運行配備氣動增壓系統的車輛的方法

2023-09-19 07:27:50 2

運行配備氣動增壓系統的車輛的方法
【專利摘要】一種用於改進車輛性能的設備和方法，其通過以在在最大可行程度上使超過不同運行限值的可能性最小化的同時增大發動機扭矩輸出的方式施加氣動增壓至車輛發動機（包括具有供應空氣至發動機的至少一個渦輪增壓器的柴油發動機）而進行。所述車輛的氣動增壓系統控制器通過以下項而實施用於在增壓事件期間使空氣噴射的速率成形、定製空氣噴射以在遵守運行限值的同時獲得最大發動機扭矩輸出的策略：在增壓事件期間控制定時、持續時間、數量和/或噴射型式以在增壓事件過程中實現壓縮空氣噴射的精細化分布以提供所要發動機扭矩輸出和燃料效率，同時使超過多種運行限值、法定、工程和乘客舒適度限值的可能性最小化。
【專利說明】運行配備氣動增壓系統的車輛的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於改進許多領域的車輛性能(包括加速、燃料經濟性和減排)的設備和方法。尤其，本發明涉及以增大發動機扭矩輸出(以滿足設計、法定和其它要求的方式)的方式施加氣動增壓至車輛發動機(包括具有供應空氣至發動機的進氣歧管的至少一個渦輪增壓器的商用車輛柴油發動機)的設備和方法。
[0002]發明背景
[0003]內燃發動機(諸如，例如柴油發動機)通常配有廢氣渦輪增壓器。例如，圖1示出具有耦接至廢氣渦輪增壓器2的排氣管路10的內燃發動機I的示意圖。廢氣渦輪增壓器具有由來自排氣管路10的廢氣驅動的渦輪4。渦輪4耦接至壓縮機3 (這些組件一起形成渦輪增壓器葉輪單元)，其壓縮來自進氣進口 11的進氣。從壓縮機3排出的壓縮空氣被饋送至發動機I的進氣管路9』以增大發動機I中的氣壓，並且由此在汽缸的各自進氣閥打開時將比發動機吸氣情況下可能饋送至汽缸中的空氣更多的空氣饋送至發動機的汽缸中。因渦輪增壓器將額外空氣供應至發動機氣缸中，連同來自發動機的燃料噴射系統的相關額外燃料，發動機的扭矩輸出增大且發動機以更高效率運行。具體地，當汽缸的進氣閥閉合時，由渦輪增壓器輸送至進氣歧管的額外壓力在發動機汽缸中形成更大壓力。當組合額外燃料且被點燃時，存在於汽缸中的更大空氣品質形成更高燃料壓力，且因此更高活塞力通過發動機的曲軸轉化為更高發動機扭矩輸出。此外，增大的燃燒質量和壓力產生更高壓力和體積的廢氣，其接著在廢氣中提供額外能量以驅動渦輪增壓器的渦輪。增大的廢氣能量進一步增大渦輪增壓器壓縮機的轉速，並且由此進一步增大被供應至汽缸的空氣量以按更快速率增大發動機速度和扭矩輸出。本領域一般技術人員應了解雖然上文和下文討論燃燒空氣經由進氣歧管到達發動機的汽缸，但是本發明的原理和概念同樣適用於具有替代供氣體積的發動機，諸如其中進氣配置使得每個汽缸具有相關進氣「室」而非接收來自共同進氣歧管的進氣的發動機。
[0004]使用廢氣渦輪增壓器的一個眾所周知的問題是其無法在內燃發動機的所有運行狀態中輸送足夠的空氣量，最明顯的是在響應低發動機速度下的突然加速需求時。例如，在諸如具有廢氣渦輪增壓器的柴油發動機的發動機中，在大的加速需求期間，渦輪增壓器通常由於低發動機速度和進氣和廢氣輸出的相應低質量流速而無法供應充足的空氣流量以在進氣歧管中產生所需的氣壓量以驅動渦輪增壓器。因此，內燃發動機反應慢，明顯的扭矩輸出和轉速增大僅在油門踏板被按壓後的顯著延遲之後發生(被稱作「渦輪延時」的效應)。
[0005]已提出不同解決方案來改善「渦輪延時」效應，包括其中將壓縮空氣供應至發動機的進氣歧管的配置。這樣一種「氣動增壓」系統的實例圖示在圖1中。在本實例中，儲存器13儲存空氣壓縮機14產生的壓縮空氣。在加速需求開始與渦輪增壓器已積聚足夠壓力以與進氣歧管壓力相等並且開始自行滿足扭矩輸出需求之時之間的瞬態期期間，響應增大發動機扭矩輸出的需求而將壓縮空氣引入發動機I的進氣管路9』中。
[0006]從儲存器13供應至進氣管路9』中的額外空氣具有至少兩種主要作用。饋送至發動機I的汽缸的額外燃燒空氣提供發動機扭矩輸出的即刻增大。額外空氣還導致來自發動機的廢氣流的更快速增大，其接著幫助渦輪增壓器渦輪4更快速地增大其轉速，因此使渦輪增壓器壓縮機3能在進氣管路9』中更快地積聚壓力。此外，渦輪增壓器壓縮機可越快供應足夠壓力以支持扭矩輸出需求，供應自儲存器13的額外空氣流量可越快停止，節省壓縮空氣用於其它用途及減小車輛空氣壓縮機的佔空比。
[0007]圖1實例中從儲存器13噴射壓縮空氣經由進氣控制裝置7發生。進氣控制裝置7配置在進氣管路9』與渦輪增壓器的壓縮機3或如圖1中所示壓縮機3下遊的增壓空氣冷卻器5之間。圖2中示意圖示的進氣控制裝置7與增壓空氣冷卻器5的進口 6連接且與進氣管路9』的出口 9連接。
[0008]擋板元件16位於進氣控制裝置7內，介於進口 6與出口 9之間。可通過調整電機17調整擋板元件16以在壓縮空氣被噴射至進氣管路時關閉從進口 6至出口 9的連接。閉合擋板防止噴射的壓縮空氣朝向渦輪增壓器回流以幫助更快速地增大發動機氣缸中的壓力，其接著增大排氣管路壓力和所得的渦輪增壓器排氣壓力增大的速率。此外，閉合擋板還提供渦輪增壓器下遊的閉合體積以進一步協助積聚渦輪增壓器排氣壓力。
[0009]壓縮空氣進口 8經由流量調節裝置20連接至儲存器13的出口 9。控制器15用於控制流量調節裝置20和調整電機17。控制裝置15從壓力傳感器18和19接收輸入，所述壓力傳感器18和19分別測量出口 9上的出口壓力和增壓空氣進口 6上的進口壓力。
[0010]在運行時，流量調節裝置20通過打開從壓縮空氣進口 8至出口 9的連接而將壓縮空氣供應至發動機進氣歧管。大致同時，擋板元件16閉合以防止噴射的壓縮空氣從儲存器13流回至廢氣渦輪增壓器的壓縮機3中。當來自儲存器13的壓縮空氣噴射結束時，擋板元件16再次打開以允許現在充足的來自渦輪增壓器壓縮機3的排放的壓縮空氣供應流至進氣管路9』中。
[0011]雖然先前已知將壓縮空氣噴射至發動機的進氣歧管中以減小「渦輪延時」，但是本領域中工作的重點主要是使可用於流至發動機進氣歧管中的壓縮空氣量最大化及使從氣動增壓事件發起至壓縮空氣實際噴射的響應時間最小化以即刻開始增大發動機扭矩輸出及在來自發動機的扭矩傳輸中避免非所要的駕駛員感知的延遲。
[0012]現有氣動增壓系統的一個問題是有時在氣動增壓事件開始時由非常快的壓縮空氣噴射導致的發動機扭矩輸出的非常陡然的增大。還可能在隨後壓縮空氣噴射終止時及在進氣擋板切換打開以恢復至發動機的渦輪增壓器輸出時經歷這種急劇的發動機扭矩輸出瞬態。這些瞬態可能對車輛駕駛員和乘客造成明顯的不舒適。
[0013]先前氣動增壓系統的另一個問題是在急於快速增強發動機扭矩輸出直到渦輪增壓器已積聚充足壓力過程中，可能超過法定限值，諸如汙染排放限值。突然施加過量氣動增壓還具有對發動機組件造成突加負載的可能。例如，突然施加過量氣動增壓可能施加大量扭矩至車輛傳動系，其可能接近發動機、變速器和/或傳動軸應力限值。過量氣動增壓還可能產生來自發動機的突發高體積、高壓廢氣流，其可能導致渦輪增壓器渦輪壓縮機配件的速度上升至高水平。類似地，突發的壓縮空氣噴射和伴隨的增大的廢氣流可能造成對發動機的進氣中間冷卻器和其相關管道的過度施壓的可能。
[0014]先前氣動增壓系統的另一個問題是過量噴射壓縮空氣及結果耗用車輛的壓縮空氣儲備至低於確保關鍵車輛安全系統(諸如空氣制動器)以及其它車輛系統的可操作性所需的最小數量的可能。一種使這種問題最小化的方法是獲得和安裝較大空氣壓縮機和壓縮空氣儲存容器，其能夠滿足關鍵空氣消耗系統的需要和氣動增壓噴射系統的預期額外需求。但是，這種方法具有其自身的問題，包括對於更大和更多數空氣處理組件的增加成本和重量的代價、由於增大的車輛重量及消耗更多發動機功率輸出以驅動較大壓縮機的需要而增大的燃料消耗和阻礙設計者增加額外儲存器的能力的空間限制。
發明概要
[0015]鑑於現有技術的這些和其它問題，本發明的目標是提供一種氣動增壓系統和運行方法，其改進車輛操作性能同時確保在氣動增壓事件期間滿足設計、運行和法定限制。通過一種氣動增壓系統解決這個目標，所述氣動增壓系統被控制來實施用於在氣動增壓事件期間通過在增壓事件期間控制噴射以改變空氣噴射對時間曲線圖上的壓縮空氣噴射的「形狀」而使壓縮空氣噴射的速率成形的不同策略。氣動增壓事件期間的這種壓縮空氣噴射「速率成形」法以與現有技術的儘可能快地噴射儘可能多的空氣的典型方法正好相反的方式管控氣動增壓系統運行。而是，本發明的方法是定製壓縮空氣噴射的發起時間、持續時間、流速等以在氣動增壓事件過程中實現壓縮空氣噴射的高度精細化分布以改進與多種運行、法定、工程和乘客舒適度限值的相符性。
[0016]應了解，本發明中的「速率成形」不僅僅減慢氣動增壓事件期間壓縮空氣噴射的速率，而且包括多種壓縮空氣噴射型式，其中壓縮空氣輸送速率「成形」以提供儘可能多的發動機扭矩輸出同時在最大可行程度內避免超過適用限值。(或者，速率成形空氣噴射可用於控制扭矩輸出變化的速率)。因此，速率成形涉及提供隨時間分布的可變量的壓縮空氣，例如，在壓縮空氣噴射事件中使壓縮空氣噴射速率曲線的「峰值」移至更早或更遲，提供分布期限內輸送的壓縮空氣噴射的多個「峰值」及/或使壓縮空氣噴射速率符合由車輛參數的實時監測定義的限值。
[0017]還可為本發明的速率成形壓縮空氣噴射提供多個開始/停止事件。提供對壓縮空氣噴射曲線的形狀的所要可變控制的優選方法是使用在多級氣動增壓系統中使用超過一個高速螺線管控制的空氣閥。特別優選的方法是提供具有不同空氣流量額定值且在氣動增壓事件期間通過個別閥門的控制電路的脈衝寬度調製(「PWM」)而在任何時刻控制壓縮空氣噴射量的多個壓縮空氣噴射閥。
[0018]本發明監測車輛參數及/或在系統組件之間交換這些參數以實現實時進行壓縮空氣噴射調整的能力提供將壓縮空氣噴射量與實際需求匹配的先前未知精度水平並且賦予實現多種好處的機會。
[0019]配備速率成形氣動增壓系統的車輛系統的第一個好處是可獲得明顯的燃料效率增大。由使用速率成形壓縮空氣噴射以改進燃燒和廢氣產生以更快速地使發動機進入發動機以其最高效燃料效率運行的發動機速度範圍(通常被稱作發動機的「最有效點」)並且由此使車輛在最小時間量內及以可能的最小燃料消耗量進入所要行駛速度同時仍避免運行、排放和/或設備工程限值而得到的燃料節省。
[0020]本發明的速率成形的額外好處是車輛設計者可避免不必要的壓縮空氣使用並且因此減小車輛的所安裝壓縮空氣產生和儲存設備的大小和成本。具體地，通過僅噴射獲得所要車輛加速所需的壓縮空氣的實際量同時仍維持與運行限值的相符性且僅在氣動增壓事件期間實際需要壓縮空氣時如此噴射，本發明可以比先前氣動增壓系統通常消耗的少的壓縮空氣獲得所要水平的發動機扭矩輸出。壓縮空氣噴射的增大精度減小車輛運行期間所需的壓縮空氣體積，允許車輛設計者減小壓縮空氣產生和儲存組件的大小以匹配較低壓縮空氣需求。由於減小的車輛重量及由於來自車輛空氣壓縮機的減小的寄生能量損失，組件大小和容量的這些減小提供其它燃料經濟性好處。
[0021]本發明的壓縮空氣噴射的數量、持續時間和/或時點的「成形」的另一個好處是氣動增壓事件期間這些參數的直接控制可提供不同車輛系統的響應的間接控制。通過選擇性地定製壓縮空氣噴射速率曲線(例如，通過使空氣噴射質量流速對時間曲線化而形成的曲線)的形狀，可使不同車輛組件和系統在所要範圍內運行和/或避免運行限值同時仍輸送增大的發動機扭矩輸出以補償至少一些(若非所有)渦輪延時。例如，現有技術的顆粒排放管理注重低發動機速度(廢氣壓力低時的發動機運行點)和/或在高發動機負載條件下開始的高加速需求期間空氣燃料比的精確控制。當不足量的空氣可用於防止空氣燃料比變得過度富餘時，所得燃燒過程在廢氣流中留下顆粒物質的形式的未燃碳氫化合物(如果是足夠高的數量，那麼顆粒物質以「煙」的形式可見)。這些未燃碳氫化合物可在廢氣流中呈現煙和/或固體顆粒的形式。本發明的速率成形允許所要數量的新鮮空氣噴射以在所要運行範圍下增大過量空氣比以實現對於在燃燒過程期間減小顆粒物質形成有利的所要空氣燃料比。使用速率成形壓縮空氣噴射以改進與限值的相符性的另一個實例是使用定製的空氣噴射以在高加速需求期間控制NOx形成。傳統上，燃燒過程期間的NOx形成的氣缸內減小通過廢氣再循環(「EGR」)(一種使廢氣流的一部分再循環回進氣口以與汽缸中的輸入新鮮空氣混合的過程)而處理。再循環廢氣中的惰性成分導致較低溫燃燒，使汽缸內溫度降至遠離與NOx形成相關的高溫範圍。當廢氣流中的壓力高於進氣供應體積中的壓力(或，更概括地說，高於EGR流噴射的任意點上的壓力)時，促進至進氣供應體積的EGR流。在現有技術系統中的氣動增壓事件期間，噴射的增壓空氣可能導致進氣中的壓力高於廢氣流中的壓力，並且由此抑制EGR流。使用本發明的速率成形噴射，進氣管氣壓增加、衰減和/或持續的速率可被定製來允許EGR流比現有技術系統更快地進入進氣管以更快速地使顆粒物質產生最小化並且改進排放相符性。此外，計算和測試表明這樣一種速率成形噴射導致發動機更快地達到發動機的優選運行速度範圍(其為「最有效點」)並且在所述範圍內保持更長時間。這導致發動機在對於典型排放測試循環期間的廢氣流和較低NOx形成有利的條件中運行更長時間。
[0022]排放限值偏移預計在接下來幾年將在歐洲和全球其它地區生效的日益嚴厲的政府法規下變得更成問題。預計為了滿足即將出臺的減排要求，配備傳統現有技術氣動增壓系統的車輛將需要求藉助通常非所要的廢氣後處理系統，諸如選擇性催化還原(「SCR」)催化劑和相關尿素噴射系統。這種額外設備預計給配備現有氣動增壓系統的車輛帶來非所要的重量、成本、複雜性和維護要求(例如，尿素補充)代價。
[0023]本發明對壓縮空氣噴射的時點、持續時間和數量的精確速率成形控制提供使與即將出臺的更嚴厲排放限值的相符性最大化而無需藉助額外後處理設備的機會。例如，可調整壓縮空氣噴射的數量和時點以減小燃燒過程期間形成的顆粒物質量。在典型的柴油發動機燃燒過程中顆粒物質與NOx排放的產生成反比。由於發動機設計者採用方法減小NOx排放以滿足更為嚴厲的法定限值，所以顆粒物質通常增加。但是，由於顆粒物質產生也必須滿足法定限值，所以還需要減少顆粒物質的方法。一種減少顆粒物質的方法是提供過量空氣至燃燒室中。過量空氣比，λ (lambda)可隨經仔細定時和定大小的壓縮空氣噴射而增大。有關配備本發明的速率成形氣動增壓系統的發動機的發動機測功機的計算和測試測量顯示典型法定排放測試循環期間顆粒物質15%至25%數量級的減小。此外，由於壓縮空氣噴射導致更長時間處於發動機以其最大效率運行的發動機速度範圍中，所以廢氣壓力處於比在沒有壓縮空氣噴射的情況下高的壓力。這導致廢氣歧管與進氣歧管之間的有利壓力比，其在法定排放測試循環期間促進更常提供令人滿意的廢氣再循環量的能力(其幫助進一步抑制NOx形成)。發動機測功機上的發動機模擬和測試測量顯示廢氣再循環流可在加速瞬態之後更快速地重建至進氣歧管，比先前可實現的快3秒至4秒的數量級。
[0024]速率成形氣動增壓所賦予的對排放的精確得多的控制的相關好處是減小燃燒後排放控制設備的容量的可能。例如，氣動增壓事件瞬態期間觀測到的顆粒材料排放的明顯減小可允許組件(諸如柴油機顆粒過濾器)縮小規模。減小的組件體積方便車輛組件包裝，並且通過使昂貴的廢氣處理材料(諸如鉬)的數量最小化而減小成本。
[0025]本發明的速率成形法的另一個好處是提供提高的發動機制動能力，其允許使用更小、更高效的發動機同時仍在相當於較大發動機所提供等級的發動機制動。減壓制動廣泛用於商用車輛柴油發動機以改進位動性能。在減壓制動中，發動機用於對傳動系統形成明顯阻力以在長下坡駕駛設定檔期間使車輛組合保持合理速度。為了保持合理速度，發動機通過限制對發動機的燃料供應及對來自發動機氣缸的壓力釋放仔細定時而本質上以空氣壓縮機形式運行(即，在活塞已通過壓縮進氣而將從傳動系取得的能量轉化為功後，通過在活塞接近TDC (上死點)時，通過打開洩壓閥而釋放壓縮空氣)。TDC附近汽缸中壓力的釋放防止壓縮空氣在活塞下衝程期間將其能量返回至活塞。
[0026]在推動取得發動機的更好燃料經濟性時，一個解決方案是用較小、更有力的發動機完成先前發動機的職責。但是，雖然較小發動機可被設計來提供所需高水平的馬力和扭矩，但是其無法提供與先前較大排量發動機一樣大的減壓制動量(減壓制動性能與發動機汽缸的活塞排量相關)。因此，在沒有進一步措施的情況下，使用較小發動機對主制動系統(即，車輪制動器)形成相關的更高負擔，這是因為必須由主制動器執行更多制動來補償較小發動機減小的減壓制動能力。
[0027]來自氣動增壓系統的壓縮空氣的速率成形噴射提供對與使用較小發動機相關的不足減壓制動問題的潛在解決方案。具體地，氣動增壓系統可用於至少在減壓制動需求事件的特定部分期間用於將額外空氣噴射至進氣歧管中以在活塞在汽缸中下降時增加載入汽缸中的進氣量。在活塞後續壓縮這個增大的進氣質量期間，當活塞移動至TDC時，必須執行更多功，其從傳動系提取類似於由較大排量發動機從傳動系取得的能量數量的額外能量。這有效地允許較小發動機增大其「制動輸出」達50%的數量級，幫助滿足最終用戶對(用較小發動機)改進燃料效率同時仍維持主制動器性能和壽命的需求。
[0028]使用氣動增壓系統運行以增強減壓制動的其它好處包括使氣動增壓系統和相關渦輪增壓器配置最佳化，例如以使用速率成形壓縮空氣噴射的選項，其僅保守地在使「過大」渦輪增壓器旋轉而足以允許渦輪增壓器產生將提供至發動機氣缸以增強減壓制動的絕大多數額外空氣所需的程度內使用。
[0029]提供額外減壓制動的替代方法是在制動事件期間接合發動機驅動的空氣壓縮機的離合器以使用將供應至氣動增壓系統的空氣的產生以改進減壓制動性能(優選地，使用比在減壓制動期間對發動機正常形成額外阻力大的尺寸的壓縮機)。
[0030]本發明可利用結合高速電子控制單元實時感測諸如排氣含氧傳感器輸出、廢氣壓力、燃料噴射速率等的參數以監測和控制排放相關參數並且將這些參數與所儲存的不同車輛傳動系運行點上的預期和先前測量排放的「圖」對比。使用這種實時信息，本發明的氣動增壓系統控制器隨後可進一步「按比例調整」或另外使壓縮空氣噴射流量、持續時間和/或定時重新成形以提供在相關排放或車輛運行限值(例如，NOx和/或顆粒排放限值和/或最大設備應力水平)內賦予最大發動機扭矩輸出的精細化空氣噴射型式。使用這種速率成形精細化，初步計算和測試表明配備本發明的速率成形氣動增壓系統的車輛將提供與配備傳統氣動增壓系統的車輛幾乎相同的發動機扭矩輸出和車輛加速性能，而且提供車輛排放的充分控制以避免對額外排放控制設備的需要和其相關成本、重量和維護代價。
[0031]本發明的額外目標是提供一種具有速率成形的氣動增壓系統，其允許在定製車輛傳動系性能和排放性能方面的靈活性以適應個別客戶的需要和/或需求。例如，與本發明的速率成形被最佳化以在無需藉助額外後處理設備的情況下使排放最小化的車輛相比，如果車輛系統採用後處理裝置來滿足NOx要求，那麼可以其它方式使本發明的速率成形壓縮空氣噴射最佳化，諸如通過使燃料經濟性最大化、使顆粒排放最小化和/或輸送較大發動機扭矩輸出(通過放寬對在無SCR轉化器的情況下需維持的顆粒物質和NOx排放限值而變得可能)。
[0032]本發明的其它目標包括提供氣動增壓系統組件和運行策略，其允許氣動增壓系統與其它車輛組件一起協調其運行。這種協調實現多種潛在好處，包括通過協調空氣噴射和燃料噴射而使額外發動機扭矩輸出更快獲得及通過結合使用變速器控制器(其控制對可通過速率成形壓縮空氣噴射獲得的發動機扭矩進行最佳使用的換檔策略)協調氣動增壓而實現較小、燃料效率更高發動機的使用。對於前者，先前排放控制主要依賴基於輸入空氣量的反應測量對噴射至發動機中的燃料量和/或提供至燃燒室的廢氣再循環量的控制。因此，在配備先前氣動增壓系統的車輛中，獲得增大的發動機扭矩輸出的延遲可能在氣動增壓事件開始時發生，這是因為無論增大的空氣噴射量，燃料噴射系統無法足夠快地將額外燃料添加至發動機以匹配增大的空氣噴射。在沒有需匹配額外空氣的燃料的情況下，發動機扭矩輸出無明顯增大且變得難以維持適當的空氣燃料比和循環廢氣量以避免排放偏移。
[0033]相比之下，當配備本發明的車輛的駕駛員要求氣動增壓事件時，氣動增壓控制器可被編程來例如通過發送信號至燃料噴射控制器以提供輸入壓縮空氣噴射量的實時指示而與發動機的燃料噴射控制器協調其運行。在這種「預先加燃料」方法中，燃料噴射控制器可立即開始定製燃料噴射以精準匹配到達發動機燃燒室的空氣量，而無需等待其它車輛傳感器的響應以告知燃料噴射控制器需要額外燃料。
[0034]來自本發明的氣動增壓系統控制器與其它車輛組件的類似通信可提供其它好處。例如，當速率成形氣動增壓系統控制器告知燃料噴射控制器將執行速率成形壓縮空氣噴射策略時，氣動增壓系統控制器可為變速器的電子換檔控制器提供有關空氣噴射事件的信息及/或提供信號給變速器控制器，告知控制器變速器可以不同方式換檔。通信可包括有關計劃和/或實際壓縮空氣噴射速率設定檔本身的信息，變速器控制器可從所述信息確定是否應及應如何改變變速器的換檔。或者，氣動增壓系統的控制器可為變速器控制器提供特定方向，例如以比正常更快地換檔至更高檔位或使用不同換檔設定檔，諸如以「跳過」一或多個中間檔位的方式換檔(例如，從第二檔換檔至第五檔)。這些更快升檔通過由速率成形壓縮空氣噴射和更快、更精確的燃料噴射而獲得的增大的發動機扭矩輸出而變得可能。通過比無增壓事件中另外完成的情況更快地換檔至更高檔位，允許發動機在其最高效運行範圍內運行更長時間，其減小燃料消耗。初步計算和測試表明快速換檔和跳檔提供顯著的燃料經濟性增大，同時得到僅稍微比用先前氣動增壓系統可獲得的慢的車輛時間速度比性倉泛。
[0035]本發明的另一個目標是在氣動增壓事件瞬態期間提供改進的駕駛員和/或乘客舒適度。通過監測車輛的運行參數(諸如，從輪速傳感器獲得的輪速(可從其中計算加速度))，氣動增壓系統的控制器可確定所要最大加速速率已被超過或將被超過並且調整壓縮空氣噴射以使車輛加速度處於或低於預定加速度閾值。
[0036]這些事件還可用於供氣動增壓系統控制器自適應學習。例如，通過在氣動增壓事件期間觀測車輛對壓縮空氣噴射的反應，控制器可在相同和/或後續氣動增壓事件中按比例調整壓縮空氣噴射或使其另外成形以使超過運行限值的可能性最小化。例如，觀測車輛對壓縮空氣噴射的反應可用於推斷車輛處於負載或空載狀態及/或檢測拖車。作為響應，氣動增壓控制器可自動採用更適於當前車輛運行條件的不同壓縮空氣噴射設定檔或或者可提供指示給駕駛人，其隨後可例如操作手動選擇開關以啟動不同噴射設定檔。
[0037]本發明使壓縮空氣噴射參數成形的能力為駕駛員提供「定製」車輛對駕駛員的加速需求的響應的能力。在本發明的一個實施方案中，可為駕駛員提供控制裝置，諸如開關或系統編程裝置，其可允許駕駛員設定個人偏好，諸如強化加速或強化燃料經濟性以適應駕駛員的需求和/或要求。本速率成形法因此在本質上允許一套車輛設備調適變成「針對不同用戶的不同東西」。本發明還可為駕駛員提供有關氣動增壓系統運行的指示和/或有關如何改進車輛性能的指導，例如提供指示氣動增壓系統何時使快速升檔變得可能的信號(視覺、聲音和/或其它信號，諸如觸覺信號)。
[0038]本發明的另一個目標是提供一種估計車輛負載和車輛質量用於例如供電子穩定和防傾翻系統自動實時適應車輛構造的變化，諸如貨物或乘客負載的變化的方法。氣動增壓系統控制器可例如通過監測車輛的CAN (控制器區域網)總線而接收來自不同車輛傳感器的信息和/或車輛參數信號。基於當前氣動增壓事件期間觀測到的監測到的信號(例如，監測到的發動機扭矩輸出和/或車輛加速信號)，氣動增壓系統控制器可將車輛的當前響應與針對先前氣動增壓事件中的車輛響應的當前壓縮空氣噴射對比。這種對比可提供從先前負載狀態得出車輛當前質量的估計值或至少車輛質量的相對變化的估計值的依據，其隨後可被傳送至其它車輛控制器。得出的質量信息不僅可用於其它車輛系統(諸如穩定或ABS系統)，其還可供氣動增壓系統控制器本身用於自適應學習車輛的當前質量使得在後續氣動增壓事件中，壓縮空氣噴射可被進一步精細化來維持所要的車輛性能水平同時儘可能靠近但不超過適用的運行限值。
[0039]或者，如果添加質量或從車輛移除質量的效應在達到法定或其它運行限值之前提供額外安全邊際，那麼自適應學習的氣動增壓控制器可按比例調整或另外調整下一氣動增壓事件中的壓縮空氣噴射以補償車輛質量的變化，即消耗最新可用的安全邊際以使車輛性能的另一個方面最佳化。例如，如果在一個車輛重量上，壓縮空氣噴射受限於給定壓縮空氣噴射曲線形狀以使超過排放限值(NOx、顆粒物質、一氧化碳、二氧化碳和/或其它物質)的可能性最小化且在排放限值被超過前，車輛重量的變化增大可用邊際，那麼氣動增壓系統控制器可允許增大的壓縮空氣噴射以增大發動機扭矩輸出以使車輛加速性能最佳化，至少高至可再次接近排放限值的點。
[0040]在本發明的另一個實施方案中，自適應學習可用於識別車輛上不同組件的存在或不存在。氣動增壓系統控制器隨後可改變其壓縮空氣噴射速率成形以適當所識別組件的存在(或不存在)。例如，通過經由車輛的CAN總線監測不同車輛參數的響應(諸如如通過測量進氣中的氣壓的壓力傳感器而測量的渦輪增壓器壓縮機下遊的氣壓增加速率)，氣動增壓系統控制器可從車輛對一個或更多個氣動增壓事件的響應中確定渦輪增壓器葉輪是輕金屬葉輪(諸如由鈦製成的葉輪)或具有較高慣性動量的較重葉輪，諸如鋼葉輪。類似地，先前氣動增壓事件與當前氣動增壓事件中車輛和其組件響應的對比可用於評估發動機和其它車輛傳動系組件的當前磨損狀態。此外，氣動增壓系統可被編程來解釋從氣動增壓系統本身和/或其它車輛系統接收的故障指示且相應地調適其氣動增壓噴射設定檔以適應故障同時仍在故障限制內提供儘可能多的額外發動機扭矩輸出(例如，當傳感器未提供所需信息時，增大或延遲增壓噴射設定檔至「故障安全」水平。)
[0041]本發明的另一個目標是通過協調變速器換檔提供速率成形壓縮空氣噴射而提供改進的燃料經濟性和車輛加速響應。當變速器升檔時，發動機速度可降至較低每分鐘轉數(rpm)水平，其通常大大低於發動機最高效運行並且產生最大扭矩的rpm。響應於升檔或響應於緊隨升檔之前氣動增壓系統控制器與變速器控制器之間的通信，本發明的氣動增壓控制器可發起簡要的氣動增壓事件以使發動機速度更快速地返回至發動機的最大效率運行範圍。
[0042]本發明的另一個目標是為氣動增壓系統提供速率成形，其具有足夠精確的壓縮空氣噴射控制以允許氣動增壓系統協助排放處理組件再生同時繼續在再生瞬態期間維持車輛和排放性能。在這樣一種實施方案中，當諸如顆粒過濾器或NOx捕集器的組件需要再生時，可執行速率成形壓縮空氣噴射以在再生過程期間在排放處理組件內提供所需環境條件。通過本發明的速率成形方法實現的壓縮空氣噴射的精度結合氣動增壓控制器與其它車輛控制器(諸如燃料噴射控制器)的密切協調允許處理組件再生在無車輛性能的明顯下降且不超過排放限值的情況下進行。
[0043]在本發明的另一個實施方案中，氣動增壓系統的速率成形可基於預期駕駛需要而改變。例如，使用來自全球定位系統(GPS)傳感器的輸入，氣動增壓系統控制器可基於即將出現的路線和海拔變化確定可能的傳動系性能需求並且，在預期更大或更小發動機扭矩輸出需求的情況下，改變壓縮空氣噴射速率設定檔以及換檔策略。
[0044]本發明的另一個目標是提供一種氣動增壓系統，其中速率成形用於主動保護車輛組件。例如，除針對使中間冷卻器過度受壓的上述保護外，壓縮空氣噴射速率的速率成形結合氣動增壓系統的節流閥可用於產生渦輪增壓器壓縮機下遊使渦輪增壓器喘振最小化的壓力條件。進一步通過僅噴射給定發動機運行點所需的速率成形量的壓縮空氣，渦輪增壓器較不易受超速的影響。因此，移至喘振狀態的可能性大大減小。在另一個實例中，相對較冷壓縮空氣的速率成形噴射可用於降低發動機和/或排氣組件運行溫度。此外，可監測運行參數以保護設備和使非所要的排放最小化。例如，通過監測發動機運行溫度，氣動增壓控制器可選擇速率成形氣動增壓設定檔，其被定製來適應對尚未達到正常運行溫度的發動機的運行限制(限制包括冷設備應力限值及在低於正常燃燒室溫度期間產生的過量排放)。
[0045]本發明可以分立組件形式提供，諸如單獨的氣動增壓系統、發動機和變速器控制器或可提供為一體化電子裝置套裝。此外，氣動增壓系統的實體組件可能是單獨的、獨立組件或可一體化為氣動增壓系統模塊並且可優選地一體化為含有所有進氣流量控制元件的模塊，其包括例如，壓縮空氣噴射控制螺線管、進氣通道流量控制擋板、節流閥、壓力傳感器、EGR噴射口和一體化電子裝置和相關CAN總線連接。
[0046]在結合附圖考慮時，可從下文對本發明的詳細描述中了解本發明的其它目標、優點和新穎特徵。
[0047]附圖簡述
[0048]圖1是具有氣動增壓系統的現有技術渦輪增壓發動機的示意圖。
[0049]圖2是圖1現有技術氣動增壓系統的進氣控制裝置的示意圖。
[0050]圖3是根據本發明的實施方案的發動機和相關車輛組件的示意圖。
[0051]圖4是圖3中所示的實施方案的空氣控制裝置的示意圖。
[0052]圖5是識別根據本發明的實施方案的氣動增壓事件的發起和取消的控制相關性的圖。
[0053]圖6是圖示用於發起和取消根據本發明的實施方案的氣動增壓事件的控制決策和相關性的第一部分的流程圖。
[0054]圖7是圖示用於發起和取消根據本發明的實施方案的氣動增壓事件的控制決策和相關性的第二部分的流程圖。
[0055]圖8是圖示用於發起和取消根據本發明的實施方案的氣動增壓事件的控制決策和相關性的第三部分的流程圖。
[0056]圖9是根據本發明的實施方案的速率成形壓縮空氣噴射事件的曲線圖。
[0057]圖10是圖示與現有技術的車輛響應相比，車輛對根據本發明的氣動增壓事件的響應的曲線圖。
[0058]圖11是圖示現有技術PBS系統對氣動增壓事件的NOx排放響應的曲線圖。
[0059]圖12是圖示對根據本發明的實施方案的氣動增壓事件的NOx排放響應的曲線圖。
[0060]圖13是圖示根據本發明的實施方案的駕駛員可選擇車輛性能設定檔的曲線圖。
[0061]圖14是升檔事件期間現有技術發動機的發動機扭矩輸出的曲線圖。
[0062]圖15是對比配備具有及不具有氣動增壓系統的現有技術發動機的車輛的性能的時間對速度比性能的曲線圖。
[0063]圖16a和圖16b是識別與根據本發明的實施方案的變速器控制器與速率成形氣動增壓系統控制器之間的通信相關的控制輸入和輸出的圖。
[0064]圖17是圖示配備無氣動增壓系統的現有技術發動機和配備根據本發明的實施方案的速率成形氣動增壓系統的發動機的車輛的性能的時間對速度比性能的曲線圖。
[0065]圖18至圖20是車輛加速事件期間不同運行參數和響應的曲線圖。
【具體實施方式】
[0066]圖3示出本發明的實施方案的組件，其包括從進氣歧管302接收燃燒空氣並且釋放廢氣至排氣歧管303的發動機301。廢氣從排氣歧管303流動至廢氣渦輪增壓機的渦輪304。廢氣導致渦輪增壓器渦輪304驅動相應的進氣壓縮機葉輪305 (統稱渦輪增壓器葉輪)以壓縮經由進氣外殼306 (在本實施方案中，空氣淨化器外殼)進入進氣口的空氣。從渦輪增壓器排放的壓縮空氣穿過中間冷卻器307以降低壓縮空氣的溫度且隨後穿過空氣控制裝置308至發動機的進氣歧管302。廢氣還經由EGR控制閥310和EGR冷卻器311從排氣歧管303流動穿過廢氣再循環管路309至進氣歧管302。EGR控制閥310根據需要運行以提供廢氣流至進氣口以使燃燒期間NOx的形成最小化。
[0067]本實施方案還包括空氣壓縮機312，其由發動機經由來自發動機301曲軸的皮帶和滑輪配置驅動。但是，本發明不限於發動機驅動的壓縮空氣源，且可被提供來自任意適當源的壓縮空氣。在本實施方案中，由空氣壓縮機312產生的壓縮空氣被發送至空氣控制閥和乾燥器313。經乾燥空氣隨後被引導至下遊壓縮空氣消耗裝置，包括壓縮空儲存器314。雖然在本實施方案中使用經乾燥空氣，但是本發明中無需經乾燥空氣。
[0068]通過發動機控制器315管理對發動機301運行的控制，所述發動機控制器315監測來自不同傳感器(包括油門踏板316)的信號並且發出燃料噴射命令至燃料噴射器317以提供適當數量的燃料至發動機。除發動機控制器315所接收的傳感器輸入外，發動機控制器315可與其它車輛控制模塊交換數據，包括通過車輛的CAN總線網絡連接的模塊，諸如變速器控制器319和氣動增壓噴射控制器318 (在此示作一體化至空氣控制裝置308中)。
[0069]圖4是空氣控制裝置308的主要部件的示意圖。這些部件包括裝置進口 401、出口 402和其間的空氣通道403。將進氣阻斷元件(空氣通道阻斷擋板404)配置在空氣通道403中以透過空氣控制裝置308阻斷來自渦輪增壓器壓縮機305的空氣流量。通過致動器405驅動擋板404，所述致動器405能夠產生非常高的擋板閉合和打開速率以及能夠將擋板404定位在其完全打開和完全閉合位置之間的任意位置上。通過氣動增壓噴射控制器318控制致動器405的運行，所述氣動增壓噴射控制器318在本實施方案中一體化至空氣控制裝置308的外殼406中。除擋板404外，空氣控制裝置308還含有兩個螺線管操作的壓縮空氣控制閥407、408，其控制從空氣儲存器314至空氣通道403和進氣歧管302的壓縮空氣流量。(在本實施方案中使用兩個控制閥，但是本發明不限於兩個閥門。)優選地，出於下文進一步討論的原因，空氣控制閥407、408被定大小為具有不同壓縮空氣流速。任選地，空氣控制裝置308可被構造來接收EGR管路309的進氣端。壓縮空氣閥407、408和EGR管路309的出口位於擋板404下遊，使得來自這些空氣和廢氣通道的氣體可被引入進氣歧管302而不被擋板404阻擋。
[0070]氣動增壓事件發起和取消。
[0071]下文參考圖5至圖8描述發起本發明的實施方案中的氣動增壓事件的標準和邏輯流程。如圖5中所示，由氣動增壓系統控制器從CAN總線連接或單獨通信鏈路接收許多輸入。這些輸入包括例如:(i)從例如發動機控制器和/或直接從發動機相關傳感器接收的發動機狀態和參數信息；(i i )來自例如進氣管中的發動機控制器和/或壓力傳感器的發動機增壓狀態的信息；(iii)例如，直接從廢氣傳感器和/或其它控制模塊獲得的車輛排放性能信息；(iv)來自例如傳感器(諸如壓縮空氣儲存器壓力傳感器、制動踏板位置傳感器和/或輪速傳感器)；車輛制動控制器和/或車輛穩定控制系統控制器的空氣制動系統狀態信息；和(V)其它車輛設備狀態信息(諸如空氣壓縮機接合/分離狀態和/或其它動力輸出設備運行狀態)。[0072]優選地，將在氣動增壓事件啟動和取消的評估中考慮的輸入參數包括發動機速度、中間冷卻器壓力(空氣增壓狀態的量度)、氣動增壓系統的壓縮空氣供應中存在的壓力、油門踏板位置和位置變化速率(和/或或者超過預定位置的加速位置的頻率)和變速器檔位、離合器狀態和當前換檔狀態(即，升檔或降檔)。至少需要了解進氣歧管壓力和油門踏板位置，但是替代和/或補充輸入包括:對於發動機相關信息，渦輪增壓器rpm發動機扭矩輸出、發動機負載、冷卻劑溫度和廢氣質量流速；對於發動機空氣增壓相關信息，進氣歧管壓力、進氣歧管上遊的進氣管中測量的進氣壓力和進氣質量流速；對於排放相關信息，EGR質量流速、DPF (柴油機顆粒過濾器)再生狀態和NOx後處理系統可用性(例如，排氣管路SCR和/或NOx吸收劑組件的狀態);對於空氣制動系統信息，防抱死制動系統啟動的狀態(在帶掛車的牽引車的情況中，優選地牽引車和掛車制動器的ABS狀態)、制動踏板位置、停車制動器狀態和掛車穩定性狀態；對於其它車輛系統，車輛點火狀態和行駛控制狀態。本領域一般技術人員易於了解上述內容是可被視作用於確定啟動或停用氣動增壓系統的氣動增壓系統控制器的輸入的參數和系統狀態指示的說明性的而非詳盡列表且在本發明的實施方案的實施過程中，系統設計者將從每個車輛的不同可獲得參數和系統狀態源中確定哪些輸入將被提供給氣動增壓系統控制器。
[0073]應用圖6至圖8中所示的實施方案中的控制邏輯，氣動增壓系統控制器輸出控制信號以經由空氣控制裝置308中的電磁閥407、408的控制啟動或取消氣動增壓事件。在圖6中所示的控制邏輯的第一部分中，控制邏輯從步驟601中開始，駕駛員打開車輛點火而啟動氣動增壓控制器318。氣動增壓控制器318接下來在步驟602中確定油門踏板的位置和當前檔位選擇狀態。在步驟603中，控制器從在步驟602中獲得的信息中確定油門踏板位置的變化速率是否超過預定變化速率限值或檔位是否已變化為更高檔位。如果這些條件的任一個已被滿足，那麼控制邏輯返回步驟602。另一方面，如果已檢測到這些條件之一，那麼控制邏輯移至步驟604。
[0074]在步驟604中，控制器從其接收的輸入，例如從經由車輛的CAN總線系統傳輸的數據中確定下列項目的狀態:傳動系統、油門踏板位置、氣動增壓系統壓縮空氣供應儲存器、車輛中間冷卻器中的壓力、離合器的狀態和發動機的轉速。
[0075]在步驟605中，控制邏輯從在步驟604中收集的信息中確定條件是否適於發起實際壓縮空氣噴射。具體地，控制器確定所有下列標準是否被滿足:傳動系統接合；油門踏板位置大於預定位置；氣動增壓系統壓縮空氣供應儲存器壓力大於預定最小壓力限值；離合器閉合；和發動機運行。在本實施方案中，這些是在通過氣動增壓控制器318發起氣動增壓事件之前必須滿足的所有「閾值」標準。如果這些條件之一未滿足(即，條件是「假(FALSE)」，那麼控制邏輯返回步驟602。另一方面，如果所有這些條件已滿足(即，所有標準被評估為「真(TRUE)」)，那麼控制邏輯移至圖7中所示的控制邏輯的部分B。
[0076]在圖7中的步驟701中，氣動增壓控制器318開啟觀測定時器並且例如通過從發動機控制器和變速器控制器監測CAN總線網絡上的信號而觀測傳動系統的狀態(例如，接合/分離)、離合器(例如，打開/閉合)和發動機速度(例如，rpm)。在步驟702中，氣動增壓控制器318檢查定時器是否已達到預定時間限值。如果尚未達到時間限值，那麼氣動增壓控制器318接下來在步驟703中針對下列項目的至少一個確定「真」狀態是否存在:發動機速度大於預定限值；離合器打開；和傳動系統分離。如果這些條件均未發生，那麼控制邏輯返回步驟701以繼續進行定時和狀態監測。
[0077]但是，如果在步驟702中，氣動增壓控制器318確定已達到預定時間限值，那麼在發起壓縮空氣噴射之前在本實施方案的最終測試中，控制器318驗證車輛中間冷卻器中的壓力並不太高(以確保中間冷卻器不被氣動增壓事件中的壓縮空氣噴射破壞)。這通過在步驟704中確定車輛中間冷卻器內的壓力及隨後在步驟705中評估中間冷卻器壓力是否大於其初始值的預定百分比(在步驟705中，「X」％)而完成。如果中間冷卻器壓力太高，那麼控制邏輯通過使控制返回至部分A上的控制邏輯的開始(B卩，至步驟602)而重啟氣動增壓事件評估過程。如果取而代之，圖7中的所有事件前條件都已滿足，那麼氣動增壓控制器318將控制轉移至圖8中所示的控制邏輯的壓縮空氣噴射部分C的第一步驟。
[0078]在已確定用於發起氣動增壓事件的所有前置條件都已滿足的情況下，在步驟801中，氣動增壓控制器318開啟氣動增壓事件定時器並且命令空氣控制裝置308中的壓縮空氣流量控制電磁閥中的一個或兩個打開以發起空氣噴射。如下文中更詳細描述，控制器318以使空氣噴射有效成形以符合在氣動增壓事件期間維持與排放和/或其它設計標準的相符性的空氣噴射曲線的方式命令空氣噴射電磁閥的打開和閉合。
[0079]在步驟802中，控制器確定增壓事件定時器是否已達到預定經過時間。一旦已達到時間限值，氣動增壓控制器318就確定下列項目的狀態:中間冷卻器壓力、進氣歧管壓力、離合器、傳動系統、氣動增壓系統壓縮空氣供應壓力和油門踏板位置。控制器318隨後評估所獲得的狀態信息以確定任意下列氣動增壓事件終止標準是否是真:中間冷卻器壓力大於預定限值；進氣歧管壓力大於預定限值；中間冷卻器壓力等於進氣歧管壓力；離合器打開；傳動系統分離、氣動增壓系統壓縮空氣供應壓力低於預定限值；和油門踏板位置低於預定限值。如果這些事件終止標準均未被超過，那麼控制轉移至步驟805，此時控制器318確定增壓事件定時器是否已達到預定時間限值。如果尚未達到時間限值，那麼當前壓縮空氣噴射設定檔繼續(步驟806)，控制轉移回到步驟803。如果已達到時間限值或步驟804中的終止標準之一已滿足，那麼氣動增壓控制器318移至步驟807並且命令壓縮空氣噴射電磁閥停用，其終止氣動增壓事件。隨後，控制轉移回圖6中部分A上控制邏輯的開始處。
[0080]本領域一般技術人員應了解上述終止標準列表並非詳盡的並且也可利用其它標準，諸如檢測到排放成分處於或接近法定限值或組件(諸如廢氣處理裝置(例如，催化轉化器))達到溫度限值。此外，如下文進一步討論，控制邏輯的部分C中的壓縮空氣噴射可包括恆定壓縮空氣噴射或可使用電磁閥407、408的連續或脈衝狀態運行而遵循速率成形壓縮空氣噴射曲線。
[0081 ] 氣動增壓事件速率成形。
[0082]在本實施方案中，如圖4中所示，使用兩個螺線管控制空氣噴射閥(閥門407、408)執行氣動增壓事件期間的壓縮空氣噴射。這些閥門被有意定大小以使壓縮空氣按不同流速流動且極快地行動。這些閥門因此通過改變總空氣流速(通過單獨或一起操作空氣噴射閥407和408和/或通過在壓縮空氣噴射脈衝持續時間和/或脈衝發起定時變化的情況下以脈衝方式操作閥門407和408)而為氣動增壓系統控制器318提供控制壓縮空氣噴射速率的能力。
[0083]圖9圖示根據本發明的實施方案的氣動增壓事件中的示例性速率成形壓縮空氣噴射設定檔。在這個增壓事件中，空氣噴射速率隨時間而「成形」以通過改變空氣噴射源(閥門407和/或閥門408)和空氣噴射的持續時間和定時而實現所要所得空氣噴射設定檔。
[0084]基於氣動增壓控制器318已直接或經由車輛CAN總線接收的傳感器和其它控制器輸入和進一步基於所儲存的來自先前氣動增壓事件(如果可獲得)的「學習到的」車輛響應設定檔，氣動增壓控制器318根據預定壓縮空氣噴射計劃發起氣動增壓事件，所述計劃以被設計來滿足一個或更多個所要目標(諸如排放相符性和乘客舒適度的維護)的方式使空氣和空氣噴射定時成形。在本示例性實施方案中，在時間tl處，第一壓縮空氣噴射901由具有較大空氣流速的壓縮空氣噴射閥(在本實施方案中，閥門407)製作。來自閥門407的噴射在時間t2處由氣動增壓控制器318終止，已提供足夠的壓縮空氣初始噴射以增大發動機扭矩輸出並且增大廢氣流，但空氣體積並未多至使得例如超過排放限值的可能增大。
[0085]遵循壓縮空氣噴射的初始脈衝，在大致對應於由初始壓縮空氣噴射產生的廢氣到達排氣歧管並且作用於渦輪增壓器和/或使足夠的EGR流到達進氣口所需的時間的短延遲後，氣動增壓控制器318在時間t3處命令兩個閥門407和408 —起打開以在更高流速下提供進一步的壓縮空氣噴射(組合的來自較大流速閥門407的噴射902和來自較小流速閥門408的噴射408)。通過氣動增壓控制器318基於例如預定速率成形噴射設定檔、精細化速率成形噴射設定檔(例如，基於對初始壓縮空氣噴射脈衝的車輛參數響應的經修改噴射設定檔)和/或圖8中標註的終止標準確定時間t4處的這種聯合壓縮空氣噴射的終止定時。根據需要，使用較小流速閥門408在時間t5、t6、t7、t8處提供其它壓縮空氣噴射905、906、907以維持所要發動機扭矩輸出而在最大可能程度內不超過適用的設計和法定限值。除短的、小體積空氣噴射905和906外，一旦車輛運行參數已在初始壓縮空氣噴射後穩定，那麼可能跟進較長的低流速噴射907，其響應於壓縮空氣添加和切斷事件而產生較少非所要的急劇的「開/關」車輛反應瞬態。
[0086]如圖9中所示，取代現有技術的即刻、完全壓縮空氣噴射，在本實例中的壓縮空氣噴射速率遵循一個曲線(近似為可變寬度噴射脈衝)，其以中間速率(噴射901)開始，隨後不久升至較高速率(噴射902、903)且朝向氣動增壓事件結束而降至較低速率、較低體積水平(噴射904至907)。這種速率形成法對壓縮空氣噴射的實用效果圖示在圖10中。
[0087]圖10在無氣動增壓事件、使用現有技術氣動增壓系統的「儘可能多、儘可能快的」壓縮空氣噴射的氣動增壓事件和用根據本發明的氣動增壓系統執行的氣動增壓事件的情況之間對比加速需求情況下的車輛速度時間比反應。曲線A圖示未配備氣動增壓系統的車輛預期可隨時間加速的速率。如圖中顯而易見，非PBS輔助車輛的加速速率(曲線A的速度對時間斜率)遠低於用於維持車輛內的乘客舒適度的最大加速速率(最大乘客舒適度曲線B的斜率)。
[0088]與非配備氣動增壓器的車輛相比，配備先前氣動增壓系統的車輛(其在氣動增壓事件期間以其「儘可能多、儘可能快的」方法噴射壓縮空氣)按圖10中由曲線C所示的高速率加速。雖然這樣一種配備現有技術的車輛在非常短的時間內加速，但是其按遠超乘客舒適度的可接受水平的加速速率加速。
[0089]曲線D圖示本發明的方法對氣動增壓的影響。通過提供被成形來確保車輛不超過超過最大乘客舒適度水平的加速度的壓縮空氣噴射的可變速率和體積，連續調整的空氣噴射使發動機扭矩輸出維持在允許車輛相對較快地加速同時仍維持乘客舒適度的水平。初始壓縮空氣噴射設定檔(即，打開和閉合空氣噴射閥407、408的型式，包括選擇哪個閥門打開、閥門打開的持續時間和閥門打開的定時)可從例如存儲在車輛存儲器中(諸如氣動增壓控制器的存儲器中)的噴射設定檔獲得或可緊接在發起氣動增壓事件之前基於車輛的一個或更多個參數(諸如剩餘可用壓縮空氣供應、車輛負載、進氣歧管壓力等)設定。可在多脈衝氣動增壓事件中的第一空氣噴射脈衝後、在氣動增壓控制器命令第二空氣噴射脈衝之前儘快調整這種初始壓縮空氣噴射設定檔。
[0090]圖11和圖12圖示可在本發明的實施方案中獲得的好處，其如與先前氣動增壓系統對比使用速率成形以使NOx排放水平超過法定限值的可能最小化。圖11示出以氣動增壓事件期間壓縮空氣噴射的數量和定時為函數的瞬態NOx排放響應的曲線圖。圖11左側的軸表示壓縮空氣噴射的狀態。這個圖右側的軸表示EGR速率(可用於噴射至發動機進氣口中以抑制發動機燃燒室中的NOx形成的廢氣量的量度)。在這個現有技術系統中，用兩個噴射流徑執行壓縮空氣噴射，最大可用壓縮空氣流量從氣動增壓事件開始時開始且幾乎維持達事件的整個持續時間(曲線A，從時間t0至tl)。接近這種「最大努力」壓縮空氣噴射結束時，較低流量空氣噴射路徑在時間tl處閉合且隨後不久在時間t2處，其餘空氣噴射路徑閉合。
[0091]作為大的、即刻壓縮空氣噴射的結果，存在被引入發動機的大量氧氣，其未匹配用於NOx形成抑制的再循環廢氣的相應增大，即，增大的空氣噴射與額外廢氣形成之間存在延時以形成額外壓力來推動額外廢氣穿過EGR系統以到達發動機的進氣口。因此，燃燒溫度降低的再循環廢氣未即刻充足量用於充分抑制燃燒溫度和相關NOx形成。在缺少足夠再循環廢氣的情況下，如曲線B所示，在較高溫度燃燒室環境中產生的NOx量迅速升高。NOx產生的快速升高可導致NOx水平易於超過法定限值(曲線C)，尤其是實質上較低的NOx限值，其變得適用於歐洲和其它地區的新車。
[0092]最後，隨著廢氣壓力積聚，可用於再循環的廢氣量增大且在燃燒室中EGR比率升高(曲線D所示)且NOx形成再次被抑制。但是，由於現有技術的完全即刻壓縮空氣噴射固有的廢氣再循環延遲，這樣一種現有技術系統無法排除NOx限值偏移。
[0093]圖12圖示使用根據本發明的實施方案的速率成形壓縮空氣噴射的NOx水平響應。在本實施方案中，取代現有技術的「最大努力」壓縮空氣噴射，在兩個步驟中進行壓縮空氣噴射，其有效延伸及降低空氣噴射曲線的形狀以控制NOx形成。在本實施方案中，使用空氣控制裝置308中的兩個壓縮空氣噴射閥407、408 (或者，如果將實現所要流量，則可僅使單個閥門打開)而在時間t0與tl之間製作第一、短壓縮空氣噴射脈衝Al。因為初始壓縮空氣噴射脈衝是短的，所以在發動機的燃燒室中維持過剩氧狀態達長至足以導致燃燒溫度升高至足以產生過量NOx排放的周期。因此，如曲線B所示，雖然NOx量響應於額外氧氣噴射而增大，但是增量小至足以使NOx水平維持低於NOx排放限值(曲線C)直至額外EGR流變得可用。
[0094]在初始壓縮空氣噴射脈衝Al被輸送至發動機後不久所要額外EGR流傳播穿過排氣歧管和EGR系統。如圖10中EGR比率曲線D所示，在大致相同時間D處，額外EGR流還到達進氣口且額外壓縮空氣噴射A2在時間t2處發起以提供發動機扭矩輸出的所要增大。在本實例中，速率成形壓縮空氣噴射設定檔因此使NOx水平維持低於曲線C NOx法定限值。
[0095]在本實施方案中，通過僅打開兩個壓縮空氣噴射閥407、408的一個而產生減小的壓縮空氣流速。僅來自一個壓縮空氣迴路的減小的壓縮空氣流量幫助氣動增壓控制器318更準確地將壓縮空氣噴射速率與可用於抑制NOx形成的EGR流量匹配，並且通過避免過量噴射而使壓縮空氣使用最小化。因為本發明使壓縮空氣噴射速率成形的方法允許EGR流在進行進一步壓縮空氣噴射之前增至可接受水平，所以如曲線B所示，NOx水平從大致時間t2貫穿氣動增壓事件的剩餘時間維持在相對恆定的水平。
[0096]本發明的壓縮空氣噴射管理方法還用改進的變速器換檔策略提供車輛性能和效率好處。
[0097]在本領域中眾所周知的是在車輛變速器升檔期間及緊隨其後，發動機速度(由於傳動比的變化)降至較低rpm。在較低發動機速度下，產生減少廢氣且因此較少廢氣流可用於驅動渦輪增壓器渦輪及維持渦輪增壓器壓縮機速度。因此，渦輪增壓器無法維持進氣壓力的換檔前水平且發動機扭矩輸出降低。這圖示在例如圖14中。
[0098]圖14是在檔位升檔期間以時間為函數的發動機扭矩輸出(單位:牛頓-米)的曲線圖。曲線圖左側上的兩個扭矩輸出列是未配備氣動增壓系統的現有技術車輛中的升檔，而曲線圖右側上的兩列是配備現有技術氣動增壓系統的車輛中的升檔。在未增壓車輛中，當在前一升檔之後離合器使引擎重新接合傳動系時，點I處的發動機扭矩輸出是發動機輸出。因為發動機現在因升檔引起的較低發動機速度下不產生同樣多的廢氣流，所以渦輪增壓器產生的進氣壓力降低，導致點I與點2之間發動機扭矩輸出下降。點2表示發動機速度和廢氣流已充分增大以導致渦輪增壓器壓縮機速度恢復至足以停止發動機扭矩輸出下降並且開始增大扭矩輸出的點。發動機速度隨後繼續增大，使渦輪增壓器速度及進氣壓力進一步增大至需要升檔以避免發動機超速的點。
[0099]在下一次換檔操作期間，針對短周期，離合器分離且發動機燃料受限使得發動機扭矩輸出有效降至零(點4)。一旦選擇下一較高檔位，當離合器再次重新接合時，發動機扭矩輸出就升至點5。當扭矩輸出降至點6時，由於較低發動機速度和伴隨的較低進氣壓力的下降發動機扭矩輸出的效應重複，隨後當渦輪增壓器速度恢復時增大扭矩輸出。
[0100]在配備現有技術氣動增壓系統的車輛中，由於升檔的發動機扭矩輸出下降可通過壓縮空氣噴射結合升檔而稍微改善。再次參考圖14，點7標註在升檔完成時即刻在配備氣動增壓系統的車輛中產生的發動機扭矩輸出。通過即刻應用氣動增壓，發動機的扭矩輸出即刻高於未配備PBS車輛的情況(在本實例中，與點I上相比幾乎使扭矩輸出翻倍)。現有技術的即刻、全強度壓縮空氣噴射確保在升檔期間，在進氣歧管中保留足夠的氣壓以維持扭矩輸出和廢氣流。因此，在現有技術氣動增壓系統的增壓事件期間，渦輪增壓器渦輪速度幾乎不減小且當渦輪增壓器輸出取代發動機增壓至點8上的下一升檔操作點時僅存在發動機扭矩輸出的有限減小。
[0101]意外地，即使具有由現有技術氣動增壓系統產生的、與未配備這樣一種系統的車輛相比實質較高的發動機扭矩輸出，貫穿數個升檔以達到所要行駛速度所需的總時間仍未明顯縮短。圖15圖示未配備PBS和配備先前PBS的車輛的時間對速度比性能。在本圖中，兩個曲線圖示來自(i)未提供氣動增壓系統的發動機(曲線A，兩個曲線的較低曲線)和(ii)來自配備現有技術氣動增壓系統的發動機(曲線B，兩個曲線的較高曲線)的隨時間的典型發動機扭矩輸出。在換檔至最高檔的過程中(在本實例中，第十檔)，雖然可用配備PBS的發動機獲得額外發動機扭矩輸出，但是，實際情況是在配備先前PBS的車輛中的各檔中施加這個發動機扭矩的相對較短期限導致車輛僅在未配備PBS的車輛達到行駛速度(點D)之前五秒達到其最高檔的行駛速度(由點C上的相應行駛扭矩輸出標註)。
[0102]與現有技術相比，本發明提供一種氣動增壓噴射策略，其實現比由現有技術氣動增壓系統所提供的明顯更大的時間速度比性能。在這種方法中，氣動增壓控制器和變速器控制器可彼此通信以確定條件是否足以在響應駕駛員加速需求期間提供壓縮空氣噴射。如果條件滿足，那麼壓縮空氣噴射速率曲線被速率成形以維持與設計和法定限制的相符性的氣動增壓事件可結合替代換檔設定檔的實施而發起。
[0103]如圖16a至圖16b中所示，變速器控制器可為氣動增壓事件請求源(圖16a)或變速器可響應車輛其它位置發起的氣動增壓事件，諸如通過氣動增壓控制器(圖16b)。圖16a圖示變速器控制器接收駕駛員的加速需求或或者例如基於GPS位置信號和當前路線安排，車輛電子裝置產生預期扭矩輸出需求以針對即將出現的路況維持車速(諸如正在接近的陡峭道路坡度)的情況。響應於增大的扭矩需求，變速器控制器可將發起氣動增壓事件的請求傳達至氣動增壓控制器。至氣動增壓控制器的請求還可包括當前檔位選擇和其它車輛參數以促進增壓控制器發出速率成形壓縮空氣噴射以在適用的設計和/或法定限值內提供儘可能多的氣動增壓。
[0104]圖16b圖示取而代之為變速器控制器提供有關由氣動增壓控制器發起的氣動增壓事件的信息，且還為其提供有關氣動增壓系統的當前能力的信息(例如，有關可能限制在氣動增壓事件期間變速器控制器可預期由發動機輸送的扭矩輸出量的系統故障的信息)以及其它車輛狀態信息(諸如車輛是靜止或移動、車速等)的情況。基於變速器控制器接收的信息，控制器隨後可從多種替代換檔設定檔中選擇將產生所要性能(諸如短的時間速度比、最高燃料經濟性或最低變速器應力水平)的換檔設定檔。
[0105]優選的變速器換檔策略的實例圖示在圖17中。在本實施方案中，取代在變速器貫穿每個前進檔升檔的同時施加氣動增壓(如現有技術中通常所見)，可通過氣動增壓控制器以速率成形方式命令壓縮空氣噴射以允許在加速至所要行駛速度期間允許特定傳動比「被跳過」。在圖17中所示的實例中，氣動增壓控制器定製壓縮空氣噴射的速率和定時以允許比正常情況更快地使用比正常情況更高的傳動比，使得在本實例中在加速期間僅接合檔位
3、4、7、8 和 10。
[0106]在傳動比被省略的換檔情況中，當傳動比變化時存在比正常情況更大的發動機速度減小且伴隨比正常情況更大的發動機扭矩輸出。在現有技術氣動增壓系統中，「儘可能多、儘可能快」的已知空氣噴射法至少將在壓縮空氣噴射期間由於從換檔型式中省略一個或多個檔位而經歷的比正常情況低得多的rpm下的極低EGR流而形成嚴重的排放偏移。現有技術在非常低的發動機速度下施加非常大的壓縮空氣噴射還可能因過量的低速扭矩輸出而破壞車輛傳動系，或形成來自渦輪增壓器超速事件發生的發動機的大的、突發廢氣流。由於車輛破壞的這種重大風險和/或未滿足排放要求，現有技術的氣動增壓方法在本技術中被視為不適於在車輛加速期間支持跳檔。
[0107]相比之下，本發明的速率成形能力允許針對與跳檔相關的異常大的rpm下降定製壓縮空氣噴射速率、持續時間和定時，同時仍在設計和法定限值內提供儘可能多的發動機扭矩輸出。具體地，當換檔發生時，氣動增壓控制器可將壓縮空氣噴射量控制為遠低於現有技術的「所有現有」噴射法的水平同時監測車輛參數以確定壓縮空氣噴射是否、何時可隨發動機速度增大而增大及增大多少。[0108]應用本發明的速率成形以獲得明顯改進的車輛加速性能的結果的實例示於圖17中。與圖15中所示的實例中的現有技術的時間速度比性能相比(非PBS車輛的大約39秒速度比，也在圖17中示作點B)，在本實例中，使用速率成形壓縮空氣噴射和僅使用檔位3、
4、7、8和10的變速器換檔設定檔導致在大約21秒內(點A)或未配備PBS車輛時間的大約1/2達到行駛速度。此外，這種極大提高的時間速度比意外地改進受限於依序換檔設定檔的現有技術PBS系統的性能，速率成形、跳檔車輛的時間速度比僅花費配備先前氣動增壓系統的車輛所需時間的大約60% (與現有技術系統的36秒相比完全快15秒的21秒)。換句話說，本發明在氣動增壓事件中使用速率成形的壓縮空氣噴射允許變速器使用替代的換檔設定檔，其實現與現有技術氣動增壓系統相比近40%的車輛時間速度比性能改進，同時仍維持與適用設計和法定限值的相符性。
[0109]除使用替代變速器換檔設定檔以獲得改進的車輛加速性能外，使用速率成形壓縮空氣噴射還使得跳檔換檔設定檔的使用能改進燃料經濟性。本領域一般技術人員應了解當內燃發動機(尤其是柴油發動機)在遠離其最佳燃料效率範圍(即，遠離發動機的「最有效點」)的發動機速度範圍內運行時，發動機固有地使用更多燃料。在本發明使用速率成形以允許更快換檔至較高檔位的情況下，車輛被允許比無法支持非依序換檔的現有技術氣動增壓系統可行的情況更快地達到較高檔位(及因此使發動機處於其最佳燃料效率範圍內)。
[0110]使用速率成形還具有在車輛在現有技術氣動增壓系統無法在不超過適用限值的情況下執行其「儘可能多、儘可能快的」噴射的運行條件下處於較高檔位(及因此處於低發動機速度)時允許施加速率成形氣動增壓的可能。例如，在現有技術PBS系統可能需要變速器在氣動增壓事件發起之前降檔的情況下，本發明的速率成形壓縮空氣噴射允許車輛保持在燃料效率更大的較高檔位並且免除可能導致乘客不舒適的非所要檔位。
[0111]壓縮空氣噴射的速率成形還提供改進緊隨升檔之後的乘客舒適度和燃料經濟性。例如，當變速器控制器了解升檔得到保證時，其可傳輸氣動增壓事件請求至氣動增壓控制器，所述氣動增壓控制器專用於使用氣動增壓以補償與伴隨升檔至較高傳動比的發動機rpm下降一起觀測到的扭矩下降。氣動增壓控制器隨後可發起速率成形壓縮空氣噴射設定檔，其提供足夠量的空氣(且通過將匹配額外空氣噴射的相應燃料量告知發動機的燃料噴射控制器)以補償緊隨升檔之後的扭矩降，其僅限於避免超過法定和/或設計限值的需要。當這種升檔補償氣動增壓事件繼續且發動機速度攀升回先前水平時，可調整壓縮空氣噴射以隨發動機速度升高至足以使發動機再次自行產生足夠的扭矩而逐漸下降。這種速率成形升檔扭矩補償換檔允許本發明通過提供來自發動機的實質無縫的發動機扭矩輸出供應而提供更平穩的動力輸送，其實質上限制乘客所能感知的當扭矩輸出在升檔後下降時由加速度的突然損失而導致的「顛簸」。與未配備氣動增壓系統的車輛相比，這種升檔後速率成形扭矩補償法還提供更快的時間速度比(即使氣動增壓量在一定程度上受限於設計或法定限值)，且進一步實現由於發動機速度更快地返回其最佳動力產生rpm範圍的更佳燃料經濟性。
[0112]還可用本發明的速率成形通過使壓縮空氣使用最小化而實現額外燃料節省和其它好處。如上文所討論，在現有技術氣動增壓系統中，最大量的壓縮空氣被儘可能快地噴射至發動機的進氣歧管中以使發動機扭矩輸出量最大化。這種方法高度浪費壓縮空氣，需要產生大體積的壓縮空氣並且將其儲存在車輛上。通過按運行限值或接近運行限值運行的同時使壓縮空氣噴射重點僅利用獲得可實現的最大扭矩輸出所需的精確量的壓縮空氣，本發明的速率成形空氣噴射將壓縮空氣使用限制為最小可能水平。這種壓縮空氣節省具有許多好處，包括:使壓縮空氣儲存器耗用最小化(在達到確保關鍵系統(諸如制動器)具有充足壓縮空氣儲備所需的最小儲存器壓力水平之前，使從壓縮空氣儲存器提取的壓縮空氣最小化而形成額外容量邊際；減小發動機驅動空氣壓縮機的佔空比)；通過減小驅動空氣壓縮機所需的寄生功率損失而減小磨損和增大燃料經濟性，其先前需較大以服務先前氣動增壓系統壓縮空氣需求；及允許車輛設計者縮小壓縮空氣產生和儲存設備的規模，減小車輛重量和組件成本並且緩解車輛設備包裝問題。此外，減小壓縮空氣噴射量還通過免除對發動機控制器的需要以在壓縮空氣噴射期間提供增大的燃料噴射量，以確保維持適當的燃料混合物而直接節省燃料。
[0113]本發明的另一個特徵是使用速率成形以為駕駛員提供可選擇的替代車輛性能設定檔選擇的能力。例如，可為駕駛員提供選擇可交換特徵的車輛性能選項的選項。實例示於圖13中。在本實例中，駕駛員可(使用，例如安裝在儀錶板上的開關或電子觸屏控制器)選擇性能設定檔，其以車輛加速性能為代價使燃料經濟性最大化(曲線A)，以燃料經濟性為代價使車輛對加速需求的動態響應最大化(曲線C)或提供折中的車輛性能，其在本實例中注重乘客舒適度(曲線B)。取決於駕駛員所選擇的性能設定檔，氣動增壓控制器318應用與所選曲線A、B或C相關的適當目標氣動增壓水平限值。
[0114]下文提供配備速率成形PBS的車輛對涉及配備自動或自動化手動變速器的車輛從停車位置開始的加速的增壓事件的響應的定量實例。如圖18至圖20中所示，PBS控制器執行PBS控制算法，其監測不同車輛運行參數信號。例如，監測到油門踏板位置AP，從油門踏板位置值(圖18中的線AP)中確定駕駛人的加速需求。在本實例中，油門踏板位置從時間0.54秒處的0%值改變為時間0.81秒處的78%。因為踏板位置和踏板位置變化速率的新值超過針對各自設定的閾值，所以PBS控制器接下來確定用於執行氣動增壓事件的車輛空氣供應系統是否具有足夠氣壓(圖18中的線P)以支持發起噴射事件，即是否存在足夠的可用容量以提供所要噴射空氣品質。如果可用氣壓的當前值低於預定閾值，那麼PBS控制器將不發起噴射事件。在圖18實例中，可用壓力是129psig，其大於本實例的預定閾值。
[0115]本實例中的PBS控制器接下來將不同的其它信號的狀態(包括發動機速度、進氣歧管壓力和傳動系統和離合器狀態)對比並且使用這種車輛運行信息以確定氣動增壓噴射事件是否應發生。在時間0.80秒處，PBS控制器監測的條件已被確定為被滿足且PBS控制器發出控制信號以發起增壓噴射事件。控制器發出信號以閉合擋板元件(圖18中的擋板位置線F)並且監測其位置作為硬體完整性的檢查。
[0116]當節流擋板開始閉合時，PBS控制器發送另一個信號至一個或更多個高速電磁空氣閥以發起壓縮空氣噴射，其允許空氣從空氣供應儲存器流動至發動機進氣口。PBS控制器可命令空氣閥的任意組合啟動，由此使噴射的空氣品質流成形以匹配PBS控制器算法設定的目標壓縮空氣添加設定檔。這種活動在本實例中表示為『吹入請求』(圖18中的線BIR)，其通過壓縮空氣閥的適當致動予以滿足，例如，發出『0』命令(無螺線管)、『1』(螺線管#1)、『2』(螺線管#2)或『3』(螺線管#1和螺線管#2)。在噴射期間，擋板元件與發動機進氣系統(圖19中的線IM)之間的進氣歧管壓力快速增大，而由車輛渦輪增壓器輸送的壓力隨渦輪增壓器壓縮機出口與擋板之間的壓力增大而更漸進增大(圖19中的線1C)。[0117]在本實例中，PBS控制器通過監測渦輪增壓器壓縮機出口與節流擋板之間的氣壓以及節流擋板與發動機進氣系統之間的壓力而暫停氣動增壓噴射事件。當壓力差達到PBS控制器中的目標值時，控制器確定渦輪增壓器的輸出可取代發動機所需要的空氣輸送並且因此發出信號以暫停增壓空氣噴射。在本實例中，在時間1.53秒處，PBS控制器發送信號以使啟動的空氣噴射閥螺線管斷電。PBS控制器還發送信號以在時間1.57秒處打開擋板元件且這種快速活動擋板在時間1.59秒處到達其完全打開位置。
[0118]在氣動增壓噴射事件過程期間，PBS供氣儲存器中的壓力(圖18中的線P)開始在噴射期間隨空氣被消耗而減小。如從18中可見，供應系統壓力(在時間0.81秒處從129psi開始)降至時間1.54秒處的114psig,此時空氣噴射停止。
[0119]在本示例性氣動增壓噴射事件中，發動機比不存在氣動增壓噴射時更快地達到所要扭矩和/或發動機速度。本領域中用於對比車輛時間對速度比性能的通用度量是「T-90時間」，發動機從經由油門踏板位置變化而發起扭矩需求時開始至達到其最大扭矩輸出的90%所需的時間。如圖20中所示，使用氣動增壓噴射的T-90時間是1.10秒，如扭矩輸出曲線(圖20中的線T)所示。氣動增壓噴射空氣還允許車輛變速器比氣動增壓噴射不存在時更快速地到達其下一換檔點。在本實例中，車輛在第二檔開始氣動增壓噴射事件且變速器控制器(圖20中的線TRANS)在時間1.59秒處接近噴射結束時要求下一換檔(圖20中的線TRANS)。
[0120]上述公開僅被陳述來說明本發明且不旨在限制。例如，雖然上述公開涉及車輛發動機配備至少一個渦輪增壓器的實施方案，但是本發明不限於配備渦輪增壓器的發動機，而是可適用於需要受控壓縮空氣噴射以至少提供臨時增大的發動機扭矩輸出的任意其它內燃發動機構造。這些發動機構造包括自然吸氣發動機、配備增壓器的發動機和以除柴油機燃料外的燃料運行的發動機，包括汽油、氫氣和丙烷燃料發動機。此外，以可通過使用壓縮空氣噴射的速率成形而避免NOx排放偏移的相同方式，本發明氣動增壓系統中的氣動增壓控制器還可用有關發動機和車輛特性的信息編程以允許壓縮空氣噴射的速率成形以使得其它汙染物(諸如CO2和/或顆粒排放物)維持低於所要限值。其它實施方案可包括以開路方式運行氣動增壓系統，例如根據預定固定速率成形壓縮空氣噴射設定檔，根據從「查找表」中選擇的壓縮空氣噴射設定檔(即，存儲在例如氣動增壓控制器的存儲器中的壓縮空氣噴射設定檔的預定編輯)和/或根據響應於監測到的車輛運行參數選擇的預定速率成形壓縮空氣噴射設定檔。因為本領域技術人員可能想到併入本發明的精神和實質的所公開實施方案的這些修改例，所以本發明應被解釋為包括隨附權利要求和其等效物的範圍內的所有事項。
【權利要求】
1.一種運行配備氣動增壓系統的車輛的方法，所述氣動增壓系統被構造來在氣動增壓事件期間將壓縮空氣噴射至所述車輛的發動機的進氣口中，並且被構造來在所述氣動增壓事件內調整至少兩個空氣噴射脈衝的壓縮空氣噴射速率、持續時間和定時的至少兩項，所述方法包括下列行動: 確定所述車輛的位置和移動方向； 從所述車輛的所述位置和移動方向中確定預期即將到來的車輛路線； 基於所述預期即將到來的車輛路線確定是否發起壓縮空氣噴射以便利所述車輛穿過所述預期即將到來的車輛路線； 基於所述預期即將到來的車輛路線確定壓縮空氣噴射型式以在所述車輛穿過路線地形時將目標發動機扭矩輸出變為對應於所述預期即將到來的車輛路線的路線地形； 發起氣動增壓事件以使用所述確定的壓縮空氣噴射型式將壓縮空氣噴射至所述發動機中； 監測所述車輛的至少一個運行參數； 確定所述至少一個運行參數是否在預定範圍內；和 基於所述至少一個運行參數是否在所述預定範圍內的確定，在所述車輛穿過所述路線地形時調整所述壓縮空氣噴射型式的空氣噴射速率、持續時間和定時的至少一項以使所述至少一個運行參數維持在所述預定範圍內。
2.根據權利要求1所述的方法，其中: 通過分析由GPS接收器接收的全球定位衛星信號而確定所述車輛的所述位置和移動方向。
3.根據權利要求2所述的方法，其還包括下列行動: 在發起所述氣動增壓事件之前在氣動增壓噴射控制器上接收來自所述車輛運行信息；和 基於所述所接收的車輛運行信息設定至少兩個壓縮空氣噴射脈衝的第一個的空氣噴射速率、噴射持續時間和噴射定時的至少一項以使所述所監測到的至少一個運行參數維持在所述預定範圍內。
4.根據權利要求2所述的方法，其中: 所述至少一個運行參數是儲存在壓縮空儲存容器中的壓縮空氣的壓力，和所述預定範圍是高於確保車輛安全系統具有可用於執行安全系統功能的充足壓縮空氣所需的最小壓縮空氣壓力的壓力。
5.根據權利要求2所述的方法，其中: 所述至少一個運行參數指示來自所述發動機的廢氣中的NOx含量,及 所述預定範圍是低於NOx排放限值的NOx含量。
6.根據權利要求2所述的方法，其中: 所述至少一個運行參數指示來自所述發動機的廢氣中的顆粒含量，及 所述預定範圍是低於顆粒排放限值的顆粒含量。
7.根據權利要求2所述的方法，其中: 所述至少一個運行參數指示EGR比率，及 所述預定範圍是EGR比率，其低於對應於超過NOx排放限值的EGR比率。
8.根據權利要求2所述的方法，其中: 所述至少一個運行參數是為所述發動機供應壓縮空氣的渦輪增壓器的壓縮機的轉速，及 所述預定範圍是低於渦輪增壓器壓縮機超速限值的渦輪增壓器葉輪速度。
9.根據權利要求2所述的方法，其中: 所述至少一個運行參數是車輛加速度，及 所述預定範圍是低於用於維持所述車輛中的乘客舒適度的最大加速度限值的加速度。
10.根據權利要求2所述的方法，其中: 所述至少一個運行參數是車輛加速度，及 所述預定範圍是低於駕駛員可選擇的加速度設定檔的加速速率。
11.根據權利要求2所述的方法，其中: 所述至少一個運行參數是廢氣溫度，及 所述預定範圍是低於預定廢氣溫度限制的廢氣溫度。
12.根據權利要求2所述的方法，其中: 所述至少一個運行參數是指示 所述進氣口中的實際空氣流速的所述車輛的運行參數，及 所述預定範圍是所述進氣口中的所述實際空氣流速與所述車輛的至少一個控制器所要求的空氣流速之間的預定允許差異。
13.根據權利要求2所述的方法，其中: 所述至少一個運行參數是駕駛人加速請求，及 所述預定範圍是油門踏板位置、油門踏板致動速率和油門踏板位置超過預定位置的頻率的至少一項。
14.根據權利要求2所述的方法，其中: 通過減慢、暫停和增大所述壓縮空氣噴射的流速而改變所述壓縮空氣噴射。
15.根據權利要求2所述的方法，其中: 通過至少一個壓縮空氣噴射控制裝置的脈衝寬度調製執行調整所述壓縮空氣噴射速率、噴射持續時間和噴射定時的至少一項以使所述至少一個運行參數維持在所述預定範圍內的行動。
16.根據權利要求15所述的方法，其中: 所述至少一個壓縮空氣噴射控制裝置包括至少兩個壓縮空氣流量控制閥。
17.根據權利要求16所述的方法，其中: 所述至少兩個壓縮空氣流量控制閥具有不同的最大空氣流量額定值，及所述至少兩個壓縮空氣流量控制閥可同時及獨立運行以在所述增壓事件期間獲得可變壓縮空氣噴射流速。
18.一種用於使用氣動增壓增大車輛性能的系統，其包括: 發動機，其具有進氣口、排氣口和用於將來自所述發動機的廢氣的一部分從所述排氣口再循環至所述進氣口的廢氣再循環通道； 空氣控制裝置，其位於所述進氣口中，所述空氣控制裝置包括: 進氣阻斷元件，其位於所述空氣控制裝置的進氣通道中，所述進氣阻斷元件被配置來至少在打開位置與閉合位置之間移動以選擇性地阻擋或允許氣流朝向所述發動機穿過所述空氣控制裝置， 至少一個壓縮空氣噴射通道，其開放至所述進氣阻斷元件的發動機側上的所述進氣口，所述壓縮空氣通道具有被配置來調製提供至所述空氣控制裝置的壓縮空氣流進入所述進氣口的至少一個壓縮空氣流量控制閥，和 通道，其開放至所述進氣阻斷元件的所述發動機側上的所述進氣口，透過所述通道，穿過所述廢氣再循環通道的廢氣被引入所述進氣口； 壓縮空氣源，其被配置來將壓縮空氣流提供至所述空氣控制裝置； 氣動增壓噴射控制器；和 車輛位置和方向確定系統； 其中: 所述氣動增壓控制器被編程來通過協調所述至少一個壓縮空氣流量控制閥和所述進氣阻斷元件的運行以經由所述進氣口供應壓縮空氣至所述發動機而基於所述車輛的至少一個所監測的運行參數而控制氣動增壓事件， 所述氣動增壓控制器被編程來通過在所述氣動增壓事件期間調整至少兩個空氣噴射脈衝的壓縮空氣噴射速率、持續時間和定時的至少兩項而控制所述至少一個壓縮空氣流量控制閥以提供所述壓縮空氣噴射； 所述氣動增壓控制器被編程來基於以下項目發起壓縮空氣噴射: 所述車輛的位置和移動方向基於來自所述車輛位置和方向確定系統的信息的確定； 預期即將到來的車輛路線從所`述車輛的所述位置和移動方向中的確定； 基於所述預期即將到來的車輛路線是否發起壓縮空氣噴射以便利所述車輛穿過所述預期即將到來的車輛路線的確定，其中所述壓縮空氣噴射是基於壓縮空氣噴射型式，所述壓縮空氣噴射型式被界定來在所述車輛穿過所述路線地形時將目標發動機扭矩輸出變為對應於所述預期即將到來的車輛路線的路線地形；及 所述氣動增壓控制器被編程來基於所述車輛的至少一個所監測的運行參數而調整所述壓縮空氣噴射型式以使所述至少一個運行參數維持在預定範圍內。
19.根據權利要求18所述的系統，其中 所述至少一個運行參數是儲存在壓縮空氣儲存容器中的壓縮空氣的壓力，和所述預定範圍是高於確保車輛安全系統具有可用於執行安全系統功能的充足壓縮空氣所需的最小壓縮空氣壓力的壓力。
20.根據權利要求18所述的系統，其中: 所述至少一個運行參數指示來自所述發動機的廢氣中的NOx含量,及 所述預定範圍是低於NOx排放限值的NOx含量。
21.根據權利要求18所述的系統，其中: 所述至少一個運行參數指示來自所述發動機的廢氣中的顆粒含量，及 所述預定範圍是低於顆粒排放限值的顆粒量。
22.根據權利要求18所述的系統，其中: 所述至少一個運行參數指示EGR比率，及 所述預定範圍是EGR比率，其低於對應於超過NOx排放限值的EGR比率。
23.根據權利要求18所述的系統，其中: 所述至少一個運行參數是車輛加速度，及 所述預定範圍是低於用於維持所述車輛中的乘客舒適度的最大加速度限值的加速度。
24.根據權利要求18所述的系統，其中: 所述至少一個運行參數是廢氣溫度，及 所述預定範圍是低於預定廢氣限值溫度的廢氣溫度。
25.根據權利要求18所述的系統，其中: 所述氣動增壓控制器被編程來通過減慢、暫停和增大所述壓縮空氣噴射的流速而改變所述壓縮空氣噴射型式。
【文檔編號】F02B33/44GK103502601SQ201280018633
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年2月17日 優先權日:2011年2月25日
【發明者】威廉·J·沙菲爾德, 尼古拉斯·阿斯密斯, 馬克·W·麥克隆格, 理察·貝爾 申請人:邦迪克斯商用車系統有限責任公司