CN102686855A - 用于发动机的控制策略 - Google Patents

Abstract

一种控制发动机（20）的方法包括操纵废气阀（76）以将涡轮增压器（24）的工作维持在最佳工作范围内。燃烧空气旁通阀（70）在打开位置与关闭位置之间被操纵，以形成机械增压器（26）两端的负压差。机械增压器（26）同轴地顺序配置在涡轮增压器（24）之前。负压差由机械增压器（26）转化为转矩并从机械增压器（26）传递回到发动机（20），以提高发动机（20）的工作效率。

Description

用于发动机的控制策略

技术领域

本发明总体而言涉及一种控制发动机的方法，且更具体地涉及一种控制包括具有相对于彼此同轴（in-line）配置的机械增压器和涡轮增压器的燃烧空气增压系统的发动机的方法。

背景技术

内燃发动机——尤其是柴油发动机——通常包括用于升高燃烧空气压力的增压系统。该增压系统可包括涡轮增压器，该涡轮增压器包括由涡轮致动的压缩机，所述涡轮由来自发动机的排气流驱动。如公知的，涡轮增压器滞后于发动机的工作，直到通过涡轮的排气流足以使压缩机工作而对燃烧空气进行加压。可选择地，增压系统可包括机械增压器，该机械增压器通常通过离合器机械连结到发动机。由于机械增压器机械连结到发动机，所以机械增压器能够几乎紧接着发动机起动之后工作。然而，机械增压器与发动机之间的机械联动装置从发动机抽取功率以使机械增压器工作，从而降低了发动机的效率。

增压系统可包括串联地顺序配置的涡轮增压器和机械增压器两者。在这种增压系统中，机械增压器在涡轮增压器低效工作时——例如在起动和初始加速期间——使用。一旦涡轮增压器高效地工作，例如在车辆高速运行期间，离合器便使机械增压器与发动机分离，以消除使机械增压器工作所需抽取的功率。由于涡轮增压器由排气流驱动，所以涡轮增压器的工作不会抽取功率，也不会降低发动机的效率。

发明内容

公开了一种控制发动机的方法。所述发动机包括用于给发动机供应加压燃烧空气流的燃烧空气增压系统。所述增压系统包括机械增压器和涡轮增压器。所述机械增压器机械连结到发动机。所述涡轮增压器配置在所述机械增压器下游。所述增压系统还包括用于使所述机械增压器周围的空气流旁通的燃烧空气旁通管路，以及用于控制通过所述燃烧空气旁通管路的空气流的燃烧空气旁通阀。所述方法包括：将所述涡轮增压器的工作维持在最佳工作范围内；操纵所述燃烧空气旁通阀，以在所述机械增压器的入口与所述机械增压器的出口之间形成所述机械增压器两端的负压差，从而产生所述机械增压器的旋转输出；以及将所述机械增压器的所述旋转输出传递到所述发动机，以提高所述发动机的工作效率。

在本发明的另一方面，公开了一种控制发动机的方法。所述发动机包括用于给发动机供应加压燃烧空气流的燃烧空气增压系统。所述增压系统包括机械增压器和涡轮增压器。所述机械增压器机械连结到所述发动机。所述涡轮增压器配置在所述机械增压器下游。所述增压系统还包括用于使所述机械增压器周围的空气流旁通的燃烧空气旁通管路，以及用于控制通过所述燃烧空气旁通管路的空气流的燃烧空气旁通阀。所述燃烧空气旁通阀包括允许空气流不受阻碍地通过所述燃烧空气旁通管路的打开位置和阻止空气流通过所述燃烧空气旁通管路的关闭位置。所述方法包括：将所述涡轮增压器的工作维持在最佳工作范围内；将所述燃烧空气旁通阀操纵到所述打开位置与所述关闭位置之间的中间位置，以在所述机械增压器的入口与所述机械增压器的出口之间形成所述机械增压器两端的负压差，从而产生转矩；以及将所述转矩传递到所述发动机，以提高所述发动机的工作效率。

因此，所述方法通过利用机械增压器将由涡轮增压器供应的过剩燃烧空气压力转化为转矩——所述转矩从机械增压器传递回到发动机——而提高了发动机的工作效率。此外，机械增压器可以在涡轮增压器达到最佳工作效率之前根据需要用来在加速期间给发动机提供燃烧空气流，从而根据需要提供接近瞬时的加压燃烧空气。

本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点易于从以下结合附图对用于实施本发明的最佳模式的详细描述而显而易见。

附图说明

图1是发动机的示意性剖面图。

图2是示出了控制发动机的方法的流程图。

具体实施方式

参照附图，其中若干视图中相似的标号表示对应的零件，图1中总体上以20示出了内燃发动机。发动机20包括常规发动机，例如柴油发动机或汽油发动机。如图1所示，发动机20包括“机械-涡轮（superturbo）”增压系统22，该增压系统22包括彼此同轴地顺序配置以增加发动机20的燃烧空气的升压（即压力）的涡轮增压器24和机械增压器26两者。

如公知的，涡轮增压器24通过由发动机20提供的排气驱动。机械增压器26机械连接到发动机20，并由发动机20直接提供动力。机械增压器26包括驱动轴28和将发动机20与机械增压器26的驱动轴28互连的离合器30。离合器30构造成用于选择性地接合和分离机械增压器26。本领域技术人员应该理解，在本发明的范围内，离合器30可包括有效地将机械驱动从车辆发动机20（通常但不是必须的，从曲轴）传递到机械增压器26的输入轴的任何类型的离合器30（例如可接合的摩擦片、电磁离合器等）。此外，如本领域的技术人员目前也公知的，离合器30与输入轴之间可存在某一类“递增传动”增速装置，这种增速装置的典型比率在约2:1至约4:1的范围内。

增压系统22包括构造成用于将燃烧空气连通到发动机20的多个空气管路。空气管路往返于发动机20传送燃烧空气。空气管路包括进气管32，燃烧空气通过该进气管32沿箭头34所示方向进入增压系统22。第一空气管路36包括过滤器38，并与机械增压器26的入口40流体连通。燃烧空气经进气管32进入增压系统22，并经过滤器38流向机械增压器26。

第二空气管路42将机械增压器26的出口44与涡轮增压器24的泵送部分（即压缩机46）连接。第三空气管路48将压缩机46的出口44与中冷器50的入口互连。中冷器50的功能是公知的，并在本发明的范围以外。因此，文中未详细描述中冷器50的功能。第四空气管路52将中冷器50的出口与发动机20的燃烧室54互连。

在此在第四空气管路52内配置有在图1中示出为处于全开位置的发动机节气门56。应该认识到，发动机节气门56可以被控制成处于图1所示的全开位置与基本上堵塞通过第四空气管路52的全部空气流并从而限制空气流入发动机20的燃烧室54的全闭位置之间的任何位置。

涡轮增压器24还包括机械地连结到压缩机46并构造成驱动压缩机46的涡轮部分58。第五空气管路60将发动机20的燃烧室54与涡轮增压器24的涡轮部分58的入口互连，以给涡轮部分58提供排气。第六空气管路62将涡轮增压器24的涡轮部分58的出口44与排气出口64互连。排气沿箭头66所示方向经排气出口64从增压系统22流出。

在第一空气管路36与机械增压器26的出口44之间配置有燃烧空气旁通管路68。在燃烧空气旁通管路68内配置有燃烧空气旁通阀70。燃烧空气旁通阀70包括允许空气流不受阻碍地通过燃烧空气旁通管路68的打开位置，以及阻止空气流通过燃烧空气旁通管路68的关闭位置。燃烧空气旁通阀70可以移动到位于打开位置与关闭位置之间的任何中间位置。因此，燃烧空气旁通阀70在打开位置与关闭位置之间连续可变。

排气旁通管路72将第五空气管路60与第六空气管路62互连。涡轮增压器控制器74控制经排气旁通管路72以及经涡轮增压器24的涡轮部分58来自发动机20的排气流。涡轮增压器控制器74可包括但不限于配置在排气旁通管路72内的排气旁通阀，即废气阀76。废气阀76可具有涡轮增压器24领域中公知的结构和功能。具体而言，废气阀76可移动到打开位置与关闭位置之间的任何中间位置，以调节通过排气旁通管路72和涡轮增压器24的涡轮部分58的排气流。废气阀76的打开位置允许排气流经排气旁通管路72，这减少了通向涡轮增压器24的涡轮部分58的排气流，从而降低了涡轮增压器24的工作速度。废气阀76的关闭位置阻止排气流经排气旁通管路72，这增加了通向涡轮增压器24的涡轮部分58的排气流，从而提高了涡轮增压器24的工作速度。涡轮增压器24的工作从而被控制成保持在最佳工作范围内。

参照图2，还公开了一种控制上述发动机20的方法。该方法包括限定涡轮增压器24的最佳工作范围（框78）。涡轮增压器24的最佳工作范围针对涡轮增压器24的特定类型、尺寸和制造商以及发动机20的特定类型、尺寸和制造商而不同。因此，应该认识到，最佳工作范围因应用而异。涡轮增压器24的最佳工作范围是涡轮增压器24最有效地工作的工作范围。

涡轮增压器24的最佳工作范围可由用来测量涡轮增压器24的性能的任何合适的参数限定。因此，涡轮增压器24的最佳工作范围可包括由涡轮增压器24的工作速度、由涡轮增压器24提供的工作升压、或适合于对涡轮增压器24的工作定量的某一其他参数限定的范围。因此，限定涡轮增压器24的最佳工作范围可进一步包括限定涡轮增压器24最有效地工作的最佳工作范围。

该方法还包括将涡轮增压器24的工作维持在最佳工作范围内（框80）。涡轮增压器24的工作取决于来自发动机20的排气流并随该排气流变动。如上所述，涡轮增压器控制器74配置成用于控制通过涡轮增压器24的涡轮部分58的排气的流量。因此，涡轮增压器控制器74工作以将涡轮增压器24的工作维持在最佳工作范围内。因此，该方法还包括操纵涡轮增压器控制器74以控制通过涡轮增压器24的涡轮部分58的排气流量，以将涡轮增压器24的工作维持在限定的最佳工作范围内。

如果涡轮增压器控制器74如上所述包括用于使涡轮增压器24周围的排气旁通的排气旁通管路72以及配置在排气旁通管路72内用于控制通过排气旁通管路72的排气流的废气阀76，则操纵涡轮增压器控制器74可进一步包括操纵废气阀76以调节通过排气旁通管路72的排气的流量。操纵废气阀76可包括以下中的一者：打开废气阀76以增大通过排气旁通管路72的排气流，从而降低涡轮增压器24的工作速度（框82）；以及关闭废气阀76以减小通过排气旁通管路72的排气流并提高涡轮增压器24的工作速度（框84）。

该方法还包括操纵燃烧空气旁通阀70，以在机械增压器26的入口40与机械增压器26的出口44之间形成机械增压器26两端的负压差（框86）。操纵燃烧空气旁通阀70可进一步包括改变燃烧空气旁通阀70的位置，以调节通过燃烧空气旁通管路68的燃烧空气的流量。改变燃烧空气旁通阀70的位置可进一步包括使燃烧空气旁通阀70移向关闭位置，以进一步限制通过燃烧空气旁通管路68的空气流并减小机械增压器26两端的负压差（框88）。可选择地，改变燃烧空气旁通阀70的位置可进一步包括使燃烧空气旁通阀70移向打开位置，以增加通过燃烧空气旁通管路68的空气流并增大机械增压器26两端的负压差（框90）。

由于涡轮增压器24的工作被维持在其最佳工作范围内，所以涡轮增压器24跨机械增压器26的入口40和出口44经第一空气管路36和第二空气管路42连续抽吸燃烧空气流。跨机械增压器26的入口40和出口44的连续燃烧空气流足以形成二者之间的负压差，即机械增压器26的入口40和出口44之间的真空。燃烧空气旁通阀70的操纵调节（即增大或减小）了机械增压器26的入口40和出口44之间的负压差。

该方法还包括将机械增压器26两端的负压差转化为机械增压器26的旋转输出（框92）。因此，操纵燃烧空气旁通阀70产生了增压器26的旋转输出。将机械增压器26两端的负压差转化为机械增压器26的旋转输出可进一步被限定为将机械增压器26两端的负压差转化为施加至驱动轴28的转矩。应该认识到，机械增压器26的入口40和出口44之间的负压差（即跨机械增压器26形成的真空）使驱动轴28旋转并由此将转矩施予驱动轴。因此，由涡轮增压器24经第一空气管路36和第二空气管路42抽吸的燃烧空气在驱动轴中产生转矩。将涡轮增压器24的工作维持在涡轮增压器24的最佳工作范围内确保了跨机械增压器26的燃烧空气流足以形成负压差并使机械增压器26空转。

该方法还可包括将机械增压器26的旋转输出（即施加至机械增压器26的驱动轴28的转矩）传递到发动机20以提高发动机20的工作效率，表示为94。因此，转矩经离合器30从机械增压器26的驱动轴传递到发动机20。来自机械增压器26的转矩优选传递到发动机20的曲轴并补充发动机20所产生的转矩。这样，施加至机械增压器26的驱动轴28的转矩传递到发动机20，以提高发动机20的功率和/或效率。

该方法还可包括使燃烧空气旁通阀70移动到关闭位置（框96），以在机械增压器26的入口40与机械增压器26的出口44之间形成机械增压器26两端的正压差，以使得机械增压器26根据需要给发动机20供应加压燃烧空气。在排气流足以使涡轮增压器24在涡轮增压器24的最佳工作范围内工作之前，在某些工况如初始发动机运行期间，可能需要机械增压器26给燃烧空气供应升压（框98）。一旦涡轮增压器24在最佳工作范围内工作，则燃烧空气旁通阀70便如上所述被操纵。

在现有技术系统中，当涡轮增压器24工作以给燃烧空气供应升压时，燃烧空气旁通阀70将移动到全开位置，以允许空气流不受阻碍地通过第一空气管路36和第二空气管路42。然而，如文中公开的，当涡轮增压器24在最佳工作范围内工作时，燃烧空气旁通阀70被操纵以形成机械增压器26两端的负压差，该负压差在机械增压器26的驱动轴28中产生转矩。因此，如文中公开的，当涡轮增压器24工作以给燃烧空气供应升压时，燃烧空气旁通阀70通常配置在燃烧空气旁通阀70的全开位置和全闭位置之间某处的中间位置。机械增压器26两端的负压差所产生的转矩是随后被传递回到发动机20中以提高发动机20的效率的基本上自由的能量。

虽然已详细描述了用于实施本发明的最佳模式，但熟悉本发明所属领域的技术人员将会认识到用于在所附权利要求的范围内实施本发明的各种可选设计和实施例。

Claims (10)

1.一种控制包括燃烧空气增压系统22的发动机20的方法，所述增压系统22给所述发动机20供应加压燃烧空气流并且包括机械增压器26和涡轮增压器24，所述机械增压器26机械地连结到所述发动机20，所述涡轮增压器24配置在所述机械增压器26下游，所述增压系统22包括用于使所述机械增压器26周围的空气流旁通的燃烧空气旁通管路68和用于控制通过所述燃烧空气旁通管路68的空气流的燃烧空气旁通阀70，所述方法包括：

将所述涡轮增压器24的工作维持在最佳工作范围内；

操纵所述燃烧空气旁通阀70以在所述机械增压器26的入口40与所述机械增压器26的出口44之间形成所述机械增压器26两端的负压差，从而产生所述机械增压器26的旋转输出；以及

将所述机械增压器26的旋转输出传递到所述发动机20，以提高所述发动机20的工作效率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃烧空气旁通阀70包括打开位置和关闭位置并且能够移动到所述打开位置与所述关闭位置之间的中间位置，并且操纵所述燃烧空气旁通阀70进一步被限定为改变所述燃烧空气旁通阀70的位置以调节通过所述燃烧空气旁通管路68的燃烧空气的流量。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，改变所述燃烧空气旁通阀70的位置进一步被限定为使所述燃烧空气旁通阀70移向所述关闭位置，以进一步限制通过所述燃烧空气旁通管路68的空气流并减小所述机械增压器26两端的负压差。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，改变所述燃烧空气旁通阀70的位置进一步被限定为使所述燃烧空气旁通阀70移向所述打开位置，以增加通过所述燃烧空气旁通管路68的空气流并增大所述机械增压器26两端的负压差。

5.根据权利要求2所述的方法，还包括使所述燃烧空气旁通阀70移动到所述关闭位置，以在所述机械增压器26的入口40与所述机械增压器26的出口44之间形成所述机械增压器26两端的正压差，以使得所述机械增压器26根据需要给所述发动机20供应加压燃烧空气。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，操纵所述燃烧空气旁通阀70以在所述机械增压器26的入口40与所述机械增压器26的出口44之间形成所述机械增压器26两端的负压差从而产生所述机械增压器26的旋转输出进一步被限定为操纵所述燃烧空气旁通阀70以在所述机械增压器26的入口40与所述机械增压器26的出口44之间形成所述机械增压器26两端的负压差从而产生转矩。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述涡轮增压器24的最佳工作范围限定为包括所述涡轮增压器24最有效地工作的最佳工作速度范围。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述增压系统22包括配置成用于控制通过所述涡轮增压器24的涡轮部分的排气流的涡轮增压器24控制器，并且所述方法还包括操纵所述涡轮增压器24控制器以控制通过所述涡轮增压器24的所述涡轮部分的排气流量从而将所述涡轮增压器24的工作维持在所限定的最佳工作范围内。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述涡轮增压器24控制器包括用于使所述涡轮增压器24周围的排气旁通的排气旁通管路72和配置在所述排气旁通管路72内用于控制通过所述排气旁通管路72的排气流的废气阀76，其中操纵所述涡轮增压器24控制器包括操纵所述废气阀76以调节通过所述排气旁通管路72的排气的流量。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，操纵所述废气阀76包括以下中的一者：打开所述废气阀76以增大通过所述排气旁通管路72的排气流，从而降低所述涡轮增压器24的工作速度；以及关闭所述废气阀76以减小通过所述排气旁通管路72的排气流，从而提高所述涡轮增压器24的工作速度。

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