CN106640389B - 用于发动机转速控制的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于具有多级充气增压装置的发动机系统中的发动机转速急增控制的方法和系统。在一个示例中，在发动机起动期间，经由电动马达向后旋转上游压缩机以降低进气歧管压力。然后基于该较低的歧管压力给发动机加燃料，以减小扭矩和发动机转速急增，直到达到空转发动机转速条件。

Description

用于发动机转速控制的方法和系统

技术领域

本发明总体涉及用于减少在配置有涡轮增压器和机械增压器的分级增压式发动机系统中的发动机起动转速急增(flare-up)的方法和系统。

背景技术

在发动机起动期间，发动机空气流量为零，且进气歧管压力处于环境压力。因此，在发动机起动时可以添加大量的燃料以维持排气的化学计量配比(这是排放控制所需要的)。这产生较大的初始发动机扭矩输出，所述扭矩输出可导致发动机转速快速急增，直到进气歧管压力和发动机转速被调节。在发动机起动时的发动机转速急增可能引起较高的燃料消耗量，从而降低燃料经济性。另外，急增引起NVH问题，包含来自发动机的额外的噪声和明显的传动系振动。

已经研发出各种方法以用于减少在发动机起动时的转速急增。例如，如Ma等人在US8,694,231中示出，可以使用点火正时调整(特别是点火正时延迟)来将发动机起动时的发动机转速控制到减少急增的目标发动机转速。在另一示例中，如Marentette在US7,281,512中示出，包含可变形部件和弹性部件的组合件耦合在进气室内侧且用于改变进气歧管的容积。在发动机起动的低发动机转速下，所述组合件减少所述气室内的容积，由此减少发动机急增。

然而，本文的发明人已经认识到此类方法的潜在问题。作为一个示例，对点火正时延迟的依赖性降低了发动机的燃料经济性。作为另一示例，对用于选择性地改变进气歧管的容积的专用组合件的依赖性增加了组件和控制成本。

发明内容

本文的发明人已经认识到，分级增压式发动机系统中的电动机械增压器的压缩机可以被有利地用于减少发动机起动转速急增。由此，发动机系统可以配置有增压装置，例如涡轮增压器或机械增压器，以用于提供增压空气充入且改进峰值功率输出。其中压缩机的使用允许较小排量的发动机提供与较大排量发动机一样多的功率，但具有额外的燃料经济效益。另外，一个或多个进气充入装置与进气涡轮增压器串联或并联而分级，以改进涡轮增压发动机增压响应。在此发动机系统中，电动机械增压器的压缩机在发动机起动期间可以选择性地在反转方向上操作以产生进气歧管真空。所得到的较低进气歧管压力减少发动机起动燃料需求，从而产生降低的发动机扭矩且减少发动机急增。用于减少发动机急增的一个示例方法包含：在发动机起动期间，向后旋转压缩机以降低进气歧管压力，所述压缩机的转速基于发动机转速。以此方式，改进了发动机起动的质量。

作为一个示例，增压发动机系统可以包含耦合在涡轮增压器上游的电动机械增压器。响应于发动机起动，耦合到电动机械增压器的控制器的电动马达可以被操作以向后(也就是说，在与为了增压充气传递而旋转压缩机的方向相反的方向上)旋转机械增压压缩机。例如，电动马达可以被耦合到换向(reversing)电路，所述换向电路使得能够向后旋转机械增压压缩机。可替代地，马达可以耦合到H桥，所述H桥使得压缩机能够在向前方向和反转方向上旋转。所述旋转可以以某一转速执行并持续某一持续时间，使得歧管压力能够降低至阈值压力。作为较低压力的结果，在起动期间，较少的空气需要被泵送到发动机汽缸中(因为汽缸充气量是进气压力的函数)。然后可以基于较低的充气需求来安排发动机加燃料。在本文中，较低的进气压力导致较低的汽缸加燃料需求，并且因此导致发动机扭矩输出的减少，由此减少发动机转速急增。机械增压压缩机的反向旋转可以继续，直到达到发动机怠速。一旦发动机已经达到发动机怠速，机械增压压缩机的向后旋转就可以结束。之后可选地，可以启用机械增压压缩机的向前旋转以用于增压控制(例如用以在下游涡轮增压器加速旋转时减少涡轮迟滞)。

以此方式，通过在发动机起动期间在发动机进气歧管中产生真空，可以降低在发动机起动时的进气歧管压力。反向旋转电动机械增压压缩机以产生真空的技术效果是现有发动机组件可以有利地用于产生真空，从而提供组件和成本减少的效益。使用真空来降低发动机起动时的进气歧管压力的技术效果是较少的空气需要被泵送到发动机汽缸中，从而降低汽缸的加燃料需求。通过基于降低的汽缸充气需求来将较少量的燃料传递到发动机汽缸，发动机可以按照化学计量配比操作，同时在发动机起动时的发动机转速急增被减少。通过减小在发动机起动时的发动机扭矩和转速急增，减少了发动机起动NVH问题，同时改进了燃料经济性。总之，发动机起动的质量和可重复性得到改进。

应理解的是，提供以上概要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系列概念。不旨在识别所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围只由随附的权利要求书限定。此外，所要求保护的主题不局限于解决以上提出的或在本申请的任何部分提出的缺点的实施方式。

附图说明

图1示出具有多级充气增加装置的增压发动机系统的示例实施例。

图2示出说明可以被实施用于通过操作机械增压压缩机来减少发动机起动转速急增的程序的高级流程图。

图3示出可以用于减少发动机起动转速急增的示例调整。

具体实施方式

以下描述涉及用于改进在具有分级增加装置的发动机系统中(例如在图1的增压发动机系统中)在发动机起动期间的发动机转速控制。控制器可以被配置以执行控制程序(例如图2的示例程序)，以在起动期间使上游压缩机加速以降低歧管压力，由此减少汽缸加燃料和发动机转速。示例发动机转速控制操作参考图3示出。通过操作第二压缩机，可以减少发动机转速急增，从而改进发动机起动性。

图1示意性地示出包含发动机10的示例发动机系统100的多个方面。在所描绘的实施例中，发动机10是包含多级增压装置的增压发动机。具体地说，发动机10包含分级在第二增压装置13的上游处的第一增压装置15。该配置导致(第一增压装置的)第一压缩机110在发动机进气通道42中定位在(第二增压装置的)第二压缩机114的上游。在当前示例中，第一增压装置是电动机械增压器15，而第二增压装置是涡轮增压器13。

电动机械增压器15包含由电动马达108驱动的第一压缩机110。马达108由车载储能装置(例如系统电池106)提供动力。在第一组条件期间(例如在踩下加速器踏板期间)，电动马达108可以被操作以用于向前旋转第一压缩机110。在第二不同组条件期间(例如在发动机起动期间)，电动马达108可以被操作以用于向后旋转第一压缩机110。具体地，马达108可以被选择性地耦合到换向电路107，所述换向电路使得马达能够向后旋转机械增压压缩机。

新鲜空气经由空气滤清器112沿着进气通道42被引入发动机10中并且流动到第一压缩机110。一个或多个传感器可以耦合到空气滤清器上游的进气通道以用于估计环境空气条件，例如，用于估计大气压力(BP)的压力传感器、用于估计歧管空气流量(MAF)的空气流量传感器57以及用于估计空气充入温度(ACT)的进气温度传感器。由第一压缩机110压缩的空气随后被传递到第二压缩机114。在如下文详述的选定条件期间，通过调整旁通阀62的打开程度，空气可以通过第一压缩机60旁通路径绕过机械增压器15并且被引至涡轮增压器13。

涡轮增压器13包含由排气涡轮机116驱动的第二压缩机114。第二压缩机114示出为经由轴19机械地耦合到涡轮机116的涡轮增压压缩机，所述涡轮机116由膨胀的发动机排气驱动。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)，其中涡轮几何结构随发动机工况的变化而主动改变。在第二压缩机114的压缩机入口处接收到的新鲜空气被引入到发动机10中。在如下文详述的选定条件期间，通过调整压缩机再循环气门(CRV)72的打开程度，由涡轮增压器13压缩的空气可以通过第二压缩机旁通路径70从压缩机114的出口再循环至入口。CRV 72可以是可连续变化气门，并且增大再循环气门的打开程度可以包含致动(或激励)所述气门的螺线管。

一个或多个传感器可以耦合到第二压缩机上游的进气通道，以用于估计进入第二压缩机的充入空气的条件，例如用于估计压缩机入口压力(CIP)的压力传感器56，以及用于估计压缩机入口温度(CIT)的温度传感器55。其它传感器可以包含例如空燃比传感器、湿度传感器等。在其它示例中，可以基于发动机工况来推断压缩机入口条件中的一个或多个(例如湿度、温度等)。传感器可以估计在压缩机入口处从进气通道接收的进气以及从CAC的上游再循环的充入空气的条件。

如图1所示，第二压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)18(在本文中被称为中间冷却器)耦合到节气门20。节气门20耦合到发动机进气歧管22。在一些实施例中，附加进气系统(AIS)节气门(未示出)可以被包含在进气通道42中并处于第一压缩机110的上游和空气过滤器112的下游。从第一压缩机起，经压缩的充入空气穿过增压空气冷却器18和节气门流动到进气歧管。增压空气冷却器可以是例如空气到空气或水到空气交换器。在图1示出的实施例中，进气歧管内的充入空气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器124感测。

应当理解，如本文中所用，第一压缩机是指分级式压缩机的上游，并且第二压缩机是指分级式压缩机的下游。在一个非限制性示例中，如所描绘，第二下游压缩机是涡轮增压压缩机，而第一上游压缩机是机械增压压缩机。然而，增压装置的其它组合或配置是有可能的。

在选定条件期间，例如在踩下加速器踏板(tip-in)期间，当从没有增压的发动机操作转至具有增压的发动机操作时，涡轮迟滞可能出现。这是由于在踩下加速器踏板而使节气门打开时第二压缩机114的涡轮机加速旋转的延迟和节气门入口压力的暂时降低所导致的。为了减少此涡轮迟滞，在那些选定条件期间，可以启用机械增压器15和涡轮增压器13两者。具体地，在涡轮机116加速旋转时，可以通过上游机械增压压缩机110提供增压压力。使能机械增压器以减少涡轮迟滞包含将能量从电池106汲取至旋转马达108，以由此使第一压缩机110在向前方向上加速。另外，可以闭合旁通阀62以便使得较大部分的空气能够被第一压缩机110压缩。随后，当涡轮机已经充分地加速旋转且能够驱动第二压缩机114时，通过停用马达108可以使第一压缩机减速。另外，可以打开旁通阀62以便使得较大部分的空气能够绕过第二压缩机110。

在选定条件期间，例如在不踩加速器踏板(tip-out)期间，当从具有增压的发动机操作转至没有增压或减小增压的发动机操作时，压缩机喘振可能出现。这是由于在不踩加速器踏板而使节气门闭合时穿过第二压缩机的降低的流量导致。穿过第二压缩机的降低的向前流量可能导致喘振并使涡轮增压器性能退化。另外，喘振可能产生NVH问题，例如来自发动机进气系统的不希望的噪声。为了减少压缩机喘振，由第二压缩机114压缩的充入空气的至少一部分可以被再循环至压缩机入口。这允许穿过第二压缩机114的流量保持相对较高且基本上立即释放多余的增压压力，这两者都降低压缩机喘振的可能性。压缩机再循环系统可以包含再循环通道70，用于将(温暖的)压缩空气从第二压缩机114的在增压空气冷却器18上游的压缩机出口再循环至第二压缩机114的压缩机入口。在一些实施例中，压缩机再循环系统可以替代地或另外包含再循环通道，以便将(冷却的)压缩空气从在增压空气冷却器下游的压缩机出口再循环至压缩机入口。

气门62和72中的一者或两者可以是连续可变气门，其中气门的位置是从完全闭合位置至完全打开位置连续可变的。可替代地，压缩机再循环气门72可以是连续可变气门，而压缩机旁通阀62是开关阀。在一些实施例中，CRV 72在增压发动机操作期间可以是正常部分打开的，以提供某一喘振裕度。在本文中，部分打开的位置可以是默认气门位置。随后，响应于喘振的指示，可以增大CRV 72的打开程度。例如，(多个)气门可以从默认的部分打开位置朝向完全打开位置转变。在那些条件期间(多个)气门的打开程度可以基于喘振的指示(例如，压缩机比、压缩机流率、压缩机两侧的压差等)。在可替代示例中，CRV 72可以在增压发动机操作(例如，峰值性能条件)期间保持闭合，以改进增压响应和峰值性能。

本文的发明人已经认识到，在选定条件期间，机械增压压缩机还可以有利地向后旋转以降低进气歧管压力，例如通过产生进气歧管真空来实现。确切地说，通过将电动马达108耦合到换向电路107，第一压缩机110可以向后旋转(也就是说，在与将增压空气提供到发动机且将增压辅助提供到涡轮增压压缩机时驱动第一压缩机的方向相反的方向上)。因此，在发动机起动期间，第一压缩机可以向后旋转以降低进气歧管压力(MAP)。第一压缩机可以基于相对于阈值的发动机转速以某一转速和/或在某一持续时间内向后旋转。例如，第一压缩机可以基于相对于发动机怠速的(当前)发动机转速而旋转。较低MAP导致汽缸中的较小量的充入空气。因此，发动机汽缸需要较少的燃料来维持化学计量的发动机操作(出于排放达标率的原因)。因此，在第一压缩机向后旋转时，可以基于较低的歧管压力来给发动机加燃料。较低的扭矩输出导致较低的发动机转速输出，从而减少原本可能在发动机起动期间发生的发动机转速急增。一旦发动机处于怠速(或可替代的阈值转速)，就可以中止第一压缩机的反向旋转。

进气歧管22通过一系列进气门(未示出)耦合到一系列燃烧室30。燃烧室经由一系列排气门(未示出)进一步耦合到排气歧管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，排气歧管可以包含多个排气歧管区段。具有多个排气歧管区段的配置可以使得来自不同燃烧室的排出物能够被引至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一个可以是电子致动或电子控制的。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凸轮控制的。无论是电子致动还是凸轮致动，都可以根据期望的燃烧和排放控制性能的需求来调整排气门和进气门打开和闭合的正时。

燃烧室30可以被供应一种或多种燃料，例如汽油、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、节气门阀体喷射或其任何组合来供应到燃烧室。在燃烧室中，可以经由火花点火和/或压缩点火来启动燃烧。

如图1所示，来自一个或多个排气歧管区段的排气被引至涡轮机116以驱动涡轮机。当需要减小的涡轮扭矩时，作为替代可以引导一些排气通过废气门90，从而绕过涡轮机。废气门致动器92可以被致动打开以将至少一些排气压力从涡轮机的上游经由废气门90泄放至涡轮机下游的位置。通过减小涡轮机上游的排气压力，可以减小涡轮机转速。

来自涡轮机和废气门的组合流随后流经排放控制装置170。一般来说，一个或多个排放控制装置170可以包含一种或多种排气后处理催化剂，这些催化剂被配置为催化处理排气流并由此减少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在排气流较稀时从排气流捕集NOx，并且在排气流较浓时还原所捕集的NOx。在其它示例中，排气后处理催化剂可以被配置为使NOx歧化或者借助于还原剂选择性地还原NOx。在其它示例中，排气后处理催化剂可以被配置为氧化排气流中的残余烃类和/或一氧化碳。具有任何此类功能性的不同的排气后处理催化剂可以单独地或一起布置在涂层中或布置在排气后处理级中。在一些实施例中，排气后处理级可以包含可再生烟灰过滤器，该可再生烟灰过滤器被配置为捕集并氧化排气流中的烟灰颗粒。

来自排放控制装置170的经处理排气的全部或部分可以经由排气导管35释放到大气中。然而，取决于工况，一些排气可以替代地经由包含EGR冷却器和EGR阀的EGR通道(未示出)转移到进气通道。EGR可以被再循环到第二压缩机114、第一压缩机110或这两者的入口。

发动机系统100可以进一步包含控制系统14。控制系统14示出为从多个传感器16(其各种示例在本文中描述)接收信息，并将控制信号发送到多个致动器81(其各种示例在本文中描述)。作为一个示例，传感器16可以包含位于排放控制装置上游的排气传感器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。额外的压力传感器、温度传感器、空燃比传感器以及组分传感器等其它传感器可以耦合到发动机系统100中的各种位置。致动器81可以包含例如节气门20、压缩机再循环阀72、压缩机旁通阀62、电动马达108、废气门致动器92以及燃料喷射器66。控制系统14可以包含控制器12。该控制器可以从各种传感器接收输入数据，处理所述输入数据，并且基于接收到的信号和存储在控制器的存储器上的指令来采用各种致动器。响应于经处理的输入数据，控制器可以基于对应于一个或多个程序(例如在本文中参考图2描述的示例控制程序)的在其中编程的指令或代码来采用致动器。作为一个示例，控制器12可以发送信号来致动电动马达108以向前或向后旋转第一压缩机108。作为另一示例，控制器12可以将信号发送到耦合到进气节气门的机电致动器，以将进气节气门致动至打开程度更大的位置。

现在转到图2，其示出用于在发动机起动期间在反转方向上旋转上游增压装置(例如，机械增压器)的压缩机以减少发动机转速急增的示例程序200。用于实施方法200的指令可以由控制器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(例如上文参考图1所描述的传感器)接收到的信号来执行。根据下文描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器(例如上文参考图1所描述的致动器)来调整发动机操作。

在201处，所述方法包含估计发动机工况，例如环境条件(环境温度、压力、湿度)、发动机温度、踏板位置、操作者扭矩需求等。在202处，可以确定是否已经请求发动机起动。在一个示例中，基于钥匙被插入点火装置中且旋转至发动机起动位置，可以确认发动机起动请求。在另一示例中，基于操作者扭矩需求高于阈值，可以确认发动机起动请求。如果发动机起动未被确认，则在204处，发动机可以维持关闭并休息。

如果发动机起动被确认，则在206处，所述方法包含例如经由起动器马达来起动转动发动机。在208处，所述方法包含在反转方向上启用并加速第一上游压缩机。在向后旋转第一压缩机时，进气节气门可以保持打开。另外，在向后旋转第一压缩机时，旁通阀(例如旁通阀62)可以保持关闭。在此，该压缩机是机械增压器的第一上游压缩机，并且在发动机起动期间，控制器可以向后旋转机械增压器的第一上游压缩机以产生进气歧管真空，由此降低进气歧管压力。

第一压缩机的旋转可以由电动马达驱动，使得在反转方向上启用并加速第一压缩机包含致动且操作电动马达。由此，电动马达还可以在其它条件期间用于在向前方向上启用并加速第一压缩机。电动马达可以电耦合到换向电路以在反转方向上驱动第一压缩机。相比而言，电动马达可以与换向电路电解耦以在向前方向上驱动第一压缩机。可替代地，H桥可以被用于在向前方向和反转方向上致动马达。

第一压缩机可以被定位在经由轴由排气涡轮机驱动的第二压缩机的上游。换句话说，第一压缩机可以是第一上游机械增压压缩机，而第二压缩机可以是第二下游涡轮增压压缩机。在此，在向后旋转第一压缩机时，所述方法包含不旋转第二压缩机。也就是说，在发动机起动期间，当第一压缩机被向后旋转时，第二压缩机可以维持停用。

由此，电动机械增压器可以具有130-200ms的响应时间(即空转至100％占空比)，因此可以能够在发动机起动期间非常快速地向后旋转并减少歧管压力(例如在1-2秒内)。因此，通过依赖于电动机械增压器来降低歧管压力，发动机转速可以在发动机起动期间快速地处于控制之下。

在210处，所述方法包含基于降低的进气歧管压力(MAP)来估计被传递到发动机汽缸的进气充入空气。例如，发动机控制器可以从MAP传感器接收关于MAP的输入并且使用所估计的MAP来确定汽缸空气充入量。可替代地，可以基于歧管空气流量(例如来自MAF传感器)来推断空气充入量或MAP。

在212处，所述方法包含在向后旋转第一压缩机时基于降低的歧管压力来给发动机汽缸加燃料。具体地，可以基于估计的汽缸空气充入量(其根据降低的MAP确定)来给发动机汽缸加燃料，以将燃烧维持在化学计量配比处或其左右。通过减少歧管压力和汽缸充气需求，在发动机起动时的发动机加燃料需求得到降低，同时将发动机操作维持在化学计量配比处。降低的发动机充气和燃料需求导致较低的发动机输出扭矩以及因此较低的发动机转速。结果，减少了在发动机起动期间的发动机转速急增。

向后旋转第一压缩机的转速可以基于发动机转速来调整。确切地说，向后旋转可以包含向后旋转以将发动机转速维持在可能发生发动机急增的阈值转速以下。例如，控制器可以选择目标转速并向后旋转第一压缩机，同时基于降低的歧管压力来给发动机加燃料，使得发动机转速被引至目标转速或目标转速内，而不允许发动机转速超过目标转速。作为另一示例，控制器可以选择目标转速曲线和轨线并且调整第一压缩机的旋转，以便使实际发动机转速轨线匹配目标转速轨线。目标轨线可以包含发动机转速到阈值转速(例如怠速)的目标加速运转。随着发动机转速接近或超过在沿着目标转速曲线或轨线的任一点处的目标转速时，向后旋转的转速可以被增加。如本文中所用，在发动机起动期间向后旋转第一压缩机包含在发动机加速运转至怠速期间向后旋转第一压缩机。

在216处，所述方法包含确定发动机转速是否处于或高于阈值转速。例如，可以确定在发动机起动期间发动机转速是否已经沿着目标转速轨线加速运转至目标阈值转速。在一个示例中，阈值转速是发动机怠速。如果尚未达到阈值转速，则在216处，所述方法包含维持第一压缩机的反向旋转。

如果已经达到阈值转速，则在218处，可以停止并中止第一压缩机反向旋转。在220处，可以确定是否需要增压。在一个示例中，在中高发动机负载下可能需要增压。在另一示例中，响应于操作者踩下加速器踏板或驾驶员扭矩需求的增加可能需要增压。如果不需要增压，例如当发动机负载较低或驾驶员扭矩需求较低时，所述方法进行至222，其中发动机以自然吸气操作。在以自然吸气操作时，第一压缩机和第二压缩机中的每一个被维持停用。

如果需要增压，则在224处，所述方法包含在向前方向上启用并加速第一上游压缩机，同时耦合到第二下游压缩机的排气涡轮机加速旋转。在此，响应于驾驶员需求的扭矩的增加，第一压缩机被向前旋转并且到发动机的压缩空气的流量被增加。另外，在向前旋转第一压缩机时，横跨机械增压器耦合的旁通阀(例如旁通阀62)保持闭合。在向前方向上加速第一压缩机可以包含使用从电池汲取的功率经由电动马达来旋转第一压缩机，其中电动马达与换向电路解耦。随后基于增压需求的增加(例如，基于相对于目标增压压力的实际增压压力，或基于相对于阈值发动机转速的实际涡轮机转速)在向前方向上加速第一压缩机。以此方式，在发动机起动期间，在发动机达到怠速之后，响应于增压的需求，在排气涡轮机(并且因此第二压缩机)加速旋转时，所述方法包含向前旋转第一压缩机并经由第一压缩机将压缩空气提供给发动机。

由此，电动机械增压器可以具有130-200ms的响应时间(也就是说，空转至100％占空比)，并且因此可以能够比典型的涡轮增压器响应时间(1-2秒)快得多地提供增加。因此，电动机械增压器的第一压缩机可以能够明显更快地填充涡轮迟滞。

随着排气热量和压力由于汽缸燃烧而发展，排气涡轮机转速增加，从而驱动第二压缩机。在226处，确定涡轮机转速是否高于阈值，例如在涡轮增压器能够维持增压需求的阈值转速以上。如果为否，则在228处，维持(机械增压器的)第一压缩机的向前旋转。

如果涡轮机转速高于阈值，则在230处，所述方法包含例如通过禁用电动马达来使第一压缩机减速。另外，旁通阀(例如旁通阀62)可以被打开，从而允许空气绕过第一压缩机并流动到(下游)第二压缩机。因此，在涡轮机已经充分加速旋转之后，所述方法包含绕过第一上游压缩机并且经由第二下游压缩机将压缩空气流提供到活塞发动机。在此，压缩空气不经由第一压缩机提供到发动机。通过短暂操作机械增压器的第一压缩机直到涡轮增压器加速旋转，由于加速旋转第二压缩机时的延迟造成的涡轮迟滞被减少。

以此方式，在发动机起动期间，在发动机转速达到怠速之前，第一上游压缩机可以向后旋转，而第二下游压缩机被停用以减少发动机急增。随后，在发动机转速达到怠速之后，第一压缩机可以向前旋转，而第二压缩机维持停用以减少涡轮迟滞。

应了解，如果接收到扭矩需求的进一步增加，例如由于进一步踩下加速器踏板所导致，并且扭矩需求无法由仅经由第二压缩机提供的加压空气来满足，则可以经由电动马达重新激活第一压缩机并向前旋转第一压缩机。之后，可以经由第一压缩机和第二压缩机中的每一个将加压空气提供给发动机。

现在转到图3，其示出用于通过分级增压式发动机系统中的机械增压压缩机的反向旋转来改进发动机急增控制的示例图表300。图表300以曲线302描绘踏板位置(PP)，以曲线304描绘发动机转速(Ne)，以曲线306描绘歧管压力(MAP)，以曲线308描绘增压压力，以曲线310描绘机械增压器的第一上游压缩机的旋转速度(speed_comp1)，以曲线312描绘第一压缩机的旋转方向(Rot_dir_comp1)，并且以曲线314描绘涡轮增压器的第二下游压缩机的旋转速度(speed_comp2)。所有曲线示出为沿着x轴随时间变化。注意，在图上同一时间处(例如在时间t1处)对准的元素同时发生，包含例如一个参数在增加而另一参数在降低的情况。

在t1之前，发动机可以被关闭。在t1处，发动机可以响应于点火事件而起动。在发动机重新起动期间，为了减少发动机转速急增，经由电动马达旋转上游电动机械增压器的第一压缩机(曲线310)。确切地说，在t1和t2之间经由电动马达反向旋转第一上游压缩机(曲线312)。由于第一压缩机的反向旋转，发动机的歧管压力(MAP)开始降低(曲线306)。在当前示例中，歧管压力相对于大气压力BP降低。发动机在发动机起动期间基于降低的MAP被同时加燃料，从而导致需要相对较少的燃料。另外，由发动机输出相对较少的发动机扭矩，从而导致较小的发动机转速，并且因此导致发动机急增的减少(曲线304)。

在t2处，发动机转速达到阈值转速(例如怠速)。响应于达到阈值转速，第一压缩机反向旋转被停止。在t2之后不久，基于踏板位置的变化接收到操作者扭矩需求。在此，扭矩需求并没有高到需要增压发动机操作的程度。因此，发动机以自然吸气操作，并且第一和第二压缩机未旋转。

在t3处，操作者踩下加速器踏板事件发生，指示操作者扭矩需求的增加。在此，较高扭矩需求导致需要增压发动机操作。为了减少在耦合到第二压缩机的排气涡轮机加速转动(spool)时可能引起的涡轮迟滞，响应于增压需求，经由电动马达旋转第一压缩机。确切地说，第一上游压缩机在t3和t4之间的持续时间内经由电动马达在向前方向上旋转(曲线312)以升高增压压力。确切地说，在t3和t4之间，由第一压缩机压缩的空气被传递到发动机。在t4处，(经由第一压缩机提供的)增压压力达到阈值压力，响应于此，第一压缩机的向前旋转被中止。

还在t3和t4之间，当增压发动机操作接着发生并且排气温度和压力增加时，涡轮增压器的涡轮机可以加速转动(spool up)，使得在t4处，第二压缩机可以加速。在t4处，一旦第二压缩机加速转动且运转，并且第一压缩机减速，则由第二压缩机压缩的空气就可以被传递到发动机，同时绕过第一压缩机(例如通过打开横跨第一压缩机耦合的旁通管中的旁通阀)。在t3和t4之间，可以仅通过第二压缩机提供扭矩需求和增压压力。

在t5处，由于进一步的操作者踩下加速器踏板，操作者扭矩需求进一步增加，并且需要增压压力的进一步增加。然而，所需要的增压压力高于可由第二压缩机单独提供的增压压力。因此，在t5处，第一压缩机被重新启用并且经由电动马达在向前方向上旋转第一压缩机，以将增压辅助提供给第二压缩机。

以此方式，耦合在涡轮增压器的第二压缩机上游的机械增压器的第一压缩机在发动机起动期间被选择性地向后旋转，以减少发动机急增，且随后在踩下加速器踏板期间被选择性地向前旋转以减少涡轮迟滞和/或提供增压辅助。

一种用于发动机的示例方法包括：在发动机起动期间，向后旋转压缩机以降低进气歧管压力，所述压缩机的转速基于发动机转速。在前述示例方法中，另外或可选地，所述向后旋转包含向后旋转以将发动机转速维持在阈值转速以下。在前述示例方法中的任一或全部示例方法中，另外或可选地，在发动机起动期间包含在发动机加速运转至怠速期间。在前述示例方法中的任一或全部示例方法中，压缩机是由电动马达驱动的第一上游压缩机，并且所述方法另外或可选地进一步包括：在向后旋转第一压缩机时，不旋转第二下游压缩机，所述第二压缩机经由轴由排气涡轮机驱动。前述示例方法中的任一或全部示例方法可以另外或可选地进一步包括：在发动机达到怠速之后，向前旋转第一压缩机，直到涡轮机的转速高于阈值涡轮机转速，且随后使第一压缩机减速。在前述示例方法中的任一或全部示例方法中，向后旋转第一压缩机可以另外或可选地包含选择性地将电动马达耦合到换向电路，并且向前旋转第一压缩机可以另外或可选地包含选择性地将电动马达与换向电路解耦。在前述示例方法中的任一或全部示例方法中，另外或可选地，压缩机的转速基于发动机转速可以包含：随着发动机转速接近或超过阈值转速而增加压缩机的转速。前述示例方法中的任一或全部示例方法可以另外或可选地进一步包括：在向后旋转第一压缩机时，保持进气节气门打开并且基于较低的歧管压力给发动机汽缸加燃料。

用于增压发动机的另一示例方法包括：在发动机起动期间，在发动机转速达到怠速之前，向后旋转第一上游压缩机，而第二下游压缩机被停用；并且在发动机转速到达怠速之后，向前旋转第一压缩机，而第二压缩机维持停用。在前述示例中，另外或可选地，第一压缩机是由电动马达驱动的机械增压压缩机，并且第二压缩机是经由轴由排气涡轮机驱动的涡轮增压压缩机。另外或可选地，在前述示例方法中的任一或全部示例方法中，向后旋转第一压缩机包含以基于相对于怠速的发动机转速的转速旋转第一压缩机，并且向前旋转第一压缩机包含以基于排气涡轮机的涡轮机转速的转速旋转第一压缩机。前述示例方法中的任一或全部示例方法可以另外或可选地进一步包括：在发动机转速达到怠速之后，维持第二压缩机停用且同时向前旋转第一压缩机，直到排气涡轮机的涡轮机转速达到阈值转速。前述示例方法中的任一或全部示例方法可以另外或可选地进一步包括：在涡轮机转速达到阈值转速之后，停用第一压缩机并向前旋转第二压缩机。另外或可选地，在前述示例方法中的任一或全部示例方法中，停用第一压缩机并向前旋转第二压缩机包含绕过第一压缩机并且经由第二压缩机将加压空气提供给发动机。前述示例方法中的任一或全部示例方法可以另外或可选地进一步包括：响应于扭矩需求的增加，在向前旋转第二压缩机时，向前旋转第一压缩机并经由第一压缩机和第二压缩机中的每一个将加压空气提供给发动机。

另一示例发动机系统包括：发动机，其具有进气歧管；进气节气门；踏板，其用于接收操作者扭矩需求；燃料喷射器，其耦合到发动机汽缸；第一进气压缩机，其由电动马达驱动，所述马达由电池提供动力；换向电路，其选择性地可耦合到电动马达；第二进气压缩机，其由排气涡轮机驱动，第一压缩机沿着进气通道定位在第二压缩机上游；压力传感器，其耦合到进气歧管；以及控制器。该控制器可以配置有存储在非暂时性存储器上以用于进行以下操作的计算机可读指令：响应于发动机重新起动请求，经由马达向后旋转第一压缩机以产生进气歧管真空；以及在旋转期间，基于估计的歧管压力来给发动机汽缸加燃料，直到发动机转速达到阈值转速。在前述示例系统中，控制器另外或可选地包含用于进行以下操作的进一步指令：在向后旋转第一压缩机时，保持进气节气门打开。在前述示例系统中的任一或全部示例系统中，控制器另外或可选地包含用于进行以下操作的进一步指令：将电动马达耦合到换向电路以向后旋转第一压缩机；并且在发动机转速达到阈值转速之后，中止第一压缩机的旋转，同时基于估计的歧管压力来给发动机汽缸加燃料。在前述示例系统中的任一或全部示例系统中，控制器另外或可选地包含用于进行以下操作的进一步指令：响应于踩下加速器踏板，将电动马达与换向电路解耦并且经由电动马达向前旋转第一压缩机，而不旋转第二压缩机，直到涡轮机转速高于阈值涡轮机转速；并且在涡轮机转速高于阈值涡轮机转速之后，使第一压缩机减速并基于操作者扭矩需求经由涡轮机旋转第二压缩机。前述示例系统中的任一或全部示例系统可以另外或可选地进一步包括将第一压缩机的入口耦合到第一压缩机的出口的旁通路径，所述旁通路径包含旁通阀，并且控制器可以另外或可选地包含用于进行以下操作的进一步指令：当向后或向前旋转第一压缩机时，保持旁通阀闭合；并且当使第一压缩机减速时打开旁通阀，以便仅经由第二压缩机将加压空气提供给发动机。

以此方式，电动机械增压器可以在发动机起动期间有利地用于快速降低歧管压力并减少发动机转速急增。确切地说，可以促使电动机械增压器的快速响应时间改变以在发动机加速运转至空转的短时间内减少歧管压力。通过在发动机起动时向后旋转机械增压压缩机，可以降低发动机起动增压需求，从而降低燃料需求。由此导致的发动机扭矩和转速的下降使得发动机转速能够根据目标轨线加速运转，并且具有减少的急增。通过在其它条件期间向前旋转相同的机械增压压缩机，可以在多级发动机系统中解决涡轮迟滞，其中机械增压器被定位在涡轮增压器的上游。由此，这允许在发动机起动期间和在发动机加速运转至怠速之后使用相同的发动机组件来增强发动机性能。通过减少发动机转速急增，发动机起动NVH问题被减少，从而改进发动机起动性和操作者感知到的驾驶质量。另外，与发动机起动转速急增相关联的燃料损耗被减少。

要注意，本文所包含的示例性的控制和估算程序可以用于各种发动机和/或车辆系统配置。本文公开的这些控制方法和程序可以作为可执行指令被存储在非瞬态存储器上并且可以由包含控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。本文描述的这些特定程序可以代表任意数量的处理策略中的一种或多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。由此，所说明的各种动作、操作和/或功能可以按所说明的顺序进行、并行地进行或在某些情况下被省略。同样，处理顺序不是实现本文描述的这些示例性实施例的特征和优点所必须要求的，而是为了方便说明和描述而被提供。所说明的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以取决于所使用的具体策略被重复地执行。进一步，所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示有待编程到该发动机控制系统的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作是通过在包括各种发动机硬件部件的系统中执行指令并结合电子控制器来执行的。

应了解的是，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，并且这些特定实施例不得以限制的意义来考虑，因为众多的变体是可能的。例如，以上技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4以及其他发动机类型。本申请的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖的且非显而易见的组合和子组合。

随附的权利要求具体地指出了被认为是新颖的且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能提及“一个”元件或“第一”元件或其等效物。这样的权利要求应理解为包括引入了一个或多个此类元件，但不要求或排除两个或更多此类要素。所公开的这些特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可以通过对本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。这样的权利要求无论在范围上与原权利要求相比更宽、更窄、相同或不同，也都被视为包含在本申请的主题之内。

Claims (18)

1.一种用于发动机的方法，其包括：

在发动机加速运转至怠速期间：

向后旋转上游的第一压缩机以降低进气歧管压力，所述第一压缩机的转速基于发动机转速，所述第一压缩机由电动马达驱动；

在向后旋转所述第一压缩机时，不旋转下游的第二压缩机，所述第二压缩机经由轴由排气涡轮机驱动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述向后旋转包含向后旋转以将所述发动机转速维持在阈值转速以下。

3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在所述发动机达到所述怠速之后，向前旋转所述第一压缩机，直到所述涡轮机的转速在阈值涡轮机转速以上，且随后使所述第一压缩机减速。

4.根据权利要求3所述的方法，其中向后旋转所述第一压缩机包含选择性地将所述电动马达耦合到换向电路，并且其中向前旋转所述第一压缩机包含选择性地将所述电动马达与所述换向电路解耦。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一压缩机的转速基于发动机转速包含：随着所述发动机转速达到或超过所述阈值转速而增加所述第一压缩机的转速。

6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在向后旋转所述第一压缩机时，保持进气节气门打开并且基于降低的进气歧管压力给发动机汽缸加燃料。

7.一种用于增压发动机的方法，其包括：

在发动机起动期间，

在发动机转速达到怠速之前，向后旋转上游的第一压缩机，其中下游的第二压缩机被停用；以及

在发动机转速达到怠速之后，向前旋转所述第一压缩机，其中所述第二压缩机维持停用。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一压缩机是由电动马达驱动的机械增压压缩机，并且其中所述第二压缩机是经由轴由排气涡轮机驱动的涡轮增压压缩机。

9.根据权利要求8所述的方法，其中向后旋转所述第一压缩机包含以基于相对于怠速的发动机转速的转速旋转所述第一压缩机，并且其中向前旋转所述第一压缩机包含以基于所述排气涡轮机的涡轮机转速的转速旋转所述第一压缩机。

10.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：在所述发动机转速达到怠速之后，维持所述第二压缩机停用，同时向前旋转所述第一压缩机，直到所述排气涡轮机的涡轮机转速达到阈值转速。

11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：在所述涡轮机转速达到所述阈值转速之后，停用所述第一压缩机并向前旋转所述第二压缩机。

12.根据权利要求11所述的方法，其中停用所述第一压缩机并向前旋转所述第二压缩机包含绕过所述第一压缩机并经由所述第二压缩机将增压空气提供给所述发动机。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：响应于在向前旋转所述第二压缩机时扭矩需求的增加，向前旋转所述第一压缩机并经由所述第一压缩机和所述第二压缩机中的每一个将增压空气提供给所述发动机。

14.一种发动机系统，其包括：

发动机，其具有进气歧管；

进气节气门；

踏板，其用于接收操作者扭矩需求；

燃料喷射器，其耦合到发动机汽缸；

第一进气压缩机，其由电动马达驱动，所述马达由电池提供动力；

换向电路，其选择性地可耦合到所述电动马达；

第二进气压缩机，其由排气涡轮机驱动，所述第一进气压缩机沿着进气通道定位在所述第二进气压缩机的上游；

压力传感器，其耦合到所述进气歧管；以及

控制器，其具有存储在非暂时性存储器上以用于进行以下操作的计算机可读指令：

响应于发动机重新起动请求，

经由所述马达向后旋转所述第一进气压缩机以产生进气歧管真空，其中所述第二进气压缩机被停用；以及

在所述旋转期间，基于估计的歧管压力给所述发动机汽缸加燃料，直到发动机转速达到阈值转速。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器包含用于进行以下操作的进一步指令：

在向后旋转所述第一进气压缩机时，保持所述进气节气门打开。

16.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器包含用于进行以下操作的进一步指令：

将所述电动马达耦合到所述换向电路以向后旋转所述第一进气压缩机；以及

在所述发动机转速达到所述阈值转速之后，中断所述第一进气压缩机的旋转，同时继续基于所述估计的歧管压力给所述发动机加燃料。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包含用于进行以下操作的进一步指令：

响应于踩下踏板，

将所述电动马达与所述换向电路解耦并且经由所述电动马达向前旋转所述第一进气压缩机，不旋转所述第二进气压缩机，直到涡轮机转速高于阈值涡轮机转速；以及

在所述涡轮机转速高于所述阈值涡轮机转速之后，使所述第一进气压缩机减速，并且基于所述操作者扭矩需求经由所述涡轮机旋转所述第二进气压缩机。

18.根据权利要求17所述的系统，其进一步包括将所述第一进气压缩机的入口耦合到所述第一进气压缩机的出口的旁通路径，所述旁通路径包含旁通阀，其中所述控制器包含用于进行以下操作的进一步指令：

当向后或向前旋转所述第一进气压缩机时，保持所述旁通阀闭合；以及

当使所述第一进气压缩机减速时，打开所述旁通阀，以仅经由所述第二进气压缩机将增压空气提供给所述发动机。

Images