用于升壓控制的方法和系統與流程

本說明大體涉及用于控制發動機升壓裝置以減少喘振問題的方法和系統。

背景技術：

發動機系統可以被配置具有升壓裝置，諸如渦輪增壓器或機械增壓器，用于提供升壓的空氣充氣并改善峰值功率輸出。壓縮機的使用允許更小排量發動機提供與更大排量發動機一樣多的功率，而且具有額外的燃料經濟性益處。然而，壓縮機傾向于喘振。例如，當操作者釋放加速器踏板時，發動機進氣節氣門關閉，導致減少的向前氣流通過壓縮機，使渦輪增壓器性能退化，并且可能導致壓縮機喘振。壓縮機喘振能夠導致NVH問題，諸如來自發動機進氣系統的不期望的噪聲。

Styles等人在US20150047346中示出了一種解決壓縮機喘振示例嘗試。在其中，當發動機在壓縮機喘振線處或超壓縮機喘振線運轉時，連續可變壓縮機再循環閥(CCRV)被打開，以使經冷卻的升壓空氣的一部分從增壓空氣冷卻器的下游再循環到壓縮機入口。該方法改善了壓縮機壓力比，從而減輕喘振。

技術實現要素：

發明人在此已經識別了可以增大CCRV和/或減少對具有復合升壓的系統中的CCRV的需要從而導致改善的性能和/或的成本降低的可能性的方案。該方法包括：在正常工況下，繞過第二壓縮機，并且經由第一壓縮機為活塞發動機提供壓縮空氣流量；以及響應于要求的發動機扭矩的降低，加速所述第二壓縮機，并且減少到所述發動機的壓縮空氣流量。以此方式，被分級在第一壓縮機的上游的第二壓縮機能夠被用來減輕喘振。

作為一個示例，一種升壓發動機系統可以包括被耦接在渦輪增壓器的上游的電動機械增壓器。在當升壓被需要時并且當渦輪增壓器的渦輪正在加速自旋時的狀況下，電動機械增壓器可以被用來為發動機提供壓縮的空氣。然后，一旦渦輪加速自旋，渦輪增壓器壓縮機就可以被用來為發動機提供壓縮的空氣，同時繞過機械增壓器。響應于節氣門減小，例如響應于操作者釋放加速器踏板，為了降低渦輪增壓器壓縮機處的喘振的可能性，電動機械增壓器可以加速自旋，同時渦輪增壓器繼續自旋(由于高慣性)。這導致渦輪增壓器壓縮機入口處的壓力的增加，從而移動渦輪增壓器的壓縮比進一步遠離喘振閾值。一旦渦輪增壓器流量已經被充分減少，機械增壓器就可以被禁用，并且當需要時，壓縮的空氣可以再次經由渦輪增壓器來提供。

壓縮機喘振邊界根據壓縮機流量和壓力比來限定。CCRV初始影響在流域中，而在本文中限定的方案對壓力比域具有初始影響。組合兩種方案延伸了喘振自由運轉機制，從而改善系統性能，和/或減小CCRV的尺寸，這降低了系統成本。在一些情況下，CCRV可以被消除，并且在本文中描述的方案可以與傳統的開/閉CRV進行組合，這也降低了系統成本。

經由第二上游壓縮機的運轉增加第一下游壓縮機處的壓縮機壓力比的技術效果是，喘振能夠被減少而不使升壓發動機性能退化。通過運轉機械增壓器以增加第一壓縮機的入口上游的壓力并且減少通過第一壓縮機的流量，減少了對運轉壓縮機再循環閥以減輕喘振的需要。因此，這改善了具有分級增壓裝置的升壓發動機系統的性能。

應當理解，提供以上概述是為了以簡化的形式介紹一些概念，這些概念在具體實施方式中被進一步描述。這并不意味著確定所要求保護的主題的關鍵或基本特征，要求保護的主題的范圍被所附權利要求書唯一地限定。此外，要求保護的主題不限于解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點的實施方式。

附圖說明

圖1示出了具有多級充氣升壓裝置的升壓發動機系統的示例實施例。

圖2示出了圖示可以被實施用于響應于駕駛員要求的扭矩的降低而減少壓縮機喘振的程序的高水平流程圖。

圖3示出了圖示可以被實施用于運轉上游壓縮機以減少下游壓縮機處的喘振的程序的高水平流程圖。

圖4示出了描繪渦輪增壓器壓縮機的喘振極限和在喘振減輕時運轉電動機械增壓器的效果的壓縮機映射圖。

圖5示出了在釋放速器踏板期間可以被用來減少喘振的示例壓縮機調整。

具體實施方式

下描述涉及用于改善具有分級升壓裝置的發動機系統(諸如圖1的升壓發動機系統)中的喘振裕度的系統和方法。控制器可以被配置為執行程序(諸如圖2-3的示例程序)，以增加上游壓縮機的速度從而改善下游壓縮機的喘振裕度。通過運轉第二壓縮機，第一壓縮機兩端的壓力比能夠被減小(圖4)。參照圖5示出了示例喘振減輕運轉。以此方式，升壓發動機運轉期間的喘振發生能夠被減少。

圖1示意地示出了包括發動機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是包括多個分級升壓裝置的升壓發動機。具體地，發動機10包括被分級在第二升壓裝置15下游的第一升壓裝置13。該構造導致(第一升壓裝置的)第一壓縮機114在第二壓縮機110的下游被設置在發動機進氣通道42中。在本示例中，第一升壓裝置是渦輪增壓器13，而第二升壓裝置是電動機械增壓器15。

電動機械增壓器15包括由電動馬達108驅動的第二壓縮機110。馬達108由車載能量存儲裝置(諸如系統電池106)提供電力。新鮮空氣沿著進氣通道42經由空氣凈化器112被引入發動機10，并且流至第二壓縮機110。被第二壓縮機110壓縮的空氣然后被遞送到第一壓縮機114。在選擇的狀況下，如在下面詳述的，空氣可以借助于調整旁通閥62的開度通過第二壓縮機旁路60繞過機械增壓器15，并且被引導到渦輪增壓器13。

渦輪增壓器13包括由渦輪116驅動的第一壓縮機114。第一壓縮機114被示為經由軸19被機械地耦接至渦輪116的渦輪增壓器壓縮機，所述渦輪116通過膨脹的發動機排氣膨脹驅動。在一個實施例中，渦輪增壓器可以是雙渦形裝置。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)，其中渦輪幾何形狀根據發動機工況被主動地改變。在第一壓縮機114的壓縮機入口處接收的新鮮空氣被引入發動機10。在選擇的狀況下，如在下面詳述的，被渦輪增壓器13壓縮的空氣可以借助于調整壓縮機再循環閥(CRV)72的開度通過第一壓縮機旁路70從壓縮機114的出口被再循環至入口。CRV72可以是連續可變閥，并且增加再循環閥的開度可以包括致動(或激勵)閥的螺線管。

如在圖1中示出的，第一壓縮機114通過增壓空氣冷卻器(CAC)18(在本文中也被稱為中間冷卻器)被耦接至節流閥20。節流閥20被耦接至發動機進氣歧管22。壓縮的空氣充氣從第一壓縮機流過增壓空氣冷卻器18和節流閥、流至進氣歧管。增壓空氣冷卻器可以是空氣-空氣或空氣-水的熱交換器，例如。在圖1中示出的實施例中，進氣歧管內的空氣充氣的壓力通過歧管空氣壓力(MAP)傳感器124來感測。

應認識到，如在本文中使用的，第一壓縮機指的是分級壓縮機的下游，而第二壓縮機指的是分級壓縮機的上游。在一個非限制性示例中，如所描繪的，第一下游壓縮機是渦輪增壓器壓縮機，而第二上游壓縮機是機械增壓器壓縮機。然而，升壓裝置的其他組合和構造可以是可能的。

在選擇的狀況下，諸如在踩加速器踏板期間，當從不具有升壓的發動機運轉進入具有升壓的發動機運轉時，渦輪遲滯能夠發生。這是由于第一壓縮機114的渦輪自旋加速的延遲。為了減少這種渦輪遲滯，在那些選擇的狀況下，機械增壓器15和渦輪增壓器13兩者都可以被啟用。具體地，當渦輪116自旋加速時，升壓壓力能夠通過上游機械增壓器壓縮機110來提供。啟用機械增壓器包括從電池106汲取能量以使馬達108自旋，從而由此加速第二壓縮機110。此外，旁通閥62可以被關閉，以便使得空氣的更大部分能夠被第二壓縮機110壓縮。然后，當渦輪已經充分自旋加速并且能夠驅動第一壓縮機114時，第二壓縮機可以通過禁用馬達108而被減速。此外，旁通閥62可以被打開，以便使得空氣的較大部分能夠繞過第二壓縮機110。

在選擇的狀況下，諸如在釋放加速器踏板期間，當從具有升壓的發動機運轉進入不具有升壓或升壓降低的發動機運轉時，壓縮機喘振能夠發生。這是由于當節氣門在釋放加速器踏板的時候關閉時通過第一壓縮機的流量減少。通過第一壓縮機前向流量的減少能夠引起喘振并使渦輪增壓器性能退化。此外，喘振能夠導致NVH問題，諸如來自發動機進氣系統的不期望的噪聲。為了減輕壓縮機喘振，被第一壓縮機114壓縮的空氣充氣的至少一部分可以被再循環至壓縮機入口。這允許流過第一壓縮機114的流量保持相對高且使得過多的升壓壓力被大體上立即釋放，兩者都降低壓縮機喘振的傾向。壓縮機再循環系統可以包括用于在增壓空氣冷卻器18的上游將(暖的)壓縮空氣從第一壓縮機114的壓縮機出口再循環至第一壓縮機114的壓縮機入口的再循環通道70。在一些實施例中，壓縮機再循環系統可以替代地或額外地包括在增壓空氣冷卻器的下游將(經冷卻的)壓縮空氣從壓縮機出口再循環至壓縮機入口的再循環通道。

閥62和72中的一個或兩個可以是連續可變閥，其中閥的位置從完全關閉位置連續可變到完全打開位置。替代地，壓縮機再循環閥72可以是連續可變閥，而壓縮機旁通閥62是開閉閥。在一些實施例中，CRV72可以在升壓發動機運轉期間通常部分打開，以提供一些喘振裕度。在文本中，部分打開位置可以是缺省閥位置。然后，響應于喘振的指示，CRV72的開度可以被增加。例如，(一個或多個)閥可以從缺省的部分打開位置朝向完全打開位置被轉變。在那些狀況下(一個或多個)閥的開度的程度可以基于喘振的指示(例如，壓縮機比、壓縮機流速、壓縮機兩端的壓差等)。在替代示例中，CRV72可以在升壓發動機運轉期間(例如，峰值性能狀況)被保持關閉，以改善升壓響應和峰值性能。

發明人已經認識到，通過響應于扭矩要求的下降(諸如在釋放加速器踏板期間)經由第二壓縮機的運轉來增加第一壓縮機上游的升壓壓力，壓縮機喘振也能夠被減少(例如，被避免)。如在下面詳述的，在扭矩要求的下降期間，當渦輪增壓器正在壓縮的空氣時，機械增壓器可以被重新啟用。此外，旁通閥62可以被關閉，使得壓縮空氣流量經由第一和第二壓縮機中的每一個被提供給發動機。在向下游壓縮機遞送空氣之前通過壓縮在上游壓縮機處的空氣，第一壓縮機的入口處的升壓壓力被增加，從而降低第一壓縮機處的壓力比。這允許在釋放加速器踏板期間將第一壓縮機的運轉進一步移動遠離喘振邊界。

應認識到，如在下面詳述的，可以存在選擇的扭矩降低狀況，其中喘振可以通過打開CRV72而被更好地釋放，而在其他扭矩降低狀況下，喘振可以通過加速第二壓縮機110而被更好地釋放。作為一個示例，當電池106的荷電狀態較高時，第二壓縮機可以被加速，而當電池106的荷電狀態較低時，CRV72可以被打開。

一個或更多個傳感器可以被耦接至第一壓縮機114(如圖所示)和/或第二壓縮機110(未示出)的入口。例如，溫度傳感器55可以被耦接至入口，用于估計壓縮機入口溫度。作為另一示例，壓力傳感器56可以被耦接至入口，用于估計進入壓縮機的空氣充氣的壓力。其他傳感器可以包括例如空燃比傳感器、濕度傳感器等。在其他示例中，壓縮機入口狀況(諸如濕度、溫度等)中的一個或更多個可以基于發動機工況被推測。傳感器可以估計來自進氣通道的在壓縮機入口處接收的進氣以及從CAC的上游被再循環的空氣充氣的狀況。一個或更多個傳感器也可以在壓縮機114和壓縮機110的上游被耦接至進氣通道42，用于確定進入壓縮機的空氣充氣的成分和狀況。這些傳感器可以包括例如歧管空氣流量傳感器57。

進氣歧管22通過一系列進氣門(未示出)被耦接至一系列燃燒室30。燃燒室經由一系列排氣門(未示出)被進一步耦接至排氣歧管36。在所描繪的實施例中，示出了單個排氣歧管36。然而，在其他實施例中，排氣歧管可以包括多個排氣歧管區段。具有多個排氣歧管區段的構造可以使得來自不同燃燒室的排出物能夠被引導到發動機系統中的不同位置。

在一個實施例中，排氣和進氣門中的每一個可以被電子地致動或控制。在另一實施例中，排氣和進氣門中的每一個可以被凸輪致動或控制。不論是被電子地致動還是被凸輪致動，排氣門和進氣門打開和關閉的正時可以針對期望的燃燒和排放控制性能的需要而被調整。

燃燒室30可以被供應一種或更多種燃料，諸如汽油、醇燃料混合物、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、或其任何組合被供應給燃燒室。在燃燒室中，燃燒可以經由火花點火和/或壓縮點火而被開始。

如在圖1中示出的，來自一個或更多個排氣歧管區段的排氣被引導到渦輪116以驅動渦輪。當降低的渦輪扭矩被期望時，一些排氣可以被替代地引導通過廢氣門90，從而繞過渦輪。廢氣門致動器92可以被致動為打開，以經由廢氣門90將至少一些排氣壓力從渦輪的上游傾到渦輪下游的位置。通過降低渦輪上游的排氣壓力，渦輪速度能夠被降低。

來自渦輪和廢氣門的組合流量然后流過排放控制裝置170。一般來說，一個或更多個排放控制裝置170可以包括一個或更多個排氣后處理催化劑，所述排氣后處理催化劑被配置為催化地處理排氣流，并且由此減少排氣流中的一種或更多種物質的量。例如，一個排氣后處理催化劑可以被配置為當排氣流稀時從排氣流捕集NO_x，并且當排氣流富時減少捕集的NO_x。在其他示例中，排氣后處理催化劑可以被配置為使NO_x不成比例或在還原劑的幫助下選擇性地還原NO_x。在其他示例中，排氣后處理催化劑可以被配置為氧化排氣流中殘余的碳氫化合物和/或一氧化碳。具有任何這種功能性的不同排氣后處理催化劑可以被單獨或一起布置在排氣后處理階段中的涂層或其他地方中。在一些實施例中，排氣后處理階段可以包括被配置為捕集并氧化排氣流中的碳煙顆粒的可再生碳煙過濾器。

來自排放控制裝置170的經處理的排氣的全部或部分可以經由排氣管道35被釋放到大氣。然而，取決于工況，一些排氣可以經由包括EGR冷卻器和EGR閥的EGR通道(未示出)被替代地轉向到進氣通道。EGR可以被再循環至第一壓縮機114的入口、第二壓縮機110的入口、或兩者的入口。

發動機系統100可以進一步包括控制系統14。控制系統14被示為從多個傳感器16(在本文中描述的傳感器的各種示例)接收信息，并向多個致動器81(在本文中描述的致動器的各種示例)發送控制信號。作為一個示例，傳感器16可以包括位于排放控制裝置上游的排氣傳感器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和MAF傳感器57。諸如額外的壓力、溫度、空燃比和成分傳感器的其他傳感器可以被耦接至發動機系統100中的各種位置。致動器81可以包括例如節氣門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和燃料噴射器66。控制系統14可以包括控制器12。控制器可以從各種傳感器接收輸入數據，處理輸入數據，并基于接收的信號和存儲在控制器的存儲器上的指令運用各種致動器。控制器可以基于對應于一個或更多個程序(諸如在本文中關于圖2-3描述的示例控制程序)被編程在其中的指令或代碼，響應于已處理的輸入數據而運用致動器。

現在轉向圖2，示出了用于使上游升壓裝置(例如，機械增壓器)的壓縮機運轉以減少下游升壓裝置(例如，渦輪增壓器)的壓縮機處的渦輪遲滯和喘振中的每一個的示例程序200。用于執行方法200和本文中包括的其余方法的指令可以由控制器基于存儲在控制器的存儲器上的指令并且配合從發動機系統的傳感器(諸如在上面參照圖1描述的傳感器)接收的信號來執行。控制器可以根據在下面描述的方法運用發動機系統的發動機致動器來調整發動機運轉。

在202處，該方法包括估計發動機工況，諸如發動機轉速、踏板位置、操作者扭矩要求、環境狀況(環境溫度、壓力、濕度)、發動機溫度等。在204處，該方法包括，確定升壓是否被需要。在一個示例中，升壓可以在中-高發動機負荷下被需要。在另一示例中，升壓可以響應于操作者踩加速器踏板或駕駛員扭矩要求的增加而被需要。如果升壓不被需要，諸如當發動機負荷低或駕駛員扭矩要求低時，該方法移動到206，其中發動機在自然吸氣的情況下被運轉。

如果升壓被需要，那么在208處，該方法包括，啟用第二上游壓縮機，同時被耦接至第一下游壓縮機的渦輪加速自旋。在本文中，響應于駕駛員要求的扭矩的增加，第二壓縮機被加速，并且到發動機的壓縮空氣流量被增加。在文本中，第二壓縮機沿著進氣通道被分級在第一壓縮機的上游。另外，第二壓縮機由電動馬達驅動，而第一壓縮機由排氣渦輪驅動。在一個示例中，如參照圖1示出的，第一壓縮機是渦輪增壓器壓縮機，而第二壓縮機是機械增壓器壓縮機。在本文中，加速第二壓縮機包括使用從電池汲取的電力經由電動馬達使第二壓縮機自旋。第二壓縮機基于升壓要求的增加而被加速。因此，壓縮的空氣經由第二壓縮機被提供給發動機。

因此，電動機械增壓器可以具有130-200ms的響應時間(即，怠速至100％占空比)，并且因此可以能夠比典型的渦輪增壓器響應時間(1-2秒)更快地遞送升壓。因此，電動機械增壓器的第二壓縮機可以能夠顯著更快地填補渦輪遲滯。

當排氣熱和壓力由于汽缸燃燒而發展時，排氣渦輪速度增加，從而驅動第一壓縮機。在210處，確定渦輪速度是否高于閾值，諸如是否在渦輪增壓器能夠支持升壓要求的閾值之上。如果否，(機械增壓器的)第二壓縮機的運轉被維持。

如果渦輪速度高于閾值，那在212處，該方法包括，例如通過禁用電動馬達來減速第二壓縮機。此外，旁通閥(諸如旁通閥62)可以被打開，從而允許空氣繞過第二壓縮機并且流至(下游)第一壓縮機。因此，在渦輪已經充分加速自旋之后，該方法包括繞過第二壓縮機并且經由第一壓縮機為活塞發動機提供壓縮空氣流量。在本文中，壓縮的空氣不經由第二壓縮機被提供給發動機。以此方式，通過瞬間運轉機械增壓器的第二壓縮機直至渦輪增壓器渦輪加速自旋，由于加速自旋第一壓縮機的延遲所造成的渦輪遲滯被減少。

在216處，一旦渦輪增壓器壓縮機(第一壓縮機)正在自旋并且為發動機提供壓縮的空氣，該方法包括基于升壓壓力調整壓縮機再循環閥的開度。例如，壓縮機再循環閥可以被保持部分打開，以提供一些喘振裕度。

在218處，可以確定第一壓縮機是否正在喘振極限處或附近運轉。在一個示例中，第一壓縮機可以響應于要求的發動機扭矩的降低而移動更靠近喘振極限。例如，要求的發動機扭矩的降低可以是由于操作者釋放加速器踏板。如果第一壓縮機不在喘振極限處或附近，那么在220處，該方法包括繼續經由第一壓縮機使壓縮空氣流至活塞發動機，并且同時繞過第二壓縮機。

如果第一壓縮機在喘振極限處或附近，那么在222處，該方法包括基于工況選擇喘振減輕方法。例如，在226處，喘振裕度可以通過加速第二壓縮機并且減少到發動機的壓縮空氣流量(通過第一壓縮機)來改善。作為另一示例，在224處，喘振裕度可以通過增加壓縮機再循環閥的開度(例如，完全打開該閥)來改善。當發動機扭矩的降低被請求時，例如在齒輪換擋期間或由于駕駛員釋放加速器踏板，發動機控制器可以基于發動機工況從可用的選項中選擇適當的喘振減輕措施，如在圖3處詳述的。

現在轉向圖3，方法300描繪了響應于要求扭矩的降低而基于工況選擇喘振減輕措施。

在302處，各種發動機工況被估計和/或被測量，諸如被耦接至驅動第二壓縮機的電動馬達的電池的荷電狀態、至少第一壓縮機的壓縮機入口壓力、扭矩要求的改變(例如，下降)、和與升壓裝置相關(諸如與第一或第二壓縮機相關)的任何診斷代碼(或MILs)的存在。

在304處，該方法包括，確認喘振被預期到。例如，喘振可以響應于要求的發動機扭矩的降低而被預期到。在一個示例中，發動機扭矩要求降低可以響應于從高升壓壓力操作者釋放加速器踏板。在另一示例中，發動機扭矩要求降低可以響應于變速器齒輪換擋、對車輪牽引控制的請求、和車輛速度巡航控制的要求等中的一個或更多個。作為另一示例，喘振可以基于壓縮機壓力比和相對于喘振閾值的第一壓縮機兩端的質量流率被預期，所述喘振閾值可以利用壓縮機映射圖來確定。這樣的映射圖的一個示例在圖4處進行示出并且在本文中進行描述。如果在304處喘振未被預期到，該方法結束并且程序退出。

在306處，可以確定用于加速第二壓縮機的狀況是否已經滿足。如果以下狀況中的任何一個被確認，狀況可以被認為滿足：被耦接至第二壓縮機的電動馬達的電池的荷電狀態高于閾值、促進喘振可能性的扭矩要求降低高于閾值(例如，釋放加速器踏板較大)、電動馬達未退化(例如，沒有與電動馬達相關的診斷代碼或MILs被啟用)、和到喘振的裕度較大(例如，第一壓縮機的入口壓力與喘振閾值之間的差較高)。

如果用于加速第二壓縮機的狀況中的任一個滿足，在308處，該方法包括加速第二壓縮機同時經由第一壓縮機為活塞發動機提供空氣。在本文中加速第二壓縮機包括，不繞過第二壓縮機同時繼續經由第一壓縮機為發動機提供壓縮空氣。第二壓縮機的加速可以基于相對于喘振閾值的第一壓縮機的入口壓力，當第一壓縮機的入口壓力接近或超過喘振閾值時加速被增加。第二壓縮機的加速可以進一步基于相對于通過第二壓縮機的壓縮空氣的第二流量的通過第一壓縮機的壓縮空氣的第一流量，當第一流量與第二流量之間的差增加時所述加速被增加。關于期望的第二壓縮機速度或電動機械增壓器軸速度的計算的細節將在下文參照在圖4的描述中提供的算法進行詳述。

除了加速第二壓縮機外，在310處，該方法包括減小被耦接在跨過第二壓縮機的旁路中的旁通閥的開度，以減少當繞過第二壓縮機時被引導到發動機的空氣量。在一個示例中，旁通閥被完全關閉，使得被引導到發動機的空氣不繞過第二壓縮機。

在311處，可以確定(例如，經由建模)加速第二壓縮機是否足以解決(例如，避免)第一壓縮機的喘振。如果否，在312處，該方法包括增加CRV(例如，CCRV)的開度，以增加壓縮空氣從第一壓縮機的下游到第一壓縮機的上游(例如，到壓縮機入口)的再循環。解決第一壓縮機的喘振所需的CRV開度可以小于在沒有第二壓縮機的情況下所需的CRV開度，因此為CRV尺寸的減小提供可能。

如果加速第二壓縮機足以解決(例如，避免)第一壓縮機的喘振，在313處，進入發動機的加壓空氣的凈流量將被減少。因此，通過加速第二壓縮機，第一壓縮機的入口壓力被增加，從而減小第一壓縮機兩端的壓力比，并且減少通過第一壓縮機的空氣流量。

第二壓縮機可以繼續被加速，直至經由第一壓縮機到發動機的壓縮空氣的壓力比和質量流率在喘振閾值之下。具體地，在314處，可以確定到喘振的裕度是否已經改善。如果否，在318處，第二壓縮機的加速可以被維持，并且如果CRV可用的話，CRV可以保持打開。否則，如果裕度已經改善，在316處，第二壓縮機可以被減速(例如，通過禁用電動馬達)，并且旁通閥開度可以被增加。例如，第二壓縮機可以被完全禁用，同時旁通閥可被完全打開。程序然后退出。

因此，在308-312處，喘振通過加速第二壓縮機同時最小化耦接在第一壓縮機兩端的壓縮機再循環閥的位置來解決。例如，壓縮機再循環閥可以為維持關閉或部分打開。

返回到306，如果以下狀況中的任何一個被確認，用于加速第二壓縮機的狀況可以被認為不滿足(即，用于不加速第二壓縮機的狀況可以被認為滿足)：被耦接至第二壓縮機的電動馬達的電池的荷電狀態低于閾值、促進喘振可能性的發動機扭矩要求降低低于閾值(例如，釋放加速器踏板較小)、電動馬達退化(例如，與電動馬達相關的診斷代碼或MILs被啟用)、和到喘振的裕度較小(例如，第一壓縮機的入口壓力與喘振閾值之間的差較低)。

如果用于不加速第二壓縮機的狀況中的任一個滿足，在320處，該方法包括增加CRV的開度，以增加壓縮空氣從第一壓縮機的下游到第一壓縮機的上游(例如，到壓縮機入口)的再循環。在一個示例中，CRV可以被完全打開。在322處，該方法包括維持第二壓縮機被禁用。在323處，該方法包括減小進入發動機的加壓空氣的凈流量。因此，在320-322處，喘振是通過增加耦接在第一壓縮機兩端的壓縮機再循環閥的開度同時維持第二壓縮機的速度來解決的。例如，第二壓縮機可以被維持禁用。

CRV可以被保持更加打開，直至經由第一壓縮機到發動機的壓縮空氣的流量在喘振閾值之下。具體地，在324處，如在314處，可以確定到喘振的裕度是否已經改善。如果否，在328處CRV可以被維持更加打開。否則，如果裕度已經改善，在326處，CRV的開度可以被減小。例如，CRV可以被關閉或被返回到缺省的部分打開位置。

因此，CRV通過增加第一壓縮機流率來解決喘振，而機械增壓器通過增加第一壓縮機入口壓力來解決喘振。雖然兩個方案都迅速地將壓縮機運轉帶到喘振線的右側，但是通過采用機械增壓器可以能夠減小CRV的尺寸或完全消除CRV。

以此方式，一種用于升壓發動機的方法包括，響應于第一駕駛員要求降低，加速第二壓縮機同時經由第一壓縮機為活塞發動機提供空氣；以及響應于第二駕駛員要求降低，不加速所述第二壓縮機同時經由所述第一壓縮機為所述活塞發動機提供空氣。所述方法進一步包含，響應于所述第二駕駛員要求降低，增加再循環閥的開度以將加壓空氣的一部分從所述第一壓縮機的出口再循環至入口。在本文中，再循環閥是連續可變閥，并且增加再循環閥的開度包括致動所述閥的螺線管。在其他實施例中，開/閉CRV可以被采用。第二壓縮機可以由電池運轉的電動馬達驅動，并且在第一駕駛員要求降低期間，電池的荷電狀態高于閾值，并且在第二駕駛員要求期間，電池的荷電狀態低于閾值。在第一駕駛員要求降低期間，第一壓縮機的入口壓力與喘振閾值之間的差可以較高，并且其中在第二駕駛員要求降低期間，差可以較低。另外，在第一駕駛員要求降低期間扭矩要求的下降可以高于在第二駕駛員要求降低期間扭矩要求的下降。第二壓縮機可以由電池運轉的電動馬達驅動，并且在第一駕駛員要求降低期間，電動馬達可以不退化，并且在第二駕駛員要求降低期間，電動馬達可以退化。第二壓縮機可以是電動機械增壓器的壓縮機，第一壓縮機可以是渦輪增壓器的壓縮機，并且第二壓縮機可以沿著進氣通道被設置在第一壓縮機的上游。

現在轉向圖4的壓縮機映射圖400，該映射圖描繪了在不打開壓縮機再循環閥的情況下經由對電動機械增壓器的調整而減小渦輪增壓器壓縮機兩端的壓力比。映射圖400示出了渦輪增壓器壓縮機在不同壓縮機流率下(沿著x軸)的壓縮機壓力比(沿著y軸)，其中渦輪增壓器壓縮機被分級在電動機械增壓器壓縮機的下游。線402(實線)示出了渦輪增壓器壓縮機的喘振極限(在本文中，硬喘振極限)，而線412(虛線)示出了機械增壓器壓縮機的喘振極限。實線420(僅標記了2個)描繪了渦輪增壓器壓縮機的恒定速度線，而虛線430(僅標記了2個)描繪了機械增壓器壓縮機的恒定速度線。到硬喘振極限的左側的壓縮機運轉導致了在硬喘振區域404(被描繪為陰影區域704)中的渦輪增壓器壓縮機運轉。同樣地，到硬喘振極限412的左側的壓縮機運轉導致了在硬喘振區域(未劃界)中的機械增壓器運轉。硬喘振區域404中的壓縮機運轉導致令人不快的NVH和發動機性能的潛在退化。

考慮點406處的發動機運轉。當發動機正在點406處運轉時，釋放加速器踏板可以發生，從而將發動機運轉移動到點408。當期望的發動機流量被減少時如果不采取措施，渦輪增壓器壓縮機兩端的壓力比最初保持幾乎不變，而渦輪增壓器壓縮機上的質量流量軌跡從點406移動到點408時(經由虛線示出的軌跡)。由于新的位置(點408)在喘振線402的左側，因此升壓發動機系統可能進入喘振。

相比之下，如果電動機械增壓器在釋放加速器踏板期間被啟用，則主壓縮機的入口壓力能夠被增加。在所示出的示例中，主壓縮機兩端的壓力比被降低。因此，壓縮機映射圖上的質量流量軌跡將發動機運轉點移動到在喘振線右側的新位置(點410)。因此，系統不進入喘振。

為了確保電動機械增壓器的第二壓縮機和渦輪增壓器的第一壓縮機兩者都在非喘振區域中被運轉，算法(諸如在下面描述的算法)可以被應用。電動機械增壓器(ES)的第一壓縮機的輸入可以被指定為N_{ES_des}(即，期望的機械增壓器速度或第二壓縮機速度)。通過控制電動機械增壓器的速度，第二壓縮機的出口和第一渦輪增壓器壓縮機的入口處的壓力(在本文中被表示為CIP)可以按照等式(1)被控制：

CIP＝f(N_{ES_des}，W_{corr_Es}，BP) (1)

其中BP表示第二壓縮機入口壓力，并且W_{corr_ES}表示通過第二壓縮機的經修正的質量流量。發動機控制器可以選擇N_{ES_des}使得CIP被控制為使兩個壓縮機的運轉點保持在其相應的喘振線的右側。每個壓縮機的喘振線通過利用壓力比和經修正的質量流率的函數來描述。指示兩個壓縮機正在非喘振區域中運轉的標準被示為如下：

并且

其中TIP是第一壓縮機出口壓力。注意，經修正的流量W_corr，由以下給出：

并且

其中，P_ref和T_ref是由渦輪增壓器和機械增壓器的供應商提供的壓力和溫度參考點，并且W_{comp_ES}和W_{comp_turbo}分別是通過電動機械增壓器的第二壓縮機和渦輪增壓器的第一壓縮機的估計或測量流量。因此，第一壓縮機的經修正的質量流量取決于CIP。因此，利用等式(i)和(ii)，如果以下滿足，CIP可以被確定為滿足兩個不等式：

如果不等式(iii)具有(一個或多個)解，那么CIP能夠利用等式(1)通過第二壓縮機的運轉來控制。不等式(iii)具有CIP的非線性關系，所述不等式(iii)例如能夠被迭代地求解。假設CIP*表示(iii)中的不等式的左手側的解，其中不等式由等式代替。因此，將等式(1)的逆代入(iii)，期望的機械增壓器(第二壓縮機)速度能夠被選擇為如下：

f^-1(CIP*W_{comp_ES}，BP)≤N_{ES_des}≤f^-1(BP*SL_ES(W_{corr_ES})，W_{comp_ES}，BP) (3)

因為由于功率消耗限制和有限的響應速度，期望最小的電動機械增壓器(第二壓縮機)控制作用力，所以期望的機械增壓器(第二壓縮機)軸速度可以被確定為N_{ES_des}＝f^-1(CIP*W_{comp_ES}，BP)，其中

TIP是(第一壓縮機的出口處的)節氣門入口壓力，ACT是空氣充氣溫度，CIP是(第一壓縮機的入口處的)第一壓縮機入口壓力，CIT是第一壓縮機的入口溫度，BP是(第二壓縮機的入口處的)大氣壓力，W是質量流率，并且Corr是經修正的值。

現在轉向圖5，示出了用于經由上游電動機械增壓器的運轉改善下游渦輪增壓器的喘振裕度的示例映射圖500。映射圖500在曲線圖502-506處描繪了進氣節氣門開度，在曲線圖508-512處描繪了升壓壓力，在曲線圖514-518處描繪了CCRV的位置，在曲線圖520-524處描繪了渦輪增壓器的第一下游壓縮機的速度(speed_comp1)，在曲線圖526-530處描繪了渦輪增壓器的第一下游壓縮機的入口壓力(CIP_comp1)，并且在曲線圖532-536處描繪了機械增壓器的第二上游壓縮機的速度(speed_comp2)。在對于給定參數的每一組曲線圖中，小虛線指示當喘振未被解決時的參數改變，大虛線指示如在現有技術中被解決的參數設定，并且實線指示根據本公開的參數設定。所有曲線圖都隨著時間沿著x軸進行示出。注意，在曲線圖上的共同時間處(例如在時間t1處)對齊的元素正在同時發生，包括例如其中一個參數正在增加而另一個參數正在減小。

在t1之前，發動機可以在不發生喘振的情況下運轉。在t1之前，扭矩要求和升壓壓力可以僅經由第一壓縮機來提供。

在t1處，發動機扭矩降低可以例如由于操作者釋放加速器踏板而發生。響應于釋放加速器踏板和扭矩要求的下降，節氣門開度可以被減小。如果未采取措施，第一壓縮機可以進入喘振，如在曲線508處指示的。耦接在第一壓縮機兩端的CCRV被打開(曲線518)以解決這種喘振。

為了減小為解決喘振所需的CCRV開度，在t1處，響應于釋放加速器踏板，機械增壓器被啟用(曲線536)并且第二壓縮機被加速。這導致第一壓縮機處的入口壓力的增加(曲線530)，從而改善渦輪增壓器的喘振裕度。因此，如果機械增壓器壓縮機不被啟用(曲線534)，則會需要更大的CCRV開度(打開的程度和/或持續時間)來解決喘振(如在曲線516處指示的)。

在一個示例中，一種發動機系統包含：發動機，其具有進氣裝置；第一進氣壓縮機，其由排氣渦輪驅動；第二進氣壓縮機，其由電動馬達驅動，所述馬達由電池提供電力，所述第二壓縮機沿著所述進氣裝置被設置在所述第一壓縮機的上游；壓力傳感器(或流量傳感器)，其被耦接至所述第一壓縮機的入口；以及控制器，其具有被存儲在非臨時性存儲器上用于以下的計算機可讀指令：在所述第二壓縮機被禁用的情況下運轉所述第一壓縮機，以使壓縮空氣流到所述發動機；以及響應于釋放加速器踏板，當繼續運轉所述第一壓縮機時，使所述第二壓縮機自旋，直至通過所述第一壓縮機的壓縮空氣的流率在喘振閾值之下。在以上實施例中，使所述第二壓縮機自旋包括以基于通過所述第一壓縮機的流率與所述喘振閾值之間的差的速度運轉所述電動馬達，當所述差減小時所述速度被增加。在以上實施例中的任一個中，所述控制器進一步包括用于以下的指令，在通過所述第一壓縮機的所述流率被降低之后，禁用所述第二壓縮機，并且僅經由所述第一壓縮機為所述發動機提供壓縮空氣。

用于升壓發動機的另一示例方法包含，繞過第二壓縮機，并且經由第一壓縮機為活塞發動機提供壓縮空氣流量；以及響應于要求的發動機扭矩的降低，加速所述第二壓縮機，并且減少到所述發動機的壓縮空氣的流量。在前述示例中，額外地或可選地，加速第二壓縮機包括，不繞過第二壓縮機同時繼續經由第一壓縮機提供壓縮空氣。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，第二壓縮機沿著進氣通道被分級在第一壓縮機的上游。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，第二壓縮機由電動馬達驅動，并且其中第一壓縮機由排氣渦輪驅動。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，要求的發動機扭矩的降低響應于操作者釋放加速器踏板、發動機變速器檔位換擋、對牽引控制的要求、和對巡航控制的要求中的一個。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，第二壓縮機的加速基于相對于喘振閾值的第一壓縮機的入口壓力，當第一壓縮機的入口壓力接近或超過喘振閾值時所述加速被增加。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，第二壓縮機的加速進一步基于相對于通過第二壓縮機的壓縮空氣的第二流量的通過第一壓縮機的壓縮空氣的第一流量，當第一流量與第二流量之間的差增加時所述加速被增加。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，所述加速包括加速第二壓縮機，直至經由第一壓縮機到發動機的壓縮空氣的流量在喘振閾值之下，并且然后減速第二壓縮機。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，所述方法進一步包含，響應于要求的發動機扭矩的增加，加速第二壓縮機并且增加到發動機的壓縮空氣的流量。

用于升壓發動機的另一示例方法包含：響應于第一發動機扭矩要求降低，當經由第一壓縮機為活塞發動機提供加壓空氣時，加速第二壓縮機；以及響應于第二發動機扭矩降低，當經由第一壓縮機為活塞發動機提供加壓空氣時，不加速所述第二壓縮機。額外地或可選地，前述示例進一步包含，響應于第二發動機扭矩要求降低，增加旁通閥的開度以將加壓空氣的一部分從第一壓縮機的出口再循環至入口。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，旁通閥是連續可變閥，并且其中增加旁通閥的開度額外地或可選地包括致動所述閥的螺線管。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，第二壓縮機由電池運轉的電動馬達驅動，并且其中在第一駕駛員要求降低期間，電池的荷電狀態高于閾值，并且其中在第二駕駛員要求降低期間，電池的荷電狀態低于所述閾值。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，在第一發動機扭矩要求降低期間，第一壓縮機的入口壓力與喘振閾值之間的差更高，并且在第二發動機扭矩要求降低期間，所述差更低。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，在第一發動機扭矩要求降低期間扭矩要求的下降高于在第二發動機扭矩要求降低期間扭矩要求的下降。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，第二壓縮機由電池運轉的電動馬達驅動，并且在第一發動機扭矩要求降低期間，電動馬達未退化，并且其中在第二發動機扭矩要求降低期間，電動馬達退化。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，第二壓縮機是電動機械增壓器的壓縮機，第一壓縮機是渦輪增壓器的壓縮機，并且其中第二壓縮機沿著進氣通道被設置在第一壓縮機的上游。

在進一步的描述中，一種用于發動機的方法包含，響應于當經由第一壓縮機為發動機提供加壓空氣時接收到的喘振的指示，運轉被耦接至位于第一壓縮機上游的第二壓縮機的電動馬達，并且增加加壓空氣跨過第一壓縮機的再循環。在前述示例中，第一壓縮機額外地或可選地為渦輪增壓器的壓縮機，并且第二壓縮機額外地或可選地為機械增壓器的壓縮機。在前述示例中的一個或全部中，運轉電動馬達額外地或可選地包括基于喘振的指示調整電動馬達的速度，增加加壓空氣跨過第一壓縮機的再循環額外地或可選地包括增加在第一壓縮機兩端的旁路中耦接的壓縮機再循環閥的開度。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，喘振的所述指示包括在第一壓縮機處的喘振的指示，并且壓縮機再循環閥是連續可變的壓縮機再循環閥。在前述示例中的一個或全部中，額外地或可選地，經由壓縮機再循環閥增加再循環基于第二壓縮機的加速，當驅動第二壓縮機的電動馬達的旋轉速度更高時，壓縮機再循環閥被打開至較小的度數。

以此方式，電動機械增壓器可以被用來降低在下游渦輪增壓器處(如在積極減小尺寸的發動機中)釋放加速器踏板引發喘振的可能性。在喘振狀況下通過利用機械增壓器來在升高渦輪增壓器壓縮機入口壓力，壓縮機再循環閥可以在尺寸方面被減小或被消除。

注意，本文中包括的示例控制和估計程序能夠與各種發動機和/或車輛系統配置一起使用。在本文中所公開的控制方法和程序可以作為可執行指令存儲在非臨時性存儲器中，并且可以由包含控制器與各種傳感器、致動器以及其他發動機硬件的組合的控制系統來完成。在本文中所描述的具體程序可以代表任意數量的處理策略中的一個或多個，諸如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等。因此，所描述的各種動作、操作或功能可以所示順序、并行地被執行，或者在一些情況下被省略。同樣，實現在本文中所描述的本發明的示例實施例的特征和優點不一定需要所述處理順序，但是為了便于圖釋和說明而提供了所述處理順序。取決于所使用的特定策略，所示出的動作、操作或功能中的一個或多個可以被重復執行。另外，所描述的動作、操作或功能可以圖形地表示成待編入發動機控制系統中的計算機可讀存儲介質的非臨時性存儲器的代碼，其中通過執行包括各種發動機硬件部件與電子控制器組合的系統中的指令來實現所描述的動作。

應認識到，在本文中所公開的配置和程序本質上是示范性的，并且這些具體的實施例不被認為是限制性的，因為許多變體是可能的。例如，上述技術能夠應用于V-6、I-4、I-6、V-12、對置4缸和其他發動機類型。本公開的主題包括在本文中所公開的各種系統和構造和其他的特征、功能和/或性質的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。

以下權利要求具體地指出某些被認為是新穎的和非顯而易見的組合和子組合。這些權利要求可能涉及“一個”元件或“第一”元件或其等同物。這些權利要求應當被理解為包括一個或多個這種元件的結合，既不要求也不排除兩個或多個這種元件。所公開的特征、功能、元件和/或特性的其他組合和子組合可通過修改現有權利要求或通過在這個或關聯申請中提出新的權利要求而得要求保護。這些權利要求，無論與原始權利要求范圍相比更寬、更窄、相同或不相同，都被認為包括在本公開的主題內。