CN106351732A - 用于升压控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开用于升压控制的方法和系统。提供用于在具有多级充气升压设备的发动机系统中的涡轮温度控制的方法和系统。在一个示例中，压缩空气由涡轮增压器压缩机提供，直到压缩机的出口温度达到极限。此后，操作下游机械增压器的压缩机以共享负载。

Description

用于升压控制的方法和系统

技术领域

本说明书大体涉及用于实现配置有涡轮增压器和机械增压器的分级升压发动机系统中的涡轮温度控制的方法和系统。

背景技术

发动机系统可以配置有升压设备，诸如涡轮增压器或机械增压器，以便提供升压空气充气并且改善峰值功率输出。压缩机的使用允许较小排量的发动机提供与较大排量的发动机同样多的功率，但是具有附加燃料经济性效益。另外，一个或多个进气升压设备可以与进气涡轮增压器串联或并联地分级，以改善涡轮增压发动机升压响应。

Stewart在美国专利7,958,730中示出多级进气升压系统的一个示例。在其中，高压涡轮在低压涡轮的上游分级，每个涡轮耦接到相应的压缩机。多级配置允许升压发动机系统中的多自由度，从而实现对两个设定点的控制，该两个设定点中的一个包括升压压力。

然而，发明人在此已经识别这种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以具有若干硬件限制，诸如在高发动机负载下或当在高海拔下操作车辆时可能违反的最大进气系统温度。因此，进气系统通常用塑料来构造，如果压缩机出口温度超过临界温度达限定的时间段，则塑料可以被熔化。例如，升压发动机在高于400K的压缩机出口温度下操作超过10秒可以危及涡轮增压器完整性。当前控制系统可以通过在这种约束违反被预期时减小最大升压压力来解决该问题。此外，可以调节气流致动器以降低升压压力，诸如通过打开废气门和/或压缩机再循环阀。然而，升压输出下降到低于驾驶员需求的升压压力可以导致显而易见的扭矩需求的递送不足和车辆驱动性能的下降。此外，车辆操作者的驾驶体验降级。

发明内容

鉴于这些问题，提供用于改善具有多级充气升压设备的升压发动机中的组件温度控制的方法。该方法包括：绕过第二压缩机并且经由第一压缩机向活塞发动机提供压缩空气流；以及响应于第一压缩机的出口温度处于或高于阈值，使第二压缩机加速。因此，实现涡轮增压器温度控制，而无需劣化升压发动机性能。

作为一个示例，升压发动机系统可以包括耦接到涡轮增压器下游的电动机械增压器。例如，机械增压器可以耦接在增压空气冷却器的下游。在需要升压且同时涡轮加快旋转的状况期间，电动机械增压器可以用于向发动机提供压缩空气。然后，一旦涡轮加快旋转，则涡轮增压器压缩机可以用于绕过机械增压器向发动机提供压缩空气。如果涡轮增压器压缩机达到温度极限(例如，压缩机出口温度极限)同时需求的升压压力由涡轮增压器提供，则电动机械增压器可以加快旋转以降低涡轮增压器上的负载。由于涡轮增压器和机械增压器之间的负载共享，所述涡轮增压器压缩机生成较少的Δ压力，并且由此生成较少的热。因此，涡轮增压器压缩机出口温度在有负载共享的情况下可以比没有负载共享的情况下更低。机械增压器压缩机可以经由电动马达和发动机曲轴中的一个或多个以基于压缩机出口温度的转速旋转，该转速随着压缩机出口温度超过温度极限而增加。此外，也可以基于压缩机出口温度调节经由电动马达相对于曲轴递送到增压器的功率的比。一旦涡轮增压器压缩机温度被控制，则可以禁用机械增压器，并且然后可以再次经由涡轮增压器提供压缩空气。

经由第二下游机械增压器压缩机的操作共享第一上游涡轮增压器压缩机的升压负载的技术效果是：在不劣化升压发动机性能的情况下，可以解决涡轮增压器压缩机超温。通过操作机械增压器以减小由涡轮增压器提供的升压负载，可以降低第一压缩机的出口温度，而无需经由压缩机再循环阀或废气门的操作来降低第一压缩机处的升压压力。通过降低涡轮增压器压缩机温度，组件寿命被延长。通过使用机械增压器以降低涡轮增压器温度和维持升压压力两者，避免扭矩需求的递送不足，并且不劣化车辆驱动性能。总之，改善具有分级升压设备的升压发动机系统的性能。

应当理解，上面的发明内容被提供是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一些概念。其并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由随附于具体实施方式的权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出具有多级充气升压设备的升压发动机系统的示例实施例。

图2示出图示说明可以被实施用于通过操作机械增压器压缩机来降低涡轮增压器压缩机的温度的程序的高级流程图。

图3示出图示说明可以被实施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使机械增压器压缩机加速的程序的高级流程图。

图4示出可以被用于降低在增压器压缩机上游分级的涡轮增压器压缩机的超温的示例调节。

具体实施方式

下列描述涉及用于改善具有分级升压设备的发动机系统中(诸如图1A的升压发动机系统)的压缩机温度控制的系统和方法。控制器可以被配置用于执行程序(诸如图2至图3中的示例程序)以增加下游压缩机的转速从而降低负载，并且由此降低上游压缩机的温度。参考图4示出示例温度控制操作。通过操作第二压缩机，可以抑制第一压缩机的超温，同时持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的各方面。在所描绘的实施例中，发动机10是包括多级升压设备的升压发动机。具体地，发动机10包括在第二升压设备15的下游分级的第一升压设备13。这种配置导致(第一升压设备的)第一压缩机114被定位在(第二升压设备的)第二压缩机110下游的发动机进气通道42中。在该示例中，第一升压设备是涡轮增压器13，而第二升压设备是电动机械增压器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机械地耦接到涡轮116的涡轮增压器压缩机，涡轮116通过膨胀发动机排气来驱动。在一个实施例中，涡轮增压器可以是双涡流设备。在另一实施例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何结构根据发动机工况而主动地变化。新鲜空气经由空气净化器112沿着进气通道42被引入发动机10并且流到第二压缩机110。在选择的状况期间，如以下详细阐述的，通过调节压缩机再循环阀(CRV)62的开度，由涡轮增压器13压缩的空气可以从压缩机114的出口通过第一压缩机旁路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以包括致动(或激励)阀的螺线管。

如图1所示，第一压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)18(在本文中也被称为中间冷却器)耦接到节流阀20。节流阀20耦接到发动机进气歧管22。压缩空气充气从第一压缩机流过增压空气冷却器18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、水对空气热交换器。在图1所示的实施例中，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，压缩机风扇由从电动马达沿着机械增压器压缩机轴80接收的功率驱动。马达108由车载能量存储设备(诸如系统电池106)供电。由第一压缩机114压缩的空气然后被递送到第二压缩机110。然后，在第二压缩机110的压缩机入口处接收的新鲜空气被引入到发动机10中。在选择的状况期间，如以下所详细阐述的，空气可以绕过机械增压器15并且通过调节旁通阀72的开度被引导通过第二压缩机旁路70。在这些状况期间，压缩空气可以仅经由涡轮增压器的第一压缩机114被递送到发动机。

机械增压器15的第二压缩机110可以附加地经由离合器和齿轮机构由发动机曲轴驱动。因此，发动机扭矩可以经由动力传动系统轴84被传递到车辆车轮47。具体地，发动机扭矩可以从曲轴40被传递到变速器48，并且从变速器48上传递到车轮47。变速器48可以是包括多个齿轮比以允许发动机10以不同于车轮47的转速旋转的固定比变速器。在发动机曲轴40和变速器48之间可以提供离合器(未示出)。通过改变离合器的扭矩传递能力(例如，离合器滑动量)，可以调整经由动力传动系统轴被传递到车轮的发动机扭矩的量。除了将发动机扭矩传递到车辆车轮之外，发动机扭矩还可以经由传动系86被传递到机械增压器压缩机轴80。具体地，发动机扭矩可以从曲轴40经由离合器82被传递到电动马达108下游的方位处的机械增压器压缩机轴80。通过改变离合器82的扭矩传递能力(例如，离合器滑动量)，可以调整用于驱动机械增压器压缩机的发动机扭矩的量(相对于马达扭矩)。虽然未示出，但是传动系86可以包括多个齿轮比以允许发动机10以不同于机械增压器压缩机110的转速的转速旋转。应当认识到，在替代实施例中，传动系86可以耦接到电动马达108下游的方位处的机械增压器压缩机轴80。可以基于发动机工况调节经由电动马达电力地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，如在图3所详细阐述的。

应当认识到，如本文所使用的，第一压缩机指分级压缩机的下游并且第二压缩机指分级压缩机的上游。在一个非限制性示例中，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，升压设备的其它组合和配置是可能的。

在选择的状况期间，诸如在踩油门期间，当从没有升压的发动机操作进行到有升压的发动机操作时，可以发生涡轮迟滞。这是由于在节气门在踩油门的情况下打开时涡轮加快旋转的延迟和通过第一压缩机114的流减少。为了减少涡轮延滞，在那些选择的状况期间，可以启动机械增压器15和涡轮增压器13两者。具体地，当涡轮116加快旋转时，可以由下游机械增压器压缩机110提供升压压力。启动机械增压器包括从电池106获取能量以旋转马达108，从而使第二压缩机110加速。此外，可以关闭旁通阀72以便实现较大部分的空气被第二压缩机110压缩。然后，当涡轮已经充分地加快旋转并且能够驱动第一压缩机114时，通过禁用马达108可以使第二压缩机减速。此外，可以打开旁通阀72以便实现较大部分的空气绕过第二压缩机110。

因此，涡轮增压器可以具有若干硬件限制，诸如可以忍受的最大压缩机出口温度。如果压缩机出口温度超过该最大值达一定的时间段，则涡轮增压器稳定性可以被劣化，例如由于涡轮增压器壳体的熔化。如本文在图2-3处所详细阐述的，在检测到或预测到约束违反时的状况期间，诸如当预测到或检测到涡轮增压器的压缩机出口温度将高于阈值时，控制器可以通过启动机械增压器压缩机来降低涡轮增压器压缩机的负载。具体地，可以重新启动并加速第二压缩机，从而导致第一压缩机处的负载下降。通过操作第二压缩机以降低第一压缩机的负载，可以降低第一压缩机的压缩机出口温度，而无需减少发动机气流，并且没有发动机扭矩的递送不足。

在选择的状况期间，诸如在松油门期间，当从有升压的发动机操作进行到没有升压或降低的升压的发动机操作时，可以发生压缩机喘振。这是由于当节气门在松油门的情况下关闭时通过第一压缩机的流减少。通过第一压缩机的前向流的减少可以引起喘振并且使涡轮增压器性能劣化。此外，喘振可以导致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压缩的至少一部分空气充气可以再循环到压缩机入口。这允许大体上立即释放过量的升压压力。压缩机再循环系统包括再循环通道60，再循环通道60包括用于将(暖)压缩空气从增压空气冷却器18上游的第一压缩机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以替代地或附加地包括用于将(冷却的)压缩空气从增压空气冷却器下游的压缩机出口再循环到压缩机入口的再循环通道。

阀62和阀72中的一个或两个可以为连续可变阀，其中阀的位置可从完全关闭的位置连续变化到完全打开的位置。替代地，压缩机再循环阀62可以是连续可变阀，而压缩机旁通阀72是开关阀。在一些实施例中，CRV 62在升压发动机操作期间可以正常地部分打开以提供一些喘振裕度。在本文中，部分打开的位置可以为默认的阀位置。然后，响应于喘振的指示，可以增加CRV 62的开度。例如，(多个)阀可以从默认的部分打开的位置向完全打开的位置转变。在那些状况期间，(多个)阀的打开程度可以基于喘振的指示(例如，压缩机比、压缩机流速、压缩机两端的压力差等)。在替代示例中，CRV 62可以在升压发动机操作(例如，最佳性能状况)期间保持关闭以改善升压响应和最佳性能。

一个或多个传感器可以耦接到第一压缩机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可以耦接到入口，用于估计压缩机入口温度。作为另一示例，压力传感器56可以耦接到入口，用于估计进入压缩机的空气充气的压力。还可以包括其它传感器，例如，空燃比传感器、湿度传感器等。在其它示例中，可以基于发动机工况推知压缩机入口状况中的一个或多个(诸如湿度、温度等)。传感器可以估计在压缩机入口处接收的来自进气通道的进气以及从CAC上游再循环的空气充气的状况。一个或多个传感器也可以耦接到压缩机114和压缩机110上游的进气通道42，用于确定进入压缩机的空气充气的组分和状况。这些传感器可以包括例如歧管空气流量传感器57。

进气歧管22通过一系列的进气门(未示出)耦接到一系列的燃烧室30。燃烧室经由一系列的排气门(未示出)进一步耦接到排气歧管36。在所描绘的实施例中，示出单个排气歧管36。然而，在其它实施例中，排气歧管可以包括多个排气歧管分段。具有多个排气歧管分段的配置可以实现来自不同燃烧室的流出物被引导到发动机系统中的不同方位。

在一个实施例中，排气门和进气门中的每一个可以被电子致动或控制。在另一实施例中，排气门和进气门中的每一个可以是凸轮致动或控制的。无论被电子地致动还是凸轮致动的，排气门和进气门打开和关闭的正时可以根据对期望的燃烧和排放控制性能的需要而被调节。

燃烧室30可以被供应一种或多种燃料，诸如汽油、混合酒精燃料、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、节流阀体喷射或其任何组合被供应到燃烧室。在燃烧室中，燃烧可以经由火花点火和/或压缩点火开始。

如图1所示，来自一个或多个排气歧管分段的排气被引导到涡轮116以驱动涡轮。当期望降低的涡轮扭矩时，一些排气可以被替代地引导通过废气门90，从而绕过涡轮。废气门致动器92可以被致动打开，从而使至少一些排气压力经由废气门90从涡轮的上游释放到涡轮下游的方位。通过降低涡轮上游的排气压力，可以降低涡轮转速。

然后，来自涡轮和废气门的组合流流过排放控制设备170。通常，一个或多个排放控制设备170可以包括一个或多个排气后处理催化剂，其被配置用于催化处理排气流并且由此降低排气流中的一种或多种物质的量。例如，一个排气后处理催化剂可以被配置用于当排气流稀时捕集来自排气流的NO_x，以及当排气流富时还原捕集的NO_x。在另一些示例中，排气后处理催化剂可以被配置用于歧化NO_x或借助于还原剂选择性地还原NO_x。在又一些示例中，排气后处理催化剂可以被配置用于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单独或一起被布置在封闭底漆中或排气后处理段中的其它地方。在一些实施例中，排气后处理段可以包括被配置用于捕集和氧化排气流中的碳烟微粒的可再生碳烟过滤器。

来自排放控制设备170的经处理的排气的所有或部分可以经由排气管道35被释放到大气中。然而，根据工况，一些排气可以经由包括EGR冷却器和EGR阀的EGR通道(未示出)被替代地转移到进气通道。EGR可以再循环到第一压缩机114、第二压缩机110或两者的入口。

发动机系统100可以进一步包括控制系统14。控制系统14被示出从多个传感器16(在本文中描述传感器的各种示例)接收信息并且将控制信号发送到多个致动器81(在本文中描述致动器的各种示例)。作为一个示例，传感器16可以包括位于排放控制设备上游的排气传感器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和MAF传感器57。其它传感器(诸如附加压力传感器、温度传感器、空/燃比传感器和组分传感器)可以耦接到发动机系统100中的各种方位。致动器81可以包括例如节气门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可以包括控制器12。控制器12可以基于接收的信号和存储在控制器的存储器中的指令从各种传感器接收输入数据、处理输入数据并且采用各种致动器。控制器可以基于对应于一个或多个程序(诸如本文中关于图2-3描述的示例控制程序)编程在其中的指令或代码响应于经处理的输入数据而采用致动器。

现转向图2，其示出用于响应于下游升压设备(例如，涡轮增压器)的压缩机的温度约束而操作下游升压设备(例如，机械增压器)的压缩机的示例程序200。用于实施方法200和本文包括的其余方法的指令可以基于存储在控制器的存储器上的指令连同从发动机系统的传感器(诸如以上参考图1所描述的传感器)接收的信号由控制器执行。根据以下所述方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器以调节发动机操作。

在202处，该方法包括估计发动机工况，诸如发动机转速、踏板位置、操作者扭矩需求、环境状况(环境温度、压力、湿度)、发动机温度等。在204处，该方法包括确定是否需要升压。在一个示例中，在中高发动机负载下可以需要升压。在另一示例中，响应于操作者踩油门踏板或驾驶员扭矩需求的增加，可以需要升压。如果不需要升压，诸如当发动机负载低或驾驶员扭矩需求低时，则该方法移动到206，其中发动机以自然吸气来操作。

如果需要升压，则在208处该方法包括启动第二下游压缩机，同时耦接到第一上游压缩机的涡轮加快旋转。在本文中，响应于驾驶员需求的扭矩的增加，第二压缩机被加速并且到发动机的压缩空气流被增加。在本文中，第二压缩机沿着进气通道在第一压缩机下游分级。另外，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。在本文中，使第二压缩机加速包括使用从电池获取的功率经由电动马达旋转第二压缩机，通过将信号从控制器发送到马达致动器旋转电动马达。替代地，例如，通过将信号从控制器发送到致动器以关闭曲轴和压缩机之间的传动系中的离合器，第二压缩机可以经由来自曲轴的发动机扭矩来加速。第二压缩机以基于升压需求的增加的转速来加速。因此，压缩空气经由第二压缩机被提供到发动机。

因此，电动机械增压器可以具有130-200ms的响应时间(即，怠速到100％占空比)，并且因而与典型的涡轮增压器响应时间(1-2秒)相比能够更快地递送升压。因此，电动机械增压器的第二压缩机能够显著更快地弥补涡轮延滞。

随着排气热和压力由于汽缸燃烧而发展，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支持升压需求的阈值。如果不高于阈值，则在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，则在214处该方法包括通过基于例如从控制器接收的信号禁用电动马达使第二压缩机减速。此外，可以通过来自控制器的信号将旁通阀(诸如旁通阀72)致动到更大的打开位置，从而允许由第一压缩机压缩的空气绕过第二压缩机并且流到发动机。因此，在涡轮已经充分地旋转之后，该方法包括绕过第二压缩机并且经由第一压缩机向活塞发动机提供压缩空气流。在本文中，压缩空气未经由第二压缩机被提供到发动机。因此，通过暂时地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，由于使第一压缩机加快旋转的延迟而产生的涡轮延滞被减少。

在216处，可以确定第一压缩机是否在硬件极限下或接近硬件极限操作，诸如温度极限。具体地，可以确定第一压缩机出口温度是否处于或高于阈值。在一个示例中，可以确定第一压缩机出口温度是否高于400K。在替代示例中，可以确定第一压缩机出口温度是否处于或高于阈值达长于限定的持续时间，诸如处于或高于400K达10秒或更长。如果第一压缩机出口温度不处于或接近阈值，则在217处该方法包括维持(涡轮增压器的)第一压缩机的操作。具体地，该方法包括连续使压缩空气(仅)经由第一压缩机同时绕过第二压缩机流到活塞发动机。在本文中，控制器可以维持一个或多个致动器(诸如进气节气门和旁通阀)的位置，以维持第一压缩机的操作并且继续绕过第二压缩机。

响应于第一压缩机的出口温度处于或高于阈值，该方法包括使第二压缩机加速以降低第一压缩机的负载(并且由此降低温度)。具体地，在218处，该方法包括基于相对于阈值的出口温度来估计降低第一压缩机的出口温度所需要的第二压缩机转速，同时维持发动机升压压力。

在其中，首先，可以基于期望的空气质量流量(驾驶员扭矩需求)确定期望的升压压力。然后，涡轮增压器压缩机的压缩机出口温度可以使用方程式(1)计算，方程式(1)如下：

其中η_压缩机是压缩机的等熵效率，γ是空气的比热比，P是压力以及T是温度。

如果(基于期望的升压压力)预测的第一压缩机的出口温度大于最大温度极限，则然后可以使用方程式(2)确定使压缩机出口温度降低到安全值所需要的机械增压器功率，方程式(2)如下：

其中P是压力，f表示函数，T是温度，η_压缩机是压缩机的等熵效率，γ是空气的比热比，m表示空气质量流量，W是功率并且ES表示电动机械增压器。

在220处，该方法包括将估计的第二压缩机转速与阈值转速比较。阈值转速可以基于可从电动机械增压器获得的最大功率。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获取的最大功率)，则该方法包括在222处使第二压缩机加速以降低第一压缩机的负载和温度。使第二压缩机加速包括不绕过第二压缩机，同时继续提供压缩空气通过第一压缩机。加速进一步包括基于从控制器接收的信号相对于阈值以基于第一压缩机的出口温度的转速操作电动马达，电动马达的转速随着第一压缩机的出口温度超过阈值而增加。第二压缩机可以被加速直到第一压缩机的出口温度低于阈值。然后，第二压缩机可以被减速并且升压压力可以仅经由第一压缩机递送而恢复。

如果估计的第二压缩机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处于或多于可从机械增压器获取的最大功率)，则在224处该方法包括调节从电动马达相对于曲轴递送到第二压缩机的功率的比(如图3所详细说明的)。因此，机械增压器压缩机可以经由耦接到发动机的曲轴机械地驱动和/或者经由电动马达电力地驱动。在一个示例中，响应于第一压缩机出口温度超过阈值，可以增加经由曲轴对第二压缩机的驱动，同时可以相应地减少经由电动马达对第二压缩机的驱动。例如，在收到来自控制器的信号的情况下，可以减少曲轴和第二压缩机之间的离合器的离合器滑动量，和/或者可以从控制器接收降低电动马达的旋转转速的信号。通过基于第一压缩机的出口温度调节经由曲轴相对于经由电动马达驱动第二压缩机的比，机械增压器压缩机转速可以用于控制涡轮增压器转速，而无需遭受升压错误或使机械增压器压缩机过热。

在226处，该方法进一步包括使第二压缩机加速同时限制发动机扭矩。限制发动机扭矩可以包括降低升压压力和减少通过第一压缩机的发动机进气流中的一个或多个。例如，通过将控制信号从控制器发送到致动器而调节耦接到进气系统中的节气门部位的机电致动器以将阀旋转到较小的打开位置，可以减少进气流。作为另一示例，通过调节耦接到第一压缩机的机电致动器以降低第一压缩机的旋转转速，可以降低升压压力。例如，可以减小发动机扭矩输出并且可以相应地降低升压压力。在本文中，这种限制可以基于估计的压缩机转速和阈值转速之间的差。例如，当第二压缩机转速(或功率)超过阈值转速时，这种限制可以增加并且递送到发动机的进气流量可以减小。

现转向图3，方法300描绘用于调节经由电动马达相对于发动机曲轴递送到机械增压器压缩机的功率的比的程序。

在302处，该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，可以请求第二压缩机加速以降低上游涡轮增压器压缩机的负载，并且由此降低上游涡轮增压器压缩机的温度。如果未请求第二压缩机加速，则在304处可以仍然禁用机械增压器压缩机并且压缩空气可以经由第一压缩机同时绕过第二压缩机流到发动机。

如果请求第二压缩机加速，则在306处该方法包括调节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力地驱动第二(机械增压器)压缩机的比。调节可以基于发动机操作参数，诸如第一压缩机出口温度、电池充电状态等。在307a处，调节可以包括增加从发动机曲轴递送到机械增压器压缩机的机械功率，同时相应地减少来自电动马达的输出。在另一示例中，调节可以包括增加来自电动马达的输出，同时相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，通过使离合器在曲轴和机械增压器压缩机轴之间滑动)。作为一个示例，当电池充电状态较低时，可以应用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力地驱动第二(机械增压器)压缩机的较高比。作为另一示例，当第一压缩机出口温度较高时，可以应用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力地驱动第二(机械增压器)压缩机的较高比。

在308处，可以确定第一压缩机出口温度是否低于阈值。如果为否，则该方法包括维持第二压缩机启动并且使第二压缩机加速直到第一压缩机出口温度低于阈值。在310处，当第一压缩机出口温度低于阈值时，可以使第二压缩机减速和禁用。此后，发动机可以仅从第一压缩机被提供升压空气。

以此方式，用于升压发动机的方法包括：在第一状况期间，响应于第一下游压缩机的出口温度高于阈值，使第二下游压缩机以第一转速加速，同时维持升压压力；以及在第二状况期间，响应于第一压缩机的出口温度高于阈值，使第二压缩机以第二转速加速，同时降低升压压力。在本文中，第二转速高于第一转速。在以上实施例中，在第一状况和第二状况中的每一个期间，压缩空气经由第一压缩机流到活塞发动机，并且使第二压缩机加速包括停止绕过第二压缩机。在任何先前实施例中，相比于第一状况，出口温度和阈值之间的差在第二状况期间更大。另外，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。另外，在第二状况期间，以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执行第二压缩机的加速，而在第一状况期间，以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执行第二压缩机的加速。在任何先前实施例中，第一状况和第二状况中的每一个包括驾驶员需求的增加，在第二状况期间驾驶员需求的增加大于在第一状况期间驾驶员需求的增加。

现转向图4，其示出用于经由下游机械增压器的操作来改善上游涡轮增压器的压缩机温度控制的示例映射图400。映射图400在曲线图402处描绘踏板位置(PP)、在曲线图404处描绘进气节气门开度、在曲线图406处描绘升压压力、在曲线图408处描绘涡轮增压器的第一上游压缩机的转速(speed_comp1)、在曲线图410处描绘涡轮增压器的第一下游压缩机的入口温度(COT_comp1)、在曲线图414处描绘机械增压器的第二下游压缩机的转速(speed_comp2)以及在曲线图418处描绘耦接到机械增压器的电动马达的系统电池的充电状态。所有曲线沿着x轴被示出随着时间变化。注意，在图上的公共时间(例如，诸如在时间t1)处对齐的元素同时发生，包括例如其中一个参数增加而另一个参数减小。

在t1之前，由于较低的操作者扭矩需求和车辆转速，发动机可以在非升压下操作。在t1处，响应于踩油门(曲线402)，可以要求升压。为了降低涡轮延滞，响应于升压需求，第二压缩机被加速达从t1到t2的持续时间以提高升压压力。在本文中，可以经由电动马达的操作使第二压缩机加速，从而导致相应的电池充电状态的下降。

在t1和t2之间，随着升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以被发动机加速，使得在t2处可以使第一压缩机加速。在t2处，一旦第一压缩机被发动机加速并且运行，则可以使第二压缩机降速。此外，由第一压缩机压缩的空气可以被递送到发动机同时绕过第二压缩机。在t2和t3之间，可以仅经由第一压缩机提供扭矩需求和升压压力。

在t3处，涡轮增压器压缩机可以达到阈值温度412。阈值温度可以对应于硬件极限，高于硬件极限的继续操作可以对涡轮增压器组件产生不利影响。因而，为了实现温度控制，在t3处，重新启动机械增压器并且使第二压缩机加速达从t3到t5的持续时间。具体地，第二压缩机以允许降低第一压缩机的负载同时维持升压压力的转速操作。第一压缩机负载的降低允许第一压缩机温度被降低。因此，在不存在第二压缩机操作的情况下，第一压缩机温度可以继续增加，如由虚线和虚线段411所指示的。

特别地，对应于允许涡轮增压器温度控制的机械增压器功率或负载来确定第二压缩机转速。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，如果控制涡轮增压器超温状况所需要的第二压缩机转速高于极限416，则可以以转速极限操作机械增压器压缩机(如由虚线段415所指示)，同时限制升压压力(如由虚线段407所指示)。在一个示例中，升压压力是通过减小进气节气门的开度(如由虚线段405所指示)来减少进气流而被限制。限制升压压力加上机械增压器压缩机加速可以实现对涡轮增压器压缩机的控制。

在一个示例中，在t3和t5之间，可以经由来自电动马达的功率和所产生的电池充电状态的下降使机械增压器压缩机加速。然而，在所描绘的示例中，由于电池充电状态在t4变低，在t4和t5之间，通过降低递送到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未进一步下降所指示)和增加(经由发动机曲轴)递送到机械增压器压缩机的发动机扭矩，可以获得机械增压器压缩机加速。

在t4处，当第一压缩机温度被充分控制时，可以使机械增压器的第二压缩机减速并且可以使涡轮增压器的第一压缩机加速以满足升压需求。

在一个示例中，发动机系统包含：具有进气道的发动机；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，第二压缩机沿着进气道被定位在第一压缩机的下游；耦接到第一压缩机的出口的温度传感器；以及控制器。控制器可以配置有存储在非临时性存储器上的计算机可读指令，用于：响应于踩油门，操作第二压缩机而禁用第一压缩机，直到涡轮转速高于阈值涡轮转速；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出口温度高于阈值温度，继续操作第一压缩机，旋转第二压缩机。在先前的实施例中，控制器可以包括进一步的指令，用于：旋转第二压缩机，直到第一压缩机的出口温度低于阈值温度，并且在第一压缩机的出口温度下降之后，禁用第二压缩机并且仅经由第一压缩机向发动机提供压缩空气。在先前的实施例中，旋转第二压缩机包括使电动马达以基于出口温度和阈值温度之间的差的转速旋转电动马达，随着差增加，电动马达转速增加直到阈值马达转速，当电动马达转速增加到阈值马达转速时，维持发动机的升压压力。在任何先前的实施例中，控制器包括进一步的指令，用于：在电动马达转速增加到阈值马达转速之后，将电动马达转速维持在极限同时限制升压压力，该限制基于出口温度。在任何先前的实施例中，限制升压压力包括降低第一压缩机的转速和/或减小定位在发动机进气道中的第一压缩机上游的进气节气门的开度。

以此方式，电动机械增压器可以用于降低在诸如急剧缩小尺寸的发动机中的上游涡轮增压器处的压缩机超温的可能性。通过使用机械增压器以降低涡轮增压器压缩机的负载和温度，可以降低硬件约束，而无需遭受损失升压压力和驱动性能。总之，在无需劣化发动机的能力以满足驾驶员需求的扭矩的情况下，延长涡轮增压器组件寿命。

注意，包括在本文中的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。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，并且可以由包括控制器与各种传感器、致动器和其它发动机硬件的控制系统执行。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，所示的各种行为、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行地执行或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现本文面描述的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，所示的行为、运转和/或功能中的一个或更多个可以被重复地执行。此外，所述的行为、运转和/或功能可以图形化地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，其中所述的行为通过执行包括各种发动机硬件组件与电子控制器的系统中的指令而被执行。

应当认识到，本文所公开的构造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，上述技术可以使用到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。

随附的权利要求具体指出被认为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为包括一个或更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修改本申请的权利要求或通过在本申请或相关的申请中提出新权利要求被要求保护。这样的权利要求，无论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 (20)

1.一种用于升压发动机的方法，其包含：

绕过第二压缩机并且经由第一压缩机向活塞发动机提供压缩空气流；以及

响应于所述第一压缩机的出口温度处于或高于阈值，使所述第二压缩机加速。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：使所述第二压缩机加速直到所述第一压缩机的所述出口温度低于所述阈值，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，其中使所述第二压缩机加速包括相对于所述阈值基于所述第一压缩机的所述出口温度估计降低所述第一压缩机的所述出口温度需要的第二压缩机转速，并且当估计的第二压缩机转速低于阈值转速时，使所述第二压缩机加速到所述估计的第二压缩机转速，并且当所述估计的第二压缩机转速高于所述阈值转速时，使所述第二压缩机加速到所述阈值转速同时限制发动机扭矩。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述限制基于所述估计的第二压缩机转速和所述阈值转速之间的差。

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升压压力和减少通过所述第一压缩机的进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1所述的方法，其中所述第二压缩机沿着进气通道在所述第一压缩机的下游分级。

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相对于所述阈值以基于所述出口温度的转速操作所述电动马达，所述电动马达的所述转速随着所述第一压缩机的所述出口温度超过所述阈值而增加。

10.一种用于升压发动机的方法，其包含：

在第一状况期间，响应于第一上游压缩机的出口温度高于阈值，使第二下游压缩机以第一转速加速同时维持升压压力；以及

在第二状况期间，响应于所述第一压缩机的所述出口温度高于所述阈值，使所述第二压缩机以第二转速加速同时降低升压压力。

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，其中在所述第一状况和所述第二状况中的每一个期间，压缩空气经由所述第一压缩机流到活塞发动机，并且其中使所述第二压缩机加速包括停止绕过所述第二压缩机。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一压缩机由涡轮驱动并且所述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，并且其中相比于所述第一状况，所述出口温度和所述阈值之间的差在所述第二状况期间更大。

14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述第二状况期间，所述第二压缩机的加速以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被执行，并且在所述第一状况期间，所述第二压缩机的加速以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被执行。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一状况和所述第二状况中的每一个包括驾驶员需求的增加，并且其中在所述第二状况期间驾驶员需求的增加大于在所述第一状况期间驾驶员需求的增加。

16.一种发动机系统，其包含：

具有进气道的发动机；

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，所述第二压缩机沿着所述进气道定位在所述第一压缩机的下游；

耦接到所述第一压缩机的出口的温度传感器；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：

响应于踩油门；

操作所述第二压缩机而禁用所述第一压缩机，直到涡轮转速高于阈值涡轮转速；

然后，绕过所述第二压缩机同时继续操作所述第一压缩机；以及

响应于所述第一压缩机的出口温度高于阈值温度，继续操作所述第一压缩机，旋转所述第二压缩机。

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的指令，用于：旋转所述第二压缩机，直到所述第一压缩机的所述出口温度低于所述阈值温度，并且在所述第一压缩机的所述出口温度降低之后，禁用所述第二压缩机并且仅经由所述第一压缩机向所述发动机提供压缩空气。

18.根据权利要求16所述的系统，其中旋转所述第二压缩机包括使所述电动马达以基于所述出口温度和所述阈值温度之间的差的转速旋转，随着所述差增加，所述电动马达转速增加到阈值马达转速，当所述电动马达转速增加到所述阈值马达转速时，维持所述发动机的升压压力。

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的指令，用于：在所述电动马达增加到所述阈值马达转速之后，使所述电动马达转速维持在极限处同时限制升压压力，所述限制基于所述出口温度。

20.根据权利要求19所述的系统，其中限制升压压力包括降低所述第一压缩机的转速和/或减小定位在所述发动机进气道中的所述第一压缩机上游的进气节气门的开度。