CN106703977B - 用于升压控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了用于具有多个分级充气升压装置的发动机系统中的喘振控制的方法和系统。在一个示例中，响应于驾驶员扭矩要求的下降，压缩空气继续通过运转下游进气压缩机同时加速上游压缩机来提供，以减少通过第一压缩机的流量。通过经由第二压缩机的运转来增加第一压缩机处的压缩机压力比，喘振被减少而不使升压发动机性能退化。

Description

用于升压控制的方法和系统
技术领域
本说明大体涉及用于控制发动机升压装置以减少喘振问题的方法和系统。
背景技术
发动机系统可以被配置具有升压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器，用于提供升压的空气充气并改善峰值功率输出。压缩机的使用允许更小排量发动机提供与更大排量发动机一样多的功率，而且具有额外的燃料经济性益处。然而，压缩机倾向于喘振。例如，当操作者释放加速器踏板时，发动机进气节气门关闭，导致减少的向前气流通过压缩机，使涡轮增压器性能退化，并且可能导致压缩机喘振。压缩机喘振能够导致NVH问题，诸如来自发动机进气系统的不期望的噪声。
Styles等人在US20150047346中示出了一种解决压缩机喘振示例尝试。在其中，当发动机在压缩机喘振线处或超压缩机喘振线运转时，连续可变压缩机再循环阀(CCRV)被打开，以使经冷却的升压空气的一部分从增压空气冷却器的下游再循环到压缩机入口。该方法改善了压缩机压力比，从而减轻喘振。
发明内容
发明人在此已经识别了可以增大CCRV和/或减少对具有复合升压的系统中的CCRV的需要从而导致改善的性能和/或的成本降低的可能性的方案。该方法包括：在正常工况下，绕过第二压缩机，并且经由第一压缩机为活塞发动机提供压缩空气流量；以及响应于要求的发动机扭矩的降低，加速所述第二压缩机，并且减少到所述发动机的压缩空气流量。以此方式，被分级在第一压缩机的上游的第二压缩机能够被用来减轻喘振。
作为一个示例，一种升压发动机系统可以包括被耦接在涡轮增压器的上游的电动机械增压器。在当升压被需要时并且当涡轮增压器的涡轮正在加速自旋时的状况下，电动机械增压器可以被用来为发动机提供压缩的空气。然后，一旦涡轮加速自旋，涡轮增压器压缩机就可以被用来为发动机提供压缩的空气，同时绕过机械增压器。响应于节气门减小，例如响应于操作者释放加速器踏板，为了降低涡轮增压器压缩机处的喘振的可能性，电动机械增压器可以加速自旋，同时涡轮增压器继续自旋(由于高惯性)。这导致涡轮增压器压缩机入口处的压力的增加，从而移动涡轮增压器的压缩比进一步远离喘振阈值。一旦涡轮增压器流量已经被充分减少，机械增压器就可以被禁用，并且当需要时，压缩的空气可以再次经由涡轮增压器来提供。
压缩机喘振边界根据压缩机流量和压力比来限定。CCRV初始影响在流域中，而在本文中限定的方案对压力比域具有初始影响。组合两种方案延伸了喘振自由运转机制，从而改善系统性能，和/或减小CCRV的尺寸，这降低了系统成本。在一些情况下，CCRV可以被消除，并且在本文中描述的方案可以与传统的开/闭CRV进行组合，这也降低了系统成本。
经由第二上游压缩机的运转增加第一下游压缩机处的压缩机压力比的技术效果是，喘振能够被减少而不使升压发动机性能退化。通过运转机械增压器以增加第一压缩机的入口上游的压力并且减少通过第一压缩机的流量，减少了对运转压缩机再循环阀以减轻喘振的需要。因此，这改善了具有分级增压装置的升压发动机系统的性能。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念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所附权利要求书唯一地限定。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。
附图说明
图1示出了具有多级充气升压装置的升压发动机系统的示例实施例。
图2示出了图示可以被实施用于响应于驾驶员要求的扭矩的降低而减少压缩机喘振的程序的高水平流程图。
图3示出了图示可以被实施用于运转上游压缩机以减少下游压缩机处的喘振的程序的高水平流程图。
图4示出了描绘涡轮增压器压缩机的喘振极限和在喘振减轻时运转电动机械增压器的效果的压缩机映射图。
图5示出了在释放速器踏板期间可以被用来减少喘振的示例压缩机调整。
具体实施方式
下描述涉及用于改善具有分级升压装置的发动机系统(诸如图1的升压发动机系统)中的喘振裕度的系统和方法。控制器可以被配置为执行程序(诸如图2-3的示例程序)，以增加上游压缩机的速度从而改善下游压缩机的喘振裕度。通过运转第二压缩机，第一压缩机两端的压力比能够被减小(图4)。参照图5示出了示例喘振减轻运转。以此方式，升压发动机运转期间的喘振发生能够被减少。
图1示意地示出了包括发动机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是包括多个分级升压装置的升压发动机。具体地，发动机10包括被分级在第二升压装置15下游的第一升压装置13。该构造导致(第一升压装置的)第一压缩机114在第二压缩机110的下游被设置在发动机进气通道42中。在本示例中，第一升压装置是涡轮增压器13，而第二升压装置是电动机械增压器15。
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。马达108由车载能量存储装置(诸如系统电池106)提供电力。新鲜空气沿着进气通道42经由空气净化器112被引入发动机10，并且流至第二压缩机110。被第二压缩机110压缩的空气然后被递送到第一压缩机114。在选择的状况下，如在下面详述的，空气可以借助于调整旁通阀62的开度通过第二压缩机旁路60绕过机械增压器15，并且被引导到涡轮增压器13。
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被示为经由轴19被机械地耦接至涡轮116的涡轮增压器压缩机，所述涡轮116通过膨胀的发动机排气膨胀驱动。在一个实施例中，涡轮增压器可以是双涡形装置。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)，其中涡轮几何形状根据发动机工况被主动地改变。在第一压缩机114的压缩机入口处接收的新鲜空气被引入发动机10。在选择的状况下，如在下面详述的，被涡轮增压器13压缩的空气可以借助于调整压缩机再循环阀(CRV)72的开度通过第一压缩机旁路70从压缩机114的出口被再循环至入口。CRV72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。
如在图1中示出的，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)被耦接至节流阀20。节流阀20被耦接至发动机进气歧管22。压缩的空气充气从第一压缩机流过增压空气冷却器18和节流阀、流至进气歧管。增压空气冷却器可以是空气-空气或空气-水的热交换器，例如。在图1中示出的实施例中，进气歧管内的空气充气的压力通过歧管空气压力(MAP)传感器124来感测。
应认识到，如在本文中使用的，第一压缩机指的是分级压缩机的下游，而第二压缩机指的是分级压缩机的上游。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，升压装置的其他组合和构造可以是可能的。
在选择的状况下，诸如在踩加速器踏板期间，当从不具有升压的发动机运转进入具有升压的发动机运转时，涡轮迟滞能够发生。这是由于第一压缩机114的涡轮自旋加速的延迟。为了减少这种涡轮迟滞，在那些选择的状况下，机械增压器15和涡轮增压器13两者都可以被启用。具体地，当涡轮116自旋加速时，升压压力能够通过上游机械增压器压缩机110来提供。启用机械增压器包括从电池106汲取能量以使马达108自旋，从而由此加速第二压缩机110。此外，旁通阀62可以被关闭，以便使得空气的更大部分能够被第二压缩机110压缩。然后，当涡轮已经充分自旋加速并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。此外，旁通阀62可以被打开，以便使得空气的较大部分能够绕过第二压缩机110。
在选择的状况下，诸如在释放加速器踏板期间，当从具有升压的发动机运转进入不具有升压或升压降低的发动机运转时，压缩机喘振能够发生。这是由于当节气门在释放加速器踏板的时候关闭时通过第一压缩机的流量减少。通过第一压缩机前向流量的减少能够引起喘振并使涡轮增压器性能退化。此外，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。为了减轻压缩机喘振，被第一压缩机114压缩的空气充气的至少一部分可以被再循环至压缩机入口。这允许流过第一压缩机114的流量保持相对高且使得过多的升压压力被大体上立即释放，两者都降低压缩机喘振的倾向。压缩机再循环系统可以包括用于在增压空气冷却器18的上游将(暖的)压缩空气从第一压缩机114的压缩机出口再循环至第一压缩机114的压缩机入口的再循环通道70。在一些实施例中，压缩机再循环系统可以替代地或额外地包括在增压空气冷却器的下游将(经冷却的)压缩空气从压缩机出口再循环至压缩机入口的再循环通道。
阀62和72中的一个或两个可以是连续可变阀，其中阀的位置从完全关闭位置连续可变到完全打开位置。替代地，压缩机再循环阀72可以是连续可变阀，而压缩机旁通阀62是开闭阀。在一些实施例中，CRV72可以在升压发动机运转期间通常部分打开，以提供一些喘振裕度。在文本中，部分打开位置可以是缺省阀位置。然后，响应于喘振的指示，CRV72的开度可以被增加。例如，(一个或多个)阀可以从缺省的部分打开位置朝向完全打开位置被转变。在那些状况下(一个或多个)阀的开度的程度可以基于喘振的指示(例如，压缩机比、压缩机流速、压缩机两端的压差等)。在替代示例中，CRV72可以在升压发动机运转期间(例如，峰值性能状况)被保持关闭，以改善升压响应和峰值性能。
发明人已经认识到，通过响应于扭矩要求的下降(诸如在释放加速器踏板期间)经由第二压缩机的运转来增加第一压缩机上游的升压压力，压缩机喘振也能够被减少(例如，被避免)。如在下面详述的，在扭矩要求的下降期间，当涡轮增压器正在压缩的空气时，机械增压器可以被重新启用。此外，旁通阀62可以被关闭，使得压缩空气流量经由第一和第二压缩机中的每一个被提供给发动机。在向下游压缩机递送空气之前通过压缩在上游压缩机处的空气，第一压缩机的入口处的升压压力被增加，从而降低第一压缩机处的压力比。这允许在释放加速器踏板期间将第一压缩机的运转进一步移动远离喘振边界。
应认识到，如在下面详述的，可以存在选择的扭矩降低状况，其中喘振可以通过打开CRV72而被更好地释放，而在其他扭矩降低状况下，喘振可以通过加速第二压缩机110而被更好地释放。作为一个示例，当电池106的荷电状态较高时，第二压缩机可以被加速，而当电池106的荷电状态较低时，CRV72可以被打开。
一个或更多个传感器可以被耦接至第一压缩机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可以被耦接至入口，用于估计压缩机入口温度。作为另一示例，压力传感器56可以被耦接至入口，用于估计进入压缩机的空气充气的压力。其他传感器可以包括例如空燃比传感器、湿度传感器等。在其他示例中，压缩机入口状况(诸如湿度、温度等)中的一个或更多个可以基于发动机工况被推测。传感器可以估计来自进气通道的在压缩机入口处接收的进气以及从CAC的上游被再循环的空气充气的状况。一个或更多个传感器也可以在压缩机114和压缩机110的上游被耦接至进气通道42，用于确定进入压缩机的空气充气的成分和状况。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通过一系列进气门(未示出)被耦接至一系列燃烧室30。燃烧室经由一系列排气门(未示出)被进一步耦接至排气歧管36。在所描绘的实施例中，示出了单个排气歧管36。然而，在其他实施例中，排气歧管可以包括多个排气歧管区段。具有多个排气歧管区段的构造可以使得来自不同燃烧室的排出物能够被引导到发动机系统中的不同位置。
在一个实施例中，排气和进气门中的每一个可以被电子地致动或控制。在另一实施例中，排气和进气门中的每一个可以被凸轮致动或控制。不论是被电子地致动还是被凸轮致动，排气门和进气门打开和关闭的正时可以针对期望的燃烧和排放控制性能的需要而被调整。
燃烧室30可以被供应一种或更多种燃料，诸如汽油、醇燃料混合物、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、或其任何组合被供应给燃烧室。在燃烧室中，燃烧可以经由火花点火和/或压缩点火而被开始。
如在图1中示出的，来自一个或更多个排气歧管区段的排气被引导到涡轮116以驱动涡轮。当降低的涡轮扭矩被期望时，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可以被致动为打开，以经由废气门90将至少一些排气压力从涡轮的上游倾到涡轮下游的位置。通过降低涡轮上游的排气压力，涡轮速度能够被降低。
来自涡轮和废气门的组合流量然后流过排放控制装置170。一般来说，一个或更多个排放控制装置170可以包括一个或更多个排气后处理催化剂，所述排气后处理催化剂被配置为催化地处理排气流，并且由此减少排气流中的一种或更多种物质的量。例如，一个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NOx，并且当排气流富时减少捕集的NOx。在其他示例中，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。在其他示例中，排气后处理催化剂可以被配置为氧化排气流中残余的碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任何这种功能性的不同排气后处理催化剂可以被单独或一起布置在排气后处理阶段中的涂层或其他地方中。在一些实施例中，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碳烟颗粒的可再生碳烟过滤器。
来自排放控制装置170的经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。然而，取决于工况，一些排气可以经由包括EGR冷却器和EGR阀的EGR通道(未示出)被替代地转向到进气通道。EGR可以被再循环至第一压缩机114的入口、第二压缩机110的入口、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被示为从多个传感器16(在本文中描述的传感器的各种示例)接收信息，并向多个致动器81(在本文中描述的致动器的各种示例)发送控制信号。作为一个示例，传感器16可以包括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和MAF传感器57。诸如额外的压力、温度、空燃比和成分传感器的其他传感器可以被耦接至发动机系统100中的各种位置。致动器81可以包括例如节气门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和燃料喷射器66。控制系统14可以包括控制器12。控制器可以从各种传感器接收输入数据，处理输入数据，并基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令运用各种致动器。控制器可以基于对应于一个或更多个程序(诸如在本文中关于图2-3描述的示例控制程序)被编程在其中的指令或代码，响应于已处理的输入数据而运用致动器。
现在转向图2，示出了用于使上游升压装置(例如，机械增压器)的压缩机运转以减少下游升压装置(例如，涡轮增压器)的压缩机处的涡轮迟滞和喘振中的每一个的示例程序200。用于执行方法200和本文中包括的其余方法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且配合从发动机系统的传感器(诸如在上面参照图1描述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以根据在下面描述的方法运用发动机系统的发动机致动器来调整发动机运转。
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、操作者扭矩要求、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，确定升压是否被需要。在一个示例中，升压可以在中-高发动机负荷下被需要。在另一示例中，升压可以响应于操作者踩加速器踏板或驾驶员扭矩要求的增加而被需要。如果升压不被需要，诸如当发动机负荷低或驾驶员扭矩要求低时，该方法移动到206，其中发动机在自然吸气的情况下被运转。
如果升压被需要，那么在208处，该方法包括，启用第二上游压缩机，同时被耦接至第一下游压缩机的涡轮加速自旋。在本文中，响应于驾驶员要求的扭矩的增加，第二压缩机被加速，并且到发动机的压缩空气流量被增加。在文本中，第二压缩机沿着进气通道被分级在第一压缩机的上游。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，如参照图1示出的，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，加速第二压缩机包括使用从电池汲取的电力经由电动马达使第二压缩机自旋。第二压缩机基于升压要求的增加而被加速。因此，压缩的空气经由第二压缩机被提供给发动机。
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)更快地递送升压。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汽缸燃烧而发展时，排气涡轮速度增加，从而驱动第一压缩机。在210处，确定涡轮速度是否高于阈值，诸如是否在涡轮增压器能够支持升压要求的阈值之上。如果否，(机械增压器的)第二压缩机的运转被维持。
如果涡轮速度高于阈值，那在212处，该方法包括，例如通过禁用电动马达来减速第二压缩机。此外，旁通阀(诸如旁通阀62)可以被打开，从而允许空气绕过第二压缩机并且流至(下游)第一压缩机。因此，在涡轮已经充分加速自旋之后，该方法包括绕过第二压缩机并且经由第一压缩机为活塞发动机提供压缩空气流量。在本文中，压缩的空气不经由第二压缩机被提供给发动机。以此方式，通过瞬间运转机械增压器的第二压缩机直至涡轮增压器涡轮加速自旋，由于加速自旋第一压缩机的延迟所造成的涡轮迟滞被减少。
在216处，一旦涡轮增压器压缩机(第一压缩机)正在自旋并且为发动机提供压缩的空气，该方法包括基于升压压力调整压缩机再循环阀的开度。例如，压缩机再循环阀可以被保持部分打开，以提供一些喘振裕度。
在218处，可以确定第一压缩机是否正在喘振极限处或附近运转。在一个示例中，第一压缩机可以响应于要求的发动机扭矩的降低而移动更靠近喘振极限。例如，要求的发动机扭矩的降低可以是由于操作者释放加速器踏板。如果第一压缩机不在喘振极限处或附近，那么在220处，该方法包括继续经由第一压缩机使压缩空气流至活塞发动机，并且同时绕过第二压缩机。
如果第一压缩机在喘振极限处或附近，那么在222处，该方法包括基于工况选择喘振减轻方法。例如，在226处，喘振裕度可以通过加速第二压缩机并且减少到发动机的压缩空气流量(通过第一压缩机)来改善。作为另一示例，在224处，喘振裕度可以通过增加压缩机再循环阀的开度(例如，完全打开该阀)来改善。当发动机扭矩的降低被请求时，例如在齿轮换挡期间或由于驾驶员释放加速器踏板，发动机控制器可以基于发动机工况从可用的选项中选择适当的喘振减轻措施，如在图3处详述的。
现在转向图3，方法300描绘了响应于要求扭矩的降低而基于工况选择喘振减轻措施。
在302处，各种发动机工况被估计和/或被测量，诸如被耦接至驱动第二压缩机的电动马达的电池的荷电状态、至少第一压缩机的压缩机入口压力、扭矩要求的改变(例如，下降)、和与升压装置相关(诸如与第一或第二压缩机相关)的任何诊断代码(或MILs)的存在。
在304处，该方法包括，确认喘振被预期到。例如，喘振可以响应于要求的发动机扭矩的降低而被预期到。在一个示例中，发动机扭矩要求降低可以响应于从高升压压力操作者释放加速器踏板。在另一示例中，发动机扭矩要求降低可以响应于变速器齿轮换挡、对车轮牵引控制的请求、和车辆速度巡航控制的要求等中的一个或更多个。作为另一示例，喘振可以基于压缩机压力比和相对于喘振阈值的第一压缩机两端的质量流率被预期，所述喘振阈值可以利用压缩机映射图来确定。这样的映射图的一个示例在图4处进行示出并且在本文中进行描述。如果在304处喘振未被预期到，该方法结束并且程序退出。
在306处，可以确定用于加速第二压缩机的状况是否已经满足。如果以下状况中的任何一个被确认，状况可以被认为满足：被耦接至第二压缩机的电动马达的电池的荷电状态高于阈值、促进喘振可能性的扭矩要求降低高于阈值(例如，释放加速器踏板较大)、电动马达未退化(例如，没有与电动马达相关的诊断代码或MILs被启用)、和到喘振的裕度较大(例如，第一压缩机的入口压力与喘振阈值之间的差较高)。
如果用于加速第二压缩机的状况中的任一个满足，在308处，该方法包括加速第二压缩机同时经由第一压缩机为活塞发动机提供空气。在本文中加速第二压缩机包括，不绕过第二压缩机同时继续经由第一压缩机为发动机提供压缩空气。第二压缩机的加速可以基于相对于喘振阈值的第一压缩机的入口压力，当第一压缩机的入口压力接近或超过喘振阈值时加速被增加。第二压缩机的加速可以进一步基于相对于通过第二压缩机的压缩空气的第二流量的通过第一压缩机的压缩空气的第一流量，当第一流量与第二流量之间的差增加时所述加速被增加。关于期望的第二压缩机速度或电动机械增压器轴速度的计算的细节将在下文参照在图4的描述中提供的算法进行详述。
除了加速第二压缩机外，在310处，该方法包括减小被耦接在跨过第二压缩机的旁路中的旁通阀的开度，以减少当绕过第二压缩机时被引导到发动机的空气量。在一个示例中，旁通阀被完全关闭，使得被引导到发动机的空气不绕过第二压缩机。
在311处，可以确定(例如，经由建模)加速第二压缩机是否足以解决(例如，避免)第一压缩机的喘振。如果否，在312处，该方法包括增加CRV(例如，CCRV)的开度，以增加压缩空气从第一压缩机的下游到第一压缩机的上游(例如，到压缩机入口)的再循环。解决第一压缩机的喘振所需的CRV开度可以小于在没有第二压缩机的情况下所需的CRV开度，因此为CRV尺寸的减小提供可能。
如果加速第二压缩机足以解决(例如，避免)第一压缩机的喘振，在313处，进入发动机的加压空气的净流量将被减少。因此，通过加速第二压缩机，第一压缩机的入口压力被增加，从而减小第一压缩机两端的压力比，并且减少通过第一压缩机的空气流量。
第二压缩机可以继续被加速，直至经由第一压缩机到发动机的压缩空气的压力比和质量流率在喘振阈值之下。具体地，在314处，可以确定到喘振的裕度是否已经改善。如果否，在318处，第二压缩机的加速可以被维持，并且如果CRV可用的话，CRV可以保持打开。否则，如果裕度已经改善，在316处，第二压缩机可以被减速(例如，通过禁用电动马达)，并且旁通阀开度可以被增加。例如，第二压缩机可以被完全禁用，同时旁通阀可被完全打开。程序然后退出。
因此，在308-312处，喘振通过加速第二压缩机同时最小化耦接在第一压缩机两端的压缩机再循环阀的位置来解决。例如，压缩机再循环阀可以为维持关闭或部分打开。
返回到306，如果以下状况中的任何一个被确认，用于加速第二压缩机的状况可以被认为不满足(即，用于不加速第二压缩机的状况可以被认为满足)：被耦接至第二压缩机的电动马达的电池的荷电状态低于阈值、促进喘振可能性的发动机扭矩要求降低低于阈值(例如，释放加速器踏板较小)、电动马达退化(例如，与电动马达相关的诊断代码或MILs被启用)、和到喘振的裕度较小(例如，第一压缩机的入口压力与喘振阈值之间的差较低)。
如果用于不加速第二压缩机的状况中的任一个满足，在320处，该方法包括增加CRV的开度，以增加压缩空气从第一压缩机的下游到第一压缩机的上游(例如，到压缩机入口)的再循环。在一个示例中，CRV可以被完全打开。在322处，该方法包括维持第二压缩机被禁用。在323处，该方法包括减小进入发动机的加压空气的净流量。因此，在320-322处，喘振是通过增加耦接在第一压缩机两端的压缩机再循环阀的开度同时维持第二压缩机的速度来解决的。例如，第二压缩机可以被维持禁用。
CRV可以被保持更加打开，直至经由第一压缩机到发动机的压缩空气的流量在喘振阈值之下。具体地，在324处，如在314处，可以确定到喘振的裕度是否已经改善。如果否，在328处CRV可以被维持更加打开。否则，如果裕度已经改善，在326处，CRV的开度可以被减小。例如，CRV可以被关闭或被返回到缺省的部分打开位置。
因此，CRV通过增加第一压缩机流率来解决喘振，而机械增压器通过增加第一压缩机入口压力来解决喘振。虽然两个方案都迅速地将压缩机运转带到喘振线的右侧，但是通过采用机械增压器可以能够减小CRV的尺寸或完全消除CRV。
以此方式，一种用于升压发动机的方法包括，响应于第一驾驶员要求降低，加速第二压缩机同时经由第一压缩机为活塞发动机提供空气；以及响应于第二驾驶员要求降低，不加速所述第二压缩机同时经由所述第一压缩机为所述活塞发动机提供空气。所述方法进一步包含，响应于所述第二驾驶员要求降低，增加再循环阀的开度以将加压空气的一部分从所述第一压缩机的出口再循环至入口。在本文中，再循环阀是连续可变阀，并且增加再循环阀的开度包括致动所述阀的螺线管。在其他实施例中，开/闭CRV可以被采用。第二压缩机可以由电池运转的电动马达驱动，并且在第一驾驶员要求降低期间，电池的荷电状态高于阈值，并且在第二驾驶员要求期间，电池的荷电状态低于阈值。在第一驾驶员要求降低期间，第一压缩机的入口压力与喘振阈值之间的差可以较高，并且其中在第二驾驶员要求降低期间，差可以较低。另外，在第一驾驶员要求降低期间扭矩要求的下降可以高于在第二驾驶员要求降低期间扭矩要求的下降。第二压缩机可以由电池运转的电动马达驱动，并且在第一驾驶员要求降低期间，电动马达可以不退化，并且在第二驾驶员要求降低期间，电动马达可以退化。第二压缩机可以是电动机械增压器的压缩机，第一压缩机可以是涡轮增压器的压缩机，并且第二压缩机可以沿着进气通道被设置在第一压缩机的上游。
现在转向图4的压缩机映射图400，该映射图描绘了在不打开压缩机再循环阀的情况下经由对电动机械增压器的调整而减小涡轮增压器压缩机两端的压力比。映射图400示出了涡轮增压器压缩机在不同压缩机流率下(沿着x轴)的压缩机压力比(沿着y轴)，其中涡轮增压器压缩机被分级在电动机械增压器压缩机的下游。线402(实线)示出了涡轮增压器压缩机的喘振极限(在本文中，硬喘振极限)，而线412(虚线)示出了机械增压器压缩机的喘振极限。实线420(仅标记了2个)描绘了涡轮增压器压缩机的恒定速度线，而虚线430(仅标记了2个)描绘了机械增压器压缩机的恒定速度线。到硬喘振极限的左侧的压缩机运转导致了在硬喘振区域404(被描绘为阴影区域704)中的涡轮增压器压缩机运转。同样地，到硬喘振极限412的左侧的压缩机运转导致了在硬喘振区域(未划界)中的机械增压器运转。硬喘振区域404中的压缩机运转导致令人不快的NVH和发动机性能的潜在退化。
考虑点406处的发动机运转。当发动机正在点406处运转时，释放加速器踏板可以发生，从而将发动机运转移动到点408。当期望的发动机流量被减少时如果不采取措施，涡轮增压器压缩机两端的压力比最初保持几乎不变，而涡轮增压器压缩机上的质量流量轨迹从点406移动到点408时(经由虚线示出的轨迹)。由于新的位置(点408)在喘振线402的左侧，因此升压发动机系统可能进入喘振。
相比之下，如果电动机械增压器在释放加速器踏板期间被启用，则主压缩机的入口压力能够被增加。在所示出的示例中，主压缩机两端的压力比被降低。因此，压缩机映射图上的质量流量轨迹将发动机运转点移动到在喘振线右侧的新位置(点410)。因此，系统不进入喘振。
为了确保电动机械增压器的第二压缩机和涡轮增压器的第一压缩机两者都在非喘振区域中被运转，算法(诸如在下面描述的算法)可以被应用。电动机械增压器(ES)的第一压缩机的输入可以被指定为NES_des(即，期望的机械增压器速度或第二压缩机速度)。通过控制电动机械增压器的速度，第二压缩机的出口和第一涡轮增压器压缩机的入口处的压力(在本文中被表示为CIP)可以按照等式(1)被控制：
CIP＝f(NES_des，Wcorr_Es，BP) (1)
其中BP表示第二压缩机入口压力，并且Wcorr_ES表示通过第二压缩机的经修正的质量流量。发动机控制器可以选择NES_des使得CIP被控制为使两个压缩机的运转点保持在其相应的喘振线的右侧。每个压缩机的喘振线通过利用压力比和经修正的质量流率的函数来描述。指示两个压缩机正在非喘振区域中运转的标准被示为如下：
Figure BSA0000136302480000131
并且
Figure BSA0000136302480000132
其中TIP是第一压缩机出口压力。注意，经修正的流量Wcorr，由以下给出：
Figure BSA0000136302480000133
并且
Figure BSA0000136302480000134
其中，Pref和Tref是由涡轮增压器和机械增压器的供应商提供的压力和温度参考点，并且Wcomp_ES和Wcomp_turbo分别是通过电动机械增压器的第二压缩机和涡轮增压器的第一压缩机的估计或测量流量。因此，第一压缩机的经修正的质量流量取决于CIP。因此，利用等式(i)和(ii)，如果以下满足，CIP可以被确定为满足两个不等式：
Figure BSA0000136302480000135
如果不等式(iii)具有(一个或多个)解，那么CIP能够利用等式(1)通过第二压缩机的运转来控制。不等式(iii)具有CIP的非线性关系，所述不等式(iii)例如能够被迭代地求解。假设CIP*表示(iii)中的不等式的左手侧的解，其中不等式由等式代替。因此，将等式(1)的逆代入(iii)，期望的机械增压器(第二压缩机)速度能够被选择为如下：
f-1(CIP*Wcomp_ES，BP)≤NES_des≤f-1(BP*SLES(Wcorr_ES)，Wcomp_ES，BP) (3)
因为由于功率消耗限制和有限的响应速度，期望最小的电动机械增压器(第二压缩机)控制作用力，所以期望的机械增压器(第二压缩机)轴速度可以被确定为NES_des＝f-1(CIP*Wcomp_ES，BP)，其中
TIP是(第一压缩机的出口处的)节气门入口压力，ACT是空气充气温度，CIP是(第一压缩机的入口处的)第一压缩机入口压力，CIT是第一压缩机的入口温度，BP是(第二压缩机的入口处的)大气压力，W是质量流率，并且Corr是经修正的值。
现在转向图5，示出了用于经由上游电动机械增压器的运转改善下游涡轮增压器的喘振裕度的示例映射图500。映射图500在曲线图502-506处描绘了进气节气门开度，在曲线图508-512处描绘了升压压力，在曲线图514-518处描绘了CCRV的位置，在曲线图520-524处描绘了涡轮增压器的第一下游压缩机的速度(speed_comp1)，在曲线图526-530处描绘了涡轮增压器的第一下游压缩机的入口压力(CIP_comp1)，并且在曲线图532-536处描绘了机械增压器的第二上游压缩机的速度(speed_comp2)。在对于给定参数的每一组曲线图中，小虚线指示当喘振未被解决时的参数改变，大虚线指示如在现有技术中被解决的参数设定，并且实线指示根据本公开的参数设定。所有曲线图都随着时间沿着x轴进行示出。注意，在曲线图上的共同时间处(例如在时间t1处)对齐的元素正在同时发生，包括例如其中一个参数正在增加而另一个参数正在减小。
在t1之前，发动机可以在不发生喘振的情况下运转。在t1之前，扭矩要求和升压压力可以仅经由第一压缩机来提供。
在t1处，发动机扭矩降低可以例如由于操作者释放加速器踏板而发生。响应于释放加速器踏板和扭矩要求的下降，节气门开度可以被减小。如果未采取措施，第一压缩机可以进入喘振，如在曲线508处指示的。耦接在第一压缩机两端的CCRV被打开(曲线518)以解决这种喘振。
为了减小为解决喘振所需的CCRV开度，在t1处，响应于释放加速器踏板，机械增压器被启用(曲线536)并且第二压缩机被加速。这导致第一压缩机处的入口压力的增加(曲线530)，从而改善涡轮增压器的喘振裕度。因此，如果机械增压器压缩机不被启用(曲线534)，则会需要更大的CCRV开度(打开的程度和/或持续时间)来解决喘振(如在曲线516处指示的)。
在一个示例中，一种发动机系统包含：发动机，其具有进气装置；第一进气压缩机，其由排气涡轮驱动；第二进气压缩机，其由电动马达驱动，所述马达由电池提供电力，所述第二压缩机沿着所述进气装置被设置在所述第一压缩机的上游；压力传感器(或流量传感器)，其被耦接至所述第一压缩机的入口；以及控制器，其具有被存储在非临时性存储器上用于以下的计算机可读指令：在所述第二压缩机被禁用的情况下运转所述第一压缩机，以使压缩空气流到所述发动机；以及响应于释放加速器踏板，当继续运转所述第一压缩机时，使所述第二压缩机自旋，直至通过所述第一压缩机的压缩空气的流率在喘振阈值之下。在以上实施例中，使所述第二压缩机自旋包括以基于通过所述第一压缩机的流率与所述喘振阈值之间的差的速度运转所述电动马达，当所述差减小时所述速度被增加。在以上实施例中的任一个中，所述控制器进一步包括用于以下的指令，在通过所述第一压缩机的所述流率被降低之后，禁用所述第二压缩机，并且仅经由所述第一压缩机为所述发动机提供压缩空气。
用于升压发动机的另一示例方法包含，绕过第二压缩机，并且经由第一压缩机为活塞发动机提供压缩空气流量；以及响应于要求的发动机扭矩的降低，加速所述第二压缩机，并且减少到所述发动机的压缩空气的流量。在前述示例中，额外地或可选地，加速第二压缩机包括，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。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，第二压缩机沿着进气通道被分级在第一压缩机的上游。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，第二压缩机由电动马达驱动，并且其中第一压缩机由排气涡轮驱动。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，要求的发动机扭矩的降低响应于操作者释放加速器踏板、发动机变速器档位换挡、对牵引控制的要求、和对巡航控制的要求中的一个。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，第二压缩机的加速基于相对于喘振阈值的第一压缩机的入口压力，当第一压缩机的入口压力接近或超过喘振阈值时所述加速被增加。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，第二压缩机的加速进一步基于相对于通过第二压缩机的压缩空气的第二流量的通过第一压缩机的压缩空气的第一流量，当第一流量与第二流量之间的差增加时所述加速被增加。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，所述加速包括加速第二压缩机，直至经由第一压缩机到发动机的压缩空气的流量在喘振阈值之下，并且然后减速第二压缩机。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，所述方法进一步包含，响应于要求的发动机扭矩的增加，加速第二压缩机并且增加到发动机的压缩空气的流量。
用于升压发动机的另一示例方法包含：响应于第一发动机扭矩要求降低，当经由第一压缩机为活塞发动机提供加压空气时，加速第二压缩机；以及响应于第二发动机扭矩降低，当经由第一压缩机为活塞发动机提供加压空气时，不加速所述第二压缩机。额外地或可选地，前述示例进一步包含，响应于第二发动机扭矩要求降低，增加旁通阀的开度以将加压空气的一部分从第一压缩机的出口再循环至入口。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，旁通阀是连续可变阀，并且其中增加旁通阀的开度额外地或可选地包括致动所述阀的螺线管。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，第二压缩机由电池运转的电动马达驱动，并且其中在第一驾驶员要求降低期间，电池的荷电状态高于阈值，并且其中在第二驾驶员要求降低期间，电池的荷电状态低于所述阈值。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，在第一发动机扭矩要求降低期间，第一压缩机的入口压力与喘振阈值之间的差更高，并且在第二发动机扭矩要求降低期间，所述差更低。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，在第一发动机扭矩要求降低期间扭矩要求的下降高于在第二发动机扭矩要求降低期间扭矩要求的下降。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，第二压缩机由电池运转的电动马达驱动，并且在第一发动机扭矩要求降低期间，电动马达未退化，并且其中在第二发动机扭矩要求降低期间，电动马达退化。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，第二压缩机是电动机械增压器的压缩机，第一压缩机是涡轮增压器的压缩机，并且其中第二压缩机沿着进气通道被设置在第一压缩机的上游。
在进一步的描述中，一种用于发动机的方法包含，响应于当经由第一压缩机为发动机提供加压空气时接收到的喘振的指示，运转被耦接至位于第一压缩机上游的第二压缩机的电动马达，并且增加加压空气跨过第一压缩机的再循环。在前述示例中，第一压缩机额外地或可选地为涡轮增压器的压缩机，并且第二压缩机额外地或可选地为机械增压器的压缩机。在前述示例中的一个或全部中，运转电动马达额外地或可选地包括基于喘振的指示调整电动马达的速度，增加加压空气跨过第一压缩机的再循环额外地或可选地包括增加在第一压缩机两端的旁路中耦接的压缩机再循环阀的开度。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，喘振的所述指示包括在第一压缩机处的喘振的指示，并且压缩机再循环阀是连续可变的压缩机再循环阀。在前述示例中的一个或全部中，额外地或可选地，经由压缩机再循环阀增加再循环基于第二压缩机的加速，当驱动第二压缩机的电动马达的旋转速度更高时，压缩机再循环阀被打开至较小的度数。
以此方式，电动机械增压器可以被用来降低在下游涡轮增压器处(如在积极减小尺寸的发动机中)释放加速器踏板引发喘振的可能性。在喘振状况下通过利用机械增压器来在升高涡轮增压器压缩机入口压力，压缩机再循环阀可以在尺寸方面被减小或被消除。
注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中，并且可以由包含控制器与各种传感器、致动器以及其他发动机硬件的组合的控制系统来完成。在本文中所描述的具体程序可以代表任意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。因此，所描述的各种动作、操作或功能可以所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现在本文中所描述的本发明的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图释和说明而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、操作或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作或功能可以图形地表示成待编入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的代码，其中通过执行包括各种发动机硬件部件与电子控制器组合的系统中的指令来实现所描述的动作。
应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造和其他的特征、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。
以下权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求而得要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。

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，并且经由与所述第二压缩机串联布置的第一压缩机为活塞发动机提供压缩空气流量；以及
响应于要求的发动机扭矩的降低，加速所述第二压缩机，并且减少到所述发动机的所述压缩空气的流量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中加速所述第二压缩机包括加速所述第二压缩机，并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，直至经由所述第一压缩机到所述发动机的压缩空气的流量在喘振阈值之下，并且然后减速所述第二压缩机。
3.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被分级在所述第一压缩机的上游，并且由电动马达驱动，并且其中所述第一压缩机由排气涡轮驱动。
4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包含，当加速所述第二压缩机时，经由压缩机再循环阀增加压缩空气从所述第一压缩机的下游到所述第一压缩机的入口的再循环。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述压缩机再循环阀是连续可变的压缩机再循环阀，并且其中所述经由所述压缩机再循环阀增加的再循环基于所述第二压缩机的加速，当驱动所述第二压缩机的所述电动马达的旋转速度较高时，所述压缩机再循环阀被打开至较小的度数。
6.根据权利要求1所述的方法，其中要求的发动机扭矩的所述降低响应于操作者释放加速器踏板、发动机变速器档位换挡、对牵引控制的要求、和对巡航控制的要求中的一个。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二压缩机的加速基于相对于喘振阈值的所述第一压缩机的入口压力，当所述第一压缩机的所述入口压力接近或超过所述喘振阈值时所述加速被增加。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二压缩机的加速进一步基于相对于通过所述第二压缩机的压缩空气的第二流量的通过所述第一压缩机的压缩空气的第一流量，随着所述第一流量与第二流量之间的差增加所述加速被增加。
9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，响应于要求的发动机扭矩的增加，加速所述第二压缩机并且增加到所述发动机的所述压缩空气的流量。
10.一种用于升压发动机的方法，其包含：
响应于第一发动机扭矩要求降低，当经由第一压缩机为活塞发动机提供加压空气时，加速与所述第一压缩机串联布置的第二压缩机；以及
响应于第二发动机扭矩要求降低，当经由所述第一压缩机为所述活塞发动机提供加压空气时，不加速所述第二压缩机。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包含，响应于所述第二发动机扭矩要求降低，增加再循环阀的开度以将所述加压空气的一部分从所述第一压缩机的出口再循环至入口。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述再循环阀是连续可变阀，并且其中增加所述再循环阀的所述开度包括致动所述阀的螺线管。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二压缩机由电池运转的电动马达驱动，并且其中在所述第一发动机扭矩要求降低期间，所述电池的荷电状态高于阈值，并且其中在所述第二发动机扭矩要求期间，所述电池的所述荷电状态低于所述阈值。
14.根据权利要求10所述的方法，其中在所述第一发动机扭矩要求降低期间，所述第一压缩机的入口压力与喘振阈值之间的差较高，并且其中在所述第二发动机扭矩要求降低期间，所述差较低。
15.根据权利要求10所述的方法，其中在所述第一发动机扭矩要求降低期间扭矩要求的下降高于在所述第二发动机扭矩要求降低期间扭矩要求的下降。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二压缩机由电池运转的电动马达驱动，并且其中在所述第一发动机扭矩要求降低期间，所述电动马达未退化，并且其中在所述第二发动机扭矩要求降低期间，所述电动马达退化。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二压缩机是电动机械增压器的压缩机，所述第一压缩机是涡轮增压器的压缩机，并且其中所述第二压缩机沿着进气通道被设置在所述第一压缩机的上游。
18.一种发动机系统，其包含：
发动机，其具有进气装置；
第一进气压缩机，其由排气涡轮驱动；
第二进气压缩机，其由电动马达驱动，所述马达由电池提供电力，所述第二进气压缩机沿着所述进气装置被设置在所述第一进气压缩机的上游；
压力传感器，其被耦接至所述第一进气压缩机的入口；以及
控制器，其具有被存储在非临时性存储器上用于以下的计算机可读指令：
在所述第二进气压缩机被禁用的情况下运转所述第一进气压缩机，以使压缩空气流到所述发动机；以及
响应于发动机扭矩降低，当继续运转所述第一进气压缩机时，使所述第二进气压缩机旋转，直至通过所述第一进气压缩机的压缩空气的流率在喘振阈值之下。
19.根据权利要求18所述的系统，其中使所述第二进气压缩机旋转包括以基于通过所述第一进气压缩机的所述流率与所述喘振阈值之间的差的速度运转所述电动马达，当所述差减小时所述速度被增加。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述控制器进一步包括由于以下的指令，在通过所述第一进气压缩机的所述流率被降低之后，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为所述发动机提供压缩空气。
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