车辆气动助推器系统的操作方法和设备技术方案

通过将气动助推应用到车辆发动机来改进车辆性能的设备和方法，车辆发动机包括柴油发动机，柴油发动机具有以增加发动机扭矩输出、同时使超过各种操作极限至最大可用程度的潜在性最小化的方式，将空气供应至发动机的至少一个涡轮增压器。车辆的气动助推器系统控制器实现策略，该策略通过控制在助推事件期间的时刻、持续时间、数量和/或喷射模式，在考虑操作极限的同时，使在助推事件期间的空气喷射的速率成形，制定空气喷射以获得最大发动机扭矩输出，以实现遍及助推事件的过程的压缩空气喷射的改良的分布，以便在使超过各式各样的操作极限、调整、工程和乘客舒适性极限的潜在性最小化的同时，提供希望的发动机扭矩输出和燃料效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于改进在包括加速度、燃料燃烧效率和减排的许多领域中的车辆性能的设备和方法。尤其是，本专利技术涉及将气动助推应用到车辆发动机的设备和方法，车辆发动机包括商用车辆柴油发动机，该商用车辆柴油发动机具有以满足设计、调整及其他要求的方式来增加发动机扭矩输出的方式，将空气供应到发动机的进气歧管的至少一个涡轮增压器。
技术介绍
诸如柴油发动机的内燃机常常配备有废气涡轮增压器。例如，图1显示了具有结合到废气涡轮增压器2的排气管道10的内燃机I的示意图。废气涡轮增压器具有由来自排气管道10的废气所驱动的涡轮机4。该涡轮机4被结合到压缩机3 (这些部件共同形成涡轮增压器叶轮单元)，压缩机3对来自进气入口 11的进气进行压缩。从压缩机3排放的压缩空气被馈送到进气管道9’用于发动机1，以便增加发动机I中的气压，因此如果发动机是自然吸气的，那么与被馈送到气缸中相比，当气缸的各个进气阀被打开时，将更多的空气馈送到发动机的气缸中。作为涡轮增压器将补充空气供应到发动机气缸中，连同来自发动机的燃料喷射系统的相关的补充燃料一起的结果，发动机的扭矩输出被增加，并且发动机以较高的效率操作。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发动机气缸中的较大的压力。较大质量的空气存在于气缸中，当与补充燃料组合并且被点燃时，导致较高的燃烧压力，并且因此较高的活塞力将被发动机的曲柄轴转换成为较高的发动机扭矩输出。此外，增加的燃烧质量和压力产生了较高的压力以及废气容量，接着提供排气中的补充能量，用于驱动涡轮增压器的涡轮机。增加的排气能量进一步增加涡轮增压器压缩机的转速，并且因此进一步增加正被供应给气缸的空气的量，以便以更加快速的速率增加发动机转速和扭矩输出。现有技术中的那些普通的技术人员将认识到，虽然上述以及以下讨论了用于燃烧的空气经由进气歧管到达发动机的气缸，但是本专利技术的原理和构思同样可适用于具有替换的供气容量的发动机，诸如其中进气配置使得每个气缸具有相关的进气“室”、而不是从普遍的进气歧管接收进气的发动机。使用废气涡轮增压器的众所周知的问题是，它们在内燃机的所有操作状态中，最值得注意的是，在低发动机转速响应突然的加速请求，不能输送足够量的空气。例如，在诸如具有废气涡轮增压器的柴油发动机中，在大的加速请求期间，由于低发动机转速以及相应低的进气和排气输出的质量流速，涡轮增压器典型地不能供应足够的气流来在进气歧管中产生希望量的气压，以驱动该涡轮增压器。结果，在按压加速器踏板之后，随着重大的扭矩输出和转速增加仅仅在显著的延迟之后出现，内燃机反应缓慢(已知为“涡轮滞后”的影响)。已经提议了各种解决方案来改善“涡轮滞后”的影响，包括压缩空气被供应到发动机的进气歧管的配置。这种“气动助推器”系统的实例在图1中图解。在这个实例中，容器13存储由空气压缩机14产生的压缩空气。在加速请求开始和涡轮增压器已经建立充足的压力来与进气歧管压力平衡并且开始满足它自己的扭矩输出请求的时间之间的过渡期间，响应于增加发动机扭矩输出的请求，压缩空气被引入发动机I的进气管道9’。从容器13供应到进气管道9’中的补充空气具有至少两个主要影响。馈送到发动机I的气缸的补充燃烧空气提供发动机扭矩输出中的立即的增加。补充空气还导致来自发动机的废气流中的更加快速的增加，这又帮助了涡轮增压器涡轮机4更加快速地增加它的转速，从而使得涡轮增压器压缩机3能够更快速地建立进气管道9’中的压力。此外，涡轮增压器压缩机越早可以供应充足的压力来支持扭矩输出请求，从容器13供应的补充空气的流动越早可以被中断，保存压缩空气用于其他用途，并且减少车辆的空气压缩机的占空比。在图1的实例中，从容器13注入压缩空气是借助于进气控制装置7来发生。进气控制装置7被布置在进气管道9’和涡轮增压器的压缩机3之间，或者如图1所示，被布置在进气管道9’和在压缩机3下游的充气冷却器5之间。图2中示意性图解的进气控制装置7与入口 6连接，到充气冷却器5，并且与出口 9连接，到进气管道9’。在入口 6和出口 9之间，活板元件16位于进气控制装置7之内。当压缩空气正被喷射到进气管道中时，活板元件16可以被调节马达17调节为封锁从入口 6到出口 9的连接。闭合的活板防止喷射的压缩空气朝向涡轮增压器回流，以便帮助更加迅速地增加发动机气缸中的压力，这又增加了排气管道压力以及导致的涡轮增压器排放压力增加的速率。此外，闭合的活板还提供涡轮增压器的闭合的容量下游，以便进一步帮助增进涡轮增压器排放压力。压缩空气入口 8经由流量调节装置20连接到出口 9，至容器13。控制器15用于控制流量调节装置20以及调节马达17。控制装置15接收来自压力传感器18和19的输入，压力传感器18和19分别测量在出口 9处的出口压力以及在充气入口 6处的入口压力。在操作中，通过打开从压缩空气入口 8到出口 9的连接，流量调节装置20将压缩空气供应到发动机进气歧管。在大致同时，活板元件16被闭合，以防止喷射的压缩空气从容器13倒流到废气涡轮增压器的压缩机3中。随着从容器13喷射压缩空气结束，活板元件16被再次打开，以便允许现在足够的压缩空气从涡轮增压器压缩机3的排放供给，以便流入进气管道9’。虽然先前已知将压缩空气喷射到发动机的进气歧管中以便减少“涡轮滞后”，但是在这个领域中的工作已经主要地集中在使可流入发动机进气歧管的压缩空气量最大化上，以及集中在使从气动助推事件的启动到压缩空气实际喷射的响应时间最小化上，以便立即开始增加发动机扭矩输出、以及避免不希望的操作者感觉到的来自发动机的扭矩输送的延迟。在先的气动助推器系统具有的一个问题是，在气动助推事件开始时，由非常快速的压缩空气喷射导致的，有时非常急剧的发动机扭矩输出的增加。这种急剧的发动机扭矩输出过渡还可以在随后的压缩空气喷射终止时、以及当进气活板被切换为打开以使涡轮增压器再继续输出到发动机时经历。这些过渡能够对车辆操作者和乘客造成显著的不舒适感。先前的气动助推器系统的另一个问题是，直到涡轮增压器已经建立足够的压力为止，在快速助推发动机扭矩输出的猛冲中，诸如污染排放极限的调整极限可以被超过。过多的气动助推的突然施加还具有将突加负载强加在发动机部件上的潜在性。例如，过多的气动助推的突然施加可能将大量扭矩施加到车辆动力变速器系统，可能趋近发动机、变速器和/或驱动轴应力极限。过多的气动助推还可能产生突然高的容量、来自发动机的废气的高压流动，可能使得涡轮增压器涡轮压缩机装配的速度上升到高水平。类似地，突然的压缩空气喷射和随之增加的废气流动可能引起使发动机的进气中间冷却器及其相关的管子超压的潜在性。以前的气动助推系统的其他的问题是，压缩空气的过度喷射的潜在性，以及随之发生的车辆的压缩空气的损耗保留在需要的最低量以下，以便确保诸如气刹车的关键性的汽车安全系统以及其他车辆系统的可操作性。使这个问题最小化的一个方法是取得并且安装较大的空气压缩机和压缩空气存储容器，较大的空气压缩机和压缩空气存储容器能够满足关键性的空气消耗系统和气动助推器喷射系统的预期的补充需求两者的需要的。然而，这个方法具有它自己的问题，包括用于较大的以及更多空气处理部件的增加的成本和重量损失，由于增加的车辆重量而导致增加的燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.19 US 12/783,0131.一种气动助推器控制器，其特征在于，包括 控制器，被配置为通过CAN总线网络和专用信号电路中的至少一个，来接收车辆操作参数信息并且将气动助推器致动命令发送到气动助推器致动装置， 其中，所述控制器被如下编程，以便基于所述车辆的至少一个监控的操作参数来控制气动助推事件 协调至少一个压缩空气流控制阀和进口封闭构件的操作，所述至少一个压缩空气流控制阀控制允许压缩空气进入发动机的进口，所述进口封闭构件封闭所述进口以防止压缩空气回流到所述进口中，以及 通过调节压缩空气喷射分布图，控制在所述气动助推事件期间的压缩空气喷射，所述压缩空气喷射分布图用于在所述气动助推事件期间通过调节压缩空气喷射速率、至少两个空气喷射脉冲的持续时间和时刻中的至少两个，来打开和关闭所述至少一个压缩空气流控制阀，以便将所述车辆的至少一个监控的操作参数维持在预定范围之内。2.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述控制器被配置为，在启动所述气动助推事件之前从所述车辆接收车辆参数信息，并且控制所述至少一个压缩空气流控制阀的所述操作，以便基于接收到的车辆参数信息来调节空气喷射速率、至少两个压缩空气喷射脉冲中的第一个压缩空气喷射脉冲的持续时间和时刻中的至少一个。3.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是存储在压缩空气存储容器中的压缩空气的压力，以及所述预定范围是比最小压缩空气压力高的压力，所述最小压缩空气压力是确保车辆安全系统具有可以用来施行所述安全系统功能的足够的压缩空气所要求的。4.如权利要求3所述的气动助推器控制器，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所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数表示来自所述发动机的废气中的NOx含量，以及 所述预定范围是比NOx排放极限低的NOx含量。6.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数表示来自所述发动机的废气中的颗粒物质含量，以及 所述预定范围是比颗粒物质排放极限低的颗粒量。7.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数表示EGR比率，以及 所述预定范围是比与超过NOx排放极限相对应的EGR比率低的EGR比率。8.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是所述发动机的转动速度，以及 所述预定范围是比发动机超速极限低的发动机转速。9.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是为所述发动机供应燃烧空气的涡轮增压器的压缩机的转动速度，以及 所述预定范围是比涡轮增压器压缩机超速极限低的涡轮增压器叶轮速度。10.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是车辆加速度，以及 所述预定范围是比最大加速度极限低的加速度，所述最大加速度极限用于维持所述车辆中的乘客舒适性。11.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是车辆加速度，以及 所述预定范围是比操作者可选的加速度分布图低的加速度速率。12.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是进气压力，以及 所述预定范围是低于中间冷却器超压极限的压力。13.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是废气温度，以及 所述预定范围是低于预定的废气极限温度的温度。14.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是发动机操作温度，以及 所述预定范围是高于预定的最小发动机操作极限温度的温度。15.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是涡轮增压器压缩机的压力下游，以及 所述预定范围是压力变化速率，所述压力变化速率表示涡轮增压器叶轮速度变化低于与涡轮增压器冲击相对应的预定的叶轮速度变化。16.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是表示所述进口中的实际的空气流速的所述车辆的操作参数，以及 所述预定范围是在所述进口中的所述实际的空气流速和由所述车辆的至少一个控制器要求的空气流速之间的预定的容许差异。17.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是驾驶员加速请求，以及 所述预定范围是加速器踏板位置和超过预定位置的加速器位置踏板的频率中的至少一个。18.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是在气动助推器系统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 所述预定的范围是在气动助推器系统压缩空气喷射模块的入口和出口中的至少一个处的所述压力、与在所述涡轮增压器压缩机和在所述气动助推器系统压缩空气喷射模块的所述进口下游的位置中的至少一个处的压力之间的预定的容许差异。19.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述气动助推器控制器被编程为通过减缓、中断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所述的气动助推器控制器，其特征在于，所述气动助推器控制器被编程为调节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，以便通过至少一个压缩空气喷射控制装置的脉冲宽度调制，将所述至少一个操作参数维持在所述预定范围之内。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含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定额，以及 所述至少两个压缩空气流控制阀可同时并且独立操作，以便在所述助推事件期间获得可变的压缩空气喷射流速。23.—种气动助推器控制器,其特征在于,包括 控制器，被配置为通过CAN总线网络和专用信号电路中的至少一个，来接收车辆操作参数信息并且将气动助推器致动命令发送到气动助推器致动装置， 其中，所述控制器被如下编程，以便基于预定的压缩空气喷射分布图来控制气动助推事件 协调至少一个压缩空气流控制阀和进口封闭构件的操作，所述至少一个压缩空气流控制阀控制允许压缩空气进入发动机的进口，所述进口封闭构件封闭所述进口以防止压缩空气回流到所述进口中，以及 通过调节压缩空气喷射分布图，控制在所述气动助推事件期间的压缩空气喷射，所述压缩空气喷射分布图用于在所述气动助推事件期间通过调节压缩空气喷射速率、至少两个空气喷射脉冲的持续时间和时刻中的至少两个，来打开和关闭所述至少一个压缩空气流控制阀。24.如权利要求23所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述控制器被编程为根据预定的压缩空气喷射...

【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：