CN103670683A - 用于改进涡轮增压发动机的停止和起动的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于改进发动机起动和停止的系统和方法。在一个例子中，调节涡轮叶片来增加发动机排气背压，以减少发动机停止时间并且在发动机起动过程中限制发动机转速过调。该系统和方法可以减少发动机排放并且改进车辆驾驶体验。

Description

用于改进涡轮增压发动机的停止和起动的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于改进涡轮增压发动机的停止和起动的方法和系统。
背景技术
发动机可以自动停止和起动以节省燃料。但是，每次发动机自动停止和起动，增加发动机排放和驾驶员不满意度的可能性会增加。例如，如果在发动机停止过程中发动机旋转时间比希望的时间长，则发动机可能泵入空气到排气系统中，使得排气后处理部件的运行可能变差。另一方面，在发动机重新起动过程中发动机转速会增加，使得在发动机起动过程中多于希望的发动机转矩量被传输给车轮。因此，发动机自动停止和起动会以发动机排放和驾驶员满意为代价改善燃料经济性。
发明内容
本文的发明人已经认识到上面提到的缺陷并且已经研发出一种发动机系统，包括：发动机；连接于该发动机的涡轮增压器，该涡轮增压器包括可调节涡轮叶片；和控制器，其包括响应停止发动机的请求来调节涡轮叶片位置的非瞬态指令，该位置被调节成增加发动机排气背压。
在发动机停止过程中通过调节涡轮叶片位置，能够减少用于停止发动机的时间量。因此，能够减少在发动机停止过程中泵送通过发动机的空气量。而且，在发动机起动过程中可以调节涡轮叶片以减少发动机转速过调。结果，在发动机自动起动过程中希望的转矩量可以从发动机传输给车辆车轮。
在另一个实施例中，一种发动机系统包括：发动机；连接于该发动机的涡轮增压器，该涡轮增压器包括可调节涡轮叶片；和控制器，其包括响应停止发动机的请求来调节涡轮叶片位置的非瞬态指令，在发动机停止过程中涡轮叶片位置被调节成增加发动机排气背压，该控制器还包括在发动机起动过程中通过调节涡轮叶片位置来增加发动机排气背压的附加非瞬态指令。
在另一个实施例中，该发动机系统还包括与涡轮增压器涡轮轴电连通的电气装置。
在另一个实施例中，该电气装置是马达，并且还包括响应停止发动机的请求来增加负马达转矩的附加指令。
在另一个实施例中，该发动机系统还包括在发动机起动过程中增加负马达转矩的附加指令。
在另一个实施例中，该发动机系统还包括响应发动机转速来调节该负马达转矩的附加指令。
在另一个实施例中，一种发动机控制方法包括响应发动机停止和起动请求来调节涡轮增压器的叶片位置以增加发动机排气背压；和在发动机停止过程中在调节涡轮增压器的叶片位置以增加发动机排气背压之后，调节该涡轮增压器的叶片位置以减小发动机排气背压。
在另一个实施例中，发动机停止包括在发动机停止请求之后的发动机旋转。
在另一个实施例中，该发动机控制方法还包括在发动机加速（run-up）期间响应发动机转速来调节该叶片位置。
在另一个实施例中，该发动机控制方法还包括在发动机停止和发动机起动过程中增加与涡轮增压器连通的电动机器的负转矩。
在另一个实施例中，该发动机控制方法还包括在发动机停止过程中在驾驶员改变想法条件期间调节叶片位置以至少部分地打开涡轮增压器涡轮叶片。
在另一个实施例中，该发动机控制方法还包括在发动机加速期间响应发动机转矩要求在发动机起动过程中调节叶片位置。
本发明具有若干优点。例如，该方法可以减少在发动机停止过程中的发动机排放。此外，该方法可以改进发动机起动。还有，该方法可以提供用于自动停止和起动的车辆的改进的驾驶体验。
本发明的上述优点和其他优点，以及特征从下面单独的或结合附图的详细描述将容易明白。
应当明白，提供上面的概述是为了以简单的形式引进选择的构思，这种构思在详细描述中进一步描述。这并不意味着视为所主张主题的关键的或基本的特征，所主张主题的范围由详细描述之后的权利要求唯一地限定。而且，所主张的主题不限于解决上面指出的或本发明的任何部分指出的任何缺点的装置。
附图说明
图1示出发动机的示意图；
图2和图3示出用于调节发动机排气背压的示范性装置；
图4和图5示出模拟的发动机起动和停止序列；
图6和图7示出示范性系统框图；
图8和图9示出用于运行发动机的示范性方法。
具体实施方式
本发明涉及停止和起动涡轮增压发动机。在一个例子中，该涡轮增压发动机可以以减少提供给排气后处理装置的氧气量的方式被停止。在另一个例子中，该涡轮增压发动机以可以改进驾驶员驾驶体验的方式被起动。根据图6和图7的框图，示范性系统可以包括图1-3所示的特征。该发动机和涡轮增压器可以经由图8和图9的方法运行以提供图4和图5的序列。在一个例子中，该方法包括在发动机停止和起动过程中调节涡轮叶片以增加发动机排气系统背压。
参考图1，包括多个气缸的内燃发动机10——图1示出其中一个气缸——由电子发动机控制器12控制。发动机10包括燃烧室30和活塞36设置在其中的汽缸壁32，并且活塞连接于曲轴40。燃烧室30被示出通过相应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。进气和排气门每个均可以由进气凸轮51和排气凸轮53操作。进气凸轮51的位置可以通过进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以通过排气凸轮传感器57确定。
燃料喷嘴66被示为被置于将燃料直接喷射到气缸30中，对于本领域的技术人员来说这就是通常所说的直接喷射。替代性地，燃料可以喷射到进气口，对于本领域的技术人员来说这就是通常所说的进气道喷射。燃料喷嘴66与由控制器12提供的脉冲宽度成比例地提供液体燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨（未示出）的燃料系统（未示出）提供给燃料喷嘴66。
进气歧管44由压缩机162提供空气。排气旋转连接于轴161的涡轮164，因而驱动压缩机162。在一些例子中，包括旁通通道77，以便在选定工况期间排气可以绕过涡轮164。通过旁通通道77的流动经由废气门75调节。而且，在一些例子中可以提供压缩机旁通通道86，以限制由压缩机162提供的压力。通过旁通通道86的流动经由阀门85调节。此外，进气歧管44被示出与中心节气门62连通，该中心节气门62调节节流板64的位置，以控制来自发动机进气装置42的空气流。该中心节气门62可以是电操作的。
无分配器点火系统88响应控制器12通过火花塞92向燃烧室30提供点火火花，以用于点火空气-燃料混合物。在其他例子中，该发动机可以是没有点火系统的压缩点火发动机，例如柴油发动机。通用排气氧（UEGO）传感器126被示为在催化转化器70的上游连接于排气歧管48。替代性地，双态排气氧传感器可以代替UEGO传感器126。
在一个例子中，转化器70可以包括多个催化剂块。在另一个例子中，可以用每个均具有多个催化剂块的多个排放控制装置。在一个例子中转化器70可以是三元催化剂。
在图1中控制器12被示出为常规的微型计算机，包括：微处理单元102、输入/输出端口（I/O）104、只读存储器（ROM）106、随机存取存储器（RAM）108、保活存储器（KAM）110和常规的数据总线。控制器12被示出接收来自连接于发动机10的传感器的各种信号，除了上面提到的那些信号之外，还包括：来自连接于冷却套114的温度传感器112的发动机冷却剂温度（ECT）；连接于加速器踏板130用于感测由脚132调节的加速器位置的位置传感器134；来自连接于进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力（MAP）的测量；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120（例如，热线式空气流计）的进入发动机的空气质量的测量；以及来自传感器58的节气门位置的测量。也可以感测大气压力（传感器未示出）以用于由控制器12处理。在本发明的优选方面，针对曲轴的每一转，发动机位置传感器118产生预定数量的等间隔脉冲，由此能够确定发动机转速（RPM）。
在一些例子中，发动机可以连接于混合动力车辆中的电机/电池系统。混合动力车辆可以具有并联结构、串联结构或它们的变化或组合。而且，在一些实施例中，可以采用其他的发动机结构，例如，柴油发动机。
在运行期间，发动机10内的每个气缸通常进行四冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，一般而言，排气门54关闭而进气门52打开。空气经由进气歧管44引进到燃烧室30中，并且活塞36运动到气缸底部以便增大燃烧室30内的容积。在活塞36接近气缸底部并且在其冲程的末尾的位置（例如，当燃烧室30处在其最大容积时）通常被本领域的技术人员叫做下止点（BDC）。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54都关闭。活塞36朝着汽缸盖运动以便压缩燃烧室30内的空气。在活塞36处在其冲程末尾并且最接近气缸盖的位置（例如，当燃烧室30处在最小容积时）通常被本领域的技术人员叫做上止点（TDC）。在其后叫做喷射的过程中，燃料被引入燃烧室中。在其后叫做点火的过程中，喷射的燃料通过诸如火花塞92的已知装置被点火，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞移动转换成旋转轴的旋转转矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧的空气燃料混合物释放到排气歧管48并且活塞返回到TDC。应当指出，上面仅仅作为一个例子描述，并且进气和排气门打开和/或关闭正时可以变化，例如，提供正的或负的气门重叠、延迟进气门关闭或各种其他例子。
现在参考图2，图2示出用于压缩发动机进入空气并且增加发动机排气背压的第一涡轮增压器的剖视图。涡轮164被示为机械地连接于轴161。压缩机162也被示为机械地连接于轴161。轴161经由轴承210支撑并且涡轮叶片位置调节器220接收来自控制器12的命令以打开或关闭涡轮叶片230。
在发动机运行期间，排气作用在涡轮164上以使其旋转。排气将力施加到涡轮叶片230。根据涡轮叶片230的位置，所述力是可变的。在一种例子中，当涡轮叶片处在关闭位置时，排气施加较大的力至叶片230。当涡轮叶片处在完全打开位置时，排气施加较小的力至叶片230。涡轮叶片230可以变化成在完全关闭和完全打开之间的多个位置。相对于涡轮叶片完全打开时并且在发动机以类似的发动机工况运行时的发动机排气背压，当涡轮叶片完全关闭时发动机排气背压增加。
现在参考图3，图3示出用于压缩发动机进入空气并且增加发动机排气背压的替代性装置300的剖视图，具有与图2的装置的部件相同的附图标记的装置300的部件是与图2所示的部件相同的部件。而且，具有相同附图标记的部件以与关于图2所描述的相同的方式运行。
装置300是包括第一绕组320和永久磁铁或第二绕组322的电动机器。控制器12选择地向绕组320供给电流，以产生能够增加或减小涡轮164、轴161和压缩机162的旋转阻力的磁场。通过供给绕组320电流所产生的磁场与由永磁体或绕组322产生的轴161的磁场相互作用。当电气装置322是绕组时，电流可以供给该绕组，以产生磁场，该磁场与经由绕组320产生的磁场相互作用。两个磁场可以作用成，根据到相应绕组的电流和由该电流或永磁体产生的磁场，加速轴161和从该轴161产生电能。当作为发电机/交流发电机运行时，装置300也可以向电储存装置（例如，蓄电池、电容器或电感器）供给电能。
图1-3的系统提供一种发动机系统，包括：发动机；连接于该发动机的涡轮增压器，该涡轮增压器包括可调节涡轮叶片；和控制器，其包括响应停止发动机的请求来调节涡轮叶片位置的非瞬态指令，该位置被调节成增加发动机排气背压。以这种方式，在发动机停止过程中可以调节涡轮叶片的位置以控制发动机转速。该发动机系统包括，在请求停止发动机之后，在发动机停止前燃烧空气燃料混合物的最后一个气缸引进参与燃烧的空气量之前的时间，调节可调节涡轮叶片的位置以使得发动机排气背压增加小于阈值的量。该发动机系统包括，在发动机停止前燃烧空气燃料混合物的最后一个气缸引进一定量空气之后的时间，调节可调节的涡轮叶片的位置。
在另一个例子中，该发动机系统还包括，在排气背压增加之后至少部分地打开可调节涡轮叶片。该发动机系统包括，响应操作者改变想法情况，发生至少部分地打开可调节涡轮叶片。该发动机系统包括，至少部分地打开可调节涡轮叶片与发动机停止时间有关。该发动机系统还包括涡轮增压器涡轮转矩调节装置，以及通过该涡轮增压器涡轮转矩调节装置增加施加于涡轮增压器的负转矩的附加指令。
图1-3的系统还提供一种发动机系统，包括：发动机；连接于该发动机的涡轮增压器，该涡轮增压器包括可调节涡轮叶片；和控制器，其包括响应停止发动机的请求调节涡轮叶片位置的非瞬态指令，在发动机停止过程中调节该涡轮叶片位置以增加发动机排气背压，该控制器还包括在发动机起动过程中通过调节涡轮叶片位置增加发动机排气背压的附加非瞬态指令。该发动机系统包括，在发动机起动过程中响应发动机转速来调节叶片位置。该发动机系统包括，响应发动机转速大于希望的发动机转速，调节叶片位置以增加排气背压。
在另一个例子中，该发动机系统还包括与涡轮增压器涡轮轴电连通的电气装置。该发动机系统包括，该电气装置是马达，并且还包括响应停止发动机的请求增加负马达转矩的附加指令。该发动机系统还包括在发动机起动过程中增加负马达转矩的附加指令。该发动机系统还包括响应发动机转速调节负马达转矩的附加指令。
现在参考图4，图4示出模拟的发动机运行序列。该运行序列可以通过执行在图1-3中所描述的该系统的控制器12内的图8和图9的方法的指令来提供。竖直记号T0-T7表示在该序列期间特别感兴趣的时间。
从图4的顶部起的第一图示出发动机转速与时间的关系。Y轴线表示发动机转速并且发动机转速沿着Y轴线的箭头的方向增加。X轴线表示时间并且时间从图4的左侧向图4的右侧增加。在本序列期间实线402表示根据图8和图9的方法的发动机转速迹线，虚线404表示根据用于发动机起动和停止的现有技术方法的发动机转速迹线。
从图4的顶部起的第二图示出发动机排气背压（例如，在图1的发动机气缸排气口和/或排气歧管48中产生的压力）与时间的关系曲线。Y轴线表示发动机排气背压并且发动机排气背压沿着Y轴线的箭头的方向增加。X轴线表示时间并且时间从图4的左侧向图4的右侧增加。在本序列期间实线408表示根据图8和图9的方法的发动机排气背压迹线，虚线410表示根据用于发动机起动和停止的现有技术方法的发动机排气背压迹线。
从图4的顶部起的第三图示出涡轮增压器涡轮叶片状态与时间的关系曲线。Y轴线表示涡轮增压器涡轮叶片状态并且当信号处在X轴线的水平时涡轮叶片完全关闭。当信号处在接近Y轴线箭头的水平时涡轮叶片完全打开。X轴线表示时间并且时间从图4的左侧向图4的右侧增加。
从图4的顶部起的第四图示出发动机停止/起动命令的状态与时间的关系曲线。Y轴线表示发动机停止/起动命令状态，并且当发动机停止/起动命令状态处在较高水平时发动机停止/起动命令表明发动机正在运行或将要被起动。当发动机停止/起动命令处在较低水平时发动机停止/起动状态表明发动机停止或将要停止。X轴线表示时间并且时间从图4的左侧向图4的右侧增加。
在时间T0，发动机以中等水平发动机转速运行并且发动机排气背压处在中等发动机排气背压。涡轮增压器涡轮叶片状态处在表明涡轮叶片被部分打开的中等水平。发动机停止/起动命令处在表明发动机正在运行并且正不请求停止旋转的较高水平。
在时间T1，发动机停止要求由从较高水平向较低水平转变的发动机停止/起动命令认定并/或表示。在操作者没有经由具有停止和/或停止发动机的唯一功能的专用输入（例如，点火开关）来直接请求发动机停止的情况下当自动停止发动机的一组条件被满足时可以产生发动机停止/起动请求。在这个例子中，响应车辆速度达到零、驾驶员踩下制动踏板以及当加速器踏板不被踩下时，产生发动机停止请求。
响应转变到较低水平的发动机停止/起动请求通过停止对发动机的燃料流和火花，发动机关机。响应转变到较低水平的发动机停止/起动请求，调节涡轮叶片状态到益加关闭的状态。在一个例子中，在发动机停止之前，在气缸引进用于最后一次燃烧事件的空气之后，调节涡轮叶片到益加关闭的状态。在其他例子中，在发动机停止之前燃烧空气燃料混合物的最后汽缸引进一定量的空气之前，调节可调节涡轮叶片以使得发动机排气背压增加小于阈值的量。以这种方式，在发动机停止之前的最后一次燃烧事件不受调节涡轮增压器叶片位置的影响。
响应调节涡轮叶片状态到更加关闭的位置，发动机排气背压短暂地增加。但是，随着发动机转速减小，发动机排气背压减小。而且，发动机排气背压迹线408大于发动机排气背压迹线410。通过增加发动机排气背压，发动机泵送功增加，因而从旋转的发动机汲取更多动能，使得发动机更快地停止，正如由比发动机转速迹线404下降更快的发动机转速迹线402所表示的。
在时间T1和时间T2之间，响应没有火花和燃料，发动机转速下降。而且，响应较高的发动机排气背压，发动机转速以增加的速率下降。
在时间T2，发动机转速迹线402的发动机转速达到零并且调节涡轮叶片状态以增加涡轮叶片打开量。通过响应发动机转速达到零来打开涡轮叶片，随着发动机停止，排气背压减小，使得排气可以更容易地流出发动机气缸，以便通过减少发动机气缸中剩余的排气来改善发动机重新起动。发动机停止/起动命令保持在表明发动机将保持在停止状态（例如，零旋转状态）的较低水平。
在时间T3，当发动机按照现有技术方法运行时发动机转速达到零。时间T3发生在比时间T2更迟的时间，因为当按照现有技术方法停止发动机时存在较少的发动机泵送功，其中该现有技术方法由简单地停止对发动机的燃料流和火花的步骤构成。
在时间T4，正如发动机停止/起动命令从较低水平到较高水平转变所表示的，作出发动机重新起动请求。响应驾驶员释放车辆的制动踏板，发动机停止/起动命令发生转变。发动机通过向发动机提供火花和燃料而转动曲轴并起动。响应发动机停止/起动命令转变到发动机起动/运行条件，调节涡轮叶片状态到增加发动机排气系统中的排气流阻力的较少打开状态。而且，如果发动机与变矩器连通，则当发动机转速较低时该变矩器传输较少的转矩给车轮。
在时间T4和时间T5之间，发动机转速增加，并且随着发动机转速的增加，排气背压增加。而且，响应实际的发动机转速，调节涡轮叶片状态。在一个例子中，响应希望的发动机转速和实际的发动机速度之间的差，调节涡轮叶片状态。发动机停止/起动命令保持在表明发动机起动的较高水平。按照图8和图9的方法发动机转速小于现有技术的发动机转速。而且，按照图8和图9的方法的发动机排气背压大于现有技术方法的发动机排气背压。因此，按照图8和图9的方法的较高排气背压减小在发动机起动过程中的发动机转速，使得当车辆挂上离合器时传输给车轮的转矩减少。
在时间T5并且持续到时间T6，发动机首先达到稳定的怠速情况，并且然后响应发动机转速和请求的发动机转矩来调节涡轮叶片状态。换句话说，在提供希望的发动机空气量以满足发动机转矩要求的同时发动机泵送功减少。
在时间T6，响应驾驶员踩下制动、车辆速度达到零以及没有加速器踏板踩下，发动机停止/起动请求转变到较低状态以开始发动机自动停止。响应发动机停止/起动请求转变到较低状态，将涡轮叶片状态调节到更加关闭的位置，并且响应涡轮叶片移动到更加关闭的位置，排气背压增加。随着停止火花和燃料供给，发动机转速也开始减小。
在时间T7，发动机停止/起动请求从较低状态转变到较高状态，以表明驾驶员已经改变想法（COM）并且希望发动机继续运行并旋转。响应驾驶员释放制动踏板，发动机停止/起动请求发生转变。响应发动机停止/起动请求转变到较高水平，调节涡轮叶片状态以增加叶片打开量。响应增加涡轮叶片的打开量，发动机排气背压减小。发动机转速也开始增加并且到发动机的火花和燃料流重新开始/恢复。
以这种方式，可以响应发动机停止和起动请求，调节涡轮叶片位置。而且，在发动机停机已经开始之后并且在发动机转速达到零之前，当驾驶员已经改变想法时可以调节涡轮叶片位置。
现在参考图5，图5示出另一个模拟的发动机运行序列。该运行序列可以通过执行图1-3中所描述的系统的控制器12内的图8和图9的方法的指令来提供。竖直记号T10-T17表示在该序列期间特别感兴趣的时间。具有和图4的曲线图相同的名称和表示迹线的相同的元件数字的图5的曲线图和图4中描述的一样描述和执行。因此，为了简便起见，在图5中只描述不同的部分。
从图5的顶上起的第五图示出从诸如图3中描述的电动马达的装置施加的涡轮轴转矩。具体说，施加的涡轮轴转矩是由被包括在涡轮增压器的涡轮轴中的电动机器所施加的转矩。由电动机器施加的正的轴转矩起作用以加速涡轮轴，而由电动机器施加的负转矩起作用以约束涡轮轴的运动。当正转矩施加于涡轮轴时，该电动机器用作马达。当负转矩施加于涡轮轴时该电动机器用作发电机/交流发电机。施加的负涡轮轴转矩沿着向下的Y轴线箭头的方向增加。施加的正的涡轮轴转矩沿着向上的Y轴线箭头的方向增加。在X轴线水平的所施加涡轮轴转矩是为零的所施加涡轮轴转矩。
在时间T10，发动机以中等水平发动机转速运行并且发动机排气背压处在中等发动机排气背压。涡轮增压器涡轮叶片状态处在表明涡轮叶片被部分打开的中等水平。发动机停止/起动命令处在表明发动机正在运行并不被请求停止旋转的较高水平。当响应驾驶员转矩命令，希望的发动机转矩减少时，施加的涡轮轴转矩是负转矩，表明电动机器用作发电机/交流发电机。当向涡轮轴施加负转矩时，发电机/交流发电机可以向电能储存装置供给电能。
在时间T11，由发动机停止/起动命令的状态从较高水平转变到较低水平来表明发动机停止请求。在操作者没有经由具有停止和/或停止发动机的唯一功能的专用输入（例如点火开关）来直接请求发动机停止的情况下，当自动停止发动机的一组条件被满足时，可以产生发动机停止/起动请求。在这个例子中，响应车辆速度达到零、驾驶员踩下制动踏板以及当加速器踏板不被踩下时，产生发动机停止请求。
响应发动机停止/起动请求转变到较低水平，通过停止对发动机的燃料流和火花，发动机停机。响应发动机停止/起动请求转变到较低水平，调节涡轮叶片状态到益加关闭的状态。在一个例子中，在发动机停止之前，在气缸引进用于最后一次燃烧事件的空气之后，调节涡轮叶片到益加关闭的状态。在其他例子中，在发动机停止之前燃烧空气燃料混合物的最后气缸引进一定量空气之前，调节可调节涡轮叶片以使得发动机排气背压增加小于阈值的量。以这种方式，在发动机停止之前的最后一次燃烧事件不受调节涡轮增压器叶片位置的影响。
响应发动机停止/起动命令转变到较低水平，施加的涡轮轴转矩沿着负方向增加，从而表明益加变得更加难以旋转该涡轮轴。因此，当较高的负转矩施加于涡轮轴时，利用较高的背压来旋转涡轮轴。
响应调节涡轮叶片状态到更加关闭的位置并且响应增加的所施加负涡轮轴转矩，发动机排气背压短暂地增加。但是，随着发动机转速减小，发动机排气背压减小。应当指出，排气背压增加到高于类似于图4所示的情况（在没有电动机器存在的情况下）期间的水平。此外，发动机排气背压迹线408大于发动机排气背压曲线410。通过增加发动机排气背压，发动机泵送功增加，因而从旋转的发动机汲取更多动能，使得发动机更快地停止，正如由比发动机转速迹线404下降更快的发动机转速迹线402所表示的。
在时间T11和时间T12之间，响应没有火花和燃料，发动机转速下降。而且，响应较高的发动机排气背压，发动机转速以增加的速率下降。
在时间T12，发动机转速迹线402的发动机转速达到零并且调节涡轮叶片状态以增加涡轮叶片打开量。通过响应发动机转速达到零而打开涡轮叶片，随着发动机停止，排气背压减小，使得排气可以更容易流出发动机气缸，以便通过减少发动机气缸中的剩余排气来改善发动机重新起动。而且，施加的负涡轮轴转矩也减少到零以允许涡轮旋转。发动机停止/起动命令保持在表明发动机将保持在停止状态（例如，零旋转状态）的较低水平。
在时间T13，当发动机按照现有技术方法运行时发动机转速达到零。施加的涡轮轴转矩保持在零。
在时间T14，正如发动机停止/起动命令从较低水平转变到较高水平所指示的，产生发动机重新起动要求。响应驾驶员松开车辆制动踏板，发动机停止/起动命令发生转变。通过向发动机供给火花和燃料，发动机转动曲轴且起动。响应发动机停止/起动命令转变到发动机起动/运行条件，调节涡轮叶片状态到增加发动机排气系统中的排气流阻力的较少打开状态。施加的负涡轮轴转矩也增加以便在发动机起动和加速期间（例如，从当发动机旋转速度等于零时直到发动机转速处在怠速转速或另一预定速度的时段）减少涡轮运动。
在时间T14和时间T15之间，发动机转速增加并且随着发动机转速的增加，排气背压增加。而且，当施加负涡轮轴转矩时，响应实际的发动机转速，调节涡轮叶片状态。在一个例子中，响应希望的发动机转速和实际的发动机转速之间的差，调节涡轮叶片状态和施加的负涡轮轴转矩。发动机停止/起动命令保持在表明发动机起动的较高水平。按照图8和图9的方法的发动机转速小于现有技术的发动机转速。而且，按照图8和图9的方法的发动机排气背压大于现有技术方法的发动机排气背压。因此，按照图8和图9的方法的较高排气背压减少在发动机起动过程中的发动机转速，使得当车辆挂上离合器时传输给车轮的转矩减少。
在时间T15并且延续到时间T16，发动机首先达到稳定的怠速状态，并且然后响应发动机转速和请求的发动机转矩，调节涡轮叶片状态。施加的涡轮轴转矩也从负向正变化以便改善由压缩机提供给发动机的空气压力。恰在时间T16之前，响应驾驶员减少发动机转矩要求，施加的涡轮轴转矩转变为负转矩。并且将电能提供给电能储存装置。
在时间T16，响应驾驶员踩下制动、车辆速度达到零以及没有加速器踏板踩下，发动机停止/起动请求转变到较低状态以开始发动机自动停止。响应发动机停止/起动请求转变到较低状态，将涡轮叶片状态调节到更加关闭的位置并且增加施加的负涡轮轴转矩，并且响应涡轮叶片移动到更加关闭的位置和施加的负涡轮轴转矩增加，排气背压增加。随着停止火花和燃料供给，发动机转速也开始减小。
在时间T17，发动机停止/起动请求从较低状态转变到较高状态，表明驾驶员已经改变想法（COM）并且希望发动机继续运行和旋转。响应被解释为COM的驾驶员松开制动踏板，发动机停止/起动请求发生转变。响应发动机停止/起动要求转变到较高水平，调节涡轮叶片状态以增加叶片打开量，并且施加的涡轮轴转矩从负转变到正。响应增加涡轮叶片的打开量以及所施加的涡轮轴转矩的变化，发动机排气背压减小。发动机转速也开始增加并且到发动机的火花和燃料流重新开始/恢复。
以这种方式，可以响应发动机停止和起动请求，调节涡轮叶片位置和施加的涡轮轴转矩。而且，在发动机停机已经开始之后并且在发动机转速达到零之前，当驾驶员已经改变想法时可以调节涡轮叶片位置和施加的涡轮轴转矩。
现在参考图6，图6示出包括具有可调节涡轮叶片的涡轮增压器的系统的示范性系统框图。该框图应用于图1-3的系统以及图8和图9的方法。
发动机模型604输出发动机转速，其作为发动机排气背压PB、进气歧管压力Pf、火花S以及包括但不限于发动机温度和空气温度的其他变量的函数f2。进气歧管压力模型610估测进气歧管压力Pf，其作为发动机转速Wc、空气进口压力Pin、节气门位置Uth以及包括但不限于环境温度和压力的其他变量的函数f1。进气歧管压力模型610输出进气歧管压力。
火花和节气门控制器606响应发动机转速和诸如希望的发动机转矩的其他变量向发动机模型604和进气歧管压力模型610输出火花和节气门命令。涡轮增压器压缩机模型608响应涡轮增压器叶片位置命令650和诸如但不限于压缩机压力比的其他变量向进气歧管压力模型610输出压缩机速度。涡轮增压器压缩机模型608还向发动机模型604输出发动机背压值。
涡轮增压器控制器602响应发动机转速和例如但不限于发动机转速和发动机停止/起动命令状态的其他变量来输出涡轮增压器叶片位置命令650。涡轮增压器控制器602可以如图8和图9的方法中所描述的运行。
现在参考图7，图7示出替代性示范性系统框图。图7的框图包括具有和图6中的元件相同数字的元件。具有和图6中所示的元件相同元件数字的图7的元件是与图6中描述的元件相同的元件并且与图6中描述的元件那样运行。因此，为了简洁起见相同元件的描述被省去。描述与图6描述的元件不同的图7的元件。
涡轮增压器模型708包括用于施加正或负涡轮轴转矩的电动机器的表征/呈现（例如G3）。涡轮增压器模型708向能量储存装置模型702输出电流估测值。涡轮增压控制器702包括用于叶片位置命令650和电动装置命令710的输出。因此，图7描述的系统包括用于与涡轮增压器电和/或机械连通的电动机器的调节。
现在参考图8和图9，图8和图9示出用于运行发动机的示范性方法。图8和图9的方法可以在图1的控制器12中储存为非瞬态可执行指令。图8和图9的方法还可以提供图4和图5的序列。
在802，方法800确定车辆工况。车辆工况包括但不限于发动机转速、发动机负荷、希望的发动机转矩、制动踏板位置、加速器踏板位置、车辆速度、涡轮叶片位置以及涡轮轴转矩施加装置状态。在确定工况之后方法800进行到803。
在803，方法800判断是否做出发动机停止或发动机起动请求。可以响应除具有起动和/或停止发动机的唯一目的的驾驶员专用输入以外的车辆条件，由控制器自动产生发动机停止或发动机起动请求。例如，当发动机转速处在怠速转速、发动机转速为零、车辆制动被施加并且同时加速器踏板没有被激活时，可以做出发动机停止请求。当发动机转速为零并且当不施加制动踏板时可以做出发动机起动请求。可以通过驾驶员激活具有起动/停止发动机的唯一功能的装置来请求手动发动机停止或发动机起动。如果方法800判断发动机停止或起动被请求，则回答是“是”并且方法800进行到804。否则，回答是“否”并且方法进行到825。
在804，方法800判断是否为发动机提供电气辅助涡轮。在一个例子中，如在存储器中可以设置一个比特（bit）以识别是否存在电气辅助涡轮。如果方法800判断存在电气辅助涡轮，则回答是“是”并且方法800进行到805。否则，回答是“否”并且方法进行到815。
现在移动到图9，在805，方法800判断发动机是否正在起动。在一个例子中，当发动机转速小于阈值速度并且当存在发动机起动请求时可以确定发动机正在起动。如果方法800判断发动机正在起动，则回答是“是”并且方法800进行到810。否则，回答是“否”并且方法进行到806。因此当方法800进行到806时，发动机正在停止。
在806，方法800增加涡轮增压器涡轮叶片被关闭的量并且增加对涡轮增压器涡轮轴施加的负转矩的量。通过调节电致动器的位置可以关闭涡轮增压器涡轮叶片。对涡轮增压器涡轮轴施加的负转矩可以通过增加施加于发电机/交流发电机的场电流来增加。在一个例子中，在发动机停止过程中可以响应发动机转速来调节涡轮叶片的位置和由发电机/交流发电机施加的负转矩。例如，如果在火花和燃料被停用之后在发动机停止过程中实际的发动机转速大于希望的发动机转速，则涡轮叶片被进一步关闭并且附加的负转矩由发电机/交流发电机施加于涡轮增压器涡轮轴。如果在火花和燃料被停用之后在发动机停止过程中实际的发动机转速小于希望的发动机转速，则涡轮叶片被进一步打开并且较小的负转矩由发电机/交流发电机施加于涡轮增压器涡轮轴。
在一个例子中，在发动机停止请求之后要燃烧空气燃料混合物的最后气缸引进其参与发动机停止请求之后的燃烧的最后一次空气量之后的时间，做出对涡轮叶片和发电机/交流发电机的调节。在另一个例子中，在发动机停止请求之前要燃烧空气燃料混合物的最后气缸引进参与燃烧的空气量之前的时间，调节可调节涡轮叶片的位置和发电机/交流发电机负转矩，以使得发动机排气背压增加小于阈值的量。因此，在发动机停止过程中，通过调节涡轮叶片位置和施加于发电机/交流发电机的场电流，能够调节发动机排气背压和发动机转速。在涡轮叶片位置和负涡轮转矩施加于涡轮增压器涡轮轴之后，方法800进行到807。
在807，方法800判断在发动机停止请求之后驾驶员改变想法是否发生。改变想法可以从发动机停止请求之后和发动机停止旋转之前驾驶员松开制动踏板或施加加速器踏板来确定。如果方法800确定改变想法存在，则回答是“是”并且方法800进行到809。否则，回答是“否”并且方法800进行到808。
在808，方法800判断发动机是否已经停止旋转。根据来自曲轴位置传感器的信号可以判断发动机已经停止旋转。如果方法800判断发动机已经停止旋转，则回答是“是”并且方法800进行到809。否则，回答是“否”并且方法进行到807。
在809，方法800增加涡轮叶片打开量并且减少施加于涡轮增压器涡轮轴的负转矩。可以通过减少施加于发电机/交流发电机的场电流来减少施加于涡轮增压器涡轮轴的负转矩。通过增加涡轮增压器涡轮叶片打开量和施加于涡轮增压器涡轮轴的负转矩，涡轮上游的排气可以被释放到涡轮的下游，以致减少发动机气缸中的排气量。减少发动机气缸中的排气量可以改善发动机起动，因为较少被排气稀释的气缸中的燃烧会更加稳定。在调节涡轮叶片和发电机/交流发电机之后，方法800进行到825。
在810，方法800判断发动机转矩要求是否大于阈值发动机转矩要求。在一个例子中，由通过加速器踏板位置传递函数被转换成发动机转矩要求的加速器踏板位置来提供发动机转矩要求。在另一个例子中，发动机转矩要求可以由控制器提供。如果方法800判断发动机转矩要求大于阈值转矩要求，则回答是“是”并且方法800进行到811。否则，回答是“否”并且方法进行到812。
在811，方法800响应发动机要求转矩来调节涡轮增压器涡轮叶片状态和施加于涡轮轴的转矩。在一个例子中，涡轮叶片打开量增加并且施加的涡轮轴转矩从负转矩转变成正转矩。增加涡轮叶片打开量会减少由排气施加于涡轮的力并且减小发动机排气背压。通过将电动装置从发电机/交流发电机转换成马达而将施加的涡轮轴转矩从负转矩转变成正转矩，使压缩机更快地上升到运行速度，因此到发动机的空气流增加。可以与发动机转矩要求成正比地调节涡轮叶片位置和施加的涡轮轴转矩的变化。在调节涡轮叶片和施加的涡轮轴转矩之后方法800进行到812。
在812，方法800增加涡轮叶片关闭量和施加的负涡轮转矩以增加发动机排气背压。在一个例子中，涡轮叶片位置和负转矩被命令到随着大气压而变化的位置。例如，随着大气压增加，涡轮叶片关闭量减少。因此，在811和812的调节可以结合以便考虑到在发动机起动过程中的发动机转矩要求和发动机排气背压的变化的方式来调节涡轮叶片和施加的涡轮轴转矩。在做出了涡轮叶片和施加的涡轮轴转矩的调节之后方法800进行到813。
在813，响应在发动机加速期间的发动机转速，方法800调节涡轮叶片和施加的涡轮轴转矩。例如，如果发动机转速大于希望的发动机转速，则增加涡轮叶片关闭量并且增加施加的负涡轮轴转矩。增加涡轮叶片关闭量和施加的负涡轮轴转矩将增加发动机排气背压，以便增加发动机内部EGR（例如，在气缸循环期间排气门关闭之后保持在气缸中的排气残余）。增加的内部EGR能够减小发动机转矩，因为较少的氧气能够参与各气缸中的燃烧。类似地，如果发动机转速小于希望的发动机转速，则可以增加涡轮叶片打开量并且减小施加的负涡轮轴转矩，以便减小发动机背压。在加速期间希望的发动机转速可以在控制器存储器内被储存为发动机转速轨迹。在响应发动机转速而调节涡轮叶片和施加的涡轮轴转矩之后方法800进行到814。
在814，方法800判断发动机是否已经起动并且选定条件是否被满足。当发动机转速大于阈值发动机转速时，方法800可以判断发动机已经起动。此外，在进行到825之前诸如自发动机停止的时间大于阈值时间和发动机转速大于阈值转速的其他条件也可以已经被满足以便回答是“是”。如果发动机被起动并且选定条件被满足，则回答是“是”并且方法800进行到825。否则，回答是“否”并且方法进行到810。
现在参考图8，在815方法800判断发动机是否正在起动。当发动机转速小于阈值转速并当发动机起动请求存在时可以判断发动机正在起动。如果方法800判断发动机正在起动，则回答是“是”并且方法800进行到820。否则，回答是“否”并且方法进行到816。因此当方法800进行到816时发动机正在停止。
在816，方法800增加涡轮增压器涡轮叶片关闭的量。通过调节电致动器的位置可以关闭涡轮增压器涡轮叶片。在一个例子中，在发动机停止过程中可以响应发动机转速来调节涡轮叶片的位置。
在一个例子中，在发动机停止请求后燃烧空气燃料混合物的最后气缸引进其参与发动机停止请求之后的燃烧的最后一次空气的量之后的时间，对涡轮叶片进行调节。在另一个例子中，在发动机停止前燃烧空气燃料混合物的最后气缸引进参与燃烧的空气量之前的时间，调节可调节涡轮叶片的位置以使得发动机排气背压增加小于阈值的量。因此，在发动机停止过程中，通过调节涡轮叶片位置能够调节发动机排气背压和发动机转速。在涡轮叶片位置并且负转矩施加于涡轮增压器涡轮轴之后方法800进行到817。
在817，方法800判断在发动机停止请求之后是否发生驾驶员改变想法。改变想法可以从发动机停止请求之后并且在发动机停止旋转之前驾驶员松开制动踏板或施加加速器踏板来确定。如果方法800确定改变想法存在，则回答是“是”并且方法800进行到819。否则，回答是“否”并且方法800进行到818。
在818，方法800判断发动机是否已经停止旋转。根据来自曲轴位置传感器的信号可以判断发动机已经停止旋转。如果方法800判断发动机已经停止旋转，则回答是“是”并且方法800进行到819。否则，回答是“否”并且方法进行到817。
在819，方法800增加涡轮叶片打开量。通过增加涡轮增压器涡轮叶片打开量，涡轮上游的排气可以释放到涡轮的下游，因此减少发动机气缸中的排气量。减少发动机气缸中的排气量可以改善发动机起动，因为较少被排气稀释的气缸中的燃烧更加稳定。在调节涡轮叶片之后，方法800进行到825。
在820，方法800判断发动机转矩要求是否大于阈值发动机转矩要求。如果方法800判断发动机转矩要求大于阈值要求，则回答是“是”并且方法800进行到821。否则，回答是“否”并且方法进行到822。
在821，方法800响应发动机要求转矩来调节涡轮增压器涡轮叶片状态。在一个例子中，涡轮叶片打开量被增加。增加涡轮叶片打开量会减少由排气施加于涡轮的力并且减小发动机排气背压。可以与发动机转矩要求成比例地调节涡轮叶片位置的变化。在调节涡轮叶片之后方法800进行到822。
在822，方法800增加涡轮叶片关闭量和施加的负涡轮转矩以增加发动机排气背压。在一个例子中，涡轮叶片位置被命令成随着大气压变化的位置。例如，随着大气压增加，涡轮叶片关闭量减少。因此，在821和822的调节可以结合以便以考虑到发动机起动过程中的发动机转矩要求和发动机排气背压的变化的方式调节涡轮叶片。在涡轮叶片进行调节之后方法800进行到823。
在823，响应在发动机加速期间的发动机转速，方法800调节涡轮叶片位置。例如，如果发动机转速大于希望的发动机转速，则增加涡轮叶片关闭量。增加涡轮叶片关闭量将增加发动机排气背压，以便增加发动机内部EGR。增加的内部EGR能够减小发动机转矩，因为较少的氧气能够参与各个气缸中的燃烧。类似地，如果发动机转速小于希望的发动机转速，则可以增加涡轮叶片打开量，以便减小发动机背压。在响应发动机转速而调节涡轮叶片之后方法800进行到824。
在824，方法800判断发动机是否已经起动并且选定条件是否被满足。当发动机转速大于阈值发动机转速时，方法800可以判断发动机已经起动。此外，在进行到825之前诸如自发动机停止的时间大于阈值时间和发动机转速大于阈值转速的其他条件也可以已经被满足，以便回答是“是”。如果发动机被起动并且选定条件被满足，则回答是“是”并且方法800进行到825。否则，回答是“否”并且方法进行到820。
在825，方法800判断是否存在电辅助涡轮。在一个例子中，在存储器中可以设置一个比特（bit）以识别是否存在电辅助涡轮。如果方法800判断存在电辅助涡轮，则回答是“是”并且方法800进行到826。否则，回答是“否”并且方法进行到827。
在826，方法800响应工况来调节涡轮叶片状态和电动装置。在一个例子中响应希望的发动机转矩、排气系统背压和压缩机压缩比，调节涡轮叶片状态。例如，当发动机转速低并且希望的转矩高时，调节涡轮叶片到更加关闭的位置。当发动机转速处在中等水平并且发动机转矩要求处在中等水平时，调节涡轮叶片到更加打开的位置。
当增加发动机转矩命令存在时并且当发动机转速小于阈值转速时，对涡轮轴施加转矩的电动装置可以运行以向涡轮轴提供正转矩。另一方面，当减小发动机转矩命令存在时并且当发动机转速小于阈值转速时，该电动装置可以运行以向涡轮轴提供负转矩并且再充电能量储存装置。在已经调节涡轮叶片和电动装置之后方法800进行到退出。
在826，方法800响应工况来调节涡轮增压器涡轮叶片状态。在一个例子中，响应希望的发动机转矩、排气系统背压以及压缩机压缩比，调节涡轮叶片状态。在调节涡轮叶片状态之后方法800进行到退出。
因此，图8和图9的方法提供一种发动机控制方法，包括：响应发动机停止和起动请求，调节涡轮增压器的叶片位置以增加发动机排气背压；和在发动机停止过程中调节涡轮增压器的叶片位置以增加发动机排气背压之后，调节涡轮增压器的叶片位置以减小发动机排气背压。该发动机控制方法包括，发动机停止包括在发动机停止过程中的发动机旋转。该发动机控制方法还包括在发动机加速过程中响应发动机转速来调节叶片位置。
在另一个例子中，该发动机控制方法还包括在发动机停止和发动机起动过程中增加与涡轮增压器连通的电动机器的负转矩。该发动机控制方法还包括在发动机停止过程中在驾驶员改变想法情况期间调节叶片位置以至少部分地打开涡轮增压器涡轮叶片。该发动机控制方法还包括在发动机加速期间响应发动机转矩要求在发动机起动过程中调节叶片位置。
正如本领域的技术人员将会明白的，图8和图9中描述的方法可以表示任何数目处理策略的其中一个或多个，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种步骤或功能可以以所示的顺序进行，同时进行，或在一些情况下可以省略。同样，为了实现这里所述的示例性实施例的特征和优点，处理的次序不是必需要求的，而是为了容易示出和描述而提供。虽然没有明确地示出，但是本领域的普通技术人员将会认识到一个或多个所示的步骤或功能可以根据所用的具体的策略重复地执行。
由此得出结论，本领域的技术人员阅读上面的描述将会想起不脱离本发明的精神实质和范围的许多变化和修改。例如，以天然气、汽油、柴油或替代性燃料结构运行的单缸、I2、I3、I4、I5、V6、V8、V10、V12和V16发动机可以利用本发明以受益。

Claims (10)

1.一种发动机系统，包括：
发动机；
连接于该发动机的涡轮增压器，该涡轮增压器包括可调节涡轮叶片；和
控制器，其包括响应停止所述发动机的请求调节涡轮叶片位置的非瞬态指令，该涡轮叶片位置被调节以增加发动机排气背压。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中在停止所述发动机的所述请求之后，在发动机停止前燃烧空气燃料混合物的最后气缸引进参与燃烧的空气量之前的时间，所述涡轮叶片位置被调节以使得所述发动机排气背压增加小于阈值的量。
3.根据权利要求1所述的发动机系统，其中在发动机停止前燃烧空气燃料混合物的最后气缸引进空气量之后的时间，调节所述涡轮叶片位置。
4.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括在增加所述发动机排气背压之后至少部分地打开所述可调节涡轮叶片。
5.根据权利要求4所述的发动机系统，其中至少部分地打开所述可调节涡轮叶片是响应操作者改变想法情况而发生的。
6.根据权利要求4所述的发动机系统，其中至少部分地打开所述可调节涡轮叶片与发动机停止时间有关。
7.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括涡轮增压器涡轮转矩调节装置以及增加由该涡轮增压器涡轮转矩调节装置施加于该涡轮增压器的负转矩的附加指令。
8.一种发动机系统，包括：
发动机；
连接于该发动机的涡轮增压器，该涡轮增压器包括可调节涡轮叶片；和
控制器，其包括响应停止所述发动机的请求调节涡轮叶片位置的非瞬态指令，所述涡轮叶片位置被调节以增加在发动机停止过程中的发动机排气背压，以及通过调节所述涡轮叶片位置增加发动机起动过程中的发动机排气背压的附加非瞬态指令。
9.根据权利要求8所述的发动机系统，其中在发动机起动过程中响应发动机转速来调节该涡轮叶片位置。
10.根据权利要求8所述的发动机系统，其中响应发动机转速大于希望的发动机转速，调节该涡轮叶片位置以增加排气背压。
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