用於運行發動機渦輪增壓器的方法和系統的製作方法
2023-10-17 02:01:29
用於運行發動機渦輪增壓器的方法和系統的製作方法
【專利摘要】本申請涉及用於運行發動機渦輪增壓器的系統和方法。在一個示例中，該渦輪增壓器響應於工況沿著不同的方向旋轉。該系統和方法可以減少發動機排放物。
【專利說明】用於運行發動機渦輪增壓器的方法和系統
【背景技術】
[0001]在起動發動機時可能希望減少發動機排放物，以便可以減少行駛周期內的平均發動機排放物。改善起動時的發動機排放物的一種方法是在富集條件下運行發動機並且向耦連到發動機的排氣系統供給空氣。這樣的運行使發動機排氣組分在排氣系統中能夠被氧化。特別地，排氣中的碳氫化合物在與引進到排氣系統中的空氣結合時能夠被氧化。氧化的碳氫化合物釋放熱量，該熱量可以被傳遞給排氣系統中的後處理裝置。熱傳遞減少了後處理裝置達到運行溫度所需要的時間量。因此，在發動機起動之後後處理裝置可以更快地開始將排氣組分轉化成更合乎期望的化合物，因而減少發動機排放物。但是將空氣注入到發動機排氣系統中的系統增加了系統成本，並且與不將空氣注入到發動機排氣中的系統相比可能是不太可靠的。
【發明內容】
[0002]本發明人已經認識到上述局限性並且已經研發出一種用於運行發動機的方法，其包括:沿著第一方向旋轉耦連到發動機的渦輪增壓器以增加發動機排氣在排氣歧管中的時間；以及沿著不同於該第一方向的第二方向旋轉該渦輪增壓器以增加發動機輸出扭矩。
[0003]通過沿著兩個不同的方向旋轉渦輪增壓器，有可能既改善發動機排放物又改善發動機功率輸出。例如，在發動機起動之後，渦輪增壓器可以沿著與發動機排氣驅動該渦輪增壓器的方向相反的第一方向旋轉，使得排氣在發動機排氣歧管中經歷更長的潛伏(latency)時間。更長的潛伏時間可以允許排氣歧管中的排氣的更完全氧化，因此能夠改善發動機排放物。此外，沿著與當由離開發動機汽缸的排氣施加作用時的渦輪增壓器旋轉的方向相反的第一方向旋轉渦輪增壓器可以增加排氣背壓，該排氣背壓在一些狀態期間也可以幫助改善發動機排放物。隨後，渦輪增壓器可以沿著第二方向旋轉，以壓縮進入發動機的空氣，從而提高發動機性能。
[0004]在另一個實施例中，一種用於運行包括渦輪增壓器的發動機的方法包括:通過沿著與發動機排氣流驅動渦輪增壓器渦輪的方向相反的方向旋轉渦輪增壓器渦輪，使沿著與發動機排氣流相反的方向流過廢氣門的發動機排氣再循環。
[0005]在另一個實施例中，該方法還包括響應於增加發動機扭矩的請求關閉該廢氣門。
[0006]在另一個實施例中，該方法還包括響應於溫度停止沿著與發動機排氣流驅動該渦輪增壓器渦輪的方向相反的方向旋轉渦輪增壓器。
[0007]在另一個實施例中，該溫度是發動機的溫度或排氣後處理裝置的溫度。
[0008]在另一個實施例中，該再循環開始於發動機最近一次停止之後的預定時間量。
[0009]在另一個實施例中，一種用於運行包括渦輪增壓器的發動機的方法包括:沿著第一方向旋轉該渦輪增壓器，以壓縮進入進氣歧管的空氣；以及沿著第二方向旋轉該渦輪增壓器，以從廢氣門的下遊和後處理裝置的上遊汲取排氣到廢氣門上遊的位置。
[0010]在另一個實施例中，在沿著第二方向旋轉渦輪增壓器時廢氣門是打開的。
[0011]在另一個實施例中，該方法還包括調整節氣門的位置以實現進氣歧管中的期望MAP。
[0012]在另一個實施例中，該方法還包括響應於期望MAP調整壓縮機旁通閥的位置。
[0013]在另一個實施例中，該方法還包括響應於發動機起動後的預定持續時間打開廢氣門。
[0014]在另一個實施例中，所述廢氣門上遊的位置是渦輪進口。
[0015]本發明可以提供若干優點。特別地，該方案可以減少發動機冷起動期間的發動機排放物。而且，該方案可以通過減少催化劑起燃時間來減少燃料消耗，從而可以減少以較低效率運行發動機的時間量。此外，與利用輔助空氣注入到排氣系統的系統相比，該方案可以提供更可靠的方式來減少發動機排放物。
[0016]從下面單獨的或結合附圖的詳細描述將容易明白本發明的上述優點及其他優點和特徵。
[0017]應當理解，提供以上概述是為了以簡單的形式引進在詳細說明書中進一步描述的構思的選擇。這並不意味著確認要求保護的主題的關鍵特徵或必要特徵，要求保護的主題範圍由隨附於詳細說明書的權利要求唯一地限定。此外，要求保護的主題不限於解決上面指出的或本發明的任何部分指出的任何缺點的實施方式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1示出發動機的示意圖；
[0019]圖2和圖3示出用於改變渦輪增壓器的旋轉方向的示例性裝置；
[0020]圖4和圖5示出當渦輪增壓器渦輪沿著與當經由離開發動機汽缸的發動機排氣驅動時該渦輪增壓器渦輪旋轉的方向相反的方向旋轉時的示例性狀態；
[0021]圖6和圖7示出模擬的發動機冷起動序列；以及
[0022]圖8示出用於運行渦輪增壓器的示例性方法。
【具體實施方式】
[0023]本發明涉及運行渦輪增壓器。在一個示例中，渦輪增壓器渦輪沿著由來自發動機汽缸的排氣確定的方向旋轉。在另一個示例中，渦輪增壓器渦輪沿著與當被發動機排氣驅動時該渦輪旋轉的方向相反的方向旋轉。該方案可以通過改善排氣歧管中的排氣的氧化來改善發動機排放物。圖1示出一個示例性系統。可以用圖8所示的方法運行該發動機和渦輪增壓器以提供圖6和圖7的序列。圖2和圖3中示出示例性渦輪增壓器。圖4和圖5示出根據圖8的方法在渦輪增壓器附近的排氣流。圖6和圖7中示出根據圖8的方法的發動機起動序列。
[0024]參考圖1，包括多個汽缸的內燃發動機10由電子發動機控制器12控制，其中圖1示出其中一個汽缸。發動機10包括燃燒室30和汽缸壁32，活塞36設置在汽缸壁中並且連接到曲軸40。燃燒室30被示出通過相應的進氣門52和排氣門54與進氣歧管44和排氣歧管48連通。進氣門和排氣門中的每一個可以由進氣凸輪51和排氣凸輪53操作。進氣凸輪51的位置可以由進氣凸輪傳感器55確定。排氣凸輪53的位置可以由排氣凸輪傳感器57確定。
[0025]燃料噴射器66被示出設置成將燃料直接噴射到汽缸30中，這就是本領域技術人員所知的直接噴射。可替換地，燃料可以被噴射到進氣道中，這就是本領域技術人員所知的進氣道噴射。燃料噴射器66與由控制器12提供的脈衝寬度成比例地輸送液體燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料導軌(未不出)的燃料系統(未不出)輸送給燃料噴射器66。
[0026]進氣歧管44由壓縮機162供給空氣。排氣旋轉耦連到軸161的渦輪164，由此驅動壓縮機162。在一些示例中，旁通通道77被包含在內，以使得在選定工況期間排氣能夠繞過渦輪164。穿過旁通通道77的氣流經由廢氣門75調節。此外，在一些示例中，可以提供壓縮機旁通通道86以限制由壓縮機62提供的壓力。穿過旁通通道86的氣流經由閥85調節。在這個示例中，第一磁場由耦合到軸161的繞組或可選的永磁體170提供，並且繞組171在經由控制器12供給電流時提供第二磁場。這兩個磁場能夠旋轉或保持軸161，以便控制壓縮機162和渦輪164的旋轉方向。此外，進氣歧管44被示出與中心節氣門62連通，節氣門62調節節流板64的位置以控制來自發動機進氣口 42的空氣流。中心節氣門62可以是電操作的。
[0027]無分電器點火系統88響應於控制器12通過火花塞92為燃燒室30提供點火火花以便點燃空氣燃料混合物。在其他示例中，發動機可以是沒有點火系統的壓縮點火發動機，例如柴油發動機。通用或寬域排氣氧(UEGO)傳感器126被示出在催化劑轉化器70的上遊耦連到排氣歧管48。可替換地，雙態排氣氧傳感器可以代替UEGO傳感器126。
[0028]在一個示例中，轉化器70可以包括多個催化劑磚。在另一個示例中，可以使用多個排放控制裝置，每個排放控制裝置具有多個催化劑磚。在一個示例中，轉化器70可以是三元催化劑。
[0029]在圖1中控制器12被示出為常規的微型計算機，其包括:微處理器單元(CPU)102、輸入/輸出埠(I/O) 104、只讀存儲器(ROM) 106、隨機存取存儲器(RAM) 108、保活存儲器(KAM)IlO和常規的數據總線。控制器12被示出接收來自耦合到發動機10的傳感器的各種信號，除了上面提到的那些信號之外，還包括:來自耦連到冷卻套筒114的溫度傳感器112的發動機冷卻劑溫度(ECT);耦連到加速器踏板130用於感測由腳132調整的加速器位置的位置傳感器134 ;來自耦連到進氣歧管44的壓力傳感器122的發動機歧管壓力(MAP)的測量值；來自感測曲軸40位置的霍爾效應傳感器118的發動機位置傳感器；來自傳感器120 (例如熱線式氣流計)的進入發動機的空氣品質的測量值；以及來自傳感器58的節氣門位置測量值。也可以感測用於由控制器12處理的大氣壓力(傳感器未示出)。在本發明的優選方面，發動機位置傳感器118針對曲軸的每一迴轉產生預定數量的等間隔脈衝，由此可以確定發動機轉速(RPM)。
[0030]在一些示例中，發動機可以耦連到混合動力車輛中的電動馬達/電池系統。混合動力車輛可以具有並聯結構、串聯結構或者其變體或組合。此外，在一些實施例中，可以採用其他發動機結構，例如柴油發動機。
[0031]在運行期間，發動機10內的每個汽缸通常進行四個衝程循環:該循環包括進氣衝程、壓縮衝程、膨脹衝程和排氣衝程。一般來說，在進氣衝程期間，排氣門54關閉而進氣門52打開。空氣經由進氣歧管44被弓I入燃燒室30，並且活塞36運動到汽缸底部以便增大燃燒室30內的容積。活塞36接近汽缸底部並且處在其衝程末尾(例如當燃燒室30處於其最大容積時)的位置通常被本領域技術人員稱為下止點(BDC)。在壓縮衝程期間，進氣門52和排氣門54都關閉。活塞36朝著汽缸蓋運動以便壓縮燃燒室30內的空氣。活塞36處在其衝程末尾並且最接近汽缸蓋(例如當燃燒室30處於其最小容積時)的位置通常被本領域技術人員稱為上止點(TDC)。在下文被稱為噴射的過程中，燃料被引入燃燒室中。在下文被稱為點火的過程中，所噴射的燃料通過諸如火花塞92等已知裝置來點火，導致燃燒。在膨脹衝程期間，膨脹的氣體將活塞36推回到BDC。曲軸40將活塞運動轉換成旋轉軸的旋轉扭矩。最後，在排氣衝程期間，排氣門54打開以將燃燒過的空氣燃料混合物釋放到排氣歧管48並且活塞返回到TDC。應當指出，上述僅為示例，並且進氣門和排氣門打開和/或關閉正時可以變化，例如提供正的或負的閥重疊、延遲進氣門關閉或各種其他示例。
[0032]現在參考圖2，其示出用於反轉渦輪增壓器的旋轉方向的第一裝置的剖視圖。渦輪164被示出機械地耦連到軸161。壓縮機162也被示出機械地耦連到軸161。軸161由軸承210支撐。
[0033]在發動機運行期間，排氣作用於渦輪164上以使其沿著第一方向旋轉，由此旋轉軸161和壓縮機162。但是，在選定的發動機工況下(例如發動機起動後處於怠速)，電流可以經由控制器12流過繞組171以產生第一磁場。由繞組或可替代地由永磁體170產生的第二磁場與第一磁場相吸引和/或相排斥，以旋轉或保持靜止的軸161。對繞組171施加電流使磁場能夠沿著與當排氣對渦輪施加力時軸161旋轉的方向相反的方向旋轉軸161。
[0034]現在參考圖3，其示出用於反轉渦輪增壓器的旋轉方向的可替換裝置300的剖視圖。具有與圖2所示裝置的部件相同的附圖標記的裝置300的部件是與圖2所示的部件相同的部件，並且這些部件的操作在圖2的描述中進行討論。
[0035]裝置300包括液壓流體控制裝置(例如閥)340和液壓泵342。液壓泵與軸161 —體形成並且可以包括葉輪343。軸161可以通過打開閥340以允許諸如油的液壓流體進入液壓泵342而旋轉。打開閥340使油能夠運行葉輪343，以使軸161沿著與當排氣對渦輪164施加力時軸161旋轉的方向相反的方向旋轉。在一個示例中，可以沿著單個方向液壓驅動液壓泵342，以提供反向的渦輪旋轉。
[0036]現在參考圖4，其示出在渦輪沿著與當經由排氣驅動時該渦輪旋轉的方向相反的方向旋轉時在渦輪增壓器附近的示例性氣流狀況。在該示例中，廢氣閥門75處於打開狀態，以使排氣能夠流過旁路77。從發動機汽缸排出的排氣沿著由箭頭402所示的方向流動。該發動機排氣與箭頭408所示的從渦輪164下遊輸送的排氣(例如沿著來自發動機汽缸的排氣流的方向)混合。當經由機電或液壓執行器(例如圖2和圖3所示的裝置)沿著反方向旋轉渦輪164時，渦輪164沿著箭頭406的方向向渦輪164的上遊供給排氣。當廢氣閥門75如圖所示打開時，混合的排氣沿著箭頭404的方向經由通道77流過廢氣閥門75。排氣如箭頭410所示離開廢氣門75並且朝著大氣流動，或者沿著箭頭412的方向被再循環。在該示例中，示出了正向和反向渦輪旋轉的方向。
[0037]因此，通過經由液壓或電原動力沿著反方向旋轉，排氣通過渦輪164被吸入並返回到渦輪164的上遊。通過沿著反向方向旋轉渦輪164，渦輪164上遊的排氣的潛伏時間增力口，從而能夠發生更加徹底的排氣氧化。這種排氣流圖案可以在發動機重新起動後短暫地形成，使得排氣系統中的排氣氧化更徹底。
[0038]現在參考圖5，其示出當渦輪沿著與當經由排氣驅動時該渦輪旋轉的方向相反的方向旋轉時在渦輪增壓器附近的示例性氣流狀況。在該示例中，廢氣閥門75處於阻止排氣流過旁路77的關閉狀態。從發動機汽缸排出的排氣沿著箭頭502所示的方向流動。發動機排氣與從渦輪164下遊(例如沿著來自發動機汽缸的排氣流的方向)輸送的排氣混合，如箭頭508所示。當經由機電或液壓執行器(例如圖2和圖3所示的裝置)沿著反向方向旋轉渦輪164時，渦輪164向渦輪164的上遊提供排氣。當廢氣門75處於關閉狀態時，基本為零的排氣流過旁通通路77。少量的排氣可以被渦輪164傳遞到渦輪164的下遊，如箭頭512所示。在一些示例中，廢氣門75可以只在較短的持續時間內處於關閉狀態，從而足夠量的排氣能夠被從發動機汽缸中抽出，使得發動機能夠繼續運行。
[0039]因此，通過經由液壓或電原動力沿著反向方向旋轉，排氣和/或空氣可以通過渦輪164吸出並且返回到渦輪164的上遊。通過沿著反方向旋轉渦輪164，渦輪164上遊的排氣的潛伏時間增加，使得能夠發生更徹底的排氣氧化。這種排氣流圖案可以在發動機起動期間和發動機起動後很快地提供(例如，當發動機轉速在發動機起動旋轉速度和怠速之間時的時間)。
[0040]現在參考圖6，其示出模擬的發動機冷起動序列。可以通過圖1-3所示的系統根據圖8的方法執行存儲在非瞬態存儲器中的指令來提供圖6的序列。
[0041]從圖6的頂部起的第一曲線圖示出發動機轉速與時間的關係。Y軸表示發動機轉速，而X軸表示時間。時間從圖的左側向圖的右側增加。發動機轉速沿著Y軸箭頭的方向增加。
[0042]從圖6的頂部起的第二曲線圖示出排氣後處理裝置溫度(例如催化劑溫度)與時間的關係。Y軸表示排氣後處理裝置溫度，而X軸表示時間。時間從圖的左側向圖的右側增加。排氣後處理裝置溫度沿著Y軸箭頭的方向增加。水平線602表示後處理裝置閾值溫度。例如，當後處理裝置高於閾值溫度602時，後處理裝置以預期的效率水平運行。當後處理裝置低於閾值溫度602時，後處理裝置以低於預期的效率水平運行。跡線603表示當發動機根據圖8的方法運行時的後處理裝置溫度。跡線604表示當發動機不根據圖8的方法運行時的後處理裝置溫度。
[0043]從圖6的頂部起的第三曲線圖不出發動機扭矩需求與時間的關係。Y軸表不發動機扭矩需求，而X軸表示時間。時間從圖的左側向圖的右側增加。發動機扭矩需求沿著Y軸箭頭的方向增加。
[0044]從圖6的頂部起的第四曲線圖示出渦輪旋轉方向與時間的關係。Y軸表示渦輪旋轉方向，而X軸表示時間。時間從圖的左側向圖的右側增加。渦輪旋轉方向在高於線610時是沿著反向的，而在低於線610時是沿著正向的。渦輪的正向是當排氣旋轉渦輪時的渦輪旋轉方向，而不是以電力或液壓方式旋轉渦輪時的渦輪旋轉方向。
[0045]從圖6的頂部起的第五曲線圖示出渦輪增壓器廢氣門位置與時間的關係。Y軸表示廢氣門位置，而X軸表示時間。時間從圖的左側向圖的右側增加。廢氣門打開的量沿著Y軸箭頭的方向增加。
[0046]在時間Ttl，發動機停止並且後處理裝置溫度處在低水平。發動機扭矩需求也低並且渦輪不旋轉。此外，渦輪增壓器廢氣門處於關閉位置。
[0047]在時間Ttl和時間T1之間，響應於由增加的發動機轉速所表示的發動機起動需求，發動機被起動。後處理裝置溫度低，但是開始升高。發動機扭矩需求仍然處於低水平並且渦輪被顯示為不旋轉。但是在一些示例中，渦輪增壓器可以響應於發動機起動需求開始沿著反方向旋轉。渦輪增壓器廢氣門仍然保持在關閉位置。但是，在一些示例中，渦輪增壓器廢氣門可以響應於發動機起動需求被命令打開。
[0048]在時間T1，渦輪開始沿著反方向旋轉。特別地，渦輪沿著與當被離開發動機汽缸的排氣驅動時渦輪旋轉的方向相反的方向旋轉。在一個示例中，響應於發動機最近一次停止之後的時間量並且響應於後處理裝置溫度，渦輪沿著反方向旋轉。可替換地，響應於在發動機起動後由發動機實現的發動機轉速，渦輪可以反向旋轉。由於使渦輪旋轉方向反轉增加了排氣在發動機排氣歧管中的潛伏時間，因此後處理裝置溫度開始升高並且碳氫化合物在排氣歧管中被氧化。此外，雖然如前所述，廢氣門仍然處於關閉位置，但是根據需要，廢氣門可以在更早的時間打開。發動機扭矩需求保持在低水平。在時間T1，渦輪處的排氣流如圖5所示。
[0049]在時間T2，廢氣門被命令打開，並且排氣開始如圖4所示圍繞渦輪流動。廢氣門可以響應於排氣背壓水平或從發動機最近一次停止以後的時間量被命令打開。後處理裝置溫度繼續升高並且發動機扭矩命令停留在相對低的水平。
[0050]在時間T3，發動機扭矩需求增加並且廢氣門響應於扭矩需求的增加而關閉。發動機扭矩命令可以通過駕駛員或控制器增加。此外，響應於增加的發動機扭矩需求，經由電氣裝置或液壓裝置停止施加到渦輪增壓器軸的力。而且，響應於發動機扭矩需求，廢氣門被調整到關閉位置。因此，發動機排氣引起渦輪旋轉方向從反方改變到正向。在渦輪方向被反轉之後，渦輪增壓器開始向發動機提供增壓空氣。在渦輪方向被反轉之前，壓縮機也沿著反方向旋轉並且不向發動機提供壓縮空氣。在一些示例中，當壓縮機沿著反方向旋轉時，壓縮機旁通閥可以被打開以使空氣流向發動機。
[0051]在時間T4，發動機扭矩需求通過車輛駕駛員或控制器減少到低值。發動機轉速開始減小，並且響應於較低的發動機扭矩需求，廢氣門位置部分地關閉。在時間！\後處理裝置溫度低於閾值水平602，但是它繼續升高並且最終超過閾值水平602。在發動機扭矩需求增加之後，渦輪旋轉方向保持正向。
[0052]以此方式，渦輪旋轉方向可以被反轉並且然後響應於發動機扭矩需求被正向驅動。沿著正方向旋轉渦輪增壓器能夠使渦輪增壓器壓縮機向發動機供給壓縮空氣，以便可以滿足發動機扭矩請求。
[0053]參考圖7，其示出另一個模擬的發動機冷起動序列。可以通過圖1-3所示的系統根據圖8的方法執行存儲在非瞬態存儲器中的指令來提供圖7的序列。圖7中所示的曲線圖具有和圖6中描述的相同的信號。因此，為了簡明起見，曲線圖和信號的描述被省去，並且討論各曲線圖之間的不同。跡線703表示用於根據圖8的方法的所示序列的後處理裝置溫度。跡線704表示當不應用圖8的方法時後處理裝置的溫度。
[0054]在時間Ttl，發動機停止並且後處理裝置溫度處於低水平。發動機扭矩需求也低並且渦輪不旋轉。此外，渦輪增壓器廢氣門處於關閉位置。
[0055]在時間Ttl和時間T1之間，響應於由增加的發動機轉速所表示的發動機起動請求，發動機被起動。後處理裝置溫度低，但是開始升高。發動機扭矩需求仍然處於低水平並且渦輪被顯示為不旋轉。但是，在一些示例中，渦輪增壓器可以響應於發動機起動請求開始沿著反方向旋轉。渦輪增壓器廢氣門仍然保持在關閉位置。但是，在一些示例中，渦輪增壓器廢氣門可以響應於發動機起動請求而被命令打開。
[0056]在時間T1，經由對渦輪增壓器軸起作用的電執行器或液壓執行器沿著反方向旋轉渦輪增壓器渦輪。在一個示例中，該執行器是如圖2或圖3中描述的那樣。廢氣門初始關閉並且發動機扭矩需求處於低水平。由於反轉渦輪增壓器旋轉方向增加了排氣在發動機排氣歧管中的潛伏時間，後處理裝置溫度開始升高，並且碳氫化合物在排氣歧管中開始氧化。響應於發動機停止之後的時間量並且響應於後處理裝置溫度，可以沿著反方向旋轉渦輪增壓器渦輪。
[0057]在時間T2，後處理裝置達到閾值溫度602。在高於602的溫度下該後處理裝置以期望的效率將排氣組分轉化成CO2和h2o。響應於後處理裝置溫度達到閾值溫度，渦輪旋轉方向和壓縮機旋轉方向從反方向改變到正方向。特別地，停止供給能量以沿著反方向旋轉渦輪，並且廢氣門關閉，使得對渦輪起作用的排氣量增加，引起渦輪旋轉方向改變。發動機扭矩需求仍然處於低水平。
[0058]因此，在該示例中，在發動機扭矩請求增加之前，發動機扭矩要求低並且後處理裝置溫度達到閾值溫度602，在此情況下渦輪旋轉方向響應於後處理裝置溫度而被反轉。
[0059]現在參考圖8，其示出用於運行渦輪增壓器的方法。圖8的方法可以在圖1所示的系統中的控制器12的非瞬態存儲器中被儲存為指令。此外，圖8的方法可以提供圖6和圖7中所示的運行序列。
[0060]在802處，方法800確定工況。工況可以包括但不限於發動機轉速、後處理裝置溫度、發動機負荷、發動機扭矩需求、發動機溫度、進氣歧管壓力和排氣背壓。在確定工況之後,方法800進行到退出。
[0061]在804處,方法800判斷在發動機起動請求之後是否滿足預定的持續時間或條件。在一個示例中，預定持續時間是從發動機最近一次停止以後經過的時間量或燃燒事件的數目。在其他示例中，預定條件是發動機起動要求。如果發動機起動請求之後的持續時間或條件已經滿足，則回答是「是」並且方法800進行到806。否則，回答是「否」並且方法800進行到804。
[0062]在806處，方法800判斷後處理裝置(例如催化劑或微粒過濾器)溫度是否高於閾值水平。對於不同的發動機工況，該閾值溫度水平可以變化。例如，該閾值溫度可以是用於在第一溫度起動的發動機的第一溫度。該閾值溫度可以是用於在第二溫度起動的發動機的第二溫度，該第二溫度高於第一溫度。如果後處理裝置溫度高於閾值溫度，則回答是「是」並且方法800進行到830。否則，回答是「否」並且方法800進行到810。
[0063]在830處，方法800停止提供能量以沿著反方向(例如，與離開發動機的排氣驅動該渦輪的方向相反的方向)旋轉渦輪，並且排氣能夠沿著正方向旋轉渦輪。此外，如果渦輪沿著反方向旋轉並且渦輪增壓器廢氣門處於打開位置，則該廢氣門響應於後處理裝置溫度、發動機扭矩需求或從發動機最後一次停止以後的時間量而被命令關閉。與廢氣門被允許保持打開的情況相比，關閉廢氣門能夠使渦輪更早地轉換方向。在渦輪開始沿著正方向旋轉之後，壓縮空氣經由壓縮機被提供給發動機。
[0064]在810處，方法800判斷發動機扭矩需求是否大於閾值。在一個示例中，發動機扭矩需求可以來源於應用如圖1所示的加速器踏板的車輛駕駛員。在其他示例中，發動機扭矩需求可以來源於另一控制器如混合動力傳動系控制器。如果方法800判斷發動機扭矩需求大於閾值，則回答是「是」並且方法800進行到830。否則，回答是「否」並且方法800進行到812。[0065]在812處，方法800沿著反方向旋轉渦輪增壓器渦輪和壓縮機。在一個示例中，該反方向是與當排氣撞擊在渦輪葉輪上時該渦輪被驅動的方向相反的方向。該渦輪可以經由如圖2和圖3所示的電執行器或液壓執行器沿著反方向驅動。在渦輪被沿著反方向驅動之後，方法800進行到814。
[0066]在814處，方法800判斷發動機進氣歧管絕對壓力(MAP)是否處於期望水平。由於反向旋轉壓縮機可能限制進入進氣歧管的空氣流，因此檢查MAP以確保期望的空氣量進入發動機。如果確定MAP不處於期望水平，則回答是「否」並且方法800進行到822。否則回答是「是」並且方法800進行到816。
[0067]在822處，方法800判斷節氣門的打開量是否處於閾值量(例如大於可用節氣門打開量的40%)。如果節氣門打開量不處於閾值打開量，則回答是「否」並且方法800進行到824。如果節氣門打開量處於閾值打開量，則回答是「是」並且方法800進行到826。
[0068]在824處，調整節氣門打開量以提供期望MAP。如果MAP小於期望MAP，則增加節氣門打開量。如果MAP大於期望MAP，則減少節氣門打開量。在一個示例中，該節氣門打開量的增加或減小可以是期望MAP與實際或測得的MAP之間的差值的函數。在節氣門打開量被調整之後，方法800返回到814。
[0069]在826處，方法800打開壓縮機旁通閥以增加MAP。如果壓縮機旁通閥是雙態閥，則該壓縮機旁通閥從關閉狀態移動到打開狀態。如果壓縮機旁通閥在多於兩種狀態之間是可調節的，則該壓縮機旁通閥打開量可以被增加預定量。在壓縮機旁通閥狀態被調整之後，方法800進行到824。
[0070]在816處，方法800判斷排氣背壓是否大於預定背壓。此外，在一些示例中，方法800判斷從發動機停止以後是否已經過去預定的持續時間。如果對於任何一種或兩種條件的回答是「是」，則方法800進行到818。否則，回答是「否」並且方法800返回到804。
[0071]在818處，方法800打開渦輪增壓器廢氣門以允許排氣圍繞該渦輪流動。該廢氣門可以是電氣或氣動打開的。廢氣門被打開之後，方法800進行到820。
[0072]在820處，方法800通過反向旋轉的渦輪而將排氣從渦輪或從廢氣門的下遊(例如，沿著從發動機到大氣的排氣流的方向)再循環到渦輪進口。在一些示例中，可以根據發動機工況來調整反向渦輪旋轉速度。例如，隨著發動機轉速增加，渦輪可以以逐漸升高的速度反向旋轉。可替換地，隨著發動機轉速減小，渦輪速度可以減小。在排氣的再循環開始之後，方法800返回到804。
[0073]以此方式，可以控制渦輪增壓器旋轉的方向，使得排氣能夠圍繞渦輪增壓器再循環，以改善排氣的氧化。此外，可以響應於發動機扭矩需求、從發動機停止以後的時間以及後處理裝置溫度而停止反向渦輪旋轉。
[0074]因此，圖8的方法提供用於運行發動機的方法，其包括:沿著第一方向旋轉耦連到發動機的渦輪增壓器以增加發動機排氣在排氣歧管中的時間；以及沿著第二方向旋轉渦輪增壓器以增加發動機輸出扭矩。該方法包括其中響應於溫度或從發動機最近一次停止以後的時間沿著第一方向運行渦輪增壓器。該方法包括該溫度是後處理裝置溫度或發動機溫度。
[0075]在另一個例子中，該方法包括其中沿著與排氣流的方向相反的第一方向液壓驅動該渦輪增壓器，以及沿著與排氣流的方向一致的第二方向不液壓驅動該渦輪增壓器。因此，旋轉該渦輪的液壓泵可以沿著單一方向被液壓驅動。該方法包括其中在渦輪增壓器沿著第一方向旋轉時渦輪增壓器廢氣門是打開的。該方法還包括其中在渦輪增壓器沿著第一方向旋轉時渦輪增壓器壓縮機旁通閥是打開的。該方法還包括其中在沿著與排氣流的方向相反的第一方向電驅動該渦輪增壓器。
[0076]在另一個示例中，圖8的方法被提供用於運行發動機，其包括:通過沿著與發動機排氣流驅動渦輪增壓器渦輪的方向相反的方向旋轉渦輪增壓器渦輪，使沿著與發動機排氣流相反的方向流過廢氣門的發動機排氣再循環。該方法還包括響應於增加的發動機扭矩請求而停止沿著與發動機排氣流驅動渦輪增壓器渦輪的方向相反的方向旋轉渦輪增壓器渦輪。該方法還包括響應於增加的發動機扭矩請求而壓縮經由渦輪增壓器供應給發動機的空氣。該方法還包括響應增加的扭矩請求而關閉廢氣門。
[0077]在另一個示例中，該方法還包括響應於溫度停止沿著與發動機排氣流驅動渦輪增壓器渦輪的方向相反的方向旋轉渦輪增壓器。該方法包括其中該溫度是發動機的溫度或排氣後處理裝置的溫度。該方法還包括其中在發動機最近一次停止之後經過預定時間量開始再循環。
[0078]在另一個示例中，圖8的方法被提供用於運行發動機，其包括:沿著第一方向旋轉耦連到發動機的渦輪增壓器以壓縮進入進氣歧管的空氣；以及沿著第二方向旋轉渦輪增壓器以從廢氣門的下遊和後處理裝置的上遊將排氣抽吸到該廢氣門上遊的位置。該方法包括其中在沿著第二方向旋轉渦輪增壓器時廢氣門是打開的。該方法還包括調整節氣門的位置以實現發動機的進氣歧管中的期望MAP。在一些示例中，該方法還包括響應於期望MAP調整壓縮機旁通閥的位置。該方法還包括響應於動機起動之後的預定持續時間打開該廢氣門。該方法還包括其中該廢氣門上遊的位置是渦輪進口。
[0079]本領域的技術人員將認識到，圖8描述的方法可以表示任何數目的處理策略中的一個或更多個，例如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等。因此，所示的各種步驟或功能可以以所示的順序執行、同時執行或在一些情況下可以省略。同樣，為了實現在此描述的目的、特徵和優點，處理的次序不是必需要求的，而是為了容易示出和描述而提供。雖然沒有明白地示出，但是本領域技術人員將會認識到，一個或多個所示的步驟或功能根據所用的具體策略可以重複地執行。
[0080]由此得出結論，本領域技術人員通過閱讀上面的說明書將會想到不偏離本發明的精神實質和範圍的許多變化和修改。例如，以天然氣、汽油、柴油或可選燃料結構運行的單汽缸、12、13、14、15、V6、V8、V10、V12和V16發動機可以利用本發明得到有益效果。
【權利要求】
1.一種用於運行包括渦輪增壓器的發動機的方法，其包括: 沿著第一方向旋轉所述渦輪增壓器以增加發動機排氣在排氣歧管中的時間；以及 沿著不同於所述第一方向的第二方向旋轉所述渦輪增壓器以增加發動機輸出扭矩。
2.根據權利要求1所述的方法，其中響應於溫度或從所述發動機最近一次停止以後的時間，沿著所述第一方向運行所述渦輪增壓器。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述溫度是後處理裝置溫度或發動機溫度。
4.根據權利要求1所述的方法，其中沿著與排氣流的方向相反的所述第一方向液壓驅動所述渦輪增壓器，並且其中沿著與排氣流的方向一致的所述第二方向不液壓驅動所述渦輪增壓器。
5.根據權利要求1所述的方法，其中在所述渦輪增壓器沿著所述第一方向旋轉時，渦輪增壓器廢氣門是打開的。
6.根據權利要求1所述的方法，其中在所述渦輪增壓器沿著所述第一方向旋轉時，渦輪增壓器壓縮機旁通閥是打開的。
7.根據權利要求1所述的方法，其中沿著與排氣流的方向相反的所述第一方向電驅動所述渦輪增壓器。
8.一種用於運行包括渦輪增壓器的發動機的方法，其包括: 通過沿著與發動機排氣流驅動渦輪增壓器渦輪的方向相反的方向旋轉所述渦輪增壓器渦輪，使沿著與發動機排氣流相反的方向流過廢氣門的發動機排氣再循環。
9.根據權利要求8所述的方法，其還包括響應於增加發動機扭矩的請求，停止沿著與發動機排氣流驅動所述渦輪增壓器渦輪的方向相反的方向旋轉所述渦輪增壓器渦輪。
10.根據權利要求9所述的方法，其還包括響應於所述增加發動機扭矩的請求，壓縮經由所述渦輪增壓器提供給所述發動機的空氣。
【文檔編號】F02B37/12GK103670675SQ201310371268
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2012年8月29日
【發明者】W·C·羅那, K·D·伯德, K·M·普拉根斯 申請人:福特環球技術公司