用于电动涡轮增压器的方法和系统与流程

本说明书总体上涉及使用电动涡轮增压器来调整进气通道压力和排气通道压力。

背景技术：

减少尾气排放可能是汽车行业制造商的共同目标。随着排放标准的不断提高，技术可能会不断改进以满足标准。可能需要降低基于现行标准的尾气排放，以满足未来的法规要求。以前减少冷起动排放的方法包括开发能够在较低温度下快速升温和起燃的催化器，以及优化发动机冷起动条件以尽可能快地将热量传递给催化器。然而，即使催化器快速起燃，在冷起动期间仍然存在一段时间，这段时间内催化器温度不足以转换排放物质。

一些方法利用电加热器直接加热催化器。然而，这些方法可能需要布置在车辆上的额外能量存储装置。另外或替代地，这种系统需要电加热器与能量存储装置之间的额外电连接，由于发动机的复杂封装，这些电连接布线可能比较困难。这种电加热器及其布线由于其周围的高温环境可能容易劣化。

在其他方法中，可将背压阀引入排气通道。背压阀可在冷起动期间增加背压。例如，leone等人的美国专利第9,624,855号教导了一种布置在催化器下游的背压阀。可在冷起动期间激活该阀以增加排气背压，这可允许催化器在排放物释放到大气之前达到起燃温度。

然而，本文中的发明人已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，这种阀增加了封装限制，并且由于现代发动机系统的紧凑封装而可能难以安装。此外，除了增加排气背压之外，这种阀可能不会提供其他功能。最后，背压阀还需要其自身的布线和与车辆的控制器和能量存储系统的连接。

技术实现要素：

在一个示例中，可通过一种方法来解决上述问题，所述方法包括确定发动机冷起动并且使电动涡轮增压器的涡轮沿反向方向旋转以增加排气背压，所述涡轮经由轴机械地联接到压缩机。以这种方式，所述涡轮和所述压缩机沿反向方向旋转，使得排气背压增加并且进气歧管真空增加。

作为一个示例，增加进气歧管真空可使一个或多个真空消耗装置的真空增加。通过协同地利用涡轮的反向旋转使压缩机也反向旋转，随着催化器经由增加的排气背压被加热，可补充真空。另外，涡轮和压缩机可用于在冷起动之外的发动机工况期间调整进气压力。例如，如果歧管绝对压力(map)增加到大于期望范围上限的map，则涡轮以及因此压缩机可反向旋转以减小map。这可增加排气背压，然而，调整涡轮的转速，使得在冷起动之外的发动机工况期间可承受排气背压，从而不会不利地影响燃烧稳定性。

应当理解，提供以上发明内容部分是为了以简化的形式介绍将在具体实施方式部分中进一步描述的一系列概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决以上或本公开中任何部分所指出的任何缺点的实现方式。

附图说明

图1示出了混合动力车辆的发动机。

图2a和图2b分别示出了电动涡轮增压器的正向旋转和反向旋转操作。

图3示出了用于操作电动涡轮增压器的方法。

图4示出了说明图3的方法的图形表示的曲线图。

具体实施方式

以下描述涉及用于电动涡轮增压器的系统和方法。电动涡轮增压器可包括在包括发动机的混合动力车辆中，诸如图1的混合动力车辆。

在一些示例中，电动涡轮增压器包括机械联接到压缩机的电动涡轮。涡轮和压缩机被示出为沿图2a中的正向方向旋转。当涡轮和压缩机沿正向方向旋转时，增压空气可流向发动机。因此，排气背压可能不会增加，并且可能不会产生歧管真空。然而，当涡轮和压缩机沿与正向方向相反的反向方向旋转时，排气背压可能增加并且可能产生歧管真空，如图2b所示。因此，当涡轮和压缩机沿反向方向旋转时，增压空气可能不会流向发动机。涡轮和压缩机可在冷起动和其他发动机工况期间沿反向方向旋转，如图3的方法所示。图4示出了方法300的图形表示，包括调整涡轮的转速以调整歧管压力和/或排气背压。

图1、图2a和图2b示出了示例配置与各种部件的相对定位。如果被示出为彼此直接接触或直接联接，那么至少在一个示例中这类元件可以分别被称为直接接触的或直接联接的。类似地，被示出为彼此相连或邻近的元件至少在一个示例中可以分别是彼此相连的或邻近的。例如，彼此处于共面接触中的部件可以称为共面接触。又例如，在至少一个示例中，可以将被定位成彼此分开且仅在其间具有间隔而没有其他部件的元件称为共面接触。再例如，被示为在彼此的上方/下方的、在彼此相对的两侧或在彼此的左侧/右侧的元件可以被称为相对于彼此共面接触。此外，如图所示，在至少一个示例中，最顶部元件或元件的最顶点可以被称为部件的“顶部”，而最底部元件或元件的最底点可以被称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于附图的竖直轴线而言的，并且用于描述附图中的元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，被示出在其他元件上方的元件在竖直方向上位于其他元件上方。作为又一个示例，图中描绘的元件的形状可以被称为具有这些形状(例如，圆形的、直线的、平面的、弯曲的、圆滑的、倒角的、成角度等)。此外，在至少一个示例中，所示的彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。此外，在一个示例中，显示在另一个元件内或显示在另一个元件外的元件可以被称作如是。应当理解，被称为“基本相似和/或相同”的一个或多个部件根据制造公差(例如，在1％至5％的偏差内)而彼此不同。

图1描绘了由车辆5的发动机系统7包括的内燃发动机10的气缸的示例。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统和车辆驾驶员130经由输入装置132的输入来控制。在该示例中，输入装置132包括加速踏板和用于产生成比例的踏板位置信号pp的踏板位置传感器134。发动机10的气缸14(其在本文也可称为燃烧室)可包括燃烧室壁136，活塞138位于其中。活塞138可联接到曲轴140，使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由传动系统联接到乘用车的至少一个驱动轮。此外，起动机马达(未示出)可以经由飞轮联接到曲轴140，以实现发动机10的起动操作。

气缸14可以经由一系列进气通道142、144和146接收进气。除了气缸14之外，进气通道146还可以与发动机10的其他气缸连通。图1示出了被配置有涡轮增压器175的发动机10，所述涡轮增压器包括布置在进气通道142和144之间的压缩机174，以及沿着排气通道148布置的排气涡轮176。压缩机174可至少部分地由排气涡轮176经由轴180提供动力。包括节流板164的节气门162可以沿发动机的进气通道设置，以改变提供给发动机气缸的进气的流率和/或压力。例如，节气门162可以定位在压缩机174的下游，如图1所示，或可替代地，可以设在压缩机174的上游。

除了气缸14之外，排气通道148还可以接收来自发动机10的其他气缸的排气。排气传感器128显示为联接到在排放控制装置178上游的排气通道148。传感器128可以选自下列各种合适的传感器以提供排气空燃比的指示，例如，线性氧传感器或uego(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或ego(如所描绘的)、hego(加热ego)、nox、hc或co传感器。排放控制装置178可以是三元催化器(twc)、nox捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。

发动机10的每个气缸可以包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，气缸14被示为包括位于气缸14的上部区域处的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些示例中，发动机10的每个气缸(包括气缸14)可以包括位于气缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。

进气门150可以通过控制器12经由致动器152来控制。类似地，排气门156可以通过控制器12经由致动器154来控制。在一些状态期间，控制器12可以改变提供给致动器152和154的信号以控制相应的进气门和排气门的打开和关闭。进气门150和排气门156的位置可以由相应的气门位置传感器(未示出)来确定。气门致动器可以是电动气门致动型、凸轮致动型或者其组合。可以同时控制进气门和排气门正时，或者可以使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时这些可能配置中的任一种。每个凸轮致动系统都可以包括一个或多个凸轮，并可以利用凸轮廓线变换系统(cps)、可变凸轮正时(vct)、可变气门正时(vvt)和/或可变气门升程(vvl)系统中的一个或多个系统，其可以由控制器12操作以改变气门操作。例如，气缸14另选地可包括通过电动气门致动来控制的进气门以及通过包括cps和/或vct的凸轮致动来控制的排气门。在其他示例中，进气门和排气门可以由共同的气门致动器或致动系统或者可变气门正时致动器或致动系统控制。

气缸14可以具有压缩比，该压缩比是当活塞138处于下止点与处于上止点时的容积比。在一个示例中，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在一些使用不同燃料的示例中，可以增加压缩比。例如，当使用较高辛烷值的燃料或具有较高潜在汽化焓的燃料时，可能发生这种情况。如果由于直接喷射对发动机爆震的影响而使用直接喷射，则压缩比也可以增加。

在一些示例中，发动机10的每个气缸都可以包括用于引发燃烧的火花塞192。在选定操作模式下，点火系统190可响应于来自控制器12的火花提前信号sa而经由火花塞192向气缸14提供点火火花。然而，在一些实施例中，可以省略火花塞192，诸如在发动机10可以通过自动点火或通过喷射燃料(如一些柴油发动机的情况)来引发燃烧的情况下。

在一些示例中，发动机10的每个气缸可以配置有用于向其提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例，气缸14被示为包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166和170可以被配置为输送从燃料系统8接收的燃料。燃料系统8可以包括一个或多个燃料箱、燃料泵和燃料轨。燃料喷射器166被示出为直接联接到气缸14，以用于与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号的脉冲宽度fpw-1成比例地直接在气缸中喷射燃料。以这种方式，燃料喷射器166向燃烧气缸14中提供所谓的燃料直接喷射(在下文中称为“di”)。虽然图1示出了喷射器166位于气缸14一侧，但是该喷射器可以可选地位于活塞的顶部，诸如靠近火花塞192的位置。由于一些醇基燃料的挥发性较低，当用醇基燃料操作发动机时，这样的位置可以促进混合和燃烧。可替代地，喷射器可以位于顶部并接近进气门以促进混合。燃料可以经由高压燃料泵和燃料轨从燃料系统8的燃料箱输送到燃料喷射器166。此外，燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感器。

燃料喷射器170被示为布置在进气通道146中而不是在气缸14中，其配置为向气缸14上游的进气道中提供所谓的进气道燃料喷射(下文中称为“pfi”)。燃料喷射器170可以与从控制器12经由电子驱动器171接收的信号fpw-2的脉冲宽度成比例地喷射从燃料系统8接收的燃料。注意，单个驱动器168或171可以用于两个燃料喷射系统，或者如所描绘的，可以使用多个驱动器，例如用于燃料喷射器166的驱动器168和用于燃料喷射器170的驱动器171。

在可选示例中，燃料喷射器166和170中的每一个可以被配置为用于将燃料直接喷射到气缸14中的直接燃料喷射器。在又一示例中，燃料喷射器166和170中的每一个可以被配置为用于在进气门150的上游喷射燃料的进气道燃料喷射器。在又另一些示例中，气缸14可以仅包括单个燃料喷射器，该燃料喷射器被配置为从燃料系统接收不同的相对量的不同的燃料作为燃料混合物，并且还被配置为作为直接燃料喷射器将该燃料混合物直接喷射到气缸中或者作为进气道燃料喷射器在进气门的上游喷射该燃料混合物。

在气缸的单个循环期间，燃料可以通过两个喷射器输送到气缸。例如，每个喷射器可以输送在气缸14中燃烧的总燃料喷射的一部分。此外，诸如下文所述，从每个喷射器输送的燃料的分布和/或相对量可以随工况(诸如发动机负荷、爆震和排气温度)而变化。进气道喷射的燃料可以在打开的进气门事件、关闭的进气门事件(例如，基本上在进气冲程之前)期间以及在打开和关闭的进气门操作期间输送。类似地，例如，直接喷射的燃料可以在进气冲程期间以及部分地在先前的排气冲程期间，在进气冲程期间，并且部分地在压缩冲程期间输送。因此，即使对于单个燃烧事件，所喷射的燃料也可以在不同的正时从进气道喷射器和直接喷射器喷射。此外，对于单个燃烧事件，每个循环可以对所输送的燃料执行多次喷射。可以在压缩冲程、进气冲程或其任何适当组合期间执行多次喷射。

此处，可更详细地描述进气门150的操作。例如，进气门150可从完全打开位置移动到完全关闭位置，或者移动到它们之间的任何位置。对于所有相等的条件(例如，节气门位置，车速、压力等)，相比进气门150的任何其他位置，完全打开位置允许更多来自进气通道146的空气进入气缸14。相反，相比进气门150的任何其他位置，完全关闭位置可防止和/或允许最少量的来自进气通道146的空气进入气缸14。因此，完全打开位置与完全关闭位置之间的位置可允许不同量的空气在进气通道146与气缸14之间流动。在一个示例中，相比其初始位置，将进气门150移动到打开更多的位置允许更多的空气从进气通道146流至气缸14。

燃料喷射器166和170可以具有不同的特性。这些包括尺寸差异，例如一个喷射器的喷射孔可能大于另一个喷射器的喷射孔。其他差异包括但不限于不同的喷射角度、不同的操作温度、不同的定向、不同的喷射正时、不同的喷射特性、不同的位置等。此外，取决于喷射器170和166之间喷射的燃料的分配比率，可以实现不同的效果。

燃料系统8中的燃料箱可以容纳不同燃料类型的燃料，诸如具有不同燃料品质和不同燃料成分的燃料。这些差异可以包括不同的醇含量、不同的含水量、不同的辛烷值、不同的汽化热、不同的燃料混合物和/或其组合等。具有不同的汽化热的燃料的一个示例可以包括汽油作为具有较低汽化热的第一燃料类型，并包括乙醇作为具有较大汽化热的第二燃料类型。在另一个示例中，发动机可以使用汽油作为第一燃料类型并使用含醇燃料混合物(诸如e85(大约85％乙醇和15％汽油)或m85(大约85％甲醇和15％汽油))作为第二燃料类型。其他可行的物质包括水、甲醇、醇与水的混合物、水与甲醇的混合物、醇的混合物等。

控制器12在图1中被示为微计算机，包括微处理器单元106、输入/输出端口108、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在该特定示例中被示为用于存储可执行指令的非瞬态只读存储器芯片110)、随机存取存储器112、保活存储器114和数据总线。除了先前讨论的那些信号之外，控制器12还可以从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量(maf)的测量值；来自联接到冷却套118上的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ect)；来自联接到曲轴140上的霍尔效应传感器120(或其他类型)的表面点火感测信号(pip)；来自节气门位置传感器的节气门位置(tp)；和来自传感器124的绝对歧管压力信号(map)。发动机转速信号rpm可以由控制器12根据信号pip产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号map可以用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。控制器12可以基于发动机冷却剂温度来推断发动机温度。

如上所述，图1仅示出了多缸发动机的一个气缸。因此，每个气缸可以类似地包括其自己的一组进气门/排气门、一个或多个燃料喷射器、火花塞等。应当明白的是，发动机10可以包括任何合适数量的气缸，包括2、3、4、5、6、8、10、12个或更多个气缸。此外，这些气缸中的每一个都可以包括由图1参考气缸14描述和描绘的各种部件中的一些或全部部件。

在一些示例中，车辆5可以是混合动力车辆，其具有可用于一个或多个车轮55的多个扭矩源。在其他示例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆。在所示的示例中，车辆5包括发动机10和电机52。电机52可以是马达或马达/发电机(m/g)。当一个或多个离合器56接合时，发动机10的曲轴140和电机52经由变速器54连接到车轮55。在所描绘的示例中，第一离合器56设置在曲轴140与电机52之间，而第二离合器56设置在电机52与变速器54之间。控制器12可以向每个离合器56的致动器发送信号以使所述离合器接合或脱离，以便将曲轴140与电机52以及与之连接的部件连接或断开，和/或将电机52与变速器54以及与之连接的部件连接或断开。变速器54可以是齿轮箱、行星齿轮系统或另一种类型的变速器。动力传动系统可以以各种方式配置，包括并联、串联或串并联混合动力车辆。

电机52从能量存储装置58(此处为电池58)接收电力以向车轮55提供扭矩。电机52还可以作为发电机来操作，以提供电力从而给电池58充电，例如在制动操作期间。在一些示例中，电机52可联接到涡轮176，如下面将更详细描述。

控制器12从图1的各种传感器接收信号，并基于接收到的信号和存储在控制器的存储器中的指令，利用图1的各种致动器来调节发动机操作。例如，调整涡轮176的转速和方向可包括调整由控制器12发送的提供给涡轮176的致动器的信号。在一些示例中，响应于进气通道和排气通道的冷起动和压力中的一者或多者来调整涡轮176的转速和方向。因此，涡轮176以及因此压缩机174可沿正向和反向方向旋转，其中正向方向导致增压流向发动机10，并且反向方向导致增加的排气背压和歧管压力减小。

现在参考图2a和图2b，它们分别示出了图1的涡轮增压器175的实施例200和250。因此，先前存在的部件可在随后的附图中类似地编号。涡轮增压器175被示出为电动涡轮增压器，其中涡轮176直接联接到电动马达212，该电动马达被配置成在从电池58接收电力时为涡轮176提供动力。应当理解，电动马达212可类似于图1的电动马达52使用，而不脱离本公开的范围。可经由功率致动器214调整从电池58到电动马达212的功率供应。控制器12可向功率致动器发信号通知何时从电池58向马达212引导功率以及引导多少功率。通过向电动马达212发送功率，涡轮176可沿特定方向转动和/或旋转。

由于轴180机械地联接在涡轮176与压缩机174之间，所以涡轮的旋转可导致压缩机的类似旋转。因此，如果涡轮176沿第一方向旋转，则压缩机174可以类似的转速沿第一方向旋转。另外，如果涡轮176沿第二方向旋转，则压缩机174可沿第二方向旋转。此处，第一方向可指正向方向，第二方向可指反向方向。第一方向可包括压缩机174使增压空气流至发动机10，从而增加歧管绝对压力(map)。与第一方向相反的第二方向可包括压缩机174和涡轮176旋转，使得进气通道146和增压室144压力减小(例如，map减小)并且排气通道148中的排气背压增加。因此，第一方向可包括压缩机174和涡轮176围绕它们的旋转轴线顺时针旋转，而第二方向可包括压缩机174和涡轮176围绕它们的旋转轴线逆时针旋转。如上所示和所述，压缩机174和涡轮176的旋转可由电动马达212启动，该电动马达引导涡轮176沿哪个方向旋转以及以什么速度旋转。

现在参考图2a，其示出了电动涡轮增压器175的实施例200沿第一方向(例如，正向方向)旋转。箭头指示气流的大致方向。涡轮176可允许排气流动到催化器178，而不主动尝试增加排气背压。涡轮176的旋转被传递到压缩机174，其中压缩机174的旋转促进增压空气流过进气通道142、144和146。增压空气可流至增压空气冷却器(cac)202，其中cac202可冷却增压空气，从而增加其密度。这可增加发动机功率输出和map。

涡轮176和压缩机174沿第一方向的操作可能不会导致真空罐204的真空补充。真空罐204被示出为流体地联接到增压室144，然而，真空罐204可流体地联接到进气通道146和/或进气歧管146，而不脱离本公开的范围。在一些示例中，真空罐204可存储真空并将存储的真空提供给一个或多个真空消耗装置，包括但不限于制动增压器或真空致动阀。因此，当电动涡轮增压器175被引导沿正向方向旋转时，map可能太高而不能为真空罐提供真空。

在一些示例中，响应于map小于下限阈值map、驾驶员需求以及发动机工况在冷起动之外中的一个或多个条件，可引导电动涡轮增压器沿第一方向旋转。例如，如果驾驶员踩下加速踏板，则可能需要增压，并且可引导电动涡轮增压器175沿第一方向旋转以满足增压需求。

现在参考图2b，其示出了电动涡轮增压器175的实施例250沿第二方向(例如，反向方向)旋转。黑色箭头指示气流方向，并且白色箭头指示真空流动方向。如图所示，图2b的实施例中的气流方向与图2a的实施例中的气流方向相反。图2b的实施例中的气流旨在增加排气背压并降低进气压力(例如，降低map)。在一些示例中，使电动涡轮增压器沿第二方向旋转至少可在冷起动期间发生，使得排气背压可加速催化器178的升温。另外或替代地，当歧管空气压力(map)增加到大于上限阈值map的值时，可发生使电动涡轮增压器沿第二方向旋转。无论如何，使电动涡轮增压器175沿第二方向旋转可导致压缩的排气从涡轮176流向发动机10，并导致增压空气从压缩机174流至环境大气。

涡轮176沿第二方向的操作导致排气流回发动机10。如图所示，发动机10和涡轮176之间的排气背压可能会增加。当发动机10升温时，发动机10与涡轮176之间的排气可继续升温。另外，由于在未燃烧的hc与co之间发生的放热氧化，排气可能进一步升温。在一些示例中，当涡轮176沿第二方向旋转时，少量排气可到达催化器178，所述少量排气将催化器178加热至其起燃温度。

此外，使涡轮176沿第二方向旋转经由轴180转换成压缩机174沿第二方向的运动。通过使压缩机沿第二方向旋转，可使通过进气通道142、144和146的气流反向。如图所示，增压空气可流过进气通道142并流向环境大气。此外，进气通道144和146的压力可降低(例如，map降低)，使得产生真空。当真空罐204从增压室144接收真空时(由白色箭头示出)，真空罐204可向增压室144提供抽吸流(由黑色箭头示出)。因此，可发生真空罐204的真空补充。应当理解，在将真空罐204连接到增压室144的通道中可以布置止回阀。止回阀可被配置成使得空气仅可从真空罐流至增压室。因此，止回阀可仅响应于增压室144或进气装置的其他部分中的真空比存储在真空罐204中的真空更强而打开。进气装置中的真空可能比真空罐中的真空更强，如果其压力较低。以这种方式，来自真空罐204的抽吸流可被压缩机174压缩，并且当其沿第二方向旋转时被引导至环境大气。

可响应于map、排气背压、燃烧稳定性、发动机温度等中的一者或多者来调整涡轮176和压缩机174的转速。这些调整将在下面图3的方法中描述。

现在参考图3，其示出了用于基于map和/或催化器或发动机温度操作电动涡轮增压器(例如，图2a和图2b的电动涡轮增压器175)的方法300。用于执行方法300的指令可由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1描述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以根据下面描述的方法使用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。

方法300在302处开始，其中方法300可包括确定、估计和/或测量当前发动机操作参数。当前发动机操作参数可包括但不限于以下一者或多者：节气门位置、发动机温度、发动机转速、歧管压力、车速、排气再循环流率和空燃比。

方法300可前进到304，该步骤可包括确定是否正在发生冷起动。如果发动机温度低于环境温度，如果发动机温度低于期望的操作温度，和/或如果催化器(例如，图1、图2a和图2b的催化器178)没有起燃，则可能正在发生冷起动。催化器的起燃温度可基于其具有催化活性的催化器温度。

如果满足发动机温度小于环境温度、发动机温度小于期望的发动机温度、以及催化器没有起燃中的一个或多个条件，则冷起动可能正在发生并且方法300可前进到306，该步骤可包括使涡轮和压缩机沿第二方向旋转。如上所述，第二方向是反向方向，其中排气背压可增加并且map可减小。涡轮和压缩机可沿第二方向以相似的转速旋转。应当理解，各者的转速可基于由电池供应给联接到涡轮的电动马达的功率大小来调整。

在一个示例中，所述方法响应于排气背压、燃烧稳定性、map和真空产生中的一者或多者来调整供应给电动马达的功率大小。例如，控制器可确定要发送到功率致动器(例如，图2a和图2b的功率致动器214)的控制信号，诸如基于燃烧稳定性确定的电信号。可基于来自布置在进气通道或排气通道中的传感器的反馈来测量或估计燃烧稳定性。例如，如果来自布置在发动机与涡轮之间的压力传感器的反馈感测到排气背压超过阈值压力，则可预测燃烧稳定性可降低到低于阈值稳定性。

作为另一个示例，控制器可基于作为燃烧稳定性的函数的逻辑规则进行逻辑确定。然后，控制器可产生控制信号，所述控制信号被发送到功率致动器，功率致动器可降低涡轮的转速，从而可降低排气背压并增加燃烧稳定性。

另外或替代地，可基于真空罐(例如，图2a和图2b的真空罐204)的真空需求来调整涡轮的转速，并且从而调整压缩机的转速。作为示例，如果真空需求相对较高并且存储在真空罐中的真空量小于阈值存储量(例如，小于10％)，则可增加涡轮和压缩机的转速以允许压缩机增加进气装置中的真空产生。这可为真空罐提供更深、更强的真空。

无论如何，应当理解，包括涡轮和压缩机的电动涡轮增压器可在发动机冷起动之外的发动机操作参数期间沿第一或第二方向旋转。这种发动机操作参数可包括map、真空需求和增压需求。因此，涡轮和压缩机可机会性地沿第一或第二方向旋转以满足上述操作参数，同时考虑驾驶员需求和燃烧稳定性。

方法300可前进到308，该步骤可包括确定是否达到催化器的起燃温度。布置在催化器上游或下游的温度传感器可提供关于催化器的当前温度的反馈。另外或替代地，温度传感器可布置在催化器中。在一些实施例中，可经由存储在多输入查找表中的数据来预测催化器的温度，其中输入对应于经过的时间、涡轮的转速、排气背压和环境温度。在这样的示例中，可省略温度传感器。

如果催化器温度不处于或高于其起燃温度，则方法300可前进到310以继续使涡轮沿第二方向旋转。因此，进气真空继续产生并且排气背压继续增加。当涡轮和压缩机沿第二方向旋转时，所述方法可继续监测催化器温度和其他发动机操作参数，如图2b所描绘。

如果达到起燃温度和/或如果没有发生冷起动，如上面在304处所述，则方法300可前进到312，该步骤可包括确定map是否小于下限阈值map。下限阈值map可以是基于期望的空燃比的动态值。作为示例，如果期望的空燃比增加(例如，空气需求增加)，则下限阈值map可成比例地增加。另外或替代地，下限阈值map可基于发动机负荷。作为示例，如果发动机负荷增加，则空气需求可能增加并且下限阈值map可成比例地增加。如果map小于下限阈值map，则发动机可能没有接收到期望的进气量。

如果map大于或等于下限阈值map，则方法300前进到314，该步骤包括确定map是否大于上限阈值map。类似于下限阈值map，上限阈值map可以是基于期望空燃比和发动机负荷中的一者或多者的动态值。例如，如果期望的空燃比增加，则上限阈值map可成比例地增加。上限阈值map可大于下限阈值map，使得在上限阈值map和下限阈值map之间存在可能的map范围。以这种方式，下限阈值map和上限阈值map可分别定义期望的map范围的下边界和上边界。

如果map大于上限阈值map，则方法300可前进到316，该步骤可包括使涡轮和压缩机沿第二方向旋转。涡轮和压缩机可继续沿第二方向旋转，直到map减小到小于上限阈值map的map。响应于发动机转速降低到怠速发动机转速，map可大于上限阈值map。这可能导致进气需求的快速减少，从而可能导致上限阈值map降低。这样，压缩机和涡轮可在map大于上限阈值map的怠速发动机工况或类似发动机工况期间被激活，以沿第二方向(例如，反向方向)旋转。在一些示例中，如果怠速发动机工况或其他类似发动机工况(例如，低负荷)持续足够的持续时间，则压缩机可将map降低到足够低的压力，从而形成真空。真空可被提供给一个或多个真空罐(例如，图2a和图2b的罐204)。

如果在314处map小于或等于上限阈值map或者如果在312处map大于或等于下限阈值map，则方法300可前进到318，该步骤可包括使涡轮和压缩机沿第一方向旋转。第一方向是与第二方向相反的正向方向，其中使涡轮和压缩机沿正向方向旋转导致排气背压的减小、进气中的真空产生的减少、以及提供给发动机的增压的增加。

方法300可前进到320，该步骤可包括继续监测map。控制器可基于map来调整电动涡轮增压器的操作参数。例如，如果map开始朝下限阈值map减小，则控制器可增加涡轮和压缩机的转速以防止map下降到低于下限阈值map。

现在参考图4，其示出了曲线图400，该曲线图示出了结合图1、图2a和图2b的发动机和电动涡轮增压器来执行图3的方法300。曲线402描绘了曲柄转动，曲线405描绘了发动机转速，曲线410描绘了冷起动，曲线420描绘了电动涡轮增压器，曲线430描绘了电动涡轮增压器的模式，曲线440描绘了每分钟转数，其中虚线442描绘了每分钟零转数，并且曲线450描绘了map，其中虚线452和454分别示出了上限阈值map和下限阈值map。模式1可指涡轮和压缩机沿第一正向方向旋转。模式2可指涡轮和压缩机未旋转。模式3可指涡轮和压缩机沿第二反向方向旋转。曲线图400的横轴示出了时间，并且时间从图的左侧向右侧增加。

在t1之前，冷起动正在发生，如由曲线410所示。在冷起动期间，可能发生曲柄转动(如由曲线402所示)，其中起动机马达可帮助发动机增加其转速。因此，由曲线405所示的发动机转速也可以增加。如上所述，冷起动可响应于发动机温度低于期望温度、发动机温度低于环境温度以及催化器温度低于起燃温度中的一个或多个条件而发生。响应于冷起动，电动涡轮增压器被激活，如由与“开”对齐的曲线420所示。电动涡轮增压器在模式3中被激活，如由曲线430所示，其中模式3包括使涡轮和压缩机沿第二方向旋转。负rpm与使涡轮和压缩机沿第二方向旋转相关联，如由曲线440所示。如上所述，第二方向可包括增加排气背压和降低进气压力。map小于下限阈值map，如由曲线450低于虚线454所示，从而说明在进气装置中产生真空。

接近t1，冷起动即将结束。因此，压缩机和涡轮的rpm开始向零调整。这允许map朝向下限阈值map增加。发动机转速继续增加。

在t1，冷起动完成并且催化器可起燃或者发动机温度可高于环境温度并且在期望的发动机温度范围内操作。map可基本上等于下限阈值map与上限阈值map之间的map，而涡轮和压缩机的rpm基本上等于零。因此，电动涡轮增压器可被调整到模式2，在该模式中，电动涡轮增压器被停用(例如，“关”)。

在t1与t2之间，map保持在下限阈值map与上限阈值map之间。这样，在模式2中电动涡轮增压器可保持停用。因此，rpm基本上等于零。发动机转速可继续增加。

在t2，map减小到小于下限阈值map的map。电动涡轮增压器可被激活到开启位置并且在模式1下操作，该模式包括使涡轮和压缩机沿第一正向方向旋转。通过这样做，增压空气可流至发动机，从而增加map。

在t2与t3之间，由于在模式1中电动涡轮增压器操作，其中涡轮和压缩机沿第一方向旋转，所以map开始朝下限阈值map增加。由压缩机提供的增压空气继续将map增加到下限阈值map与上限阈值map之间的期望map。

在一些示例中，另外或替代地，压缩机可响应于发动机转速基本上等于相对较高的发动机转速而被激活，其中所述相对较高的发动机转速对应于高发动机负荷。这样，可激活压缩机以提供更多的增压空气来增加功率输出以满足驾驶员需求。

在t3，map大于下限阈值map并且小于上限阈值map。这样，电动涡轮增压器切换到与模式2对应的关闭位置。因此，增压现在流向发动机，不产生真空，并且不会故意增加排气背压。

在t3与t4之间，map开始朝向上限阈值map增加。在t4，map增加到大于上限阈值map的map。作为响应，电动涡轮增压器被激活并在模式3下操作。这样，涡轮和压缩机沿第二方向旋转。然而，由于发动机在冷起动之外操作并且希望满足驾驶员需求，所以涡轮和压缩机的rpm可大于t1之前的rpm(例如，较小负值)。这可允许map增加，同时减轻排气背压产生的增加。以这种方式，燃料喷射量可不增加以满足增加的map。相反，可经由电动涡轮增压器减小map以增加燃料经济性。

另外或替代地，发动机转速可降低到对应于发动机怠速的发动机转速。因此，map可朝向大于上限阈值map的map增加。因此，电动涡轮增压器可被激活并在模式3下操作，该模式中压缩机和涡轮两者都沿第二方向旋转。通过这样做，不仅map可开始减小，而且在歧管中也可产生真空，其中真空可被供应给一个或多个真空罐。以这种方式，涡轮增压器可在冷起动之外在模式3下操作。

在一些示例中，车辆可在t1之前起动，其中所述起动是冷起动。这样，涡轮和压缩机沿第二方向旋转以减少冷起动持续时间。驾驶员可驾驶车辆，其中可响应于map而不是冷起动来调整涡轮和压缩机的旋转。例如，如果map下降到低于下限阈值map，则涡轮和压缩机沿第一方向旋转以增加map。替代地，如果map增加到高于上限阈值map，则涡轮和压缩机沿第二方向旋转以减小map。在一些示例中，响应于map，压缩机和涡轮的rpm可基于发动机操作参数中的一个或多个以及map偏离超过下限阈值或上限阈值map的量值来调整。可基于增压需求来调整压缩机和涡轮在第一方向上的rpm，其中响应于增压需求减小或没有增压需求而减小rpm。另外或替代地，可基于增压需求和燃烧稳定性中的一者或多者来调整压缩机和涡轮在第二方向上的rpm。例如，如果需要增压，或者如果燃烧稳定性相对较低，则可降低压缩机和涡轮在第二方向上的rpm，以降低map。因此，降低map可能需要更长时间。最后，如果map与下限阈值map或上限阈值map之间的偏差的量值低(例如，在10％内)，则涡轮和压缩机的rpm可相应地较低(例如，20)。然而，如果map与下限阈值map或上限阈值map之间的偏差的量值相对较高(例如，在50％内)，则涡轮和压缩机的rpm可相应地较高(例如，100)。

在t4与t5之间，rpm继续减小到更大负值的rpm。但是，rpm不会达到与t1之前的rpm一样大的负值rpm。这可能是由于与驾驶员需求、燃烧稳定性等相关联的一个或多个发动机操作参数。例如，如果需要增压，则可能不希望将rpm减小到类似于t1之前的负rpm的负rpm。由于电动涡轮增压器的模式3操作，map朝上限阈值map减小。

在t5，map等于小于上限阈值map并且大于下限阈值map的map。这样，电动涡轮增压器可在模式2下操作(例如，关闭)。涡轮和压缩机的rpm增加到零。

因此，图4的曲线图400示出了发动机冷起动之外的发动机操作参数的示例，其中涡轮和压缩机可以沿第二反向方向旋转。另外或替代地，涡轮和压缩机可响应于冷起动之外的来自真空罐的真空需求而沿第二方向旋转。这可能基于驾驶员需求和燃烧稳定性而机会性地发生。例如，如果车辆正在滑行或处于减速的燃料切断事件中，其中发动机没有接收燃料，则涡轮和压缩机可沿第二方向旋转以减小map。另外或替代地，如果车辆停止并且发动机没有燃烧或者发动机处于怠速，则涡轮和压缩机可沿第二方向旋转以减小map并向真空罐提供真空。

以这种方式，电动涡轮增压器可配置成减少冷起动持续时间和排放，同时在发动机进气装置中产生真空。当冷起动正在进行时，这种真空可补充真空罐的真空存储。通过使电动涡轮增压器的涡轮沿反向方向旋转，反向方向将排气引导回发动机从而增加排气背压，减小了冷起动持续时间。使涡轮反向旋转的技术效果是允许排气在其流过涡轮下游的催化器之前升温。另外，通过使用电动涡轮增压器，车辆制造中可以省略额外的冷起动部件。因此，可降低制造成本、封装限制和排放。

一种方法的实施例包括确定发动机冷起动并且使电动涡轮增压器的涡轮沿反向方向旋转以增加排气背压，所述涡轮经由轴机械地联接到压缩机。所述方法的第一示例还包括：其中所述涡轮的旋转被传递到所述压缩机。所述方法的第二示例可选地包括第一示例，并且还包括：其中使所述涡轮沿所述反向方向旋转将排气引向所述发动机，并且其中所述压缩机沿所述反向方向旋转，其中所述压缩机沿所述反向方向的旋转将增压空气引导到环境大气。所述方法的第三示例可选地包括第一和/或第二示例，并且还包括：其中所述压缩机增加发动机进气装置的真空，并且其中真空罐流体地联接到所述发动机进气装置。所述方法的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，并且还包括：其中响应于所述发动机冷起动结束而使所述涡轮沿与所述反向方向相反的正向方向旋转。所述方法的第五示例可选地包括第一至第四示例中的一个或多个，并且还包括：其中所述涡轮联接到电动马达，并且其中所述电动马达电联接到能量存储装置。

一种系统的实施例包括：发动机，其包括进气通道和排气通道；电动涡轮增压器，其包括经由轴联接到压缩机的电致动涡轮，所述涡轮布置在所述排气通道中，并且所述压缩机布置在所述进气通道中；和控制器，其具有存储在其非瞬态存储器上的计算机可读指令，所述计算机可读指令在执行时使所述控制器能够使所述涡轮沿反向方向旋转以增加排气背压。一种系统的第一示例还包括：其中当所述涡轮沿所述反向方向旋转时，所述压缩机沿所述反向方向旋转，并且其中当所述压缩机沿所述反向方向旋转时，所述压缩机增加所述进气通道的真空。所述系统的第二示例可选地包括第一示例，并且还包括：其中响应于发动机冷起动或歧管绝对压力大于上限阈值歧管绝对压力，所述涡轮沿所述反向方向旋转。所述系统的第三示例可选地包括第一和/或第二示例，并且还包括：其中所述控制器还包括指令，用于响应于增压需求或歧管绝对压力小于下限阈值歧管压力而使所述涡轮沿与所述反向方向相反的正向方向旋转。所述系统的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，并且还包括：其中所述涡轮布置在后处理装置的上游。所述系统的第五示例可选地包括第一至第四示例中的一个或多个，并且还包括：其中所述涡轮直接联接到电动马达，所述系统还包括功率致动器，所述功率致动器被配置成计量从能量存储装置供应到所述电动马达的功率大小，并且其中所述涡轮的转速与所供应的功率大小成比例。

一种发动机方法的实施例包括：响应于增压需求，使电动涡轮沿第一方向旋转，以及响应于冷起动，使所述电动涡轮沿第二方向旋转，所述电动涡轮联接到压缩机。所述发动机方法的第一示例还包括：其中所述电动涡轮布置在排气通道中并且所述压缩机布置在进气通道中，并且其中所述压缩机反映所述电动涡轮的旋转。所述发动机方法的第二示例可选地包括第一示例，并且还包括：其中响应于歧管绝对压力小于下限阈值歧管绝对压力而使所述电动涡轮沿所述第一方向旋转。所述发动机方法的第三示例可选地包括第一和/或第二示例，并且还包括：其中响应于歧管绝对压力大于上限阈值歧管绝对压力而使所述电动涡轮沿所述第二方向旋转。所述发动机方法的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，并且还包括：其中响应于所述冷起动使所述电动涡轮沿所述第二方向旋转包括比响应于所述歧管绝对压力大于所述上限阈值歧管绝对压力而使所述电动涡轮在所述第二方向上旋转更高的每分钟转数。所述发动机方法的第五示例可选地包括第一至第四示例中的一个或多个，并且还包括：其中响应于所述歧管绝对压力小于所述上限阈值歧管绝对压力并且大于下限阈值歧管绝对压力，停用所述电动涡轮。所述发动机方法的第六示例可选地包括第一至第五示例中的一个或多个，并且还包括：其中所述电动涡轮沿所述第一方向或所述第二方向的转速基于歧管绝对压力、排气背压和增压需求中的一者或多者来调整。所述发动机方法的第七示例可选地包括第一至第六示例中的一个或多个，并且还包括：其中真空罐流体地联接到进气通道在所述压缩机与发动机之间的部分。

注意，本文中包括的示例性控制和估计程序可以用于各种发动机和/或车辆系统配置。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非瞬态存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。本文描述的特定程序可以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。因此，所示出的各种动作、操作和/或功能可以按所示顺序执行、并行地执行、或者在某些条件下可以省略。同样地，处理顺序不一定是实现本文中描述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。可以根据所使用的具体策略重复执行所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示要编程到发动机控制系统中计算机可读存储介质的非瞬态存储器中的代码，其中通过在包括各种发动机硬件部件的系统中结合电子控制器执行指令来实施所描述的动作。

应当理解，本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为许多变型是可能的。例如，上述技术可以应用于v-6、i-4、i-6、v-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。

下面的权利要求具体地指出了被认为是新颖且非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可能会引用“一个”要素或“一个第一”要素或其等效物。此类权利要求应理解为包括一个或多个此类要素的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类要素。可以通过修改本权利要求书或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求书来要求保护所公开的特征、功能、要素和/或属性的其他组合及子组合。这样的权利要求书，无论在范围上与原始权利要求书相比更宽、更窄、相同或是不同，同样被认为包括在本公开的主题内。

根据本发明，一种方法包括：在发动机冷起动期间，使电动涡轮增压器的涡轮沿反向方向旋转以增加排气背压，所述涡轮经由轴机械地联接到压缩机。

根据实施例，所述涡轮的旋转被传递到所述压缩机。

根据实施例，使所述涡轮沿所述反向方向旋转将排气引向所述发动机，并且其中所述压缩机沿所述反向方向旋转，其中所述压缩机沿所述反向方向的旋转将增压空气引导到环境大气。

根据实施例，所述压缩机增加发动机进气装置的真空，并且其中真空罐流体地联接到所述发动机进气装置。

根据实施例，本发明的特征还在于，响应于所述发动机冷起动结束，使所述涡轮沿与所述反向方向相反的正向方向旋转。

根据实施例，所述涡轮联接到电动马达，并且其中所述马达电联接到能量存储装置。

根据本发明，提供了一种系统，其具有：发动机，其包括进气通道和排气通道；电动涡轮增压器，其包括经由轴联接到压缩机的电致动涡轮，所述涡轮布置在所述排气通道中，并且所述压缩机布置在所述进气通道中；和控制器，其具有存储在其非瞬态存储器上的计算机可读指令，所述计算机可读指令在执行时使所述控制器能够使所述涡轮沿反向方向旋转以增加排气背压。

根据实施例，当所述涡轮沿所述反向方向旋转时，所述压缩机沿所述反向方向旋转，并且其中当所述压缩机沿所述反向方向旋转时，所述压缩机增加所述进气通道的真空。

根据实施例，响应于发动机冷起动或歧管绝对压力大于上限阈值歧管绝对压力，所述涡轮沿所述反向方向旋转。

根据实施例，所述控制器还包括指令，用于响应于增压需求或歧管绝对压力小于下限阈值歧管压力而使所述涡轮沿与所述反向方向相反的正向方向旋转。

根据实施例，所述涡轮布置在后处理装置的上游。

根据实施例，所述涡轮直接联接到电动马达，所述系统还包括功率致动器，所述功率致动器被配置成计量从能量存储装置供应到所述电动马达的功率大小，并且其中所述涡轮的转速与所供应的功率大小成比例。

根据本发明，一种发动机方法包括：响应于增压需求，使电动涡轮沿第一方向旋转；以及响应于冷起动或发动机怠速，使所述电动涡轮沿第二方向旋转，所述电动涡轮联接到压缩机。

根据实施例，所述电动涡轮布置在排气通道中并且所述压缩机布置在进气通道中，并且其中所述压缩机反映所述电动涡轮的旋转。

根据实施例，本发明的特征还在于，响应于歧管绝对压力小于下限阈值歧管绝对压力而使所述电动涡轮沿所述第一方向旋转。

根据实施例，本发明的特征还在于，响应于歧管绝对压力大于上限阈值歧管绝对压力，而使所述电动涡轮沿所述第二方向旋转。

根据实施例，响应于所述冷起动使所述电动涡轮沿所述第二方向旋转包括比响应于所述歧管绝对压力大于所述上限阈值歧管绝对压力而使所述电动涡轮在所述第二方向上旋转更高的每分钟转数。

根据实施例，本发明的特征还在于，响应于所述歧管绝对压力小于所述上限阈值歧管绝对压力并且大于下限阈值歧管绝对压力，停用所述电动涡轮。

根据实施例，所述电动涡轮沿所述第一方向或所述第二方向的转速基于歧管绝对压力、排气背压和增压需求中的一者或多者来调整。

根据实施例，本发明的特征还在于，真空罐流体地联接到进气通道在所述压缩机与发动机之间的部分。