用於發動機轉速控制的方法和系統與流程

2023-05-10 13:18:02 1

本發明總體涉及用於減少在配置有渦輪增壓器和機械增壓器的分級增壓式發動機系統中的發動機起動轉速急增(flare-up)的方法和系統。

背景技術：

在發動機起動期間，發動機空氣流量為零，且進氣歧管壓力處於環境壓力。因此，在發動機起動時可以添加大量的燃料以維持排氣的化學計量配比(這是排放控制所需要的)。這產生較大的初始發動機扭矩輸出，所述扭矩輸出可導致發動機轉速快速急增，直到進氣歧管壓力和發動機轉速被調節。在發動機起動時的發動機轉速急增可能引起較高的燃料消耗量，從而降低燃料經濟性。另外，急增引起NVH問題，包含來自發動機的額外的噪聲和明顯的傳動系振動。

已經研發出各種方法以用於減少在發動機起動時的轉速急增。例如，如Ma等人在US8,694,231中示出，可以使用點火正時調整(特別是點火正時延遲)來將發動機起動時的發動機轉速控制到減少急增的目標發動機轉速。在另一示例中，如Marentette在US7,281,512中示出，包含可變形部件和彈性部件的組合件耦合在進氣室內側且用於改變進氣歧管的容積。在發動機起動的低發動機轉速下，所述組合件減少所述氣室內的容積，由此減少發動機急增。

然而，本文的發明人已經認識到此類方法的潛在問題。作為一個示例，對點火正時延遲的依賴性降低了發動機的燃料經濟性。作為另一示例，對用於選擇性地改變進氣歧管的容積的專用組合件的依賴性增加了組件和控制成本。

技術實現要素：

本文的發明人已經認識到，分級增壓式發動機系統中的電動機械增壓器的壓縮機可以被有利地用於減少發動機起動轉速急增。由此，發動機系統可以配置有增壓裝置，例如渦輪增壓器或機械增壓器，以用於提供增壓空氣充入且改進峰值功率輸出。其中壓縮機的使用允許較小排量的發動機提供與較大排量發動機一樣多的功率，但具有額外的燃料經濟效益。另外，一個或多個進氣充入裝置與進氣渦輪增壓器串聯或並聯而分級，以改進渦輪增壓發動機增壓響應。在此發動機系統中，電動機械增壓器的壓縮機在發動機起動期間可以選擇性地在反轉方向上操作以產生進氣歧管真空。所得到的較低進氣歧管壓力減少發動機起動燃料需求，從而產生降低的發動機扭矩且減少發動機急增。用於減少發動機急增的一個示例方法包含：在發動機起動期間，向後旋轉壓縮機以降低進氣歧管壓力，所述壓縮機的轉速基於發動機轉速。以此方式，改進了發動機起動的質量。

作為一個示例，增壓發動機系統可以包含耦合在渦輪增壓器上遊的電動機械增壓器。響應於發動機起動，耦合到電動機械增壓器的控制器的電動馬達可以被操作以向後(也就是說，在與為了增壓充氣傳遞而旋轉壓縮機的方向相反的方向上)旋轉機械增壓壓縮機。例如，電動馬達可以被耦合到換向(reversing)電路，所述換向電路使得能夠向後旋轉機械增壓壓縮機。可替代地，馬達可以耦合到H橋，所述H橋使得壓縮機能夠在向前方向和反轉方向上旋轉。所述旋轉可以以某一轉速執行並持續某一持續時間，使得歧管壓力能夠降低至閾值壓力。作為較低壓力的結果，在起動期間，較少的空氣需要被泵送到發動機汽缸中(因為汽缸充氣量是進氣壓力的函數)。然後可以基於較低的充氣需求來安排發動機加燃料。在本文中，較低的進氣壓力導致較低的汽缸加燃料需求，並且因此導致發動機扭矩輸出的減少，由此減少發動機轉速急增。機械增壓壓縮機的反向旋轉可以繼續，直到達到發動機怠速。一旦發動機已經達到發動機怠速，機械增壓壓縮機的向後旋轉就可以結束。之後可選地，可以啟用機械增壓壓縮機的向前旋轉以用於增壓控制(例如用以在下遊渦輪增壓器加速旋轉時減少渦輪遲滯)。

以此方式，通過在發動機起動期間在發動機進氣歧管中產生真空，可以降低在發動機起動時的進氣歧管壓力。反向旋轉電動機械增壓壓縮機以產生真空的技術效果是現有發動機組件可以有利地用於產生真空，從而提供組件和成本減少的效益。使用真空來降低發動機起動時的進氣歧管壓力的技術效果是較少的空氣需要被泵送到發動機汽缸中，從而降低汽缸的加燃料需求。通過基於降低的汽缸充氣需求來將較少量的燃料傳遞到發動機汽缸，發動機可以按照化學計量配比操作，同時在發動機起動時的發動機轉速急增被減少。通過減小在發動機起動時的發動機扭矩和轉速急增，減少了發動機起動NVH問題，同時改進了燃料經濟性。總之，發動機起動的質量和可重複性得到改進。

應理解的是，提供以上概要是為了以簡化的形式介紹在具體實施方式中進一步描述的一系列概念。不旨在識別所要求保護的主題的關鍵或必要特徵，其範圍只由隨附的權利要求書限定。此外，所要求保護的主題不局限於解決以上提出的或在本申請的任何部分提出的缺點的實施方式。

附圖說明

圖1示出具有多級充氣增加裝置的增壓發動機系統的示例實施例。

圖2示出說明可以被實施用於通過操作機械增壓壓縮機來減少發動機起動轉速急增的程序的高級流程圖。

圖3示出可以用於減少發動機起動轉速急增的示例調整。

具體實施方式

以下描述涉及用於改進在具有分級增加裝置的發動機系統中(例如在圖1的增壓發動機系統中)在發動機起動期間的發動機轉速控制。控制器可以被配置以執行控制程序(例如圖2的示例程序)，以在起動期間使上遊壓縮機加速以降低歧管壓力，由此減少汽缸加燃料和發動機轉速。示例發動機轉速控制操作參考圖3示出。通過操作第二壓縮機，可以減少發動機轉速急增，從而改進發動機起動性。

圖1示意性地示出包含發動機10的示例發動機系統100的多個方面。在所描繪的實施例中，發動機10是包含多級增壓裝置的增壓發動機。具體地說，發動機10包含分級在第二增壓裝置13的上遊處的第一增壓裝置15。該配置導致(第一增壓裝置的)第一壓縮機110在發動機進氣通道42中定位在(第二增壓裝置的)第二壓縮機114的上遊。在當前示例中，第一增壓裝置是電動機械增壓器15，而第二增壓裝置是渦輪增壓器13。

電動機械增壓器15包含由電動馬達108驅動的第一壓縮機110。馬達108由車載儲能裝置(例如系統電池106)提供動力。在第一組條件期間(例如在踩下加速器踏板期間)，電動馬達108可以被操作以用於向前旋轉第一壓縮機110。在第二不同組條件期間(例如在發動機起動期間)，電動馬達108可以被操作以用於向後旋轉第一壓縮機110。具體地，馬達108可以被選擇性地耦合到換向電路107，所述換向電路使得馬達能夠向後旋轉機械增壓壓縮機。

新鮮空氣經由空氣濾清器112沿著進氣通道42被引入發動機10中並且流動到第一壓縮機110。一個或多個傳感器可以耦合到空氣濾清器上遊的進氣通道以用於估計環境空氣條件，例如，用於估計大氣壓力(BP)的壓力傳感器、用於估計歧管空氣流量(MAF)的空氣流量傳感器57以及用於估計空氣充入溫度(ACT)的進氣溫度傳感器。由第一壓縮機110壓縮的空氣隨後被傳遞到第二壓縮機114。在如下文詳述的選定條件期間，通過調整旁通閥62的打開程度，空氣可以通過第一壓縮機60旁通路徑繞過機械增壓器15並且被引至渦輪增壓器13。

渦輪增壓器13包含由排氣渦輪機116驅動的第二壓縮機114。第二壓縮機114示出為經由軸19機械地耦合到渦輪機116的渦輪增壓壓縮機，所述渦輪機116由膨脹的發動機排氣驅動。在一個實施例中，渦輪增壓器可以是雙渦流裝置。在另一實施例中，渦輪增壓器可以是可變幾何渦輪增壓器(VGT)，其中渦輪幾何結構隨發動機工況的變化而主動改變。在第二壓縮機114的壓縮機入口處接收到的新鮮空氣被引入到發動機10中。在如下文詳述的選定條件期間，通過調整壓縮機再循環氣門(CRV)72的打開程度，由渦輪增壓器13壓縮的空氣可以通過第二壓縮機旁通路徑70從壓縮機114的出口再循環至入口。CRV 72可以是可連續變化氣門，並且增大再循環氣門的打開程度可以包含致動(或激勵)所述氣門的螺線管。

一個或多個傳感器可以耦合到第二壓縮機上遊的進氣通道，以用於估計進入第二壓縮機的充入空氣的條件，例如用於估計壓縮機入口壓力(CIP)的壓力傳感器56，以及用於估計壓縮機入口溫度(CIT)的溫度傳感器55。其它傳感器可以包含例如空燃比傳感器、溼度傳感器等。在其它示例中，可以基於發動機工況來推斷壓縮機入口條件中的一個或多個(例如溼度、溫度等)。傳感器可以估計在壓縮機入口處從進氣通道接收的進氣以及從CAC的上遊再循環的充入空氣的條件。

如圖1所示，第二壓縮機114通過增壓空氣冷卻器(CAC)18(在本文中被稱為中間冷卻器)耦合到節氣門20。節氣門20耦合到發動機進氣歧管22。在一些實施例中，附加進氣系統(AIS)節氣門(未示出)可以被包含在進氣通道42中並處於第一壓縮機110的上遊和空氣過濾器112的下遊。從第一壓縮機起，經壓縮的充入空氣穿過增壓空氣冷卻器18和節氣門流動到進氣歧管。增壓空氣冷卻器可以是例如空氣到空氣或水到空氣交換器。在圖1示出的實施例中，進氣歧管內的充入空氣的壓力由歧管空氣壓力(MAP)傳感器124感測。

應當理解，如本文中所用，第一壓縮機是指分級式壓縮機的上遊，並且第二壓縮機是指分級式壓縮機的下遊。在一個非限制性示例中，如所描繪，第二下遊壓縮機是渦輪增壓壓縮機，而第一上遊壓縮機是機械增壓壓縮機。然而，增壓裝置的其它組合或配置是有可能的。

在選定條件期間，例如在踩下加速器踏板(tip-in)期間，當從沒有增壓的發動機操作轉至具有增壓的發動機操作時，渦輪遲滯可能出現。這是由於在踩下加速器踏板而使節氣門打開時第二壓縮機114的渦輪機加速旋轉的延遲和節氣門入口壓力的暫時降低所導致的。為了減少此渦輪遲滯，在那些選定條件期間，可以啟用機械增壓器15和渦輪增壓器13兩者。具體地，在渦輪機116加速旋轉時，可以通過上遊機械增壓壓縮機110提供增壓壓力。使能機械增壓器以減少渦輪遲滯包含將能量從電池106汲取至旋轉馬達108，以由此使第一壓縮機110在向前方向上加速。另外，可以閉合旁通閥62以便使得較大部分的空氣能夠被第一壓縮機110壓縮。隨後，當渦輪機已經充分地加速旋轉且能夠驅動第二壓縮機114時，通過停用馬達108可以使第一壓縮機減速。另外，可以打開旁通閥62以便使得較大部分的空氣能夠繞過第二壓縮機110。

在選定條件期間，例如在不踩加速器踏板(tip-out)期間，當從具有增壓的發動機操作轉至沒有增壓或減小增壓的發動機操作時，壓縮機喘振可能出現。這是由於在不踩加速器踏板而使節氣門閉合時穿過第二壓縮機的降低的流量導致。穿過第二壓縮機的降低的向前流量可能導致喘振並使渦輪增壓器性能退化。另外，喘振可能產生NVH問題，例如來自發動機進氣系統的不希望的噪聲。為了減少壓縮機喘振，由第二壓縮機114壓縮的充入空氣的至少一部分可以被再循環至壓縮機入口。這允許穿過第二壓縮機114的流量保持相對較高且基本上立即釋放多餘的增壓壓力，這兩者都降低壓縮機喘振的可能性。壓縮機再循環系統可以包含再循環通道70，用於將(溫暖的)壓縮空氣從第二壓縮機114的在增壓空氣冷卻器18上遊的壓縮機出口再循環至第二壓縮機114的壓縮機入口。在一些實施例中，壓縮機再循環系統可以替代地或另外包含再循環通道，以便將(冷卻的)壓縮空氣從在增壓空氣冷卻器下遊的壓縮機出口再循環至壓縮機入口。

氣門62和72中的一者或兩者可以是連續可變氣門，其中氣門的位置是從完全閉合位置至完全打開位置連續可變的。可替代地，壓縮機再循環氣門72可以是連續可變氣門，而壓縮機旁通閥62是開關閥。在一些實施例中，CRV 72在增壓發動機操作期間可以是正常部分打開的，以提供某一喘振裕度。在本文中，部分打開的位置可以是默認氣門位置。隨後，響應於喘振的指示，可以增大CRV 72的打開程度。例如，(多個)氣門可以從默認的部分打開位置朝向完全打開位置轉變。在那些條件期間(多個)氣門的打開程度可以基於喘振的指示(例如，壓縮機比、壓縮機流率、壓縮機兩側的壓差等)。在可替代示例中，CRV 72可以在增壓發動機操作(例如，峰值性能條件)期間保持閉合，以改進增壓響應和峰值性能。

本文的發明人已經認識到，在選定條件期間，機械增壓壓縮機還可以有利地向後旋轉以降低進氣歧管壓力，例如通過產生進氣歧管真空來實現。確切地說，通過將電動馬達108耦合到換向電路107，第一壓縮機110可以向後旋轉(也就是說，在與將增壓空氣提供到發動機且將增壓輔助提供到渦輪增壓壓縮機時驅動第一壓縮機的方向相反的方向上)。因此，在發動機起動期間，第一壓縮機可以向後旋轉以降低進氣歧管壓力(MAP)。第一壓縮機可以基於相對於閾值的發動機轉速以某一轉速和/或在某一持續時間內向後旋轉。例如，第一壓縮機可以基於相對於發動機怠速的(當前)發動機轉速而旋轉。較低MAP導致汽缸中的較小量的充入空氣。因此，發動機汽缸需要較少的燃料來維持化學計量的發動機操作(出於排放達標率的原因)。因此，在第一壓縮機向後旋轉時，可以基於較低的歧管壓力來給發動機加燃料。較低的扭矩輸出導致較低的發動機轉速輸出，從而減少原本可能在發動機起動期間發生的發動機轉速急增。一旦發動機處於怠速(或可替代的閾值轉速)，就可以中止第一壓縮機的反向旋轉。

進氣歧管22通過一系列進氣門(未示出)耦合到一系列燃燒室30。燃燒室經由一系列排氣門(未示出)進一步耦合到排氣歧管36。在所描繪的實施例中，示出單個排氣歧管36。然而，在其它實施例中，排氣歧管可以包含多個排氣歧管區段。具有多個排氣歧管區段的配置可以使得來自不同燃燒室的排出物能夠被引至發動機系統中的不同位置。

在一個實施例中，排氣門和進氣門中的每一個可以是電子致動或電子控制的。在另一實施例中，排氣門和進氣門中的每一個可以是凸輪致動或凸輪控制的。無論是電子致動還是凸輪致動，都可以根據期望的燃燒和排放控制性能的需求來調整排氣門和進氣門打開和閉合的正時。

燃燒室30可以被供應一種或多種燃料，例如汽油、酒精燃料混合物、柴油、生物柴油、壓縮天然氣等。燃料可以經由直接噴射、進氣道噴射、節氣門閥體噴射或其任何組合來供應到燃燒室。在燃燒室中，可以經由火花點火和/或壓縮點火來啟動燃燒。

如圖1所示，來自一個或多個排氣歧管區段的排氣被引至渦輪機116以驅動渦輪機。當需要減小的渦輪扭矩時，作為替代可以引導一些排氣通過廢氣門90，從而繞過渦輪機。廢氣門致動器92可以被致動打開以將至少一些排氣壓力從渦輪機的上遊經由廢氣門90洩放至渦輪機下遊的位置。通過減小渦輪機上遊的排氣壓力，可以減小渦輪機轉速。

來自渦輪機和廢氣門的組合流隨後流經排放控制裝置170。一般來說，一個或多個排放控制裝置170可以包含一種或多種排氣後處理催化劑，這些催化劑被配置為催化處理排氣流並由此減少排氣流中的一種或多種物質的量。例如，一種排氣後處理催化劑可以被配置為在排氣流較稀時從排氣流捕集NOx，並且在排氣流較濃時還原所捕集的NOx。在其它示例中，排氣後處理催化劑可以被配置為使NOx歧化或者藉助於還原劑選擇性地還原NOx。在其它示例中，排氣後處理催化劑可以被配置為氧化排氣流中的殘餘烴類和/或一氧化碳。具有任何此類功能性的不同的排氣後處理催化劑可以單獨地或一起布置在塗層中或布置在排氣後處理級中。在一些實施例中，排氣後處理級可以包含可再生菸灰過濾器，該可再生菸灰過濾器被配置為捕集並氧化排氣流中的菸灰顆粒。

來自排放控制裝置170的經處理排氣的全部或部分可以經由排氣導管35釋放到大氣中。然而，取決於工況，一些排氣可以替代地經由包含EGR冷卻器和EGR閥的EGR通道(未示出)轉移到進氣通道。EGR可以被再循環到第二壓縮機114、第一壓縮機110或這兩者的入口。

發動機系統100可以進一步包含控制系統14。控制系統14示出為從多個傳感器16(其各種示例在本文中描述)接收信息，並將控制信號發送到多個致動器81(其各種示例在本文中描述)。作為一個示例，傳感器16可以包含位於排放控制裝置上遊的排氣傳感器126、MAP傳感器124、排氣溫度傳感器128、排氣壓力傳感器129、壓縮機入口溫度傳感器55、壓縮機入口壓力傳感器56以及MAF傳感器57。額外的壓力傳感器、溫度傳感器、空燃比傳感器以及組分傳感器等其它傳感器可以耦合到發動機系統100中的各種位置。致動器81可以包含例如節氣門20、壓縮機再循環閥72、壓縮機旁通閥62、電動馬達108、廢氣門致動器92以及燃料噴射器66。控制系統14可以包含控制器12。該控制器可以從各種傳感器接收輸入數據，處理所述輸入數據，並且基於接收到的信號和存儲在控制器的存儲器上的指令來採用各種致動器。響應於經處理的輸入數據，控制器可以基於對應於一個或多個程序(例如在本文中參考圖2描述的示例控制程序)的在其中編程的指令或代碼來採用致動器。作為一個示例，控制器12可以發送信號來致動電動馬達108以向前或向後旋轉第一壓縮機108。作為另一示例，控制器12可以將信號發送到耦合到進氣節氣門的機電致動器，以將進氣節氣門致動至打開程度更大的位置。

現在轉到圖2，其示出用於在發動機起動期間在反轉方向上旋轉上遊增壓裝置(例如，機械增壓器)的壓縮機以減少發動機轉速急增的示例程序200。用於實施方法200的指令可以由控制器基於存儲在控制器的存儲器上的指令並結合從發動機系統的傳感器(例如上文參考圖1所描述的傳感器)接收到的信號來執行。根據下文描述的方法，控制器可以採用發動機系統的發動機致動器(例如上文參考圖1所描述的致動器)來調整發動機操作。

在201處，所述方法包含估計發動機工況，例如環境條件(環境溫度、壓力、溼度)、發動機溫度、踏板位置、操作者扭矩需求等。在202處，可以確定是否已經請求發動機起動。在一個示例中，基於鑰匙被插入點火裝置中且旋轉至發動機起動位置，可以確認發動機起動請求。在另一示例中，基於操作者扭矩需求高於閾值，可以確認發動機起動請求。如果發動機起動未被確認，則在204處，發動機可以維持關閉並休息。

如果發動機起動被確認，則在206處，所述方法包含例如經由起動器馬達來起動轉動發動機。在208處，所述方法包含在反轉方向上啟用並加速第一上遊壓縮機。在向後旋轉第一壓縮機時，進氣節氣門可以保持打開。另外，在向後旋轉第一壓縮機時，旁通閥(例如旁通閥62)可以保持關閉。在此，該壓縮機是機械增壓器的第一上遊壓縮機，並且在發動機起動期間，控制器可以向後旋轉機械增壓器的第一上遊壓縮機以產生進氣歧管真空，由此降低進氣歧管壓力。

第一壓縮機的旋轉可以由電動馬達驅動，使得在反轉方向上啟用並加速第一壓縮機包含致動且操作電動馬達。由此，電動馬達還可以在其它條件期間用於在向前方向上啟用並加速第一壓縮機。電動馬達可以電耦合到換向電路以在反轉方向上驅動第一壓縮機。相比而言，電動馬達可以與換向電路電解耦以在向前方向上驅動第一壓縮機。可替代地，H橋可以被用於在向前方向和反轉方向上致動馬達。

第一壓縮機可以被定位在經由軸由排氣渦輪機驅動的第二壓縮機的上遊。換句話說，第一壓縮機可以是第一上遊機械增壓壓縮機，而第二壓縮機可以是第二下遊渦輪增壓壓縮機。在此，在向後旋轉第一壓縮機時，所述方法包含不旋轉第二壓縮機。也就是說，在發動機起動期間，當第一壓縮機被向後旋轉時，第二壓縮機可以維持停用。

由此，電動機械增壓器可以具有130-200ms的響應時間(即空轉至100％佔空比)，因此可以能夠在發動機起動期間非常快速地向後旋轉並減少歧管壓力(例如在1-2秒內)。因此，通過依賴於電動機械增壓器來降低歧管壓力，發動機轉速可以在發動機起動期間快速地處於控制之下。

在210處，所述方法包含基於降低的進氣歧管壓力(MAP)來估計被傳遞到發動機汽缸的進氣充入空氣。例如，發動機控制器可以從MAP傳感器接收關於MAP的輸入並且使用所估計的MAP來確定汽缸空氣充入量。可替代地，可以基於歧管空氣流量(例如來自MAF傳感器)來推斷空氣充入量或MAP。

在212處，所述方法包含在向後旋轉第一壓縮機時基於降低的歧管壓力來給發動機汽缸加燃料。具體地，可以基於估計的汽缸空氣充入量(其根據降低的MAP確定)來給發動機汽缸加燃料，以將燃燒維持在化學計量配比處或其左右。通過減少歧管壓力和汽缸充氣需求，在發動機起動時的發動機加燃料需求得到降低，同時將發動機操作維持在化學計量配比處。降低的發動機充氣和燃料需求導致較低的發動機輸出扭矩以及因此較低的發動機轉速。結果，減少了在發動機起動期間的發動機轉速急增。

向後旋轉第一壓縮機的轉速可以基於發動機轉速來調整。確切地說，向後旋轉可以包含向後旋轉以將發動機轉速維持在可能發生發動機急增的閾值轉速以下。例如，控制器可以選擇目標轉速並向後旋轉第一壓縮機，同時基於降低的歧管壓力來給發動機加燃料，使得發動機轉速被引至目標轉速或目標轉速內，而不允許發動機轉速超過目標轉速。作為另一示例，控制器可以選擇目標轉速曲線和軌線並且調整第一壓縮機的旋轉，以便使實際發動機轉速軌線匹配目標轉速軌線。目標軌線可以包含發動機轉速到閾值轉速(例如怠速)的目標加速運轉。隨著發動機轉速接近或超過在沿著目標轉速曲線或軌線的任一點處的目標轉速時，向後旋轉的轉速可以被增加。如本文中所用，在發動機起動期間向後旋轉第一壓縮機包含在發動機加速運轉至怠速期間向後旋轉第一壓縮機。

在216處，所述方法包含確定發動機轉速是否處於或高於閾值轉速。例如，可以確定在發動機起動期間發動機轉速是否已經沿著目標轉速軌線加速運轉至目標閾值轉速。在一個示例中，閾值轉速是發動機怠速。如果尚未達到閾值轉速，則在216處，所述方法包含維持第一壓縮機的反向旋轉。

如果已經達到閾值轉速，則在218處，可以停止並中止第一壓縮機反向旋轉。在220處，可以確定是否需要增壓。在一個示例中，在中高發動機負載下可能需要增壓。在另一示例中，響應於操作者踩下加速器踏板或駕駛員扭矩需求的增加可能需要增壓。如果不需要增壓，例如當發動機負載較低或駕駛員扭矩需求較低時，所述方法進行至222，其中發動機以自然吸氣操作。在以自然吸氣操作時，第一壓縮機和第二壓縮機中的每一個被維持停用。

如果需要增壓，則在224處，所述方法包含在向前方向上啟用並加速第一上遊壓縮機，同時耦合到第二下遊壓縮機的排氣渦輪機加速旋轉。在此，響應於駕駛員需求的扭矩的增加，第一壓縮機被向前旋轉並且到發動機的壓縮空氣的流量被增加。另外，在向前旋轉第一壓縮機時，橫跨機械增壓器耦合的旁通閥(例如旁通閥62)保持閉合。在向前方向上加速第一壓縮機可以包含使用從電池汲取的功率經由電動馬達來旋轉第一壓縮機，其中電動馬達與換向電路解耦。隨後基於增壓需求的增加(例如，基於相對於目標增壓壓力的實際增壓壓力，或基於相對於閾值發動機轉速的實際渦輪機轉速)在向前方向上加速第一壓縮機。以此方式，在發動機起動期間，在發動機達到怠速之後，響應於增壓的需求，在排氣渦輪機(並且因此第二壓縮機)加速旋轉時，所述方法包含向前旋轉第一壓縮機並經由第一壓縮機將壓縮空氣提供給發動機。

由此，電動機械增壓器可以具有130-200ms的響應時間(也就是說，空轉至100％佔空比)，並且因此可以能夠比典型的渦輪增壓器響應時間(1-2秒)快得多地提供增加。因此，電動機械增壓器的第一壓縮機可以能夠明顯更快地填充渦輪遲滯。

隨著排氣熱量和壓力由於汽缸燃燒而發展，排氣渦輪機轉速增加，從而驅動第二壓縮機。在226處，確定渦輪機轉速是否高於閾值，例如在渦輪增壓器能夠維持增壓需求的閾值轉速以上。如果為否，則在228處，維持(機械增壓器的)第一壓縮機的向前旋轉。

如果渦輪機轉速高於閾值，則在230處，所述方法包含例如通過禁用電動馬達來使第一壓縮機減速。另外，旁通閥(例如旁通閥62)可以被打開，從而允許空氣繞過第一壓縮機並流動到(下遊)第二壓縮機。因此，在渦輪機已經充分加速旋轉之後，所述方法包含繞過第一上遊壓縮機並且經由第二下遊壓縮機將壓縮空氣流提供到活塞發動機。在此，壓縮空氣不經由第一壓縮機提供到發動機。通過短暫操作機械增壓器的第一壓縮機直到渦輪增壓器加速旋轉，由於加速旋轉第二壓縮機時的延遲造成的渦輪遲滯被減少。

以此方式，在發動機起動期間，在發動機轉速達到怠速之前，第一上遊壓縮機可以向後旋轉，而第二下遊壓縮機被停用以減少發動機急增。隨後，在發動機轉速達到怠速之後，第一壓縮機可以向前旋轉，而第二壓縮機維持停用以減少渦輪遲滯。

應了解，如果接收到扭矩需求的進一步增加，例如由於進一步踩下加速器踏板所導致，並且扭矩需求無法由僅經由第二壓縮機提供的加壓空氣來滿足，則可以經由電動馬達重新激活第一壓縮機並向前旋轉第一壓縮機。之後，可以經由第一壓縮機和第二壓縮機中的每一個將加壓空氣提供給發動機。

現在轉到圖3，其示出用於通過分級增壓式發動機系統中的機械增壓壓縮機的反向旋轉來改進發動機急增控制的示例圖表300。圖表300以曲線302描繪踏板位置(PP)，以曲線304描繪發動機轉速(Ne)，以曲線306描繪歧管壓力(MAP)，以曲線308描繪增壓壓力，以曲線310描繪機械增壓器的第一上遊壓縮機的旋轉速度(speed_comp1)，以曲線312描繪第一壓縮機的旋轉方向(Rot_dir_comp1)，並且以曲線314描繪渦輪增壓器的第二下遊壓縮機的旋轉速度(speed_comp2)。所有曲線示出為沿著x軸隨時間變化。注意，在圖上同一時間處(例如在時間t1處)對準的元素同時發生，包含例如一個參數在增加而另一參數在降低的情況。

在t1之前，發動機可以被關閉。在t1處，發動機可以響應於點火事件而起動。在發動機重新起動期間，為了減少發動機轉速急增，經由電動馬達旋轉上遊電動機械增壓器的第一壓縮機(曲線310)。確切地說，在t1和t2之間經由電動馬達反向旋轉第一上遊壓縮機(曲線312)。由於第一壓縮機的反向旋轉，發動機的歧管壓力(MAP)開始降低(曲線306)。在當前示例中，歧管壓力相對於大氣壓力BP降低。發動機在發動機起動期間基於降低的MAP被同時加燃料，從而導致需要相對較少的燃料。另外，由發動機輸出相對較少的發動機扭矩，從而導致較小的發動機轉速，並且因此導致發動機急增的減少(曲線304)。

在t2處，發動機轉速達到閾值轉速(例如怠速)。響應於達到閾值轉速，第一壓縮機反向旋轉被停止。在t2之後不久，基於踏板位置的變化接收到操作者扭矩需求。在此，扭矩需求並沒有高到需要增壓發動機操作的程度。因此，發動機以自然吸氣操作，並且第一和第二壓縮機未旋轉。

在t3處，操作者踩下加速器踏板事件發生，指示操作者扭矩需求的增加。在此，較高扭矩需求導致需要增壓發動機操作。為了減少在耦合到第二壓縮機的排氣渦輪機加速轉動(spool)時可能引起的渦輪遲滯，響應於增壓需求，經由電動馬達旋轉第一壓縮機。確切地說，第一上遊壓縮機在t3和t4之間的持續時間內經由電動馬達在向前方向上旋轉(曲線312)以升高增壓壓力。確切地說，在t3和t4之間，由第一壓縮機壓縮的空氣被傳遞到發動機。在t4處，(經由第一壓縮機提供的)增壓壓力達到閾值壓力，響應於此，第一壓縮機的向前旋轉被中止。

還在t3和t4之間，當增壓發動機操作接著發生並且排氣溫度和壓力增加時，渦輪增壓器的渦輪機可以加速轉動(spool up)，使得在t4處，第二壓縮機可以加速。在t4處，一旦第二壓縮機加速轉動且運轉，並且第一壓縮機減速，則由第二壓縮機壓縮的空氣就可以被傳遞到發動機，同時繞過第一壓縮機(例如通過打開橫跨第一壓縮機耦合的旁通管中的旁通閥)。在t3和t4之間，可以僅通過第二壓縮機提供扭矩需求和增壓壓力。

在t5處，由於進一步的操作者踩下加速器踏板，操作者扭矩需求進一步增加，並且需要增壓壓力的進一步增加。然而，所需要的增壓壓力高於可由第二壓縮機單獨提供的增壓壓力。因此，在t5處，第一壓縮機被重新啟用並且經由電動馬達在向前方向上旋轉第一壓縮機，以將增壓輔助提供給第二壓縮機。

以此方式，耦合在渦輪增壓器的第二壓縮機上遊的機械增壓器的第一壓縮機在發動機起動期間被選擇性地向後旋轉，以減少發動機急增，且隨後在踩下加速器踏板期間被選擇性地向前旋轉以減少渦輪遲滯和/或提供增壓輔助。

一種用於發動機的示例方法包括：在發動機起動期間，向後旋轉壓縮機以降低進氣歧管壓力，所述壓縮機的轉速基於發動機轉速。在前述示例方法中，另外或可選地，所述向後旋轉包含向後旋轉以將發動機轉速維持在閾值轉速以下。在前述示例方法中的任一或全部示例方法中，另外或可選地，在發動機起動期間包含在發動機加速運轉至怠速期間。在前述示例方法中的任一或全部示例方法中，壓縮機是由電動馬達驅動的第一上遊壓縮機，並且所述方法另外或可選地進一步包括：在向後旋轉第一壓縮機時，不旋轉第二下遊壓縮機，所述第二壓縮機經由軸由排氣渦輪機驅動。前述示例方法中的任一或全部示例方法可以另外或可選地進一步包括：在發動機達到怠速之後，向前旋轉第一壓縮機，直到渦輪機的轉速高於閾值渦輪機轉速，且隨後使第一壓縮機減速。在前述示例方法中的任一或全部示例方法中，向後旋轉第一壓縮機可以另外或可選地包含選擇性地將電動馬達耦合到換向電路，並且向前旋轉第一壓縮機可以另外或可選地包含選擇性地將電動馬達與換向電路解耦。在前述示例方法中的任一或全部示例方法中，另外或可選地，壓縮機的轉速基於發動機轉速可以包含：隨著發動機轉速接近或超過閾值轉速而增加壓縮機的轉速。前述示例方法中的任一或全部示例方法可以另外或可選地進一步包括：在向後旋轉第一壓縮機時，保持進氣節氣門打開並且基於較低的歧管壓力給發動機汽缸加燃料。

用於增壓發動機的另一示例方法包括：在發動機起動期間，在發動機轉速達到怠速之前，向後旋轉第一上遊壓縮機，而第二下遊壓縮機被停用；並且在發動機轉速到達怠速之後，向前旋轉第一壓縮機，而第二壓縮機維持停用。在前述示例中，另外或可選地，第一壓縮機是由電動馬達驅動的機械增壓壓縮機，並且第二壓縮機是經由軸由排氣渦輪機驅動的渦輪增壓壓縮機。另外或可選地，在前述示例方法中的任一或全部示例方法中，向後旋轉第一壓縮機包含以基於相對於怠速的發動機轉速的轉速旋轉第一壓縮機，並且向前旋轉第一壓縮機包含以基於排氣渦輪機的渦輪機轉速的轉速旋轉第一壓縮機。前述示例方法中的任一或全部示例方法可以另外或可選地進一步包括：在發動機轉速達到怠速之後，維持第二壓縮機停用且同時向前旋轉第一壓縮機，直到排氣渦輪機的渦輪機轉速達到閾值轉速。前述示例方法中的任一或全部示例方法可以另外或可選地進一步包括：在渦輪機轉速達到閾值轉速之後，停用第一壓縮機並向前旋轉第二壓縮機。另外或可選地，在前述示例方法中的任一或全部示例方法中，停用第一壓縮機並向前旋轉第二壓縮機包含繞過第一壓縮機並且經由第二壓縮機將加壓空氣提供給發動機。前述示例方法中的任一或全部示例方法可以另外或可選地進一步包括：響應於扭矩需求的增加，在向前旋轉第二壓縮機時，向前旋轉第一壓縮機並經由第一壓縮機和第二壓縮機中的每一個將加壓空氣提供給發動機。

另一示例發動機系統包括：發動機，其具有進氣歧管；進氣節氣門；踏板，其用於接收操作者扭矩需求；燃料噴射器，其耦合到發動機汽缸；第一進氣壓縮機，其由電動馬達驅動，所述馬達由電池提供動力；換向電路，其選擇性地可耦合到電動馬達；第二進氣壓縮機，其由排氣渦輪機驅動，第一壓縮機沿著進氣通道定位在第二壓縮機上遊；壓力傳感器，其耦合到進氣歧管；以及控制器。該控制器可以配置有存儲在非暫時性存儲器上以用於進行以下操作的計算機可讀指令：響應於發動機重新起動請求，經由馬達向後旋轉第一壓縮機以產生進氣歧管真空；以及在旋轉期間，基於估計的歧管壓力來給發動機汽缸加燃料，直到發動機轉速達到閾值轉速。在前述示例系統中，控制器另外或可選地包含用於進行以下操作的進一步指令：在向後旋轉第一壓縮機時，保持進氣節氣門打開。在前述示例系統中的任一或全部示例系統中，控制器另外或可選地包含用於進行以下操作的進一步指令：將電動馬達耦合到換向電路以向後旋轉第一壓縮機；並且在發動機轉速達到閾值轉速之後，中止第一壓縮機的旋轉，同時基於估計的歧管壓力來給發動機汽缸加燃料。在前述示例系統中的任一或全部示例系統中，控制器另外或可選地包含用於進行以下操作的進一步指令：響應於踩下加速器踏板，將電動馬達與換向電路解耦並且經由電動馬達向前旋轉第一壓縮機，而不旋轉第二壓縮機，直到渦輪機轉速高於閾值渦輪機轉速；並且在渦輪機轉速高於閾值渦輪機轉速之後，使第一壓縮機減速並基於操作者扭矩需求經由渦輪機旋轉第二壓縮機。前述示例系統中的任一或全部示例系統可以另外或可選地進一步包括將第一壓縮機的入口耦合到第一壓縮機的出口的旁通路徑，所述旁通路徑包含旁通閥，並且控制器可以另外或可選地包含用於進行以下操作的進一步指令：當向後或向前旋轉第一壓縮機時，保持旁通閥閉合；並且當使第一壓縮機減速時打開旁通閥，以便僅經由第二壓縮機將加壓空氣提供給發動機。

以此方式，電動機械增壓器可以在發動機起動期間有利地用於快速降低歧管壓力並減少發動機轉速急增。確切地說，可以促使電動機械增壓器的快速響應時間改變以在發動機加速運轉至空轉的短時間內減少歧管壓力。通過在發動機起動時向後旋轉機械增壓壓縮機，可以降低發動機起動增壓需求，從而降低燃料需求。由此導致的發動機扭矩和轉速的下降使得發動機轉速能夠根據目標軌線加速運轉，並且具有減少的急增。通過在其它條件期間向前旋轉相同的機械增壓壓縮機，可以在多級發動機系統中解決渦輪遲滯，其中機械增壓器被定位在渦輪增壓器的上遊。由此，這允許在發動機起動期間和在發動機加速運轉至怠速之後使用相同的發動機組件來增強發動機性能。通過減少發動機轉速急增，發動機起動NVH問題被減少，從而改進發動機起動性和操作者感知到的駕駛質量。另外，與發動機起動轉速急增相關聯的燃料損耗被減少。

要注意，本文所包含的示例性的控制和估算程序可以用於各種發動機和/或車輛系統配置。本文公開的這些控制方法和程序可以作為可執行指令被存儲在非瞬態存儲器上並且可以由包含控制器的控制系統結合各種傳感器、致動器和其他發動機硬體來執行。本文描述的這些特定程序可以代表任意數量的處理策略中的一種或多種，例如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等。由此，所說明的各種動作、操作和/或功能可以按所說明的順序進行、並行地進行或在某些情況下被省略。同樣，處理順序不是實現本文描述的這些示例性實施例的特徵和優點所必須要求的，而是為了方便說明和描述而被提供。所說明的動作、操作和/或功能中的一個或多個可以取決於所使用的具體策略被重複地執行。進一步，所描述的動作、操作和/或功能可以以圖形方式表示有待編程到該發動機控制系統的計算機可讀存儲介質的非暫時性存儲器中的代碼，其中所描述的動作是通過在包括各種發動機硬體部件的系統中執行指令並結合電子控制器來執行的。

應了解的是，本文公開的配置和程序在本質上是示例性的，並且這些特定實施例不得以限制的意義來考慮，因為眾多的變體是可能的。例如，以上技術可以應用於V-6、I-4、I-6、V-12、對置4以及其他發動機類型。本申請的主題包括本文公開的各種系統和配置以及其他特徵、功能和/或特性的所有新穎的且非顯而易見的組合和子組合。

隨附的權利要求具體地指出了被認為是新穎的且非顯而易見的某些組合和子組合。這些權利要求可能提及「一個」元件或「第一」元件或其等效物。這樣的權利要求應理解為包括引入了一個或多個此類元件，但不要求或排除兩個或更多此類要素。所公開的這些特徵、功能、元件和/或特性的其他組合和子組合可以通過對本權利要求的修改或通過在本申請或相關申請中提出新的權利要求來要求保護。這樣的權利要求無論在範圍上與原權利要求相比更寬、更窄、相同或不同，也都被視為包含在本申請的主題之內。