操作涡轮增压的汽车系统的方法
阅读：991发布：2020-05-20
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1.一种操作汽车系统的方法，该汽车系统包括内燃发动机(110)，所述内燃发动机配备有涡轮增压器(230)和电动压缩机(600)，涡轮增压器(230)包括涡轮增压器压缩机(240)，所述方法包括以下步骤：
根据涡轮增压器压缩机(240)压力比和质量流量在涡轮增压器压缩机特性图(800)中限定喘振临界线(A)和临喘振临界线(B)，所述临喘振临界线(B)被限定为对于喘振临界线(A)的每一个相应压力比值限定有更大的质量流量值；
根据涡轮增压器压缩机(240)压力比和质量流量，监测涡轮增压器压缩机(240)的特性图中的涡轮增压器压缩机(240)的工作点(P)的位置；
检测增加扭矩的请求；
如果涡轮增压器压缩机(240)工作点(P)沿朝向喘振临界线(A)的方向穿过临喘振临界线(B)，则启用电动压缩机(600)，以辅助涡轮增压器压缩机(240)输送所请求的扭矩。
2.如权利要求1所述的方法，包括步骤：
根据涡轮增压器压缩机(240)压力比和质量流量在涡轮增压器压缩机特性图(800)中限定停用临界线(C)，所述停用临界线(C)被限定为对于临喘振临界线(B)的每一个相应压力比值限定有更大的质量流量值；和
如果涡轮增压器压缩机(240)的工作点沿远离临喘振临界线(B)的方向穿过停用临界线(C)，则停用电动压缩机(600)。
3.如权利要求1所述的方法，包括步骤：
在涡轮增压器压缩机(240)出口处测量压力值(ptot_out)；
计算涡轮增压器压缩机(240)入口处的压力值(ptot_in)；
计算涡轮增压器压缩机(240)出口处的压力值(ptot_out)和涡轮增压器压缩机(240)入口处的压力值(ptot_in)之间的涡轮增压器压缩机(240)的压力比。
4.如权利要求3所述的方法，其中根据环境压力值计算涡轮增压器压缩机(240)入口处的压力值(ptot_in)。
5.如权利要求1所述的方法，其中根据进气管道(205的)质量流量 涡轮增压器压缩机(240)入口压力、和涡轮增压器压缩机(240)入口温度计算涡轮增压器压缩机(240)的质量流量。
6.如权利要求5所述的方法，包括步骤：
测量涡轮增压器(230)的转速；
计算涡轮增压器压缩机(240)的质量流量；
根据所测量的涡轮增压器的转速和所计算的涡轮增压器压缩机(240)的质量流量，确定涡轮增压器压缩机特性图上的涡轮增压器压缩机(240)工作点(P)的位置。
7.如权利要求3所述的方法，其中根据电动压缩机(600)压力比计算涡轮增压器压缩机(240)入口处的压力值。
8.如权利要求7所述的方法，其中通过根据所测量的电动压缩机(600)的转速和电动压缩机(600)的质量流量确定电动压缩机特性图上的电动压缩机(600)的工作点，来计算电动压缩机(600)的压力比。
9.如权利要求1所述的方法，其中根据进气歧管(200)的所测量的压力计算涡轮增压器压缩机(240)出口处的压力值。
10.如权利要求1所述的方法，其中根据所测量的环境温度计算涡轮增压器压缩机(240)的入口温度。
11.一种用于操作汽车系统(100)的设备，所述汽车系统(100)包括配备有涡轮增压器(230)和电动压缩机(600)的内燃发动机(110)，所述涡轮增压器(230)包括涡轮增压器压缩机(240)，该设备包括：
一器件，用于根据涡轮增压器压缩机(240)压力比和质量流量在涡轮增压器压缩机特性图(800)中限定喘振临界线(A)和临喘振临界线(B)，所述临喘振临界线(B)被限定为对于喘振临界线(A)的每一个相应压力比值限定有更大的质量流量值；
一器件，用于根据涡轮增压器压缩机(240)压力比和质量流量而监测涡轮增压器压缩机(240)特性图中的涡轮增压器压缩机(240)的工作点的位置；
一器件，用于检测增加扭矩请求；
一器件，用于如果涡轮增压器压缩机(240)工作点沿朝向喘振临界线(A)的方向穿过临喘振临界线(B)，则启用电动压缩机(600)以辅助涡轮增压器压缩机(240)输送所请求的扭矩。
12.如权利要求11所述的设备，其中用于监测涡轮增压器压缩机(240) 的特性图中涡轮增压器压缩机(240)工作点的位置的器件包括定位在涡轮增压器压缩机(240)的出口处的压力传感器(640)。
13.如权利要求11所述的设备，其中用于监测涡轮增压器压缩机(240)特性图中涡轮增压器压缩机(240)工作点的位置的器件包括涡轮增压器(230)转速传感器(630)。
14.一种汽车系统(100)，包括配置为用于执行根据权利要求1-10中任一项所述方法的电子控制单元(450)。
15.一种计算机程序，包括适用于执行权利要求1-10中任一项所述的方法的计算机代码。
操作涡轮增压的汽车系统的方法
[0001] 相关申请的交叉引用
技术领域
背景技术
[0004] 内燃发动机设置有强制空气系统，例如涡轮增压器，以便通过强制额外的空气进入汽缸的燃烧室中，以增加发动机效率和功率。涡轮增压器包括旋转地联接至涡轮的压缩机。通常使用可变几何结构的涡轮机(VGT)，即配置有VGT促动器的涡轮机，该VGT促动器布置为使叶片支架在不同的位置运动，以改变穿过涡轮机的排气流动。当叶片关闭时，涡轮机倾向于加速；当叶片打开时，涡轮机倾向于减速。
[0005] 在一些汽车系统中，压缩机可以由电动压缩机辅助。随着操作的电动压缩机的功率通过将目标增压与歧管压力值进行比较而被调节，所述目标增压记载在存储在数据载体中的映射图中，所述数据载体与内燃发动机的电子控制单元(ECU)相关联，所述歧管压力值由设置在发动机的进气歧管中的歧管压力和温度传感器(TMAP)测量。当达到增压目标时，电机被切换关闭、或停用，并且通过单独使用涡轮压缩机来保持该增压目标处于稳定状态。
[0006] 由于压缩机喘振现象(surge phenomena)，涡轮增压发动机获得较高的低端(low-end)扭矩值通常受到限制。现有技术已知，压缩机的喘振会引起不稳定现象，其会导致穿过压缩机的流体发生扰动。为了避免压缩机喘振现象的发生，并且为了实现较高的增压水平，使用电动压缩机是有利的。然而，电动压缩机的每次启动对于电力消耗具有不利影响，并且必须对电动压缩机的每次启动进行相应的规划。
发明内容
[0007] 根据本发明，对于受到由于发生喘振现象而导致的限制所影响的工作点，实现了低端扭矩增加，同时限制了启动电动压缩机对电力消耗的影响。本发明的实施例提供了一种操作汽车系统的方法，汽车系统包括配备有涡轮增压器和电动压缩机的内燃机。涡轮增压器压缩机特性图中的喘振临界线和临喘振临界线被限定为涡轮增压器压缩机压力比以及质量流率的函数。临喘振临界线限定在对于喘振临界线的每个对应压力比值的更大的质量流量值方面。根据涡轮增压器压缩机压力比以及质量流率，来监测涡轮增压器压缩机特性图中的涡轮增压器压缩机工作点的位置。检测增加扭矩请求，以及当涡轮增压器压缩机工作点在朝向喘振临界线的方向上越过临喘振临界线时，电动压缩机被启动，以辅助涡轮增压器压缩机输送所要求的扭矩。
[0008] 本实施例的优点在于，按照上述逻辑，只有当涡轮增压器压缩机的工作点正接近但尚未到达喘振限制线时，启动电动压缩机。启动电动压缩机有助于实现更高的增压水平，因为在这样的启动之后，涡轮增压器压缩机特性图中的工作点被允许移向更高的压力比。这是可能的，只要电池中有足够的电力可用。
[0009] 根据另一实施例，涡轮增压器压缩机特性图中的停用临界线被限定为涡轮增压器压缩机压力比以及质量流率的函数。停用临界线被限定在对于临喘振临界线的每个对应压力比值具有更大的质量流量值。当涡轮增压器压缩机工作点在远离临喘振临界线的方向上越过停用临界线时，停用电动压缩机。
[0010] 该实施例的优点在于，在上述方法的进一步改进中，如果只有临喘振线被定义，则降低将会发生的电动压缩机启动和停用的次数。此外，上述实施例的策略有助于尽量减少电动压缩机启动，以便能够更加持久稳定地实现更高的低端扭矩值，导致所存储的电能的更有效地被消耗并且有效得改进燃油消耗率(BSFC)。
[0011] 根据另一实施例，测量涡轮增压器压缩机的出口处的压力值。计算涡轮增压器压缩机的入口处的压力值。计算在涡轮增压器压缩机的出口处的压力值与涡轮增压器压缩机的入口处的压力值之间的涡轮增压器压缩机压力比。该实施例的优点是，其在操作汽车系统的过程中确定涡轮增压器压缩机工作点的第一坐标，如在涡轮增压器压缩机特性图上表示。
[0012] 根据另一实施例，在涡轮增压器压缩机的入口处的压力值被计算为环境压力值的函数。该实施例的优点是，其通过使用通常设置在目前汽车系统上的传感器来确定在涡轮增压器压缩机的入口处的压力值，因此没有额外的设备成本。
[0013] 根据另一实施例，根据进气导管质量流率、涡轮增压器压缩机入口压力以及涡轮增压器压缩机入口温度来计算涡轮增压器压缩机的质量流率。该实施例的优点是，在汽车系统的操作过程中确定涡轮增压器压缩机特性图上的涡轮增压器压缩机工作点的第二坐标。
[0014] 根据另一实施例，测量涡轮增压器的转速。计算涡轮增压器压缩机的质量流率。根据涡轮增压器的所测量的转速以及涡轮增压器压缩机的所计算的质量流率，来确定函涡轮增压器压缩机特性图上的涡轮增压器压缩机工作点的位置。该实施例的优点是，其允许一个替代过程用于在汽车系统的操作期间确定涡轮增压器压缩机特性图上的涡轮增压器压缩机工作点的坐标。
[0015] 根据另一实施例，在涡轮增压器压缩机的入口处的压力值被计算为电动压缩机压力比的函数。该实施例的优点是，在汽车系统的布局用于位于涡轮增压器压缩机的上游的电动压缩机的情况下，允许简单的方法来确定涡轮增压器压缩机入口处的压力值。
[0016] 根据进一步的实施例，通过确定电动压缩机特性图上的电动压缩机工作点，电动压缩机的压力比被计算为电动压缩机的所测量的转速以及电动压缩机的质量流率的函数。该实施例的优点是，其根据ECU随时可用的数据计算电动压缩机压力比。
[0017] 根据另一实施例，在涡轮增压器压缩机的出口处的压力值被计算为进气歧管所测量的压力的函数。该实施例的优点是，其允许通过使用通常设置在目前汽车系统的板件上的传感器来确定涡轮增压器压缩机的入口处的压力值。
[0018] 根据另一实施例，涡轮增压器压缩机入口温度被计算为所测量的环境温度的函数。
[0019] 根据本发明的另一方面，提供了一种设备，用于操作配备有电动压缩机和包括涡轮增压器压缩机的涡轮增压器的内燃机。所述设备还包括电子控制单元或其他装置，其配置为：限定涡轮增压器压缩机特性图中的喘振临界线和临喘振临界线作为涡轮增压器压缩机压力比以及质量流率的函数，临喘振临界线限定在对于喘振临界线的每个对应压力比值的较大质量流量值方面；监测作为涡轮增压器压缩机压力比以及质量流率的函数的涡轮增压器压缩机特性图中的涡轮增压器压缩机工作点的位置；检测增加扭矩请求；以及当涡轮增压器压缩机工作点在朝向喘振临界线的方向上越过临喘振临界线时，启动电动压缩机，以辅助涡轮增压器压缩机输送所要求的扭矩。
[0020] 该方面的优点类似于由所述方法提供的优点，即只有当涡轮增压器压缩机的工作点正接近但尚未到达喘振限制线时，启动电动压缩机。启动电动压缩机有助于实现更高的增压水平，因为在这样的启动之后，涡轮增压器压缩机特性图中的工作点被允许移向更高的压力比。这是可能的，只要电池中有足够的电力可用。
[0021] 根据本发明的另一方面，所述设备包括定位在涡轮增压器压缩机的出口处的压力传感器，并且电子控制单元或其他装置配置为监测涡轮增压器压缩机特性图中的涡轮增压器压缩机工作点的位置。此方面的优点是，其允许通过简单的方法获得涡轮增压器压缩机下游的压力值。
[0022] 根据本发明的又一方面，电子控制单元或其他装置配置为监测涡轮增压器压缩机特性图中的涡轮增压器压缩机工作点的位置，包括涡轮增压器转速传感器。此方面的优点是，其允许通过简单的方法来获得涡轮增压器的转速值。
[0023] 根据另一方面，电子控制单元或其他装置配置为：将涡轮增压器压缩机特性图中的停用临界线限定为涡轮增压器压缩机压力比以及质量流率的函数；并且当涡轮增压器压缩机工作点在远离临喘振临界线的方向上越过停用临界线时，停用电动压缩机。停用临界线被限定在对于临喘振临界线的每个对应压力比值而言具有更大的质量流量值。该方面的优点在于，如果只有临喘振线被定义，则降低将会发生的电动压缩机启动和停用的次数。此外，上述方面有助于尽量减少电动压缩机启动，以便能够更加持久稳定地实现更高的低端扭矩值，导致所存储的电能的更明智的消耗和获得有效燃油消耗率(BSFC)的改进。
[0024] 根据另一方面，所述设备包括配置成测量在涡轮增压器压缩机的出口处的压力值的传感器或其他装置。电子控制单元或其他装置配置为计算涡轮增压器压缩机的入口处的压力值；以及计算在涡轮增压器压缩机的出口处的压力值与涡轮增压器压缩机的入口处的压力值之间的涡轮增压器压缩机压力比。该方面的优点是，其在汽车系统的操作过程中确定涡轮增压器压缩机特性图上的涡轮增压器压缩机工作点的第一坐标。
[0025] 根据另一方面，电子控制单元或其他装置配置为计算作为环境压力值的函数的在涡轮增压器压缩机的入口处的压力值。该方面的优点是，其通过使用通常设置在目前汽车系统的板上的传感器来确定在涡轮增压器压缩机的入口处的压力值。
[0026] 根据另一方面，电子控制单元或其他装置配置为计算作为进气导管质量流率、涡轮增压器压缩机入口压力以及涡轮增压器压缩机入口温度的函数的涡轮增压器压缩机的质量流率。该方面的优点是，在汽车系统的操作过程中确定涡轮增压器压缩机特性图上的涡轮增压器压缩机工作点的第二坐标。
[0027] 根据另一方面，所述设备包括配置成测量涡轮增压器的转速的传感器或其他装置。电子控制单元或其他装置配置为计算涡轮增压器压缩机的质量流率；以及确定作为涡轮增压器的所测量的转速以及涡轮增压器压缩机的所计算的质量流率的函数的涡轮增压器压缩机特性图上的涡轮增压器压缩机工作点的位置。该方面的优点是，其在汽车系统的操作期间确定涡轮增压器压缩机特性图上的涡轮增压器压缩机工作点的坐标。
[0028] 根据另一方面，电子控制单元或其他装置配置为计算作为电动压缩机压力比的函数的在涡轮增压器压缩机的入口处的压力值。该方面的优点是，在汽车系统的布局是电动压缩机位于涡轮增压器压缩机的上游的情况下，允许通过简单的方法来确定涡轮增压器压缩机入口处的压力值。
[0029] 根据进一步的方面，电子控制单元或其他装置配置为通过确定电动压缩机特性图上的电动压缩机工作点，计算作为电动压缩机的所测量的转速以及电动压缩机的质量流率的函数的电动压缩机的压力比。该方面的优点是，其将电动压缩机压力比计算为对ECU随时可用的数据的函数。
[0030] 根据另一方面，电子控制单元或其他装置配置为计算作为进气歧管所测量的压力的函数的在涡轮增压器压缩机的出口处的压力值。该方面的优点是，其允许通过使用通常设置在目前汽车系统的板件上的传感器来确定涡轮增压器压缩机的入口处的压力值。
[0032] 下面参考附图，通过举例的方式，对各个实施例进行描述，其中相同的数字表示相同的元件，其中：
[0033] 图1示出了汽车系统；
[0034] 图2是属于图1汽车系统的内燃机的横截面图；
[0035] 图3是表示压缩机特性图的曲线图；
[0036] 图4是图3的曲线图的放大部分；
[0037] 图5表示随时间变化的踏板位置；
[0038] 图6是作为图5踏板位置的函数的要被传递到电动压缩机的功率的曲线图；
[0039] 图7和8分别表示电动压缩机输送的增压和制动扭矩；
[0040] 图9是图1的汽车系统的一部分的示意性图；
[0041] 图10是图1的汽车系统的一部分的可替换布局的示意图；
[0042] 图11是表示本发明的实施例的流程图。
具体实施方式
[0043] 参考附图描述示例性实施例，而不是要限制应用和使用。
[0044] 一些实施例可以包括汽车系统100，如图1和2所示，其包括内燃发动机(ICE)110，所述内燃发动机具有发动机缸体120，所述缸体限定至少一个汽缸125，所述至少一个汽缸具有联接为让曲轴145旋转的活塞140。汽缸盖130与活塞140协作以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)设置在燃烧室150中并被点燃，形成的热膨胀排气致使活塞140的往复运动。通过至少一个燃料喷射器160提供燃料，且通过至少一个进入口210提供空气。从与高压燃料泵180流体连通的燃料分配管170以高压向燃料喷射器160提供燃料，所述高压燃料泵增加从燃料源190接收的燃料压力。汽缸125的每一个具有至少两个阀215，所述阀通过凸轮轴135致动，所述凸轮轴与曲轴145适时地旋转。阀215选择性地允许空气从端口210进入燃烧室150，且交替地允许排气通过端口220排出。在一些例子中，凸轮相位器155可以选择性地改变凸轮轴135和曲轴145之间的正时。
[0045] 火花塞360位于在燃烧室150中，所述火花塞是加热元件，其针对发动机的冷起动被电激活，并还针对改善燃烧室中的燃烧性能而被电激活。空气可以通过进气歧管200分配到(一个或多个)空气进气口210。空气进气管道205可以从周围环境将空气提供到进气歧管200。在其他实施例中，可以提供节流阀本体330，以调节进入歧管200中的空气流。
[0046] 在其他实施例中，可以提供例如涡轮增压器230(具有压缩机240，其旋转地联接到涡轮机250)这样的强制空气系统。压缩机240的旋转增加管道205和歧管200中空气的压力和温度。设置在管道205中的内部冷却器260可以降低空气的温度。通过从排气歧管225接收排气，涡轮机250旋转，所述排气歧管从排气口220引导排气，并且所述排气在通过涡轮机250膨胀之前穿过一系列叶片。排气离开涡轮机250且被引导到排气系统270中。该例子显示了具有VGT促动器290的可变几何涡轮机(VGT)，其布置为让叶片295的支架在不同位置中运动，即从完全关闭位置运动到完全打开位置，以改变通过涡轮机250的排气流动。在其他实施例中，涡轮增压器230可以是固定几何结构的、和/或可以包括废气门。
[0047] 根据汽车系统的各种实施例，涡轮增压器压缩机240通过电动压缩机600来补充。图9和10(将在下文详细描述)示意性地代表图1的汽车系统的一部分的替换布置，其配备有电动压缩机600。发动机的排气被引导到排气系统270。排气系统270可以包括排气管275，所述排气管具有一个或多个排气后处理装置280。排气后处理装置可以是配置为改变排气成分的任意装置。排气后处理装置280的一些例子包括但不限于(两向和三向)催化转换器、氧化催化器、贫NOx捕获器、碳氢化合物吸收器、选择性催化还原(SCR)系统和颗粒过滤器。其他实施例可以包括联接在排气歧管225和进气歧管200之间的排气再循环(EGR)系统300。
EGR系统300可以包括EGR冷却器310，以降低EGR系统300中的排气温度。EGR阀320调节EGR系统300中的排气流动。
EGR系统300可以包括EGR冷却器310，以降低EGR系统300中的排气温度。EGR阀320调节EGR系统300中的排气流动。
[0048] 汽车系统100可以进一步包括电子控制单元(ECU)450，其与相关于ICE110的一个或多个传感器450和/或装置通信、并与存储器系统或数据承载器460和接口总线通信。ECU 450可以从各种传感器接收输入信号，所述传感器配置为产生与相关于ICE 110的各种物理参数成比例的信号。传感器包括但不限于空气流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、可以整合到火花塞360中的燃烧压力传感器、冷却剂和油温液位传感器380、燃料分配管压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲柄位置传感器420、排气压力和温度传感器
430、EGR温度传感器440和加速踏板447位置传感器445。进而，ECU 450可以产生输出到各种控制装置的输出信号，所述控制装置布置为控制ICE 110的运行，包括但不限于燃料喷射器
160、节流阀本体330、EGR阀320、可变几何涡轮机(VGT)促动器290、和凸轮相位器155。应注意，虚线用于表示ECU 450和各种传感器和装置之间的通信，但是为了清楚，其中的一些被省略。
430、EGR温度传感器440和加速踏板447位置传感器445。进而，ECU 450可以产生输出到各种控制装置的输出信号，所述控制装置布置为控制ICE 110的运行，包括但不限于燃料喷射器
160、节流阀本体330、EGR阀320、可变几何涡轮机(VGT)促动器290、和凸轮相位器155。应注意，虚线用于表示ECU 450和各种传感器和装置之间的通信，但是为了清楚，其中的一些被省略。
[0049] 图3是显示了压缩机特性图800的曲线图。如本领域已知的，压缩机特性图800针对每一个压缩机通过实验限定在由修正或减小的通过压缩机轴线的质量流量和压力比所限定的平面中。因为如果使用修正的质量流量代替减小的质量流量，本发明的各种实施例的构思不会改变，所以如后文所述，在没有另外说明时将仅使用质量流量的表述。在图3的压缩机特性图中，一系列通常由RPMi指示的曲线指示压缩机240的转速的不同值，而虚线Ei指示与压缩机240有关的等效率曲线，该效率值通常朝向特性图的中心增加。
[0050] 线A表示喘振线(surge line)，即将压缩机中流动稳定的区域与如上所述且在喘振线A左方的不稳定流动区域分开的线。压缩机喘振线A因此表示每一个载荷步中可获得的最大增压水平。根据本发明的实施例，还限定两个的临界线，即临喘振线(pre-surge line)B和压缩机停用线C，线B和C将在下文更详细描述。可以说，引入临界临喘振线B和停用线C(图3-4)允许适当地调整电动压缩机600启用时间和相关电功率消耗，且临喘振临界线B是根据针对喘振临界线A的每一个相应压力比值的限定更大的修正质量流量值所限定的，停用临界线C是根据临喘振临界线B的每一个相应压力比值的限定更大质量流量值所限定的。最后，两个性能曲线C1和C2(虚线)在压缩机特性图上示出，其中C1是根据本发明的实施例获得的性能曲线，曲线C2是根据现有技术通过操作压缩机240而获得的基线曲线，曲线C1和C2通过在载荷步操作(load step manoeuvre)中涡轮增压器工作点P在压缩机特性图上的改变而限定。图4是图3的放大部分(长方形R)，其中相关部分可更好地被观察。
[0051] 具体说，在图5中，载荷步事件根据随时间变化的踏板位置曲线R1表示，图6是要输送到电动压缩机的作为图5的踏板位置函数的功率曲线。图5显示一载荷步在t1时刻启动，图6显示根据本方法实施例的通过电动压缩机600的马达释放到压缩机轴的机械功率R2。图6的曲线图显示电动压缩机600的启用时刻t2相对于实际踏板请求的时刻t1延迟，并显示电动压缩机的中间停用(时刻t3)和随后的在时刻t4的电动压缩机再次启用。
[0052] 在图7中，显示了根据本发明实施例的控制策略的增压演变(曲线X2)，其与根据现有技术的基线增压(曲线X1)比较；在图8中，显示了根据本发明实施例的控制策略的制动器扭矩演变(曲线Y2)，其与根据现有技术的基线制动器扭矩(曲线Y1)比较，以便显示所经历的显著的压力比。这种动态特点是通过如下所述的控制策略实现的。
[0053] 在载荷步操作开始时，在时刻t1，踏板请求快速达到高值，例如100％，并且，ECU 450命令VGT促动器290快速关闭，以便增加增压，达到在ECU 450中映射的目标值。增压积累(boost build-up)与扭矩增加有关，这是因为存在更大燃料喷射量，该喷射量仅通过在与ECU 450相关的数据载体460中记忆的烟尘特性图所限制。对于标准应用来说的最大增压通常通过喘振极限(即图3-4中的线A)的下方区域确定。
[0054] 一旦涡轮增压器压缩机240特性图中的工作点的线接近喘振线A并沿朝向喘振临界线A的方向穿过临喘振临界线B，则根据本发明实施例的控制策略启用电动压缩机600(点P1)。通过进气管线的质量流量突然增加，且涡轮增压器压缩机240的工作点朝向涡轮增压器压缩机240特性图中的内部位置运动(图4中的点P2)。因此，VGT可继续保持关闭，以便维持进一步的增压增加，避免喘振现象的发生。
[0055] 参考图3和4，电动压缩机600在工作点超过临喘振线B的任何时候启用，以便相对于任何喘振的发生提供保留余量(conservative margin)。更具体地，电动压缩机600在压缩机工作点P沿朝向喘振临界线A的方向穿过临喘振临界线B的任何时候启用。随后，在涡轮增压器压缩机240内部经历质量流量以几乎恒定的压力比立即增加。之后，电动压缩机600停用(点P2)且因此致使质量流量逐渐减少，同时因为关闭的支架位置，压力比继续增加。具体说，如果涡轮增压器压缩机工作点P沿远离临喘振临界线B的方向穿过停用临界线C，则电动压缩机600停用。
[0056] 一旦涡轮增压器压缩机240的工作点P再次接近临喘振线B，则电动压缩机600再次启用(点P3)，且这会发生直到达到新的增压目标。在图3和4中可以看到，压力比(PR)相对于基线值的增加，且与更高的增压和扭矩释放相关，如在图7和8中所示的。
[0057] 图3和4中的另外的停用线C实施根据本发明实施例的控制策略的细化。如果仅使用临喘振线B，则一旦工作点朝向涡轮增压器压缩机特性图的右手侧运动穿过这一临喘振线，则将致使电动压缩机600的停用。如前文所述，电动压缩机600的启用引起显著的瞬时质量流量增加：因此，所述控制将立即停用电动压缩机600。发动机110本身的动态特性再次快速使得质量流量达到更低的值，且工作点将沿朝向喘振临界线A的方向再次穿过临喘振线B，并致使电动压缩机600的新的启用。因为系统的快速动态特点，沿载荷步存在多次启用，从而使得控制具有显著的效果。
[0058] 引入停用线C目的是减少操作中干预的数量。一旦在压缩机工作点接近喘振线A(穿过临喘振线B)时，电动压缩机600切换到ON，则电动压缩机600输送额外的增压直到工作点P穿过停用线C。随后电动压缩机600切换到OFF且通过涡轮增压器压缩机240的质量流量开始再次减少，同时向更高的压力比运动。到达电动压缩机600的第二次启用(即工作点P再次穿过临喘振线B)所需的时间间隔比之前的情况更长，这是因为通过特性图800中新的位置获得的额外的余量，在再次达到临喘振线B之前，工作点P在特性图800中累计至更长的行程。直到工作点P再次穿过停用线C(点P4)且电动压缩机再次停用时，可以开始新的循环。
[0059] 如图6所示，在该具体例子中，启用的总次数可以被修正为仅为两次，而经历显著的压力比增益ΔPR并同时获得更低的能量消耗。事实上，对这种操作做出总结，涡轮增压器压缩机240的工作点P可以位于较高的压力比处的点P5，并且在电动压缩机的启用范围内，这需要电动压缩机的持续支持，以便保证涡轮增压器压缩机240不朝向喘振情况变化。
[0060] 由于电功率消耗沿着整个操作已经被主动调整，如果在系统中在一开始存储了确定量的电功率，则电动压缩机600在高的压力比点的持久性将比自操作起连续启用的标准情况更长。一旦电功率不在可用，则如果仍然需要载荷，则将要求转变到更高的发动机速度。通过根据本发明各种实施例的控制策略，这种转变将比根据现有技术的电动压缩机600的启用更晚发生，在CO2减少排放方面具有更大优点。
[0061] 为了正确地执行根据本发明各种实施例的控制策略，在涡轮增压器压缩机240特性图上的工作点P必须借助于以下等式的估计而被连续监测，所述等式为：
[0062]
[0063]
[0064] 其中：
[0065] 是质量流量；
[0066] T是在涡轮增压器压缩机入口处的温度；
[0067] p是在涡轮增压器入口处的压力；
[0068] ptot_out是在涡轮增压器压缩机出口处的总压力；和
[0069] ptot_in是在涡轮增压器压缩机入口处的总压力。
[0070] 为了执行本发明的各种实施例，可以优选地针对现有技术对汽车系统做出一些修改。在图9中，显示了经修改的汽车系统100的一部分。在图9的经修改汽车系统100中，电动压缩机600位于空气进气管道205的分支610中，且设置电动压缩机旁通阀620以在需要时旁通电动压缩机600。
[0071] 根据本发明的实施例，压力传感器640设置在压缩机240的出口处，用于测量压缩机240出口处的压力值。该额外的压力传感器640可以位于通向电动压缩机600的分支610的上游。
[0072] 根据本发明的另一实施例，还可以提供用于测量涡轮增压器230的转速的速度传感器630。进而，汽车系统100还配备有环境压力和温度传感器650。
[0073] 在该结构中，汽车系统100配备有长路线的EGR管道695(出于简单的目的仅显示了其端部)，即将后处理系统下游的排气管线与进气歧管上游的进气管线连接的EGR管道，并且，该管道通过插入三通阀或借助其他器件进行连接。在汽车系统100配备有长路线的EGR管道695的情况下，用于电动压缩机600的唯一兼容位置是在涡轮增压器压缩机240下游，并且，额外压力传感器640必须置于电动压缩机600和涡轮增压器压缩机240之间。
[0074] 在这种情况下，涡轮增压器压缩机240内的压力比通过质量流量值计算，所述压力比对控制策略来说是必要的，以便在涡轮增压器压缩机特性图800中相对于临喘振线B和停用线C追踪涡轮增压器压缩机工作点P，所述质量流量值通过质量空气流量传感器340(也称为流量计(debimeter))测量，压缩机入口处的压力通过已知模型估计，使用所测量的环境压力作为输入。环境压力和温度可以通过环境压力和温度传感器650测量，压缩机出口压力值通过定位在电动压缩机600上游的额外压力传感器640测量。涡轮增压器压缩机入口温度通过已知模型估计，使用所测量的环境温度作为输入。
[0075] 如果在系统中没有可实施的额外压力传感器，则可以包括涡轮增压器速度传感器630。在这种情况下，涡轮增压器压缩机特性图800中的工作点P可以通过质量流量值与通过涡轮增压器速度传感器630测量的相关的等速度线RPMi的交点来确定。
[0076] 在汽车系统100不配备有长路线EGR管道695的情况下，电动压缩机600可以置于涡轮增压器250的上游，如图10所示。在这种情况下，在涡轮增压器压缩机240入口处的压力值作为电动压缩机600压力比的函数而被计算。进而，根据电动压缩机600的被测量转速以及电动压缩机600的质量流量，通过在电动压缩机特性图(出于简单的目的未示出)上确定电动压缩机600工作点来计算电动压缩机600的压力比，其中，所述转速是可获得的，因为为电动压缩机800提供功率的电动机的转速是可获得的。与如上所述的实施例不同，在涡轮增压器压缩机240出口处的压力值通过已知模型计算，其接收由歧管压力传感器350测量的进气歧管200压力作为输入。根据通过环境压力和温度传感器650测量的环境温度计算涡轮增压器压缩机240入口温度，并且，当电动压缩机启动时，从电动压缩机特性图上获得其效率。本方法的该第二实施例并不昂贵，因为不需要额外的传感器，但是其不适用配备有长路线EGR管道695的汽车系统100。
[0077] 根据本发明的实施例，参见图11的流程图，之后的过程如下。在操作汽车系统100期间，涡轮增压器压缩机240压力比和涡轮增压器压缩机240质量流量被监测，这些值在图3和4的涡轮增压器压缩机特性图800中限定了工作点P的位置。进而，监测扭矩请求，且如果检测到增加扭矩的请求，例如通过监测加速器踏板447的位置(图块700)，则进一步检查确认涡轮增压器压缩机240的工作点是否穿过临喘振线B(图块710)。
[0078] 在“是”的情况下，电动压缩机600启用，以便辅助涡轮增压器压缩机240输送被请求的扭矩(图块720)。在涡轮增压器压缩机240内部经历几乎在恒定压力比下的质量流量的立即增加。涡轮增压器压缩机特性图800上的涡轮增压器压缩机240的工作点P的位置被持续监测，且如果其达到停用线C(图块730)，则停用电动压缩机600(图块740)。在电动压缩机600停用之后，通过压缩机240的质量流量逐步减小，同时因为支架处于关闭位置，压力比继续增加。一旦涡轮增压器压缩机240的工作点P再次接近临喘振线B，则电动压缩机600再次启用，并且，该过程可以重复直到达到增压目标。
[0079] 在本发明的各种实施例中，根据数据载体460中存储的计算机程序通过ECU 450执行所需的计算步骤。
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