车辆气动增压器系统的操作方法和设备技术方案

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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。本专利技术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。
技术介绍
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，但是本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.19 US 12/783,0021.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：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(专利权)人：邦迪克斯商用车系统有限责任公司，
类型：
国别省市：