CN107975417B - 机动车辆的增压发动机系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机动车辆的增压发动机系统。提供用于增压发动机系统的方法和系统，该增压发动机系统具有被布置成从可变几何涡轮增压器接收增压空气的发动机和与该涡轮增压器平行布置的电动压缩机。在高于预定义水平的临时高转矩需求期间，该电动压缩机用于从该涡轮增压器补充增压空气流。另外，提供围绕该电动压缩机的再循环回路，以在该电动压缩机连接至该发动机之前累积该电动压缩机中的压力，以便最小化发动机增压压力在该电动压缩机启动时的波动。

Description

机动车辆的增压发动机系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年10月21日提交的英国专利申请No.1617825.3和2017年5月16日提交的英国专利申请No.1707817.1的优先权。上述引用的申请的全部内容在此通过引用全部并入本文以用于所有目的。

技术领域

本发明涉及机动车辆，且具体地涉及一种机动车辆的增压发动机系统，该增压发动机系统具有内燃发动机和压缩机，该压缩机用于增加进入发动机的空气的压力。

背景技术

机动车辆的内燃发动机可包括涡轮增压器以增加进入发动机的空气的压力，以便提高燃烧效率和转矩输出。涡轮增压器可包括设置在发动机的排气通道中的涡轮和设置在发动机的进气通道中的压缩机，该压缩机由涡轮的旋转驱动。

这种涡轮增压器增压发动机的问题是，即使使用可变几何涡轮增压器，发动机的整体性能也会由于以下事实而折损：涡轮增压器通常被设计成当发动机在节气门开度较宽的情况下以最大的发动机转速运转时，容纳从发动机至涡轮增压器的涡轮的最大排气流量。

这要求使用具有大容量的涡轮增压器，以便在非常高的排气流速下防止发动机上的背压过高和/或涡轮增压器超速。然而，使用大容量涡轮增压器的缺点在于，在低发动机转速下，如果驾驶员需求突然增加，那么来自发动机的排气的流率太低而不能提供增压压力的突然增加，由此导致通常称为“涡轮滞后”的情况。

为了解决这个问题，有人已经提出使用电动压缩机来连续代替在低发动机转速至中等发动机转速下的涡轮增压器，使得涡轮增压器处于更高发动机转速下。

虽然这种方法解决了上述“涡轮滞后”问题，但是其也引入了另外的问题：这种电动压缩机的连续使用对机动车辆的发电电路造成大量损耗，由此增加燃料消耗，且在某些情况下要求提供额外的电力存储容量以应付在非常低的发动机转速下的电动压缩机的操作，其中来自机动车辆的发电系统的输出不能处理对其的所有电气需求。

在JP-A-2010048225中进一步提出了使用第一和第二涡轮增压器并且使用一个电动马达使第二涡轮增压器旋转，以便减少涡轮增压压力的波动，否则将会在切换至第二涡轮增压器时发生该波动。然而，这种布置在需要许多阀的结构中是非常复杂的，并且还要求使用电动马达，该电动马达要能够承受与第二涡轮增压器的涡轮部分相关联的非常高的温度。

发明内容

本公开的目的是提供一种解决与上述现有技术相关联的问题的增压发动机系统。在一个示例中，上述问题可通过一种方法来解决，该方法包括：响应于在经由涡轮增压器压缩机向发动机提供第一压力的增压空气的同时需求转矩高于阈值，操作电动压缩机以增加围绕(around)电动压缩机的再循环回路中的第二压力，该电动压缩机与涡轮增压器压缩机平行布置并且与发动机流体地断开；以及响应于第二压力达到第一压力，将电动压缩机流体地连接至发动机。以此方式，可满足发动机的转矩需求，而不需要连续操作电动压缩机和增加发动机的电力需求。另外，通过在由电动压缩机输出的压力(增压压力)累积(增大)的同时，首先将电动压缩机与发动机流体地断开，并且在达到由涡轮增压器压缩机提供给发动机的增压空气的压力时仅流体地连接电动压缩机和发动机，避免了增压压力在操作电动压缩机和将电动压缩机连接至发动机时的突然下降。因此，可更有效且更快速地提供满足操作者转矩需求的增加的增压压力，由此提高发动机性能和车辆操作者的满意度。

在另一个示例中，上述问题可通过一种用于机动车辆的增压发动机系统来解决，该增压发动机系统包括内燃发动机、尺寸被设计成满足对达到预定义供应水平的增压空气的需求的小容量可变几何涡轮增压器和与涡轮增压器平行布置的电动压缩机，该发动机被布置成在正常的发动机运行期间从涡轮增压器接收低于预定义供应水平的增压空气的初级(primary)供应，并且当需要满足对高于预定义供应水平的增压空气的临时高需求时从电动压缩机接收增压空气的补充供应，当电动压缩机在电动压缩机连接至发动机之前启动时再循环回路累积压力，该再循环回路包括控制通过导管的空气流的电控再循环阀，所述导管将电动压缩机的出口连接至电动压缩机的入口，电控切断阀位于电动压缩机的出口与发动机之间以选择性地将电动压缩机的出口与发动机隔离，且回流控制阀防止空气从电动压缩机的入口回流至大气，其中在电动压缩机启动时，电控再循环阀保持打开且电控切断阀保持关闭直至再循环回路中的压力达到预定义极限，此时电控切断阀打开且电控再循环阀关闭。

应当理解的是，提供上述发明内容是为了以简化的形式引入在具体实施方式中进一步描述的概念的选集。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围由随附的权利要求唯一地限定。另外，所要求保护的主题不限于解决上文提及或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方案。

附图说明

图1是根据本公开的第一方面的增压发动机系统的示意图。

图2是根据本公开的第二方面的机动车辆的示意图，该机动车辆具有根据本公开的第一方面的增压发动机系统。

图3a是根据本公开的第三方面的控制增压发动机系统的方法的高级流程图。

图3b示出了用于在图3a的方法期间操作电动压缩机的方法的流程图。

具体实施方式

以下描述涉及用于操作与涡轮增压器压缩机平行布置的电动压缩机(如图1和图2的系统所示)以向发动机提供期望的增压压力，以便传递操作者需求的转矩的系统和方法。又如图1和图2中所示，电动压缩机可包括再循环回路和一个或多个阀，所述一个或多个阀用于选择性地将电动压缩机与发动机的进气歧管流体地联接。除了能够由涡轮增压器压缩机供应的增压外，当还要求增加增压以传递当前操作者需求的转矩时，可操作电动压缩机以提供增加的增压压力，如图3a的方法所示。然而，由电操作的压缩机输出的增压压力可首先在再循环回路内累积至相同于或大于经由涡轮增压器压缩机提供给发动机的增压压力的水平。然后，在达到此增压压力水平时，电动压缩机可与发动机的进气歧管流体地联接，以便将增加的增压压力供应给发动机，而不需要首先减小已经由涡轮增压器压缩机供应给发动机的压力。以此方式，可向发动机平稳地提供用于传递操作者需求的转矩水平的所需增压压力，而不需要首先减小增压压力，由此提高发动机性能。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于机动车辆的增压发动机系统，该增压发动机系统包括内燃发动机、尺寸被设计成满足对达到预定义供应水平的增压空气的需求的小容量可变几何涡轮增压器和与涡轮增压器平行布置的电动压缩机，该发动机被布置成在正常的发动机运行期间从涡轮增压器接收低于预定义供应水平的增压空气的初级供应，并且当需要满足对高于预定义供应水平的增压空气的临时高需求时从电动压缩机接收增压空气的补充供应，当电动压缩机在电动压缩机连接至发动机之前启动时再循环电路累积压力，该再循环回路包括控制通过导管的空气流的电控再循环阀，所述导管将电动压缩机的出口连接至电动压缩机的入口，电控切断阀位于电动压缩机的出口与发动机之间以选择性地将电动压缩机的出口与发动机隔离，且回流控制阀防止空气从电动压缩机的入口回流至大气，其中在电动压缩机的启动时，电控再循环阀保持打开且电控切断阀保持关闭直至再循环回路中的压力达到预定义极限，此时电控切断阀打开且电控再循环阀关闭。

该回流阀可为止回阀，所述止回阀被布置成防止空气从电动压缩机的入口回流至大气。

替代地，该回流阀可为电控回流阀，该电控回流阀被布置成如果电动压缩机的入口处的压力大于大气压力则自动地关闭，以便防止空气从电动压缩机的入口回流至大气。

可存在从大气通过涡轮增压器至发动机的第一流动路径，以及从大气通过电动压缩机的第二流动路径，该第二流动路径平行于第一流动路径布置在发动机上游的位置与大气空气源之间。

该发动机上游的位置可为中间冷却器的入口，该中间冷却器具有出口，该出口被布置成使空气流至发动机，且该系统进一步包括空气过滤器，用于发动机的、来自大气空气源的所有空气流过空气过滤器，且该第一和第二气流动路径均具有相应的低压端，该低压端连接至空气过滤器的出口。

该第一空气流动路径可具有第一部分和第二部分，该第一部分在一端处连接至空气过滤器，并且在第二端处连接至涡轮增压器的压缩机的入口，该第二部分在一端处连接至涡轮增压器的压缩机的出口，并且在第二端处连接至中间冷却器的入口，且该第二空气流动路径可具有包括回流阀的第一部分以及第二部分，该第一部分在一端处连接至空气过滤器，并且在第二端处连接至电动压缩机的入口，该第二部分在一端处连接至电动压缩机的出口，并且在第二端处连接至中间冷却器的入口，且该电控切断阀被布置成控制通过第二流动路径的第二部分的增压空气流。

该涡轮增压器可具有涡轮，该涡轮具有被布置成从发动机接收排气供应的入口和使排气流至大气的出口，以及具有旁通流控制阀的旁通通道，该旁通流控制阀连接在涡轮的入口上游的位置与涡轮的出口下游的位置之间。

该旁通流控制阀可为电控阀。

该系统可进一步包括用于控制系统的操作的电子控制器。

该电控切断阀的打开和关闭以及该电控再循环阀的打开和关闭两者均可由电子控制器控制。

该旁通流控制阀的打开和关闭可由电子控制器控制，且该电子控制器可被布置成当达到涡轮上游的预定义排气压力极限时打开旁通流控制阀。

替代地，该旁通流控制阀的打开和关闭可由电子控制器控制，且该电子控制器可被布置成当达到预定义涡轮转速时打开旁通流控制阀。

该电动压缩机可具有由电子控制器控制的电动马达，且该电子控制器可被布置成当旁通流阀处于关闭状态时防止使用电动压缩机。

根据本公开的第二方面，提供了一种机动车辆，其具有根据本公开的所述第一方面构造的增压发动机系统。

根据本公开的第三方面，提供了一种控制机动车辆的增压发动机系统的方法，该系统包括发动机、尺寸被设计成满足对达到预定义供应水平的增压空气的需求的可变几何涡轮增压器和平行于涡轮增压器布置的电动压缩机，该发动机被布置成在正常的发动机运行期间从涡轮增压器接收低于预定义水平的增压空气的初级供应，并且当需要满足对高于预定义供应水平的增压空气的临时高需求时从电动压缩机接收增压空气的补充供应，当该电动压缩机在电动压缩机连接至发动机之前启动时再循环回路累积压力，该增压发动机系统进一步包括防止空气从电动压缩机的入口回流的回流阀、选择性地将电动压缩机的出口与发动机隔离的电控切断阀和包括电控再循环阀的再循环回路，其中该方法包括：检查是否存在使用电动压缩机的至少一个条件，且如果存在该至少一个条件，那么在电控切断阀保持关闭且电控再循环阀保持打开的同时对电动压缩机通电(energize)，以增加再循环回路中的压力，且当再循环回路中的压力已经达到至少等于增压空气的初级供应的压力的压力时，关闭再循环阀并且打开电控切断阀以对发动机供应增压空气。

用于使用电动压缩机的一个条件可为机动车辆的驾驶员的转矩需求大于预定义极限。

替代地，使用电动压缩机的一个条件可为增压空气的当前要求高于预定义供应水平且因此不能仅通过使用涡轮增压器来满足。

作为另一替代，可存在两个条件，为了对电动压缩机通电必须满足这两个条件，第一条件可为机动车辆的驾驶员的转矩的需求大于预定义极限，且第二条件可为增压空气的当前要求高于预定义供应水平且因此不能仅通过使用涡轮增压器来满足。

转至图1，示出了用于机动车辆的增压发动机系统150，该增压发动机系统包括内燃发动机105、尺寸被设计成满足对达到预定义供应水平的增压空气的需求的小容量可变几何涡轮增压器120以及平行于涡轮增压器120布置的电动压缩机130，该涡轮增压器120包括压缩机121和排气驱动涡轮122。由箭头‘a’指示，空气从大气供应至压缩机121。

发动机105被布置成在正常的发动机运行期间从涡轮增压器120接收低于预定义供应水平的增压空气的初级供应，并且当需要满足对高于预定义供应水平的增压空气的临时高需求时从电动压缩机130接收增压空气的补充供应。

再循环回路102被提供成当电动压缩机130在电动压缩机130连接至发动机105之前启动时累积补充供应中的压力。

再循环回路102包括电控再循环阀117，以控制通过导管119的空气流，该导管119将电动压缩机130的出口134连接至电动压缩机130的入口133。电控切断阀116位于电动压缩机130的出口134与发动机105之间，以选择性地将电动压缩机130的出口134与发动机105隔离。

回流控制阀115被提供以防止空气从电动压缩机130的入口133回流至大气，由箭头‘b’指示。回流阀115能够包括止回阀(non-return valve)，该止回阀被布置成防止空气从电动压缩机130的入口133回流至大气，或该回流阀能够采取电控回流阀的形式，该电控回流阀被布置成如果电动压缩机130的入口133处的压力大于大气压力则自动地关闭，以便防止空气从电动压缩机130的入口133回流至大气。

在启动电动压缩机130时，电控再循环阀117保持打开，且电控切断阀116保持关闭，直至再循环回路102中的压力达到预定义压力极限(例如，阈值)，该预定义压力极限是等于或略大于当前从涡轮增压器120供应至发动机105的空气的压力的压力水平。当达到预定义压力极限时，电控切断阀116打开，且电控再循环阀117同时关闭。

这种布置防止(被供应给发动机105的空气的)压力发生突然下降，如果在电动压缩机130未达到一定速度或停机时要打开电控切断阀116，那么会发生压力突然下降的情况。

因此，存在从大气‘a’通过涡轮增压器120至发动机105的第一流动路径，以及从指示为箭头‘b’的大气通过电动压缩机130的第二流动路径，该第二流动路径平行于第一流动路径布置在发动机105上游的位置(指示为点‘P’)与大气空气源(由箭头‘a’和‘b’指示)之间。

具体参考图2，示出了具有增压发动机系统50的机动车辆1。增压发动机系统50的主要部件包括内燃发动机5(在此示例的情况下，该内燃发动机是四缸直列直喷式发动机)、可变几何涡轮增压器20、电动压缩机30和电子控制器40。

空气从大气空气源(诸如围绕发动机5的大气，由箭头‘A’指示)进入空气入口流动路径，并且通过空气过滤器6流至一对平行空气流动路径。

第一空气流动路径具有将空气过滤器6连接至涡轮增压器20的压缩机21的入口的第一部分7和将涡轮增压器20的压缩机21的出口连接至中间冷却器9的入口的第二部分8。

第二空气流动路径具有将空气过滤器6连接至电动压缩机30的压缩机31的入口的第一部分13和将电动压缩机30的压缩机31的出口连接至中间冷却器9的入口的第二部分14。

应当明白的是，可具有两个单独的空气过滤器而不是使用单个空气过滤器6，一个空气过滤器用于第一空气流动路径，且另一个空气过滤器用于第二空气流动路径。

止回阀15形式的回流阀位于空气过滤器6与压缩机31的入口侧之间的第二空气流动路径中，以防止从压缩机31回流。

可电控的切断阀16位于压缩机31的出口与中间冷却器14之间，以将电动压缩机30的压缩机31与发动机5隔离。

可电控的再循环阀17位于空气再循环回路19中，该空气再循环回路19将压缩机31的出口连接至压缩机31的入口。再循环回路19被布置成在电控切断阀16与电动压缩机的压缩机31的出口之间的位置处将第二流动路径的第二部分14连接至电动压缩机30的压缩机31的入口，且电控再循环阀17用于选择性地控制通过再循环回路19的增压空气流。当电动压缩机30不运转时，切断阀16保持关闭(例如，保持封闭，使得来自压缩机31的出口的空气流被阻止行进至中间冷却器9)。

在中间冷却器9中被冷却之后，空气通过发动机5经由节流阀10流至发动机5的入口歧管11，并且经由排气歧管12离开发动机5，该排气歧管12使排气流至涡轮增压器20的涡轮22的入口。在流过涡轮增压器20的涡轮22之后，排气经由排气管18从涡轮22的出口流至大气，由箭头‘E’指示。应当明白的是，通常在从涡轮22返回至大气的流动路径中提供各种后处理装置和降噪装置。

旁通通道26连接至位于涡轮22上游的位置与位于涡轮下游的位置之间的排气流动路径，以便选择性地允许排气绕过涡轮增压器20的涡轮22。在此示例的情况下，可电控的旁通阀25被提供成控制通过旁通通道26的排气流。旁通阀25的打开和关闭由电子控制器40控制。然而，应当明白的是，可使用压力操作的旁通阀来代替可电控的旁通阀。在这种情况下，将使用传感器来提供旁通阀是打开还是关闭的指示。

电动压缩机30包括电动马达32，以响应于来自电子控制器40的控制信号而驱动压缩机31。

电子控制器40可从各种传感器(如下文进一步描述)接收输入数据、处理输入数据，并且响应于经处理的输入数据、基于在其中编程对应于一个或多个例程的指令或代码而触发发动机的致动器(例如，节气门10、电动马达32、可电控的切断阀16、可电控的再循环阀17和可电控的旁通阀26)。在一个示例中，指令或代码可被存储在电子控制器40的存储器上。

例如，电子控制器40被布置成根据存储在电子控制器40的存储器中的预定义控制例程来控制可电控的切断阀16、可电控的再循环阀17和可电控的旁通阀26的打开和关闭以及电动马达32的操作。

电子控制器40还可被布置成控制对发动机的燃料供应，或可形成执行这种功能的动力传动系控制系统的一部分。

电子控制器40接收多个输入，所述多个输入在图2中统一示为单个输入45。输入45包括指示发动机5的操作的输入，诸如，例如，发动机转速、进气歧管压力、涡轮22上游的排气压力、节流阀位置以及指示其它系统参数的输入，诸如，例如，涡轮增压器压缩机下游的空气压力、再循环回路19中的空气压力、电动压缩机30的压缩机31下游的空气压力。

除了输入45以外，电子控制器40还从加速器踏板位置传感器42接收指示驾驶员需求的输入，该加速器踏板位置传感器42被布置成感测机动车辆1的加速器踏板43的角位置。

使用输入45和42，将电子控制器40布置成控制发动机系统50的操作，该电子控制器形成该发动机系统的一部分。

发动机系统50的操作如下。

在发动机5的正常运行期间，电动压缩机30的电动马达32被切断，且可电控的切断阀16和旁通阀25两者均被电子控制器40置于关闭状态。

进入空气入口流动路径的空气因此从空气过滤器6流过第一部分7，然后经由空气路径的第二部分8流动至中间冷却器9的入口且经由节流阀10从中间冷却器的入口流至发动机5，该第一部分将空气过滤器6连接至涡轮增压器20的压缩机21的空气入口侧，空气在该空气入口侧被压缩。没有空气从电动压缩机30流动，这是因为电动马达32被切断，且压缩机32由于可电控的切断阀16关闭而与发动机5隔离，每当电动压缩机30不操作时，该可电控的切断阀16保持关闭。

在这种状态下，发动机5用作具有可变几何涡轮增压器的常规涡轮增压发动机，其中涡轮增压器20的几何形状由电子控制器40调整，以匹配如由加速器踏板位置传感器42感测到的驾驶员需求的变化。

因此，因为电动压缩机30不操作，所以其对机动车辆1的发电或存储系统没有电力需求。可变几何形状涡轮增压器20的尺寸被设计成能够提供足够的增压以满足正常的操作需要，诸如，例如，在高速公路上巡航、恒定速度的城镇驾驶和中等加速。通过使用具有相对较小尺寸的可变几何涡轮增压器20，涡轮增压器20在低发动机转速下对需求请求非常敏感，因此通过此方法将涡轮滞后最小化。

应当明白的是，随着发动机5的转速增加，来自发动机5的排气流在高节气门开度下将最终达到一定水平，在该水平下，涡轮增压器20的涡轮22由于其尺寸小而将产生过大的背压，和/或到达涡轮22的排气流的体积将使得涡轮增压器20超速。为了防止发生这些可能的结果中的任何一种，当达到至少一个涡轮22上游的预定义排气压力极限或达到预定义涡轮转速时，电子控制器40打开旁通阀25。旁通阀25的打开具有允许部分排气绕过涡轮增压器20的涡轮22，由此减小发动机5上的排气背压的效果。然而，由于现在可绕过涡轮22的排气有一定的量，所以其具有在涡轮增压器运转而高于这种高排气流时，限制可由涡轮增压器20提供的增压压力的效果，因此驾驶员对更多动力的任何额外临时需求不能仅由小型涡轮增压器20来满足。

为了克服此限制，当旁通阀25打开时，使用电动压缩机30来满足驾驶员的任何额外临时需求。

因此，在旁通阀25打开的情况下，当通过加速器踏板位置传感器42感测到的驾驶员的需求超过预定义需求极限时，电子控制器40被布置成打开再循环阀17并启动电动马达32，使得压缩机31增加再循环回路19中的空气压力。在一个非限制性示例中，75％的驾驶员需求用作预定义需求极限。应当明白的是，由于第二空气流动路径的第一部分13中存在止回阀15且第二空气流动路径中的第二部分14中的电控切断阀16关闭，所以空气不能回流至空气过滤器6。

当再循环回路19中的压力已经达到或超过到达中间冷却器9入口的空气路径的第二部分8中的压力(即，当前增压空气压力由涡轮增压器20供应)时，打开电控切断阀16且同时关闭再循环阀17。由于电动压缩机30的压缩机31的泵送容量大，所以电动马达32的通电与电控切断阀16的打开之间的延迟最小，且通常是十分之几秒的数量级。

现在，环境空气通过第二空气流动路径的第一部分13从空气过滤器6流至电动压缩机30的压缩机31，并且经由第二气流动路径的第二部分14经由中间冷却器9流至发动机5，以及通过第一空气流动路径的第一部分7从空气过滤器6流至涡轮增压器20的压缩机21，并且经由第一气流动路径的第二部分8经由中间冷却器9流至发动机5。即，电动压缩机30用于补充涡轮增压器20。具体地，从涡轮增压器20的压缩机21和电动压缩机30两者向发动机5提供增压气流。因此，即使旁通阀25打开或仅涡轮增压器20不能提供期望的增压需求，也可实现对当前转矩需求(例如，基于加速器位置的操作者转矩需求)的增压需求。

电动压缩机30的压缩机31的尺寸被设计成使得其能够以期望的最大增压压力向发动机5提供足够的附加加压空气，以满足发动机在发动机5的最大运转速度下的最大需求。虽然这要求使用从机动车辆1的电气系统吸取大量功率的大容量压缩机31，但是仅在非常短的时间段内有功耗。例如，当驱动电动压缩机30的压缩机31时，能够要求电动马达32从机动车辆1的电气系统吸取25kw，但是因为电动压缩机30仅用于满足临时的高功率需求(诸如，例如，在较高发动机转速下请求近全节气门加速)，所以电动压缩机30仅在非常短的时间段内(诸如，例如，15秒至20秒)运转，因此来自机动车辆1的电气系统的电能的总消耗不会过多。

为了防止过多的电力使用，电子控制器40被布置成防止电动压缩机30长时间连续运转，并且在预定时间段之后，电动马达32的电力被自动切断。因此，电动压缩机30被布置成在从小型涡轮增压器可获得的增压不足并且在正常发动机运行期间不使用增压的情况下充当过增压装置。

只要驾驶员需求下降到预定义需求极限以下，如加速踏板位置传感器42的输出所指示，电子控制器40就可操作地切断电动马达32并且关闭电控切断阀16，以便将电动压缩机30的压缩机31与发动机5隔离。然后，发动机5的增压恢复使用单独作用的涡轮增压器20，在这种需求水平下，该涡轮增压器能够满足对发动机5的增压压力的任何需求。

因此，总之，电动压缩机30仅用于满足涡轮增压器20单独作用时不能满足的峰值临时功率需求，并且在发动机5的正常运行期间不使用，该需求仅通过使用小型可变几何涡轮增压器20来满足。

参考图3a和图3b，示出了控制机动车辆的增压发动机系统的方法200，该增压发动机系统诸如具有发动机、涡轮增压器和电动压缩机的系统150(图1)和/或50(图2)。用于执行方法200的指令可由控制器(例如，电子控制器)基于存储在控制器的存储器上的指令，并且结合从发动机系统的传感器(诸如上文参考图1和图2描述的传感器)接收的信号来执行。根据下文描述的方法，控制器可采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机的运转。

该方法开始于框210，该框210是接通(Key-On)和发动机启动过程，然后前进至框220，在该框220中，发动机正在运行并且对来自机动车辆的用户的功率需求做出响应。在框230中，检查是否存在使用电动压缩机(例如，图1中所示的电动压缩机130或图2中所示的电动压缩机30)的条件。在此实施例的情况下，这些条件包括当涡轮增压器已经以旁通状态运转时(如旁通阀25的打开状态所指示)，机动车辆的驾驶员对转矩的需求是否大于预定义极限(例如，阈值)，如来自加速器踏板42的输出所指示。即，涡轮增压器能否满足驾驶员对发动机转矩的任何进一步需求？在另一个示例中，用于使用(例如，运转)电动压缩机的条件可包括驾驶员(例如，操作者)转矩需求大于阈值水平，其中阈值水平是对应于涡轮增压器压缩机(例如，非电动压缩机)能够在当前发动机运转条件(例如，围绕涡轮的旁通阀打开或关闭)下单独向发动机提供的最大增压压力的转矩水平。

如果不满足用于使用电动压缩机的条件，那么该方法前进至框240，在该框240中，使用涡轮增压器向发动机提供增压空气的供应，以满足车辆驾驶员的当前需求。在大多数情况下，情况就是这样，因为涡轮增压器的尺寸满足发动机的大部分需求，除了在高发动机转速下的非常高的转矩需求之外。该方法在240处可进一步包括使电动压缩机不运转，并且使电动压缩机下游的切断阀保持关闭(使得没有空气从电动压缩机流至发动机)。

从框240开始，该方法前进至框260以检查是否发生了切断(Key-Off)事件，且如果发生了切断事件，那么该方法前进至方框290(该方法在框290处结束)，否则返回至框230并且将循环通过框230、240和260，直至存在用于使用电动压缩机的条件或发生了切断事件为止。

返回至框230，如果在框230中检查时存在使用电动压缩机的条件，那么该方法从框230前进至框250，在该框250中，(例如，除了涡轮增压器压缩机之外)还使用电动压缩机来向发动机供应附加增压空气。如下文所述，在图3b中进一步扩展了250处的方法。

从框250开始，该方法前进至框260以检查是否发生了切断事件，且如果发生了切断事件，那么该方法前进至方框290(该方法在框290处结束)，否则返回至框230并且将循环通过框230、250和260，直至不再存在用于使用电动压缩机的条件或发生了切断事件为止。能够包括在框230中的一个要检查的条件是电动压缩机是否已经在运转且它是否已经运转了比预定义时间段更长的时间。如果它已经运转了比预定义时间段更长的时间，那么能够将这视为不满足用于使用电动压缩机的条件的指示。

如图3b中所示，在此示例的情况下，框250包括在框252中指示为对用于驱动电动压缩机的电动马达通电或将其接通的多个子步骤。在一个示例中，控制器可发送电信号以致动电动压缩机的电动马达，以便开始使电动压缩机运转并生成增压压力。使用电动压缩机进一步包括，在框254处，累积围绕电动压缩机的再循环回路(例如，图1中所示的再循环回路102或图2中所示的空气再循环回路19)中的压力，以减少向发动机供应增压空气时出现的中断。例如，该方法在254处可包括控制器(经由致动信号)关闭布置在电动压缩机出口下游的切断阀(例如，图1中所示的切断阀116或图2中所示的切断阀16)，并且(经由致动信号)打开布置在围绕电动压缩机的再循环回路中的再循环阀(例如，图1中所示的再循环阀117或图2中所示的再循环阀17)。在256处，该方法包括检查可从电动压缩机获得的压力(再循环回路中的压力PRC)是否至少等于从涡轮增压器至发动机的空气供应中存在的压力(PTCO)。在框256中，如果发现压力PRC至少等于来自涡轮增压器的空气供应的压力PTCO，那么该方法进行至258以将电动压缩机连接至发动机的入口歧管。在一个示例中，该方法在258处可包括同时关闭再循环阀和打开切断阀。以此方式，由电动压缩机产生的增压空气可从电动压缩机的出口流至发动机的入口(例如，进气)歧管。

因此，在一个实施例中，该方法可操作以在存在预定义条件时仅使用电动压缩机来向发动机提供增压，并且在所有其它时间被布置成使用涡轮增压器向发动机提供增压空气。

本发明人通过对实际运行的仔细分析实现了在大多数运行情况下可通过使用小尺寸的常规可变几何涡轮增压器来满足对来自发动机的功率的需求，该常规可变几何涡轮增压器能够满足正常功率需求，但是对突然的转矩需求提供非常低速的响应。

例如，中型掀背车通常仅需要40kW来以100kph的恒定速度运转，但是将配备额定值超过80kW的发动机。

另外，在正常使用期间，许多驾驶员很少使用超过50％的可用功率，并且某些驾驶员很少使用超过30％的可用功率。仅当来执行，例如这样的小型涡轮增压器不能满足需求的超车操纵时，才需要高功率。

因此，通过使用电动压缩机以在使用小型涡轮增压器来满足所有其它需求的同时满足这种高功率瞬态需求，产生更敏感且潜在更高效的增压发动机系统。当电动压缩机通电时，对电动压缩机提供再循环回路可减少空气压力波动，以便从涡轮增压器中补充增压空气供应。因此，在开始操作电动压缩机时发动机的进气歧管处的压力降低可减小，由此提高增压系统的效率并且降低发动机的转矩输出突然降低的可能性。当要求从涡轮增压器补充增压空气供应且然后仅在短时间段内具有高需求时，仅使用电动压缩机会减少对配备有发动机系统的机动车辆的电池的电损耗，由此降低机动车辆的电池将被显著放电的风险，且减少随后对电池再充电所需的额外燃料。以下技术效果防止在操作电动压缩机时传递至发动机的增压压力的突然下降：在经由涡轮增压器压缩机向发动机提供第一压力的增压空气的同时，响应于需求转矩高于阈值，操作电动压缩机以增加在围绕电动压缩机的再循环回路中的第二压力，该电动压缩机与涡轮增压器压缩机平行设置并且与发动机流体地断开；以及响应于第二压力达到第一压力，将电动压缩机流体地连接至发动机。

注意，本文所包括的示例性控制和估计例程可结合各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其它发动机硬件来执行。本文所述的具体例程可表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的处理策略等。就此而论，所说明的各种动作、操作和/或功能可以所说明的顺序执行、并行执行，或在某些情况下被省略。同样，处理次序不一定是实现本文所述的示例性实施例的特征和优点所需要的，而是为了便于说明和描述而提供的。一个或多个所说明的动作、操作和/或功能可取决于正在使用的特定策略而重复执行。另外，所述动作、操作和/或功能可以图形表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读储存介质的非暂时性存储器中的代码，其中所述动作通过执行系统中的指令来执行，该系统包括各种与电子控制器结合的发动机硬件部件。

应当明白的是，本文公开的配置和例程在性质上是示例性的，且这些特定的实施例不应被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其它特征、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。

以下权利要求特别指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一种”元件或“第一”元件或其等同物。这种权利要求应当被理解为包括一个或多个这样的元件的引入，从而既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可通过本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而被要求保护。这种权利要求与原权利要求相比，无论在范围上更宽、更窄、等同或不同，均被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于发动机的方法，其包括：

响应于在经由涡轮增压器压缩机向发动机提供第一压力的增压空气的同时需求转矩高于阈值，操作电动压缩机以增加围绕所述电动压缩机的再循环回路中的第二压力，其中所述电动压缩机与所述涡轮增压器压缩机平行布置并且其中所述电动压缩机与所述发动机流体地断开；

其中所述再循环回路包括电控的第一阀并且布置成连接到在切断阀与所述电动压缩机的出口之间的位置；以及

响应于所述第二压力达到所述第一压力，将所述电动压缩机流体地连接至所述发动机。

2.根据权利要求1所述的方法，其中操作所述电动压缩机以增加所述再循环回路中的所述第二压力包括在维持所述第一阀关闭且第二阀打开的同时，操作所述电动压缩机的电动马达，所述第一阀布置在所述电动压缩机的所述出口与所述发动机的进气歧管之间的路径中，所述第二阀布置在所述再循环回路中。

3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述电动压缩机流体地连接至所述发动机包括同时打开所述第一阀并且关闭所述第二阀，以使所述第二压力的增压空气从所述电动压缩机的所述出口流至所述发动机的所述进气歧管。

4.根据权利要求1所述的方法，其中操作所述电动压缩机进一步响应于布置在围绕涡轮增压器涡轮的旁通通道中的旁通阀打开。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述需求转矩是操作者需求的所述发动机的转矩，并且其中所述阈值是对应于所述涡轮增压器压缩机能够在当前工况下向所述发动机提供的最大增压压力的转矩水平。

6.一种用于机动车辆的增压发动机系统，其包括：

内燃发动机；

小容量可变几何涡轮增压器，其尺寸被设计成满足对达到预定义供应水平的增压空气的需求；以及

由电子控制器操作并与所述涡轮增压器平行布置的电动压缩机，所述发动机被布置成在正常的发动机运行期间从所述涡轮增压器接收低于所述预定义供应水平的增压空气的初级供应，并且当需要满足对高于所述预定义供应水平的增压空气的临时高需求时从所述电动压缩机接收增压空气的补充供应，且当所述电动压缩机在所述电动压缩机连接至所述发动机之前启动时再循环回路累积压力，所述再循环回路包括：控制通过导管的空气流的电控再循环阀，所述导管将所述电动压缩机的出口连接至所述电动压缩机的入口；电控切断阀，其位于所述电动压缩机的所述出口与所述发动机之间以选择性地将所述电动压缩机的所述出口与所述发动机隔离；以及回流控制阀，其防止空气从所述电动压缩机的所述入口回流至大气，其中在所述电动压缩机启动时，所述电控再循环阀保持打开且所述电控切断阀保持关闭直至所述再循环回路中的压力达到预定义极限，此时所述电控切断阀打开且所述电控再循环阀关闭。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述回流控制阀是止回阀，所述止回阀被布置成防止空气从所述电动压缩机的所述入口回流至大气。

8.根据权利要求6所述的系统，其中所述回流控制阀是电控回流阀，所述电控回流阀被布置成如果所述电动压缩机的所述入口处的压力大于大气压力则自动关闭，以便防止空气从所述电动压缩机的所述入口回流至大气。

9.根据权利要求6所述的系统，其中存在从大气通过所述涡轮增压器至所述发动机的第一流动路径，以及从大气通过所述电动压缩机的第二流动路径，所述第二流动路径平行于所述第一流动路径布置在所述发动机上游的位置与大气空气源之间。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述发动机上游的所述位置是中间冷却器的入口，所述中间冷却器具有出口，所述出口被布置成使空气流至所述发动机，且所述系统进一步包括空气过滤器，用于所述发动机的、来自所述大气空气源的所有空气流过所述空气过滤器，且所述第一流动路径和所述第二流动路径两者均具有相应的低压端，所述低压端连接至所述空气过滤器的出口。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一流动路径具有第一部分和第二部分，所述第一部分在一端处连接至所述空气过滤器，并且在第二端处连接至所述涡轮增压器的压缩机的入口，所述第二部分在一端处连接至所述涡轮增压器的所述压缩机的出口，并且在第二端处连接至所述中间冷却器的所述入口，且所述第二流动路径具有包括所述回流控制阀 的第一部分以及第二部分，所述第一部分在一端处连接至所述空气过滤器，并且在第二端处连接至所述电动压缩机的所述入口，所述第二部分在一端处连接至所述电动压缩机的所述出口，并且在第二端处连接至所述中间冷却器的所述入口，且所述电控切断阀被布置成控制通过所述第二流动路径的所述第二部分的增压空气流。

12.根据权利要求6所述的系统，其中所述涡轮增压器具有涡轮，所述涡轮具有被布置成从所述发动机接收排气供应的入口、使排气流至大气的出口以及具有旁通流控制阀的旁通通道，所述旁通流控制阀连接在所述涡轮的所述入口上游的位置与所述涡轮的所述出口下游的位置之间，其中所述旁通流控制阀是电控阀。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述旁通流控制阀的打开和关闭由所述系统的所述电子控制器控制，且所述电子控制器被布置成当达到所述涡轮上游的预定义排气压力极限时打开所述旁通流控制阀。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述旁通流控制阀的打开和关闭由所述系统的所述电子控制器控制，且所述电子控制器被布置成当达到预定义涡轮转速时打开所述旁通流控制阀。

15.根据权利要求6所述的系统，其中所述电控切断阀的打开和关闭以及所述电控再循环阀的打开和关闭两者均由所述电子控制器控制。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述电子控制器被布置成当旁通流控制阀处于关闭状态时停止使用所述电动压缩机。

17.一种控制机动车辆的增压发动机系统的方法，所述系统包括：发动机；尺寸被设计成满足对达到预定义供应水平的增压空气的需求的可变几何涡轮增压器；电动压缩机，所述电动压缩机与所述涡轮增压器平行布置，所述发动机被布置成在正常的发动机运行期间从所述涡轮增压器接收低于所述预定义供应水平的增压空气的初级供应，并且当需要满足对高于所述预定义供应水平的增压空气的临时高需求时从所述电动压缩机接收增压空气的补充供应；再循环回路，当所述电动压缩机在所述电动压缩机连接至所述发动机之前启动时，所述再循环回路累积压力，所述增压发动机系统进一步包括防止空气从所述电动压缩机的入口回流的回流阀，以及选择性地将所述电动压缩机的出口与所述发动机隔离的电控切断阀，所述再循环回路包括电控再循环阀，其中所述方法包括：

检查是否存在使用所述电动压缩机的至少一个条件，且如果存在所述至少一个条件，那么在所述电控切断阀保持关闭且所述电控再循环阀保持打开时对所述电动压缩机通电，以在所述再循环回路中累积压力，且当所述再循环回路中的所述压力已经达到至少等于增压空气的所述初级供应的压力的压力时，关闭所述电控再循环阀并且打开所述电控切断阀以对所述发动机供应增压空气。

18.根据权利要求17所述的方法，其中使用所述电动压缩机的一个条件是所述机动车辆的驾驶员的转矩需求大于预定义极限。

19.根据权利要求17所述的方法，其中使用所述电动压缩机的一个条件是增压空气的当前要求高于所述预定义供应水平且不能仅通过使用所述涡轮增压器满足。

20.根据权利要求17所述的方法，其中存在两个条件，为了对所述电动压缩机通电必须满足这两个条件，第一条件包括所述机动车辆的驾驶员的转矩需求大于预定义极限，且第二条件包括增压空气的当前要求高于所述预定义供应水平且不能仅通过使用所述涡轮增压器满足。

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