联接到发动机14并且能够经由进气管道
18将空气引入发动机14中。组件12包括排气歧管20，其与发动机14流体连通并且能够经由
排气管道22接收和排出来自发动机14的排气。参考图1，发动机14包括具有至少一个汽缸26
的发动机组24。发动机14可以是火花点火发动机或压燃式发动机，并且能够活塞驱动。
[0026] 参考图1，组件包括配置为由第一涡轮机30驱动的第一压缩机28和配置为由第二涡轮机34驱动的第二压缩机32。第一涡轮机30、第二涡轮机34、第一压缩机28和第二压缩机
32形成两级涡轮增压器系统27。采用第一压缩机28压缩入口空气，从而在供给发动机14的
空气中提供更高浓度的氧气。这里，使第一压缩机28的入口空气处于比第二压缩机32的入
口空气更高的压力，因此，第一压缩机28能够被称为高压（HP）压缩机，第二压缩机32能够被
称为低压（LP）压缩机。类似地，使第二涡轮机34的入口空气处于比第一涡轮机30的入口空
气更低的压力，因此第二涡轮机34能够被称为低压涡轮机34，第一涡轮机30能够被称为高
压涡轮机30。
32形成两级涡轮增压器系统27。采用第一压缩机28压缩入口空气，从而在供给发动机14的
空气中提供更高浓度的氧气。这里，使第一压缩机28的入口空气处于比第二压缩机32的入
口空气更高的压力，因此，第一压缩机28能够被称为高压（HP）压缩机，第二压缩机32能够被
称为低压（LP）压缩机。类似地，使第二涡轮机34的入口空气处于比第一涡轮机30的入口空
气更低的压力，因此第二涡轮机34能够被称为低压涡轮机34，第一涡轮机30能够被称为高
压涡轮机30。
[0027] 参考图1，组件12包括可操作地连接到发动机14或与发动机14进行电子通信的控制器C。参考图1，控制器C包括至少一个处理器P和至少一个存储器M（或任何非暂时性有形
计算机可读存储介质），存储器M上记录有用于执行图2中所示并在下文中描述的方法100的
指令，用于组件12的充气控制。存储器M能够存储控制器可执行指令集，并且处理器P能够执
行存储在存储器M中的控制器可执行指令集。参考图1，第一和第二涡轮机30、34可以是可变
几何涡轮机（VGT），其相应具有第一和第二可变几何涡轮机几何传感器36、38，用于向控制
器C提供关于第一和第二涡轮机的几何结构的实时信息。
计算机可读存储介质），存储器M上记录有用于执行图2中所示并在下文中描述的方法100的
指令，用于组件12的充气控制。存储器M能够存储控制器可执行指令集，并且处理器P能够执
行存储在存储器M中的控制器可执行指令集。参考图1，第一和第二涡轮机30、34可以是可变
几何涡轮机（VGT），其相应具有第一和第二可变几何涡轮机几何传感器36、38，用于向控制
器C提供关于第一和第二涡轮机的几何结构的实时信息。
[0028] 参考图1，组件12包括多个致动器39，其被配置为通过控制充气来至少部分地控制组件12的操作。多个致动器39包括第一涡轮机30、第二涡轮机34以及如下所述的多个阀，每
个阀能够由控制器C选择性地控制。参考图1，多个致动器39包括：可操作地连接到第一涡轮
机30的高压涡轮机旁通阀40、流体连接到空气入口管道18的进气节流阀46，以及流体连接
到排气管道22的排气节流阀48。高压涡轮机旁通阀40被配置为控制流入第一涡轮机30的流
入流量。排气节流阀48通常可以是开放的并且能够关闭以升高排气压力（px）。
个阀能够由控制器C选择性地控制。参考图1，多个致动器39包括：可操作地连接到第一涡轮
机30的高压涡轮机旁通阀40、流体连接到空气入口管道18的进气节流阀46，以及流体连接
到排气管道22的排气节流阀48。高压涡轮机旁通阀40被配置为控制流入第一涡轮机30的流
入流量。排气节流阀48通常可以是开放的并且能够关闭以升高排气压力（px）。
[0029] 参考图1，组件12能够包括废气门42，其能够可操作地连接到第二涡轮机34并且配置为当增压压力高于阈值时打开。压缩机旁通阀44被配置为允许第一压缩机28旁通。压缩
空气冷却器50能够定位在第一压缩机的高压侧上并且被配置为消散由压缩入口空气产生
的一些热量。后处理系统52能够定位在排气歧管20与排气管道22上排气向大气释放的点之
间。后处理系统52能够包括氧化还原催化剂和微粒过滤器。
空气冷却器50能够定位在第一压缩机的高压侧上并且被配置为消散由压缩入口空气产生
的一些热量。后处理系统52能够定位在排气歧管20与排气管道22上排气向大气释放的点之
间。后处理系统52能够包括氧化还原催化剂和微粒过滤器。
[0030] 组件12能够包括具有多个再循环排气路径的排气再循环（EGR）系统。参考图1，多个致动器39还包括高压排气再循环阀54和低压排气再循环阀56，其位于设置在空气入口管
道18和排气管道22之间的相应的第一和第二管道58、60中。第一和第二冷却单元62、64能够
分别能够可操作地连接到高压EGR阀和低压EGR阀。第一和第二冷却单元62、64用于在与通
过进气歧管16进入的空气混合之前降低再循环排气的温度。
道18和排气管道22之间的相应的第一和第二管道58、60中。第一和第二冷却单元62、64能够
分别能够可操作地连接到高压EGR阀和低压EGR阀。第一和第二冷却单元62、64用于在与通
过进气歧管16进入的空气混合之前降低再循环排气的温度。
[0031] 参考图1，控制器C被配置为接收来自一个或多个传感器68的传感器反馈。在所示的实施例中，传感器68包括排气温度传感器70、排气压力传感器72、涡轮机压力和温度传感
器74、进气歧管压力传感器76、进气歧管温度传感器78、高压压缩机入口压力传感器80、低
压压缩机入口压力和温度传感器82和84、质量空气流量传感器86、后涡轮机压力传感器87
和后涡轮机温度传感器88。另外，各种参数能够通过“虚拟感测”获得，例如，基于其他测量
的建模。例如，能够基于环境温度和其他发动机测量值的测量来虚拟感测进气温度。
器74、进气歧管压力传感器76、进气歧管温度传感器78、高压压缩机入口压力传感器80、低
压压缩机入口压力和温度传感器82和84、质量空气流量传感器86、后涡轮机压力传感器87
和后涡轮机温度传感器88。另外，各种参数能够通过“虚拟感测”获得，例如，基于其他测量
的建模。例如，能够基于环境温度和其他发动机测量值的测量来虚拟感测进气温度。
[0032] 参考图1，控制器C被编程为接收来自操作者输入或自动启动条件或由控制器C监测的其他源的扭矩请求。控制器C被配置为接收来自操作者的输入信号，例如通过加速器踏
板90和制动踏板92以确定扭矩请求。
板90和制动踏板92以确定扭矩请求。
[0033] 现在参考图2，示出了存储在图1的控制器C上并能够由其执行的方法100的流程图。图1的控制器C特别地被编程为执行方法100的步骤。方法100不需要以这里列举的特定
顺序来应用。此外，应当理解，能够省略一些步骤。根据第一实施例的实现方法100的第一控
制结构200在图3中示出。根据第二实施例的实现方法100的第二控制结构300在图4中示出。
在第一实施例中，第一控制结构200采用前馈线性化。在第二实施例中，第二控制结构300采
用反馈线性化。
顺序来应用。此外，应当理解，能够省略一些步骤。根据第一实施例的实现方法100的第一控
制结构200在图3中示出。根据第二实施例的实现方法100的第二控制结构300在图4中示出。
在第一实施例中，第一控制结构200采用前馈线性化。在第二实施例中，第二控制结构300采
用反馈线性化。
[0034] 参考图2，方法100能够以方框102开始，其中控制器C被编程或配置为至少部分地基于扭矩请求来确定多个致动器39相应的多个期望值。参考图3‑4，第一和第二控制结构
200、300分别包括用于确定相应的多个期望值（图2的方框102）的设定点单元202、302。参考
图3‑4，相应的多个期望值能够包括：期望的低压压缩机压力比（ c,LP）、期望的高压压缩机
压力比（ c,HP）、期望的排气压力（ x）、期望的进气压力（ i）、期望的高压排气再循环率（
egr,HP）和期望的低压排气再循环率（ egr,LP）。或者，期望的高压排气再循环率（ egr,HP）和期
望的低压排气再循环率（ egr,HP）能够由进气歧管中的期望的已燃气体分数（ i）和低压压
缩机入口32中的期望的已燃气体分数（ c）来代替。这些期望值是针对由以下空气充气系统
方程描述的系统输出设置的：
200、300分别包括用于确定相应的多个期望值（图2的方框102）的设定点单元202、302。参考
图3‑4，相应的多个期望值能够包括：期望的低压压缩机压力比（ c,LP）、期望的高压压缩机
压力比（ c,HP）、期望的排气压力（ x）、期望的进气压力（ i）、期望的高压排气再循环率（
egr,HP）和期望的低压排气再循环率（ egr,LP）。或者，期望的高压排气再循环率（ egr,HP）和期
望的低压排气再循环率（ egr,HP）能够由进气歧管中的期望的已燃气体分数（ i）和低压压
缩机入口32中的期望的已燃气体分数（ c）来代替。这些期望值是针对由以下空气充气系统
方程描述的系统输出设置的：
[0035]
[0036]
[0037]
[0038] 。
[0039] 在这些方程的左边，表示变量x的导数。例如，pi表示 的导数。在这些方程中，Vi是进气歧管容积，Vx是排气歧管体积，R是气体常数，mi是进气歧管质量，λ是化学计量空燃
比，c1和c是能够校准的常数。其余的参数定义如下。
比，c1和c是能够校准的常数。其余的参数定义如下。
[0040] 在图2的方框104中，控制器C被编程为，例如，经由控制器C中的闭环单元（图1中的“CLU”）来获得相应多个期望值的相应的校正因子。对每个方框103，控制器C被编程为接收
传感器反馈（来自可操作地连接到控制器C的一个或多个传感器68）。参考图3‑4，第一和第
二控制结构200、300分别包括用于确定相应校正因子（图2的方框104）的闭环单元204、304。
在图3‑4所示的实施例中，存在六个校正因子（v1、v2、v3、v4、v5、v6），然而应当理解，数量能够
根据手头的每个应用而变化。闭环单元204、304可以是本领域技术人员能够采用的比例‑积
分‑微分（PID）单元、模型预测控制单元（MPC）或其他闭环单元。
传感器反馈（来自可操作地连接到控制器C的一个或多个传感器68）。参考图3‑4，第一和第
二控制结构200、300分别包括用于确定相应校正因子（图2的方框104）的闭环单元204、304。
在图3‑4所示的实施例中，存在六个校正因子（v1、v2、v3、v4、v5、v6），然而应当理解，数量能够
根据手头的每个应用而变化。闭环单元204、304可以是本领域技术人员能够采用的比例‑积
分‑微分（PID）单元、模型预测控制单元（MPC）或其他闭环单元。
[0041] 在图2的方框106中，控制器C被编程为获得多个致动器39的相应的传送速率。控制器C能够包括用于执行方框106的模型反演（或反演模型）单元（图1中的“IM”）。相应的传送
速率能够包括：低压涡轮机传送速率（Rt,LP）、高压涡轮机传送速率（Rt,HP）、高压旁通流量
（Wbp,HP）、进气节流阀流量（Witv）、高压排气再循环流（Wegr,HP）和低压排气再循环流（Wegr,LP）
（参见图3‑4）。参考图3，第一控制结构200包括模型反演单元206和求和单元208以确定相应
的传送速率（图2的方框106）。参考图3，求和单元208被配置为对模型反演单元206的输出和
闭环单元204的输出进行求和以获得相应的传送速率。
速率能够包括：低压涡轮机传送速率（Rt,LP）、高压涡轮机传送速率（Rt,HP）、高压旁通流量
（Wbp,HP）、进气节流阀流量（Witv）、高压排气再循环流（Wegr,HP）和低压排气再循环流（Wegr,LP）
（参见图3‑4）。参考图3，第一控制结构200包括模型反演单元206和求和单元208以确定相应
的传送速率（图2的方框106）。参考图3，求和单元208被配置为对模型反演单元206的输出和
闭环单元204的输出进行求和以获得相应的传送速率。
[0042] 参考图4，第二控制结构200包括用于确定相应传送速率的模型反演单元306（方框106）。参考图2，在方框104中获得的相应的校正因子能够被输入到方框106中，如线105所
示；这在图4的控制结构300中进行描述（第二实施例）。
示；这在图4的控制结构300中进行描述（第二实施例）。
[0043] 参考图3，为了计算前馈控制，低压涡轮机传送速率（Rt,LP）能够根据低压涡轮焓（ht,LP）、基于期望的 c,LP计算的期望的低压压缩机功率（Pc,LP），以及相应校正因子（v1）中
的一个来获得，使得：
的一个来获得，使得：
[0044] 。
[0045] 参考图4，为了计算反馈线性化，低压压缩机功率（Pc,LP）基于来自相应传感器的c,LP的直接测量值来计算。
[0046] 高压涡轮机传送速率（Rt,HP）能够根据高压压缩功率（Pc,HP）、流入高压涡轮机的期望的充气（ t,HP,des）、排气温度（Tx）、比热容（cp）和各个校正因子（v2）中的一个来获得，使
得：
得：
[0047] 。
[0048] 同样，高压压缩功率（Pc,HP）能够基于期望的 c,LP或测得的 c,LP来计算。
[0049] 高压旁通流量（Wbp,HP）能够至少部分地基于流入发动机的总充气（Wcyl）、喷射的总燃料流量（Wf）、高压排气再循环流量（Wegr,HP）、流入高压涡轮机（ t,HP,des）的期望的充气，
以及相应校正因子（v3）中的一个，使得：
以及相应校正因子（v3）中的一个，使得：
[0050] 。
[0051] 进气节流阀流量（Witv）、高压EGR流量（Wegr,HP）和低压EGR流量（Wegr,LP）能够至少部分地基于流入发动机的总充气（Wcyl）、压缩机入口已燃气体分数（Fc）、进气歧管已燃气体分
数（Fi）、排气歧管已燃气体分数（Fx）、时间（t）、时间延迟（τ），以及一些相应的校正因子（v4、
v5、v6），使得：
数（Fi）、排气歧管已燃气体分数（Fx）、时间（t）、时间延迟（τ），以及一些相应的校正因子（v4、
v5、v6），使得：
[0052] 。
[0053] 在图2的方框110中，控制器C被编程为至少部分地基于相应的传送速率获得多个致动器39的相应的操作参数。参考图3‑4，相应的操作参数能够包括：低压涡轮机位置
（uvgt,LP）、高压涡轮机位置（uvgt,HP）、高压旁通阀位置（ubp,HP）、进气节流阀位置（uitv）、高压排
气再循环阀位置（uegr,HP），以及低压排气再循环阀位置（uegr,LP）。参考图3‑4，第一和第二控
制结构200、300分别包括用于确定相应的操作参数的反演单元210、308（图2的方框110）。应
当理解，能够使用本领域技术人员能够采用的反演模块。在一个示例中，能够基于以下表达
式来确定低压涡轮机位置（uvgt,LP）、高压涡轮机位置（uvgt,HP）和旁通阀位置（ubp,HP）：
（uvgt,LP）、高压涡轮机位置（uvgt,HP）、高压旁通阀位置（ubp,HP）、进气节流阀位置（uitv）、高压排
气再循环阀位置（uegr,HP），以及低压排气再循环阀位置（uegr,LP）。参考图3‑4，第一和第二控
制结构200、300分别包括用于确定相应的操作参数的反演单元210、308（图2的方框110）。应
当理解，能够使用本领域技术人员能够采用的反演模块。在一个示例中，能够基于以下表达
式来确定低压涡轮机位置（uvgt,LP）、高压涡轮机位置（uvgt,HP）和旁通阀位置（ubp,HP）：
[0054]
[0055] 。
[0056] 这里，px1是第一和第二涡轮机30、34之间的排气压力，PcHP是低压压缩功率。
[0057] 在图2的框112中，控制器C被编程为控制发动机14的扭矩输出，通过命令多个致动器39经由它们相应的命令信号来达到相应的操作参数（在方框110中获得）。参考图3‑4，第
一和第二控制结构200、300分别包括用于命令多个致动器39达到相应操作参数（图2的方框
112）的致动器命令单元212、310。
一和第二控制结构200、300分别包括用于命令多个致动器39达到相应操作参数（图2的方框
112）的致动器命令单元212、310。
[0058] 虽然如上所述的组件12增加了增压能力，但是通过使压缩机效率最大化并且使发动机泵送损失最小化能够获得燃料经济性的进一步改进。在图2的方框114中，控制器C能够
被编程为应用涡轮增压器功率分流确定，如下所述。组件12的总涡轮增压效率能够被定义
为高压压缩机出口温度（Tout）与低压压缩机入口温度（Tin）的比率。
被编程为应用涡轮增压器功率分流确定，如下所述。组件12的总涡轮增压效率能够被定义
为高压压缩机出口温度（Tout）与低压压缩机入口温度（Tin）的比率。
[0059]
[0060]
[0061]
[0062] 这里 是期望的增压压力， 是低压压缩机比率，并且Qc1和Qc2分别表示通过第一和第二压缩机28、32的校正流量。此外，函数RC1和RC2分别表示通过第一和第二压缩机28、
32的传送速率。功率分流比（PSR）能够基于期望的增压压力（ ）、期望的低压压缩机比率（
），使得：
32的传送速率。功率分流比（PSR）能够基于期望的增压压力（ ）、期望的低压压缩机比率（
），使得：
[0063] PSR = 。
[0064] 为了最大化压缩机效率，控制器C能够被进一步编程为如下所述，使总涡轮增压效率最小化：
[0065] 。
[0066] 最小化结果对于低压压缩机压力比产生最优分流，其成为如下的期望的 和Qc1的函数：
[0067] 。
[0068] 一旦确定了增压压力分流，第一和第二涡轮机30、34之间的中间压力能够根据分流压缩机压力来确定。在下面的表达式中，Px是发动机排气压力，px1是第一和第二涡轮机
30、34之间的排气压力，并且px0是第二涡轮机34之后的排气压力。此外，Tx是排气温度，Tx1是
第一和第二涡轮机30、34涡轮机之间的排气温度，Tx0是第二涡轮机34之后的排气温度，并且
cp是热容。发动机泵送损失或排气压力能够最小化为：
30、34之间的排气压力，并且px0是第二涡轮机34之后的排气压力。此外，Tx是排气温度，Tx1是
第一和第二涡轮机30、34涡轮机之间的排气温度，Tx0是第二涡轮机34之后的排气温度，并且
cp是热容。发动机泵送损失或排气压力能够最小化为：
[0069]
[0070]
[0071] 。
[0072] 由于第一和第二涡轮机30、34之间的排气压力（px1）是已知的，所以相当于使以下之一最小化：
[0073] 或者
[0074] 。
[0075] 总之，方法100包括基于模型的多输入多输出（MIMO）途径。设定点优化能够使发动机排气最大化并使泵送损失最小化。方法100提供了处理复杂系统的有效和高效的方式、最
大化提升能力、减少燃料消耗并减少校准工作以优化和控制组件12。
大化提升能力、减少燃料消耗并减少校准工作以优化和控制组件12。
[0076] 图1的控制器C可以是装置10的其他控制器（例如发动机控制器）的整体部分或者可操作地连接到其他控制器的单独模块。控制器C包括计算机可读介质（也称为处理器可读
介质），其包括参与提供可由计算机（例如，由算机的处理器）读取的数据（例如，指令）的任
何非暂时性（例如，有形）介质。这样的介质能够采取许多形式，包括但不限于非易失性介质
和易失性介质。非易失性介质能够包括，例如，光盘或磁盘以及其他持久性存储器。易失性
介质能够包括，例如，动态随机存取存储器（DRAM），其能够构成主存储器。这样的指令能够
通过一个或多个传输介质传输，所述传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含联接到
计算机处理器系统总线的导线。一些形式的计算机可读介质包括，例如，软盘、软盘、硬盘、
磁带、任何其他磁介质、CD‑ROM、DVD、任何其他光介质、打孔卡、纸带、任何具有孔图案的其
他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH‑EEPROM、任何其他存储器芯片或盒式磁盘或计算机可
读取的任何其他介质。
介质），其包括参与提供可由计算机（例如，由算机的处理器）读取的数据（例如，指令）的任
何非暂时性（例如，有形）介质。这样的介质能够采取许多形式，包括但不限于非易失性介质
和易失性介质。非易失性介质能够包括，例如，光盘或磁盘以及其他持久性存储器。易失性
介质能够包括，例如，动态随机存取存储器（DRAM），其能够构成主存储器。这样的指令能够
通过一个或多个传输介质传输，所述传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含联接到
计算机处理器系统总线的导线。一些形式的计算机可读介质包括，例如，软盘、软盘、硬盘、
磁带、任何其他磁介质、CD‑ROM、DVD、任何其他光介质、打孔卡、纸带、任何具有孔图案的其
他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH‑EEPROM、任何其他存储器芯片或盒式磁盘或计算机可
读取的任何其他介质。
[0077] 这里描述的查找表、数据库、数据存储库或其他数据存储能够包括用于存储、访问和检索各种数据的各种机制，包括分层数据库、文件系统中的一组文件、专有格式的应用程
序数据库、关系数据库管理系统（RDBMS）等。每个这样的数据存储能够被包括在采用计算机
操作系统（例如上面提到的那些计算机操作系统之一）的计算装置中，并且能够通过网络以
各种方式中的任何一种或多种来访问。文件系统能够从计算机操作系统访问，并且能够包
括以各种格式存储的文件。RDBMS除了用于创建、存储、编辑和执行存储程序的语言之外，还
能够采用结构化查询语言（SQL），例如上面提到的PL/SQL语言。
序数据库、关系数据库管理系统（RDBMS）等。每个这样的数据存储能够被包括在采用计算机
操作系统（例如上面提到的那些计算机操作系统之一）的计算装置中，并且能够通过网络以
各种方式中的任何一种或多种来访问。文件系统能够从计算机操作系统访问，并且能够包
括以各种格式存储的文件。RDBMS除了用于创建、存储、编辑和执行存储程序的语言之外，还
能够采用结构化查询语言（SQL），例如上面提到的PL/SQL语言。
[0078] 具体实施方式和附图或图用于支持和说明本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。尽管用于执行本发明的一些最佳模式和其他实施例已经详细地描述，存在用于实
践所附权利要求中限定的本发明的各种替代设计和实施例。此外，附图中示出的实施例或
本说明书中提及的各种实施例的特征不必理解为彼此独立的实施例。相反，可能的是，实施
例的一个示例中描述的每个特征能够与来自其他实施例的一个或多个其他期望的特征组
合，导致其他实施例没有通过文字或者通过参考附图进行描述。相应地，这样的其他实施例
落入所附权利要求的范围内。
践所附权利要求中限定的本发明的各种替代设计和实施例。此外，附图中示出的实施例或
本说明书中提及的各种实施例的特征不必理解为彼此独立的实施例。相反，可能的是，实施
例的一个示例中描述的每个特征能够与来自其他实施例的一个或多个其他期望的特征组
合，导致其他实施例没有通过文字或者通过参考附图进行描述。相应地，这样的其他实施例
落入所附权利要求的范围内。