CN105545509A - 基于涡轮发动机加速的增压计划 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于调节供应至涡轮发动机汽缸内的进气压力的系统和方法。用于控制发动机中进气压力的方法包含基于发动机加速调节供应至泄压阀。例如，发动机加速可用于预测将来的发动机负载要求使得可以相应地计划进气压力调节。

Description

基于涡轮发动机加速的增压计划

技术领域

本发明涉及在活塞往复运动的内燃发动机中供应空气的系统和方法。

背景技术

为发动机提供新鲜空气供给系统是众所周知的，该空气供给系统用于从空气滤清器、进气支管向发动机汽缸内供应空气或可燃混合气。

已知有基于涡轮增压的增压方法。例如，响应于发动机转速达到一定转速时而增加进气压力以克服发动机动力不足的要求。

然而，发明人在此已经认识到在某些工况期间发动机转速可能迅速改变而基于发动机转速的进气压力调节由于一直保持着限定压力。因此，会导致发动机部件（例如涡轮增压器的叶轮、轴承、汽缸、活塞、活塞环）劣化。以及增压保持时的燃油增加和噪音的增加。特别是燃油的增加更不利于环保和节能。

发明内容

于是，本发明公开的系统和方法至少部分地解决了上述问题。在一个示例方法中，提供了一种用于控制发动机进气压力的方法。方法包含基于发动机加速调节供应至发动机的进气压力。例如，发动机加速可以用于预测将来的发动机进气压力要求使得可以相应地计划进气压力调节。

这样，可以相应地计划进气压力调节以考虑例如进气压力过大引起的噪音及油耗，使得可以在不同的发动机工况下满足发动机的进气压力要求。此外，由于以及时的方式满足了发动机当前的进气压力需要而不是以延续的方式实施，可以减少发动机部件的劣化。

根据本发明，提供一种用于控制发动机中进气的方法，包含：响应于发动机加速的增加而增加供应至发动机的进气压力而响应于发动机加速的减小而减小进气压力。

根据本发明的一个实施例，发动机加速是基于之前的发动机转速和当前的发动机转速。

根据本发明的一个实施例，响应于凸轮正时控制中的误差而进一步调节进气压力。

根据本发明的一个实施例，进一步包含：在第一发动机工况期间响应于加速将进气压力增加第一量，而在第二发动机运转工况期间响应于加速将进气压力增加第二量，其中第一量不同于第二量。

根据本发明另一方面，提供一种用于活塞往复运动的内燃式发动机的进气供应供给系统，该系统包含：电子控制单元；增压器；阀，用于以一定压力将空气从进气支管供应至包括至少一个需要增加进气压力的汽缸内；其中电子控制单元包括具有指令的存储器，指令用于基于发动机加速而调节阀的工况以调节从增压器供应至汽缸内的进气压力。

根据本发明的一个实施例，发动机加速是基于之前的发动机转速和当前的发动机转速。

根据本发明的一个实施例，电子控制单元进一步包括具有指令的存储器用于基于发动机加速预测将来的发动机转速并基于将来的发动机转速计划将来的进气压力调节。

根据本发明的一个实施例，电子控制单元进一步控制具有指令的存储器，指令用于响应于加速的增加而增加油压以及响应于加速的减小而减小进气压力。

根据本发明的一个实施例，电子控制单元进一步包括具有指令的存储器，指令用于：在第一发动机工况期间响应于加速而将进气压力增加第一量，而在第二发动机工况期间响应于加速将进气压力增加第二量，其中第一量不同于第二量。

根据本发明的一个实施例，电子控制单元进一步包括具有指令的存储器，指令用于：在发动机负载期间响应于加速而将进气压力增加第一量，而在发动机负载期间响应于加速将进气压力增加第二量，其中第一量不同于第二量。当燃料量的微分值的绝对值或发动机所需扭矩的微分值的绝对值小于预定值时，控制器可以确定区是稳速区，控制器可以进行控制以使得当区是稳速区时减少进气压力或关闭进气压力；

当供应到汽缸的燃料量的微分值的绝对值或发动机所需扭矩的微分值的绝对值大于或等于预定值并且燃料量的微分值或所需扭矩的微分值大于零时，控制器可以确定区是加速区，控制器可以控制，以使得当区是加速区时增加进气压力；

当供应到汽缸的燃料量的微分值的绝对值或发动机所需扭矩的微分值的绝对值大于或等于预定值并且燃料量的微分值或所需扭矩的微分值小于零时，控制器可以确定区是减速区，控制器可以控制，以使得当区是减速区时关闭进气压力。

应理解，提供上述概要用于以简化形式引入一系列原理，其将在具体实施方式中进一步进行描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由权利要求书确定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文或本说明书中任意部分所提到的缺点的实施方式。

具体实施方式

下文的描述涉及用于控制发动机中进气的系统和方法。可以基于发动机加速调节供应自发动机的进气系统的进气压力。这样，发动机转速和加速的改变可用于预测将来的发动机进气要求使得可以相应地计划增压调节。

内燃发动机的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机可以从包括控制器的控制系统接收控制参数，以及接收来自车辆驾驶员经由输入设备的输入。例如，控制器可以是电子控制单元（ECU）。在该示例中，输入设备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。

发动机的汽缸（本文中也称为“燃烧室”）可包括带有位于其中的活塞的燃烧室壁。活塞可和曲轴相连使得将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴可通过传动系统和乘用车的至少一个驱动轮相连。此外，起动马达可通过飞轮和曲轴相连以实现发动机的起动运转。排气连接至涡轮以对发动机进气系统增压。可以进气泄压阀或排气泄压阀以增加或减小进气压力。

汽缸能通过进气歧管或空气通道接收进气。进气通道可以和发动机的除汽缸之外的其它汽缸连通。在一些实施例中，一个或多个进气通道可包括增压装置，比如涡轮增压器或机械增压器。包括节流板的节气门系统可沿发动机的进气通道设置用于改变提供至发动机汽缸的进气的流率和/或压力。在该特定示例中，节流板连接至电动马达使得可以经由电动马达通过控制器控制节流板的位置。这种配置可以称为电子节气门控制（ETC），其还可以在怠速控制期间使用。

燃烧室为分别通过进气门a和b以及排气门a和b与进气歧管和排气歧管连通。因此，尽管一个汽缸可以使用四个气门，但是在另一个示例中每个汽缸还是可以使用单个进气门和单个排气门。在又一示例中，每个汽缸可以使用两个进气门和一个排气门。或每个汽缸可以使用三个进气门和两个排气门。

排气歧管能接收来自发动机除了汽缸之外的其它汽缸的排气。排气传感器显示为和催化转化器上游的排气歧管相连（其中传感器可对应于多种不同的传感器）。例如，传感器可以是用于提供排气空燃比指示的多种已知的传感器中的任何传感器，比如线性氧传感器、UEGO（通用或宽域排气氧传感器）、双态氧传感器、EGO（排气氧传感器）、HEGO（加热型EGO）或碳氢化合物（HC）或一氧化碳（CO）传感器。排放控制装置为位于催化转化器的下游。排放控制装置可以是三元催化剂（TWC）、NOx（氮氧化合物）捕集器、各种其它的排放控制装置或它们的组合。

在一些实施例中，发动机机的每个汽缸可包括用于发起燃烧的火花塞。在选择的运转模式下，点火系统可响应于来自控制器的火花提前信号SA经由火花塞向燃烧室提供点火火花。然而，在一些实施例中，可省略火花塞，比如发动机可以通过自动点火或燃料的喷射而发起燃烧，通常这可以是一些柴油发动机中的情形。

在一些实施例中，发动机的每个汽缸可以配置有一个或多个燃料喷射器用于向其中提供燃料。作为非限制性示例，燃料喷射器为直接连接至汽缸以经由电子驱动器与来自控制器的信号dfpw的脉冲宽度成比例地直接向其中喷射燃料。这样，燃料喷射器提供了已知为燃料进入汽缸的直接喷射（此后还称为“DI”）。

发动机可进一步包括压缩装置比如涡轮增压器或机械增压器或电子涡轮增压器，该涡轮增压器或机械增压器或电子增压器至少包括沿压缩器通道设置的压缩器，该通道可包含增压传感器以测量空气压力。对于涡轮增压器，可至少部分通过沿排气通道设置的涡轮（例如经由轴）驱动压缩器。对于机械增压器，可通过发动机和/或电机至少部分地驱动压缩器，并且可以不包括涡轮。对于电子涡轮增压器，可通过电机驱动压缩器，并且可以不包括涡轮和机械。因此，可通过控制器改变经由涡轮增压器或机械增压器或电子涡轮增压器提供至发动机一个或多个汽缸的压缩量。

控制器显示为微型计算机，包括：微处理器单元、输入/输出端口、用于执行程序和校准值的电子存储媒介（在该特定示例中显示为只读存储器（ROM）芯片、随机存取存储器（RAM）、不失效（keepalive）存储器（KAM））以及常规数据总线。控制器显示为接收来自和发动机相连的传感器的各种信号，除了上文讨论的那些信号，还包括：来自与节气门连接的空气质量流量传感器的吸入的空气质量流量（MAF）的测量值；来自和冷却套筒连接的温度传感器的发动机冷却液温度（ECT）；来自与曲轴连接的霍尔效应传感器的表面点火感测（PIP）信号；以及来自节气门位置传感器的节气门位置TP；来自传感器的歧管绝对压力信号MAP；来自爆震传感器的爆震的指示；以及来自传感器的绝对或相对环境湿度的指示。通过控制器以常规的方式从信号PIP产生发动机转速信号RPM，并且来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP提供了进气歧管中真空或压力的指示。在化学计量运转期间，该传感器能给出发动机负荷的指示。此外，该传感器和发动机转速一起能提供吸入汽缸的充气（包括空气）的估算值。在一个示例中，传感器（其也用作发动机转速传感器）对曲轴的每个旋转产生预订数目的等距脉冲。如下文描述的，来自发动机转速传感器的发动机转速测量值可用于确定曲轴的加速。

在该特定示例中，催化转化器的温度T_cat1由温度传感器提供而排放控制装置的温度T_cat2由温度传感器提供。在替代的实施例中，可从发动机运转推断温度T_cat1和温度T_cat2。

可变凸轮轴正时（VCT）系统。尽管可以使用其它的方法，但是在该示例中显示为顶置凸轮系统。具体地，发动机的凸轮轴显示为与摇臂和连通以驱动进气门a、b和排气门a、b。VCT系统可以是油压驱动的（OPA）、凸轮扭矩驱动的（CTA）或者其组合驱动。

对于涡轮增压和机械增压，当发动机以恒定速度行驶时，阀打开，涡轮不工作。对于因路况的改变，ECU在不改变转速的情况下，适时地关闭阀使涡轮工作来提高发动机的扭力。ECU根据上述的不同传感器的数值比较将阀适时的打开或关闭，以实现对进气压力在最低点到最高点之间转换。

对于电子涡轮增压，当发动机以恒定速度行驶时，阀打开，涡轮不工作。对于因路况的改变，ECU在不改变转速的情况下，适时地关闭阀使涡轮工作来提高发动机的扭力。ECU根据上述的不同传感器的数值比较将阀适时的打开或关闭，以实现对进气压力在最低点到最高点之间转换。

基于当前的和之前的发动机转速怎样来确定发动机加速以及随后怎样将加速用于预测将来的或随后的发动机增压要求使得可以相应地计划增压改变。发动机转速随时间增加。时间t₁处的当前发动机转速和在时间t₀处之前的发动机转速可用于基于时间t₀和t₁之间发动机转速曲线的斜率来确定发动机加速。基于斜率可以预测t₂处将来的或随后的发动机转速。这个预测的发动机转速然后可用于基于进气供给系统的响应时间来计划进气压力调节。例如，如果进气压力供给系统的响应时间是1秒，那么可以基于从t₂之前的发动机转速确定的加速来计划进气压力调节以在达到时间t₂前的1秒启动。

基于发动机加速而调节供应至发动机的进气压力。是否满足进入条件，例如，进入条件可以基于油温、油压、环境压力和/或多种其它的发动机工况。在一些示例中，例如，发动机从停机冷起动之后或者在发动机怠速、牵引模式、巡航模式或者发动机转速没有非常迅速地改变的其它状况期间，方法可以退出，因为发动机的状态相当稳定并且可预测地可以及时的方式满足进气压力需要。

在满足进入条件，方法包括确定发动机加速。例如，方法可包括通过传感器以及可以基于当前的发动机转速（RPM）和一个或多个之前的发动机转速确定曲轴加速。

方法可选地可包括确定发动机加速是否高于阀值。例如，在发动机转速没有迅速改变的发动机工况期间（例如，当发动机加速低于阀值时）可以第一速率经由传感器取样发动机转速读数。然而，在一些示例中，在发动机转速迅速改变的发动机工况期间（例如，当发动机加速高于阈值时）增加发动机转速的取样速率可能是有利的。因为如上文所述是基于发动机转速读数来确定加速的，增加该取样速率可增加对加速预测的精确度使得可以计划将来的进气压力调节以满足压力要求。

因此，如果发动机加速高于阈值，方法以增加发动机转速的取样速率。如果在加速不高于阀值或者在增加发动机转速的取样速率之后。

方法包括基于加速调节进气压力。例如，可通过调节阀来调节涡轮的进气压力。该调节可以进一步基于当前的发动机转速。例如，可以与一个或多个之前的发动机转速（例如时间t₀处的）一致地使用时间t₁处当前的发动机转速以确定基于其进行进气压力调节的加速。

例如，进气压力可以响应于预测的发动机转速的增加而增加以及响应于预测的发动机转速的减小而减小。作为另一个示例中，油压可以响应于加速的增加而增加以及响应于加速的减小而减小。在又一些其它示例中，响应于正的发动机加速（例如增加的发动机转速）当前高于阀值发动机加速而可以暂时地增加进气压力并且随后减小，而仅在响应于负的发动机加速（例如减小的发动机转速）当前小于负的阀值发动机加速时而减小进气压力。

此外，在不同的发动机工况期间可以区别地调节进气压力。例如，在第一发动机工况期间基于加速可将进气压力调节第一量而在第二发动机工况期间基于加速将进气压力调节第二量，其中即使对于相同水平的加速而言第一量也不同于第二量。例如，在第一状况期间响应于发动机加速高于阀值可以将发动机进气压力增加第一量，而在第二状况期间响应于发动机加速高于阀值可将发动机进气压力增加第二、更小的量，其中第二状况代表比第一状况更小的发动机负荷状况。作为其它示例，例如，在增压状况期间，响应于正的发动机加速的阀值水平而提供的发动机进气压力的增加比非增压状况期间的更加激进。

在又一些其它示例中，进气压力调节可以基于发动机加速的水平和可变凸轮正时（VCT）工况。例如，响应于发动机加速高于阀值并且VCT误差的绝对值（例如，期望的VCT位置和实际的VCT位置之间的差异）高于阀值，增加进气压力。

方法包括基于加速而调节其它的发动机运转参数。例如，加速还可用于计划用于其它发动机子系统（比如VCT执行器）的油压调节。

当供应到汽缸的燃料量微分值的绝对值或发动机所需的扭矩的微分值的绝对值小于预定值时，控制器可以确定操作区域是稳速驾驶区域，当供应到汽缸的燃料量微分值的绝对值或发动机所需的扭矩微分值的绝对值大于或等于预定值并且燃料量的微分值或所需扭矩的微分值大于零时，控制器确定操作区域是加速驾驶区域，当供应到汽缸的燃料量微分值的绝对值或发动机所需扭矩的微分值的绝对值大于或等于预定值并且燃料量的微分值或所需的扭矩的微分值小于零时，控制器确定操作区域是减速驾驶区域。

根据本发明的各个方面，包括增压器以及控制增压器的阀和发动机的控制器(其中控制器执行一系列命令)的发动机控制方法可以包括：测量供应到发动机的汽缸的燃料量和发动机所需的扭矩；根据供应到汽缸的燃料量和发动机所需要的扭矩确定区是稳速区、加速区还是减速区；以及控制喷射入汽缸中的燃料的喷射正时和涡轮增压器进气增压值。

区可以包括对供应到汽缸的燃料量或发动机所需的扭矩求微分；将燃料量微分值的绝对值或所需扭矩的微分值的绝对值与预定值相比较；以及确定燃料量或所需扭矩的微分值是否大于零。

当燃料量的微分值的绝对值或发动机所需扭矩的微分值的绝对值小于预定值时，控制器可以确定区是稳速区。

当供应到汽缸的燃料量的微分值的绝对值或发动机所需扭矩的微分值的绝对值大于或等于预定值并且燃料量的微分值或所需扭矩的微分值大于零时，控制器可以确定区是加速区。

当供应到汽缸的燃料量的微分值的绝对值或发动机所需扭矩的微分值的绝对值大于或等于预定值并且燃料量的微分值或所需扭矩的微分值小于零时，控制器可以确定区是减速区。

控制器可以进行控制以使得当区是稳速区时减少进气压力或关闭进气压力。

控制器可以控制，以使得当区是加速区时增加进气压力。

控制器可以控制，以使得当区是减速区时关闭进气压力。

根据本发明的各个实施例，由于根据稳速区、加速区以及减速区来控制阀的开启和关闭时间及燃料的喷射正时，所以改善了燃料消耗并且最小化排放气体。

本领域内的技术人员应理解，通过示例的方式参考一个或多个实施例提供了描述，但是不限于所公开的实施例，并且不脱离本发明在权利要求书中陈述的范围可以构建针对公开的实施例或替代实施例的一个或多个变型。

本领域内的一个普通技术人员所理解的，方法代表任意数量处理策略中的一者或多者，比如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所描述的各个步骤和功能可以描述的顺序、并行执行，或在某些情况下有所省略。同样，由于便于说明和描述，处理顺序并非达到本文描述的目标、功能和优点所必需的，而提供用于说明和描述的方便。即使没有明确地描述，本领域内的普通技术人员可理解根据使用的特定策略可反复执行一个或多个描述的步骤或功能。

应当理解本说明书公开的配置和程序实际是示例性的，并且那些具体的实施例或示例不应当认为是限制，因为可预期多种的变型。例如，上述技术能应用到V6、I4、I6、V12、对置4缸以及其它种类的发动机。本发明的主题包括所有在此公开的多种系统和配置以及其它特征、功能和/或属性的新颖的和非显而易见的组合。

权利要求特别指出了某些认为是新颖的非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可提及“一个”要素或“第一”要素或其等效。这样的权利要求应该理解为包括一个或多个这样的要素的合并，既不要求也不排除两个或更多这样的要素。公开的特征、功能、要素和/或属性的其它组合和子组合可通过修改当前的权利要求或在本申请或相关申请里通过正式提交的新权利要求来要求保护。这样的权利要求，不管在保护范围上和原始权利要求相比是宽、窄、同样的或不同的，也认为包括在本发明所公开的主题中。

Claims (9)

1.一种用于控制涡轮发动机进气增压的方法，包含：基于发动机加速而调节供应至所述发动机的进气压力；调节供应至所述发动机的进气压力包括调节进气泄压阀与排气泄压阀连接的电磁阀。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机加速是发动机曲轴加速并且所述调节进一步基于当前的发动机转速。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机加速基于之前的发动机转速和当前的发动机转速。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包含响应于所述发动机加速高于阀值而增加发动机转速的取样速率。

5.根据权利要求3所述的方法，进一步包含基于所述发动机加速预测将来的发动机转速并基于所述将来的发动机转速计划所述将来的进气压力调节。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，调节供应至所述发动机的进气压力包括响应于预测的发动机转速的增加而增加进气压力以及响应于预测的发动机转速的减小而减小进气压力直至关闭进气压力。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包含基于所述发动机加速调节发动机运转参数。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于发动机加速调节供应至所述发动机的进气压力包括响应于所述加速的增加而增加进气压力以及响应于所述加速的减小而减小进气压力。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于发动机加速调节供应至所述发动机的进气压力包括：

当燃料量的微分值的绝对值或发动机所需扭矩的微分值的绝对值小于预定值时，控制器可以确定区是稳速区，控制器可以进行控制以使得当区是稳速区时减少进气压力或关闭进气压力；

当供应到汽缸的燃料量的微分值的绝对值或发动机所需扭矩的微分值的绝对值大于或等于预定值并且燃料量的微分值或所需扭矩的微分值大于零时，控制器可以确定区是加速区，控制器可以控制，以使得当区是加速区时增加进气压力；

当供应到汽缸的燃料量的微分值的绝对值或发动机所需扭矩的微分值的绝对值大于或等于预定值并且燃料量的微分值或所需扭矩的微分值小于零时，控制器可以确定区是减速区，控制器可以控制，以使得当区是减速区时关闭进气压力。