[发明专利]用于升压压力控制的方法和系统

说明书

本申请涉及用于升压压力控制的方法和系统，提供了用于控制包含涡轮增压器和上游电动机械增压器的分级发动机系统中的升压压力的方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括，使电动机械增压器加速以在涡轮增压器超调的情况下扼止到发动机的空气的流动。

技术领域

本发明大体涉及用于调节分级(staged)升压发动机系统中的发动机升压压力的方法和系统。

背景技术

发动机可以利用升压装置(诸如涡轮增压器或机械增压器)进行运转，以增加进入燃烧室的质量空气流量。涡轮增压器和机械增压器利用进气压缩机压缩进入发动机的进气。另外，一个或更多个进气增压装置可以被串联地或并联地分级以改善发动机升压响应。

Stewart等人在美国专利7,958,730中示出了多级升压发动机的一个示例。在其中，多级串联涡轮增压器设备包含低压涡轮增压器和高压涡轮增压器，所述低压涡轮增压器和高压涡轮增压器被协调以通超调整涡轮增压器速度来维持至少一个运转参数。低压涡轮增压器允许迅速加速以补偿高压涡轮增压器的缓慢加速(也被称为涡轮迟滞)。整个涡轮增压器的压缩机速度可以通过打开和关闭对应的废气门来调节。

然而，发明人在此已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，通过废气门致动调节涡轮增压器升压压力和涡轮增压器速度会是缓慢的，导致升压误差。在一个示例中，如果涡轮增压器的压缩机超过期望的压缩机速度，被耦接至对应涡轮的废气门可以被打开以减少通过涡轮的排气流。然而，由于废气门的相对缓慢的涡轮增压器动态，期望的升压压力可以比压缩机能够被减速更快地降低。因此，当涡轮正在减速时，压缩机下游的升压压力会超过期望的节气门入口压力，导致过多的发动机扭矩递送。在一些示例中，发动机节气门可以被用来解决升压压力，因为节气门调整对升压压力有几乎立即的影响。然而，节气门的更快动态可以混淆废气门控制循环。

发明内容

发明人在此已经认识到，由电动马达驱动的机械增压器压缩机提供的电动升压能够对分级发动机系统中的升压压力具有基本上即时的影响。具体地，在较低的发动机气流(诸如怠速气流)下，瞬时正升压压力能够通过经由电动马达旋转机械增压器压缩机来提供。这能够使得下游涡轮增压器压缩机的涡轮迟滞减少。此外，在较高的发动机气流(诸如当进气空气充气由下游涡轮增压器压缩机升压时)下，进入下游涡轮增压器压缩机的气流能够通过经由电动马达旋转机械增压器压缩机来限制或扼止(choke)，扼止的流量通过机械增压器压缩机的旋转速度来确定。因此在一个示例中，上述的问题可以通过一种用于升压发动机的方法来解决，该方法包含：绕过第一上游压缩机，并且经由第二下游压缩机为活塞发动机提供压缩空气流；以及响应于升压压力超调(overshoot)，调整第一压缩机的速度。以此方式，下游涡轮增压器压缩机处经历的升压压力超调可以通过使上游机械增压器压缩机作为流动限制器运转来降低。

作为一个示例，包括由电动马达驱动的压缩机的电动机械增压器可以被分级在包括由排气涡轮驱动的压缩机的涡轮增压器的上游。为了减少涡轮迟滞，当涡轮增压器压缩机加速自旋(spin up)时，电动机械增压器可以被瞬间运转以提供正压力。然后，当涡轮增压器压缩机正在自旋并提供升压的空气充气时，响应于升压压力超调，电动机械增压器可以被加速以扼止进入涡轮增压器压缩机并且由此进入发动机的空气流。因此，对于给定的机械增压器压缩机速度，可以存在允许特定量的气流的对应的有效扼止线。因此，发动机控制器可以使电动机械增压器以为下游涡轮增压器提供降低升压压力超调的气流的速度运转。

以此方式，进入涡轮增压器压缩机的气流能够被基本上即时限制，从而允许加快的升压超调控制。利用上游电动机械增压器扼止到下游涡轮增压器的进气气流的技术效果是，到涡轮增压器的气流能够被更精确地调节至基于驾驶员要求而被期望的水平。这使得升压的空气压力能够被更快地调节，并且使得过多的发动机扭矩递送能够被减少。另外，基于机械增压器扼止气流可以与节气门调整协调地并且以与废气门调整互补的频带被提供，从而允许升压压力的更快且更准确的调节。另外，废气门控制循环可以被更积极地调节，因为电动机械增压器的快速动态将会能够阻尼任何振荡并且降低升压压力超调。