[發明專利]用于氣流控制的方法和系統

有效

• 申請號: 201610942663.4
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN106640382B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: J·E·M·赫爾斯特倫;K·E·馬塞羅尼;J·A·多林;D·J·斯泰爾斯
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: F02D9/02
• 分類號: F02D9/02;F02D9/10;F02D41/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙志剛;孫娜燕

本發明提供用于發動機系統中的氣流控制的方法和系統，該發動機系統包括節流渦輪發電機，該節流渦輪發電機包括渦輪和渦輪發電機。在一個示例中，一種方法包括：通過考慮由于渦輪的旋轉運動對節流閥開啟角的作用，基于期望氣流，對定位在發動機入口通道中的節流閥的角度進行調整，由此精確控制到發動機系統的氣流。該方法可以進一步包括：基于節流閥的位置，預測到發動機系統的氣流，由此精確監測發動機系統的轉矩。

技術領域

本發明總體上涉及用于發動機系統中進行氣流控制的方法和系統，該發動機系統包括節流渦輪發電機。

背景技術

發動機系統可配置有如節流渦輪發電機等裝置，以利用來自節流閥兩端的壓力差的能量，否則這些能量會浪費在發動機的進氣通道中。例如，當發動機在部分負荷下運行時，可以由部分打開的節流閥兩端的壓力差來驅動節流渦輪發電機。在一些示例中，節流渦輪發電機包括機械耦接至節流渦輪發電機的渦輪機，該節流渦輪發電機可以產生被供應給發動機的電池的電流。通過用這種發電機對電池進行充電，可以提高發動機系統的燃料經濟性。

由利昂(Leone)等人在US20130092125中示出了這種發動機系統的一個示例。在其中，節流渦輪發電機定位在節流旁路中。基于發動機氣流需求控制節流旁路閥，以對穿過節流渦輪發電機的氣流進行調整。另外，在發動機瞬態期間控制節流閥的位置以滿足發動機氣流需求。

發明內容

然而，發明人在此認識到這種系統的潛在問題。作為一個示例，當使用進氣歧管兩端的壓力差以使用節流閥操作渦輪時，由于渦輪和/或發電機的轉速持續改變而使得進氣歧管周圍的空氣流量控制變得更有挑戰性。另外，節流閥位置的任何改變同時影響發動機的進氣側的兩個路徑，使得經由該節流閥的氣流控制具有挑戰性。為了精確估計氣流，可能需要適應性控制如節流閥開啟角、節流閥形成的限制的橫斷面積、進氣歧管兩端的壓力差以及渦輪轉速等變量。如此，為了在多個變量方面實現精確的氣流控制，可能需要迅速生成、存儲并訪問一個或多個四維性能映射圖。然而，生成、存儲并訪問復雜的四維映射圖可能是時間、存儲、計算密集的。具體地，除了生成和訪問高維映射圖的復雜性，由于存儲器限制，對于存儲在發動機控制器單元中來說其可能還是非常大的。作為另一個示例，利昂只在瞬態期間調整節流閥位置。然而，由于渦輪和/或發電機轉速的變化(例如瞬間變化)，即使在穩態狀況期間也可能有氣流誤差。

發明人已經認識到，通過根據節流閥開啟角獲悉進氣歧管兩端產生的壓力差，可以生成(例如實時地或預先地)至少一個二維映射圖并將其存儲在發動機控制單元的存儲器中。在此，基于壓力差以及節流閥開啟角中的每一項，可以將節流閥周圍的限制的有效橫斷面積制成表。此外，通過包含例如可被存儲為單獨的二維映射圖的渦輪轉速的影響，可以確定限制的有效橫斷面積的校正。通過對至少兩個二維映射圖執行數值逼近，可以精確地確定節流閥開啟角以用于有效氣流控制。另外，從這兩個二維映射圖，例如還有可能精確預測給定節流閥開啟角下的氣流，這然后可能用于估計進入歧管的氣流而用于轉矩監測。這導致一種計算、存儲以及時間密集度較低而不會影響氣流估計精度的方法。此外，不僅在瞬態狀況期間(如利昂(Leone)等人所示的)，而且在如穩態、空轉等其他狀況期間，執行氣流控制。

在一個示例中，可以通過一種方法來實現發動機氣流控制，該方法包括：基于駕駛員轉矩需求，對耦接至節流渦輪的進氣節流閥進行前饋調整；以及基于節流渦輪兩端的壓力差的第一函數以及壓力差的不同的第二函數乘以渦輪轉速的每一項，進一步調整進氣節流閥。以此方式，可以準確有效地執行氣流控制。