CN106351731B - 用于增压控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于增压控制的方法和系统。提供了用于在具有多个分级充气增压装置的发动机系统中的涡轮增压器的转速控制的方法和系统。在一个示例中，压缩空气通过涡轮增压器压缩机来提供，直到涡轮增压器转速达到极限为止。此后，操作下游机械增压器的压缩机以共享负载。

Description

用于增压控制的方法和系统

技术领域

本说明书通常涉及用于使在配置有涡轮增压器和机械增压器的分级增压发动机系统中能够进行压力控制的方法和系统。

背景技术

发动机系统可以被配置有增压装置(诸如涡轮增压器或机械增压器)，用于提供增压空气充气和改善峰值功率输出。使用压缩机允许较小排量的发动机提供与较大排量的发动机一样多的功率，但具有额外的燃油经济性的益处。此外，一个或多个进气充气装置可以与进气涡轮增压器串联或并联分级，以改善涡轮增压发动机的增压响应。

多级进气充气系统的一个示例由Stewart在美国专利7,958,730中示出。在其中，高压涡轮在低压涡轮的上游分级，每个涡轮联接到对应的压缩机。多级配置允许在增压发动机系统中的多个自由度，从而启用两个设定点的控制，其中一个设定点包括增压压力。

然而，本文的发明人已经确定了使用此类多级系统的潜在问题。作为一个示例，涡轮增压发动机系统可具有若干硬件极限，诸如最大涡轮增压器轴速，这在高发动机负载下或在高空处操作车辆时可以被违反。同样地，由于基本上即时机械退化的潜在性，所以不能够超过涡轮增压器的转速极限。当前的控制系统可以通过当预期此类约束违反时消减最大增压压力而解决该问题。此外，气流致动器可以被调整以降低增压压力，诸如通过打开排气废气门和/或压缩机再循环阀。然而，增压输出下降到驾驶员需求的增压压力下可导致扭矩要求的显著的不足递送(under-delivery)，和车辆驾驶性能的下降。另外，车辆操作者的驾驶体验降低。

发明内容

鉴于这些问题，提供了用于在具有多个分级充气增压装置的增压发动机中改善涡轮增压器部件的转速控制的方法。该方法包括：绕过第二压缩机并且经由第一压缩机提供压缩空气流给活塞式发动机；以及响应于第一压缩机的轴速等于或高于阈值，使第二压缩机加速。用这种方式，使能够进行涡轮增压器的转速控制而不降级增压发动机性能。

作为一个示例，增压发动机系统可包括在涡轮增压器的上游联接的电动机械增压器。例如，机械增压器可以联接到增压空气冷却器的上游。在当需要增压时并且同时涡轮加快旋转(spinning up)的条件期间，电动机械增压器可以用于提供压缩空气给发动机。然后，一旦涡轮加快旋转，涡轮增压器压缩机就可以用于在绕过机械增压器的同时提供压缩空气给发动机。可以基于例如涡轮转速或涡轮增压器压缩机转速监测涡轮增压器轴速。如果涡轮增压器压缩机轴达到转速极限(或者如果涡轮增压器压缩机或涡轮转速达到转速极限)，同时所要求的增压压力由涡轮增压器提供，那么电动机械增压器可以加快旋转，以减少在涡轮增压器上的负载。具体地，机械增压器可以被激活以共享一部分总的需用功率。由于涡轮增压器与机械增压器之间的负载共享，所以降低了涡轮增压器的操作转速。机械增压器压缩机可以在基于涡轮增压器轴速的转速下经由电动马达和发动机曲轴中的一个或多个旋转，当涡轮增压器轴速超过转速极限时，机械增压器压缩机转速增加。另外，经由电动马达递送至机械增压器的功率相对于曲轴的比率也可以基于涡轮增压器轴速来调整。一旦已控制涡轮增压器转速，就可以禁用机械增压器，并且可以再次经由涡轮增压器提供压缩空气。

经由第二上游机械增压器压缩机的操作共享第一下游涡轮增压器压缩机的增压负载的技术效应在于涡轮增压器压缩机超速能够解决而不降级增压发动机性能。通过操作机械增压器以减少由涡轮增压器提供的增压负载，第一压缩机的转速能够降低而不需要经由压缩机再循环阀或废气门的操作降低在第一压缩机处的增压压力。通过降低涡轮增压器转速，延长部件寿命。通过使用机械增压器以既降低涡轮增压器转速又维持增压压力，避免扭矩要求的不足递送，并且不降级车辆驾驶性能。总体而言，改善了具有分级充气装置的增压发动机系统的性能。

应当理解，提供上述发明内容是为以用简化的形式介绍在详细描述中进一步描述的概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由随附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的以上或任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了具有多个分级充气增压装置的增压发动机系统的示例实施例。

图2示出了图示可以被实现用于通过操作机械增压器压缩机而降低涡轮增压器压缩机的转速的程序的高级流程图。

图3示出了图示可以被实现用于使用来自电动马达的功率与来自发动机曲轴的功率的可变比率使机械增压器压缩机加速的程序的高级流程图。

图4示出了可以用于降低在机械增压器压缩机的下游分级的涡轮增压器的超速的示例调整。

具体实施方式

以下描述涉及用于改善在具有分级增压装置的发动机系统中(诸如在图1的增压发动机系统中)的涡轮增压器转速控制的系统和方法。控制器可以被配置为执行程序(诸如图2-图3的示例程序)，从而增加下游压缩机的转速以减少负载，并且从而降低上游压缩机的温度。参照图4示出示例温度控制操作。通过操作第二压缩机，能够抑制第一压缩机的超温同时继续满足驾驶员扭矩需求。

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。在所描绘的实施例中，发动机10是包括多个分级增压装置的增压发动机。具体地，发动机10包括在第二增压装置15的下游分级的第一增压装置13。该配置导致(第一增压装置的)第一压缩机114被定位在(第二增压装置的)第二压缩机110的下游的发动机进气道42中。在本示例中，第一增压装置是涡轮增压器13，而第二增压装置是电动机械增压器15。

涡轮增压器13包括由涡轮116驱动的第一压缩机114。第一压缩机114被示出为经由轴19机械地联接到涡轮116的涡轮增压器压缩机，涡轮116通过膨胀发动机排气驱动。在一个实施例中，涡轮增压器可以是双涡流装置。在另一个实施例中，涡轮增压器可以是可变几何形状的涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何形状根据发动机工况主动变化。新鲜空气经由空气净化器112沿进气道42引入到发动机10中并且流向第二压缩机110。在选定的条件期间，如下所详述，由涡轮增压器13压缩的空气可以通过调整压缩机再循环阀(CRV)62的开度从压缩机114的出口穿过第一压缩机旁路60再循环到压缩机114的入口。CRV 62可以是连续可变阀，并且增加再循环阀的开度可包括致动(或通电)阀门的螺线管。

如图1所示，第一压缩机114穿过增压空气冷却器(CAC)18(本文也称为中间冷却器)联接到节流阀20。节流阀20联接到发动机进气歧管22。在第一压缩机处从第二压缩机110接收空气。来自第一压缩机的压缩空气充气穿过增压空气冷却器18和节流阀流向进气歧管。例如，增压空气冷却器可以是空气-空气或水-空气热交换器。在图1所示的实施例中，在进气歧管内的空气充气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器124感测。

电动机械增压器15包括由电动马达108驱动的第二压缩机110。具体地，压缩机风扇由沿机械增压器压缩机轴80从电动马达接收的功率驱动。马达108由车载能量存储装置诸如系统电池106供电。然后，由第二压缩机110压缩的空气被递送至第一压缩机114。然后，在第一压缩机114的压缩机入口处接收的新鲜空气被引入到发动机10中。在选定的条件期间，如下所详述，空气可以绕过机械增压器15并且通过调整旁通阀72的开度被引导穿过第二压缩机旁路70。在这些条件期间，压缩空气可以仅经由涡轮增压器的第一压缩机114被递送至发动机10。

另外，机械增压器15的第二压缩机110可以经由离合器和齿轮机构由发动机曲轴驱动。同样地，发动机扭矩可以经由动力传动系统轴84传递至车辆车轮47。具体地，发动机扭矩可以从曲轴40被中继到变速器48，并且在其上中继到车轮47。变速器48可以是固定比率的变速器，其包括多个齿轮比以允许发动机10以不同于车轮47的转速转动。离合器(未示出)可以设置在发动机曲轴40和变速器48之间。通过改变离合器的扭矩传递容量(例如，离合器滑移的量)，经由动力传动系统轴中继到车轮的发动机扭矩的量可以被调整。除了将发动机扭矩传递到车辆车轮之外，发动机扭矩可以经由传动系86传递到机械增压器压缩机轴80。具体地，发动机扭矩可以经由离合器82在电动马达108下游的位置处从曲轴40中继到机械增压器压缩机轴80。通过改变离合器82的扭矩传递容量(例如，离合器滑移的量)，用于驱动机械增压器压缩机的发动机扭矩(相对于马达扭矩)的量可以被调整。虽然未示出，但多个齿轮比可以被包括在传动系86中以允许发动机10以不同于机械增压器压缩机110的转速转动。可以理解，在替代实施例中，传动系86可以在电动马达108上游的位置处联接到机械增压器压缩机轴80。经由电动马达电驱动机械增压器压缩机的功率相对于经由发动机曲轴机械地驱动机械增压器压缩机的功率的比率可以基于发动机工况进行调整，如在图3所详述。

可以理解，如本文所用，第一压缩机是指分级压缩机的下游，并且第二压缩机是指分级压缩机的上游。在一个非限制性的示例中，如所描绘的，第一下游压缩机是涡轮增压器压缩机，而第二上游压缩机是机械增压器压缩机。然而，增压装置的其它组合和配置是可以的。

在选定的条件期间，诸如在踩加速器踏板期间，当从无需增压的发动机操作到需要增压的发动机操作时，能够发生涡轮迟滞。这是由于在涡轮加快旋转中的延迟和在踩加速器踏板时节气门打开时穿过第一压缩机114的流量降低导致。为了降低该涡轮迟滞，在那些选定的条件期间，机械增压器15和涡轮增压器13两者都可以被启用。具体地，在涡轮116加快旋转的情况下，增压压力能够由下游机械增压器压缩机110提供。启用机械增压器包括从电池106汲取能量以旋转马达108，从而使第二压缩机110加速。另外，旁通阀72可以被关闭，以便使较大部分的空气能够由第二压缩机110压缩。然后，当涡轮已经充分加快旋转且能够驱动第一压缩机114时，第二压缩机可以通过禁用马达108而被减速，另外，旁通阀72可以被打开，以便使较大部分的空气能够绕过第二压缩机110。

同样地，涡轮增压器可具有若干硬件极限，诸如最大涡轮增压器轴速。如果涡轮增压器轴速超过该最大值达一定的时间段，那么涡轮增压器稳定性可以由于即时机械故障而降级。如本文在图2-图3所详述，在当检测或预测约束违反的条件期间，诸如当预测或检测(基于涡轮转速或涡轮增压器压缩机转速推断的)涡轮增压器轴速将高于阈值时，控制器可通过启用机械增压器压缩机而减少涡轮增压器压缩机的负载。具体地，第二压缩机可以被重新启用和加速，导致在第一压缩机处负载的下降。通过操作第二压缩机以减少第一压缩机的负载，能够减小第一压缩机的涡轮增压器压缩机转速，而无需发动机气流被消减并且无需不足递送的发动机扭矩。

在选定的条件期间，诸如在松加速器踏板期间，当从具有增压的发动机操作到不具有增压或降低的增压的发动机操作时，能够发生压缩机喘振。这是由于当松加速器踏板时节气门关闭时穿过第一压缩机的流量减少导致。穿过第一压缩机的降低的顺流能够引起喘振并且降级涡轮增压器的性能。另外，喘振能够导致NVH问题，诸如来自发动机进气系统的不期望的噪声。为了降低压缩机喘振，由第一压缩机114压缩的至少一部分进气可以被再循环至压缩机入口。这允许过量的增压压力被基本上即时减小。压缩机再循环系统可包括再循环通道60，其包括用于在增压空气冷却器18的上游将(暖)压缩空气从第一压缩机114的压缩机出口再循环到第一压缩机114的压缩机入口的压缩机再循环阀62。在一些实施例中，压缩机再循环系统可另选地或除此之外地包括用于在增压空气冷却器的下游将(冷却)压缩空气从压缩机出口再循环到压缩机入口的再循环通道。

阀门62和阀门72中的一个或两个可以是连续可变阀，其中阀门的位置从完全关闭位置到完全打开位置是连续可变的。另选地，压缩机再循环阀62可以是连续可变阀，而压缩机旁通阀72是开闭阀。在一些实施例中，CRV 62在增压发动机操作期间可以通常部分地打开以提供一些喘振裕度。在本文，部分打开的位置可以是默认的阀位置。然后，响应于喘振的指示，CRV 62的开度可以增加。例如，(一个或多个)阀门可以从默认的部分打开的位置朝向完全打开位置移动。在那些条件期间，(一个或多个)阀门的开口程度可以基于喘振的指示(例如，压缩机比率、压缩机流率、压缩机两端的压差等)。在替代示例中，CRV 62可以在增压发动机操作(例如，峰值性能条件)期间保持关闭，以改善增压响应和峰值性能。

一个或多个传感器可以联接到第一压缩机114(如图所示)和/或第二压缩机110(未示出)的入口。例如，温度传感器55可以联接到入口用于估计压缩机入口温度。作为另一个示例，压力传感器56可以联接到入口用于估计进入压缩机的进气压力。然而，其它传感器可包括，例如，空气-燃料比传感器、湿度传感器等。在其它示例中，一个或多个压缩机入口条件(诸如湿度、温度等)可以基于发动机工况来推断。传感器可估计在压缩机入口处从进气道接收的进气空气以及从CAC的上游再循环的进气的条件。一个或多个传感器也可以在压缩机114和压缩机110的上游联接到进气道42，用于确定进入压缩机的进气的组成和状况。这些传感器可包括，例如，歧管气流传感器57。

进气歧管22通过一系列进气门(未示出)联接到一系列燃烧室30。燃烧室经由一系列排气门(未示出)进一步联接到排气歧管36。在所描绘的实施例中，示出了单个排气歧管36。然而，在其它实施例中，排气歧管可包括多个排气歧管部分。具有多个排气歧管部分的配置可使来自不同燃烧室的流出物能够被引导到在发动机系统中的不同位置。

在一个实施例中，排气门和进气门中的每个可以是电子致动或控制的。在另一个实施例中，排气门和进气门中的每个可以是凸轮致动或控制的。无论是电子致动还是凸轮致动，排气门和进气门打开和关闭的正时可以根据期望燃烧和排放控制性能的需要进行调整。

可以给燃烧室30供应一种或多种燃料，诸如汽油、酒精燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可以经由直接喷射、进气道喷射、节流阀体喷射或它们的任何组合供应到燃烧室。在燃烧室中，燃烧可以经由火花点火和/或压缩点火启动。

如图1所示，来自一个或多个排气歧管部分的排气被引导到涡轮116以驱动涡轮。当期望减少的涡轮扭矩时，一些排气可以反而被引导穿过废气门90，从而绕过涡轮。废气门致动器92可以被致动打开以经由废气门90从涡轮的上游倾卸至少一些排气压力到涡轮的下游的位置。通过降低在涡轮上游的排气压力，能够减小涡轮转速。

然后，来自涡轮和废气门的组合流流过排放控制装置170。一般而言，一个或多个排放控制装置170可包括一种或多种排气后处理催化剂，其被配置为能够催化处理排气流，并且从而减少在排气流中的一种或多种物质的量。例如，一种排气后处理催化剂可以被配置为当排气流稀时从排气流捕集NO_x，并且当排气流富时降低捕集的NO_x。在其它示例中，排气后处理催化剂可以被配置为歧化(disproportionate)NO_x或借助于还原剂选择性地还原NO_x。在其它示例中，排气后处理催化剂可被配置为氧化排气流中的残余烃和/或一氧化碳。具有任何此类功能的不同排气后处理催化剂可以单独或一起被布置在封闭底漆中或在排气后处理阶段中的其他地方。在一些实施例中，排气后处理阶段可包括被配置为捕集和氧化在排气流中的碳烟微粒的可再生的碳烟过滤器。

来自排放控制170的经处理的排气的全部或一部分可以经由排气导管35被释放到大气中。然而，根据工况，一些排气可以反而经由包括EGR冷却器和EGR阀的EGR通道(未示出)被转移到进气道。EGR可以被再循环到第一压缩机114、第二压缩机110或二者的入口。

发动机系统100还可包括控制系统14。控制系统14被示出为从多个传感器16(本文描述传感器的各种示例)接收信息和发送控制信号给多个致动器81(本文描述致动器的各种示例)。作为一个示例，传感器16可包括位于排放控制装置的上游的排气传感器126、MAP传感器124、排气温度传感器128、排气压力传感器129、压缩机入口温度传感器55、压缩机入口压力传感器56以及MAF传感器57。诸如额外的压力、温度、空气/燃料比的其它传感器和组分传感器可以联接到发动机系统100中的不同位置。致动器81可包括，例如，节气门20、压缩机再循环阀62、压缩机旁通阀72、电动马达108、废气门致动器92和燃料喷射器66。控制系统14可包括控制器12。控制器可从各种传感器接收输入数据，处理输入数据，并且基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令采用各种致动器。基于在其中对应于一个或多个程序(诸如本文参照图2-图3所描述的示例控制程序)编程的指令或代码，控制器可响应于处理的输入数据采用致动器。

现在转向图2，示例程序200被示出为用于响应于下游增压装置(例如，涡轮增压器)的压缩机的温度约束而操作下游增压装置(例如，机械增压器)的压缩机。基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1所描述的传感器)接收的信号，用于实现方法200和本文中所包括的其余方法的指令可以由控制器来执行。控制器可根据下面所描述的方法采用发动机系统的发动机致动器以调整发动机操作。

在202处，方法包括估计发动机工况，诸如发动机转速、踏板位置、操作者扭矩要求、环境条件(环境温度、压力、湿度)、发动机温度等。在204处，方法包括确定是否需要增压。在一个示例中，在中高发动机负载下可以需要增压。在另一个示例中，响应于操作者踏板踩加速器踏板或驾驶员扭矩需求的增加可以需要增压。如果不需要增压，诸如当发动机负载低或驾驶员扭矩需求低时，那么方法移动到206，其中发动机用自然吸气操作。

如果需要增压，那么在208处，方法包括启动第二上游压缩机，而联接到第一下游压缩机的涡轮加快旋转。在本文，响应于驾驶员需求扭矩的增加，使第二压缩机加速并且增加到发动机的压缩空气流。在本文，第二压缩机沿空气进气道在第一压缩机的上游分级。此外，第二压缩机由电动马达驱动，而第一压缩机由排气涡轮驱动。在一个示例中，如参考图1所示，第一压缩机是涡轮增压器压缩机，而第二压缩机是机械增压器压缩机。在本文，使第二压缩机加速包括使用从电池汲取的功率经由电动马达旋转第二压缩机。例如，第二压缩机可以通过调整机电致动器来旋转，所述机电致动器联接到机械增压器的电动马达以通过从控制器发送控制信号给致动器而在更高的转速下转动马达。第二压缩机在基于增压要求上的增加的转速下加速。因而，压缩空气经由第二压缩机提供给发动机。

同样地，电动机械增压器可具有130ms-200ms的响应时间(即，空转到100％占空比)，并且因此与典型的涡轮增压器的响应时间(1秒-2秒)相比可以能够快得多地递送增压。因此，电动机械增压器的第二压缩机可以能够显著更快地填补涡轮迟滞。

当排气热和压力由于缸内燃烧而产生时，排气涡轮转速增加，从而驱动第一压缩机。在210处，确定涡轮转速是否高于阈值，诸如高于其中涡轮增压器能够保持增压要求的阈值。如果不是这样，那么在212处，维持(机械增压器的)第二压缩机的操作。

如果涡轮转速高于阈值，那么在214处，方法包括，通过例如基于从控制器发送给马达的机电致动器的降低马达转速的信号禁用电动马达，使第二压缩机减速。另外，旁通阀(诸如旁通阀72)可以打开，从而允许由第一压缩机压缩的空气绕过第二压缩机并流向发动机。具体地，通过从控制器发送控制信号给致动器，联接到跨过第二压缩机的旁路中的旁通阀的机电致动器可以被调整，以将旁通阀转动到更打开的位置。因此，在涡轮已经充分加快旋转后，方法包括绕过第二压缩机并且经由第一压缩机提供压缩空气流给活塞式发动机。在本文，压缩空气未经由第二压缩机被提供给发动机。用这种方式，通过瞬时操作机械增压器的第二压缩机，直到涡轮增压器涡轮加快旋转为止，由于在加快旋转第一压缩机中的延迟导致的涡轮迟滞被降低。

在216处，可以确定联接到第一压缩机的轴是否在硬件极限处或附近操作，诸如轴速极限。具体地，可以确定联接到第一压缩机轴的轴的转速是否等于或高于阈值转速。在一个示例中，可以确定第一压缩机轴速是否高于191,000RPM。同样地，由于涡轮增压器轴联接第一压缩机到涡轮，所以在替代示例中，可以确定第一压缩机转速是否等于或高于阈值转速，或者，涡轮转速是否等于或高于阈值转速。在一个示例中，在210处评估的涡轮转速可以相对于第一较低的阈值转速进行比较，以确定是否停用第二压缩机。相比之下，在216处评估的涡轮转速可以相对于第二较高的阈值转速进行比较，以确定是否已经达到硬件极限，以及是否重激活第二压缩机。

如果涡轮增压器轴速(如从第一压缩机转速或涡轮转速所确定的)低于阈值转速，那么在217处，该方法包括通过维持一个或多个致动器的位置在当前位置处而维持(涡轮增压器的)第一压缩机的操作。特别地，方法包括经由(仅)第一压缩机继续使压缩空气流向活塞式发动机，并且同时通过维持旁通阀在当前位置处而绕过第二压缩机，同时继续旋转第一压缩机。

响应于涡轮增压器的轴速等于或高于阈值转速，该方法包使第二压缩机加速，以减少第一压缩机的负载(并且从而降低轴速)。具体地，在218处，该方法包括估计对于基于相对于阈值的轴速而降低第一压缩机的轴速所需的第二压缩机转速(或机械增压器功率)，同时维持发动机的增压压力。

其中，首先，期望的增压压力可以基于期望的空气质量流量(驾驶员扭矩需求)来确定。然后，涡轮增压器的轴速可以基于发动机工况来计算(即，预测)。

如果如基于期望增压压力预测的涡轮增压器轴速(或预测的涡轮转速或第一压缩机转速)大于最大转速极限，那么对于降低涡轮增压器轴速至安全值所需的机械增压器功率(具体地，机械增压器转速)可以使用基于期望压力比和估计的空气质量流量的模型来确定。

在220处，方法包括比较估计的第二压缩机转速与阈值转速。阈值转速可以基于可从电动机械增压器得到的最大功率。如果估计的第二压缩机转速低于第二压缩机的阈值转速(即，从机械增压器请求的功率小于可从机械增压器汲取的最大功率)，那么在222处方法包括使第二压缩机加速以减少负载和第一压缩机的轴速。使第二压缩机加速包括不绕过第二压缩机同时继续经由第一压缩机提供压缩空气。加速还包括在基于相对于阈值的第一压缩机的出口温度的转速下基于来自控制器的信号操作电动马达，当第一压缩机的出口温度超过阈值时，电动马达的转速增加。此外，电动马达可以由控制器发送信号给致动器而加速，其关闭或减少发动机曲轴与第二压缩机之间联接的离合器的滑动，从而将发动机扭矩从曲轴传递到第二压缩机。可以使第二压缩机加速直到涡轮增压器轴速低于阈值转速为止。然后，可以使第二压缩机减速，并且增压压力可以仅经由第一压缩机恢复递送。

如果对于控制涡轮增压器轴速所需的估计的第二压缩机的转速高于第二压缩机的阈值转速(即，从机械增压器请求的功率等于或大于可从机械增压器汲取的最大功率)，那么在224处方法包括调整相对于曲轴从电动马达递送至第二压缩机的功率的比率(如在图3所详述)。同样地，机械增压器压缩机可以经由联接到发动机的曲轴机械地驱动和/或经由电动马达电驱动。在一个示例中，响应于涡轮增压器轴速超过阈值，经由曲轴的第二压缩机的驱动可以增加，同时经由电动马达的第二压缩机的驱动可以对应地减少。基于第一压缩机的出口温度通过调整相对于经由电动马达的经由曲轴驱动第二压缩机的比率，机械增压器压缩机转速可以用于控制涡轮增压器转速，而不引起增压误差或使机械增压器压缩机过热。

在226处，方法还包括使第二压缩机加速，同时限制发动机扭矩。限制发动机扭矩可包括降低增压压力和减少穿过第一压缩机的发动机进气气流中的一个或多个。例如，可以通过调整联接到进气系统中的节流板的机电致动器以通过从控制器发送控制信号给致动器而转动节流阀到较小打开位置来减少进气气流。例如，发动机扭矩输出可以被消减，并且增压压力可以对应地降低。可以由控制器发送信号给致动器、第一压缩机和CRV的组合来降低增压压力，所述致动器包括但不限于废气门致动器。例如，信号可增加第一压缩机的转动，减小废气门的开度，减小CRV的开度，或它们的组合。在本文，限制可以基于估计的压缩机转速与阈值转速之间的差值。例如，当第二压缩机转速(或功率)超过阈值转速时，限制可以增加，并且递送至发动机的进气气流的量可以减少。

现在转向图3，方法300描绘了用于调整经由电动马达递送至机械增压器压缩机的功率相对于发动机曲轴的比率的程序。

在302处，方法包括确认已经请求(机械增压器压缩机的)第二压缩机加速。在一个示例中，可以已经请求第二压缩机加速以减少上游涡轮增压器压缩机的负载和因而轴速。如果未请求第二压缩机加速，那么在304处，机械增压器压缩机可保持禁用，并且压缩空气可以在绕过第二压缩机的情况下经由第一压缩机流向发动机。

如果请求第二压缩机加速，那么在306处，方法包括调整经由曲轴机械地驱动第二(机械增压器)压缩机相对于经由电动马达电驱动第二(机械增压器)压缩机的比率。调整可以基于发动机操作参数，诸如第一压缩机轴速、涡轮转速、第一压缩机温度、电池荷电状态等。在307a处，调整可包括增加从发动机曲轴递送至机械增压器压缩机的机械功率，同时对应地减少来自电动马达的输出。在另一个示例中，调整可包括增加来自电动马达的输出，同时对应地减少从发动机曲轴到机械增压器压缩机的机械功率(例如，通过从控制器发送信号给离合器致动器而通过增加滑动曲轴与机械增压器压缩机轴之间的离合器)。作为一个示例，当电池荷电状态较低时，经由曲轴机械地驱动第二(机械增压器)压缩机相对于经由电动马达电驱动第二(机械增压器)压缩机的相对较高比率可以被施加。作为另一个示例，当第一压缩机出口温度较高时，经由曲轴机械地驱动第二(机械增压器)压缩机相对于经由电动马达电驱动第二(机械增压器)压缩机的相对较高比率可以被施加。

在308处，可以确定涡轮增压器轴速或第一压缩机转速是否低于阈值转速。如果否，那么方法包括维持第二压缩机启用并且使第二压缩机加速直到第一压缩机轴速低于阈值转速为止。在310处，当第一压缩机轴速低于阈值转速时，第二压缩机可以减速并被禁用。此后，可以仅从第一压缩机提供增压空气给发动机。

用这种方式，用于增压发动机的方法包括，在第一条件期间，响应于第一上游压缩机的轴速高于阈值，使第二下游压缩机在第一转速下加速，同时维持增压压力；以及在第二条件期间，响应于第一压缩机的轴速高于阈值，使第二压缩机在第二转速下加速，同时降低增压压力。在本文，第二转速高于第一转速。在上述实施例中，在第一条件和第二条件中的每个期间，压缩空气经由第一压缩机流向活塞式发动机，并且使第二压缩机加速包括停止绕过第二压缩机。在前述实施例中的任一项中，相比于第一条件在第二条件期间轴速与阈值之间的差值较大。此外，第二压缩机由电池操作的电动马达和发动机曲轴中的一个或多个驱动，而第一压缩机由涡轮驱动。此外，在第二条件期间，第二压缩机的加速用来自电动马达的马达扭矩相对于来自曲轴的发动机扭矩的较低比率执行，而在第一条件期间，第二压缩机的加速用来自电动马达的马达扭矩相对于来自曲轴的发动机扭矩的较高比率执行。在前述实施例中的任一项中，第一条件和第二条件中的每个包括驾驶员需求的增加，在第二条件期间驾驶员需求的增加比在第一条件期间驾驶员需求的增加大。

现在转向图4，示例图400示出了用于经由下游机械增压器的操作改善对于上游涡轮增压器的轴速控制。图400描绘了在曲线402处的踏板位置(PP)、在曲线404处的进气节气门开度、在曲线406处的增压压力、在曲线408处的涡轮增压器的第一上游压缩机的转速(转速_压缩机1)、在曲线410处的经由涡轮增压器轴联接到第一压缩机的涡轮的转速(转速_涡轮)、在曲线414处的机械增压器的第二下游压缩机的转速(转速_压缩机2)、和在曲线418处的联接到机械增压器的电动马达的系统电池的荷电状态。所有曲线沿x-轴线按时间示出。需注意，在图表上的同一时间(例如，诸如在时间t1)对准的元素同时发生，包括例如其中一个参数增加而另一个参数降低。

在t1之前，发动机可以由于较低的操作者扭矩要求和车辆转速而未增压地操作。在t1时，响应于踩加速器踏板(曲线402)，可以要求增压。为了降低涡轮迟滞，响应于增压要求，第二压缩机在t1到t2的持续时间内加速以提高增压压力。在本文，第二压缩机可以经由电动马达的操作而加速，从而导致电池荷电状态的对应下降。

在t1和t2之间，随着增压发动机操作接着发生，以及排气温度和压力增加，涡轮增压器的涡轮可加速(spool up)，使得在t2时，第一压缩机能够加速。在t2时，一旦第一压缩机加速并运行，第二压缩机就可以减速。另外，通过第一压缩机压缩的空气可以在绕过第二压缩机的情况下递送至发动机。在t2和t3之间，扭矩要求和增压压力可以仅经由第一压缩机提供。

在t3时，涡轮增压器压缩机可达到阈值转速412。阈值转速可对应于硬件极限，继续上述操作，其能够不利地影响涡轮增压器部件(诸如将第一压缩机联接到涡轮的涡轮增压器轴)。同样地，由于联接，所以在t3时，涡轮增压器涡轮也可达到阈值转速412。因此，为了使能进行轴速控制，在t3时，机械增压器被重新启用，并且第二压缩机在t3至t5的持续时间内加速。具体地，第二压缩机在允许第一压缩机的负载减小同时保持增压压力的转速下操作。在第一压缩机负载中的减少允许减小第一压缩机的转速，并且因此降低第一涡轮转速和涡轮增压器轴速。同样地，在不存在第二压缩机操作的情况下，第一压缩机转速可继续增加，如由点划线409所指示的，并且涡轮转速也可继续增加，如由点划线411所指示的。

特别地，确定了第二压缩机转速对应于允许涡轮增压器转速控制的机械增压器功率或负载。在所描绘的示例中，第二压缩机转速(曲线414)在机械增压器的极限416内。在替代示例中，如果对于控制涡轮增压器超速条件所需的第二压缩机转速高于极限416，那么机械增压器压缩机可以在转速极限(如由虚线段415所指示的)下操作，同时限制增压压力(如在虚线段407处所指示的)。在一个示例中，通过借助于减小进气节气门的开度(如在虚线段405处所指示的)减少进气气流来限制增压压力。对增压压力与机械增压器压缩机加速的限制可以使涡轮增压器转速能够被控制。

在一个示例中，在t3与t5之间，机械增压器压缩机可以经由来自电动马达的功率而加速，其结果是电池荷电状态的下降。然而，在所描绘的示例中，由于电池荷电状态在t4时变得低，在t4与t5之间，机械增压器压缩机加速可以通过减少递送至机械增压器压缩机的电动马达输出(或马达扭矩)(如由电池SOC的没有进一步下降所指示的)，和通过增加(经由发动机曲轴)递送至机械增压器压缩机的发动机扭矩来实现。

在t4时，当第一压缩机转速充分处于控制之下时，机械增压器的第二压缩机可以减速且涡轮增压器的第一压缩机可以加速以满足增压要求。

在一个示例中，发动机系统包括：具有进气的发动机；由排气涡轮驱动的第一进气压缩机；由电动马达驱动的第二进气压缩机，马达由电池供电，第二压缩机沿进气定位在第一压缩机的下游；联接到第一压缩机的轴的转速传感器；以及控制器。控制器可以被配置有存储在非临时性存储器上的计算机可读指令，其用于：响应于踩加速器踏板，操作第二压缩机同时禁用第一压缩机直到涡轮转速高于阈值涡轮转速为止；然后，绕过第二压缩机，同时继续操作第一压缩机；以及响应于第一压缩机的轴速高于阈值转速，同时继续操作第一压缩机，旋转第二压缩机。在前述实施例中，控制器可包括用于以下的进一步指令，旋转第二压缩机直到第一压缩机的轴速低于阈值转速为止，并且在第一压缩机的轴速减小之后，禁用第二压缩机并且仅经由第一压缩机提供压缩空气给发动机。在前述实施例中，旋转第二压缩机包括在基于轴速与阈值转速之间的差值的转速下旋转电动马达，随着差值增加电动马达转速增加至阈值马达转速，维持发动机的增压压力，同时电动马达转速增加至阈值马达转速。在前述实施例中的任一项中，控制器包括用于以下的进一步指令：在电动马达转速增至阈值马达转速之后，维持电动马达转速在极限处，同时限制增压压力，所述限制基于轴速。在前述实施例中的任一项中，限制增压压力包括降低第一压缩机的转速和/或降低定位在发动机进气中的第一压缩机的上游的进气节气门的开度。

在另一表示中，用于增压发动机的方法包括，经由第二压缩机而绕过第一压缩机提供压缩空气流给活塞式发动机，第二压缩机定位在第一压缩机的下游，第一压缩机联接到涡轮。响应于涡轮转速高于第一阈值转速，使第二压缩机减速，并且，经由第一压缩机而绕过第二压缩机提供压缩空气流给活塞式发动机。然后，响应于涡轮转速高于第二阈值转速，所述第二阈值转速高于第一阈值转速，使第二压缩机加速，并且经由第一压缩机和第二压缩机中的每个的提供压缩空气流给活塞式发动机。在本文，第一阈值基于涡轮迟滞，并且第二阈值基于硬件极限。

在另一表示中，用于增压发动机的方法包括，在踩加速器踏板期间，经由第二下游压缩机而绕过第一上游压缩机提供压缩空气给发动机，直到第一压缩机转速达到第一阈值为止。在本文，第一压缩机由涡轮驱动，而第二压缩机至少部分地由电动马达驱动。经由第二压缩机提供压缩空气包括经由电动马达使第二压缩机加速。然后，转变为经由第一压缩机而绕过第二压缩机提供压缩空气给发动机，直到第一压缩机转速达到高于第一阈值的第二阈值为止。绕过第二压缩机包括在跨过第二压缩机联接的旁路中打开旁通阀和/或使第二压缩机减速。响应于第一压缩机转速达到第二阈值，方法还包括使第二压缩机加速直到第一压缩机转速低于第二阈值，但高于第一阈值为止。经由第一压缩机和第二压缩机中的每个提供压缩空气给发动机，直到第一压缩机转速被控制为止。

用这种方式，电动机械增压器可以用于降低在上游涡轮增压器处(诸如在积极小型化的发动机中)超速的可能性。通过使用机械增压器以减少涡轮增压器压缩机的负载和转速，硬件约束可以降低，而不引起增压压力和驾驶性能的损失。总体而言，消耗涡轮增压器部件寿命，而不降级发动机的满足驾驶员需求扭矩的能力。

需注意，本文所包括的示例控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和程序可以存储为在非临时性存储器中的可执行指令并且可以由控制系统完成，所述控制系统包括与各种传感器、致动器和其它发动机硬件组合的控制器。本文所述的具体程序可表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。同样地，所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示顺序、平行或在一些情况下省略地执行。同样地，处理顺序不是实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必须的，而是为了便于说明和描述而提供的。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据被使用的特定策略重复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形化地表示被编程到在发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在系统中执行指令来完成，所述系统包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件。

应该理解，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视为具有限制意义，因为大量变化是可以的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸，以及其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置、以及其它特征、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。

下面的权利要求特别指出视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以是指“一个”元素或“第一”元素或其等价物。此类权利要求应被理解为包括一个或多个此类元素的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类元素。所公开的特征、功能、元素和/或性质的其它组合和子组合可以通过本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中的新的权利要求的提出来要求保护。此类权利要求，无论比原始权利要求的范围更宽、更窄、相同或不同，其都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于增压发动机的方法，所述方法包括：

绕过第二压缩机并且经由第一压缩机提供压缩空气流给活塞式发动机，其中所述第一压缩机沿空气进气道在所述第二压缩机的下游分级；以及

响应于所述第一压缩机的轴速等于或高于阈值，使所述第二压缩机加速。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括，使所述第二压缩机加速直到所述第一压缩机的所述轴速低于所述阈值为止，并且然后使所述第二压缩机减速。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值是第一阈值，其中使所述第二压缩机加速包括，估计对于基于相对于所述第一阈值的所述第一压缩机的所述轴速降低所述第一压缩机的所述轴速所需的第二压缩机转速，并且当所述估计的第二压缩机转速低于第二阈值时，使所述第二压缩机加速至所述第二阈值，以及当所述估计的第二压缩机转速高于所述第二阈值时，调整从电动马达递送至第二压缩机的功率相对于发动机曲轴的比率，同时限制发动机扭矩。

4.根据权利要求3所述的方法，其中限制发动机扭矩包括基于所述估计的第二压缩机转速与所述第二阈值之间的差值限制发动机扭矩。

5.根据权利要求3所述的方法，其中限制发动机扭矩包括降低增压压力和穿过所述第一压缩机的进气气流中的一个或多个。

6.根据权利要求1所述的方法，其中使所述第二压缩机加速包括不绕过所述第二压缩机，同时继续经由所述第一压缩机提供压缩空气。

7.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二阈值基于能够从电动机械增压器得到的最大功率确定。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二压缩机由电动马达驱动，并且其中所述第一压缩机由排气涡轮经由轴驱动。

9.根据权利要求8所述的方法，其中使所述第二压缩机加速包括在基于相对于所述阈值的所述轴速的转速下操作所述电动马达，当所述第一压缩机的所述轴速超过所述阈值时，所述电动马达的所述转速增加。

10.一种用于增压发动机的方法，所述方法包括：

在第一条件期间，响应于第一下游压缩机的轴速高于阈值，使第二上游压缩机在第一转速下加速，同时维持增压压力；以及

在第二条件期间，响应于所述第一下游压缩机的所述轴速高于所述阈值，使所述第二上游压缩机在第二转速下加速，同时降低增压压力。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二转速高于所述第一转速。

12.根据权利要求10所述的方法，其中在所述第一条件和所述第二条件中的每个期间，压缩空气经由所述第一下游压缩机流向活塞式发动机，并且其中使所述第二上游压缩机加速包括停止绕过所述第二上游压缩机。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一下游压缩机由涡轮通过轴驱动，并且所述第二上游压缩机由电池操作的电动马达和发动机曲轴中的一个或多个驱动，并且其中相比于所述第一条件在所述第二条件期间所述轴速与所述阈值之间的差值较大。

14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述第二条件期间，所述第二上游压缩机的所述加速用来自所述电动马达的马达扭矩相对于来自所述曲轴的发动机扭矩的较低比率执行，并且在所述第一条件期间，所述第二上游压缩机的所述加速用来自所述电动马达的马达扭矩相对于来自所述曲轴的发动机扭矩的较高比率执行。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一条件和所述第二条件中的每个包括驾驶员需求的增加，并且其中在所述第二条件期间驾驶员需求的所述增加大于在所述第一条件期间驾驶员需求的所述增加。

16.一种发动机系统，所述发动机系统包括：

具有进气的发动机；

由排气涡轮驱动的第一进气压缩机；

由电动马达驱动的第二进气压缩机，所述马达由电池供电，所述第二进气压缩机沿所述进气定位在所述第一进气压缩机的上游；

联接到所述第一进气压缩机的轴的转速传感器；以及

具有存储在非临时性存储器上的计算机可读指令的控制器，用于：

响应于踩加速器踏板，

操作所述第二进气压缩机同时禁用所述第一进气压缩机直到涡轮转速高于阈值涡轮转速为止；

然后，绕过所述第二进气压缩机，同时操作所述第一进气压缩机；以及

响应于所述第一进气压缩机的轴速高于阈值轴速，同时继续操作所述第一进气压缩机，旋转所述第二进气压缩机。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括进一步指令以：旋转所述第二进气压缩机直到所述第一进气压缩机的所述轴速低于所述阈值轴速为止，并且在所述第一进气压缩机的所述轴速减小之后，禁用所述第二进气压缩机并且仅经由所述第一进气压缩机提供压缩空气给所述发动机。

18.根据权利要求16所述的系统，其中旋转所述第二进气压缩机包括在基于所述轴速与所述阈值轴速之间的差值的转速下旋转所述电动马达，随着所述差值增加，所述电动马达转速增加至阈值马达转速，在所述电动马达转速增加至所述阈值马达转速的同时维持所述发动机的增压压力。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制器包括进一步指令以：在所述电动马达转速增至所述阈值马达转速之后，维持所述电动马达转速在所述阈值马达转速处，同时限制增压压力，所述限制基于所述轴速。

20.根据权利要求19所述的系统，其中限制增压压力包括降低所述第一进气压缩机的转速和/或降低定位在所述发动机进气中的所述第一进气压缩机的上游的进气节气门的开度。

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