带有降低的压缩机不均衡和喘振的双涡轮增压发动机的制作方法

专利名称：带有降低的压缩机不均衡和喘振的双涡轮增压发动机的制作方法
带有降低的压缩机不均衡和喘振的双涡轮增压发动机
技术领域：
本发明涉及车辆推进系统以及运转车辆推进系统的系统和方法，特别是包括双涡轮 增压发动机的车辆推进系统及其运转方法。
背景技术：
发动机可利用压缩装置例如涡轮增压器和机械增压器用于使进气增压。一些发动机可 包括双涡轮增压器，每个涡轮增压器均具有沿分开的发动机空气进气道设置的压缩机。压 缩机的运转可由设置在排气道中绕过涡轮的废气旁通阀控制。然而，在一些状况下，分离 的涡轮增压器提供的空气流会变得不平衡。特别地，如果涡轮增压器变得十分不平衡，压 缩机中的一个会经历喘振。
在一些进气系统中可使用防喘振阀以矫正涡轮增压器之间的不平衡。然而，在普通进 气系统上单个防喘振阀的示例中，选定状况下依然会发生单侧压缩机喘振。例如，带有用 于从各个压缩机接收进气的共用进气歧管的发动机可进入一种一个压縮机进入喘振状况 而另一个压缩机没有喘振的状况。一旦单侧喘振发生，喘振状况可开始在压缩机之间振荡， 其会导致称为"噪音、振动和声振粗糙度(NVH)"的讨厌的噪音。

发明内容
作为 一个示例， 一种运转包括具有与两个设置在分开的进气道中的压缩机连通的进气 歧管的发动机的车辆推进系统的方法可解决上述问题，该方法包含响应发动机消耗的空 气总流量调整由第一和第二压縮机提供给发动机的增压压力，所述第一和第二压缩机共同 协作以提供总流量；以及在第一和第二压缩机之间流量不平衡的状况时，在第二压缩机经 历喘振之前阻塞穿过第一压縮机的气流。例如，该方法可包括响应空气总流量限制增压压 力，其中所述阻塞限制通过第二压缩机的流量的进一步减少，从而减少了喘振的可能。
通过这种方式，双涡轮增压器系统第一压缩机的阻塞极限导致的流量极限可用于抑制 第二压缩机进入喘振状况。例如，由于第一压缩机提供的流量增加至其阻塞极限，总流量 限制了第二压縮机提供的流量的任何进一步减少。因此，通过将增压压力限制至适当的基 于提供给发动机的进气总流量的函数的水平，可以减少或消除单侧压缩机喘振。
应注意，有多种方法用以调整和/或限制增压压力，包括例如调整和/或限制相应的压 缩机增压比。

图l显示了包括双涡轮增压器的发动机系统示例的示意描述。
图2显示了配置为车辆推进系统一部分的图l的发动机系统。
图3显示了描述用于控制双涡轮增压发动机系统的控制策略示例的流程图。
图4和5显示了压缩机图表示例。
图6A至6C详细显示了废气旁通阀驱动系统示例。
具体实施方式
图1显示了包括多缸内燃发动机110和双涡轮增压器120、 130的发动机系统100示 例的示意性说明。作为一个非限制示例，如图2所示，发动机系统100可作为用于车辆的 推进系统的一部分。发动机系统100可通过进气道140从空气源例如周围环境接收进气。 进气道140可包括空气过滤器156。至少一部分进气(MAF-1)可通过142处指示的进气 道140的第一分支被引导至涡轮增压器120的压缩机122，且至少一部分进气(MAF_2) 可通过144处指示的进气道140的第二分支被引导至涡轮增压器130的压縮机132。因此， 压缩机122和132可从共用源接收不同流量的进气。
可通过压缩机122压缩总进气的第一部分(MAF-1),其中可通过进气道146将其供 应至进气歧管160。因此，进气道142和146形成发动机空气进气系统的第一分支。类似 地，可通过压缩机132压缩总进气的第二部分(MAF-2),其中可通过进气道148将其供应 至进气歧管160。因此，进气道144和148形成发动机空气进气系统的第二分支。
如图1中所示，来自进气道146和148的进气可通过共用进气道149在到达进气歧 管160或之前重新结合，在该进气歧管处进气可被提供至发动机。通过这种方法，压缩机 122和132均可通过共用进气歧管向发动机提供进气。在一些示例中，进气歧管160可包 括进气歧管压力传感器182和/或进气歧管温度传感器183， 二者均与电子控制器108连 通。电子控制器108可包含总体上在190处指示的发动机控制系统的一部分。进气道149 可包括空气冷却器154和/或节气门158。控制系统可通过通信连接至控制器108的节气 门驱动器157调整节气门的位置。在稳态状况下，包括控制器108的控制系统190可调整 节气门158的位置以将发动机维持在基本恒定的扭矩输出，在一些示例中所述恒定的扭矩 输出可有效地等效于恒定的空气流速。因此，可控制节气门158以改变提供给发动机的空 气流速以调整发动机响应于控制系统要求的扭矩水平或例如车辆操作者通过加速踏板要 求的扭矩水平产生的扭矩。
如图1中所示，可采用防喘振阀152以选择性地通过旁通道150绕过涡轮增压器120 和130的压缩机阶段。作为一个示例，当压缩机上游的进气压力相对于压缩机下游的压力 达到阈值时，防喘振闽152可打开以使气流可穿过旁通道150。
发动机110可包括多个汽缸，图1中在20A和20B显示了其中的两个。应注意，在 一些示例中，发动机110可包括多于两个的汽缸，例如4个、5个、6个、8个、10个或 更多个汽缸。这些多个汽缸可相等分隔并与汽缸20A和20B中的一个同轴设置以形成V型配置。在一些示例中汽缸20A和20B以及发动机其它汽缸可以相同并可包括相同的部件。 这样，将仅详细描述汽缸20A。
汽缸20A包括由燃烧室壁24A界定的燃烧室22A。活塞30A可移动地放置在燃烧室 22A中并通过曲柄臂32A连接至曲轴34。曲轴34可包括速度和/或位置传感器181。传感 器181可与控制系统190连通以提供发动机转速和/或旋转位置的指示。汽缸20A可包括 火花塞70A用于向燃烧室22A释放点火火花。然而，在一些示例中，例如在发动机110 配置以通过压缩点火提供燃烧的情况下，可以省略火花塞70A。燃烧室22A可包括燃料喷 射器60A,在本示例中其配置为基于气道的燃料喷射器。然而，在其它示例中，燃料喷射 器60A可配置为缸内直接喷射器。
汽缸20A可进一步包括至少一个通过进气门驱动器42A驱动的进气门40A和至少一 个通过排气门驱动器52A驱动的排气门50A。汽缸20A可包括两个或更多进气门和/或两 个或更多排气门以及相关联的气门驱动器。在本具体例中，驱动器42A和52A配置为凸轮 驱动器，然而在其它示例中可使用电磁气门驱动器(EVA)。可运转进气门驱动器42A以打 开和关闭进气门40A以允许进气通过与进气歧管160相连通的进气道162进入燃烧室22A。 类似地，可运转排气门驱动器52A以打开和关闭排气门50A以将燃烧产物从燃烧室22A 排入排气道166。通过这种方法，可通过进气道162向燃烧室22A供应进气并通过排气道 166从燃烧室22A排出燃烧产物。
应了解，汽缸20B或发动机110的其它汽缸可包括与如上所述的汽缸20A相同或相 类似的部件。因此，可通过进气道164向燃烧室22B供应进气并通过排气道168从燃烧室 22B排出燃烧产物。请注意，在一些示例中，包括汽缸20A以及其它汽缸的发动机110的 第一汽缸组可通过共用排气道166排出燃烧产物，且包括汽缸20B以及其它汽缸的发动机 110的第二汽缸组可通过共用排气道168排出燃烧产物。
发动机110通过排气道166排出的燃烧产物可被引导通过涡轮增压器120的排气涡 轮124，该涡轮可随即通过轴126向压缩机122提供机械功，从而进一步提高提供给发动 机汽缸的增压压力。类似地，通过排气道168排出的燃烧产物可被引导通过涡轮增压器 130的排气涡轮134,该涡轮可随即通过轴136向压缩机132提供机械功，从而进一步提 高提供给发动机汽缸的增压压力。
在一些示例中，涡轮124和134可具有一定大小以在多种不同运转状况下向其各自 的压缩机传输合适水平的功。在一些状况下，例如更高的发动机扭矩的状况下，可向涡轮 供应比提供所要求增压压力所需排气更多的排气。因此，涡轮124可包括涡轮旁通道123 和废气旁通阀128, —旦达到增压压力阈值或相应的压縮机增压比便打开该废气旁通阀以 便过多的排气能量可通过涡轮旁通道转移，从而将增压压力和相应的压缩机增压比限制在 特定值或值的范围。类似地，涡轮134可包括涡轮旁通道133和废气旁通阀138。
废气旁通阀128和138的位置可由各自的驱动器129和139控制。请注意这些驱动 器可为机械控制、电子控制、或可使用机械控制和电子控制的组合。图1显示了机械废气旁通阀驱动系统的一个非限制示例，其在图6A中有详细显示。然而，在其它示例中，可 替代地使用图6B和6C的废气旁通阀驱动系统而非图1和图6A中展示的系统。
参考图1中的废气旁通阀驱动系统示例，气门121可通过定位在一个压縮机上游的 通道191和通过定位在该压缩机下游的通道192接收空气压力。通过气门121混合从各个 通道191和192接收到的空气压力以得到指示在193处的第三通道中的混合空气压力。在 本例中，如控制信号196所指示，控制器108可响应于发动机独立排气流之间压力差的指 示调整各个通道191和192提供给通道193的空气压力的比例。例如，如195处所指示， 压差指示器194可将排气道166和168之间的压力差提供给控制器108。 194指示的其各 自涡轮增压器上游的排气道之间的压力差也可指示涡轮增压器之间的速度差。响应于压力 差或相应的涡轮增压器之间速度差的指示，控制系统可利用削弱控制(counteracting control)来减少压力差。削弱控制可包括偏置废气旁通阀驱动系统(在每个废气旁通阀 使用独立的驱动系统的情况下)，这样排气流之间的压力差趋向于零。例如，控制系统可 相对于一个废气旁通阔提高或降低用于另一个废气旁通阀的驱动压力以减少压力差，从而 减小涡轮增压器之间相应的速度差。
如将参考图6A详细描述的，空气通道193可与驱动器129和139连通。因此，通过 监测其各自涡轮上游的排气流的压力差，控制器108可将每个废气旁通阀128和138控制 在由各个压缩机提供的共用增压压力。然而，在其它示例中，每个废气旁通阀可具有其自 己的如图6A至6C中所示的废气旁通阀驱动系统以使废气旁通阀驱动的设置点能相对于另
一废气旁通阀的设置点独立调整。例如，与第一涡轮旁通关联的第一废气旁通阀可包括如 图6A至6C中的一个所示的第一废气旁通阀驱动系统，同时与第二涡轮旁通关联的第二废
气旁通阀可包括如图6A至6C中的一个所示的第二废气旁通阀驱动系统,该第二废气旁通 阀驱动系统可与第一废气旁通阀驱动控制器相似或不同。此外，在一些示例中，第一和第 二废气旁通阀的废气旁通阀驱动系统可共用一些通用部件。例如，参考图6B,独立的废 气旁通阀驱动系统可利用646处指示的共用或共享的真空容器。下面将详细描述图6A至 6C中所示的多种废气旁通阀驱动系统。
这样，流过排气道166的排气中的一些或全部可由废气旁通阀128控制通过涡轮旁 通道123绕过涡轮124。废气旁通阀128的位置可由驱动器129控制。通过增大废气旁通 阀128的开口，可增加绕过涡轮的排气流的量，从而减少提供给压缩机122的功或动力的 量。这样，通过增大废气旁通阀128的开口可以降低由压缩机122提供给发动机的进气的 增压压力和/或体积流量，而减小废气旁通阀128的开口可以增大由压缩机提供的体积流 量和/或增压压力。
类似地，可引导发动机110通过排气道168排出的燃烧产物通过涡轮增压器130的 排气涡轮134,该涡轮可通过轴136向压缩机132提供机械功以便向穿过发动机进气系统 第二分支的进气提供压缩。通过驱动器139调整废气旁通阀138的位置，可以控制排气通 过旁通道133以绕过涡轮134。通过增大废气旁通阀138的开口，可增加绕过涡轮的排气流的量，从而减少提供给压縮机132的功或动力的量。这样，通过增大废气旁通阀138 的开口，可降低压缩机132提供给发动机的进气的增压压力和/或体积流量，而减小废气 旁通阀138的开口可增大压缩机提供的体积流量和/或增压压力。在一些例子中，可将废 气旁通阀128和138控制至共同增压压力或压縮机增压比以及共同体积流量,从而使压缩 机平衡。
现在参考图6A,显示了图1中所示的废气旁通阀驱动系统示例的更详细的视图。压 缩机604和相关联的涡轮606通过轴608机械连接。进气可通过进气道610被压缩机接收， 在压缩机处进气可通过通道612被排出并被提供至设置在下游的发动机。发动机产生的排 气可通过排气道614被涡轮接收，在此处排气可通过排气道618被排出。穿过涡轮的排气 中含有的能量可在608处转换为轴的功用于旋转压缩机。可替代地，可通过旁通道616 绕过涡轮转移一些或全部废气流。所述旁通道可包括在632处指示的废气旁通阀，可通过 驱动器630调整该废气旁通阀以打开或关闭旁通道。因此，图6A显示了如可作为涡轮增 压器120或130在图1中使用的涡轮增压器示例。
可在气门620处通过通道624和622接收空气，在气门处可响应从控制器602接收 的控制信号628将空气混合并通过通道626向驱动器630提供混合空气压力。作为一个例 子，气门620可包括可由控制器602调节的比例阀。驱动器630可包括支持连接至废气旁 通闽632的柔性膜片634的弹簧636。通过改变提供给该柔性膜片第一侧面的空气压力， 可调整废气旁通阀632的位置以打开或关闭旁通道616。例如，气门620可用作为图1中 的气门121，而驱动器630可用作为图1中的驱动器129或139。通过这种方法，电子控 制器可调整废气旁通阀的位置以提高或降低压缩机提供的增压压力。此外，通过选择比例 阀的位置设定点，控制系统(例如包括控制器602 )可设置废气旁通阀压力设定点，在该 设定点废气旁通阀打开以限制压缩机增压压力和相应的通过压缩机的增压比。请注意，在 一些示例中，各个废气旁通阀可包括其自己的废气旁通阀驱动系统以便能够对于各个废气 旁通阀设置独立的增压压力。因此，在涡轮增压器之间发生不平衡的情况下，控制系统可 通过相对于其它废气旁通阀增加或降低一个废气旁通阀的压力设定点(例如通过改变气门 620的设定)作出响应以减少不平衡。
图6B显示了图1和图6A中所示的废气旁通阀驱动系统的替代示例。在该示例中， 如控制信号642所指示，639处指示的控制器可配置用于调整第二气门640以改变提供给 柔性膜片634第二侧面的空气压力以便能够对废气旁通阀增压压力设定点做出更大的调 整。例如，气门640可从环境源和真空存储容器646接收空气压力。容器646也可用于向 644处指示的动力制动器提供真空。请注意，在一些各个废气旁通阀128、 138均具有其 自己的废气旁通阀驱动系统(例如，如图6B中所示)的情况下的示例中，各个驱动系统 可共用一个共用真空存储容器。通过单向止回阀648与进气歧管650连通可在容器646 中产生真空。作为一个示例，歧管650可用作为图1的歧管160。通过调整通过气门640 的环境空气和真空的比例，可以增大或减小通过通道638提供给膜片第二侧面的混合空气压力。
控制器可通过调整膜片各侧面之间的相对压力差来选择压缩机提供的增压压力。例 如，控制器可通过藉由相对于通道626提供的压力增大通道638提供给驱动器630的压力 来增大废气旁通闽的压力设定点，以增大压縮机提供的增压压力。同样，控制器可通过藉 由相对于过通道626提供的压力降低通道638提供给驱动器630的压力来降低废气旁通阀
的压力设定点，以降低压缩机提供的增压压力。由于可以独立调整柔性膜片各侧面的压力， 通过这种方法，图6B中所示的废气旁通阀驱动系统可以做出比图6A的系统更大的增压压 力设定点的选择。
图6C显示了电子控制旁通阀驱动系统。在本示例中，控制器641可通过改变提供给 螺线管664的线圈662的电能的量调整废气旁通阀632的位置。可替代地，取代螺线管驱 动系统，驱动器660可包括电子控制伺服电机或其它合适的电子或电磁驱动装置。不考虑 具体配置，应了解，图1的控制系统190可配置用于通过利用废气旁通阀的调整将每个压 缩机提供的增压压力限制在增压压力选择的目标增压压力和相应的压缩机增压比。请注 意，各个废气旁通阀可包括自己的如图6C中所示的驱动系统以激活废气旁通阀驱动设定 点的独立控制，从而使各个压缩机速度能够独立调整。
在一些示例中，排气涡轮124和134可以配置为可变几何涡轮，借此可使用关联的 驱动器125和135调整涡轮叶轮片的位置以改变从排气流获得并给予各自压缩机的动力的 水平。例如，控制系统可配置用于通过其各自的驱动器125和135独立地改变排气涡轮 124和134的几何形状。
由一个或多个包括汽缸20A的汽缸通过排气道166排出的燃烧产物可通过排气道170 被引导至周围环境。排气道170可包括例如排气后处理装置(例如催化剂174)和一个或 多个在184和185处指示的排气传感器。类似地，由一个或多个汽缸通过排气道168排出 的燃烧产物可通过排气道172被引导至周围环境。排气道172可包括例如排气后处理装置 (例如催化剂176)和一个或多个在186和187处指示的排气传感器。排气传感器184、 185、 186和/或187可与控制系统190连通。在其它示例中，排气道170和172可重新结 合。
发动机系统100可包括与控制系统190的控制器108连通的多种其它传感器，包括 环境空气温度传感器和环境空气压力传感器。控制系统190可包括一个或多个至少包括控 制器108的发动机系统控制器，且其每个均可配置用于与此处描述的多种传感器和驱动器 相连通。作为一个示例，控制器108可包括用于发送和接收多个传感器和驱动器的电子信 号的输入/输出接口、在102处指示的中央处理器单元、在104处指示的存储器(例如随 机读写存储器MM、只读存储器ROM、保活存储器KAM),其均通过数据总线通信。在一些 示例中控制器108可包括比例积分微分(PID)控制器。然而，应了解，本领域技术人员
根据本发明能了解可使用其它合适的控制器。
控制系统190的控制器108可通过一个或多个用户输入装置接收车辆操作者输入的指示。例如，加速踏板112可包括提供如车辆搡作者114搡作的加速踏板位置的指示的加 速踏板位置传感器113。类似地，包括传感器115的变速器档位选择器116可提供车辆操 作者选择的变速器档位的指示。
控制系统190的控制器108可配置用于在单个汽缸基础上改变发动机的一个或多个 运转参数。例如，控制系统可通过利用可变凸轮正时(VCT)驱动器调整气门正时，通过 改变提供点火信号给火花塞的时间调整点火正时，和/或通过改变控制系统提供给燃料喷 射器的燃料喷射信号的脉宽调整燃料喷射正时及喷射量。
图2显示了配置为车辆推进系统200的一部分的图1的发动机系统。特别地，图2 显示了经由发动机系统100的曲轴34的机械输出是如何通过变速器210被提供给车辆的 至少一个与地面230接触的驱动轮220。变速器210可响应控制系统或车辆操作者选择的 齿轮比在变速器的输入轴34和输出轴240之间提供可选择的齿轮比。作为一个示例，变 速器210可包括多个不连续的齿轮比。作为另一个示例，变速器210可以为可使齿轮比在 接近无数个不同齿轮比之间改变的无级变速器。控制系统190可与变速器210相连通以选 择变速器提供的齿轮比以及从发动机系统100接收运转状况信息并向发动机系统提供驱 动信号。
图3显示了描述了用于控制双涡轮增压发动机系统的控制策略示例的流程图。在 310,可以识别发动机系统的运转状况。例如，控制系统可获得一个或多个下列运转状况 的指示发动机转速、车辆速度、包括选择的齿轮或齿轮比的变速器状态、环境状况例如 环境空气温度和大气压力、以及通过车辆控制例如加速踏板112或变速器档位选择器116 传达的车辆操作者需求，以及其它合适的运转状况。
在312,可基于在310识别的运转状况选择目标增压压力和目标体积流量。增压压 力可代表压缩机下游的进气系统中的进气压力。因此，增压压力是压缩机输出处的压力。 体积流量是提供给发动机(例如通过通用进气歧管160)的进气的总体积流量。
可响应车辆操作者要求的用于特定发动机转速的扭矩水平选择目标体积流量。通过 增大提供给发动机的进气的体积流量，可以增大发动机产生的扭矩的量。相反地，通过减 少提供给发动机的进气的体积流量，可以降低发动机产生的扭矩的量。作为一个示例，控 制系统可基于存储在存储器中的査值表、控制图表或运算法响应于在310识别的运转状况 选择目标体积流量。
可响应包括现有体积流量或在312选择的目标体积流量的多种运转状况选择目标增 压压力。作为一个非限定示例，可选择目标增压压力，这样具有更高体积流量的第一压缩 机需要在双涡轮增压发动机系统的第二压縮机达到其喘振极限之前达到阻塞极限。
在图1的双涡轮增压发动机系统中，双涡轮增压器向共用进气歧管并行提供增压进 气。因此，提供给发动机的总体积流量与第一压缩机(例如压缩机122)的体积流量和第 二压縮机(例如压缩机132)的体积流量之和相等。当涡轮增压器不平衡时，第一压缩机 的体积流量的减少由第二压缩机的体积流量相对应的增加而弥补。此外，取决于由压缩机提供增压气流的共用进气歧管和压缩机提取进气的共用环境空气源,各个压缩机提供的增 压压力以及由此穿过各个压缩机的增压比基本上相同。
也参考图4,显示了压缩机示例的图表。在该特殊示例假定中，通过其各自的废气 旁通阀控制器将压縮机控制在稳定的增压压力。压縮机提供的增压压力可通过下列方程与 压縮机增压比相关联
压缩机增压比=增压压力/大气压力
因此，在恒定的大气压力下，增压压力与增压比等效，如在图4的图表的垂直轴上 所指示。在控制废气旁通阀将增压压力保持在基本上定值时，压缩机增压比也处于定值。 例如，如图4中所示，在410处的水平线代表了 1.8的压縮机增压比。请注意，不需要将 增压压力及由此压缩机增压比控制在定值,而可以由控制系统响应改变运转状况例如车辆 操作者的需求对其进行改变。
在控制节气门以将发动机进气的体积流量保持在基本上定值的情况下，体积流量可 由图4的图表上的垂直线来表示，如在420所指示。请注意，不需要将增压压力及由此压 缩机增压比控制在定值，而可由控制系统响应改变的运转状况例如车辆操作者的需求对其 进行改变。
在涡轮增压器在特定增压压力或压缩机增压比下平衡(例如向发动机提供基本上体 积相当的气流)的状况下，各个压缩机将运转在线条410和420的交叉点上，该交叉点在 本例中显示在450。然而，在涡轮增压器不平衡的状况下，涡轮增压器中的一个可比另一 个涡轮增压器提供更高的体积流量。如上面所描述,对于提供给发动机的给定总体积流量， 涡轮增压器压缩机的并行设置确保第一压縮机体积流量的下降会导致第二压缩机体积流 量的相应上升。图4显示了如在运行点430处指示的提供了较低体积流量的第一压縮机和 如在运行点440处指示的提供了较高体积流量的第二压缩机的示例。因此，在图4的图表 沿水平线以线性方式显示体积流量的情况下，第一和第二压缩机的运行点必然关于线条 420产生的垂直轴对称。
图4的压缩机图表包括通过460处指示的喘振线与压缩机运转区域相分离的喘振区 域。图4的压缩机图表还包括通过470处指示的阻塞极限线与压缩机运行区域相分离的阻 塞极限区域。
在图4的示例中，运转点430代表的压缩机中的一个逼近喘振线460。当压缩机的 运转点到达喘振线或在喘振区域内时，压縮机可经历喘振或压缩机失速。在压缩机喘振时， 压縮机的转子叶片可失去其提升能力，这会导致提供给发动机的体积流量进一步下降，可 增大压缩机噪音，并会使压缩机损坏或劣化。此外，并行双压縮机中的一个的喘振会导致 振荡性喘振状况发生在另一个压縮机中，其也会使发动机性能劣化并导致发动机噪音、振 动和声振粗糙度(NVH)。与喘振区域相反，当压缩机的运转点达到阻塞极限线时，可物理 约束压缩机不向发动机提供任何额外进气。因此，对于给定的压缩机增压比或增压压力， 压缩机通常不能提供超过阻塞极限线的体积流量。因此，如可从图4中所示的示例所观测到的，因为体积流量的减少可由运转点440 代表的第二压缩机提供的体积流量的增加所补充,运转点430代表的压缩机可以继续降低 其体积流量直至其达到喘振线。相反地，图5显示了某种情况下的示例，在该种情况下， 选择用于给定体积流量的压縮机增压比及由此压縮机增压压力使得在提供较低体积流量 的压缩机(如530处所指示)的效率开始降低之前，提供较高体积流量的压缩机(如540 处所指示)被阻塞极限线470约東。因此，如果并行双压縮机提供的体积流量开始脱离 550处指示的流量平衡状况，提供较高流量的压缩机在另一个压缩机经历喘振之前达到其 机械阻塞极限。由于较高流量的压缩机在其达到其阻塞极限后不能进一步增加其流量，可 保护另一压缩机不发生喘振状况。通过这种方法，可以指令目标增压压力或压缩机增压比 使各个压缩机能够通过首先达到其阻塞极限来约東其他压缩机经历喘振。
返回图3，在314处，可通过将在312处选择的目标增压压力除以在310处识别的 大气压力以识别目标压縮机增压比。在316处，可调整节气门(例如节气门158)的位置 或开口以提供发动机处的目标体积流量。通过增大节气门开口可以增加体积流量，以及通 过减少节气门开口可以减少体积流量。例如，控制系统可响应于目标体积流量和提供给发 动机的进气的测量的或推断的体积流量之间的差距通过驱动器157调整节气门位置。控制
系统可基于从一些上述传感器接收到的反馈测量或推断体积流量。例如，控制系统可使用 发动机转速(例如通过传感器181)、进气歧管温度(例如通过传感器183)、进气歧管压 力(例如通过传感器182)、和/或沿进气系统组合流动区域的进气道设置的空气流量传感 器或可替代的两个均沿用于单涡轮加速器的进气道或排气道中的一个设置的空气流量传 感器的指示。
在318处，可识别用于目标体积流量的喘振阈值，其代表在其之上可发生压缩机喘 振的可选择的压縮机增压比或相应的增压压力。换句话说，喘振l萄值可代表在确保较高流 量的压縮机能在另 一压缩机经历喘振之前达到其阻塞极限的同时可利用的最大的增压压 力或压縮机增压比。作为一个非限制示例，控制系统可执行一种状况，其中保持目标压缩 机增压比(或目标增压压力)小于体积流量和温度修正因子的函数。例如，可用下列方程 式限制目标压缩机增压比
目标压缩机增践< f沐积缝* j——压縮:=度
因此，可由下列方程式代表喘振阈值
喘振阈值=f (体积流量* 、—— 进气温度
压縮机出口温度
上述方程的体积流量可包括提供给发动机的现有或实际体积流量或目标体积流量。 进气温度可从与控制系统连通的环境温度传感器或设置在压缩机上游的进气系统中的温 度传感器获得。压縮机出口温度可从进气温度、大气压力和/或压缩机的体积流量热力学推断出。在一些示例中，包括进气温度和出口温度的温度修正项可从该方程中省略，因为 温度修正可解决越过压缩机的温度差的微小效应。请注意，由于可选择确保较高流量压缩 机在另一压缩机可经历喘振之前达到其阻塞极限的合适的目标压縮机增压比或相应的目 标增压压力，可基于压缩机平衡(例如提供相似的空气体积流量)的假设执行上述方程。
在320处，可判断在314处识别的目标压缩机增压比或312处选择的相应的目标增 压压力是否比318处识别的喘振阈值低。换句话说，可判断如果有控制系统对其发出指令， 目标压缩机增压比(或实际增压比)是否会破坏喘振极限。如果目标增压比(或实际增压 比)比喘振极限低，则随后可在326处运转压縮机以达到目标增压压力及由此目标压缩机 增压比。随后程序可回到开始，这样可识别后续的运转状况并再次重复该程序。
图l所示的配置示例，控制系统可通过涡轮废气旁通阀的主动控制将压縮机控制在 其目标增压压力和相应的增压比。作为一个示例，可将每个废气旁通阀控制成不连续的通 用增压压力极限例如8psi或3psi。这样，在图4和5中所示的示例中，相应于选择的增 压压力极限的压缩机增压比可分别用水平线410和510代表。在使用机械废气旁通阀控制 器(例如控制器129)以限制增压压力的情况下，可选择弹簧/膜片以提供前述的增压压 力极限。然而，在其它示例中，可提供多个可选目标增压压力设定点。例如，机械废气旁 通阀控制器或控制器系统可包括如图6B中所示应用真空(例如来自真空存储容器)以偏
置机械废气旁通阀控制器的第二废气旁通阀真空/通风孔控制螺线管。通过这种方式，废 气旁通阀控制器可以像在312和314处选择的目标增压压力和相应的目标压缩机增压比所 引导的那样增加和/或降低316处的增压压力或压缩机增压比设定点。
返回图3,如果在320处判断目标增压比(或实际增压比)不比阻塞阈值低，则随 后程序可前进至322。在322处，可暂时运转压缩机以达到响应比阻塞阈值低的压缩机增 压比的增压压力。例如，控制系统可基于存储在存储器中的图表或查值表通过废气旁通阀 控制选择增压压力和相应的压缩机增压比极限。在324处，控制系统可指令变速器调低档 位或增加齿轮比以增加发动机转速,从而使可提供给发动机用于给定发动机扭矩和车辆速 度的体积流量能够增加。体积流量的增加可使增压压力和相应的压縮机增压比的选择或使 用更广，其中另一压縮机的阻塞极限可降低喘振。因此，在324处，控制系统可基于新的 发动机转速选择新的目标体积流量，如在312处先前描述的。
在324处可替换或可补充地，控制系统可打开防喘振阀152以便增加各个压缩机的 体积流量，从而将压缩机运转点移离压缩机喘振线并向压缩机阻塞线移动。打开防喘振阀 152可通过将气流的一部分在其进入发动机之前循环回压缩机上游侧来增加压缩机流量。 因此，通过选择地打开与压缩机气流并行的防喘振闽152，可增加压缩机气流而没有实质 上增加穿过发动机的空气流速，从而将系统偏置离开喘振线。由于废气旁通阀在该运转点 已限制了增压，分流一部分压缩机气流不会实质上降低提供给发动机的增压压力。
随后程序可返回316,在该处调整节气门以维持目标体积流量。在312处初始选择 的目标压缩机增压比和相应的目标增压压力可再次与在318处识别的用于最近增加的体积流量的更新的喘振阈值相比较。可替代地，程序可从324前进至310或其他合适的步骤 以选择新的目标增压压力和相应的目标压缩机增压比。通过这种方式，控制系统可选择合 适的增压压力用于给定的体积流量,这样较髙流量压缩机的阻塞极限可以抑制压缩机之间 流量的不平衡，从而降低或消除较低流量压縮机经历喘振的可能性。
请注意，此处包括的控制和估算程序示例可与多种发动机和/或车辆系统配置一起使 用。此处描述的具体程序可代表任意数量的处理策略(例如事件驱动、中断驱动、多任务、 多线程等)中的一个或多个。这样，可以以所说明的顺序、或并行实现所说明的多种行为、 运转或功能，或在一些情况下有所省略。同样，处理的顺序也并非达到此处所描述的实施 例的特征与优势所必需的，而只是为了说明及描述的方便。根据使用的具体策略，可重复 实现一个或多个说明的行为或功能。
此外，描述的行为可图示表现为编码以编程入发动机控制系统中的计算机可读存储 介质中。
应了解，此处公开的配置与程序实际上为示例性，且这些具体实施例不可认定为有 限制意义，因为可能存在多种变形。例如，上述技术可应用于V-6、 1-4、 1-6、 V-l2、对 置4缸、和其他发动机类型。本发明的主旨包括所有多种系统与配置以及其它特征、功能 和/或此处公开的性质的新颖且非显而易见的组合与子组合。
下列权利要求特别地指出了某些被认作新颖且非显而易见的组合与子组合。这些权 利要求可涉及"一个"元件或"第一个"元件或其类似。这种权利要求应理解为包括一个 或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多这种元件。可通过对本发明权利要 求的修正或通过在本申请或相关申请中表述新的权利要求对公开的特征、功能、元件和/ 或性质的其它组合和子组合要求保护。这种权利要求，无论更宽、更窄、相同、或与初始 权利要求范围不同，均被认为包括在本发明的主旨中。
权利要求
1. 一种运转包括具有与两个设置在独立进气道中的压缩机相连通的进气歧管的发动机的车辆推进系统的方法，该方法包含响应发动机消耗的空气总流量调整由第一压缩机和第二压缩机提供给发动机的增压压力，所述第一压缩机和第二压缩机共同运转以提供所述总流量；以及在第一压缩机和第二压缩机之间流量不平衡状况时，在第二压缩机经历喘振之前阻塞通过第一压缩机的流量。
2. 根据权利要求l所述的方法，在调整增压压力包括响应空气总流量限制增压压力， 在流量不平衡状况时通过第一压缩机的流量比通过第二压缩机的流量大，在所述阻塞限制 了通过第二压缩机的流量的进一步减少，并且在发动机系统的输出轴通过变速器连接至车 辆驱动轮的情况下，该方法进一步包含通过调整变速器的齿轮比调整总流量；并且响应 所述变速器齿轮比的调整调整增压压力极限。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述调整总流量包括通过增大齿轮比增加流量； 并且响应增大的齿轮比增大增压压力极限。
4. 根据权利要求l所述的方法，其中空气总流量包括进气的总体积流量。
5. 根据权利要求l所述的方法，其中第一压缩机固定连接至设置在发动机的第一排气流中的第一涡轮，第二压缩机固定连接至设置在发动机的第二独立排气流中的第二涡轮；所述方法进一步包含调整提供给第一涡轮的第一排气流的流量和调整提供给第二涡轮 的第二排气流的流量来限制提供给发动机的增压压力。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中通过调整设置在第一涡轮的第一旁通道中的第 一废气旁通阀的开口调整提供给第一涡轮的第一排气流的流量；且其中通过调整设置在第 二涡轮的第二旁通道中的第二废气旁通阀的开口调整提供给第二涡轮的第二排气流的流 量。
7. 根据权利要求l所述的方法，进一步包含通过调整沿第一压縮机和第二压縮机共用的发动机进气道设置的节气门的开口调整总流量；且响应节气门的开口增大增压压力极限。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中通过调整提供给沿发动机第一渦轮旁通道设置的第一废气旁通阀驱动器的第一真空压力和通过调整提供给沿发动机第二涡轮旁通道设 置的第二废气旁通阀驱动器的第二真空压力增大增压压力极限。
9. 一种车辆推进系统，包含 具有多个汽缸的内燃发动机； 与多个汽缸相连通的共用的空气进气歧管； 具有与空气进气歧管相连通的第一端部的第一空气进气道； 沿第一空气进气道设置的第一压缩设备； 具有与空气进气歧管相连通的第一端部的第二空气进气道； 沿第二空气进气道设置的第二压缩设备，所述第一压缩设备和第二压缩设备从共用的空气源接收空气进气；和包括含有指令的存储器的控制系统，所述指令可执行以控制第一压缩设备和第二压缩设备以基于发动机消耗的空气的体积流量限制提供给 发动机进气歧管的增压压力的水平。
10. 根据权利要求9所述的系统，其中第一空气进气道的第二端部和第二空气进气道 的第二端部在共用进气道的第一端部处结合,所述共用进气道具有与环境空气源相连通的第二端部。
11. 根据权利要求9所述的系统，进一步包含沿将第一空气进气道的第一端部和第二 空气进气道的第一端部连接至空气进气歧管的共用进气道设置的节气门；且其中所述控制 系统进一步配置用于调整节气门的开口以调整发动机消耗的空气的体积流量。
12. 根据权利要求9所述的系统，进一步包含车辆驱动轮和变速器，其中发动机的输 出轴通过变速器连接至车辆驱动轮，且其中所述控制系统进一步配置用于响应于压缩机喘 振的指示通过增大变速器的齿轮比来增大发动机消耗的空气的总体积流量；且其中控制系 统进一步配置用于响应于变速器齿轮比的增大来增加增压压力的水平。
13. 根据权利要求9所述的系统，进一步包含配置用于打开以将第一涡轮下游的第一 空气进气道与第一空气进气道的第二端部通信连接和将第二涡轮下游的第二空气进气道 与第二空气进气道的第二端部通信连接的防喘振阀；且其中控制系统进一步配置用于通过 选择性地打开防喘振阀增大流动通过第一压缩机和第二压缩机的空气的体积流量而不实 质上增大发动机消耗的空气的总体积流量。
14. 根据权利要求9所述的系统，进一步包含连接至多个发动机汽缸第一部分的第一排气道；连接至多个发动机汽缸第二部分的第二排气道；沿所述第一排气道设置并与所述第一压缩设备旋转连接的第一排气涡轮；沿所述第二排气道设置并与所述第二压缩设备旋转连接的第二排气涡轮;且其中所述控制系统进一步配置用于限制提供给第一排气涡轮的排气的第一流量和提供给第二排气涡轮的排气的第二流量以限制提供给发动机进气歧管的增压压力的水平。
15. 根据权利要求14所述的系统，进一步包含绕过第一排气涡轮的第一旁通道；沿 第一旁通道设置的第一废气旁通阀；绕过第二排气涡轮的第二旁通道；沿第二旁通道设置 的第二废气旁通阀；且其中控制系统配置用于通过增大第一废气旁通阀的开口来限制第一 流量，并配置用于通过增大第二废气旁通阀的开口来限制第二流量。
16. 根据权利要求15所述的系统，进一步包含配置用于提供第一排气涡轮上游的第 一排气道和第二排气涡轮上游的第二排气道之间压力差的指示的差压传感器;且其中控制 系统进一步配置用于通过相对于提供给第二废气旁通阀的驱动器的第二真空压力调整提 供给第一废气旁通阀的驱动器的第一真空压力来降低差压传感器指示的压力差。
17. —种运转包括通过第一涡轮增压器的第一压缩机和第二涡轮增压器的第二压縮 机从共用环境空气源接收空气进气的内燃发动机的双涡轮增压发动机系统的方法，所述第 一压縮机与设置在排气系统第一分支内的第一排气涡轮旋转连接，且所述第二压縮机与设 置在排气系统独立第二分支内的第二排气涡轮旋转连接，所述方法包含-.在较高体积流量的进气下运转发动机的同时第一压缩机和第二压缩机之间的第一流 量不平衡状况时,在第二压缩机经历喘振之前通过选择性地打开第一排气涡轮和第二排气 涡轮的旁通废气旁通阀阻塞第一压縮机以将第一压缩机和第二压缩机提供给发动机的增 压压力限制在较高水平；以及在较低体积流量的进气下运转发动机的同时第一压縮机和第二压缩机之间第二流量 不平衡状况时,在第二压缩机经历喘振之前通过选择性地打开第一排气涡轮和第二排气涡 轮的旁通废气旁通阀阻塞第一压縮机以将第一压缩机和第二压缩机提供给发动机的增压 压力限制在较低水平。
18. 根据权利要求17所述的方法，进一步包含调整沿第一压缩机和第二压缩机共用 的发动机进气道设置的节气门以在较高值和较低值之间调整进气的体积流量。
19. 根据权利要求17所述的方法，进一步包含调整变速器的齿轮比以在较高值和较 低值之间调整进气的体积流量。
20.根据权利要求17所述的方法，其中将增压压力限制在较低水平包括向每个涡轮 旁通废气旁通阀的驱动器的柔性膜片提供第一真空压力；且其中将增压压力限制在较高水 平包括向每个涡轮旁通废气旁通阀的驱动器的柔性膜片提供第二真空压力，所述第一真空 压力与所述第二真空压力不同。
全文摘要
本发明涉及带有降低的压缩机不均衡和喘振的双涡轮增压发动机。作为一个示例，本发明提供了一种运转包括具有与两个设置在分开的进气道中的压缩机相连通的进气歧管的发动机的车辆推进系统的方法。该方法包括响应发动机消耗的空气的总流量限制由第一和第二压缩机提供给发动机的增压压力，所述第一和第二压缩机共同协作以提供所述总流量；且在第一和第二压缩机流量不平衡状况时阻塞具有较高流量的第一压缩机以在第二压缩机经历喘振之前限制通过第二压缩机的进气的流量进一步降低。本发明提供的系统和方法可以减少或消除单侧压缩机喘振。
文档编号F02B37/12GK101424211SQ20081017518
公开日2009年5月6日 申请日期2008年10月28日 优先权日2007年10月30日
发明者罗斯·戴克斯特拉·珀西富尔 申请人:福特环球技术公司