提供扭矩輔助的方法和系統與流程

2023-05-24 00:50:11

本發明涉及一種提供扭矩輔助至內燃發動機的旋轉軸的方法，並且尤其是，但非唯一地，涉及提供扭矩輔助至渦輪增壓內燃發動機。

背景技術：

很大一部分的車輛發動機裝備有改進性能以及燃料效率和排放水平的渦輪增壓器。裝備有渦輪增壓器的發動機通常包含廢氣再循環(egr)系統，該系統通過使一部分廢氣再循環返回至發動機的進氣口來進一步減少排放值。在低壓egr(lp-egr)系統中，廢氣被再引入渦輪增壓器壓縮機進氣口的上遊。在該位置的壓力是低的，即使在高發動機增壓情況下，其也允許廢氣的低壓再循環。相反，在高壓egr(hp-egr)系統中，廢氣被再引入渦輪增壓器壓縮機出氣口的下遊並因此廢氣必須在更高壓力下再循環。一些車輛裝備有雙渦輪增壓器，其串聯工作以增加進氣的壓力並且使廢氣再循環。高壓egr氣體可被再引入第二壓縮機的上遊或下遊。為了控制egr氣體的流動，egr系統可具有配置為控制將egr再引入返回至發動機的進氣口的一個或多個egr閥。

當裝備有egr系統的發動機在滿載(例如最大扭矩輸出)或接近滿載運行時，egr閥將典型地被關閉，將egr流減少至零。當egr閥被關閉時，冷凝物可以隨著egr氣體和系統冷卻而在閥的上遊形成。當對於發動機的扭矩需求減小時，egr閥打開以將egr氣體再引入回到發動機的進氣口。結果，已經累積在egr閥上遊的冷凝物通過閥排出並且進入發動機的進氣口。這樣的冷凝物排出是並不期望的，尤其是對於lpegr系統，因為大量的冷凝物會損壞渦輪增壓器的壓縮機。

一個解決方案是定期打開egr閥，例如每30秒打開3秒，以蒸發和排出積累的冷凝物以及重新加熱egr系統，其幫助減少冷凝的速度。然而，在發動機滿載或接近發動機滿載時，egr閥的打開減少了可用於燃燒的空氣並因此導致對於駕駛員來說明顯的扭矩擾動。

技術實現要素：

根據本發明的一個方面，提供一種提供扭矩輔助至內燃發動機的旋轉軸的方法，該方法包含：由於廢氣再循環閥的操作，例如響應於廢氣再循環閥的操作，使用電機輔助旋轉軸的旋轉。旋轉軸可以是發動機的任何旋轉軸，其可由電機驅動。例如，旋轉軸可以是發動機的曲軸、凸輪軸、平衡軸、或任何其它適當的旋轉軸。扭矩輔助可被提供以減少和/緩和由廢氣再循環閥的操作引起的發動機的輸出扭矩中的扭矩下降。旋轉軸的旋轉可通過從電機施加扭矩至旋轉軸而進行輔助。由電機提供的輔助可根據廢氣再循環閥的打開狀態進行調節。

方法可包含由於廢氣再循環閥的操作減少噴射進發動機的汽缸中的燃料量。例如，廢氣再循環閥的操作可導致進入發動機的進氣口的氣體中的氧氣比例減少。結果是，噴射進汽缸中的燃料量可能減少，例如試圖實現汽缸的燃燒室中的反應物的期望的空氣燃料比。方法可包含由於噴射進汽缸中的燃料量減少而使用電機輔助旋轉軸的旋轉。

廢氣再循環閥的運行樣式(operationalprofile)可由以下中的至少一個限定：打開廢氣再循環閥的程度、通過廢氣再循環閥的氣體的流速、廢氣再循環打開持續的時段，即，首先允許氣體流過閥的閥和阻止氣體流動的閥之間的時段、以及打開和/或關閉廢氣再循環閥的速度。

電機的運行樣式可以隨著限定廢氣再循環閥的運行樣式的至少一個因素變化。由電機提供的扭矩輔助的量可隨著廢氣再循環閥打開持續的時段變化。由電機提供的扭矩輔助的量可隨著廢氣再循環閥打開的程度變化。由電機提供的扭矩輔助的量可隨著通過廢氣再循環閥的氣體流速變化。由電機提供的扭矩輔助的量可隨著打開和/或關閉廢氣再循環閥的速度變化。在廢氣再循環閥的打開和使用電機輔助旋轉軸的旋轉之間可以有延遲。例如，電機的激活可延遲再循環的廢氣達到汽缸的燃燒室所需的時段。

方法可包含響應於減少發動機的扭矩輸出的請求而減少由電機提供的扭矩輔助的量。例如，方法可包含在電機已被激活以輔助旋轉軸的旋轉並且駕駛員請求發動機的輸出扭矩的減少的情況下，減少由電機提供的扭矩輔助的量、或停用電機使得不再提供扭矩輔助。

根據本發明的另一方面提供一種提供扭矩輔助至內燃發動機的旋轉軸的方法，該方法包含：通過從電機施加扭矩至旋轉軸來輔助旋轉軸的旋轉，由電機提供的輔助根據廢氣再循環閥的打開狀態進行調節。

根據本發明的另一方面提供一種用於內燃發動機的扭矩輔助系統，該扭矩輔助系統包含：廢氣再循環閥；連接至發動機的旋轉軸的電機；和配置為由於廢氣再循環閥的操作(例如響應於廢氣再循環閥的操作)而激活電機的控制器。

電機可連接至發動機的曲軸。電機可剛性連接至發動機的曲軸。電機可通過一個或多個中間元件例如輔助驅動元件連接至發動機的曲軸。電機可在發動機的前端——例如同步驅動器和/或一個或多個輔助驅動器連接的發動機的一端——連接至曲軸。

扭矩輔助系統可包含配置為將廢氣再循環系統可操作地連接至發動機的燃料系統和/或電機的控制器。

廢氣再循環閥可控制進入發動機的增壓進氣裝置的壓縮機的廢氣流動。例如，廢氣再循環閥可控制進入渦輪增壓器和/或增壓器中的廢氣流動。廢氣再循環閥可控制進入發動機的進氣口的廢氣流動。廢氣再循環閥可控制直接進入發動機的進氣歧管的廢氣流動。電機可通過一個或多個中間元件連接至發動機的曲軸。

提供一種包含至少一個上述扭矩輔助系統的發動機。

本發明也提供軟體(例如，用於執行任何在此描述的方法的電腦程式或電腦程式產品)以及具有存儲在其上的用於執行任何在此描述的方法的程序的計算機可讀介質。體現本發明的電腦程式可被存儲在計算機可讀介質上，或其可，例如，以信號的形式，例如，由網際網路站提供的可下載數據信號，或其可以以任何其它形式。

為了避免說明書中效果的不必要重複和文字的重複，某些特徵僅關於本發明的一個或多個方面或配置描述。然而，應該理解的是，其在技術上是可行的，關於本發明的任何方面或配置描述的特徵也可與本發明的任何其它方面或配置一起使用。

附圖說明

為了更好地理解本發明，並且更清楚地展示它如何有效實施，通過舉例，現將對附圖進行參考，附圖中：

圖1示出了車輛的發動機的示意圖；

圖2示出了扭矩輸出對發動機轉速的圖示；以及

圖3示出了扭矩輔助系統。

具體實施方式

參照圖1，描述了根據本發明的布置的機動車輛的內燃發動機3的發動機總成1。空氣可通過進氣口7進入進氣道5並在之後通過空氣過濾器9。空氣可在之後通過增壓進氣裝置的壓縮機11a，例如渦輪增壓器11。渦輪增壓器11可改進發動機功率輸出並減少排放。典型地，渦輪增壓器11設置有驅動安裝在相同軸上的壓縮機11a的廢氣驅動渦輪11b。增壓空氣冷卻器可進一步增加進入內燃發動機3的空氣的密度，因此改進其性能。空氣可在之後通過配置為改變進入內燃發動機的空氣品質流的節流閥進入內燃發動機3。

在本發明的特定配置中，內燃發動機3包含柴油機，然而，同樣設想發動機3可以是火花點火式發動機。如圖1所描述的，內燃發動機3可包含多個汽缸15a-d並且空氣可在由一個或多個閥(未示出)決定的發動機的循環中在適當時間流入這些汽缸的每個中。

離開內燃發動機3的廢氣可進入配置為從發動機接收廢氣並通過排氣口21排出它們的排氣道19。排氣道19中的廢氣可通過渦輪增壓器的渦輪11b。一個或多個廢氣處理模塊23可被設置在渦輪11b的下遊，例如，以減少發動機的廢氣排放。

還可以設置第一廢氣再循環迴路25，例如低壓廢氣再循環(lp-egr)迴路，其配置為選擇性地使來自於內燃發動機3的廢氣再循環返回至內燃發動機中。第一廢氣再循環迴路25可圍繞渦輪增壓器11設置使得離開渦輪11b的廢氣可被再循環至壓縮機11a的進氣口中。第一廢氣再循環迴路25可包含第一廢氣再循環風道27，其可從主廢氣流路徑分支出，例如，廢氣可從主廢氣流路徑轉向以流過第一廢氣再循環風道27。第一廢氣再循環風道27可在廢氣處理模塊23的下遊(以及如果提供的話另外的廢氣處理模塊的上遊)從主廢氣流路徑分支出。第一廢氣再循環迴路25可進一步包含第一再循環閥29，其可控制通過第一廢氣再循環管27再循環的量。在圖1中示出的布置中，第一再循環閥29控制再循環至渦輪增壓器壓縮機11a中的廢氣的流動。此外，廢氣冷卻器(未示出)可被設置在廢氣再循環迴路25中以冷卻第一廢氣再循環迴路25中的氣體。

還可以設置第二egr迴路31，例如高壓廢氣再循環(hp-egr)迴路，其配置為選擇性地使來自於內燃發動機3的廢氣再循環返回至內燃發動機中。第二egr迴路31可圍繞發動機3設置，其中離開發動機3的廢氣再循環至發動機3的空氣進氣口，例如直接進入發動機的進氣歧管中。第二廢氣再循環迴路31可包含第二廢氣再循環風道33，其可從主廢氣流路徑分支出，例如，氣體可從主廢氣流路徑轉向以流過第二廢氣再循環風道33。第二廢氣再循環風道33可在發動機3和渦輪增壓器的渦輪11b之間的點處從主廢氣流路徑分支出。因此，第二egr迴路31中的廢氣可處於比第一egr迴路25中的廢氣更高的壓力下。第二廢氣再循環迴路31可包含第二再循環閥35，其可控制在第二egr迴路31中的再循環的量。

當發動機3正在滿載或接近滿載運行時，例如在一段高或最大扭矩輸出期間，egr閥29、35將典型地被關閉，egr流減少至零。當egr閥29、35關閉時，冷凝物可隨著egr氣體和egr迴路25、31冷卻而在閥29、35的上遊形成。當對於發動機的扭矩需求減少時，egr閥29、35打開以將egr氣體再引入返回至發動機的進氣口。結果是，已經累積在egr閥29、35上遊的冷凝物通過egr閥29、35排出並進入發動機的進氣口，這可通過改變發動機汽缸15a-d的燃燒室中反應物的比例來影響發動機的操作。一個問題尤其可發生在lp-egr迴路中，因為冷凝物排入渦輪增壓器11中，其可損壞渦輪增壓器11的壓縮機11a。

為了減少靠近egr閥29形成的冷凝物，例如在高發動機輸出期間，egr閥29、35可被定期打開以加熱egr閥29、35和egr迴路25、31的關聯的支管，其幫助減少冷凝的速度和因此冷凝物排出的量。例如，egr閥29、35可近似每30秒打開3秒的時間段，或任何其它合適的時段/間隔。

然而，egr流可減少汽缸中的空氣燃料比，例如通過增加發動機3的進氣口中的氮和/或二氧化碳與氧的比。照此，發動機3的輸出扭矩可由於egr流而波動，其可能對駕駛員來說是顯而易見的，特別是在滿載或接近滿載時。而且，為了解決汽缸中的空氣燃料比的減少和避免浪費燃料，噴射到汽缸中的燃料量可被減少，試圖將空氣燃料比恢復至期望比值。然而，這樣的動作導致發動機的扭矩輸出的減少。

圖2示出了發動機3的輸出扭矩110相對於具有egr迴路25、31中的至少一個的發動機的時間的圖示。圖2也示出了egr閥29、35——例如lp-egr系統的egr閥——中的一個的閥操作事件120和輸出扭矩110的扭矩下降事件130之間的關係。為了克服扭矩下降事件130，本發明提供響應於至少一個egr閥29、35的操作而使用電機輔助旋轉軸的旋轉的方法100和系統37。

在圖2中，發動機3正以最大輸出或接近最大輸出操作持續時段p0。在時段p0期間，期望將egr閥29、35保持在關閉位置以便使發動機汽缸15a-d的燃燒室中的空氣燃料比最大化，使得發動機3以它的最大輸出或接近最大輸出操作。然而，如上所述，egr閥29、35可被定期打開和關閉，以便減少在egr閥29、35上遊形成的冷凝物的量。結果是，發動機3的輸出可由於再循環至發動機3的進氣口中的廢氣而下降。

如在圖3中示出的，扭矩輔助系統37包含電機39，電機39連接至發動機3的旋轉軸41，例如曲軸。電機39可以是任何類型的電機39，其配置為輔助曲軸的旋轉。例如電機39可以是電動馬達或電動發電機。電機39可直接連接——例如剛性連接——至曲軸。在另一布置中，電機39可通過一個或多個中間元件——例如輔助驅動元件，如齒輪、滑輪、傳動帶或傳動鏈——連接至曲軸。離合器(未示出)可被設置在電機39和發動機3的曲軸之間，使得電機39可基於來自於電機39的瞬時扭矩需求與曲軸選擇性地接合和解離。當無需來自於電機39的扭矩輔助時，解離離合器以減少發動機3的阻力是有利的。

在圖3中示出的配置中，電機39連接至發動機3的曲軸的前端43。在本發明的情況下，術語「前端」被理解為意味著發動機3上相對於「後端」45的一端，變速器連接至該端。照此，電機39可以連接至曲軸的延伸通過發動機外殼前面並且可配置為驅動發動機3的同步驅動的一端。然而，在一個或多個可選擇的配置中，電機39可連接至曲軸的任何合適的部分。例如，電機39可連接至曲軸上從發動機外殼的後端延伸並且可配置為驅動變速器的一部分。

扭矩輔助系統37包含配置為激活/或停用電機39的控制器47。控制器47可被可操作地連接至egr迴路25、31，使得能夠確定egr閥29、35的一個或多個運行參數。例如，控制器47可配置為確定以下中的至少一個：打開廢氣再循環閥的程度、氣體通過廢氣再循環閥的流速、廢氣再循環閥打開持續的時段，即，首先允許氣體流過閥的閥和阻止氣體流動的閥之間的時段、以及打開和/或關閉廢氣再循環閥的速度。

控制器47可被可操作地連接至發動機3，使得控制器47能夠確定發動機3的一個或多個運行參數。例如，控制器47可配置為確定來自於發動機3的曲軸的輸出扭矩。以這種方式，控制器47可配置為根據egr迴路25、31和/或發動機3的一個或多個運行參數來控制扭矩輔助系統37的操作。此外，控制器47可被可操作地連接至發動機的燃料噴射系統49，使得控制器能夠控制噴射進發動機的汽缸15a-d的每個的燃料量和/或燃料噴射事件的正時。例如，控制器47可配置為響應於egr閥29、35的操作而減少噴射進汽缸中的一個或多個的燃料量和/或延遲一個或多個燃料噴射事件。

控制器47配置為確定egr閥29、35的運行狀態並激活電機39以便增加施加至車輛變速器的扭矩。例如，控制器可配置為做出egr閥29、35是打開還是關閉的決定並相應地控制電機39的操作從而補償本應發生的扭矩下降事件130。

例如，控制器47可配置為在存在具有運行時段p1的第一閥運行事件120a、和具有運行時段p2的第二閥運行事件120b的情況下，控制電機39，使得第一扭矩輔助事件140a的運行時段p3對應於運行時段p1並且第二扭矩輔助事件140b的運行時段p4對應於運行時段p2。在示出於圖2的示例中，第一扭矩輔助事件140a的運行時段p3等於運行時段p1，並且第二扭矩輔助事件140b的運行時段p4等於運行時段p2。然而，扭矩輔助事件140的運行時段可具有與閥運行事件120的運行時段任何適當的關係。扭矩輔助的級別和/或提供扭矩輔助的速度可以類似的方式與egr閥29、35打開的量和/或egr閥29、35打開的速度關聯。

在示出於圖2的示例中，第一扭矩輔助事件140a的開始從第一閥運行事件120a的開始延遲了時段p5。類似地，第二扭矩輔助事件140b的開始從第二閥運行事件120b的開始延遲了時段p6。時段p5不同於時段p6，如圖2所示。然而，時段p5可與p6相同。在一些情況中，延遲激活電機39可能是有利的，因為在egr閥29、35打開和作為結果的進入汽缸15a-d的氧氣質量流的減少之間有延遲。而且，噴射的燃料量可與汽缸15a-d中可用於燃燒的實際氧氣一致地減少。以這種方式，電機39的操作可被計時以對應於汽缸15a-d的燃燒室中的空氣燃料比的變化。

本發明提供一種當egr閥29、35打開，例如以蒸發積累的冷凝物時，抵消扭矩下降130的方法100和系統37。當打開egr閥29、35時，發動機的扭矩輸出110可由於發動機的進氣口中氧氣比例降低而被約束，例如在柴油發電機上的煙度極限。結果是，傳送至汽缸的燃料可減少，例如以解決汽缸中的反應物的化學計量比。響應於egr閥29、35和/或燃料噴射系統的操作，電機39被激活以輔助曲軸的旋轉。以這種方式，隨著發動機3的性能開始降低，電機39提供扭矩輔助至曲軸以便當egr閥29、35打開時補償經歷的扭矩下降130。

使用電機39輔助曲軸的旋轉是有利的，因為電機39具有非常快的扭矩響應並因此非常適合平衡發動機的扭矩輸出中的變化。通過使用電機39輔助曲軸的旋轉，駕駛員將不經歷在冷凝物清除期間可能發生的扭矩下降130。本發明因此是有利的，因為其允許定期清除來自於egr迴路25、31的冷凝物而沒有任何明顯的性能損失。這能夠幫助阻止渦輪增壓器11的壓縮機11a由於大量冷凝物進入壓縮機11a的進氣口而受損。

儘管本發明已經參照一個或多個實施例舉例說明，但是本領域的技術人員應該理解本發明並不局限於所公開的實施例，並且在不背離由權利要求所確定的本發明的保護範圍的條件下，可以構建替換實施例。