运行配备气动增压系统的车辆的方法技术方案

一种用于改进车辆性能的设备和方法，其通过以在在最大可行程度上使超过不同运行限值的可能性最小化的同时增大发动机扭矩输出的方式施加气动增压至车辆发动机（包括具有供应空气至发动机的至少一个涡轮增压器的柴油发动机）而进行。所述车辆的气动增压系统控制器通过以下项而实施用于在增压事件期间使空气喷射的速率成形、定制空气喷射以在遵守运行限值的同时获得最大发动机扭矩输出的策略：在增压事件期间控制定时、持续时间、数量和/或喷射型式以在增压事件过程中实现压缩空气喷射的精细化分布以提供所要发动机扭矩输出和燃料效率，同时使超过多种运行限值、法定、工程和乘客舒适度限值的可能性最小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于改进许多领域的车辆性能(包括加速、燃料经济性和减排)的设备和方法。尤其，本专利技术涉及以增大发动机扭矩输出(以满足设计、法定和其它要求的方式)的方式施加气动增压至车辆发动机(包括具有供应空气至发动机的进气歧管的至少一个涡轮增压器的商用车辆柴油发动机)的设备和方法。专利技术背景内燃发动机(诸如，例如柴油发动机)通常配有废气涡轮增压器。例如，图1示出具有耦接至废气涡轮增压器2的排气管路10的内燃发动机I的示意图。废气涡轮增压器具有由来自排气管路10的废气驱动的涡轮4。涡轮4耦接至压缩机3 (这些组件一起形成涡轮增压器叶轮单元)，其压缩来自进气进口 11的进气。从压缩机3排出的压缩空气被馈送至发动机I的进气管路9’以增大发动机I中的气压，并且由此在汽缸的各自进气阀打开时将比发动机吸气情况下可能馈送至汽缸中的空气更多的空气馈送至发动机的汽缸中。因涡轮增压器将额外空气供应至发动机气缸中，连同来自发动机的燃料喷射系统的相关额外燃料，发动机的扭矩输出增大且发动机以更高效率运行。具体地，当汽缸的进气阀闭合时，由涡轮增压器输送至进气歧管的额外压力在发动机汽缸中形成更大压力。当组合额外燃料且被点燃时，存在于汽缸中的更大空气质量形成更高燃料压力，且因此更高活塞力通过发动机的曲轴转化为更高发动机扭矩输出。此外，增大的燃烧质量和压力产生更高压力和体积的废气，其接着在废气中提供额外能量以驱动涡轮增压器的涡轮。增大的废气能量进一步增大涡轮增压器压缩机的转速，并且由此进一步增大被供应至汽缸的空气量以按更快速率增大发动机速度和扭矩输出。本领域一般技术人员应了解虽然上文和下文讨论燃烧空气经由进气歧管到达发动机的汽缸，但是本专利技术的原理和概念同样适用于具有替代供气体积的发动机，诸如其中进气配置使得每个汽缸具有相关进气“室”而非接收来自共同进气歧管的进气的发动机。使用废气涡轮增压器的一个众所周知的问题是其无法在内燃发动机的所有运行状态中输送足够的空气量，最明显的是在响应低发动机速度下的突然加速需求时。例如，在诸如具有废气涡轮增压器的柴油发动机的发动机中，在大的加速需求期间，涡轮增压器通常由于低发动机速度和进气和废气输出的相应低质量流速而无法供应充足的空气流量以在进气歧管中产生所需的气压量以驱动涡轮增压器。因此，内燃发动机反应慢，明显的扭矩输出和转速增大仅在油门踏板被按压后的显著延迟之后发生(被称作“涡轮延时”的效应)。已提出不同解决方案来改善“涡轮延时”效应，包括其中将压缩空气供应至发动机的进气歧管的配置。这样一种“气动增压”系统的实例图示在图1中。在本实例中，储存器13储存空气压缩机14产生的压缩空气。在加速需求开始与涡轮增压器已积聚足够压力以与进气歧管压力相等并且开始自行满足扭矩输出需求之时之间的瞬态期期间，响应增大发动机扭矩输出的需求而将压缩空气引入发动机I的进气管路9’中。从储存器13供应至进气管路9’中的额外空气具有至少两种主要作用。馈送至发动机I的汽缸的额外燃烧空气提供发动机扭矩输出的即刻增大。额外空气还导致来自发动机的废气流的更快速增大，其接着帮助涡轮增压器涡轮4更快速地增大其转速，因此使涡轮增压器压缩机3能在进气管路9’中更快地积聚压力。此外，涡轮增压器压缩机可越快供应足够压力以支持扭矩输出需求，供应自储存器13的额外空气流量可越快停止，节省压缩空气用于其它用途及减小车辆空气压缩机的占空比。图1实例中从储存器13喷射压缩空气经由进气控制装置7发生。进气控制装置7配置在进气管路9’与涡轮增压器的压缩机3或如图1中所示压缩机3下游的增压空气冷却器5之间。图2中示意图示的进气控制装置7与增压空气冷却器5的进口 6连接且与进气管路9’的出口 9连接。挡板元件16位于进气控制装置7内，介于进口 6与出口 9之间。可通过调整电机17调整挡板元件16以在压缩空气被喷射至进气管路时关闭从进口 6至出口 9的连接。闭合挡板防止喷射的压缩空气朝向涡轮增压器回流以帮助更快速地增大发动机气缸中的压力，其接着增大排气管路压力和所得的涡轮增压器排气压力增大的速率。此外，闭合挡板还提供涡轮增压器下游的闭合体积以进一步协助积聚涡轮增压器排气压力。压缩空气进口 8经由流量调节装置20连接至储存器13的出口 9。控制器15用于控制流量调节装置20和调整电机17。控制装置15从压力传感器18和19接收输入，所述压力传感器18和19分别测量出口 9上的出口压力和增压空气进口 6上的进口压力。在运行时，流量调节装置20通过打开从压缩空气进口 8至出口 9的连接而将压缩空气供应至发动机进气歧管。大致同时，挡板元件16闭合以防止喷射的压缩空气从储存器13流回至废气涡轮增压器的压缩机3中。当来自储存器13的压缩空气喷射结束时，挡板元件16再次打开以允许现在充足的来自涡轮增压器压缩机3的排放的压缩空气供应流至进气管路9’中。虽然先前已知将压缩空气喷射至发动机的进气歧管中以减小“涡轮延时”，但是本领域中工作的重点主要是使可用于流至发动机进气歧管中的压缩空气量最大化及使从气动增压事件发起至压缩空气实际喷射的响应时间最小化以即刻开始增大发动机扭矩输出及在来自发动机的扭矩传输中避免非所要的驾驶员感知的延迟。现有气动增压系统的一个问题是有时在气动增压事件开始时由非常快的压缩空气喷射导致的发动机扭矩输出的非常陡然的增大。还可能在随后压缩空气喷射终止时及在进气挡板切换打开以恢复至发动机的涡轮增压器输出时经历这种急剧的发动机扭矩输出瞬态。这些瞬态可能对车辆驾驶员和乘客造成明显的不舒适。先前气动增压系统的另一个问题是在急于快速增强发动机扭矩输出直到涡轮增压器已积聚充足压力过程中，可能超过法定限值，诸如污染排放限值。突然施加过量气动增压还具有对发动机组件造成突加负载的可能。例如，突然施加过量气动增压可能施加大量扭矩至车辆传动系，其可能接近发动机、变速器和/或传动轴应力限值。过量气动增压还可能产生来自发动机的突发高体积、高压废气流，其可能导致涡轮增压器涡轮压缩机配件的速度上升至高水平。类似地，突发的压缩空气喷射和伴随的增大的废气流可能造成对发动机的进气中间冷却器和其相关管道的过度施压的可能。先前气动增压系统的另一个问题是过量喷射压缩空气及结果耗用车辆的压缩空气储备至低于确保关键车辆安全系统(诸如空气制动器)以及其它车辆系统的可操作性所需的最小数量的可能。一种使这种问题最小化的方法是获得和安装较大空气压缩机和压缩空气储存容器，其能够满足关键空气消耗系统的需要和气动增压喷射系统的预期额外需求。但是，这种方法具有其自身的问题，包括对于更大和更多数空气处理组件的增加成本和重量的代价、由于增大的车辆重量及消耗更多发动机功率输出以驱动较大压缩机的需要而增大的燃料消耗和阻碍设计者增加额外储存器的能力的空间限制。专利技术概要鉴于现有技术的这些和其它问题，本专利技术的目标是提供一种气动增压系统和运行方法，其改进车辆操作性能同时确保在气动增压事件期间满足设计、运行和法定限制。通过一种气动增压系统解决这个目标，所述气动增压系统被控制来实施用于在气动增压事件期间通过在增压事件期间控制喷射以改变空气喷射对时间曲线图上的压缩空气喷射的“形状”而使压缩空气喷射的速率成形的不同策略。气动增压事件期间的这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.25 US 13/035,4071.一种运行配备气动增压系统的车辆的方法，所述气动增压系统被构造来在气动增压事件期间将压缩空气喷射至所述车辆的发动机的进气口中，并且被构造来在所述气动增压事件内调整至少两个空气喷射脉冲的压缩空气喷射速率、持续时间和定时的至少两项，所述方法包括下列行动: 确定所述车辆的位置和移动方向； 从所述车辆的所述位置和移动方向中确定预期即将到来的车辆路线； 基于所述预期即将到来的车辆路线确定是否发起压缩空气喷射以便利所述车辆穿过所述预期即将到来的车辆路线； 基于所述预期即将到来的车辆路线确定压缩空气喷射型式以在所述车辆穿过路线地形时将目标发动机扭矩输出变为对应于所述预期即将到来的车辆路线的路线地形； 发起气动增压事件以使用所述确定的压缩空气喷射型式将压缩空气喷射至所述发动机中； 监测所述车辆的至少一个运行参数； 确定所述至少一个运行参数是否在预定范围内；和 基于所述至少一个运行参数是否在所述预定范围内的确定，在所述车辆穿过所述路线地形时调整所述压缩空气喷射型式的空气喷射速率、持续时间和定时的至少一项以使所述至少一个运行参数维持在所述预定范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其中: 通过分析由GPS接收器接收的全球定位卫星信号而确定所述车辆的所述位置和移动方向。3.根据权利要求2所述的方法，其还包括下列行动: 在发起所述气动增压事件之前在气动增压喷射控制器上接收来自所述车辆运行信息；和 基于所述所接收的车辆运行信息设定至少两个压缩空气喷射脉冲的第一个的空气喷射速率、喷射持续时间和喷射定时的至少一项以使所述所监测到的至少一个运行参数维持在所述预定范围内。4.根据权利要求2所述的方法，其中: 所述至少一个运行参数是储存在压缩空储存容器中的压缩空气的压力，和所述预定范围是高于确保车辆安全系统具有可用于执行安全系统功能的充足压缩空气所需的最小压缩空气压力的压力。5.根据权利要求2所述的方法，其中: 所述至少一个运行参数指示来自所述发动机的废气中的NOx含量,及 所述预定范围是低于NOx排放限值的NOx含量。6.根据权利要求2所述的方法，其中: 所述至少一个运行参数指示来自所述发动机的废气中的颗粒含量，及 所述预定范围是低于颗粒排放限值的颗粒含量。7.根据权利要求2所述的方法，其中: 所述至少一个运行参数指示EGR比率，及 所述预定范围是EGR比率，其低于对应于超过NOx排放限值的EGR比率。8.根据权利要求2所述的方法，其中: 所述至少一个运行参数是为所述发动机供应压缩空气的涡轮增压器的压缩机的转速，及 所述预定范围是低于涡轮增压器压缩机超速限值的涡轮增压器叶轮速度。9.根据权利要求2所述的方法，其中: 所述至少一个运行参数是车辆加速度，及 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值的加速度。10.根据权利要求2所述的方法，其中: 所述至少一个运行参数是车辆加速度，及 所述预定范围是低于驾驶员可选择的加速度设定档的加速速率。11.根据权利要求2所述的方法，其中: 所述至少一个运行参数是废气温度，及 所述预定范围是低于预定废气温度限制的废气温度。12.根据权利要求2所述的方法，其中: 所述至少一个运行参数是指示 所述进气口中的实际空气流速的所述车辆的运行参数，及 所述预定范围是所述进气口中的所述实际空气流速与所述车辆的至少一个控制器所要求的空气流速之间的预定允许差异。13.根据权利要求2所述的方法，其中: 所述至少一个运行参数是驾驶人加速请求，及 所述预定范围是油门踏板位置、油门踏板致动速率和油门踏板位置超过预定位置的频率的至少一项。14.根据权利要求2所述的方法，其中: 通过减慢、暂停和增大所述压缩空气喷射的流速而改变所述压缩空气喷射。15.根据权利要求2所述的方法，其中: 通过至少一个压缩空气喷射控制装置的脉冲宽度调制执行调整所...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·J·沙菲尔德，尼古拉斯·阿斯密斯，马克·W·麦克隆格，理查德·贝尔，
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：