CN107795357B - 发动机排气系统控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发动机排气系统控制。提供用于加快催化剂预热的方法和系统。在一个示例中，方法包括使排气从发动机首先流过排放控制装置且然后流过涡轮机，以使涡轮机在反向方向上旋转，涡轮机在反向方向上的旋转经由联接到涡轮机的压缩机为真空消耗器生成进气歧管真空。以该方式，可避免通过涡轮机的热损失。

Description

发动机排气系统控制
技术领域
本描述大体上涉及用于控制车辆发动机以快速加热排放控制装置的方法和系统。
背景技术
可利用经由涡轮增压器提供的增压的充气操作发动机，其中由排气涡轮机驱动进气压缩机。然而，将涡轮机放置在排气系统中能够因涡轮机充当散热器而增加发动机冷起动排放。特别地，可在涡轮机处吸收在发动机冷起动期间的发动机排气热，从而降低在下游排气催化剂处接收的排气热的量。同样地，这延迟催化剂起燃。结果，可要求点火延迟，以便激活排气催化剂。然而，与点火延迟使用相关联的燃料损失可抵消或甚至超过增压的发动机操作的燃料经济性益处。
于是，已经开发各种方法以在增压的发动机中在冷起动状况期间加快实现催化剂起燃温度。由安德鲁斯(Andrews)在US 8,234,865中所示的一个示例方法涉及在冷起动状况期间经由绕过排气涡轮机的通道朝向排气尾管引导排气。被动(无源)的、热(thermatically)操作的阀被用于调节通过该通道的排气的流动，该阀在低温状况期间(诸如在冷起动期间)打开。热操作的阀包括双金属元件，该双金属元件基于温度变形，从而调节阀的开度。通过绕行涡轮机，可以直接将排气热递送到排气催化剂。
然而，本文中的本发明人已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，在催化剂起燃之后，到达催化剂的畅通无阻的排气的温度可比期望的高。特别地，由于催化剂表面上(诸如排气氧化催化剂或三元催化剂的表面上)的涂层，催化剂可在较低的排气温度下具有较高的转换效率。结果，高于到达催化剂的期望的排气温度可导致降低的催化剂功能。
发明内容
本文中的发明人已经确定一种方法，通过该方法可至少部分地解决上面描述的问题。一个示例方法包括使排气从发动机首先流过排放控制装置且然后流过涡轮机，以使涡轮机在反向(reverse)方向上旋转，涡轮机在反向方向上的旋转经由联接到涡轮机的压缩机为真空消耗器生成进气歧管真空。
以该方式，排气可首先被引导通过排放控制装置，然后被引导到涡轮机，因此加快催化剂预热。然而，仍将排气引导到涡轮机，但是以引起涡轮机反向旋转的方式。这样做，可为真空消耗器(诸如制动助力器)生成进气歧管真空。通过反向操作涡轮机和压缩机以生成进气歧管真空，可省掉进气节气门，因此降低系统成本和控制复杂性。
应当理解，上面的发明内容被提供用于以简化的形式介绍在详细描述中另外描述的概念的选择。这不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，由随附权利要求书唯一限定所要求保护的主题的范围。还有，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中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1A和图2A示出发动机系统的示意性描绘。
图1B和图2B示出图1A和图2A的排气控制阀的详细的示意性描绘。
图3是例示用于操作发动机的方法的流程图。
图4是示出在图3的方法的执行期间可被观测到的示例操作参数的图示。
具体实施方式
以下描述涉及用于加快催化剂预热同时还生成真空以便为真空消耗器补充真空供应的系统和方法。发动机系统(诸如图1A和图2A的发动机系统)可包括具有分叉的流动路径的排气通道。涡轮机可联接到第一路径，并且催化转化器可联接到第二路径。四通排气控制阀(诸如图1B和图2B中例示的阀)可被用于控制通过分叉通道的排气通道的排气的流动。如由图3的方法和发动机操作的伴随时间线所例示的，在冷起动状况期间，可将排气首先引导通过催化剂以增加催化剂温度，并且然后在与通过涡轮机的排气流的常规方向相反的方向上被引导通过涡轮机。由于排气流的相反方向，所以可在反向方向上旋转涡轮机，这可在涡轮机处产生较高的压力，这可促进加快的催化剂起燃。另外，涡轮机的反向旋转引起压缩机的反向旋转，这进而在喷射器处产生较低的压力(真空)。喷射器可从真空贮存室(诸如制动助力器的贮存室)吸入空气，从而产生期望的真空。在较高的负载操作期间，在催化剂起燃之后，排气可首先被引导通过涡轮机且然后通过催化剂。
转到图1，图1示出包括发动机12的示例发动机系统10。在本示例中，发动机12是车辆的火花点火发动机，发动机包括多个气缸11。如对于本领域中的技术人员众所周知的，在每个气缸中的燃烧事件驱动活塞，这进而使曲轴旋转。另外，发动机12可包括用于控制多个气缸中的气体的进气和排气的多个发动机阀/气门。
发动机12具有发动机进气装置14，发动机进气装置14包括联接到进气通道18的发动机进气歧管16。空气可从包括与车辆的环境连通的空气过滤器20的空气进气系统(AIS)进入进气通道18。进气装置14可包括用于将相应的信号MAF和MAP提供到控制器50的质量流量传感器22和歧管空气压力传感器24。
发动机系统10是增压发动机系统，其中发动机系统还包括增压装置。在本示例中，进气通道18包括用于使沿着进气通道18接收的进气充气增压的压缩机26。增压空气冷却器28(或中间冷却器)被联接在压缩机26的下游，以用于在递送到进气歧管之前冷却增压的充气。在增压装置是涡轮增压器的实施例中，压缩机26可联接到排气涡轮机30，并且由排气涡轮机30驱动，其中压缩机经由轴32联接到涡轮机。此外，可至少部分地由电动机34或发动机曲轴驱动压缩机26。
可在压缩机26两端联接可选的旁通通道，以便将由压缩机26压缩的进气空气的至少一部分转移回到压缩机的上游。可通过打开位于旁通通道中的压缩机旁通阀(CBV)36，控制通过旁通通道被转移的空气量。通过控制CBV，并且使通过旁通通道被转移的空气量变化，可调节被提供在压缩机的下游的增压压力。这使得能够进行增压控制和喘振控制。
另外，涡轮机30可包括废气门31。废气门31可被联接成跨过(across)涡轮机30/在涡轮机30两端，并且可经调整以控制涡轮机的速度以及最终控制由压缩机提供的增压压力的量。可打开废气门以允许排气绕过涡轮机。例如，废气门可被电气致动、气动致动或液压致动。
平行于空气进气通道18的导管38可被配置成经由喷射器40将从空气过滤器20和压缩机26的下游接收的进气空气的一部分转移到进气歧管16。导管38可在增压空气冷却器28的下游的点处被联接到空气进气通道18。喷射器40可为喷射器、吸气器、引射器、文丘里管、射流泵或类似的被动装置。在本示例中，喷射器是包括运动入口、混流出口和喉道/夹带入口的三端口装置。喷射器40具有上游运动流动入口，空气经由该上游运动流动入口进入喷射器。喷射器40还包括沿着第一通道44与真空贮存室42连通的颈部(neck)或夹带入口。流过运动入口的空气可被转换成喷射器40中的流动能，从而产生传递到颈部(或夹带入口)的低压，并且在颈部处抽取真空。在喷射器40的颈部处抽取的真空通过位于第一通道44中的第一止回阀46被引导到真空贮存室42。如果喷射器的运动入口和真空贮存室中的压力均衡，则第一止回阀46允许真空贮存室42保持其真空。虽然所描绘的实施例示出第一止回阀46作为不同的阀，但是在喷射器的替代性实施例中，止回阀46可被集成到喷射器中。
喷射器40还包括下游混流出口，已经经过喷射器40的空气能够经由该下游混流出口离开且被引导到进气歧管16。同样地，还可沿着第二通道48将进气歧管16联接到真空贮存室42。在第二通道48中的止回阀60允许在进气歧管处生成的真空被引导到真空贮存室42，但是不允许空气从进气歧管流到真空贮存室。再者，在进气歧管中的空气压力较高的状况期间，止回阀60不允许空气回流通过喷射器且到导管38中，其中空气可以被引导回到压缩机26的上游的进气通道。由于真空贮存室42能够直接从进气歧管16接收真空，所以如果进气歧管16和真空贮存室中的压力均衡，则第二止回阀60允许真空贮存室42保持其真空。在一些实施例中，止回阀60可被称为旁通路径，从而为从真空贮存室到进气歧管的空气提供高流速路径。在贮存室压力高于歧管压力的同时，该流动路径处于主导地位。同样地，在所描绘的系统中的高压点(压缩机出口)可以通常被连接到喷射器入口，并且喷射器出口点可被引导到低压点(进气歧管)。在替代性实施例中，喷射器出口可经由止回阀被引导到最低压力点。在增压的发动机上，低压点有时可为进气歧管，并且在另一些时候可为压缩机入口。在另外的实施例中，如果具有成本效益，则可替代被动止回阀使用主动控制阀。
真空贮存室42可以被联接到一个或多个发动机真空消耗装置62。例如，真空消耗装置62可为联接到车轮制动器的制动助力器，其中真空贮存室42是在制动助力器的隔膜片前面的真空腔。在其中，真空贮存室42可为内部真空贮存室，该内部真空贮存室被配置成将由车辆操作者130经由制动踏板134提供的用于施加到车轮制动器(未示出)的力放大。可由制动踏板传感器132监测制动踏板134的位置。在替代性实施例中，真空贮存室可为被包括在燃料蒸汽净化系统中的低压储罐、联接到涡轮机废气门的真空贮存室、联接到充气运动控制阀的真空贮存室等。在一些实施例中，如所描绘的，真空传感器64(或压力传感器)可联接到真空贮存室42，以用于提供关于贮存室处的真空水平的估计。在一些示例中，运动流量控制阀可以在导管38中被联接到喷射器40的上游。可调整运动流量控制阀来改变通过喷射器的运动流动(量和/或速率)。
如在图1A处所示的，喷射器40的颈部沿着第一通道44联接到真空贮存室42，而喷射器40的出口沿着第二通道48联接到真空贮存室42。然后，第一通道和第二通道中的每个可在真空贮存室的出口的下游(在流动的方向上)在第三通道66处合并。第一通道和第二通道中的每个包括相应的止回阀，以控制到/来自贮存室的流动方向。第二通道48还将真空贮存室42联接到在与喷射器出口的接合处的下游(在流动的方向上)的发动机进气歧管16。
发动机系统10还包括发动机排气装置70。发动机排气装置70包括通向分叉的排气通道74的排气歧管72，该分叉的排气通道74最终将排气引导到大气。分叉的排气通道74包括第一分支76、第二分支78和第三分支80。发动机排气70可包括一个或多个排放控制装置82，所述一个或多个排放控制装置82可被安装在第二分支78中。一个或多个排放控制装置可包括三元催化剂、稀燃NOX捕集器、柴油微粒过滤器、氧化催化剂等。消声器84或其他排气消声装置被定位在第三分支80中。然后，消声器84联接到大气。
发动机排气70包括被定位在第一分支76处的涡轮机30。涡轮机包括联接到第一分支76的入口和联接到第二分支78的出口。如本文中使用的，涡轮机入口是指涡轮机的外壳中的开口或其它结构，其被配置成当在标准、正向(forward)旋转模式下操作涡轮机时准许排气且将准许的排气供应到涡轮机转子。涡轮机出口是指涡轮机的外壳中的开口或其它结构，其被配置成当在标准、正向旋转模式下操作涡轮机时将排气从涡轮机转子排放到联接的排气通道。虽然图1A中未示出，但是例如在高发动机负载状况期间，可提供废气门以允许排气绕过涡轮机。
由位于第一分支76、第二分支78和第三分支80之间的接合点处的四通排气控制阀86控制通过分叉的排气通道74的流动。四通排气控制阀86包括四个端口和分隔器(在下面更详细描述的)，使得能够有通过控制阀的两个单独的流动路径。四通排气控制阀86可响应于从控制器50发送的信号，通过致动器在第一位置和第二位置之间移动。致动器可为电气致动器、液压致动器或气动致动器等。
发动机系统10还可以包括控制系统56。控制系统56被示为从多个传感器51(本文中描述了多个传感器51的各种示例)接收信息，并且将控制信号发送到多个致动器52(本文中描述了多个致动器52的各种示例)。作为一个示例，传感器51可包括位于排放控制装置的上游的排气传感器126、温度传感器128、压力传感器129、MAF传感器和MAP传感器。其他传感器(诸如压力、温度、空/燃比和成分传感器)可以被联接到发动机系统10中的各个位置。作为另一个示例，致动器可包括燃料喷射器(未示出)、阀86和电动机34。控制系统56可包括控制器50。控制器可从各种传感器接收输入数据，处理输入数据，并且基于对应于一个或多个例程的在其内的被编程指令或代码响应于处理的输入数据触发致动器。本文中关于图3描述示例控制例程。
如图1A中所示的，四通排气控制阀86处于第一位置。在第一位置中，建立在排气通道分支的接合点处在排气歧管72和第一分支76之间的流体联接，并且阻止在排气歧管72和第二分支78之间的接合点处的直接流体联接。阀的第一位置还建立在接合点处在第二分支78和第三分支80之间的流体联接。
四通排气控制阀86的第一位置限定通过排气系统的第一流动路径。第一流动路径包括排气从发动机流过排气歧管且经由第一分支76到涡轮机30。第一流动路径还包括排气从涡轮机30经由第二分支78然后流到排放控制装置82。第一流动路径还包括排气经由排放控制装置82从第二分支78到第三分支80。排气从第三分支80行进通过消声器84且然后到大气。
第一流动路径包括排气在涡轮机的入口处进入涡轮机30且在涡轮机的出口处离开涡轮机，因此引起涡轮机在第一正向方向上旋转。该正向旋转被传输到轴(如由轴32周围的箭头所示的)，并且被传输到压缩机，因此引起压缩机的正向旋转。压缩机的正向旋转通过空气过滤器吸入新鲜空气，并且将新鲜空气吸到压缩机，其中，空气被压缩并且然后被提供到增压空气冷却器和发动机。压缩机的正向旋转用于增加进气歧管压力，因此提供众所周知的增压压力。
图1B中示出在第一位置处的四通控制阀86的详细描绘100。如所示的，阀86包括四个端口101-104和分隔器105。在第一位置中，第一端口101被联接到分叉的排气通道74的上游部分(其联接到排气歧管)，第二端口102被联接到第一分支76，第三端口103被联接到第三分支80，并且第四端口104被联接到第二分支78。分隔器105在阀86内产生两个不同的流动路径，使得第一端口101流体联接到第二端口102，并且第三端口103流体联接到第四端口104。因此，阀86可同时使排气流动通过这两个单独的流动路径。
以该方式，当四通排气控制阀处于第一位置时，排气可流到涡轮机30，然后，流到排放控制装置82。由于直接将排气引导到涡轮机(例如，不需要首先经过排放控制装置)，所以排气的这种引导可在瞬变状况期间允许最大增压压力生成以及快速的增压控制。
图2A和图2B示出发动机系统10，其中，四通排气控制阀86在第二位置。如图2A中所示的，四通排气控制阀86处于第二位置中。在第二位置中，阻止在排气通道分支的接合点处在排气歧管72和第一分支76之间的流体联接，并且建立在排气歧管72和第二分支78之间的接合点处的流体联接。阀的第二位置还建立在接合点处在第一分支76和第三分支80之间的流体联接。
四通排气控制阀86的第二位置限定通过排气系统的第二流动路径。第二流动路径包括排气从发动机流过排气歧管且经由排放控制装置82到第二分支78。第二流动路径还包括排气从排放控制装置82经由第二分支78流到涡轮机30。第二流动路径还包括排气从涡轮机30经由第一分支76流到第三分支80。排气从第三分支80行进通过消声器84且然后到大气。
第二流动路径包括排气在涡轮机的出口处进入涡轮机30且在涡轮机的入口处离开涡轮机，因此引起涡轮机在第二、反向方向上旋转。该反向旋转被传输到轴(如由轴32周围的箭头所示的)，并且被传输到压缩机，因此引起压缩机的反向旋转。压缩机的反向旋转在进气歧管处产生真空。进气歧管真空为喷射器40提供真空源，以从真空贮存室42抽出空气，因此供应用于在发动机处燃烧的空气，并且同时补充存储在真空贮存室42处的真空。
在图2B中示出在第二位置中的四通控制阀86的详细的描绘200。如所示出的，阀86包括四个端口101-104和分隔器105。在第二位置中，第四端口104被联接到分叉的排气通道74的上游部分(其联接到排气歧管)，第一端口101联接到第一分支76，第二端口102被联接到第三分支80，并且第三端口103被联接到第二分支78。分隔器105在阀86内产生两个不同的流动路径，使得第一端口101流体联接到第二端口102，并且第三端口103流体联接到第四端口104。因此，阀86可使排气同时流过两个单独的流动路径。
以该方式，当四通排气控制阀处于第二位置时，排气可流到排放控制装置82，然后流到涡轮机30。排气的这种引导可避免在涡轮机处的热损失，从而加快排放控制装置预热。一旦排放控制装置已经达到操作温度，四通控制阀就可被移动回到第一位置，从而允许经由压缩机产生增压压力。另外，在不期望增压压力的其它状况期间(诸如在发动机怠速状况或其它低或无负载状况(例如，减速)期间)，四通排气控制阀可被移动到第二位置。额外地，当四通排气控制阀处于第二位置时经由压缩机的反向旋转产生进气歧管真空可补充一个或多个真空贮存室中的真空，以用于由一个或多个真空消耗器(诸如制动助力器)使用。
因为由在真空贮存室中的空气且不沿着常规新鲜空气进气通道路径提供在非增压状况下到发动机的进气空气流动，所以可省掉进气节气门，并且可通过控制压缩机的旋转的速度，提供进气空气流量控制。可通过联接到涡轮增压器轴的电动机的激活和/或调整提供压缩机速度控制(例如，可调整马达的速度和/或马达置于轴上的负载，以控制压缩机速度)。用于控制压缩机速度的其它机制也是可能的，诸如废气门位置的调整。
图1A-图2B示出具有各种部件的相对定位的示例配置。至少在一个示例中，如果被示出彼此直接接触或直接联接，则此类元件可分别被称为直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，被示出彼此邻近或相邻的元件可分别彼此邻近或相邻。作为示例，彼此共面接触的部件可被称为共面接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，被定位成彼此分离且其间仅有空间且没有其它部件的元件可以被这样称呼。作为另一个示例，被示出在彼此上面/下面、在彼此的相反侧处或到彼此的左边/右边的元件可相对于彼此这样称呼。另外，如图中所示的，在至少一个示例中，最上面的元件或元件的最顶点可以被称为部件的“顶部”，并且最下面的元件或元件的最低点可被称为部件的“底部”。如本文中使用的，顶部/底部、上层的/下层的、在…上面/下面可相对于图的纵轴，并且被用于描述图中元件相对于彼此的定位。同样地，在一个示例中，被示出在其他元件上面的元件被垂直地定位在其他元件上面。如另一个示例，在图内描绘的元件的形状可被称为具有这些形状(例如，诸如为圆形、直的、平面的、弯曲的、圆拱的、倒角的、倾斜的等)。另外，在至少一个示例中，被示出彼此相交的元件可被称为相交元件或彼此相交。另外，在一个示例中，被示出在另一个元件内或被示出在另一个元件外部的元件可被这样称呼。
转到图3，例示用于操作发动机的方法300。可基于存储在控制器的存储器上的指令且结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1A描述的传感器)接收的信号，由控制器(例如，控制器50)执行用于完成方法300和包括在本文中的剩余方法的指令。根据下面描述的方法，控制器可采用发动机系统的发动机致动器以调整发动机操作。例如，如下面解释的，可调整四通排气控制阀(例如阀86)，以便使排气首先流过催化剂(例如，排放控制装置82)，并且然后流过涡轮机(例如，涡轮机30)，以快速地加热催化剂，或可调整阀以使排气首先流过涡轮机，然后流过催化剂，以提供快速的增压压力控制。
在302，方法300包括确定操作参数。所确定的操作参数可包括但不限于发动机温度和/或催化剂温度、发动机速度、发动机负载、自发动机起动事件以来的时间、操作者请求的扭矩和其他参数。在304，方法300确定发动机是否在冷起动或低负载状况下操作。发动机冷起动状况可包括发动机温度低于阈值(例如，低于操作温度，诸如低于190华氏度)、在启动期间发动机处于环境温度和/或自发动机起动事件以来尚未过去的阈值时间。低负载发动机状况可包括发动机怠速、发动机负载低于阈值负载(例如，低于25％最大额定发动机负载)、车辆减速或其它合适的状况。
如果发动机在冷起动或低负载状况下操作，则方法前进到312，下面将对312进行更详细地解释。如果发动机不是在冷起动或低负载状况下操作(例如，如果发动机被预热，并且发动机负载处于中到高负载范围(诸如高于25％最大额定负载))，则方法300前进到306，以将四通排气控制阀调整(或维持)到第一位置。如上面参考图1A和图1B所解释的，四通排气控制阀可被定位在分叉的排气通道的接合点处，并且可控制通过排气系统的排气流动的方向。在308，方法300包括使排气从发动机流过第一流动路径，并且使涡轮机在正向方向上旋转。第一流动路径包括使排气从发动机流到涡轮机，然后从涡轮机流到催化剂，并且然后从催化剂流到消声器且流到大气。排气在涡轮机入口处进入涡轮机，并且在涡轮机出口处离开涡轮机。
在310，方法300包括使压缩机在正向方向上旋转以生成期望的增压压力。涡轮机的正向旋转在正向方向上驱动压缩机，这导致压缩进气空气，也被称为增压压力。例如，可从将增压压力索引到发动机速度和负载的查找表确定期望的增压压力。可通过调整通过涡轮机或其它合适的机制的排气流动(例如，通过控制废气门位置)达到期望的增压压力。
在311，方法300可选地包括在将四通排气控制阀调整到第一位置之前，调整废气门和/或压缩机旁通阀(CBV)的位置，和/或接合电动机以使涡轮机旋转变慢。例如，在发动机操作期间，当四通排气控制阀从第二位置被移动到第一位置时，排气可存在于分叉的排气通道中，涡轮机和压缩机可在反向方向上旋转，并且压缩的空气可存在于压缩机和空气过滤器之间。因此，为了加快涡轮机和压缩机的旋转方向的改变，可接合电动机，以使涡轮机慢下来。一旦四通排气控制阀被移动到第一位置，这样的动作就可使得涡轮机能够更加快速地旋转起来。另外，通过调整(例如，打开)废气门和压缩机旁通阀中的一个或多个，可进一步减小涡轮机和压缩机的速度，并且在一些示例中，可从系统去除过多的排气和/或进气空气。在一个示例中，可仅在发动机操作期间，当从第二位置转变到第一位置时，执行电动机的调整和/或废气门和/或CBV的调整。然后方法300返回。
返回到306，如果确定发动机在冷起动或低负载状况下操作，则方法300前进到312以将四通阀调整到第二位置。在314，排气在第二流动路径中流过排气系统，并且涡轮机在反向方向上旋转。第二流动路径包括使排气从发动机流到催化剂，然后从催化剂流到涡轮机，并且然后从涡轮机流到消声器且流到大气。排气在涡轮机出口进入涡轮机，并且在涡轮机入口离开涡轮机，因此产生涡轮机的反向旋转。
在316，方法300包括使压缩机在反向方向上旋转以生成进气歧管真空。涡轮机的反向旋转在反向方向上驱动压缩机，这导致从进气系统抽空进气空气，因此生成进气歧管真空。在318，方法300经由真空贮存室和喷射器将进气空气供应到发动机。例如，如上面参考图1A和图2A解释的，进气歧管真空为喷射器(例如，喷射器160)提供真空源，因此从真空消耗器(例如，制动助力器)的真空贮存室(例如，贮存室42)抽出空气，并且将空气供应到发动机。
在一些示例中，可省掉标准进气空气节气门，并且可通过控制压缩机的旋转的速度提供进气空气流量控制，如在320处指示的。如上面解释的，由压缩机的反向旋转生成的真空经由喷射器从真空贮存室抽出空气，并且因此可通过调整压缩机的速度调整从贮存室抽出的空气的量/速率。在一个示例中，可通过激活或调整联接到压缩机轴的电动机，调整压缩机的速度。例如，可通过经由电动机进一步旋转轴以增加进气空气流速，来增加压缩机速度。在另一个示例中，可通过经由电动机将阻力施加到轴以减小进气空气流速，以减小压缩机速度。在另一些示例中，可通过调整通过涡轮机的流动/流量(flow)(例如，通过调整涡轮机的废气门的位置)，调整压缩机速度。可将进气空气流速调整到目标速率，根据发动机负载和速度、操作者请求的扭矩或其它参数确定该目标速率。
在321，方法300可选地包括在将四通排气控制阀调整到第二位置之前，调整废气门和/或压缩机旁通阀(CBV)的位置，和/或接合电动机以使涡轮机旋转变慢。例如，在发动机操作期间，当将四通排气控制阀从第一位置移动到第二位置时，排气可存在于分叉的排气通道中，涡轮机和压缩机可在正向方向上旋转，并且压缩的空气可存在于压缩机和发动机之间。因此，为了加快涡轮机和压缩机的旋转的方向的改变，可接合电动机，以使涡轮机慢下来。一旦四通排气控制阀被移动到第二位置，这样的动作就可使得涡轮机能够更加快速地旋转起来。另外，通过调整(例如，打开)废气门和压缩机旁通阀中的一个或多个，可进一步减少涡轮机和压缩机的速度，并且在一些示例中，可从系统去除过多的排气和/或进气空气。在一个示例中，可仅在发动机操作期间当从第一位置转变到第二位置时，执行电动机的调整和/或废气门和/或CBV的调整。然后方法300返回。
图4是例示在图3的方法的执行期间可观测的操作参数的图示400。图示400包括在曲线402处的制动踏板施加、在曲线404处制动助力器真空度的改变、在曲线406处的四通排气控制阀位置、在曲线408处的涡轮机旋转方向、在曲线410处的进气歧管压力、在曲线412处的发动机负载和在曲线416处的电动机接合。电动机接合包括被配置成联接到涡轮增压器轴的电动机(诸如图1A和图2A的马达34)的接合。对于每个曲线，沿着x轴线描绘时间，并且沿着y轴线描绘每个操作参数的相应的值。
在时间t0，发动机负载开始于相对高水平，并且制动助力器真空度相对高。由于高发动机负载，所以四通阀处于第一位置，引起涡轮机的正向旋转。涡轮机的正向旋转引起压缩机的正向旋转，导致正进气歧管压力。例如，随着时间朝向时间t1行进，施加制动踏板以使车辆减慢到停止。同样地，发动机负载减小，并且制动助力器中的真空度减小。
在时间t1，发动机负载下降到低于阈值负载。例如，发动机可为怠速。响应于发动机负载下降到低于阈值(由线414所示的)，接合电动机，以便使涡轮机的旋转变慢。另外，在一些示例中，跨过涡轮机联接的废气门和/或压缩机旁通阀可被打开以减少增压压力。通过提前于调整四通排气控制阀使涡轮机轴的旋转变慢和/或减少增压压力，可更快速地执行涡轮机和压缩机的旋转方向上的反转。在时间t2，四通排气控制阀被移动到第二位置。作为阀处于第二位置中的结果，涡轮机开始在反向方向上操作。同样地，进气歧管压力减小以生成进气歧管真空，然后经由喷射器将真空供应到制动助力器(由在时间t2之后制动助力器真空度的增加所示的)。同样在时间t2，电动机脱离接合，以便允许涡轮增压器轴的自由旋转。然而，在一些示例中，在时间t2和t3之间，如有需要，可接合马达以控制压缩机速度。在时间t3，发动机负载增加到高于阈值负载，并且电动机再次接合，以使涡轮机的旋转变慢。在时间t4，电动机脱离接合，并且四通排气控制阀被移动回到第一位置，导致涡轮机的正向旋转和增压压力的生成。
使排气从发动机首先流过催化剂且然后流过涡轮机以使涡轮机在反向方向上旋转的技术效果是涡轮机在反向方向上的旋转经由联接到涡轮机的压缩机为真空消耗器生成进气歧管真空。另外的技术效果是避免在涡轮机处的热损失，并且将热排气供应到催化剂。
方法的实施例包括使排气从发动机首先流过排放控制装置且然后流过涡轮机，以使涡轮机在反向方向上旋转，涡轮机在反向方向上的旋转经由联接到涡轮机的压缩机为真空消耗器生成进气歧管真空。在方法的第一示例中，响应于第一状况，执行使排气从发动机首先流过排放控制装置且然后流过涡轮机，以使涡轮机在反向方向上旋转，并且方法另外包括响应于第二状况，使排气从发动机首先流过涡轮机，以使涡轮机在正向方向上旋转且然后使排气流过排放控制装置，涡轮机在正向方向上的旋转经由压缩机生成进气增压压力。在第二示例中，方法可选地包括第一示例且另外包括其中第一状况包括发动机冷起动和发动机负载低于阈值负载中的一个或多个，并且其中第二状况包括发动机负载大于阈值负载。在第三示例中，方法可选地包括第一示例和第二示例中的一个或两者，并且另外包括其中使排气从发动机首先流过涡轮机且然后流过排放控制装置包括使排气流过在第一位置处的四通排气流量控制阀，并且其中使排气从发动机首先流过排放控制装置且然后流过涡轮机包括使排气流过在第二位置处的四通排气流量控制阀。在第四示例中，方法可选地包括第一示例到第三示例中的一个或多个，并且另外包括在第一状况期间，使排气从涡轮机流动，然后流过消声器，并且然后流到大气，并且在第二状况期间，使排气从排放控制装置流动，然后流过消声器，并且然后流到大气。在第五示例中，方法可选地包括第一示例到第四示例中的一个或多个，并且另外包括其中为真空消耗器生成进气歧管真空包括为制动助力器生成进气歧管真空，其中涡轮机在反向方向上的旋转还使压缩机在反向方向上旋转，压缩机在反向方向上的旋转经由喷射器从制动助力器抽出空气。在第六示例中，方法可选地包括第一示例到第五示例中的一个或多个，并且另外包括通过控制压缩机的旋转的速度控制进气空气流量。在第七示例中，方法可选地包括第一示例到第六示例中的一个或多个，并且另外包括其中控制压缩机的旋转的速度包括经由电动机调整将涡轮机联接到压缩机的轴的旋转的速度。
系统的示例包括：发动机，发动机联接到进气歧管并且联接到排气歧管；分叉的排气管路，该分叉的排气管路联接到排气歧管，分叉的排气管路包括第一分支、第二分支和第三分支，第一分支将排气歧管流体联接到涡轮机的入口，第二分支将排气歧管流体联接到排放控制装置，第三分支可流体联接到第一分支且可流体联接到第二分支，第二分支还流体联接到涡轮机的出口；以及四通排气控制阀，四通排气控制阀被定位在第一分支、第二分支和第三分支之间的接合点处，四通排气控制阀可调整到在排气歧管和第一分支之间以及在第二分支和第三分支之间建立流体联接的第一位置，四通排气控制阀还可调整到在排气歧管和第二分支之间以及在第一分支和第三分支之间建立流体联接的第二位置。在第一示例中，系统包括其中四通排气控制阀在第一位置处产生第一排气流动路径，即，从排气歧管且经由第一分支通过涡轮机以及从涡轮机且经由第二分支通过催化剂；四通排气流量控制阀在第二位置处产生第二排气流动路径，即，从排气歧管通过催化剂且然后经由第二分支到涡轮机；以及第一流动路径包括排气经由入口进入涡轮机且经由出口离开，并且第二流动路径包括排气经由出口进入涡轮机且经由入口离开。在第二示例中，系统可选地包括第一示例，并且另外包括压缩机，压缩机经由轴联接到涡轮机，压缩机被定位在联接到进气歧管的进气通道中，进气歧管经由喷射器联接到真空消耗器。在第三示例中，系统可选地包括第一示例到第二示例中的一个或多个，并且另外包括控制器，控制器存储可执行用于以下的非暂时指令：响应于发动机负载高于阈值负载，将四通排气控制阀的位置调整到第一位置；以及响应于发动机负载低于阈值负载，将四通排气控制阀的位置调整到第二位置。在第四示例中，系统可选地包括第一示例到第三示例中的一个或多个，并且另外包括联接到将压缩机连接到涡轮机的轴的电动机，并且其中指令另外可执行用于基于目标进气空气质量流量，调整电动机的速度，以调整压缩机的旋转的速度。在第五示例中，系统可选地包括第一示例到第四示例中的一个或多个，并且另外包括其中当四通排气控制阀处于第一位置时，阻止在接合点处在排气歧管和第二分支之间的流体联接，并且当四通排气控制阀处于第二位置时，阻止在接合点处在排气歧管和第一分支之间的流体联接。
方法的另一个示例包括响应于第一状况，利用高于阈值水平的增压压力操作发动机，经由被定位在发动机的上游的进气装置中的压缩机的正向旋转生成增压压力；以及响应于第二状况，利用进气歧管真空操作发动机，经由压缩机的反向旋转生成进气歧管真空，并且经由真空消耗器将空气流供应到发动机，由联接到压缩机的涡轮机的反向旋转驱动压缩机的反向旋转。在第一示例中，方法包括响应于第一状况，将四通排气控制阀的位置调整到第一位置，并且经由通过四通排气控制阀的第一流动路径将排气从发动机引导到涡轮机，以引起涡轮机的正向旋转，涡轮机的正向旋转驱动压缩机的正向旋转；以及响应于第二状况，将四通排气控制阀的位置调整到第二位置，并且经由通过四通排气控制阀的第二流动路径将排气从发动机引导到涡轮机，以引起涡轮机的反向旋转。在第二示例中，方法可选地包括第一示例，并且另外包括基于目标进气空气流量，经由电动机调整压缩机的正向旋转和反向旋转的速度。在第三示例中，方法可选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且另外包括响应于第二状况，将真空供应给联接到进气歧管的真空消耗器。
注意，包括在本文中的示例控制和估计例程可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文中公开的控制方法和例程可被存储作为非暂时存储器中的可执行指令，并且可由包括控制器的控制系统与各种传感器、致动器和其它发动机硬件组合完成本文中公开的控制方法和例程。本文中描述的具体例程可表示任何数量的处理策略(诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一个或多个。同样地，可以所例示的顺序、并行执行所例示的各种动作、操作和/或功能，或在一些情况下省略。同样，没有必要要求处理的次序实现本文中描述的示例实施例的特征和优点，但处理的次序被提供用于便于说明和描述。可根据使用的特定策略重复执行所例示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。另外，所描述的动作、操作和/或功能可图形表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时存储器中的代码，其中通过与电子控制器组合执行在包括各种发动机硬件部件的系统中的指令完成所描述的动作。
将了解，本文中公开的配置和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不被认为有限制含义，因为许多变体是可能的。例如，上面的技术可被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括各种系统和配置，和本文中公开的其它特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。
以下权利要求特别指出被视为新颖的且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以是指“一个”元件或“第一”元件或其等价物。此类权利要求应被理解为包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多此类元件。可通过修改本权利要求或通过呈现在本申请或相关申请中的新权利要求，要求保护所公开的特征、功能、元件和/或属性的其它组合和子组合。无论在范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相等或不同的此类权利要求还被视为包括在本公开的主题内。

Claims (18)

1.一种用于发动机的方法，包括：
经由控制器，
从所述发动机的一个或多个传感器接收输入数据，以及
基于接收的所述输入数据，调整阀并使排气从所述发动机首先流过排放控制装置且然后流过涡轮机，以使所述涡轮机在反向方向上旋转，所述涡轮机在所述反向方向上的所述旋转在所述发动机操作时经由联接到所述涡轮机的压缩机为真空消耗器生成进气歧管真空。
2.根据权利要求1所述的方法，其中响应于第一状况，执行使排气从所述发动机首先流过所述排放控制装置且然后流过所述涡轮机，以使所述涡轮机在所述反向方向上旋转，并且进一步包括响应于第二状况，使排气从所述发动机首先流过所述涡轮机，以使所述涡轮机在正向方向上旋转且然后使所述排气流过所述排放控制装置，所述涡轮机在所述正向方向上的所述旋转经由所述压缩机生成进气增压压力。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一状况包括发动机冷起动和发动机负载低于阈值负载中的一个或多个，并且其中所述第二状况包括发动机负载大于所述阈值负载。
4.根据权利要求2所述的方法，其中使所述排气从所述发动机首先流过所述涡轮机且然后流过所述排放控制装置包括使所述排气流过在第一位置处的四通排气流量控制阀，并且其中使所述排气从所述发动机首先流过所述排放控制装置且然后流过所述涡轮机包括使所述排气流过在第二位置处的所述四通排气流量控制阀。
5.根据权利要求2所述的方法，进一步包括在所述第一状况期间，使所述排气从所述涡轮机流出，然后流过消声器，并且然后流到大气，并且在所述第二状况期间，使所述排气从所述排放控制装置流出，然后流过所述消声器，并且然后流到大气。
6.根据权利要求1所述的方法，其中为所述真空消耗器生成进气歧管真空包括为制动助力器生成进气歧管真空，其中所述涡轮机在所述反向方向上的所述旋转还使所述压缩机在反向方向上旋转，所述压缩机在所述反向方向上的所述旋转经由喷射器从所述制动助力器抽取空气。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过控制所述压缩机的旋转速度控制进气空气流量。
8.根据权利要求7所述的方法，其中控制所述压缩机的所述旋转速度包括经由电动机调整将所述涡轮机联接到所述压缩机的轴的旋转速度。
9.一种用于发动机的系统，包括：
所述发动机，所述发动机联接到进气歧管并且联接到排气歧管；
一个或多个传感器，所述一个或多个传感器联接到所述发动机；
控制器，其可通信地联接到所述一个或多个传感器；
分叉的排气管路，所述分叉的排气管路联接到所述排气歧管，所述分叉的排气管路包括第一分支、第二分支和第三分支，所述第一分支将所述排气歧管流体联接到涡轮机的入口，所述第二分支将所述排气歧管流体联接到排放控制装置，所述第三分支可流体联接到所述第一分支且可流体联接到所述第二分支，所述第二分支还流体联接到所述涡轮机的出口；以及
四通排气控制阀，所述四通排气控制阀被定位在所述第一分支、所述第二分支和所述第三分支之间的接合点处，所述四通排气控制阀可调整到在所述排气歧管和所述第一分支之间以及在所述第二分支和所述第三分支之间建立流体联接的第一位置，所述四通排气控制阀还可调整到在所述排气歧管和所述第二分支之间以及在所述第一分支和所述第三分支之间建立流体联接的第二位置，响应于检测到第一发动机操作状况，经由所述控制器将所述四通排气控制阀调整到所述第一位置，并且响应于检测到第二发动机操作状况，经由所述控制器将所述四通排气控制阀调整到所述第二位置，基于来自所述一个或多个传感器的输入数据来检测所述第一发动机操作状况和所述第二发动机操作状况。
10.根据权利要求9所述的系统，其中：
所述四通排气控制阀在所述第一位置处产生从所述排气歧管且经由所述第一分支通过所述涡轮机以及从所述涡轮机且经由所述第二分支通过催化剂的第一排气流动路径；
所述四通排气控制阀在所述第二位置处产生从所述排气歧管通过所述催化剂且然后经由所述第二分支到所述涡轮机的第二排气流动路径；以及
所述第一排气流动路径包括排气经由所述入口进入所述涡轮机且经由所述出口离开，并且所述第二排气流动路径包括排气经由所述出口进入所述涡轮机且经由所述入口离开。
11.根据权利要求9所述的系统，另外包括压缩机，所述压缩机经由轴联接到所述涡轮机，所述压缩机被定位在联接到所述进气歧管的进气通道中，所述进气歧管经由喷射器联接到真空消耗器。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器存储非暂时指令，该指令可执行用于：
响应于确定发动机负载高于阈值负载，将所述四通排气控制阀的位置调整到所述第一位置；以及
响应于确定所述发动机负载低于所述阈值负载，将所述四通排气控制阀的位置调整到所述第二位置，所述发动机负载基于经由所述一个或多个传感器接收的输入数据。
13.根据权利要求12所述的系统，进一步包括联接到将所述压缩机连接到所述涡轮机的轴的电动机，并且其中所述指令进一步可执行用于基于目标进气空气质量流量，调整所述电动机的速度，以调整所述压缩机的旋转速度。
14.根据权利要求9所述的系统，其中当所述四通排气控制阀处于所述第一位置时，阻止在所述接合点处在所述排气歧管和所述第二分支之间的流体联接，并且当所述四通排气控制阀处于所述第二位置时，阻止在所述接合点处在所述排气歧管和所述第一分支之间的流体联接。
15.一种用于发动机的方法，包括：
经由所述发动机的控制器，
响应于第一发动机操作状况，利用高于阈值水平的增压压力调整阀并操作所述发动机，经由被定位在所述发动机的上游的进气装置中的压缩机的正向旋转生成所述增压压力；以及
响应于第二发动机操作状况，利用进气歧管真空调整所述阀并操作所述发动机，经由所述压缩机的反向旋转生成所述进气歧管真空，并且经由真空消耗器将空气流供应到所述发动机，由联接到所述压缩机的涡轮机的反向旋转驱动所述压缩机的所述反向旋转，基于所述发动机的一个或多个传感器的输入数据来检测所述第一发动机操作状况和所述第二发动机操作状况。
16.根据权利要求15所述的方法，另外包括：
所述阀是四通排气控制阀；
响应于所述第一发动机操作状况，将所述四通排气控制阀的位置调整到第一位置，并且经由通过所述四通排气控制阀的第一流动路径将排气从所述发动机引导到所述涡轮机，以引起所述涡轮机的正向旋转，所述涡轮机的所述正向旋转驱动所述压缩机的所述正向旋转；以及
响应于所述第二发动机操作状况，将所述四通排气控制阀的所述位置调整到第二位置，并且经由通过所述四通排气控制阀的第二流动路径将排气从所述发动机引导到所述涡轮机，以引起所述涡轮机的所述反向旋转。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括基于目标进气空气流量，经由电动机调整所述压缩机的所述正向旋转和所述反向旋转的速度。
18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括响应于所述第二发动机操作状况，将真空供应给联接到所述进气歧管的所述真空消耗器。
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