[发明专利]用于气流控制的方法和系统

说明书

本发明提供用于发动机系统中的气流控制的方法和系统，该发动机系统包括节流涡轮发电机，该节流涡轮发电机包括涡轮和涡轮发电机。在一个示例中，一种方法包括：通过考虑由于涡轮的旋转运动对节流阀开启角的作用，基于期望气流，对定位在发动机入口通道中的节流阀的角度进行调整，由此精确控制到发动机系统的气流。该方法可以进一步包括：基于节流阀的位置，预测到发动机系统的气流，由此精确监测发动机系统的转矩。

技术领域

本发明总体上涉及用于发动机系统中进行气流控制的方法和系统，该发动机系统包括节流涡轮发电机。

背景技术

发动机系统可配置有如节流涡轮发电机等装置，以利用来自节流阀两端的压力差的能量，否则这些能量会浪费在发动机的进气通道中。例如，当发动机在部分负荷下运行时，可以由部分打开的节流阀两端的压力差来驱动节流涡轮发电机。在一些示例中，节流涡轮发电机包括机械耦接至节流涡轮发电机的涡轮机，该节流涡轮发电机可以产生被供应给发动机的电池的电流。通过用这种发电机对电池进行充电，可以提高发动机系统的燃料经济性。

由利昂(Leone)等人在US20130092125中示出了这种发动机系统的一个示例。在其中，节流涡轮发电机定位在节流旁路中。基于发动机气流需求控制节流旁路阀，以对穿过节流涡轮发电机的气流进行调整。另外，在发动机瞬态期间控制节流阀的位置以满足发动机气流需求。

发明内容

然而，发明人在此认识到这种系统的潜在问题。作为一个示例，当使用进气歧管两端的压力差以使用节流阀操作涡轮时，由于涡轮和/或发电机的转速持续改变而使得进气歧管周围的空气流量控制变得更有挑战性。另外，节流阀位置的任何改变同时影响发动机的进气侧的两个路径，使得经由该节流阀的气流控制具有挑战性。为了精确估计气流，可能需要适应性控制如节流阀开启角、节流阀形成的限制的横断面积、进气歧管两端的压力差以及涡轮转速等变量。如此，为了在多个变量方面实现精确的气流控制，可能需要迅速生成、存储并访问一个或多个四维性能映射图。然而，生成、存储并访问复杂的四维映射图可能是时间、存储、计算密集的。具体地，除了生成和访问高维映射图的复杂性，由于存储器限制，对于存储在发动机控制器单元中来说其可能还是非常大的。作为另一个示例，利昂只在瞬态期间调整节流阀位置。然而，由于涡轮和/或发电机转速的变化(例如瞬间变化)，即使在稳态状况期间也可能有气流误差。

发明人已经认识到，通过根据节流阀开启角获悉进气歧管两端产生的压力差，可以生成(例如实时地或预先地)至少一个二维映射图并将其存储在发动机控制单元的存储器中。在此，基于压力差以及节流阀开启角中的每一项，可以将节流阀周围的限制的有效横断面积制成表。此外，通过包含例如可被存储为单独的二维映射图的涡轮转速的影响，可以确定限制的有效横断面积的校正。通过对至少两个二维映射图执行数值逼近，可以精确地确定节流阀开启角以用于有效气流控制。另外，从这两个二维映射图，例如还有可能精确预测给定节流阀开启角下的气流，这然后可能用于估计进入歧管的气流而用于转矩监测。这导致一种计算、存储以及时间密集度较低而不会影响气流估计精度的方法。此外，不仅在瞬态状况期间(如利昂(Leone)等人所示的)，而且在如稳态、空转等其他状况期间，执行气流控制。

在一个示例中，可以通过一种方法来实现发动机气流控制，该方法包括：基于驾驶员转矩需求，对耦接至节流涡轮的进气节流阀进行前馈调整；以及基于节流涡轮两端的压力差的第一函数以及压力差的不同的第二函数乘以涡轮转速的每一项，进一步调整进气节流阀。以此方式，可以准确有效地执行气流控制。