本申請(qǐng)要求2015年8月11日提交的英國專利申請(qǐng)No.GB1514122.9的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過引用方式全文并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及操作汽車系統(tǒng)的方法，該汽車系統(tǒng)包括配置有渦輪增壓器和電動(dòng)壓縮機(jī)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置有強(qiáng)制空氣系統(tǒng)，例如渦輪增壓器，以便通過強(qiáng)制額外的空氣進(jìn)入汽缸的燃燒室中，以增加發(fā)動(dòng)機(jī)效率和功率。渦輪增壓器包括旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至渦輪的壓縮機(jī)。通常使用可變幾何結(jié)構(gòu)的渦輪機(jī)(VGT)，即配置有VGT促動(dòng)器的渦輪機(jī)，該VGT促動(dòng)器布置為使葉片支架在不同的位置運(yùn)動(dòng)，以改變穿過渦輪機(jī)的排氣流動(dòng)。當(dāng)葉片關(guān)閉時(shí)，渦輪機(jī)傾向于加速；當(dāng)葉片打開時(shí)，渦輪機(jī)傾向于減速。

在一些汽車系統(tǒng)中，壓縮機(jī)可以由電動(dòng)壓縮機(jī)輔助。隨著操作的電動(dòng)壓縮機(jī)的功率通過將目標(biāo)增壓與歧管壓力值進(jìn)行比較而被調(diào)節(jié)，所述目標(biāo)增壓記載在存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)載體中的映射圖中，所述數(shù)據(jù)載體與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元(ECU)相關(guān)聯(lián)，所述歧管壓力值由設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管中的歧管壓力和溫度傳感器(TMAP)測(cè)量。當(dāng)達(dá)到增壓目標(biāo)時(shí)，電機(jī)被切換關(guān)閉、或停用，并且通過單獨(dú)使用渦輪壓縮機(jī)來保持該增壓目標(biāo)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

由于壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象(surge phenomena)，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)獲得較高的低端(low-end)扭矩值通常受到限制?，F(xiàn)有技術(shù)已知，壓縮機(jī)的喘振會(huì)引起不穩(wěn)定現(xiàn)象，其會(huì)導(dǎo)致穿過壓縮機(jī)的流體發(fā)生擾動(dòng)。為了避免壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象的發(fā)生，并且為了實(shí)現(xiàn)較高的增壓水平，使用電動(dòng)壓縮機(jī)是有利的。然而，電動(dòng)壓縮機(jī)的每次啟動(dòng)對(duì)于電力消耗具有不利影響，并且必須對(duì)電動(dòng)壓縮機(jī)的每次啟動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于受到由于發(fā)生喘振現(xiàn)象而導(dǎo)致的限制所影響的工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了低端扭矩增加，同時(shí)限制了啟動(dòng)電動(dòng)壓縮機(jī)對(duì)電力消耗的影響。本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種操作汽車系統(tǒng)的方法，汽車系統(tǒng)包括配備有渦輪增壓器和電動(dòng)壓縮機(jī)的內(nèi)燃機(jī)。渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖中的喘振臨界線和臨喘振臨界線被限定為渦輪增壓器壓縮機(jī)壓力比以及質(zhì)量流率的函數(shù)。臨喘振臨界線限定在對(duì)于喘振臨界線的每個(gè)對(duì)應(yīng)壓力比值的更大的質(zhì)量流量值方面。根據(jù)渦輪增壓器壓縮機(jī)壓力比以及質(zhì)量流率，來監(jiān)測(cè)渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖中的渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)的位置。檢測(cè)增加扭矩請(qǐng)求，以及當(dāng)渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)在朝向喘振臨界線的方向上越過臨喘振臨界線時(shí)，電動(dòng)壓縮機(jī)被啟動(dòng)，以輔助渦輪增壓器壓縮機(jī)輸送所要求的扭矩。

本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，按照上述邏輯，只有當(dāng)渦輪增壓器壓縮機(jī)的工作點(diǎn)正接近但尚未到達(dá)喘振限制線時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)壓縮機(jī)。啟動(dòng)電動(dòng)壓縮機(jī)有助于實(shí)現(xiàn)更高的增壓水平，因?yàn)樵谶@樣的啟動(dòng)之后，渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖中的工作點(diǎn)被允許移向更高的壓力比。這是可能的，只要電池中有足夠的電力可用。

根據(jù)另一實(shí)施例，渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖中的停用臨界線被限定為渦輪增壓器壓縮機(jī)壓力比以及質(zhì)量流率的函數(shù)。停用臨界線被限定在對(duì)于臨喘振臨界線的每個(gè)對(duì)應(yīng)壓力比值具有更大的質(zhì)量流量值。當(dāng)渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)在遠(yuǎn)離臨喘振臨界線的方向上越過停用臨界線時(shí)，停用電動(dòng)壓縮機(jī)。

該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，在上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)中，如果只有臨喘振線被定義，則降低將會(huì)發(fā)生的電動(dòng)壓縮機(jī)啟動(dòng)和停用的次數(shù)。此外，上述實(shí)施例的策略有助于盡量減少電動(dòng)壓縮機(jī)啟動(dòng)，以便能夠更加持久穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)更高的低端扭矩值，導(dǎo)致所存儲(chǔ)的電能的更有效地被消耗并且有效得改進(jìn)燃油消耗率(BSFC)。

根據(jù)另一實(shí)施例，測(cè)量渦輪增壓器壓縮機(jī)的出口處的壓力值。計(jì)算渦輪增壓器壓縮機(jī)的入口處的壓力值。計(jì)算在渦輪增壓器壓縮機(jī)的出口處的壓力值與渦輪增壓器壓縮機(jī)的入口處的壓力值之間的渦輪增壓器壓縮機(jī)壓力比。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，其在操作汽車系統(tǒng)的過程中確定渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)的第一坐標(biāo)，如在渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖上表示。

根據(jù)另一實(shí)施例，在渦輪增壓器壓縮機(jī)的入口處的壓力值被計(jì)算為環(huán)境壓力值的函數(shù)。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，其通過使用通常設(shè)置在目前汽車系統(tǒng)上的傳感器來確定在渦輪增壓器壓縮機(jī)的入口處的壓力值，因此沒有額外的設(shè)備成本。

根據(jù)另一實(shí)施例，根據(jù)進(jìn)氣導(dǎo)管質(zhì)量流率、渦輪增壓器壓縮機(jī)入口壓力以及渦輪增壓器壓縮機(jī)入口溫度來計(jì)算渦輪增壓器壓縮機(jī)的質(zhì)量流率。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，在汽車系統(tǒng)的操作過程中確定渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖上的渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)的第二坐標(biāo)。

根據(jù)另一實(shí)施例，測(cè)量渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速。計(jì)算渦輪增壓器壓縮機(jī)的質(zhì)量流率。根據(jù)渦輪增壓器的所測(cè)量的轉(zhuǎn)速以及渦輪增壓器壓縮機(jī)的所計(jì)算的質(zhì)量流率，來確定函渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖上的渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)的位置。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，其允許一個(gè)替代過程用于在汽車系統(tǒng)的操作期間確定渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖上的渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)的坐標(biāo)。

根據(jù)另一實(shí)施例，在渦輪增壓器壓縮機(jī)的入口處的壓力值被計(jì)算為電動(dòng)壓縮機(jī)壓力比的函數(shù)。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，在汽車系統(tǒng)的布局用于位于渦輪增壓器壓縮機(jī)的上游的電動(dòng)壓縮機(jī)的情況下，允許簡單的方法來確定渦輪增壓器壓縮機(jī)入口處的壓力值。

根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，通過確定電動(dòng)壓縮機(jī)特性圖上的電動(dòng)壓縮機(jī)工作點(diǎn)，電動(dòng)壓縮機(jī)的壓力比被計(jì)算為電動(dòng)壓縮機(jī)的所測(cè)量的轉(zhuǎn)速以及電動(dòng)壓縮機(jī)的質(zhì)量流率的函數(shù)。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，其根據(jù)ECU隨時(shí)可用的數(shù)據(jù)計(jì)算電動(dòng)壓縮機(jī)壓力比。

根據(jù)另一實(shí)施例，在渦輪增壓器壓縮機(jī)的出口處的壓力值被計(jì)算為進(jìn)氣歧管所測(cè)量的壓力的函數(shù)。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，其允許通過使用通常設(shè)置在目前汽車系統(tǒng)的板件上的傳感器來確定渦輪增壓器壓縮機(jī)的入口處的壓力值。

根據(jù)另一實(shí)施例，渦輪增壓器壓縮機(jī)入口溫度被計(jì)算為所測(cè)量的環(huán)境溫度的函數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種設(shè)備，用于操作配備有電動(dòng)壓縮機(jī)和包括渦輪增壓器壓縮機(jī)的渦輪增壓器的內(nèi)燃機(jī)。所述設(shè)備還包括電子控制單元或其他裝置，其配置為：限定渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖中的喘振臨界線和臨喘振臨界線作為渦輪增壓器壓縮機(jī)壓力比以及質(zhì)量流率的函數(shù)，臨喘振臨界線限定在對(duì)于喘振臨界線的每個(gè)對(duì)應(yīng)壓力比值的較大質(zhì)量流量值方面；監(jiān)測(cè)作為渦輪增壓器壓縮機(jī)壓力比以及質(zhì)量流率的函數(shù)的渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖中的渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)的位置；檢測(cè)增加扭矩請(qǐng)求；以及當(dāng)渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)在朝向喘振臨界線的方向上越過臨喘振臨界線時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)壓縮機(jī)，以輔助渦輪增壓器壓縮機(jī)輸送所要求的扭矩。

該方面的優(yōu)點(diǎn)類似于由所述方法提供的優(yōu)點(diǎn)，即只有當(dāng)渦輪增壓器壓縮機(jī)的工作點(diǎn)正接近但尚未到達(dá)喘振限制線時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)壓縮機(jī)。啟動(dòng)電動(dòng)壓縮機(jī)有助于實(shí)現(xiàn)更高的增壓水平，因?yàn)樵谶@樣的啟動(dòng)之后，渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖中的工作點(diǎn)被允許移向更高的壓力比。這是可能的，只要電池中有足夠的電力可用。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述設(shè)備包括定位在渦輪增壓器壓縮機(jī)的出口處的壓力傳感器，并且電子控制單元或其他裝置配置為監(jiān)測(cè)渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖中的渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)的位置。此方面的優(yōu)點(diǎn)是，其允許通過簡單的方法獲得渦輪增壓器壓縮機(jī)下游的壓力值。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，電子控制單元或其他裝置配置為監(jiān)測(cè)渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖中的渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)的位置，包括渦輪增壓器轉(zhuǎn)速傳感器。此方面的優(yōu)點(diǎn)是，其允許通過簡單的方法來獲得渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速值。

根據(jù)另一方面，電子控制單元或其他裝置配置為：將渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖中的停用臨界線限定為渦輪增壓器壓縮機(jī)壓力比以及質(zhì)量流率的函數(shù)；并且當(dāng)渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)在遠(yuǎn)離臨喘振臨界線的方向上越過停用臨界線時(shí)，停用電動(dòng)壓縮機(jī)。停用臨界線被限定在對(duì)于臨喘振臨界線的每個(gè)對(duì)應(yīng)壓力比值而言具有更大的質(zhì)量流量值。該方面的優(yōu)點(diǎn)在于，如果只有臨喘振線被定義，則降低將會(huì)發(fā)生的電動(dòng)壓縮機(jī)啟動(dòng)和停用的次數(shù)。此外，上述方面有助于盡量減少電動(dòng)壓縮機(jī)啟動(dòng)，以便能夠更加持久穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)更高的低端扭矩值，導(dǎo)致所存儲(chǔ)的電能的更明智的消耗和獲得有效燃油消耗率(BSFC)的改進(jìn)。

根據(jù)另一方面，所述設(shè)備包括配置成測(cè)量在渦輪增壓器壓縮機(jī)的出口處的壓力值的傳感器或其他裝置。電子控制單元或其他裝置配置為計(jì)算渦輪增壓器壓縮機(jī)的入口處的壓力值；以及計(jì)算在渦輪增壓器壓縮機(jī)的出口處的壓力值與渦輪增壓器壓縮機(jī)的入口處的壓力值之間的渦輪增壓器壓縮機(jī)壓力比。該方面的優(yōu)點(diǎn)是，其在汽車系統(tǒng)的操作過程中確定渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖上的渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)的第一坐標(biāo)。

根據(jù)另一方面，電子控制單元或其他裝置配置為計(jì)算作為環(huán)境壓力值的函數(shù)的在渦輪增壓器壓縮機(jī)的入口處的壓力值。該方面的優(yōu)點(diǎn)是，其通過使用通常設(shè)置在目前汽車系統(tǒng)的板上的傳感器來確定在渦輪增壓器壓縮機(jī)的入口處的壓力值。

根據(jù)另一方面，電子控制單元或其他裝置配置為計(jì)算作為進(jìn)氣導(dǎo)管質(zhì)量流率、渦輪增壓器壓縮機(jī)入口壓力以及渦輪增壓器壓縮機(jī)入口溫度的函數(shù)的渦輪增壓器壓縮機(jī)的質(zhì)量流率。該方面的優(yōu)點(diǎn)是，在汽車系統(tǒng)的操作過程中確定渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖上的渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)的第二坐標(biāo)。

根據(jù)另一方面，所述設(shè)備包括配置成測(cè)量渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速的傳感器或其他裝置。電子控制單元或其他裝置配置為計(jì)算渦輪增壓器壓縮機(jī)的質(zhì)量流率；以及確定作為渦輪增壓器的所測(cè)量的轉(zhuǎn)速以及渦輪增壓器壓縮機(jī)的所計(jì)算的質(zhì)量流率的函數(shù)的渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖上的渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)的位置。該方面的優(yōu)點(diǎn)是，其在汽車系統(tǒng)的操作期間確定渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖上的渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)的坐標(biāo)。

根據(jù)另一方面，電子控制單元或其他裝置配置為計(jì)算作為電動(dòng)壓縮機(jī)壓力比的函數(shù)的在渦輪增壓器壓縮機(jī)的入口處的壓力值。該方面的優(yōu)點(diǎn)是，在汽車系統(tǒng)的布局是電動(dòng)壓縮機(jī)位于渦輪增壓器壓縮機(jī)的上游的情況下，允許通過簡單的方法來確定渦輪增壓器壓縮機(jī)入口處的壓力值。

根據(jù)進(jìn)一步的方面，電子控制單元或其他裝置配置為通過確定電動(dòng)壓縮機(jī)特性圖上的電動(dòng)壓縮機(jī)工作點(diǎn)，計(jì)算作為電動(dòng)壓縮機(jī)的所測(cè)量的轉(zhuǎn)速以及電動(dòng)壓縮機(jī)的質(zhì)量流率的函數(shù)的電動(dòng)壓縮機(jī)的壓力比。該方面的優(yōu)點(diǎn)是，其將電動(dòng)壓縮機(jī)壓力比計(jì)算為對(duì)ECU隨時(shí)可用的數(shù)據(jù)的函數(shù)。

根據(jù)另一方面，電子控制單元或其他裝置配置為計(jì)算作為進(jìn)氣歧管所測(cè)量的壓力的函數(shù)的在渦輪增壓器壓縮機(jī)的出口處的壓力值。該方面的優(yōu)點(diǎn)是，其允許通過使用通常設(shè)置在目前汽車系統(tǒng)的板件上的傳感器來確定渦輪增壓器壓縮機(jī)的入口處的壓力值。

根據(jù)另一方面，電子控制單元或其他裝置配置為計(jì)算作為所測(cè)量的環(huán)境溫度的函數(shù)的渦輪增壓器壓縮機(jī)入口溫度。

附圖說明

下面參考附圖，通過舉例的方式，對(duì)各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述，其中相同的數(shù)字表示相同的元件，其中：

圖1示出了汽車系統(tǒng)；

圖2是屬于圖1汽車系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的橫截面圖；

圖3是表示壓縮機(jī)特性圖的曲線圖；

圖4是圖3的曲線圖的放大部分；

圖5表示隨時(shí)間變化的踏板位置；

圖6是作為圖5踏板位置的函數(shù)的要被傳遞到電動(dòng)壓縮機(jī)的功率的曲線圖；

圖7和8分別表示電動(dòng)壓縮機(jī)輸送的增壓和制動(dòng)扭矩；

圖9是圖1的汽車系統(tǒng)的一部分的示意性圖；

圖10是圖1的汽車系統(tǒng)的一部分的可替換布局的示意圖；

圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

參考附圖描述示例性實(shí)施例，而不是要限制應(yīng)用和使用。

一些實(shí)施例可以包括汽車系統(tǒng)100，如圖1和2所示，其包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)110，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120，所述缸體限定至少一個(gè)汽缸125，所述至少一個(gè)汽缸具有聯(lián)接為讓曲軸145旋轉(zhuǎn)的活塞140。汽缸蓋130與活塞140協(xié)作以限定燃燒室150。燃料和空氣混合物(未示出)設(shè)置在燃燒室150中并被點(diǎn)燃，形成的熱膨脹排氣致使活塞140的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過至少一個(gè)燃料噴射器160提供燃料，且通過至少一個(gè)進(jìn)入口210提供空氣。從與高壓燃料泵180流體連通的燃料分配管170以高壓向燃料噴射器160提供燃料，所述高壓燃料泵增加從燃料源190接收的燃料壓力。汽缸125的每一個(gè)具有至少兩個(gè)閥215，所述閥通過凸輪軸135致動(dòng)，所述凸輪軸與曲軸145適時(shí)地旋轉(zhuǎn)。閥215選擇性地允許空氣從端口210進(jìn)入燃燒室150，且交替地允許排氣通過端口220排出。在一些例子中，凸輪相位器155可以選擇性地改變凸輪軸135和曲軸145之間的正時(shí)。

火花塞360位于在燃燒室150中，所述火花塞是加熱元件，其針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)被電激活，并還針對(duì)改善燃燒室中的燃燒性能而被電激活?？諝饪梢酝ㄟ^進(jìn)氣歧管200分配到(一個(gè)或多個(gè))空氣進(jìn)氣口210?？諝膺M(jìn)氣管道205可以從周圍環(huán)境將空氣提供到進(jìn)氣歧管200。在其他實(shí)施例中，可以提供節(jié)流閥本體330，以調(diào)節(jié)進(jìn)入歧管200中的空氣流。

在其他實(shí)施例中，可以提供例如渦輪增壓器230(具有壓縮機(jī)240，其旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到渦輪機(jī)250)這樣的強(qiáng)制空氣系統(tǒng)。壓縮機(jī)240的旋轉(zhuǎn)增加管道205和歧管200中空氣的壓力和溫度。設(shè)置在管道205中的內(nèi)部冷卻器260可以降低空氣的溫度。通過從排氣歧管225接收排氣，渦輪機(jī)250旋轉(zhuǎn)，所述排氣歧管從排氣口220引導(dǎo)排氣，并且所述排氣在通過渦輪機(jī)250膨脹之前穿過一系列葉片。排氣離開渦輪機(jī)250且被引導(dǎo)到排氣系統(tǒng)270中。該例子顯示了具有VGT促動(dòng)器290的可變幾何渦輪機(jī)(VGT)，其布置為讓葉片295的支架在不同位置中運(yùn)動(dòng)，即從完全關(guān)閉位置運(yùn)動(dòng)到完全打開位置，以改變通過渦輪機(jī)250的排氣流動(dòng)。在其他實(shí)施例中，渦輪增壓器230可以是固定幾何結(jié)構(gòu)的、和/或可以包括廢氣門。

根據(jù)汽車系統(tǒng)的各種實(shí)施例，渦輪增壓器壓縮機(jī)240通過電動(dòng)壓縮機(jī)600來補(bǔ)充。圖9和10(將在下文詳細(xì)描述)示意性地代表圖1的汽車系統(tǒng)的一部分的替換布置，其配備有電動(dòng)壓縮機(jī)600。發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣被引導(dǎo)到排氣系統(tǒng)270。排氣系統(tǒng)270可以包括排氣管275，所述排氣管具有一個(gè)或多個(gè)排氣后處理裝置280。排氣后處理裝置可以是配置為改變排氣成分的任意裝置。排氣后處理裝置280的一些例子包括但不限于(兩向和三向)催化轉(zhuǎn)換器、氧化催化器、貧NOx捕獲器、碳?xì)浠衔镂掌?、選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)和顆粒過濾器。其他實(shí)施例可以包括聯(lián)接在排氣歧管225和進(jìn)氣歧管200之間的排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)300。EGR系統(tǒng)300可以包括EGR冷卻器310，以降低EGR系統(tǒng)300中的排氣溫度。EGR閥320調(diào)節(jié)EGR系統(tǒng)300中的排氣流動(dòng)。

汽車系統(tǒng)100可以進(jìn)一步包括電子控制單元(ECU)450，其與相關(guān)于ICE110的一個(gè)或多個(gè)傳感器450和/或裝置通信、并與存儲(chǔ)器系統(tǒng)或數(shù)據(jù)承載器460和接口總線通信。ECU 450可以從各種傳感器接收輸入信號(hào)，所述傳感器配置為產(chǎn)生與相關(guān)于ICE 110的各種物理參數(shù)成比例的信號(hào)。傳感器包括但不限于空氣流量和溫度傳感器340、歧管壓力和溫度傳感器350、可以整合到火花塞360中的燃燒壓力傳感器、冷卻劑和油溫液位傳感器380、燃料分配管壓力傳感器400、凸輪位置傳感器410、曲柄位置傳感器420、排氣壓力和溫度傳感器430、EGR溫度傳感器440和加速踏板447位置傳感器445。進(jìn)而，ECU 450可以產(chǎn)生輸出到各種控制裝置的輸出信號(hào)，所述控制裝置布置為控制ICE 110的運(yùn)行，包括但不限于燃料噴射器160、節(jié)流閥本體330、EGR閥320、可變幾何渦輪機(jī)(VGT)促動(dòng)器290、和凸輪相位器155。應(yīng)注意，虛線用于表示ECU 450和各種傳感器和裝置之間的通信，但是為了清楚，其中的一些被省略。

圖3是顯示了壓縮機(jī)特性圖800的曲線圖。如本領(lǐng)域已知的，壓縮機(jī)特性圖800針對(duì)每一個(gè)壓縮機(jī)通過實(shí)驗(yàn)限定在由修正或減小的通過壓縮機(jī)軸線的質(zhì)量流量和壓力比所限定的平面中。因?yàn)槿绻褂眯拚馁|(zhì)量流量代替減小的質(zhì)量流量，本發(fā)明的各種實(shí)施例的構(gòu)思不會(huì)改變，所以如后文所述，在沒有另外說明時(shí)將僅使用質(zhì)量流量的表述。在圖3的壓縮機(jī)特性圖中，一系列通常由RPMi指示的曲線指示壓縮機(jī)240的轉(zhuǎn)速的不同值，而虛線Ei指示與壓縮機(jī)240有關(guān)的等效率曲線，該效率值通常朝向特性圖的中心增加。

線A表示喘振線(surge line)，即將壓縮機(jī)中流動(dòng)穩(wěn)定的區(qū)域與如上所述且在喘振線A左方的不穩(wěn)定流動(dòng)區(qū)域分開的線。壓縮機(jī)喘振線A因此表示每一個(gè)載荷步中可獲得的最大增壓水平。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還限定兩個(gè)的臨界線，即臨喘振線(pre-surge line)B和壓縮機(jī)停用線C，線B和C將在下文更詳細(xì)描述?？梢哉f，引入臨界臨喘振線B和停用線C(圖3-4)允許適當(dāng)?shù)卣{(diào)整電動(dòng)壓縮機(jī)600啟用時(shí)間和相關(guān)電功率消耗，且臨喘振臨界線B是根據(jù)針對(duì)喘振臨界線A的每一個(gè)相應(yīng)壓力比值的限定更大的修正質(zhì)量流量值所限定的，停用臨界線C是根據(jù)臨喘振臨界線B的每一個(gè)相應(yīng)壓力比值的限定更大質(zhì)量流量值所限定的。最后，兩個(gè)性能曲線C1和C2(虛線)在壓縮機(jī)特性圖上示出，其中C1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例獲得的性能曲線，曲線C2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過操作壓縮機(jī)240而獲得的基線曲線，曲線C1和C2通過在載荷步操作(load step manoeuvre)中渦輪增壓器工作點(diǎn)P在壓縮機(jī)特性圖上的改變而限定。圖4是圖3的放大部分(長方形R)，其中相關(guān)部分可更好地被觀察。

具體說，在圖5中，載荷步事件根據(jù)隨時(shí)間變化的踏板位置曲線R1表示，圖6是要輸送到電動(dòng)壓縮機(jī)的作為圖5的踏板位置函數(shù)的功率曲線。圖5顯示一載荷步在t1時(shí)刻啟動(dòng)，圖6顯示根據(jù)本方法實(shí)施例的通過電動(dòng)壓縮機(jī)600的馬達(dá)釋放到壓縮機(jī)軸的機(jī)械功率R2。圖6的曲線圖顯示電動(dòng)壓縮機(jī)600的啟用時(shí)刻t2相對(duì)于實(shí)際踏板請(qǐng)求的時(shí)刻t1延遲，并顯示電動(dòng)壓縮機(jī)的中間停用(時(shí)刻t3)和隨后的在時(shí)刻t4的電動(dòng)壓縮機(jī)再次啟用。

在圖7中，顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制策略的增壓演變(曲線X2)，其與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基線增壓(曲線X1)比較；在圖8中，顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制策略的制動(dòng)器扭矩演變(曲線Y2)，其與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基線制動(dòng)器扭矩(曲線Y1)比較，以便顯示所經(jīng)歷的顯著的壓力比。這種動(dòng)態(tài)特點(diǎn)是通過如下所述的控制策略實(shí)現(xiàn)的。

在載荷步操作開始時(shí)，在時(shí)刻t1，踏板請(qǐng)求快速達(dá)到高值，例如100％，并且，ECU 450命令VGT促動(dòng)器290快速關(guān)閉，以便增加增壓，達(dá)到在ECU 450中映射的目標(biāo)值。增壓積累(boost build-up)與扭矩增加有關(guān)，這是因?yàn)榇嬖诟笕剂蠂娚淞?，該噴射量僅通過在與ECU 450相關(guān)的數(shù)據(jù)載體460中記憶的煙塵特性圖所限制。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用來說的最大增壓通常通過喘振極限(即圖3-4中的線A)的下方區(qū)域確定。

一旦渦輪增壓器壓縮機(jī)240特性圖中的工作點(diǎn)的線接近喘振線A并沿朝向喘振臨界線A的方向穿過臨喘振臨界線B，則根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制策略啟用電動(dòng)壓縮機(jī)600(點(diǎn)P1)。通過進(jìn)氣管線的質(zhì)量流量突然增加，且渦輪增壓器壓縮機(jī)240的工作點(diǎn)朝向渦輪增壓器壓縮機(jī)240特性圖中的內(nèi)部位置運(yùn)動(dòng)(圖4中的點(diǎn)P2)。因此，VGT可繼續(xù)保持關(guān)閉，以便維持進(jìn)一步的增壓增加，避免喘振現(xiàn)象的發(fā)生。

參考圖3和4，電動(dòng)壓縮機(jī)600在工作點(diǎn)超過臨喘振線B的任何時(shí)候啟用，以便相對(duì)于任何喘振的發(fā)生提供保留余量(conservative margin)。更具體地，電動(dòng)壓縮機(jī)600在壓縮機(jī)工作點(diǎn)P沿朝向喘振臨界線A的方向穿過臨喘振臨界線B的任何時(shí)候啟用。隨后，在渦輪增壓器壓縮機(jī)240內(nèi)部經(jīng)歷質(zhì)量流量以幾乎恒定的壓力比立即增加。之后，電動(dòng)壓縮機(jī)600停用(點(diǎn)P2)且因此致使質(zhì)量流量逐漸減少，同時(shí)因?yàn)殛P(guān)閉的支架位置，壓力比繼續(xù)增加。具體說，如果渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)P沿遠(yuǎn)離臨喘振臨界線B的方向穿過停用臨界線C，則電動(dòng)壓縮機(jī)600停用。

一旦渦輪增壓器壓縮機(jī)240的工作點(diǎn)P再次接近臨喘振線B，則電動(dòng)壓縮機(jī)600再次啟用(點(diǎn)P3)，且這會(huì)發(fā)生直到達(dá)到新的增壓目標(biāo)。在圖3和4中可以看到，壓力比(PR)相對(duì)于基線值的增加，且與更高的增壓和扭矩釋放相關(guān)，如在圖7和8中所示的。

圖3和4中的另外的停用線C實(shí)施根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制策略的細(xì)化。如果僅使用臨喘振線B，則一旦工作點(diǎn)朝向渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖的右手側(cè)運(yùn)動(dòng)穿過這一臨喘振線，則將致使電動(dòng)壓縮機(jī)600的停用。如前文所述，電動(dòng)壓縮機(jī)600的啟用引起顯著的瞬時(shí)質(zhì)量流量增加：因此，所述控制將立即停用電動(dòng)壓縮機(jī)600。發(fā)動(dòng)機(jī)110本身的動(dòng)態(tài)特性再次快速使得質(zhì)量流量達(dá)到更低的值，且工作點(diǎn)將沿朝向喘振臨界線A的方向再次穿過臨喘振線B，并致使電動(dòng)壓縮機(jī)600的新的啟用。因?yàn)橄到y(tǒng)的快速動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，沿載荷步存在多次啟用，從而使得控制具有顯著的效果。

引入停用線C目的是減少操作中干預(yù)的數(shù)量。一旦在壓縮機(jī)工作點(diǎn)接近喘振線A(穿過臨喘振線B)時(shí)，電動(dòng)壓縮機(jī)600切換到ON，則電動(dòng)壓縮機(jī)600輸送額外的增壓直到工作點(diǎn)P穿過停用線C。隨后電動(dòng)壓縮機(jī)600切換到OFF且通過渦輪增壓器壓縮機(jī)240的質(zhì)量流量開始再次減少，同時(shí)向更高的壓力比運(yùn)動(dòng)。到達(dá)電動(dòng)壓縮機(jī)600的第二次啟用(即工作點(diǎn)P再次穿過臨喘振線B)所需的時(shí)間間隔比之前的情況更長，這是因?yàn)橥ㄟ^特性圖800中新的位置獲得的額外的余量，在再次達(dá)到臨喘振線B之前，工作點(diǎn)P在特性圖800中累計(jì)至更長的行程。直到工作點(diǎn)P再次穿過停用線C(點(diǎn)P4)且電動(dòng)壓縮機(jī)再次停用時(shí)，可以開始新的循環(huán)。

如圖6所示，在該具體例子中，啟用的總次數(shù)可以被修正為僅為兩次，而經(jīng)歷顯著的壓力比增益ΔPR并同時(shí)獲得更低的能量消耗。事實(shí)上，對(duì)這種操作做出總結(jié)，渦輪增壓器壓縮機(jī)240的工作點(diǎn)P可以位于較高的壓力比處的點(diǎn)P5，并且在電動(dòng)壓縮機(jī)的啟用范圍內(nèi)，這需要電動(dòng)壓縮機(jī)的持續(xù)支持，以便保證渦輪增壓器壓縮機(jī)240不朝向喘振情況變化。

由于電功率消耗沿著整個(gè)操作已經(jīng)被主動(dòng)調(diào)整，如果在系統(tǒng)中在一開始存儲(chǔ)了確定量的電功率，則電動(dòng)壓縮機(jī)600在高的壓力比點(diǎn)的持久性將比自操作起連續(xù)啟用的標(biāo)準(zhǔn)情況更長。一旦電功率不在可用，則如果仍然需要載荷，則將要求轉(zhuǎn)變到更高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。通過根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的控制策略，這種轉(zhuǎn)變將比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)壓縮機(jī)600的啟用更晚發(fā)生，在CO₂減少排放方面具有更大優(yōu)點(diǎn)。

為了正確地執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的控制策略，在渦輪增壓器壓縮機(jī)240特性圖上的工作點(diǎn)P必須借助于以下等式的估計(jì)而被連續(xù)監(jiān)測(cè)，所述等式為：

其中：

是質(zhì)量流量；

T是在渦輪增壓器壓縮機(jī)入口處的溫度；

p是在渦輪增壓器入口處的壓力；

p_{tot_out}是在渦輪增壓器壓縮機(jī)出口處的總壓力；和

p_{tot_in}是在渦輪增壓器壓縮機(jī)入口處的總壓力。

為了執(zhí)行本發(fā)明的各種實(shí)施例，可以優(yōu)選地針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)汽車系統(tǒng)做出一些修改。在圖9中，顯示了經(jīng)修改的汽車系統(tǒng)100的一部分。在圖9的經(jīng)修改汽車系統(tǒng)100中，電動(dòng)壓縮機(jī)600位于空氣進(jìn)氣管道205的分支610中，且設(shè)置電動(dòng)壓縮機(jī)旁通閥620以在需要時(shí)旁通電動(dòng)壓縮機(jī)600。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，壓力傳感器640設(shè)置在壓縮機(jī)240的出口處，用于測(cè)量壓縮機(jī)240出口處的壓力值。該額外的壓力傳感器640可以位于通向電動(dòng)壓縮機(jī)600的分支610的上游。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還可以提供用于測(cè)量渦輪增壓器230的轉(zhuǎn)速的速度傳感器630。進(jìn)而，汽車系統(tǒng)100還配備有環(huán)境壓力和溫度傳感器650。

在該結(jié)構(gòu)中，汽車系統(tǒng)100配備有長路線的EGR管道695(出于簡單的目的僅顯示了其端部)，即將后處理系統(tǒng)下游的排氣管線與進(jìn)氣歧管上游的進(jìn)氣管線連接的EGR管道，并且，該管道通過插入三通閥或借助其他器件進(jìn)行連接。在汽車系統(tǒng)100配備有長路線的EGR管道695的情況下，用于電動(dòng)壓縮機(jī)600的唯一兼容位置是在渦輪增壓器壓縮機(jī)240下游，并且，額外壓力傳感器640必須置于電動(dòng)壓縮機(jī)600和渦輪增壓器壓縮機(jī)240之間。

在這種情況下，渦輪增壓器壓縮機(jī)240內(nèi)的壓力比通過質(zhì)量流量值計(jì)算，所述壓力比對(duì)控制策略來說是必要的，以便在渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖800中相對(duì)于臨喘振線B和停用線C追蹤渦輪增壓器壓縮機(jī)工作點(diǎn)P，所述質(zhì)量流量值通過質(zhì)量空氣流量傳感器340(也稱為流量計(jì)(debimeter))測(cè)量，壓縮機(jī)入口處的壓力通過已知模型估計(jì)，使用所測(cè)量的環(huán)境壓力作為輸入。環(huán)境壓力和溫度可以通過環(huán)境壓力和溫度傳感器650測(cè)量，壓縮機(jī)出口壓力值通過定位在電動(dòng)壓縮機(jī)600上游的額外壓力傳感器640測(cè)量。渦輪增壓器壓縮機(jī)入口溫度通過已知模型估計(jì)，使用所測(cè)量的環(huán)境溫度作為輸入。

如果在系統(tǒng)中沒有可實(shí)施的額外壓力傳感器，則可以包括渦輪增壓器速度傳感器630。在這種情況下，渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖800中的工作點(diǎn)P可以通過質(zhì)量流量值與通過渦輪增壓器速度傳感器630測(cè)量的相關(guān)的等速度線RPMi的交點(diǎn)來確定。

在汽車系統(tǒng)100不配備有長路線EGR管道695的情況下，電動(dòng)壓縮機(jī)600可以置于渦輪增壓器250的上游，如圖10所示。在這種情況下，在渦輪增壓器壓縮機(jī)240入口處的壓力值作為電動(dòng)壓縮機(jī)600壓力比的函數(shù)而被計(jì)算。進(jìn)而，根據(jù)電動(dòng)壓縮機(jī)600的被測(cè)量轉(zhuǎn)速以及電動(dòng)壓縮機(jī)600的質(zhì)量流量，通過在電動(dòng)壓縮機(jī)特性圖(出于簡單的目的未示出)上確定電動(dòng)壓縮機(jī)600工作點(diǎn)來計(jì)算電動(dòng)壓縮機(jī)600的壓力比，其中，所述轉(zhuǎn)速是可獲得的，因?yàn)闉殡妱?dòng)壓縮機(jī)800提供功率的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是可獲得的。與如上所述的實(shí)施例不同，在渦輪增壓器壓縮機(jī)240出口處的壓力值通過已知模型計(jì)算，其接收由歧管壓力傳感器350測(cè)量的進(jìn)氣歧管200壓力作為輸入。根據(jù)通過環(huán)境壓力和溫度傳感器650測(cè)量的環(huán)境溫度計(jì)算渦輪增壓器壓縮機(jī)240入口溫度，并且，當(dāng)電動(dòng)壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)，從電動(dòng)壓縮機(jī)特性圖上獲得其效率。本方法的該第二實(shí)施例并不昂貴，因?yàn)椴恍枰~外的傳感器，但是其不適用配備有長路線EGR管道695的汽車系統(tǒng)100。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，參見圖11的流程圖，之后的過程如下。在操作汽車系統(tǒng)100期間，渦輪增壓器壓縮機(jī)240壓力比和渦輪增壓器壓縮機(jī)240質(zhì)量流量被監(jiān)測(cè)，這些值在圖3和4的渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖800中限定了工作點(diǎn)P的位置。進(jìn)而，監(jiān)測(cè)扭矩請(qǐng)求，且如果檢測(cè)到增加扭矩的請(qǐng)求，例如通過監(jiān)測(cè)加速器踏板447的位置(圖塊700)，則進(jìn)一步檢查確認(rèn)渦輪增壓器壓縮機(jī)240的工作點(diǎn)是否穿過臨喘振線B(圖塊710)。

在“是”的情況下，電動(dòng)壓縮機(jī)600啟用，以便輔助渦輪增壓器壓縮機(jī)240輸送被請(qǐng)求的扭矩(圖塊720)。在渦輪增壓器壓縮機(jī)240內(nèi)部經(jīng)歷幾乎在恒定壓力比下的質(zhì)量流量的立即增加。渦輪增壓器壓縮機(jī)特性圖800上的渦輪增壓器壓縮機(jī)240的工作點(diǎn)P的位置被持續(xù)監(jiān)測(cè)，且如果其達(dá)到停用線C(圖塊730)，則停用電動(dòng)壓縮機(jī)600(圖塊740)。在電動(dòng)壓縮機(jī)600停用之后，通過壓縮機(jī)240的質(zhì)量流量逐步減小，同時(shí)因?yàn)橹Ъ芴幱陉P(guān)閉位置，壓力比繼續(xù)增加。一旦渦輪增壓器壓縮機(jī)240的工作點(diǎn)P再次接近臨喘振線B，則電動(dòng)壓縮機(jī)600再次啟用，并且，該過程可以重復(fù)直到達(dá)到增壓目標(biāo)。

在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，根據(jù)數(shù)據(jù)載體460中存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序通過ECU 450執(zhí)行所需的計(jì)算步驟。

盡管至少一個(gè)示例性實(shí)施例已經(jīng)在前述發(fā)明內(nèi)容和具體實(shí)施方式中進(jìn)行了描述，但是應(yīng)理解存在許多變化例。還應(yīng)理解，一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例僅是例子，且目的不是以任何方式限制范圍、適用性或構(gòu)造。相反，前面的摘要和詳細(xì)描述為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供了實(shí)施至少一個(gè)示例性實(shí)施例的便捷方式，應(yīng)理解，以對(duì)示例性實(shí)施例中所述的元件的功能和布置做出各種改變，而不脫離權(quán)利要求及其等效方式限定的范圍。