CN106812616A - 一种控制装配有增压器的发动机系统的方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制装配有增压器的发动机系统的方法，其可以包括：根据发动机的RPM确定增压压力的目标值，并且随后确定增压器是否在可操作的范围内；当在操作范围确定中确定增压器在可操作的范围内时，基于提前输入到控制器中的参考值和输入到控制器中的车辆当前状态值，来推算增压器的目标RPM；将在目标RPM推算中推算出的目标RPM中的最大值设定至增压器的驱动RPM，并且验证设定的该驱动RPM是否大于或等于提前输出到控制器中的预定参考值；以及通过关闭旁通阀来打开增压器路径，从而以设定的驱动RPM来驱动增压器。

Description

一种控制装配有增压器的发动机系统的方法
技术领域
本发明涉及一种控制装配有增压器的发动机系统的方法，其旨在于在装配有增压器和涡轮增压器的发动机系统中，依据发动机的驱动模式来控制增压器。
背景技术
为了增加柴油发动机进气的增压比，装配有涡轮增压器或者同时装配有增压器和涡轮增压器的发动机系统被应用至柴油发动机。特别地，可以应用不是通过发动机的驱动力而是通过电机的驱动力而受到驱动的电机操作增压器。通常而言，由于电机操作增压器的压缩机呈现出流速和压缩比之间的反比关系，所以在高流速区压缩比低，而在低流速区压缩比高。也就是说，增压器在操作范围之外的范围中仅被操作为流阻器(flowresistor)。
此外，涡轮增压器具有棘手的的涡轮延迟(turbo lag)问题以及匹配涡轮增压器尺寸的问题，因此由于低效的涡轮操作，排放(EM)和燃料效率可能会变差。
公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种控制装配有增压器的发动机系统的方法，该方法能够通过适当地控制增压器，而提高发动机系统的效率。
根据本发明的各个方面，一种控制装配有增压器的发动机系统的方法可以包括：通过控制器进行操作范围确定，其中根据发动机的RPM确定增压压力的目标值，并且随后确定增压器是否在可操作的范围内；通过控制器进行目标RPM推算，其中，当在操作范围确定中已确定增压器在可操作的范围内时，基于提前输入到控制器中的参考值和输入到控制器中的车辆当前状态值来推算增压器的目标RPM；通过控制器进行驱动RPM设定，其中，将在目标RPM推算中推算出的目标RPM中的最大值设定至增压器的驱动RPM，并且验证设定的驱动RPM是否大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值；以及通过控制器进行增压器驱动，其中，当在驱动RPM设定中设定的驱动RPM大于或等于参考值时，通过关闭旁通阀来打开增压器路径，从而以设定的驱动RPM来驱动增压器。
在所述操作范围确定中，可以基于发动机的RPM和燃料水平来确定增压压力的目标值。
所述操作范围确定可以进一步包括：通过控制器进行增压压力比较，其中，将在控制器中确定的增压压力的目标值与输入到控制器中的增压压力的当前值进行比较。
在所述操作范围确定中，可以基于引入到增压器中的空气量和增压器的最大可操作的RPM来确定增压器是否在可操作的范围内。
当在所述操作范围确定中确定增压器不在可操作的范围内时，则打开旁通阀以关闭增压器路径。
在所述目标RPM推算中，所述控制器可以确定加速踏板的开度是否大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值。
在所述目标RPM推算中，当加速踏板的开度大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值时，则基于加速踏板的开度、发动机的RPM、燃料水平和进气歧管的当前压力来推算增压器的目标RPM。
在所述目标RPM推算中，所述控制器可以验证作为时间函数的加速踏板开度的变化速率是否大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值。
在所述目标RPM推算中，当作为时间函数的加速踏板开度的变化速率大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值时，则基于作为时间函数的加速踏板开度的变化速率、发动机的RPM、燃料水平和进气歧管的当前压力来推算增压器的目标RPM。
在所述目标RPM推算中，所述控制器可以基于增压器的入口压力、出口压力和引入的空气量来推算驱动动力。
所述目标RPM推算步骤可以进一步包括：通过控制器进行增压比推算步骤，其中推算增压器和涡轮增压器的增压比。
在所述增压比推算中，所述控制器可以基于增压器的入口压力和出口压力、增压压力的目标值和大气压力来推算增压比。
在所述增压比推算中，所述控制器可以推算增压器的入口压力与出口压力之间的变化。
在所述增压比推算中，所述控制器可以推算涡轮增压器叶片(vane)的开度。
在所述增压比推算中，所述控制器可以推算燃料效率的提高量。
在所述增压比推算中，通过将增压器的驱动动力与燃料效率的提高量进行比较，所述控制器可以推算增压器和涡轮增压器的增压比。
在所述目标RPM推算中，可以基于增压压力的目标值、增压器和涡轮增压器的增压比和引入的空气量来进行对增压器的目标RPM进行推算。
在所述目标RPM推算中可以验证在所述操作范围确定中推算出的增压压力的目标值与增压压力的当前值之间的差是否大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值。
在所述目标RPM推算中，当所述增压压力的目标值与增压压力的当前值之间的差大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值时，则基于增压压力的目标值与增压压力的当前值之间的差、增压器的入口压力和引入的空气量而可以推算增压器的目标RPM。
当在驱动RPM设定中设定的驱动RPM小于参考值，则可以重复执行所述操作范围确定。
该种控制装配有增压器的发动机系统的方法的有益之处在于：在增压器路径上设置旁通阀(气流经由该增压器路径进入到增压器中)，且随着旁通阀打开或关闭，该增压器路径被控制为打开或关闭，因此在低速或中速扭矩增加，且因此动力性能和加速性能可以得到改善。此外，通过确定和控制增压器和涡轮增压器的增压比，燃料效率得到改善，涡轮延迟的缺陷和跟踪控制(follow up control)特性得到改善，因而能够改善EM。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的实施方案中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的实施方案中进行详细陈述，这些附图和实施方案共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1为示出了根据本发明的控制装配有增压器的发动机系统的示例性方法的流程图；
图2为示出了根据本发明，用于实现图1中的示例性方法的发动机系统的结构配置的框图。
应当理解，附图不一定是按照比例绘制，而是呈现各种特征的简化表示，以对本发明的基本原理进行说明。本发明所公开的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例呈现在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性的实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为这些示例性的实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性的实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
图1为示出了根据本发明的各个实施方案的一种控制装配有增压器的发动机系统的示例性方法的流程图，图2为示出了根据本发明，用于实现图1中的方法的发动机系统的结构配置的框图。
虽然在这里示出和描述了其中装设通过电机驱动的电机操作增压器300的各个实施方案，但是增压器300的驱动方式并不限于此，并且可以根据需要而进行改变。
根据本发明，在将发动机100的驱动范围分成动力-性能模式、燃料-效率模式和排放(EM)模式之后，对增压器300进行驱动，然后推导出对于每一个模式的增压器300的目标RPM。因此，根据本发明的各个实施方案的控制装配有增压器的发动机系统的方法包括：操作范围确定步骤S100，其根据发动机的RPM而在控制器900中计算增压压力的目标值，并且随后确定增压器300是否在可操作的范围中；目标RPM推算步骤S300，如果在操作范围确定步骤S100已经确定增压器300在可操作的范围中，则基于提前输入到控制器900中的参考值和输入到控制器900中的车辆的当前状态值，在控制器900中推算增压器300的目标RPM；驱动RPM设定步骤S500，将在目标RPM推算步骤S300中推算出的目标RPM中的最大值设定至增压器300的驱动RPM，并且验证该设定的驱动RPM是否等于或多于(即大于或等于)提前输入到控制器900中的预定参考值；以及增压器驱动步骤S700，如果在驱动RPM设定步骤S500中设定的驱动RPM大于或等于参考值，则通过关闭旁通阀700以打开增压路径310，从而以设定的驱动RPM驱动增压器300。
如果车辆的发动机100开始起动，在控制器900中执行操作范围确定步骤S100，以基于发动机的RPM和燃料水平或者基于发动机的RPM和负载(这些由监测装置进行监测和传输)来计算增压压力的目标值。操作范围确定步骤S100进一步包括：增压压力比较步骤S200，其将以这种方式计算的增压压力的目标值与输入至控制器900中的增压压力的当前值进行比较。在增压压力比较步骤S200，优选为通过从增压压力的目标值减去增压压力的当前值来执行增压压力比较。之后，在操作范围确定步骤S100，基于引入到增压器300中的空气量和增压器300的最大可操作RPM，确定增压器300是否在可操作的范围内。
如果在操作范围确定步骤S100中确定增压器300不在可操作范围，则打开旁通阀700以关闭增压器路径310，并且重复地执行操作范围确定步骤S100。因此，当增压器300不在可操作范围内时，增压器300不会被驱动。
如果在操作范围确定步骤S100中确定增压器300在可操作范围，则在控制器900中执行目标RPM推算步骤S300，以基于提前输入到控制器900中的参考值和输入到控制器900中的车辆的当前状态值，推算增压器300的目标RPM。在目标RPM推算步骤S300，发动机100的驱动范围被分成多种模式并且随后依据相关联的驱动模式推算目标RPM。
具体而言，发动机100的驱动范围被分成动力-性能模式、燃料-效率模式和排放(EM)模式，驱动增压器300的目标依据各种模式而改变。首先，在动力-性能模式，其目标是经由低速扭矩的改善来提高加速性能。在燃料-效率模式，其目标是将增压器300操作在增压器300的效率和涡轮增压器500的效率最大化的点。最后，在EM模式，其目标是改善涡轮延迟问题或者跟踪控制特性，从而以防止CO，HC和PM的增加和排放的方式来操作增压器300。
首先，对发动机100的驱动模式被确定为动力-性能模式而对增压器300的目标RPM进行推算的情形进行描述。为了操作增压器300以用于改善低速扭矩和加速性能的目标，应当反映出驾驶员的意图。可以基于与加速踏板200(其受到驾驶员踩压)的踩压量相关的加速踏板200的开度(发动机负载)，以及作为时间的函数的开度的变化速率来对他/她的意图进行感测。因此，基于提前输入到控制器900中的与加速踏板200相关的参考值和从监测装置传输的加速踏板200的变化(当前状态值)，在控制器900中推算目标RPM。
也就是说，在目标RPM推算步骤S300，控制器900进行如下验证：加速踏板200的开度是否大于或等于提前输入到控制器900中的预定参考值。如果加速踏板200的开度大于或等于提前输入到控制器900中的预定参考值，那么确定发动机100的驱动处于动力-性能模式。因此，基于加速踏板200的开度、发动机的RPM、燃料水平和进气歧管110的当前压力，在控制器900中推算增压器300的目标RPM。在这方面，推算出的目标RPM被称为动力-性能模式的第一目标RPM。
此外，在目标RPM推算步骤S300，控制器900进行如下验证：作为时间函数的加速踏板200的开度的变化速率是否大于或等于提前输入到控制器900中的预定参考值。如果作为时间函数的加速踏板200的开度的变化速率大于或等于提前输入到控制器900中的预定参考值，那么也确定发动机100驱动处于动力-性能模式。因此，基于作为时间函数的加速踏板200的开度的变化速率、发动机的RPM、燃料水平和进气歧管110的压力，在控制器900中推算增压器300的目标RPM。在这方面，推算出的目标RPM被称为动力-性能模式的第二目标RPM。
其次，对发动机100的驱动模式被确定为燃料-效率模式而对增压器300的目标RPM进行推算的情形进行描述。为了操作增压器300以用于使发动机100进入燃料-效率模式的目标，需要基于增压器300的驱动动力、增压器300的驱动期间压力的增大、以及对应于压力的增大的涡轮增压器叶片的开度来进行总体确定。基于这些内容，借助于输入到控制器900中的方程式，可以推算增压器300的目标RPM。
首先，在目标RPM推算步骤S300，基于增压器300的入口压力、出口压力和引入空气量，控制器900推算增压器300的驱动动力。在推算出增压器300的驱动动力之后，可以进一步实施推算增压器300和涡轮增压器500的增压比的增压比推算步骤S400。
在增压比推算步骤S400，基于增压器300的入口压力和出口压力、增压压力的目标值和大气压力，控制器900推算增压比，可由如下方程式1表示。
方程式1：增压器和涡轮增压器的增压比＝(增压器的输出压力/增压器的输入压力)/(增压压力的目标值/大气压力)。
在增压比推算步骤S400，计算对于方程式1的每一个增压比的燃料效率的提高量。
此时，为了在增压比推算步骤S400中推算增压比，基于增压器300的入口压力、引入的空气量以及增压比，控制器900推算增压器300的入口压力和出口压力之间的变化。此外，在增压比推算步骤S400，基于增压器300的增压压力的目标值、入口压力和出口压力之间的变化、以及涡轮增压器叶片的当前位置，控制器900推算涡轮增压器叶片的开度。在增压比推算步骤S400，基于(随着增压比受到调节的)涡轮增压器叶片的开度、涡轮增压器叶片的当前位置、发动机的RPM、以及燃料水平或负载，控制器900推算燃料效率的提高量。
基于增压器300的驱动动力、燃料效率、燃料效率的提高量、以及发动机的RPM(这些项目的每个如上所述地进行推算)，来确定增压比。
方程式2：增压器的驱动动力＜(燃料效率-燃料效率的提高量)×发动机的RPM。
这里，当经由方程式2对燃料效率的提高与增压器300的驱动动力进行比较并且所述驱动动力更小时，发动机100被确定为处于燃料-效率模式中，并且推算增压器300和涡轮增压器500的增压比。因此，在目标RPM推算步骤S300，基于增压压力的目标值、增压器300和涡轮增压器500的增压比、以及引入的空气量，推算增压器300的目标RPM，该推算的目标RPM被称为第三目标RPM。
再次，对发动机100的驱动模式被确定为EM模式而对增压器300的目标RPM的推算的情形进行描述。在EM模式，由于增压器300的电驱动动力，将不会期待燃料效率的提高。但是执行EM模式以减少由于涡轮延迟或者跟踪控制特性的缺陷(由于充电不充分所导致)所产生的CO、HC和PM的增加，并且可以由增压压力的目标值和增压压力的当前值之间的差异以及增压压力的增加而受到感应。因此，经由操作范围确定步骤S100和增压压力比较步骤S200，基于提前输入到控制器900中的增压压力的目标值以及增压压力的当前值，控制器900推算目标RPM。
即，在目标RPM推算步骤S300，验证增压压力的目标值与增压压力的当前值(其在操作范围确定步骤S100中得到推算)之间的差是否大于或等于提前输入到控制器900中的预定参考值。如果增压压力的目标值与增压压力的当前值之间的差等于或大于提前输入到控制器900中的预定参考值，则确定为EM模式。因此，基于增压压力的目标值与增压压力的当前值之间的差、增压器300的入口压力以及引入空气量，推算增压器300的目标RPM，该推算出的目标RPM被称为第四目标RPM。
在目标RPM推算步骤S300，根据发动机100的驱动状态，只有一个或者最多至四个目标RPM可以得到推算。因此，在目标RPM推算步骤S300，推算出的第一至第四目标RPM中的最大值被设定为增压器300的驱动RPM。随后，执行驱动RPM设定步骤S500，以验证设定的驱动RPM等于或大于提前输入到控制器900中的预定参考值。如果在驱动RPM设定步骤S500中的设定的驱动RPM小于参考值，那么重复执行操作范围确定步骤S100。
相反，如果在驱动RPM设定步骤S500中的设定的驱动RPM等于或大于参考值，那么执行增压器驱动步骤S700，以通过关闭旁通阀700打开增压器路径310，并且随后以设定的驱动RPM驱动增压器300。其后，重复地实施操作范围确定步骤S100。
基于经由物理内容和实际实验推算出的映射，可以将第一目标RPM、第二目标RPM、第三目标RPM和第四目标RPM的推算过程提前输入到控制器900中。这些内容可以根据设计和环境以多种形式进行改变。
如上所述，本发明提供一种控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在增压器路径上设置旁通阀(气流经由该增压器路径进入到增压器中)，该增压器路径随着旁通阀的打开或关闭而被控制为打开或关闭，因此在低速或中速扭矩增大，且因此动力性能和加速性能可以得到改善。此外，通过确定和控制增压器和涡轮增压器的增压比，燃料效率得到改善，涡轮延迟缺陷和跟踪控制特性得到改善，因而能够改善EM。
前面对本发明具体示例性的实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。对这些示例性实施方案的选择并对其进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围由所附权利要求及其等价形式所限定。

Claims (20)

1.一种控制装配有增压器的发动机系统的方法，包括：
通过控制器进行操作范围确定，其中，根据发动机的RPM确定增压压力的目标值，并且随后确定增压器是否在能够操作的范围内；
通过控制器进行目标RPM推算，其中，当在操作范围确定中已经确定增压器在能够操作的范围内时，基于提前输入到控制器中的参考值和输入到控制器中的车辆的当前状态值来推算增压器的目标RPM；
通过控制器进行驱动RPM设定，其中，将在目标RPM推算中推算出的目标RPM中的最大值设定至增压器的驱动RPM，并且验证所设定的驱动RPM是否大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值；
通过控制器进行增压器驱动，当在驱动RPM设定中设定的驱动RPM大于或等于参考值时，通过关闭旁通阀来打开增压器路径，从而以设定的驱动RPM来驱动增压器。
2.根据权利要求1所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述操作范围确定中，基于发动机的RPM和燃料水平来确定增压压力的目标值。
3.根据权利要求1所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，所述操作范围确定进一步包括：
通过控制器进行增压压力比较，其中，将在控制器中确定的增压压力的目标值与输入到控制器中的增压压力的当前值进行比较。
4.根据权利要求1所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述操作范围确定中，基于引入到增压器中的空气量和增压器的最大能够操作的RPM，确定增压器是否在能够操作的范围内。
5.根据权利要求1所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，当在所述操作范围确定中确定增压器不在能够操作的范围内时，则打开旁通阀以关闭增压器路径。
6.根据权利要求1所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述目标RPM推算中，所述控制器确定加速踏板的开度是否大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值。
7.根据权利要求6所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述目标RPM推算中，当加速踏板的开度大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值时，则基于加速踏板的开度、发动机的RPM、燃料水平和进气歧管的当前压力来推算增压器的目标RPM。
8.根据权利要求1所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述目标RPM推算中，所述控制器验证作为时间函数的加速踏板开度的变化速率是否大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值。
9.根据权利要求8所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述目标RPM推算中，当作为时间函数的加速踏板开度的变化速率大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值时，则基于作为时间的函数的加速踏板的开度的变化速率、发动机的RPM、燃料水平和进气歧管的当前压力来推算增压器的目标RPM。
10.根据权利要求1所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述目标RPM推算中，所述控制器基于增压器的入口压力、出口压力和引入的空气量来推算驱动动力。
11.根据权利要求10所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，所述目标RPM推算进一步包括：
通过控制器进行增压比推算，其中推算增压器和涡轮增压器的增压比。
12.根据权利要求11所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述增压比推算中，所述控制器基于增压器的入口压力和出口压力、增压压力的目标值和大气压力来推算增压比。
13.根据权利要求11所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述增压比推算中，所述控制器推算增压器的入口压力与出口压力之间的变化。
14.根据权利要求11所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述增压比推算中，所述控制器推算涡轮增压器叶片的开度。
15.根据权利要求11所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述增压比推算中，所述控制器推算燃料效率的提高量。
16.根据权利要求15所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述增压比推算中，通过将增压器的驱动动力与燃料效率的提高量进行比较，所述控制器推算增压器和涡轮增压器的增压比。
17.根据权利要求11所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述目标RPM推算中，基于增压压力的目标值、增压器和涡轮增压器的增压比和引入的空气量来推算增压器的目标RPM。
18.根据权利要求1所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述目标RPM推算中验证在所述操作范围确定中推算出的增压压力的目标值与增压压力的当前值之间的差是否大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值。
19.根据权利要求18所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，在所述目标RPM推算中，当增压压力的目标值与增压压力的当前值之间的差大于或等于提前输入到控制器中的预定参考值时，则基于增压压力的目标值与增压压力的当前值之间的差值、增压器的入口压力和引入的空气量来推算增压器的目标RPM。
20.根据权利要求1所述的控制装配有增压器的发动机系统的方法，其中，当在驱动RPM设定中设定的驱动RPM小于参考值时，则重复执行所述操作范围确定。
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