CN105317531B - 发动机系统和用于操作发动机系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机系统和用于操作发动机系统的方法。本文描述用于操作车辆系统的方法。该方法包括基于一建模组的涡轮压力值和一感测组的涡轮压力值的比较，指示可变几何涡轮劣化，每组涡轮压力值包括涡轮上游的压力值和涡轮下游的压力值，并且可变几何涡轮定位在发动机汽缸下游。

Description

发动机系统和用于操作发动机系统的方法

技术领域

本公开涉及用于确定并减缓可变几何涡轮增压器中的涡轮劣化的系统和方法。

背景技术

升压发动机可以提供许多益处，诸如当相比于具有相似功率输出的自然吸气式发动机时，减小排放和增加燃料效率。此外，升压发动机可以比具有相似功率输出的自然吸气式发动机更轻。因此，当发动机通过设备(诸如涡轮增压器)升压时，车辆效率增加。因而，升压设备具有许多益处且因而被并入一些发动机设计，以改善性能和燃料经济性。

然而，涡轮增压器在特定工况(诸如，踩加速器踏板、启动等)期间可以经历迟滞。迟滞减小发动机的功率输出且延迟节气门响应，从而影响车辆性能且降低顾客满意度。此外，固定式叶片涡轮增压器可以仅被设置尺寸以有效地在受限的发动机转速和负载范围操作，从而降低特定区域中的发动机操作效率以在其它区域中提供益处。具体地，一些涡轮增压器可以具有阈值转速，低于该阈值转速，压缩机向发动机且还向阻塞流区域提供可忽略的升压，其中在阻塞流区域中附加流不能够通过涡轮增压器获得，而不管从涡轮中提取的功。因而，当发动机在低于阈值转速或在阻塞流区域上方操作时，发动机性能可以变差。

US 8109091公开一种可变几何涡轮增压器，该可变几何涡轮增压器被配置为基于发动机状况改变涡轮的宽高比。US 8109091也公开一种控制系统，该控制系统使用各种模块确定涡轮中的叶片是否被卡住或堵塞。模块仅考虑发动机转速、发动机负载和发动机温度以确定叶片是否被卡住或堵塞。然而，发明人已经认识到US 8109091中公开的VGT系统和控制方法的若干缺点。例如，仅使用发动机转速、发动机负载和发动机温度以确定叶片粘滞可能在特定发动机工况期间不是足够精确的确定，从而允许叶片粘滞未被诊断。US8109091中公开的控制方法仅确定发动机在发动机转速、负载和温度的不期望范围中操作，而不管涡轮操作。因此，涡轮叶片机构可以经历过度摩擦，从而引起涡轮中的腐蚀和磨损，该腐蚀和磨损能够使叶片更容易粘滞，这是因为其它力作用于叶片机构和/或其它部件。应当认识到，仅使用发动机转速、发动机负载和发动机温度不能够考虑到那些噪声因素并对叶片粘滞做出准确的确定。具体地，过量气动负载可以在特定工况期间施加在涡轮上，该特定工况能够引起涡轮响应减慢并被卡住，以及未被考虑的问题。此外，仅使用发动机转速、发动机负载和发动机温度确定涡轮叶片劣化可以导致错误的确定劣化(例如，故障)。因此，可以采取不必要的动作来解决可以影响车辆性能、增加排放等的这种假错误。

发明内容

发明人在此已经认识到以上问题且已经研发一种用于操作发动机系统的方法。该方法包括基于一建模组的涡轮压力值和一感测组的涡轮压力值的比较，指示可变几何涡轮劣化，每组涡轮压力值包括涡轮上游的压力值和涡轮下游的压力值，并且可变几何涡轮定位在发动机汽缸下游。以此方式，涡轮两端的建模压力和涡轮两端的感测压力的比较可以用于确定涡轮劣化，从而增加该确定的准确性和速度。劣化状况的快速确定能够在得到甚至更大的空气动力之前通过获得劣化状况来改善减缓动作成功的能力，从而使其更难正确。因此，涡轮劣化可以在发动机工况的较宽范围被诊断。

进一步地，在一些示例中，该方法可以附加地包括：响应于确定可变几何涡轮劣化，基于建模组的涡轮压力值和感测组的涡轮压力值的比较，从一组涡轮劣化减缓动作中选择涡轮劣化减缓动作。该选择能够被定制以提供期望的响应以缓解该状况，而没有能够负面影响车辆操作的过多动作。一个示例是如果发动机在非常高的转速和非常大的负载下运行且快速缓解该状况是期望的，则有效的涡轮减缓可以是涡轮旁通阀的激活，以避免由超压对发动机的进一步损害。进一步地，在一个实例中，如果发动机在较低的负载和较低的压力下运行，则响应可以使用对车辆操作具有较小影响的减缓动作以缓解涡轮劣化，但减小(例如，限制)减缓动作的不利影响。

以此方式，在当前工况期间减缓(例如，基本消除)涡轮劣化(例如，故障)的动作可以被选择以在诊断涡轮劣化之后改善车辆操作。因此，涡轮操作可以被改善且涡轮经历过度压力状况的可能性被明显降低，从而增加涡轮寿命。

当单独或与附图相结合时，本描述的上述优点和其它优点以及特征根据下面的具体实施方式将是显而易见的。

应当理解，提供以上概要是以简化的形式介绍精选构思，这些构思将在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被随附于具体实施方式的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。此外，发明人在本文已经认识到上述问题，并且上述问题不是已知的。

附图说明

图1示出具有发动机和可变几何涡轮增压器的车辆的示意性描述；

图2示出示例可变几何涡轮的图示说明，该涡轮可以包括在图1中示出的车辆中；

图3-5示出用于操作发动机系统的各种方法；

图6示出涡轮劣化减缓动作的表，该减缓动作可以经由图1中示出的发动机系统和图3-5中示出的方法实施；

图7示出用于操作发动机系统的另一种方法；

图8示出进入状况的表。

具体实施方式

本文描述用于确定并减缓可变几何涡轮增压器中的涡轮劣化的系统和方法。具体地，该系统和方法可以用于基于涡轮上游和下游两者的建模压力值和感测压力值的比较，准确地确定涡轮劣化。以此方式，涡轮两端的建模压力和涡轮两端的感测压力的比较可以用于增加涡轮劣化确定的准确性。因此，涡轮劣化(例如，故障)可以在发动机工况的较宽范围且更快地被诊断，从而改善车辆系统中的涡轮劣化诊断技术。进一步地，在一些示例中，该方法可以附加地包括：响应于确定可变几何涡轮劣化，基于建模组的涡轮压力值和感测组的涡轮压力值的比较，从一组涡轮劣化减缓动作中选择一种或更多种涡轮劣化减缓动作。以此方式，单独或协同地减缓(例如，基本消除)涡轮劣化的一种或更多种动作可以被选择以在稳健地诊断涡轮劣化之后改善涡轮操作。因此，涡轮操作可以被改善且涡轮经历过度压力状况的可能性显著降低，从而增加涡轮寿命。进一步地，应当认识到，可以选择适于当前发动机工况的动作，以降低涡轮中超压状况的可能性。

图1示意性示出包括发动机10的示例发动机系统100的方面。发动机系统100可以包括在车辆102中。发动机系统100可以包括发动机10和图1描述以及本文更详细描述的附加部件。在所描述的示例中，发动机10是耦接到包括由涡轮16驱动的压缩机14的涡轮增压器13的升压发动机。压缩机14可以经由合适的机械部件(诸如，驱动轴)机械地耦接到涡轮16。压缩机14被配置为增加进气空气的压力以向发动机10提供升压。另一方面，涡轮16被配置为接收来自发动机的的排气且驱动压缩机14。涡轮16包括多个叶片60。叶片60是可移动的，以改变涡轮16的宽高比。因此，涡轮可以被称为可变几何涡轮(VGT)。因此，叶片60是可移动的，以增加或减小涡轮的宽高比。因此，如果需要，涡轮增压器可以基于发动机工况(例如，转速、负载、发动机温度等)而被调整，以减少发动机原料气排放和/或增加发动机功率输出，从而增加发动机效率。致动设备62耦接到多个叶片60。致动设备62被配置为改变多个叶片60的位置。在一个示例中，致动设备可以是经由发动机油压电磁阀控制的液压致动器。在另一个示例中，致动设备62可以是电子致动设备。在这种示例中，致动设备62可以与控制器150电子通讯。

新鲜空气沿进气通道42经由过滤器12被引入发动机10且流到压缩机14。过滤器12可以被配置为从进气空气中移除颗粒。周围空气通过进气通道42进入进气子系统的流率能够通过调整节气门20至少部分被控制。节气门20包括节流板21。节流板21是可调整的，以调节提供到下游部件(例如，汽缸30)的气流量。节气门20可以与控制器150电子通讯。然而，在另一些示例中，诸如在压缩点火发动机的情况下，节气门可以不包括在发动机中。

压缩机14可以是任何合适的进气空气压缩机。在发动机系统10中，压缩机是经由轴(未示出)机械地耦接到涡轮16的涡轮增压器压缩机，涡轮16通过膨胀发动机排气驱动。在一个示例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何结构可以随着发动机转速和/或负荷变化而积极地改变。如图所示，涡轮16包括经由致动设备62可调整的可移动叶片60，本文更详细讨论。

车辆102包括进气子系统104，该进气子系统104包括进气通道42、过滤器12、压缩机14、增压空气冷却器18、节气门20和进气歧管22。进气子系统104可以进一步包括耦接到汽缸30的进气门(例如，提升阀)。进气子系统104与发动机10流体连通。具体地，进气子系统104被配置为向汽缸30提供进气空气。

车辆102进一步包括排气子系统106。排气子系统106可以包括排气歧管36、涡轮16、排放控制设备70和排气管道35。排气子系统106进一步包括涡轮旁通管道80和涡轮旁通阀86，本文更详细讨论。应当认识到，排气系统可以包括附加部件，诸如排气门、管道、消声器等。

如图1所示，压缩机14通过增压空气冷却器18耦接到节气门20。节气门20耦接到发动机进气歧管22。压缩的空气充气从压缩机流过增压空气冷却器和节流阀到进气歧管。例如，增压空气冷却器可以是空气对空气或空气对水热交换器。在图1中示出的示例中，进气歧管内的空气充气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器24感测。在另一些示例中，压缩机旁通阀(未示出)可以包括在进气系统中。在这种示例中，压缩机旁通阀可以是常闭阀，该常闭阀被配置为在选择的工况下打开以释放过量升压压力。例如，压缩机旁通阀可以在降低发动机转速的状况期间打开以避免压缩机喘振。然而，在另一些示例中，如果需要，压缩机旁通阀可以从发动机系统中省略。

进气歧管22通过一系列进气门(未示出)耦接到一系列汽缸30。汽缸经由一系列排气门(未示出)进一步耦接到排气歧管36。在所描述的示例中，示出单个排气歧管36。然而，在另一些示例中，排气歧管可以包括多个排气歧管段。具有多个排气歧管段的构造可以使来自不同汽缸的流出物能够被引导至发动机系统中的不同位置。

汽缸30可以被供应一种或更多种燃料，诸如汽油、醇燃料混合物、生物柴油、压缩天然气等。因此，应当认识到，发动机可以利用任何上述燃料。燃料可以经由燃料喷射器66被供应到汽缸。在所描述的示例中，燃料喷射器66被配置为用于直接喷射，然而在另一些示例中，燃料喷射器66可以被配置为用于进气道喷射或节流阀体喷射。进一步地，每一个汽缸可以包括使每一个汽缸能够经由直接喷射、进气道喷射、节流阀体喷射或其组合接收燃料的一个或更多个不同构造的燃料喷射器。在汽缸中，燃烧可以经由火花点火和/或压缩点火开始。燃料喷射器可以与被配置为存储燃料的燃料箱(未示出)流体连通。燃料喷射器和燃料箱可以包括在燃料传送系统中，该燃料传送系统可以附加地包括一个或更多个泵、过滤器、阀等。在火花点火式发动机的情况下，点火设备可以耦接到汽缸。

来自排气歧管36的排气被引导至涡轮16以驱动涡轮。来自涡轮的流然后流过排放控制设备70。总之，一个或更多个排放控制设备70可以包括被配置为催化地处理排气流的一个或更多个排气后处理催化剂，并且从而减小排气流中一种或更多种物质的量。例如，一种排气后处理催化剂可以被配置为：当排气流稀时，捕集来自排气流的NOx，并且当排气流富时，减小捕集的NOx。在另一些示例中，排气后处理催化剂可以被配置为使NOx不成比例或在还原剂的帮助下选择性地还原NOx。在又一些示例中，排气后处理催化剂可以被配置为氧化排气流中的残余碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任何这种功能的不同排气后处理催化剂可以在排气后处理阶段中单独或一起布置在涂层或其它地方。在一些示例中，排气后处理阶段可以包括被配置为捕集并氧化排气流中的颗粒物的可再生烟尘过滤器。来自排放控制设备70的处理的排气的全部或部分可以经由排气管道35被释放到大气。

根据工况，一部分排气可以经由EGR通道51通过EGR冷却器50和EGR阀52从涡轮16上游的排气歧管36再循环到压缩机14下游的进气歧管22。以此方式，可以实现高压排气再循环(HP-EGR)。应当认识到，在另一些示例中，EGR冷却器50可以从发动机系统100中省略。EGR通道51包括定位在汽缸30下游和涡轮16上游的入口71。具体地，入口71通向排气歧管36。然而，已经考虑其它合适的入口位置。例如，入口71可以通向涡轮16上游的排气管道。EGR通道51进一步包括定位在节气门20和压缩机14下游的出口72。具体地，在所描述的示例中，出口72通向进气歧管22。然而，已经考虑其它出口位置。例如，出口72可以通向压缩机14和/或节气门20下游的进气管道。

在一些示例中，除了HP-EGR之外，还可以实现低压排气再循环(LP-EGR)，其中一部分处理的排气经由低压EGR通道和耦接在其中的EGR冷却器和EGR阀(未示出)从涡轮16下游的排气管道35再循环到压缩机14上游的进气通道42。EGR阀52可以打开以允许受控量的冷却排气到压缩机上游的进气通道。发动机系统100中的相对长的EGR流路径将均质化的排气提供到进气空气充气内。进一步地，EGR分支(take-off)点和混合点的布置提供排气的有效冷却，用于增加有效的EGR质量并改善性能。

涡轮旁通管道80通向涡轮上游的排气通道(在描述的示例中为排气歧管36)和涡轮16下游的排气通道81。具体地，在一个示例中，管道入口82和出口83可以分别直接定位在涡轮入口84和涡轮出口85的上游和下游。涡轮旁通阀86耦接到涡轮旁通管道80且被配置为调整通过其的排气流。因此，涡轮旁通阀86被配置为增加(例如，允许)和减少(例如，禁止)围绕(即，绕过)涡轮16流动的排气。如图所示，控制器150与涡轮旁通阀86电子通讯且因此被配置为向其发送控制信号。本文更详细讨论控制器150。因此，通过涡轮旁通管道80的排气流可以基于发动机工况而被调节。应当认识到，涡轮旁通阀86和EGR阀52的操作可以结合使用以减缓涡轮劣化(例如，叶片迟滞、叶片粘滞等)。

在发动机操作期间，汽缸活塞从TDC逐渐向下移动，在做功冲程结束时在BDC处触底。活塞然后在排气冲程结束时在TDC处返至顶部。活塞然后在进气冲程期间再次朝向BDC回落移动，在压缩冲程结束时在TDC处返回至其初始顶部位置。在汽缸燃烧期间，仅当活塞在做功冲程结束时触底时，可以打开排气门。当活塞完成排气冲程时，排气门然后可以闭合，保持打开至少直到随后的进气冲程已经开始。同样地，进气门可以在进气冲程开始时或之前打开，并且可以保持打开至少直到随后的压缩冲程已经开始。应当认识到，上述燃烧循环是示例性的且已经考虑发动机中其它类型的燃烧循环。

控制器150可以包括在车辆102中。控制器150可以被配置为接收来自车辆中的传感器的信号以及将命令信号发送到部件。车辆102、发动机系统100和发动机10中的各种部件可以由包括控制器150的控制系统(例如，电子控制子系统)和经由输入设备154由来自车辆操作者152的输入至少部分控制。在该示例中，输入设备154包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器156。控制器150在图1中被示为微型计算机，其包括处理器(CPU)157(例如，微处理器单元)、输入/输出端口(I/O)158、在该特定示例中被示为只读存储器(ROM)160(例如，只读存储器芯片)的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)162、保活存储器(KAM)164和数据总线。存储介质只读存储器160能够通过处理器157用表示可执行指令的计算机可读数据编程，该可执行指令用于执行下面描述的方法以及被预期但未被具体列出的其它变体。控制器150被配置为向节气门20发送信号。控制器150还被配置为向涡轮叶片致动器62、燃料喷射器66、涡轮旁通阀86和EGR阀52发送信号。因此，控制器可以向EGR阀发送信号，以调整(例如，增加或减小)流过EGR通道51的EGR气体的量。控制器被配置为向涡轮旁通阀发送信号，以调整流过其的排气量。附加地，控制器被配置为向燃料喷射器66发送信号，以调整喷入汽缸30的燃料量。以此方式，计量的燃料量可以被提供到汽缸30。控制器还可以向节气门20发送信号，以调整进气系统中空气的流率。控制器150还可以接收来自MAP传感器24、定位在压缩机14上游的质量空气流量(MAF)传感器25、定位在排气歧管中的压力传感器126、定位在排放控制设备下游的排气成分传感器128和/或耦接到发动机的温度传感器129的信号。控制器150可以进一步接收来自定位在涡轮入口84上游(例如，直接定位在该上游)的压力传感器130、定位在涡轮出口85下游(例如，直接定位在该下游)的压力传感器132和耦接到致动设备62的叶片位置传感器134的信号。应当认识到，在另一些示例中，叶片位置传感器可以从车辆中省略。附加地，在另一些示例中，压力传感器132可以从车辆中省略且下游压力可以通过建模来确定。温度传感器136可以耦接到排气歧管36。替代地，温度传感器136可以耦接到涡轮16。应当认识到，术语“直接”意味着上述部件之间不存在干预部件。此外，术语“上游”和“下游”指当发动机执行燃烧时，通过排气子系统的排气流的大体方向。

图1还示出电子控制子系统170，其可以是发动机系统100的任何电子控制子系统。在一些示例中，发动机系统100可以包括可变几何涡轮增压器12以及其它部件。电子控制子系统可以被配置为命令涡轮16中的叶片60的打开和闭合、命令EGR阀52的打开和闭合、命令燃料喷射器66的调整、命令涡轮旁通阀86的调整(例如，打开和闭合)和命令节气门20的调整。在一些示例中，命令可以经由控制器150产生和/或发送。电子控制子系统还可以被配置为命令发动机系统中的各种电子致动阀(诸如，燃料传送系统阀)的打开、闭合和/或调整，例如，根据需要执行本文描述的任何控制功能。进一步地，为了结合发动机系统的控制功能评估工况，电子控制子系统可以操作性地耦接到布置在整个发动机系统中的多个传感器，例如，流传感器、温度传感器、踏板位置传感器、压力传感器等。

电子控制子系统170可以被配置为响应于松加速器踏板将涡轮16中的多个叶片60移入闭合(例如，完全或部分闭合)位置。应当认识到，当中止驾驶员要求的扭矩时，可以开始松加速器踏板。因此，发动机制动可以在特定工况期间经由涡轮实施。应当认识到，发动机制动还可以响应于驾驶员制动要求而被实施。例如，驾驶员制动要求可以响应于驾驶员与制动踏板和/或驾驶员可选开关相互作用而被实施。随后，在一个示例中，踩加速器踏板可以响应于驾驶员扭矩要求而被实施。踩加速器踏板可以称为踩加速器踏板事件。控制系统170可以进一步被配置为响应于节气门踩加速器踏板，基于从邻近涡轮入口和涡轮出口的传感器接收到的信号，确定感测的涡轮入口压力和感测的涡轮出口压力。电子控制子系统170还可以被配置为基于涡轮入口压力模型和涡轮出口压力模型，确定建模涡轮入口压力和建模涡轮出口压力，且基于建模和感测涡轮入口压力和涡轮出口压力的比较，确定可变几何涡轮劣化。具体地，涡轮两端的建模压力变化和感测压力变化之间的差可以用于确定涡轮劣化。更进一步地，在另一些示例中，建模上游压力和下游压力的比和感测上游压力和下游压力的比之间的差可以用于确定劣化。应当认识到，模型可以包括基于物理、回归和观察者类型的模型使用各种参数确定压力值的算法，该模型基于包括孔流、涡轮和压缩机(使用该比较确定涡轮Δ压力的涡轮功比较)的不同方法。

电子控制子系统170可以进一步被配置为：响应于确定可变几何涡轮劣化，基于建模和感测涡轮入口压力和涡轮出口压力的比较，从一组涡轮劣化减缓动作中选择涡轮劣化减缓动作。涡轮劣化减缓动作被配置为增加涡轮中的叶片未卡住或未堵塞的可能性，以改善涡轮操作并降低由超压状况引起的涡轮损害的可能性。本文关于图6更详讨论该组涡轮劣化减缓动作。

在一个示例中，松加速器踏板可以是节气门松加速器踏板，其中驾驶员已经中止扭矩要求且节气门从打开位置被移入闭合(例如，完全闭合或部分闭合)位置。应当认识到，节气门松加速器踏板可以在火花点火式发动机中实施。附加地或替代地，在一个示例中，松加速器踏板可以包括中止发动机中的燃料喷射。在压缩点火式发动机的情况下，松加速器踏板可以包括中止燃料喷射且可以不包括节气门调整。进一步地，在一个示例中，踩加速器踏板可以是节气门踩加速器踏板，其中节气门从闭合位置被打开并被调整以维持化学计量比。附加地或替代地，踩加速器踏板可以包括重启动发动机中的燃料喷射。在压缩点火式发动机的情况下，踩加速器踏板可以包括重启动燃料喷射且可以不包括节气门调整。

如上所述，图1示出内燃发动机的非限制性示例。应当理解，在一些示例中，发动机可以具有更多或更少个燃烧汽缸、控制阀、节气门和压缩设备等。示例发动机可以具有以“V”构造、水平相对构造等布置的汽缸。

图2示出示例涡轮200。应当认识到，在一个示例中，涡轮200可以是图1中示出的涡轮16。因此，涡轮200可以包括在图1中示出的发动机系统100中，且具体地包括在图1中示出的涡轮增压器13中。

继续图2，涡轮200包括转子202，该转子202被配置为从排气提取能量且将其转化为旋转运动。如图所示，转子202包括多个叶片204。耦接到转子202的轴206也包括在涡轮200中。应当认识到，轴206可以耦接到压缩机，诸如图1中示出的压缩机14。因此，转子的旋转运动可以被传递到压缩机。

如图2所示，涡轮200进一步包括多个叶片208。当需要时，叶片208中的每一个可调整以使涡轮200的宽高比能够改变。因此，叶片208是可移动的且至少部分围绕转子202。

涡轮还包括致动设备210。应当认识到，在一个示例中，图2中示出的致动设备210可以是图1中示出的致动设备62。因此，致动设备210可以与图1中示出的控制器150电子通讯。继续图2，致动设备包括致动装置212，其在所描述的示例中是基于液压的设备，该基于液压的设备基于计量进入控制体积的油的电磁阀移动，从而致动机械地移动附接到一组可移动叶片的同步环的活塞。在另一些示例中，这些机构还能够电气地或气动地致动。在所描述的示例中，致动设备210进一步包括机械致动元件214，诸如齿轮、轴等。应当认识到，致动设备210被配置为调整叶片208的位置。还应当认识到，涡轮外壳(未示出)已经从图2中省略。然而，在另一些示例中，涡轮外壳至少部分围绕转子202且叶片208可以包括在涡轮200中。

图3示出用于操作发动机系统的方法300。方法300可以经由上面关于图1描述的发动机系统100、电子控制子系统170等实施。然而，在另一些示例中，其它合适的发动机系统、电子控制子系统等可以用于实施方法300。

在302处，该方法包括基于压力模型，确定一建模组的压力值。该建模组的压力值可以包括涡轮上游(例如，在涡轮入口处)的压力值和涡轮下游(例如，在涡轮出口处)的压力值。如先前讨论的，建模压力可以经由存储在控制系统中的算法确定。该算法可以经由输入参数的使用准确地确定。在一个示例中，建模组的涡轮压力值是建模涡轮叶片位置、排气流和该流的排气温度(密度校正)的函数。在一个示例中，步骤302可以仅在满足一个或更多个进入状况之后被实施。进入状况可以包括油温度、进气或排气系统中的质量空气流量、排气温度、建模或测量的叶片位置等。应当认识到，涡轮操作的特定区域具有较大的摩擦。附加地，应当注意，当这些状况被校正以允许劣化工况的较快的检测时，涡轮Δ压力阈值能够被减小。更进一步地，在一个示例中，建模组的涡轮压力值可以基于使用排气质量流量、建模或测量的涡轮叶片位置和排气温度的输入参数的孔流(orifice flow)来确定。示例性类型的模型可以包括物理模型、回归模型和/或观察者模型。

接着在304处，该方法包括基于来自压力传感器的输入，确定一感测组的压力值。应当认识到，压力传感器可以定位在涡轮入口和涡轮出口的上游(例如，直接定位在该上游)和下游(例如，直接定位在该下游)。因此，感测组的压力值可以包括涡轮上游(例如，在涡轮入口处)的压力值和涡轮下游(例如，在涡轮出口处)的压力值。

在306处，该方法包括比较建模组的压力值和感测租的压力值且在308处该方法包括基于建模组的压力值和感测组的压力组的比较确定涡轮劣化。应当认识到，涡轮劣化可以包括涡轮中的状况，其中叶片缓慢移动、不响应、卡住和/或堵塞。如先前所讨论的，如果未减缓，则涡轮劣化可以导致涡轮中的超压状况。在一个示例中，当涡轮上游和下游的感测压力的比和涡轮上游和下游的建模压力的比之间的差超过预定阈值时，可以确定涡轮劣化。进一步地，在另一示例中，当涡轮两端的感测压力变化和涡轮两端的建模压力变化之间的差超过预定阈值时，可以确定涡轮劣化。进一步地，在一个示例中，还可以基于排气子系统中的涡轮叶片位置和质量空气流量确定涡轮劣化。例如，当涡轮中的叶片在校准位置以上、排气质量流率在校准位置以上且建模压力和感测压力之间的差超过阈值时，可以确定涡轮劣化。因此，如果需要，附加参数可以用于增加涡轮故障确定的准确性。在一个示例中，当Δ压力超过阈值且还基于Δ压力的时间间隔时，可以确定涡轮劣化。具体地，当间间隔大于阈值时，可以确定劣化，其中在该时间间隔期间，测量Δ压力。应当认识到，时间可以用作故障的指示器，因为涡轮响应可以产生大于阈值的Δ压力短时间周期，但当涡轮经历缓慢或卡住叶片状况时，Δ压力持续较长的时间周期。

在另一个示例中，和/或除了以上示例并与以上示例相结合，当压力比之间的差在大于建模组的压力值和感测组的涡轮压力值的误差阈值的范围以外，以及在映射(mapped)为发动机设置时间的操作状况的预期压力范围变化以外时，可以确定可变几何涡轮劣化，其中设置时间超过涡轮增压器的正常响应时间范围。更进一步地，在另一个示例中，当涡轮两端的感测压力变化和涡轮两端的建模压力变化之间的差大于预定的压差阈值时，确定可变几何涡轮劣化，其中预定的压差阈值大于发动机全体在操作点处的预期模型准确性和压力变化性。附加地，该差还必须设置大于涡轮增压器的正常响应时间的时间。

如果确定涡轮未劣化(在308处为否)，则该方法前进到312。在312处，该方法包括基于驾驶员要求的扭矩，调整涡轮中的多个叶片。

然而，如果确定涡轮劣化(在308处为是)，则该方法前进到309。在309处，该方法包括指示涡轮劣化。在一个示例中，指示可以是控制系统中的标记。接着，在310处，该方法包括选择涡轮劣化减缓动作。在一个示例中，涡轮劣化减缓动作可以从一组涡轮劣化减缓动作中选择。示例性涡轮劣化减缓动作在图6中示出并在本文中更详细讨论。接着，在312处，该方法包括实施选择的涡轮劣化减缓动作。在一个示例中，涡轮劣化减缓动作可以被实施一段时间。在这种示例中，动作的持续时间可以基于建模压力值和感测压力值之间的差而确定。以此方式，如果需要，劣化的严重度可以决定减缓动作的持续时间。然而，在另一些示例中，可以预先确定减缓动作的持续时间。

在312之后，该方法返回至302。以此方式，涡轮劣化减缓动作可以被实施直到确定涡轮未劣化。因此，可以重复步骤302-312。因而，应当认识到，可以实施多于一种涡轮劣化减缓动作。因此，可以实施不同的减缓动作以增加涡轮劣化被解决的可能性。在一个示例中，每种减缓动作可以不同于先前的动作。因此，应当认识到，在一个示例中可以在非重叠的时间间隔实施第一和第二涡轮劣化减缓动作或在另一个示例中在重叠的时间间隔实施第一和第二涡轮劣化减缓动作。具体地，在一个示例中，当确定第一工况未解决涡轮劣化时，可以在重叠的时间间隔实施第一和第二涡轮劣化减缓动作。附加地，减缓动作可以被选择以缓解劣化状况，而不会负面影响车辆操作。例如，如果发动机在非常高的转速和负载下运行且快速缓解该状况是期望的，则涡轮旁通阀可以被调整以降低由超压对发动机进一步损害的可能性。进一步地，如果发动机在较低的负载和较低的压力下运行，则可以实施对车辆操作有较小影响的减缓动作以减缓劣化，从而降低减缓动作的不利影响。进一步地，在一个示例中，当已经实施预定数量的涡轮劣化减缓动作时，可以结束该方法。本文更详细讨论可以在该方法中使用的具体类型的涡轮劣化减缓动作。

图4示出用于操作发动机系统的方法400。方法400可以经由上面关于图1描述的发动机系统100、电子控制子系统170等实施。然而，在另一些示例中，其它合适的发动机系统、电子控制子系统等可以用于实施方法400。

在402处，该方法包括确定松加速器踏板是否正被实施。应当认识到，松加速器踏板可以包括中止节气门调整和/或减少发动机中的燃料喷射。应当认识到，当驾驶员经由诸如加速器踏板的输入设备和/或闭环车辆速度控制已经中止扭矩要求时，松加速器踏板要求可以被发送到发动机系统(例如，控制系统)。

如果松加速器踏板未被实施(在402处为否)，则该方法结束。然而，在另一些情况下，如果松加速器踏板未被实施，则该方法可以返回至402。如果松加速器踏板被实施(在402处为是)，则该方法前进到404。在404处，该方法包括响应于松加速器踏板经由VGT实施发动机制动。响应于松加速器踏板经由VGT实施发动机制动可以包括在406处响应于松加速器踏板朝向闭合位置移动VGT中的多个叶片。以此方式，可以实施经由VGT的发动机制动。进一步地，在一些示例中，可以确定发动机制动是否应当在步骤404之前实施。当做出这种确定时，可以考虑各种参数，诸如发动机温度、车辆制动要求、车辆速度等。

在408处，该方法包括确定踩加速器踏板是否被实施。在一个示例中，踩加速器踏板可以响应于经由输入设备(例如，加速器踏板)产生的驾驶员扭矩要求而开始。如果确定踩加速器踏板未被实施(在408处为否)，则该方法返回至408。然而，在另一些示例中，如果踩加速器踏板未被实施，则该方法可以结束。如果踩加速器踏板被实施(在408处为是)，则该方法前进到410。步骤410-422基本与图3中示出的步骤302-314相同。因而，省略步骤410-422的描述以避免冗余。因此，可以在踩加速器踏板后确定劣化之后实施各种减缓动作，以改善涡轮增压器性能。应当认识到，可以在踩加速器踏板之后实施减缓动作，以降低错误的涡轮劣化确定的可能性。因此，改善发动机操作。

图5示出用于操作发动机系统的方法500。方法500可以经由上面关于图1描述的发动机系统100、电子控制子系统170等实施。然而，在另一些示例中，其它合适的发动机系统和电子控制子系统可以用于实施方法500。

在502处，该方法包括从一组涡轮劣化减缓动作中选择第一涡轮劣化减缓动作。如图所示，在第一工况期间实施步骤502。

接着，在504处，该方法包括从该组涡轮劣化减缓动作中选择第二涡轮劣化减缓动作，第二涡轮劣化减缓动作不同于第一涡轮劣化减缓动作。如图所示，在第二工况期间实施步骤504。应当认识到，第二工况可以不同于第一工况。

在506处，该方法可以包括从该组涡轮劣化减缓动作中选择第三涡轮劣化减缓动作，第三涡轮劣化减缓动作不同于第二涡轮劣化减缓动作和第一涡轮劣化减缓动作。如图所示，在第三工况期间实施步骤506。应当认识到，第三工况可以不同于第一工况和第二工况。

在508处，该方法包括从该组涡轮劣化减缓动作中选择第四涡轮劣化减缓动作，第四涡轮劣化减缓动作不同于第三涡轮劣化减缓动作、第二涡轮劣化减缓动作和第一涡轮劣化减缓动作。如图所示，在第四工况期间实施步骤508。应当认识到，第四工况可以不同于第三工况、第二工况和第一工况。以此方式，在不同的工况期间可以实施不同的减缓动作，从而如果需要，能够选择最适合当前的发动机工况的减缓动作。因此，如果需要，可以选择具有降低涡轮中超压状况的更大可能性的动作。动作的选择还可以考虑该动作对发动机功率输出、排放等的影响。减缓动作还可以基于用于解决卡住状况的有效动作而实施。例如，第二减缓动作可以开始，同时第一减缓动作仍然有效且继续更多种动作直到解除卡住状况。进一步地，这种选择能够被定制以提供期望的响应以缓解该状况，而没有可以负面影响车辆操作的过多动作。一个示例是如果发动机在非常高的转速和负载下运行且需要快速缓解该状况，则有效的动作(例如，最有效的动作)可以是涡轮旁通阀的激活，以避免由超压对发动机的进一步损害。进一步地，如果发动机在较低的负载和较低的压力下运行，则响应可以是使用对车辆操作具有较小影响的减缓动作以缓解涡轮劣化，但减小(例如，限制)减缓动作的不利影响。

图6示出一组涡轮劣化减缓动作600。应当认识到，涡轮劣化减缓动作600可以经由图1中示出的电子控制子系统170实施。

该动作可以包括在602处涡轮旁通阀的调整和在604处EGR阀的调整。具体地，涡轮旁通阀和/或EGR阀可以打开以减小涡轮上的压力。具体地，在一个实例中，阀可以从闭合位置打开或从打开位置打开到更大的程度。以此方式，调整EGR阀和涡轮旁通阀可以通过缓解在涡轮的入口处的压力聚集来增加涡轮叶片从卡住位置变成未卡住的可能性。附加地，当EGR阀和/或涡轮旁通阀以此方式操作时，降低由超压状况引起的涡轮和发动机损害的可能性。

动作600还包括在606处燃料喷射的调整和在608处节气门的调整。动作606-608中上述部件的调整可以包括将打开量限制到阈值或预先确定的范围。例如，燃料喷射或节气门位置可以被限制到阈值。进一步地，在一个具体示例中，燃料控制可以被过滤同时增加涡轮上的气动负载以降低叶片粘滞的可能性。更进一步地，在另一个示例中，加速器输入(例如，踏板输入)可以被转向以降低叶片粘滞的可能性。

该动作还可以包括在610处限制涡轮调整(例如，涡轮叶片调整)。具体地，在一个示例中，可以降低发动机制动的设定值以降低涡轮中叶片粘滞的可能性。应当认识到，部件的调整包括增加(例如，允许)或减小(例如，禁止)通过部件的气流、燃料流等的量。如上面关于图3-5所讨论的，图6示出的涡轮劣化减缓动作中的一种可以选自该组涡轮劣化减缓动作。应当认识到，在一个示例中，动作602-610可以顺序地实施。然而，在另一些示例中，替代的选择标准可以用于确定实施哪一种或哪几种动作。在一些示例中，动作602-610的大小和/或持续时间可以是感测压力值和建模压力值之间的差的函数。因此，涡轮旁通阀的打开量可以成比例于涡轮两端的建模压力变化和涡轮两端的感测压力变化之间的差。

进一步地，在一个示例中，当实施多种减缓动作时，该动作中的一种的调整度可以补偿另一种动作。例如，当EGR阀打开时，涡轮旁通阀的打开度可以减小，或反之亦然。在又一个示例中，当节气门闭合增加时，燃料喷射减小的量可以减小，或反之亦然。

图7示出用于操作发动机系统的方法700。方法700可以经由上面关于图1描述的发动机系统100、电子控制子系统170实施。然而，在另一些示例中，其它合适的发动机系统和电子控制子系统可以用于实施方法700。

在702处，该方法包括基于驾驶员要求的扭矩，调整涡轮中的多个叶片。应当认识到，在一个示例中，这可以称为正常操作。

接着，在704处，该方法确定是否满足(一个或多个)进入状况。进入状况可以包括一个或更多个进入状况。图8示出本文更详细讨论的若干示例进入状况。如果确定未满足进入状况(在704处为否)，则该方法返回至开始。然而，如果确定满足进入状况(在704处为是)，则该方法前进到706。在706处，该方法包括基于压力模型确定一建模组的压力值，且在708处，该方法包括基于来自压力传感器的输入确定一感测组的压力值。

接着，在710处，该方法确定建模压力和感测压力之间的比较是否指示涡轮劣化。如果确定该比较未指示涡轮劣化(在710处为否)，则该方法返回至开始。然而，如果确定该比较指示涡轮劣化(在710处为是)，则该方法前进到712。在712处，该方法包括选择涡轮劣化减缓动作。

在714处示出涡轮劣化减缓动作。该动作包括在716处调整(例如，打开)涡轮旁通阀、在718处调整(例如，打开)EGR阀、在720处调整燃料喷射、在722处调整节气门和在724处限制涡轮控制。如先前所讨论的，上面的动作可以以连续的顺序被反复实施。因而，第一涡轮劣化减缓动作可以在第一时间间隔期间实施，而第二涡轮劣化减缓动作可以在第二时间间隔期间实施。应当认识到，时间间隔在一个示例中可以是非重叠的，或在另一个示例中可以是重叠的。

在726处，该方法包括校准选择的涡轮劣化减缓动作。该校准可以包括确定劣化减缓动作的大小。例如，可以确定涡轮旁通阀或EGR阀的打开度。打开量或其它减缓动作大小可以基于建模压力和感测压力之间的比较而确定。例如，打开量可以与建模压力和感测压力之间的差成比例。具体地，打开度可以随建模压力和感测压力之间的差增加而增加。

接着，在728处，该方法包括确定阈值涡轮退化减缓动作持续时间。该阈值持续时间可以基于建模压力和感测压力之间的比较而确定。例如，阈值持续时间可以与建模压力和感测压力之间的差成比例。例如，阈值持续时间可以随建模压力和感测压力之间的差增加而增加。

在730处，该方法包括确定是否已经超过阈值涡轮劣化减缓动作持续时间。如果确定未超过阈值减缓动作持续时间(在730处为否)，则该方法返回至730。然而，如果确定已经超过阈值减缓动作持续时间(在730处为是)，则该方法返回至开始。

图8示出多种进入状况800。应当认识到，进入状况可以用在上面描述的方法700中。进入状况可以包括在802处涡轮压力大于阈值的状况、在804处涡轮温度大于阈值的状况、和/或在806处排气流量大于阈值的状况。进入状况可以附加地或替代地包括在808处油温度大于低阈值的状况、在810处油温度小于高阈值的状况、气流量(例如，压缩机下游的进气系统气流量)大于阈值的状况、已经设置涡轮劣化减缓策略中止标记的状况和/或发动机制动正在发生的状况。应当认识到，图8中示出的进入状况中的至少一种可以用作方法700中的状况。进一步地，在一些示例中，两种或更多种进入状况的组可以用在方法700中。注意，本文所包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统构造一起使用。本文公开的控制方法和程序可以存储为非临时性存储器中的可执行指令。本文描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或更多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行地执行或在某些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述提供。根据使用的特定策略，所示的动作、操作和/或功能中的一个或更多个可以被重复地执行。此外，所示的动作、操作和/或功能可以图形化地表示被程序化到发动机控制系统的计算机可读存储介质的非临时性存储器之内的代码。

应当认识到，本文所公开的配置和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，上述技术可以适用到V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置和其它特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

下面的权利要求具体指出被当做新颖的和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这样的权利要求应当被理解包括一个或多个这样的元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过本申请的修改或通过在这个或相关的申请中出现的新权利要求被要求保护。这样的权利要求，无论是比原权利要求范围更宽、更窄、等同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。

Claims (13)

1.一种用于操作发动机系统的方法，其包含：

基于一建模组的涡轮压力值和一感测组的涡轮压力值的比较，指示可变几何涡轮劣化，每组涡轮压力值包括所述涡轮上游的压力值和所述涡轮下游的压力值，所述可变几何涡轮定位在发动机汽缸下游。

2.根据权利要求1所述的方法，其中比较所述感测组的涡轮压力值和所述建模组的涡轮压力值中的每一个中的所述上游压力值和所述下游压力值的比，以确定所述指示的可变几何涡轮劣化。

3.根据权利要求2所述的方法，其中当所述压力比之间的差在大于所述建模组的涡轮压力值和所述感测组的涡轮压力值的误差阈值的范围以外，以及预期压力范围变化超过所述涡轮增压器的正常响应压力范围时，确定所述可变几何涡轮劣化，所述预期压力范围变化映射到所述发动机设置时间内操作的状况。

4.根据权利要求1所述的方法，其中比较所述感测组的涡轮压力值和所述建模组的涡轮压力值中的每一个中的所述涡轮两端的压力变化，以确定可变几何涡轮劣化。

5.根据权利要求4所述的方法，其中当所述涡轮两端的感测压力变化和所述涡轮两端的建模压力变化之间的差大于预定的压差阈值时，确定所述可变几何涡轮劣化，其中所述预定的压差阈值大于所述发动机在操作点处的预期建模准确性和压力变化。

6.根据权利要求1所述的方法，其中基于使用排气质量流量、建模或测量的涡轮叶片位置和排气温度的输入参数的孔流，确定所述建模组的涡轮压力值。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包含：响应于确定所述可变几何涡轮劣化，基于所述建模组的涡轮压力值和所述感测组的涡轮压力值的比较，从一组涡轮劣化减缓动作中选择涡轮劣化减缓动作。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述涡轮叶片劣化包括所述可变几何涡轮中的缓慢或不响应的叶片。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述建模组的涡轮压力值是建模的涡轮叶片位置的函数。

10.根据权利要求1所述的方法，其中响应于节气门踩加速器踏板事件，开始确定所述可变几何涡轮劣化。

11.一种发动机系统，其包含：

可变几何涡轮增压器，其包括定位在进气子系统中的压缩机和定位在排气子系统中的涡轮，所述进气子系统和所述排气子系统与所述发动机流体连通，所述涡轮包括多个可调整叶片和涡轮入口和涡轮出口；

电子控制子系统，其包括存储在存储器中的指令，由处理器执行该指令以：

响应于节气门踩加速器踏板，基于从邻近所述涡轮入口和所述涡轮出口的传感器接收的信号，确定感测涡轮入口压力和感测涡轮出口压力；

基于涡轮入口压力模型和涡轮出口压力模型，确定建模涡轮入口压力和建模涡轮出口压力；以及

基于所述建模和感测的涡轮入口压力和涡轮出口压力的比较，指示可变几何涡轮劣化。

12.根据权利要求11所述的发动机系统，其中所述电子控制子系统包括存储在存储器中的指令，由处理器执行该指令以：响应于所述可变几何涡轮劣化，基于所述建模和感测的涡轮入口压力和涡轮出口压力的比较，从一组涡轮劣化减缓动作中选择涡轮劣化减缓动作。

13.根据权利要求12所述的发动机系统，其中该组涡轮劣化减缓动作包括所述发动机系统中的涡轮旁通阀的调整、所述发动机系统中的排气再循环阀即EGR阀的调整、所述发动机系统中的节气门的调整和所述发动机系统中的燃料喷射的调整。