车辆气动增压器系统的操作方法和设备的制作方法

专利名称：车辆气动增压器系统的操作方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在许多方面提高车辆性能的设备和方法，其中所述许多方面包括加速度、燃料经济性和减排。本发明特别涉及一种用于以满足设计、管理和其它要求的方式增加引擎扭矩输出的方式将气动增压应用于车辆引擎的设备和方法，其中车辆引擎包括商用车辆的柴油引擎，该商用车辆的柴油引擎至少具有一个将空气供应到引擎的进气歧管(engine’ s intake manifold)的润轮增压器。
背景技术：
例如柴油引擎的内燃引擎通常配备有废气涡轮增压器。例如，图1显示具有联结到废气涡轮增压器2的排气管道10的内燃引擎I的示意图。废气涡轮增压器具有涡轮4，该涡轮4由来自排气管道10的废气驱动。涡轮4被联结到压缩机3 (这些组件一起形成涡轮增压器的叶轮单元)，该压缩机3压缩来自进气入口(intake air inlet) 11的进入空气 (intake air)。从压缩机3排出的压缩空气被馈送到引擎I的吸入管道9’，以便增加引擎I中的空气压力，因此比起如果引擎自然地吸气时空气馈送到气缸中的情况，当气缸的各个进气阀打开时会将更多的空气馈送到引擎的气缸中。由于涡轮增压器将附加空气以及与引擎的燃料喷射系统关联的附加燃料一起供应到引擎气缸中，因此引擎的扭矩输出增加并且引擎以更高地效率运转。具体地，当气缸的进气阀关闭时，通过涡轮增压器输送到进气歧管的附加压力导致引擎气缸中的压力变大。存在于气缸中的空气的量越大，当空气与附加燃料结合并被点燃时，导致燃烧压力更高，因此更大的活塞力被引擎的曲轴换档为更大的引擎扭矩输出。另外，增加的燃烧量和压力产生更大的压力和废气量，这就又在排气中提供额外的能量用于驱动涡轮增压器的涡轮。增加的排气能量进一步使得涡轮增压器压缩机的旋转速度增加，从而进一步增加正在供应给气缸的空气的量，以便更快速率地增加引擎速度和扭矩输出。本领域的那些普通技术人员将认识到尽管上文和下文论述用于燃烧的空气经由进气歧管到达引擎的气缸，但是本发明的原理和概念可等同适用于具有可选择的空气供应量的引擎，例如入口布置为每个气缸都具有相关联的入口 “室”而不是从共用的进气歧管接收进入空气的引擎。使用废气涡轮增压器的众所周知的问题是废气涡轮增压器不能在内燃引擎的所有运行状态下输送足够量的空气，最显著地是在低引擎旋转速度时对突然加速请求的响应。例如，在诸如具有废气涡轮增压器的柴油引擎的引擎中，由于低引擎速度及相应的进气口的低量流速和驱动涡轮增压器输出的排气，导致在大加速度请求期间，涡轮增压器典型地不能供应足够的气流以在进气歧管中产生期望量的空气压力。因此，内燃引擎反应缓慢，只有在按压加速器踏板之后的显著延迟之后，才出现扭矩输出和旋转速度的显著增加(通常所说的“增压涡轮滞后”的影响)。已经提出了各种解决方案以改善“增压涡轮滞后”的影响，其中包括压缩空气被供应到引擎的进气歧管的布置。图1中说明这种“气动增压器”的实例。在该实例中，贮存器13存储由空气压缩机14产生的压缩空气。压缩空气被引入到引擎I的吸入管道9’，来响应在瞬变过程期间增加引擎扭矩输出的请求，其中所述瞬变过程指的是加速度请求的提出 和涡轮增压器已经产生足够压力以使得与进气歧管压力相等并且开始满足自身的扭矩输 出请求的时间。
从贮存器13供应到吸入管道9’的附加空气具有至少两个主要影响。馈送到引擎 I的气缸的附加的燃烧空气立即增加引擎扭矩输出。附加空气还导致从引擎流出的废气更 迅速地增加，这就又帮助涡轮增压器涡轮4更迅速地增加它的旋转速度，因此能够使涡轮 增压器压缩机3在吸入管道9’中更快地产生压力。另外，涡轮增压器压缩机能够越快地供 应足够的压力以支持扭矩输出请求，则从贮存器13供应的附加空气的流动就可以越快地 停止，从而为其他用途保存压缩空气并且减少车辆的空气压缩机的工作循环。
图1的实例中的贮存器13经由进入空气控制装置7喷射压缩空气。进入空气控 制装置7被布置在吸入管道9’和涡轮增压器的压缩机3之间，或者如图1所示在吸入管道 9’和压缩机3的下游的充气冷却器5之间。如图2所示，进入空气控制装置7与入口 6连 接到充气冷却器5并且与出口 9连接到吸入管道9’。
挡板元件(flap element) 16位于进入空气控制装置7内，并且在入口 6和出口 9之间。当压缩空气被喷射到吸入管道时，通过调整马达17能够调整挡板元件16以关掉 从入口 6到出口 9的连接。关闭挡板可以防止喷射的压缩空气朝着涡轮增压器回流以帮 助更快地增加引擎气缸中的压力，这就又增加排气管道压力并且导致涡轮增压器排出压力 (turbocharger discharge pressure)的速率增加。另外,关闭挡板还可以在润轮增压器的 下游提供闭合容积以进一步帮助建立涡轮增压器排出压力。
压缩空气入口 8经由流动调节装置20被连接到出口 9并且被连接到贮存器13。 控制器15用于控制流动调节装置20和调整马达17。控制装置15接收从压力传感器18和 19的输入，其中压力传感器18和19分别测量出口 9处的出口压力和充气入口 6处的入口 压力。
在操作中，流动调节装置20通过将从压缩空气入口 8到出口 9的连接打开而将压 缩空气供应到引擎进气歧管。近似同时，挡板元件16被关闭以防止喷射的压缩空气从贮存 器13返回流动到废气涡轮增压器的压缩机3。在结束从贮存器13喷射压缩空气时，再一次 打开挡板元件16以准许从涡轮增压器压缩机3的排出的目前足够的压缩空气供应流动到 吸入管道9’中。
虽然之前已经知道通过将压缩空气喷射到引擎的进气歧管以减少“增压涡轮滞 后”，但是本领域的工作主要集中在使可用于流到引擎进气歧管中的压缩空气的量最大化， 并且使从气动增压事件的开始到压缩空气的实际喷射的响应时间最小化，以便立即开始增 加引擎扭矩输出并且在从引擎输送扭矩时避免操作者能够察觉到的不期望的延迟。
现有气动增压器系统的一个问题是在由非常迅速的压缩空气喷射引起的气动增 压事件开始时引擎扭矩输出有时会非常突然地增加。在随后的压缩空气喷射的终止时，并 且当切换成打开进气挡板以继续进行对引擎的涡轮增压器输出时，还会经历这种急剧的引 擎扭矩输出瞬变过程。这些瞬变过程会对车辆操作者和乘客产生显著的不适感。
现有气动增压器系统的另一个问题是增压引擎扭矩输出快速增大直到涡轮增压 器已经产生足够的压力时，可能会超过管理限制范围，诸如污染物排放限制。过度的气动增 压的突然应用还具有对引擎部件施加突加负载的可能性。例如，过度的气动增压的突然应用能够将大量扭矩应用于车辆动力传动系统，该量接近引擎、传动和/或驱动轴的应力极限。过度的气动增压还可能产生引擎的废气流的容量和压力突然增高，这样使得涡轮增压器的涡轮压缩机组件的速度达到高水平。类似地，突然的压缩空气喷射和随之增加的废气流会产生对引擎的进入空气中间冷却器和与其关联的管道过分施压的可能性。现有的气动增压器系统的另外的一个问题是过多喷射压缩空气的可能性，并且车辆的压缩空气的随之损耗保持在所需要的最小量以下，以确保诸如空气制动器的关键车辆安全系统以及其它车辆系统的可操作性。一种使得这种问题最小化的解决方案为获得并安装更大的空气压缩机和压缩空气存储容器，它们既能满足关键的空气消耗系统的需要也能满足气动增压器喷射系统的预期附加需求。但是，这种解决方案有其自身问题，这些问题包括由更大和更多的空气处理部件而造成成本的增加和重量增大，由于车辆重量的增加并且需要消耗更多的引擎的功率输出以驱动更大的压缩机而导致的燃料消耗的增加，以及禁止设计者添加额外的贮存器的空间限制。

发明内容
考虑到现有技术的这些和其他问题，本发明的目的在于提供一种气动增压器系统和操作方法，该气动增压器系统和操作方法可提高车辆操作性能，同时可以确保在气动增压事件期间满足设计、操作和管理限制。通过气动增压器系统获得这种目标，控制所述气动增压器系统以实现各种策略用于通过控制增压事件期间的喷射来形成气动增压事件期间的压缩空气喷射的速率以改变空气喷射与时间的图中的压缩空气喷射的“形状”。这种气动增压事件期间的压缩空气喷射的“速率成形(rate shaping)”方法以与现有技术中尽可能多地、尽可能快地喷射空气的方法相反的方法来管理气动增压器系统操作。相反，本发明的方法将处理压缩空气喷射的启动的时刻、持续时间、流速等等，以在气动增压事件过程中实现压缩空气喷射的高精度分布，从而提高与各式各样的操作、管理、工程和乘客舒适度限制的适应性。可以理解的是，本发明的“速率成形”不仅仅是气动增压事件期间压缩空气的速率下降，还包括各种压缩空气喷射方案，在所述方案中，压缩空气输送速率被“成形”以尽可能地提供引擎扭矩输出，同时最大实际程度地避免超过可应用限制。(换句话说，速率成形空气喷射可以被用于控制扭矩输出改变的速率)。因此，速率成形指的是提供随着时间分布的压缩空气的变量，例如，早于或晚于压缩空气喷射事件，移动压缩空气喷射流速曲线的“峰值”，从而在整个分布周期提供输送的压缩空气喷射的多个“峰值”，并且/或者使压缩空气喷射流速符合由实时监控的车辆参数定义的限制。本发明的速率成形压缩空气喷射还可以具有多个开始/停止事件。对压缩空气喷射曲线的形状提供期望的可变控制的较佳方法将在多级气动增压器系统中使用一个以上高速螺线管控制的空气阀。特别较佳的方法将提供多个压缩空气喷射阀，该多个压缩空气喷射阀具有不同的空气流动额定值，并且通过个别阀的控制电路的脉冲宽度调制(“PWM”)控制在气动增压事件期间的任何时刻的压缩空气喷射的量。本发明能够监控车辆参数并且/或者在系统部件之间交换这种参数以能够进行实时压缩空气喷射调节，本发明的这种能力在压缩空气喷射量与实际需要匹配时提供先前未知的精确度水平，并且能够实现各种各样的益处。
配备速率成形气动增压器系统的车辆系统的第一个益处在于可以使燃料效率显 著增加。由于使用速率成形压缩空气喷射以提高燃烧和排气产生，所以可以使引擎更快速 地进入引擎速度范围，从而最少时间地使车辆获得期望的正常行驶速度，并且在避免操作、 排放和/或设备工程限制的同时可以消耗最少量的燃料，其中在所述引擎速度范围处，以 最有效(通常称为引擎的“最佳位置”)的燃料效率来操作。
利用本发明的速率成形的附加益处在于车辆设计者能够避免使用不必要的压缩 空气，从而减少车辆的安装的压缩空气生成和存储设备的尺寸和成本。具体地，通过仅喷射 压缩空气的实际量，并且仅在气动增压事件期间需要压缩空气的实际时间进行这种喷射， 本发明利用比少于先前气动增压器系统主要消耗的压缩空气的压缩空气就能够获得期望 水平的引擎扭矩输出，其中所述压缩空气的实际量是获得期望车辆加速度，同时仍保持操 作限制的适应性所需要的量。压缩空气喷射中的增加的精确度使车辆操作期间需要的压缩 空气的量减小，从而允许车辆设计者减少压缩空气产生和存储部件的尺寸以匹配更低的压 缩空气需求。既由于减少的车辆重量，也由于来自车辆的空气压缩机的减少的寄生能量损 耗，所以部件尺寸和容量的这些减少进一步提供燃料经济性益处。
本发明压缩空气喷射的量、持续时间和/或时刻的“成形”的另一个益处在于，气 动增压事件期间的这种参数的直接控制能够间接控制各种车辆系统的响应。通过选择性处 理压缩空气喷射速率曲线的形状(例如,通过绘制空气喷射量流率与时间而形成的曲线)， 可以使得各种车辆部件和系统在期望范围内操作并且/或者避免操作限制，而仍然能够输 送增加的引擎扭矩输出，从而抵消即使不是全部也至少是一些增压涡轮滞后。例如，颗粒排 放的现有技术管理关注于在低引擎速度(排气压力较低的引擎操作点)和/或高引擎负载条 件下的高加速需求开始期间精确控制空燃比。当不足的空气量用来防止空燃比变得过于浓 时，最终的燃烧过程将会在排气流中以颗粒物质的形式留下未燃的碳氢化合物(如果数量 足够高，则颗粒物质可能作为“烟”而被看得见)。这些未燃的碳氢化合物在排气流中可能 成为烟和/或固体颗粒的形式。本发明的速率成形允许将被喷射的期望量的新鲜空气在期 望操作范围内过量增大空气比，从而实现有利于减少燃烧过程期间的颗粒物质产生的期望 的空燃比。使用速率成形的压缩空气喷射以更加符合限制的另一个实例是利用被处理的空 气喷射以在迅速加速请求期间控制NOx形成。通常通过废气再循环(“EGR”)解决燃烧过程 期间缸内产生的NOx的减少，废气流的一部分再循环回到空气入口，与进入缸内的新鲜空 气混合。再循环的废气中的惰性组分导致在冷却器中燃烧，从而降低缸内温度，远离与NOx 形成有关的高温范围。当排气流中的压力高于进入空气的供应量中的压力时(或者，更广泛 地说，高于喷射EGR流的任何点处的压力)，EGR便于流入进气供应量中。在现有技术系统 的气动增压事件期间，喷射的增压器空气可以使得入口中的压力高于排气流中的压力，从 而阻止EGR流动。利用本发明的速率成形喷射，入口区域空气压力的速率增加、衰减和/或 持续时间可以被控制以早于现有技术系统而允许EGR流入入口区域，从而更加快速地使得 颗粒物质产生最小化并且提高排放性能。另外，计算和试验显示这种速率成形喷射导致引 擎更快速地到达引擎的较佳操作速度范围(引擎的“最佳位置”)内并且更多的时间都处于 该范围内。这就导致在典型的排放试验循环期间，在有利于排气流动和产生更低的NOx的 情况下，更多的时间进行弓I擎操作。
在今后几年，在欧洲及世界的其他区域严厉的政府法规预期会生效，所以排放限制将变得更有问题。预料到，为了满足即将实施的减少排放的要求，具有常规现有技术的气动增压器系统的车辆需要采取通常不期望的废气后续处理系统，例如选择性催化还原(“SCR”)催化剂和有关的尿素喷射系统。预计这种辅助设备给配备有现有的气动增压器系统的车辆带来不期望的重量、成本、复杂性和维护需要(例如，尿素补充)的损失。本发明的压缩空气喷射的时刻、持续时间和量的精确速率成形控制将最大化地符合即将实施的更严厉的排放限制，而无需采取附加的后续处理设备。例如，压缩空气喷射的量和时刻可以被调节以减少燃烧过程期间产生的颗粒物质的量。颗粒物质的产生和NOx的排放与典型的柴油引擎燃烧过程成反比。由于引擎设计者使用减少NOx排放的方法以满足更严厉的管理限制，因此典型地颗粒物质会增加。但是，因为颗粒物质产生也必须满足管理限制，所以也需要减少颗粒物质的方法。一种减少颗粒物质的方法·是向燃烧室提供过量空气。采用仔细定时定量的压缩空气，过量空气系数，λ (lambda)可以增加。对配备有本发明的速率成形气动增压器系统的引擎中的引擎测功器(dynomometer)进行的计算和试验测量显示典型管理排放试验循环期间颗粒物的产生减少大约15-25%。另外，由于压缩空气喷射导致引擎速度范围花费更多的时间，因此废气压力处于高于不存在压缩空气喷射时的压力，其中在所述引擎速度范围内以最高效率操作引擎。这就在排气歧管和进气歧管之间产生合适的压力比，从而在管理排放试验循环期间可以更经常地提供满意的废气再循环量(其能够进一步帮助抑制NOx形成)。引擎模拟实验和对引擎测功器的试验测量已经表明通过在加速度瞬态之后，早于从前可完成的大约3-4秒时间，废气再循环流动就可以更快速地重新建立进气歧管。通过速率成形的气动增压所承担的对排放更加精确的控制的相关益处在于，有可能减少后面燃烧排放控制设备的容量。例如，气动增压事件瞬态期间观察的颗粒材料排放的明显减少将使得诸如柴油机颗粒过滤器的部件的尺寸小型化。减少的部件体积减轻车辆部件包装，并且通过使得诸如钼的昂贵的排气处理材料的量最少化而降低成本。本发明的速率成形方法的进一步益处在于，提供增强的引擎制动能力，该引擎制动能力使得利用的引擎更小型化且更有效，而仍然可以提供相比于较大型引擎所提供的引擎制动水平。减压制动被广泛地用于商用车的柴油引擎以提高制动性能。在减压制动中，引擎被用于对动力传动系统创建重要的阻力以使得车辆在长的下坡行驶期间保持合理速度。对引擎进行上述操作，通过限制引擎添加燃料并且仔细地对引擎气缸释放压力进行定时(即，活塞已经将动力传动系统获取的能量转化为通过活塞接近TDC (上死点)时压缩进入空气和打开泄压阀来释放压缩空气的功之后)，引擎被基本上操作为空气压缩机。接近TDC的气缸中的压力的释放将会防止在活塞向下冲程期间，压缩空气将其能量返回到活塞。在推动以从引擎得到更好的燃料经济性时，一种解决办法是具有更小型且更大功率的引擎，以作先前引擎的工作。但是，虽然更小型的引擎可以被设计成提供期望的高水平的马力和扭矩，但是这些引擎不能提供与先前更大的位移引擎同样大的减压制动的量(减压制动性能与引擎的气缸的排量(swept volume)相关)。因此，在没有进一步测量的情况下，利用更小型的引擎在基础制动系统(即，轮式制动器)上产生相关更高的载荷，就像大多数制动必须通过基础制动器执行以补偿较小型引擎的减少的减压制动能力。对于与使用较小型引擎相关的不适当的减压制动的问题，来自气动增压器系统的压缩空气的速率成形喷射提供可能的解决方法。具体地，气动增压器系统可以被用于在减压制动请求事件的至少特定的部分期间将附加空气喷射到进气歧管中，以随着活塞在气缸 内下降，增加充入到气缸中的进入空气的量。在进入空气的这种增加量的活塞的后续压缩 期间，随着活塞移动到TDC，需要做更多的功，以从动力传动系统提取附加的能量，其类似于 通过更大型的位移引擎从动力传动系统得到的能量。这样会有效允许较小型引擎使其“制 动输出”增加大约50%，从而帮助满足终端客户提高燃料效率的期望(利用较小型引擎)，同 时仍然可以保持基础制动性能和寿命的要求。
使用气动增压器系统操作以增强减压制动的进一步益处包括可以选择优化气动 增压器系统和相关的涡轮增压器的布置，例如使用速率成形压缩空气喷射，其中仅在必须 使“过大尺寸的”涡轮增压器充分自旋的程度上节约地使用该速率成形压缩空气喷射，从而 允许涡轮增压器生成大量附加空气，该附加空气被提供到引擎气缸以增强减压制动。
提供附加的减压制动的另一种方法将是在制动事件期间接合引擎驱动的空气压 缩机的离合器，以利用被供应到气动增压器系统的空气的产生，从而提高减压制动性能(较 佳地，使用大于正常尺寸的压缩机在减压制动期间在引擎上产生附加阻力)。
本发明可以利用实时感测与高速电子控制器相结合的参数，这些参数例如是排气 含氧传感器输出、排气压力、燃料喷射速率等等，从而监控并控制排放有关的参数，并且将 这些参数与在各种车辆动力传动系统的操作点处的预期并且先前测量的排放的存储“映射 图”进行比较。利用这种实时信息，本发明的气动增压器系统控制器于是可以进一步“确定 比例”或者重新形成压缩空气喷射流量、持续时间和/或时刻以提供精确的空气喷射类型 (pattern)，该精确的空气喷射类型在有关的排放或者车辆操作限制范围(例如，NOx和/或 微粒排放限制和/或最大设备应力水平)内给出最大引擎扭矩输出。利用这种速率成形加 工，初步计算和试验表明配备有本发明的速率成形气动增压器系统的车辆将提供与配备有 传统的气动增压器系统的车辆相同的引擎扭矩输出和车辆加速性能，还可充分控制车辆排 放以避免需要附加的排放控制设备和其附带成本、重量和维护损失。
本发明的另外的目标在于，提供具有速率成形的气动增压器系统，其中速率成形 在处理车辆的动力传动系统性能和排放性能时具有灵活性以适合每个顾客的需要和/或 需求。例如，相比于本发明的速率成形被优化以使排放最小化而无需借助附加的后续处理 设备的车辆，如果车辆系统使用后续处理装置来满足NOx要求，则本发明的速率成形压缩 空气喷射可以以其它方式被优化，例如通过最大化燃料经济性、最小化颗粒排放和/或输 送更大的引擎扭矩输出(在不存在SCR换档器的情况下必须保持颗粒物质的释放和NOx排 放限制)。
本发明的进一步目标包括提供气动增压器系统部件和操作策略，该气动增压器系 统部件使得气动增压器系统可以与其它车辆部件进行协同操作。这种协作具有各种可能的 益处，包括通过协调空气喷射和燃料喷射使附加的引擎扭矩输出很快能够被利用，并且通 过利用传动控制器协调气动增压而使用更小型的、燃料更有效的引擎，其中传动控制器控 制齿轮换档策略，使得可通过速率成形压缩空气喷射得到的引擎扭矩的使用最优化。至于 前者，基于进入的空气的量的反应测量，排放控制主要预先依赖于喷射到引擎中的燃料的 量和/或为燃烧室提供的废气再循环的量的控制。因此，在配备有先前的气动增压器系统 的车辆中，因为不管增加的空气喷射的量，燃料喷射系统都不能向引擎快速充足地添加附 加燃料以匹配增加的空气喷射，所以在开始气动增压事件时出现获得增加的引擎扭矩输出的延迟。在燃料不需要匹配附加空气的情况下，引擎扭矩输出将不会显著增加，并且难以保持合适的空燃比和再循环的废气的量以避免排放偏移(emissions excursions)。相反，当通过配备有本发明的车辆的操作者请求气动增压事件时，例如通过将信号发送到燃料喷射控制器以提供进入的压缩空气喷射的量的实时指示，气动增压器控制器可以执行程序以使其操作与引擎的燃料喷射协调。在这种“主动加燃料”方法中，燃料喷射控制器能够立即开始处理燃料喷射以精确匹配到达引擎的燃烧室的空气的量，而没有必要必须等待其它车辆传感器的响应来通知燃料喷射控制器需要附加燃料。从本发明的气动增压器系统控制器与其它车辆部件的类似通信可以进一步提供益处。例如，由于速率成形气动增压器系统控制器通知燃料喷射控制器执行速率成形压缩空气喷射策略，因此气动增压器系统控制器可以为传动的电子换档控制器提供有关空气喷射事件的信息，和/或向传动控制器提供信号，告诉控制器以不同的方式换档传动。所述通信可以包括有关自身计划的和/或实际的压缩空气喷射速率的信息，根据该信息传动控制器可以确定是否和应该怎么改变传动的齿轮换档。换句话说，气动增压器系统的控制器提供具有特定方向的传动控制器，例如早于通常换档到更高的齿轮，或者使用不同的换档类型，例如以“跳跃(skip over)” 一个以上中间齿轮的方式换档(例如，从二档齿轮换档到五档齿轮)。这种提早升档可以通过增加的引擎扭矩输出进行，可通过速率成形压缩空气喷射和较早的更精确的燃料喷射实现该增加的引擎扭矩输出。通过较早地换档到更高的齿轮，否则将在非增压事件中进行这种换档，从而使得引擎能够更多时间地在最有效操作范围内进行操作，减少燃料消耗。初步计算和试验表明早期换档和跳跃换档将会使得燃料经济性得到显著增加，同时车辆的时间与速度的性能仅稍微低于利用先前的气动增压器系统可获得的时间与速度的性能。本发明的进一步目的在于在气动增压事件瞬变期间提供改进的操作者和/或乘客舒适度。通过监控车辆的操作参数，例如从车轮转速传感器(可以根据其计算加速度)获得的车轮转速，气动增压器系统的控制器可以确定期望的最大加速度变化率已经或者即将被超过，并且调节压缩空气喷射从而将车辆加速度保持在预定加速度阈值或低于该预定加速度阈值。这种事件还可以被用于通过气动增压器系统控制器的自适应技术(adaptivelearning)。例如，通过观察车辆对气动增压事件期间的压缩空气喷射的反应，控制器可以确定比例或者另外用相同和/或后来的气动增压事件形成压缩空气喷射从而使超过操作限制的可能性最小化。例如，车辆对压缩空气喷射的反应的观测可以用于推断车辆是否处于负载或未负载状态，和/或检测抛光尾部(bob-tailing)。在响应时,气动增压器控制器可以自动使用更适于当前车辆操作状况的不同的压缩空气喷射形式，或者可以给能够例如操作人工选择开关以激活不同的喷射形式的驾驶员指示。本发明具有的形成压缩空气喷射的参数的能力给操作者提供“处理”车辆对操作者的加速度请求的响应的能力。在本发明的一个实例中，可以为操作者提供诸如开关或者系统程序设计装置的控制装置，该控制装置允许操作者设定个人偏好，例如强调加速度或者强调燃料经济性，来适合操作者的需要和/或要求。因此，本速率成形方法实质上允许一套车辆设备适应于成为“对于不同用户的不同东西”。本发明还可以为操作者提供关于气动增压器系统的操作和/或关于如何提高车辆性能的引导的各种指示，例如提供何时气动增压器系统已经可以进行早期的升档的信号(视觉、声音和/或其它信号，例如触觉信号)。
本发明的另一个目的在于提供一种可以使用的估计车辆负载和车辆质量的方法， 例如，通过电子稳定性和反倾翻系统以自动实时适应车辆构造的改变，例如货物或者乘客 负载的改变。气动增压器系统控制器例如通过监控车辆的CAN (控制器区域网)总线，能够 从各种车辆传感器和/或车辆参数信号接收信息。基于在当前气动增压事件期间观察的被 监控信号(例如，被监控引擎扭矩输出和/或车辆加速度信号)，气动增压器系统控制器可以 将车辆对当前压缩空气喷射的当前响应与车辆在先前的气动增压事件中的响应进行比较。 这种比较将提供取得车辆的当前质量的估计值的基础，或者至少取得车辆质量从先前的负 载状态的相对变化的估计值的基础，其中先前的负载状态可以被转移到其它车辆控制器。 取得的质量信息不仅对其它车辆系统(例如稳定性或者ABS系统)是有用的，而且还可以用 于气动增压器系统控制器本身以适应地了解车辆的当前质量，以便在后来的气动增压事件 中，可以进一步精确压缩空气喷射以将车辆性能保持在期望水平，同时尽可能靠近，但不超 过可应用的操作限制。
换句话说，如果在到达管理或者其它操作限制之前，从车辆添加或者除去质量的 效果提供附加的安全界限，则适应了解的气动增压器控制器能够在接下来的气动增压事件 中确定比例或者另外调节压缩空气喷射以补偿车辆质量的改变，即为了最优化车辆性能的 另一方面，消耗新式可用的安全界限。例如，如果为了使超过排放限制(NOx、颗粒物质、一氧 化碳二氧化碳和/或其它物质)的可能性最小化，在一个车辆重量下，压缩空气喷射限于给 定压缩空气喷射曲线形式，并且在超过排放限制之前车辆重量的改变增大可用界限，则至 少直到再一次接近排放限制的点，气动增压器控制器可以允许增加的压缩空气喷射增加引 擎扭矩输出以使车辆加速性能最优化。
在本发明的另一个实施例中，适应了解可能用来识别车辆上的各种部件的存在或 者不存在。因此气动增压器系统控制器能够改变其压缩空气喷射速率成形以适合识别的部 件的存在(或不存在)。例如，通过经由车辆的CAN总线监控各种车辆参数的响应，例如通过 测量入口中的空气压力的压力传感器而测量的涡轮增压器压缩机的下游的空气压力增加 的速率，气动增压器系统控制器可以从车辆对一个以上气动增压事件的响应确定涡轮增压 器叶轮是否为轻金属叶轮(例如由钛制成的叶轮)，或者是否为具有更高转动惯量的较重叶 轮，例如钢制叶轮。类似的，车辆和其部件在先前的气动增压事件中的响应和在当前气动增 压事件中的响应的比较可以用来评价引擎及其它车辆动力传动系统部件的当前磨损状态。 而且，气动增压器系统可以被执行程序以说明从气动增压器系统本身和/或其它车辆系统 接收的故障指示，因此使其气动增压喷射形式适应于容纳故障，但是在故障的限制范围内 仍然尽可能提供附加的引擎扭矩输出(例如，当传感器不提供需要的信息时，减少或者延迟 增压喷射形式到“故障安全”水平)。
本发明的另一个目的在于通过提供与传动换档相协调的速率成形压缩空气喷射 来提供改进的燃料经济性和车辆加速度响应。当传动为升档时，引擎速度可以下降到较低 的rpm水平，典型地下降到引擎以最高效率操作和生成最大扭矩的rpm以下。或者响应于 升档，或者响应于气动增压器系统控制器和升档之前的传动的控制器之间的通信，本发明 的气动增压器控制器可以启动简单的气动增压事件以将引擎速度更快速地返回到引擎的 最高效率操作范围内。
本发明的另外的目的在于提供具有速率成形的气动增压器系统，该气动增压器系统可以充分精确地控制压缩空气喷射以使气动增压器系统有助于排放处理部件再生，而可以在再生瞬变期间持续保持车辆和排放性能。在这种实施例中，当诸如颗粒过滤器或者NOx捕获的部件需要再产生时，速率成形压缩空气喷射可以被执行以在再生处理期间在排放处理部件内提供必要的环境条件。通过本发明的速率成形方法进行的压缩空气喷射的精确度允许进行处理部件再生，而不会显著缩小车辆性能且不会超过排放限制，其中本发明的速率成形方法通过气动增压器控制器与其它车辆控制器(例如燃料喷射控制器)的密切协调而联合。在本发明的另一个实施例中，气动增压器系统的速率成形可以基于预期的行驶需要被改变。例如，预期更大或者更少的引擎扭矩输出请求时，利用来自全球定位系统(GPS)传感器的输入，气动增压器系统控制器可以基于即将到来的道路和高度变化类似地确定动力传动系统性能，并且改变压缩空气喷射速率形式以及换档策略。本发明的另外的目的在于提供一种气动增压器系统，在该气动增压器系统中，速率成形被用于积极保护车辆部件。例如，除了上述防止中间冷却器压力过高之外，压缩空气喷射速率的速率成形连同气动增压器系统的节流阀可以用于在涡轮增压器压缩机的下游产生使涡轮增压器喘振(surge)最小化的压力条件。此外通过仅喷射给定引擎操作点所需要的压缩空气的速率成形量，涡轮增压器对超速不是很敏感。因此，移动到喘振状态的可能性大大降低。在另一个实例中，相对冷却压缩空气的速率成形喷射可以用于降低引擎和/或排气组分的操作温度。此外，操作参数可以被监控用于既保护设备又使不期望的排放最小化。例如，通过监控引擎操作温度，气动增压器控制器可以选择速率成形气动增压形式，处理该速率成形气动增压形式以容纳对还没有达到正常操作温度的引擎的操作限制(该限制包括低温设备应力限制和在低于正常燃烧燃烧室温度期间产生的排放过量)。本发明可以是分立部件，例如分离的气动增压器系统、引擎和传动控制器，或者可以集成电子组件的形式。此外，气动增压器系统的实际部件可以是分离的、独立的部件，或者可以集成到气动增压器系统模块中，并且较佳地可以集成到包含所有进入空气流量控制元件的模块中，所述进入空气流量控制元件包括例如，压缩空气喷射控制螺线管、入口通道流量控制挡板、节流阀、压力传感器、EGR喷射口以及集成电子和关联的CAN总线连接。当联系附图考虑时，本发明的其它目的、优点和新颖性特点将从以下的发明的详细说明中变得显而易见。


图1是具有气动增压器系统的现有技术的涡轮增压引擎的示意图。图2是图1现有技术的气动增压器系统的进入空气控制装置的示意图。图3是根据本发明的实施例的引擎和相关的车辆部件的示意图。图4是图3中所述的实施例的空气控制装置的示意图。图5是识别用于根据本发明的实施例启动和停止(deactivation)气动增压事件的控制依赖性(control dependencies)的图。图6是说明用于根据本发明的实施例启动并停止气动增压事件的控制决定和依赖性的第一部分的流程图。
图7是说明用于根据本发明的实施例启动并停止气动增压事件的控制决定和依 赖性的第二部分的流程图。
图8是说明用于根据本发明的实施例启动并停止气动增压事件的控制决定和依 赖性的第三部分的流程图。
图9是根据本发明的实施例的速率成形压缩空气喷射事件的图。
图10是说明与车辆对现有技术的响应相比，车辆对根据本发明的气动增压事件 的响应的图。
图11是说明NOx排放对具有现有技术的PBS系统的气动增压事件的响应的图。
图12是说明NOx排放对具有根据本发明的实施例的气动增压时间的响应的图。
图13是说明根据本发明的实施例的操作者可选择的车辆性能形式(profile)图。
图14是升档事件期间的现有技术引擎的引擎扭矩输出的图。
图15是在具有和不具有气动增压器系统的情况下比较配备有现有技术的引擎的 车辆的性能的时间与速度性能的图。
图16a和16b是识别与根据本发明的实施例的传动控制器和速率成形气动增压器 系统控制器之间的通信有关的控制输入和输出的图。
图17是说明配备有无气动增压器系统的现有技术引擎的车辆和配备有根据本发 明的实施例的速率成形气动增压器系统的引擎的车辆的性能的时间与速度性能的图。
图18-20是车辆加速事件期间的各种操作参数和响应的图。
具体实施方式
图3显示本发明的实施例的各部件，该实施例包括引擎301，该引擎301从进气歧 管302接收燃烧空气并且将废气释放到排气歧管303。废气从排气歧管303流到排气涡轮 增压器的涡轮304。废气使得涡轮增压器涡轮304驱动对应的进入空气压缩机轮305 (统 称为涡轮增压器叶轮)以将经由入口外壳306 (在本实施例中，空气净化器外壳)进入入口 的空气进行压缩。从涡轮增压器排出的压缩空气经过中间冷却器307以降低压缩空气的温 度，然后压缩空气经过空气控制装置308到引擎的进气歧管302。废气还从排气歧管303通 过废气再循环管道309经由EGR控制阀310和EGR冷却器311流到进气歧管302。按照需 要操作EGR控制阀310以使废气流向入口，从而使得燃烧期间形成的NOx最小化。
该实施例还包括空气压缩机312，通过引擎经由带和从引擎301的曲轴布置的滑 轮驱动该空气压缩机312。但是，本发明不局限于引擎驱动的压缩空气源，也可以是由任何 合适源提供压缩空气。在该实施例中，由空气压缩机312产生的压缩空气被发送到空气控 制阀和干燥器313。然后，干燥的空气被导向到下游的压缩空气消耗装置，该压缩空气消耗 装置包括压缩空气存储容器314。虽然该实施例中使用干燥的空气，但是在本发明中干燥的 空气并不是必需的。
通过引擎控制器315管理对引擎301的操作的整个控制，其中引擎控制器315监 控来自包括加速器踏板316的各种传感器的信号，并且向燃料喷射器317发出燃料喷射命 令以向引擎提供适量的燃料。除了由引擎控制器315接收传感器输入之外，引擎控制器315 还可以与其它车辆控制模块交换数据，该其它车辆控制模块包括通过车辆的CAN总线网连 接的模块，例如传动控制器319和气动增压喷射控制器318 (如集成到空气控制装置308中)。图4是空气控制装置308的主要部件的示意图。这些部件包括装置入口 401、出口402和二者之间的空气通道403。入口阻挡元件(intake block-off element)，即空气通道阻挡挡板404，被布置在空气通道403中以阻挡空气从涡轮增压器压缩机305流经空气控制装置308。挡板404由致动器405驱动，该致动器405能够产生非常高的挡板关闭和打开率，并且能够将挡板404定位在完全打开位置和完全关闭位置之间的任何位置处。通过气动增压器喷射控制器318控制致动器405操作，在该实施例中，气动增压器喷射控制器318被集成到空气控制装置308的外壳406中。除挡板404之外，空气控制装置308还包含两个螺线管操作的压缩空气控制阀407、408，该两个压缩空气控制阀407、408控制压缩空气从空气存储容器314流到空气通道403和进气歧管302中。(该实施例中使用两个控制阀，但是，本发明并不局限于两个阀。)较佳地，因为下面进一步讨论的理由，空气控制阀407、408的尺寸使得具有不同的压缩空气流速。另外，空气控制装置308可以被配置成接收EGR管道309的入口端。压缩空气阀407、408和EGR管道309的出口位于挡板404的下游，以便来自这些空气和排气通道的气体可以被导入到进气歧管302而不会被挡板404阻挡。·气动增压事件的启动和停止。下面参照图5至8描述启动本发明的实施例的气动增压事件的标准和逻辑流程。如图5所示，从CAN总线连接或者分开的通信线路，通过气动增压器系统控制器接收多个输入。例如，这些输入包括，(i)从例如引擎控制器接收的和/或直接从引擎相关的传感器接收的引擎状态和参数信息，(ii)来自例如引擎控制器和/或入口区域中的压力传感器的引擎的增压状态的信息，(iii)例如直接从排气传感器和/或其它控制模块获得的车辆排放性能信息，(iv)来自例如传感器(例如压缩空气存储容器压力传感器、制动踏板位置传感器和/或轮速传感器)、车辆制动控制器和/或车辆稳定性控制系统控制器的空气制动系统状态信息，和(V)其它车辆设备状态信息(例如空气压缩机接合/分离状态和/或其它动力除去(take-off)设备操作状态)。较佳地，在评价气动增压事件激活和停止时考虑的输入参数，包括引擎速度、中间冷却器压力(空气增压状态的测量)、存在于气动增压器系统的压缩空气供应的压力、加速器踏板位置和位置改变率(和/或可选择地，超过预定位置的加速度位置的频率)和传动齿轮、离合器状态以及当前换档状态(即，升档或者降档)。至少，需要确认进气歧管压力和加速器踏板位置，但是可选择的和/或补充的输入包括对于引擎相关的信息，涡轮增压器每分钟转数的引擎扭矩输出、引擎负载、冷却剂温度和废气质量流率；对于引擎空气增压相关的信息，进气歧管压力、在进气歧管的入口区域上游测量的进气压力和进入空气质量流率；对于排放相关的信息，EGR质量流率、DPF (柴油颗粒过滤器)再生状态和NOx处理之后的系统的可用性(例如，排气管路SCR的状态和/或NOx吸收部件)；对于空气制动系统信息，防抱死制动系统激活的状态(在牵引拖车车辆的情况下，较佳地为牵引车制动器和拖车制动器两者的ABS状态)，制动踏板位置、停车制动状态和拖动稳定性状态；对于其它车辆系统，车辆点火状态和正常行驶控制状态。对于本领域的技术人员容易显而易见的是以上所述是说明性的，而不是穷举，列出的参数和系统状态指示可以作为对气动增压器系统控制器的输入，以用于确定是启动气动增压器系统还是停止气动增压器系统，并且显而易见的是在实现本发明的实施例的过程中，系统设计者根据每个车辆的各种可用参数和系统状态来源确定，哪些输入将被提供给气动增压器系统控制器。
在图6-图8所示的实施例中应用控制逻辑，气动增压器系统控制器将输出控制信号以经由空气控制装置308中的螺线管阀407、408的控制来启动或停止气动增压事件。在图6所示的控制逻辑的第一部分中，在步骤601中，控制逻辑开始随着操作者对车辆进行点火，气动增压器控制器318被启动。接下来，在步骤602中，气动增压器控制器318确定加速器踏板的位置和当前齿轮选择状态。在步骤603中，控制器根据步骤602中获得的信息确定加速器踏板位置的改变率是否已经超过预定改变率限制，或者确定齿轮是否已经变成更高的齿轮。如果这些条件中一个条件也没有满足，则控制逻辑返回到步骤602。另一方面，如果已经检测到这些条件中的一个条件，则控制逻辑进行到步骤604。
在步骤604中，控制器根据它接收到的输入进行确定，例如，根据传动到车辆的 CAN总线系统的数据，确定以下的各种状态动力传动系统，加速器踏板位置，气动增压器系统压缩空气供应容器，车辆的中间冷却器中的压力，离合器的状态和引擎的转速。
在步骤605中，根据步骤604中收集的信息，控制逻辑确定条件是否适于启动实际的压缩空气喷射。具体地，控制器确定是否满足以下的所有标准动力传动系统被接合；加速器踏板位置大于预定位置；气动增压器系统压缩空气供应容器压力大于预定最小压力限制；离合器被关闭；并且引擎在行驶中。在该实施例中，上述这些是在由气动增压器控制器 318启动气动增压事件之前，必须满足的所有的“阈值”标准。如果这些条件中还有一个条件没有满足(即，状态为“假”)，则控制逻辑返回到步骤602。另一方面，如果所有这些条件都满足(即，所有标准都评价为“真”)，则控制逻辑进行控制逻辑的部分B，如图7所示。
在图7的步骤701中，气动增压器控制器318启动观测计时 器，并且例如通过监控来自引擎控制器和传动控制器的CAN总线网上的信号，观测动力传动系统(例如，被接合/ 被分离)、离合器(例如，被打开/被关闭)和引擎速度(例如，每分钟转数)的状态。在步骤 702中，气动增压器控制器318检查计时器是否已经达到预定时间限制。在步骤703中，如果还没有达到时间限制，则气动增压器控制器318接下来确定对于以下情况中的至少一个是否存在“真”的状态引擎速度大于预定限制；离合器被打开；和动力传动系统被分离。如果这些条件都还没有出现，则控制逻辑返回到步骤701用于继续计时器和监控状态。
但是，如果在步骤702中，气动增压器控制器318确定已经达到预定时间限制，则在该实施例中，在启动压缩空气嗔射之如的最终测试中，控制器318验证车辆的中间冷却器中的压力不是过高(以确保中间冷却器不会在气动增压事件中被压缩空气喷射损坏)。这是通过在步骤704中确定压力在车辆的中间冷却器范围内，然后在步骤705中评价中间冷却器压力是否大于其初始值的预定百分比(在步骤705中，“X”％)来完成的。如果中间冷却器压力太高，则控制逻辑通过将控制返回到部分A的控制逻辑的开始(S卩，到步骤602)而重新开始气动增压事件评价处理。如果不是那样，图7控制逻辑中的所有事前条件都已经满足，则气动增压器控制器318将控制转移到图8所示的控制逻辑的压缩空气喷射部分C的第一个步骤。
已经确定用于启动气动增压事件之前的所有条件都已经满足，则在步骤801，气动增压器控制器318启动气动增压事件计时器并且命令打开空气控制装置308中的压缩空气流控制螺线管阀中的一个或者两个以开始空气喷射。如下面更详细地描述，控制器318以有效形成符合空气喷射曲线的空气喷射的方式命令打开和关闭空气喷射螺线管阀，其中空气喷射曲线保持与在气动增压事件期间的排放和/或其它设计标准一致。在步骤802中，控制器确定增压事件计时器是否已经达到预定经过时间。一旦达到时间限制，则气动增压器控制器318确定以下状态中间冷却器压力，进气歧管压力，离合器，动力传动系统，气动增压器系统压缩空气供应压力和加速器踏板位置。然后控制器318评价获得的状态信息以确定以下气动增压事件终止标准是否为真中间冷却器压力大于预定限制；进气歧管压力大于预定限制；中间冷却器压力等于进气歧管压力；离合器被打开；动力传动系统被分离；气动增压器系统压缩空气供应压力低于预定限制；和加速器踏板位置低于预定限制。如果没有一个超过这些事件终止标准，则控制转移到步骤805，在该步骤805，指示控制器318确定增压事件计时器是否已经达到预置时间限制。如果还没有达到时间限制，则继续当前压缩空气喷射形式(步骤806)，并且控制返回到步骤803。如果已经达到时间限制，或者已经满足步骤804中的终止标准中的一个，则气动增压器控制器318进行到步骤807并且命令压缩空气喷射螺线管阀停止，从而终止气动增压事件。此后，控制返回到图6中的部分A的控制逻辑的开始。本领域的一位技术人员将认为上述列出的终止标准并不是穷举，而且也可以利用其他标准，例如排放成分的检测在管理限制上或者其附近，或者检测诸如废气处理装置(例如，催化转化器)的部件达到温度限制。此外，如下所述，控制逻辑的部分C的压缩空气喷射或者可以包括不变的压缩空气喷射，或者可以使用螺线管阀407、408的连续或脉冲操作跟随速率成形压缩空气喷射曲线。·气动增压事件速率成形。在本实施例中，利用两个螺线管控制的空气喷射阀执行气动增压事件期间的压缩空气喷射，如图4所示(阀407、408)。这些阀的大小故意设计成压缩空气可以不同的流速流动，并且非常快地起作用。因此这些阀使气动增压器系统控制器318具有控制压缩空气喷射的比率的能力，其中通过分别或共同操作空气喷射阀407和408，或者以改变压缩空气喷射脉冲持续时间和/或脉冲启动时刻的方式操作阀407和408来改变总的空气流速，从而控制压缩空气喷射的比率。图9说明根据本发明的实施例的气动增压事件中的速率成形压缩空气喷射形式的实例。在该增压事件中，随着时间“形成”空气喷射的比率从而通过改变空气喷射源(阀407和/或阀408)以及空气喷射的持续时间和时刻实现期望结果的空气喷射形式。基于气动增压器控制器318接收的传感器及其他控制器的输入，或直接或间接在车辆CAN总线上，并且进一步基于从可用的先前气动增压事件存储的“了解”的车辆响应形式，气动增压器控制器318根据预定压缩空气喷射方案开始气动增压事件，其中以满足一个以上期望目标的方式，例如排放合格和保持乘客舒适度，该预定压缩空气喷射方案形成空气喷射的空气和时刻。在该实例实施例中，在时间tl，第一压缩空气喷射901由具有更大空气流速的压缩空气喷射阀(在该实施例中为阀407)构成。在时间t2，来自阀407的喷射通过气动增压器控制器318终止，该喷射已经提供足够的压缩空气的初始喷射以增加引擎扭矩输出并且增加废气流动,但是空气体积并不太大，以致于例如会增加超过排放限制的可能性。随着压缩空气喷射的初始脉冲，在与由初始压缩空气喷射产生的废气到达排气歧管并且作用于涡轮增压器所需要的和/或足够的EGR流到达入口所需要的时间近似对应的短暂延迟之后，在时间t3，气动增压器控制器318命令阀407和408 —起被打开从而以 更高地流速提供进一步的压缩空气喷射(由较大流速阀407和较小流速阀408结合的喷射 902)。在时间t4，基于例如预定速率成形喷射形式、精确的速率成形喷射形式(例如，基于对 初始压缩空气喷射脉冲响应的车辆参数的修正的喷射形式)，和/或图8中所识别的终止标 准，通过气动增压器控制器318确定这种结合的压缩空气喷射的终止的时刻。在时间t5、 t6、t7、t8，根据需要使用较小流速阀408来提供另外的压缩空气喷射905、906、907，以保持 期望的引擎扭矩输出，而对于实际的最大程度，不会超过可应用的设计和管理限制。除了短 暂、小体积空气喷射905和906之外，一旦车辆操作参数在初始压缩空气喷射之后稳定，则 可以跟进更长的低流速喷射907，该更长的低流速喷射907产生很少的不希望的急剧的“打 开/关闭”车辆反应瞬变过程来响应压缩空气添加和断开事件。
如图9所示，本实例中的压缩空气喷射的速率(通过可变宽度喷射脉冲估计)沿着 曲线，该曲线以中间速率开始(喷射901 )，此后立刻上升到更高的速率(喷射902、903)并且 朝着气动增压事件的端部减小到更低的速率、更低的体积水平(喷射904-907)，而不是现有 技术的立即、完全的压缩空气喷射。图10中说明这种压缩空气喷射的速率成形方法的实际 效果。
图10将没有气动增压事件的情况、具有现有技术的气动增压器系统的“尽可能多 的、尽可能快的”压缩空气喷射的气动增压事件的情况以及由根据本发明的气动增压器系 统执行的气动增压事件的情况之间的加速请求的事件中车辆速度与时间的反应进行比较。 曲线A说明没有配备气动增压器系统的车辆随着时间增加速度的速率。从图中显而易见， 无PBS辅助车辆的加速度变化率(曲线A的速率与时间的斜度)在用于保持车辆的乘客舒适 度的最大加速度变化率以下，即在最大乘客舒适度曲线B的斜度以下。
图10中的曲线C表示与无气动增压器配备的车辆相反，配备先前的气动增压器 系统的车辆，利用该车辆在气动增压事件期间喷射压缩空气的“尽可能多的、尽可能快的” 方法，该车辆以高速率加速。虽然这种配备现有技术的车辆在很短时间内提速，但是以远超 过旅客舒适度的可接受水平的加速度变化率进行这种提速。
曲线D说明本发明的气动增压的方法的效果。通过提供成形的压缩空气喷射的变 化率和体积以保证车辆不会超过加速度，其中该加速度超过最大乘客舒适水平，连续调节 的空气喷射以将引擎扭矩输出保持在允许车辆相对快速地增加速度的水平，同时仍然保持 乘客舒适度。初始压缩空气喷射形式(即，打开和关闭空气喷射阀407、408的类型，包括选 择打开哪个阀，阀打开的持续时间和打开阀的时刻)可以从例如在车辆的存储器中存储的 喷射形式获得，例如气动增压器控制器的存储器中存储的喷射形式，或者基于车辆的一个 以上的参数在启动气动增压事件之前立即设定的喷射形式，其中这些参数例如是剩余可用 的压缩空气供应、车辆负载、进气歧管压力等等。这种初始压缩空气喷射形式在多脉冲气动 增压事件的第一个空气喷射脉冲之后，在通过气动增压器控制器命令第二个空气喷射脉冲 之前，可以被尽快的调节。
图11和图12说明与现有的气动增压器系统相比，在本发明的实施例中可获得的 益处，本发明的实施例使用速率成形以使NOx排放水平超过管理限制的可能性最小化。图 11显示在气动增压事件期间瞬时NOx排放响应与压缩空气喷射的量和时刻的关系的图。图 11左侧的轴线表示压缩空气喷射的状态。该图右侧的轴线表示EGR比率，即测量可用于喷射到引擎的入口以抑制引擎的燃烧室中形成的NOx的废气的量。在该现有技术系统中，随着最大可用压缩空气流动起始于气动增压事件的开始并且被保持该事件的几乎整个持续时间(曲线A，从时间t0到tl)，利用两个喷射流动路径执行压缩空气喷射。接近这种“最大效果”的压缩空气喷射的结尾，较低流动空气喷射路径在时间tl被关闭，在此不久之后的时间t2，关闭剩余空气喷射路径。由于大且立即的压缩空气喷射，因此存在导入到引擎的大量氧气，即在增加的空气喷射和附加的废气的产生之间存在滞后以产生附加压力从而使得附加的废气通过EGR系统到达引擎的入口，其中所述引擎与用于抑制NOx形成的再循环排气的相应增加不匹配。因此，降低燃烧温度的再循环废气不能立即得到足够的量以充分抑制燃烧温度和相关的NOx产生。不存在足够的再循环废气时，在更高温度燃烧室环境中生成的NOx的量迅速上升，如曲线B所示。产生的NOx的迅速上升会使得NOx水平容易地超过管理限制，即曲线C，特别地超过适用于欧洲和其他地方的新式车辆的基本更低的NOx限制。最后，由于废气压力建立可用于再循环增加的废气的量，并且EGR比率上升(由曲线D所示)以及再一次抑制燃烧室中的NOx形成。但是，由于现有技术的完全立即的压缩空气喷射中所固有的废气再循环的延迟，因此这种现有技术系统不能阻止NOx限制偏移。图12说明具有根据本发明的实施例的速率成形压缩空气喷射的NOx水平的响应。在该实施例中，代替现有技术的“最大效果”的压缩空气喷射，压缩空气喷射分为两个步骤，从而有效延伸和降低空气喷射曲线的形状以控制NOx形成。首先，在该实施例中，同时使用空气控制装置308中的压缩空气喷射阀407、408两者(如果想要实现期望的流动量，则仅打开单个阀)，在时间t0和tl之间进行短暂的压缩空气喷射脉冲Al。因为初始压缩空气喷射脉冲很短，所以过剩氧气状态在引擎的燃烧室中没有被保持足够长的时期从而使得燃烧温度上升得足够高而产生过多的NOx排放。因此，如曲线B所示，虽然NOx的量增加以响应附加的氧气喷射，但是该增加足够小从而将NOx水平保持在NOx排放限制(曲线C)以下直到可用附加的EGR流。在初始压缩空气喷射脉冲Al传递到引擎的不久之后，期望的附加EGR流通过排气歧管和EGR系统传播。如10图中的EGR比率曲线D所示，在近似相同的时间D，附加的EGR流也到达入口，并且附加的压缩空气喷射A2在时间t2开始以使引擎扭矩输出增加期望的量。因此，速率成形压缩空气喷射形式在该实例中将NOx水平保持在曲线C的NOx管理限制以下。在该实施例中，通过仅打开两个压缩空气喷射阀407、408中的一个来产生减少的压缩空气流速。仅来自一个压缩空气回路的减少的压缩空气流助于气动增压器控制器318使压缩空气喷射速率与EGR流动的量更准确地匹配以抑制NOx形成，并且通过避免过量喷射而使压缩空气的使用最小化。因为在进行进一步的压缩空气喷射之前，本发明的形成压缩空气喷射的速率的方法允许EGR流增加到可接受水平，所以大约从时间t2到余下的气动增压事件，NOx水平都被保持在相对固定的水平，如曲线B所示。本发明的压缩空气喷射管理的方法还利用改进的传动齿轮换档策略具有车辆性能和效率优点。本技术领域众所周知的是，在车辆传动的升档期间和紧接着之后，引擎速度降落到更低的rpm(由于齿轮比的改变)。以更低的引擎速度，产生较少的废气，因此较少的废气流可以用来驱动涡轮增压器涡轮并且保持涡轮增压器的压缩器转速。因此，涡轮增压器不 能保持进气压力的预换档(pre-shift)水平并且引擎扭矩输出降落。例如，如图14所示。
图14是齿轮升档期间引擎扭矩输出(牛顿米)与时间的函数的图。图的左侧上的 两个扭矩输出柱是没有配备气动增压器系统的现有技术的车辆升档，然而图的右侧上的两 个柱是配备现有技术的气动增压器系统的车辆升档。在不被增压的车辆中，点I处的引擎 扭矩输出为随着之前的升档离合器使弓I擎预接合到动力传动系统(drivetrain)时的引擎 输出。因为由于升档而使得引擎处于低引擎速度时，引擎目前不会产生很多废气，因此通过 涡轮增压器产生的进气压力降低，从而导致点I和点2之间的引擎扭矩输出的下降。点2 表示这样的点在该点处，引擎速度和废气流足够地增加以使得涡轮增压器压缩机转速恢 复从而足以阻止引擎扭矩输出降低并开始增加扭矩输出。于是引擎速度持续增加，使涡轮 增压器速度和进气压力进一步增加直到为避免引擎的超速需要升档的点。
在接下来的换齿轮操作期间，在短时期内，离合器被分离，并且引擎燃料燃烧被制 止以便引擎扭矩输出有效地降低到零(点4)。一旦接下来选择更高的齿轮，离合器再一次接 合时引擎扭矩输出上升到点5。随着涡轮增压器速度恢复时增加扭矩输出，当扭矩输出下降 到点6，重复由于更低的引擎速度和随之发生的更低的进气压力而引起的引擎扭矩输出下 降的效果。
在配备现有技术的气动增压器系统的车辆中，由于升档而导致的引擎扭矩输出的 降低可以通过压缩空气喷射连同升档一起被稍微改善。再一次参照图14，点7表示在完成 升档时配备气动增压器系统的车辆中产生的引擎扭矩输出。通过立即应用气动增压，引擎 的扭矩输出立即高于没配备PBS的车辆的情况(在该实例中，与点I的扭矩输出相比，几乎 为其两倍)。现有技术的立即、全强度压缩空气喷射确保在升档期间，在进气歧管中剩有足 够的空气压力以保持扭矩输出和废气流。因此，现有技术的气动增压器系统的增压事件期 间涡轮增压器涡轮转速减小得很少，并且当涡轮增压器输出接替(take over)引擎增压直 到到达点8的下一个升档操作的点时，引擎扭矩输出只是有限的减小。
意外地，即使与不配备这种气动增压器系统的车辆相比，由现有技术的气动增压 器系统产生的引擎扭矩输出更高，但是进行几个升档以达到期望的正常行驶速度所需要的 总时间并不显著减少。图15说明没配备PBS和配备现有PBS的车辆的时间与速度的性能。 在该图中，两个曲线表示以下引擎随着时间的典型的引擎扭矩输出量(i)没有配备气动 增压器系统的引擎(曲线A，两个曲线中较低的曲线)，和(ii)配备有现有技术的气动增压器 系统的引擎(曲线B，两个曲线中较高的曲线)。在换档到末档齿轮(在该实例中，为第十齿 轮)的过程之后，尽管利用配备PBS的引擎可以使用附加的引擎扭矩输出，但是在配备现有 PBS的车辆中的每个齿轮中应用该引擎扭矩的相对短暂时期，实际上会使得车辆以末档齿 轮到达它的正常行驶速度(在点C通过对应的正常行驶扭矩输出表示)比没配备PBS的车辆 到达正常行驶速度(点D)仅提前五秒。
与现有技术相反，本发明提供一种气动增压喷射策略，比现有技术的气动增压器 系统的时间与速度性能，本发明的气动增压喷射策略能够显著增大该性能。在该方法中，气 动增压器控制器和传动控制器可以彼此进行通信，以确定在对操作者加速度请求的响应期 间提供压缩空气喷射的条件是否充足。如果条件满足，则可以连同执行另外的齿轮换档形 式而一起启动气动增压事件，在气动增压事件中，压缩空气喷射比率曲线被速率成形以保持符合设计和管理限制。如图16a-16b所示，或者传动控制器可以是气动增压事件请求的源(图16a)，或者传动是例如通过气动增压器控制器，响应在车里某处启动的气动增压事件(图16b)。图16a说明这样的情况传动控制器接收操作者对加速度的要求，或者另外，例如基于GPS位置信号和当前路线，考虑到即将出现的道路条件(例如近似陡峭的道路坡度)，车辆电子设备产生预期的扭矩输出要求以保持车辆速度。响应于增加扭矩请求，传动控制器可以将启动气动增压事件的请求通知气动增压器控制器。对气动增压器控制器的请求可以进一步包括当前齿轮选择及其它车辆参数，以便于增压控制器发出速率成形压缩空气喷射以在可应用的设计和/或管理限制范围内尽可能提供气动增压。图16b说明这样的情况传动控制器被不仅提供有关由气动增压器控制器启动的气动增压事件的信息，还提供关于气动增压器系统的当前性能的信息(例如，在气动增压事件期间期望由引擎传送的关于系统故障的信息，该系统故障可能限制传动控制器的扭矩输出的量)，而且还提供其它车辆状态信息，例如车辆是静止的还是移动的，车辆速度等等。基于传动控制器接收的信息，然后控制器可以从多个可选择的齿轮换档形式选择这样的换档形式该换档形式将产生期望的性能，例如短时间加速、最高燃料经济性或者最低传动应力水平。图17说明较佳的传动换档策略实例。在该实施例中，不是在传动通过每个前进齿轮升档的同时应用气动增压(在现有技术中是典型的)，而是压缩空气喷射可以通过气动增压器控制器以速率成形的方式被命令以允许在加速到期望正常行驶速度期间确定要“被跳过”的齿轮比。在图17所示的实例中，气动增压器控制器调节压缩空气喷射的速率和时刻以允许采用高于且早于通常的齿轮比，因此在该实例中，在加速度期间仅接合齿轮3、4、7、8和10。在省略齿轮比的换档方案中，随着齿轮比改变而引擎速度比通常减小得更多，结果引擎扭矩输出比通常下降得更多。在现有技术的气动增压器系统中，由于比通常rpm低很多的非常低的EGR流经过从换档模式省略一个以上的齿轮，因此已知的“尽可能多的、尽可能快的”的空气喷射方法将最小程度地在压缩空气喷射期间产生多个排放偏移(excursion).现有技术中以非常低引擎速度应用非常大压缩空气喷射还可能会由于过低速度的扭矩输出而损坏车辆传动系统(drive train)，或者产生来自引擎的大的、突然的废气流从而使涡轮增压器超速运行事件出现。因为这种为满足排放要求的车辆损坏和/或故障的客观风险，所以现有技术的气动增压的方法在本技术领域中不适于支持车辆加速期间跳跃齿轮换档。相反，本发明的速率成形能力允许压缩空气喷射速率、持续时间和时刻被调节成与跳跃齿轮相关联的非常大的rpm的下降，同时可以在设计和管理限制范围内尽可能多地提供引擎扭矩输出。具体地，由于出现齿轮换档，因此气动增压器控制器可以将压缩空气喷射的量控制到现有技术的“目前所有的”喷射的方法以下的水平，同时监控车辆参数以确定压缩空气喷射是否可以随着引擎速度增加而增加、什么时候增加以及增加多少。图17显示为获得显著提高的车辆加速度性能而应用本发明的速率成形的结果的实例。与图15中显示的现有技术的时间与速度性能的实例进行比较(还可见图17的点B所示，相对于无PBS车辆的速度近似为39秒),在该实例中，使用速率成形压缩空气喷射和仅利用齿轮3、4、7、8和10的传动换档形式导致以近似21秒(点A)或者没配备PBS车辆的 时间的近似1/2时间，达到正常行驶速度。此外，这种大大提高的时间与速度性能对限制连 续齿轮换档形式的现有技术PBS系统的性能有意外地改进，速率成形的、跳跃换档的车辆 的时间与速度仅占用配备先前气动增压器系统的车辆所需要的时间的近似60% (与现有技 术系统的36秒相比为21秒，整整快了 15秒)。换句话说，本发明的气动增压事件中的压缩 空气喷射的速率成形的使用允许传动采用可选择的换档，该可选择的换档形式可以使车辆 的时间与速度性能的改进超过现有技术的气动增压器系统的接近40%，但是仍然保持符合 可应用的设计和管理限制。
除了使用可选择的传动换档形式从而获得改进的车辆加速度性能之外，速率成形 压缩空气喷射的使用还可以使得齿轮跳跃换档形式的使用会改善燃料经济性。那些本技 术领域的普通技术人员将认识到当内燃引擎，尤其柴油引擎，在远离其最佳燃料效率范围 (即，远离引擎的“最佳位置”)的引擎速度范围内被操作时，引擎自身使用更多的燃料。本 发明使用速率成形以允许较早换档到更高的齿轮，从而早于不能支持非连续齿轮换档的现 有技术的气动增压器系统，允许车辆达到更高的齿轮(并且使引擎位于其最佳燃料效率范 围)。
速率成形的使用还能够当车辆处于运行状态下的更高齿轮(因而处于低引擎速 度)时，允许应用速率成形气动增压，在所述运行状态下，现有技术的气动增压器系统在不 超过可应用限制的范围内，不能执行其“尽可能多的、尽可能快的”喷射。例如，现有技术PBS 系统在启动气动增压事件之前可能需要降档的传动，本发明的速率成形压缩空气喷射允许 车辆保持在燃料更有效率的更高齿轮，并且消除可能引起乘客不舒适的不期望的换档。
压缩空气喷射的速率成形进一步提供在紧接着升档之后，改善乘客舒适度和燃料 经济性的能力。例如，当传动控制器意识到保证升档时，将气动增压事件的请求传动到气动 增压器控制器，尤其是为了伴随着升档到更高齿轮比，利用气动增压来补偿引擎rpm的下 降观察到的扭矩下降。于是气动增压器控制器可以启动速率成形压缩空气喷射形式，该速 率成形压缩空气喷射形式提供足够量的空气(并且通过通知引擎的燃料喷射控制器，匹配 附加空气喷射的燃料的对应量)以补偿扭矩下降，该扭矩下降是紧接着升档之后的扭矩下 降，且仅受到避免超过管理和/或设计限制而限制。由于这种升档补偿气动增压事件继续 进行并且引擎速度上升到先前的水平，因此压缩空气喷射可以被调节成随着引擎速度升高 从而足以使引擎自身再次产生充分的扭矩，压缩空气喷射逐渐减少。通过提供从引擎输出 的引擎扭矩的基本上无缝供应，这种速率成形升档扭矩补偿换档允许本发明提供更平稳的 动力输送，从而基本限制在升档之后扭矩输出下降时由突然的加速度减小而造成的乘客可 感觉到的“震动”。这种后期升档的速率成形扭矩补偿方法对速度还提供更快的时间，即使 气动增压的量在某种程度上受到设计或者管理限制的限制，但是与不配备气动增压器系统 的车辆相比，由于引擎速度不久就返回到其产生最佳动力的rpm范围，所以仍能够得到较 好的燃料经济性。
利用本发明的通过使压缩空气的使用量最小化的速率成形还可以实现节省附加 燃料及其它益处。如上所述，现有技术的气动增压器系统中，最大量的压缩空气被尽快地喷 射到引擎的进气歧管中以使引擎扭矩输出的量最大。这种方法非常浪费压缩空气，且需要 大量的压缩空气产生并存储在车辆中。通过集中压缩空气喷射以仅利用压缩空气的精确量，本发明的速率成形空气喷射将压缩空气的使用量限制在最小可能的水平，其中压缩空气的精确量是在正好或者接近运行限制进行操作的同时获得可得到的最大扭矩输出所需要的量。这种压缩空气的保存具有许多益处，包括使压缩空气存储容器损耗最小化(在达到确保关键系统(例如制动器)具有足够储备的压缩空气所需要的最小存储容器压力水平之前，使从压缩空气容器回收的压缩空气最小化可以有效地产生附加的容量裕度)；减小被引擎驱动的空气压缩机的工作循环；减小磨损并且通过减小驱动空气压缩机所需要的寄生动力损失而增加燃料经济性，其中先前需要空气压缩机更大以用于服务先前的气动增压器系统的压缩空气请求；并且允许车辆设计者使压缩空气产生和存储设备小型化，减小车辆重量和部件成本并且减轻车辆设备包装的担忧。而且，通过消除在压缩空气喷射期间使引擎控制器提供增加的燃料喷射量的需要，减少压缩空气喷射的量可以直接地节省燃料，从而确保保持适当的燃料混合物。本发明的进一步特点是能够使用速率成形以向操作者提供可选择的另外的车辆性能形式选择。例如，操作者可以进行车辆性能选择，该车辆性能选择将一个特征与另一个特征进行交换。图13中显示一种实例。在该实例中，操作者(例如，利用装开关的仪表板(dash-mounted switch)或者电子触摸屏控制器)可以选择以下的性能形式该性能形式在损害车辆加速性能的情况下使燃料经济性最大化(曲线A)，在损害燃料经济性的情况下使车辆对加速度请求的动态响应最大化(曲线C)，或者提供在本实例所关注的乘客舒适的妥协车辆性能(曲线B)。取决于通过操作者选择的性能形式，气动增压器控制器318应用于与选择的曲线A、B或者C相关联的适当目标的气动增压水平限制。下面提供配备速率成形PBS的车辆对增压事件的响应的定量实例，其中增压事件包含配备自动或者自动化人工传动的车辆从停止位置的加速。如图18-20所示，PBS控制器执行监控各种车辆操作参数信号的PBS控制算法。例如，利用在根据加速器踏板位置值确定的驾驶员的加速度请求，监控加速器踏板位置AP (图18中的线AP)。在该实例中，力口速器踏板位置从时间O. 54秒处的0%的值改变到时间O. 81秒处的78%。因为踏板位置的新值和踏板位置改变率超过为每个设置的阈值，所以PBS控制器接下来确定用于执行气动增压事件的车辆的供气系统是否具有足够的空气压力(图18中的线P)以支持启动喷射事件，即，是否具有足够的可用容量以提供期望量的喷射空气。如果可用的空气压力的当前值低于预定阈值，则PBS控制器不会启动喷射事件。在图18的实例中，可用压力为129psig，该值大于该实例的预定阈值。在该实例中，PBS控制器接下来比较包括引擎速度、进气歧管压力以及动力传动系统和离合器状态的各种其它信号的状况并且利用该车辆操作信息以确定气动增压喷射事件是否应该出现。在时间O. 80秒处，已经确定满足通过PBS控制器监控的条件，并且PBS控制器发出控制信号以启动增压喷射事件。控制器发出关闭挡板元件的信号(图18中的挡板位置线F)，并且监控挡板元件的位置作为检查硬件的完整性。由于节流挡板开始关闭，因此PBS控制器将另一个信号发送到一个以上的高速螺线管空气阀以启动压缩空气喷射，从而允许空气从空气供应容器流入引擎入口。PBS控制器能够命令空气阀的任何组合以激活，从而形成喷射的空气流量以匹配通过PBS控制器运算法则设定的目标压缩空气附加形式。这个动作在该实例中被表示为‘请求送气’(图18中的线BIR)，通过适当的激活压缩空气阀，例如发出‘0’(无螺线管)、‘1’(螺线管#1)、‘2’(螺线管#2)、‘3’(螺线管#1和螺线管#2)的命令，来满足所述‘请求送气’。在喷射期间， 挡板元件和引擎入口系统之间的进气歧管压力(图19中的线頂)迅速增加，而随着涡轮增 压器压缩机出口和挡板之间的压力(图19中的线IC)增加，通过车辆的涡轮增压器输送的 压力逐渐增加。
在该实例中，PBS控制器通过监控涡轮增压器压缩机出口和节流挡板之间的空气 压力，以及节流挡板和引擎入口系统之间的压力，确定什么时候停止气动增压喷射事件。当 压力差达到PBS控制器的目标值时，控制器确定涡轮增压器的输出能够接替引擎所需要的 空气的输送，因此发出信号以停止增压空气喷射。在该实例中，在时间1. 53秒处，PBS控制 器发送信号以分别激励激活的空气喷射阀螺线管。PBS控制器还发送信号以在时间1. 57秒 处打开挡板元件，并且该快速激活的挡板在时间1. 59秒到达其完全打开位置。
在气动增压喷射事件的过程中，随着喷射期间消耗空气，PBS供应容器中的压力 (图18中的线P)开始减少。能够从图18辨别出，当空气喷射停止时，供应系统压力在时间1. 54秒减小到114psig，其中供应系统压力在时间O. 81秒以129psig开始。
在该实例的气动增压喷射事件中，当没有气动增压喷射时，引擎早就达到期望的 扭矩和/或引擎速度。用于比较车辆时间与速度性能的技术上的通用标准为“T-90时间”， 该时间是引擎从扭矩请求的时间到达到其最大扭矩输出的90%所需要的时间并且经由加 速器踏板的位置改变而开始。如图20所示，利用气动增压喷射的T-90时间为1. 10秒，如 图20中的线T，扭矩输出曲线所示。气动增压喷射空气还允许车辆传动比无气动增压喷射 时更快地到达其下一个换档点。在该实例中，车辆在二档齿轮开始气动增压喷射事件，并且 传动控制器(图20中的线TRANS)需要在接近时间1. 59秒的喷射结束时进行下一个齿轮改 变(图20中的线TRANS)。
上述公开仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。例如，虽然上述公开引用车辆 引擎配备有至少一个涡轮增压器的实施例，但是本发明不局限于配备涡轮增压器的引擎， 而是可以应用于任何其它内燃引擎构造，在该构造中，受控的压缩空气喷射期望提供至少 暂时增加的引擎扭矩输出。这种引擎构造包括自然吸气引擎、配备增压器的引擎和对除了 柴油燃料之外的燃料进行操作的引擎，包括燃烧汽油、氢和丙烷的引擎。此外，以通过利用 压缩空气喷射的速率成形避免NOx排放偏移的相同的方式，本发明的气动增压器系统的气 动增压器控制器还可以利用有关引擎和车辆特性的信息进行编程以允许压缩空气喷射的 速率成形来将其它污染物保持在所需限制以下，污染物例如为C02和/或颗粒排放物。其 它实施例将包括以开环(open loop)方式对气动增压器系统的操作，例如，可以根据预定固 定速率成形压缩空气喷射形式，根据从“查询表”(即，在例如气动增压器控制器的存储器中 存储的压缩空气喷射形式的预定编辑)选择的压缩空气喷射形式，和/或根据响应于被监控 的车辆操作参数而选择的预定速率成形压缩空气喷射形式。因为所述技术领域的人结合本 发明的实质和本质可以很容易想到对所公开实施例的修改，所以本发明应该被解释为包括 附加权利要求及其等效替换范围内的所有内容。
权利要求
1.一种用于利用气动增压来增加车辆性能的系统，其特征在于，所述系统包括 引擎，所述引擎具有入口、排气口和废气再循环通道，所述废气再循环通道用于将来自于所述引擎的废气的一部分从所述排气口再循环到所述入口； 空气控制装置，所述空气控制装置位于所述入口中，所述空气控制装置包括入口阻挡元件，所述入口阻挡元件位于所述空气控制装置的入口通道，所述入口阻挡元件被布置成至少在打开位置和关闭位置之间移动以选择性地阻挡或者允许空气朝着所述引擎流经所述空气控制装置， 至少一个压缩空气喷射通道，在所述入口阻挡元件的引擎侧，所述至少一个压缩空气喷射通道通向所述入口，所述压缩空气通道具有至少一个压缩空气流控制阀，所述压缩空气流控制阀被布置成调节提供给所述空气控制装置到所述入口中的压缩空气流，以及 通道，所述入口阻挡元件的所述引擎侧上，所述通道通向所述入口，经过所述废气再循环通道的废气通过所述通道被引入到所述入口； 压缩空气源，所述压缩空气源被布置为向所述空气控制装置提供压缩空气流； 气动增压器喷射控制器； 其中 所述气动增压器控制器被编程为基于所述车辆的至少一个被监控的运行参数，通过协调所述至少一个压缩空气流控制阀和所述入口阻挡元件的操作以将压缩空气经由所述入口供应到所述引擎来控制气动增压事件，并且 所述气动增压器控制器被编程为控制所述至少一个压缩空气流控制阀以通过在上述气动增压事件期间调整至少两个空气喷射脉冲的压缩空气喷射速率、持续时间和时刻中的至少两个来提供所述压缩空气喷射，以便将所述车辆的所述至少一个被监控的运行参数维持在预定的范围内。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述气动增压器控制器被配置成在启动所述气动增压事件之前接收来自于所述车辆的车辆操作信息并基于所述接收到的车辆操作信息控制所述至少一个压缩空气流控制阀的操作以调整至少两个压缩空气喷射脉冲的第一个脉冲的空气喷射速率、持续时间和时刻中的至少一个。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数为存储在压缩空气存储容器中的压缩空气的压力，并且所述预定的范围为高于最小压缩空气压力的压力，所述最小压缩空气压力是确保车辆安全系统具有能够用于执行安全系统功能的足够的压缩空气所需要的压力。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于， 所述车辆安全系统是空气制动系统。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数表示来自于所述引擎的废气中的NOx含量，并且 所述预定的范围是低于NOx排放限制的NOx含量。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数表示来自所述引擎的废气中的颗粒物质含量，且 所述预定的范围是低于颗粒物排放限制的颗粒数量。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数表示EGR比率,且 所述预定的范围为ERG比率，所述ERG比率低于与超过NOx排放限制相对应的EGR比率。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数是所述引擎的旋转速度，并且 所述预定范围是低于引擎超速限制的引擎速度。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数是涡轮增压器的压缩机的旋转速度，所述涡轮增压器向所述引擎供应燃烧空气，并且 所述预定范围是低于涡轮增压器压缩机超速限制的涡轮增压器叶轮速度。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数是车辆加速度，并且 所述预定范围是低于用于维持所述车辆中的乘客舒适度的最大加速度限制的加速度。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数是车辆加速度，且 所述预定范围是低于操作员能选择的加速度形式的加速度变化率。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数是入口压力，且 所述预定范围是在中间冷却器过压限制以下的压力。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数是废气温度，并且 所述预定范围是在预定废气限制温度以下的温度。
14.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数是引擎操作温度，且 所述预定范围是在预定最小引擎操作限制温度以上的温度。
15.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数是涡轮增压器的压缩机的下游的压力，并且所述预定范围为压力变化率，所述压力变化率表示在与涡轮增压器喘振对应的预定叶轮速度变化以下的涡轮增压器叶轮速度变化。
16.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数是表示所述入口中的实际空气流速的所述车辆的操作参数，并且 所述预定范围是所述入口中的实际空气流速和由所述车辆的至少一个控制器请求的空气流速之间的预定容许差。
17.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数是驾驶者的加速请求，并且 所述预定范围是加速器踏板位置、加速器位置踏板超过预定位置的频率中的至少一个。
18.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述至少一个操作参数是在气动增压器系统的压缩空气喷射模块的入口和出口中至少一个的压力，并且 所述预定范围是气动增压器系统的压缩空气喷射模块的入口和出口中的至少一个处的压力，和在所述涡轮增压器压缩机和所述气动增压器系统的压缩空气喷射模块的下游的所述入口的位置中的至少一个的压力之间的预定容许差。
19.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述气动增压器控制器被编程为通过减慢、暂停和增加所述压缩空气喷射的流速中的至少一个来改变所述压缩空气喷射。
20.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述气动增压器控制器被编程为通过至少一个压缩空气喷射控制装置的脉冲宽度调制来调整所述压缩空气喷射速率、喷射持续时间和喷射时刻中的至少一个以将所述至少一个操作参数保持在所述预定范围以内。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于， 所述至少一个压缩空气喷射控制装置包括至少两个压缩空气流控制阀。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在于， 所述至少两个压缩空气流控制阀具有不同的最大空气流动额定值，并且所述至少两个压缩空气流控制阀是能够同时并独立地操作的，以在所述增压事件期间获得能变化的压缩空气喷射流速。
23.一种用于利用气动增压增加车辆性能的系统，其特征在于，所述系统包括 引擎，所述引擎具有入口、排气口和废气再循环通道，所述废气再循环通道用于将来自于所述引擎的一部分废气从所述排气口再循环到所述入口； 空气控制装置，所述空气控制装置位于所述入口中，所述空气控制装置包括入口阻挡元件，所述入口阻挡元件位于所述空气控制装置的入口通道中，所述入口阻挡元件被布置成至少在打开位置和关闭位置之间移动以选择性地阻挡或者允许空气朝着所述弓I擎流经所述空气控制装置， 至少一个压缩空气喷射通道，在所述入口阻挡元件的引擎侧，所述至少一个压缩空气喷射通道通向所述入口，所述压缩空气通道具有至少一个压缩空气流控制阀，所述压缩空气流控制阀被布置成调节提供给所述空气控制装置到所述入口中的压缩空气流，以及 通道，在所述入口阻挡元件的引擎侧上，所述通道通向所述入口，经过所述废气再循环通道的废气通过所述通道被引入所述入口； 压缩空气源，所述压缩空气源被布置为向所述空气控制装置提供压缩空气流； 气动增压器喷射控制器； 其中所述气动增压器控制器被编程为通过在所述气动增压事件期间调整至少两个空气喷射脉冲的压缩空气喷射速率、持续时间和时刻中的至少两个，控制所述至少一个压缩空气流控制阀以提供所述压缩空气喷射。
24.权利要求23所述的系统，其特征在于， 所述气动增压器控制器被编程为根据预定的压缩空气喷射形式，通过在所述气动增压事件期间调整至少两个空气喷射脉冲的压缩空气喷射速率、持续时间和时刻中的至少两个，控制所述至少一个压缩空气流控制阀以提供所述压缩空气喷射。
25.权利要求23所述的系统，其特征在于， 所述气动增压器控制器被编程为基于所述至少一个被监控的操作参数，通过协调所述至少一个压缩空气流控制阀和所述入口阻挡元件以将压缩空气经由所述入口供应到所述引擎来控制所述气动增压事件，并且 所述气动增压器控制器被编程为根据所述至少一个被监控的操作参数设置所述压缩空气喷射速率。
26.权利要求25所述的系统，其特征在于， 所述气动增压器控制器被编程为参考所述至少一个被监控的操作参数以及查询表设置所述压缩空气喷射速率，所述查询表使所述至少一个操作参数与预定的压缩空气喷射速率形式相关联。
27.权利要求25所述的系统，其特征在于， 所述气动增压器控制器被编程为根据所述至少一个被监控的操作参数设置所述压缩空气喷射速率，因此所述气动增压器控制器执行预定气动增压事件形式，所述预定气动增压事件形式与在启动所述气动增压事件时所采用的初始预定气动增压事件形式不同。
28.权利要求25所述的系统，其特征在于， 所述至少一个被监控的操作参数是车辆部件的故障状态，并且所述气动增压器控制器被编程为根据被监控的所述部件故障状态调整所述压缩空气喷射速率。
全文摘要
一种用于通过对车辆引擎应用气动增压来改进车辆性能的设备和方法，所述车辆引擎包括柴油引擎，柴油引擎具有将空气供应到引擎的至少一个涡轮增压器，其中以增加引擎扭矩输出同时使超过各种操作限制的可能性最小化到最大可实行程度的方式，对车辆引擎应用气动增压。车辆的气动增压器系统控制器实现以下策略在增压事件期间形成空气喷射的速率，处理空气喷射以获得最大引擎扭矩输出的同时遵守操作限制；通过控制增压事件期间的时刻、持续时间、数量和/或喷射类型以在增压事件过程中实现压缩空气喷射的精确分布，从而提供期望的引擎扭矩输出和燃料效率，同时使超过各式各样的操作限制、管理、工程和乘客舒适限制的可能性最小化。
文档编号F02D21/10GK103003554SQ201180035498
公开日2013年3月27日 申请日期2011年5月17日 优先权日2010年5月19日
发明者威廉·J·沙福德, 尼古拉斯·阿斯密斯, 马克·W·麦科洛, 理查德·贝耶尔 申请人:邦迪克斯商用车系统有限责任公司