[发明专利]用于内燃机空气路径控制的基于离散时间速率的模型预测控制方法

说明书

本发明涉及一种用于柴油发动机的空气路径控制的基于离散时间速率的模型预测控制器，其通过进气歧管空气压力和EGR速率的协调控制而将VGT位置和EGR阀位置调节至特定的设定点。控制器可以被构造成用以测量或估计所述进气歧管压力和所述EGR速率中的至少一者。可以使用由控制器提供的非线性的基于离散时间速率的预测模型。

相关专利申请的交叉引用

本申请是2012年12月21日提交的、名称为“RATE-BASED MODEL PREDICTIVECONTROL METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE AIR PATH CONTROL(用于内燃机空气路径控制的基于速率的模型预测控制方法)”的、共同未决的美国专利申请No.13/724,957的部分继续申请，该申请的整个内容以引用方式全文并入本文中。

技术领域

本发明整体涉及用于内燃机的方法和控制器，更具体地，本发明涉及用于控制柴油发动机的方法。

背景技术

本文提供的背景技术描述是为了整体上呈现本发明的背景。当前发明人的工作，到可以在背景技术部分描述的程度，以及在提交申请时可能没有作为现有技术的说明的各个方面，既不明确地也不隐含地承认作为针对本发明技术的现有技术。

现代的柴油发动机采用可变几何涡轮(VGT)来增加供应到发动机气缸的空气量。VGT改变涡轮定子入口叶片的角度，以改变供应到发动机气缸的空气量。

除了提供最佳的性能和燃料经济性之外，现代柴油发动机还必须满足严格的排放规定，尤其是颗粒物和氮氧化物。为了满足所有这些要求，具有VGT的柴油发动机还利用废气再循环(EGR)阀，该废气再循环阀具有可变控制位置，以便使得变化量的发动机废气再循环回到发动机气缸中，以进行更加完全的燃烧并降低发动机排放。

当发动机在大范围的操作条件(包括发动机速度、燃料消耗、发动机负荷等)下操作时，一个控制器且典型地多个控制器嵌入到发动机控制单元(ECU)中，以便响应于检测发动机性能的传感器来控制各种发动机致动器，从而优化发动机性能、排放等。

越来越多地使用模型预测控制(MPC)来用于发动机控制。标准MPC方法结合有一体类型的动作，以确保零态态误差，为预测控制模型增加额外的一体状态。MPC模型利用多个不同的发动机操作范围(燃料消耗率和发动机速度)，并且提供用于每个范围的控制器，以控制发动机致动器。

在应用于柴油发动机空气流的模型预测控制的具体例子中，利用可变几何涡轮(VGT)、EGR节流阀和EGR阀致动器控制发动机中的流动。这些系统是强耦合的，并且是高度非线性的。

然而，此前的模型预测控制器应用于内燃机，尤其是柴油发动机，已经利用了多个发动机性能操作范围，每个范围需要单独的预测控制器。另外，每个预测控制器利用一体类型的动作，其存在的问题是受控的发动机变量的超调限制。

希望提供用于内燃机的模型预测控制器，其具有最少数量的操作范围，以减少计算时间和存储要求，同时提供发动机控制性能变量的零态态跟踪误差。

发明内容

这个部分提供本发明的整体概述，而不是本发明的完整范围或全部特征的综合性公开。

在多个方面中，本发明提供一种用于优化发动机操作的系统。该系统可以包括内燃机(例如柴油发动机)和控制器。控制器可以被构造成用以在发动机操作期间控制可变几何涡轮(VGT)和废气再循环(EGR)阀。控制器响应于发动机操作参数(例如发动机进气歧管压力和EGR速率)提供基于离散时间速率的预测模型。控制器利用基于离散时间速率的预测模型生成VGT位置和EGR阀位置。