雙渦輪增壓發動機系統的空氣流量平衡的制作方法

專利名稱：雙渦輪增壓發動機系統的空氣流量平衡的制作方法
技術領域：
本發明涉及搡作包括雙渦輪增壓發動機的發動機系統的方法。
背景技術：
一些內燃發動機使用如渦輪增壓器的增壓裝置以增加通過發動機的質量空氣流 量，從而增加發動機的輸出功。在一個示例中，發動機可以在發動機的進氣系統的獨 立并聯支路中使用雙渦輪增壓器以向發動機提供增壓。雙渦輪增壓發動機的一個問題 是每個渦輪增壓器提供的空氣流量的量會變得不平衡。例如，渦輪增壓器或排氣系統
的其他構件的劣化或故障或發動機系統構件的變化會造成渦輪增壓器中的一個比另 一個提供進入發動機的整體空氣流量中的更大部分。因此，在這些工況下，發動機系 統可以產生噪聲、振動和不平穩性(NVH)，經歷燃料效率降低，和/或由于每個渦輪 增壓器提供的空氣流量不平衡而使低空氣流量渦輪增壓器發生壓縮機喘振和損壞。
旨在解決該問題的一些方法在進氣系統的每個支路中使用質量空氣流量傳感器 以減少渦輪增壓器操作的不平衡導致的空氣流量不平衡。然而，本發明的發明人認識 到該方法的又一些問題。具體地，使用或依靠分別在每個進氣支路中的質量空氣流量 傳感器會增加發動機系統的成本和復雜性。此外，質量空氣流量傳感器中的一個的故 障或劣化會減弱使通過進氣通道的每個支路的空氣流量平衡的能力。

發明內容
在一個示例中，通過一種搡作發動機系統的方法可以解決上述問題，該發動機系 統包括具有第一壓縮裝置的第一進氣通道支路和具有第二壓縮裝置的第二進氣通道 支路，其中第一支路和第二支路的每個經共同進氣通道流體連通地連接到發動機的至 少一個燃燒室，沿著第一支路設置的第一傳感器，沿著共同進氣通道設置的至少一個 第二傳感器，其中第一傳感器為質量空氣流量傳感器，第二支路不包括質量空氣流量 傳感器，該方法包括當通過第一支路的質量空氣流量的減少的量大于合并的質量空氣 流量中的相應減少的量的一半時，相對于通過第二支路的質量空氣流量增加通過第一 支路的質量空氣流量。
因此，僅來自兩個支路中的一個的質量空氣流量傳感器的傳感器輸出和來自在進 氣系統中的合并的流量區域中設置的一個或多個傳感器的輸出的組合可以用來確定 兩個支路之間的不平衡。以此方式，通過發動機控制器可以減少例如由壓縮機轉速的 變化造成的發動機進氣系統的兩個支路之間的質量空氣流量的不平衡，同時消除了在
進氣系統中的各支路中使用第二質量空氣流量傳感器的需要。


圖1示出包括雙渦輪增壓器的示例發動機系統的示意圖2示出描述確定通過發動機系統的每個渦輪增壓器的質量空氣流量的示例方法的流程圖3示出描述控制發動機系統以減少使用圖2的方法確定的質量空氣流量差的示 例方法的流程圖4示出示意性地描述圖2和圖3的控制策略的控制圖。
具體實施例方式
圖1示出包括多汽缸內燃發動機110和雙渦輪增壓器120、 130的示例發動機系 統100的示意圖。在一個非限制性示例中，發動機系統IOO可以作為乘用車的推進系 統的一部分。發動機系統100可以經進氣通道140接收進氣。進氣通道140可以包括 空氣過濾器156。進氣的至少一部分(MAF —l)經如142標示的進氣通道140的第一支 路通向渦輪增壓器120的壓縮裝置或壓縮機122,進氣的至少一部分(MAF-2)經如144 標示的進氣通道140的第二支路通向渦輪增壓器130的壓縮機132。
整體進氣的第一部分(MAF—l)可以經壓縮機122壓縮，經進氣通道146供應到進 氣歧管160。因此，進氣通道142和進氣通道146形成發動機進氣系統的第一支路。 類似地，整體進氣的第二部分(MAF-2)可以經壓縮機132壓縮，經進氣通道148供應 到進氣歧管160。因此，進氣通道144和進氣通道148形成發動機進氣系統的第二支 路。如圖1所示，來自進氣通道146和進氣通道148的進氣在到達進氣歧管160之前 經共同進氣通道149重新合并。在一些示例中，進氣歧管160可以包括每個均與控制 系統190通信的進氣歧管壓力傳感器182和/或進氣歧管溫度傳感器183。進氣通道 149可以包括空氣冷卻器154和/或節氣門158。經通信連接到控制系統190的節氣門 執行器157可以通過控制系統調節節氣門的位置。如圖l所示，可以提供防喘振閥 152以選擇性地經旁通通道150繞過渦輪增壓器120和渦輪增壓器130。在一個示例 中，在合并的空氣流量的進氣的壓力達到閾值的情況下防喘振閥152可以開啟以使氣 流通過旁通通道150。
發動機110可以包括多個汽缸，其中的兩個如在圖l所示的20A和WB。注意在 一些實施例中，發動機110可以包括超過兩個汽缸如4、 5、 6、 8、 IO或多個汽缸。 汽缸20A和20B在一些實施例中可以是同樣的且包括同樣的構件。因此，僅詳細描述 汽缸20A。汽缸20A包括通過燃燒室壁24A界定的燃燒室22A。活塞30A設置在燃燒 室壁22A中且經曲軸臂32A連接到曲軸34。曲軸34包括能夠確定曲軸34的轉速的 發動機轉速傳感器181。發動機轉速傳感器181可以與控制系統190通信以確定發動
機轉速。汽缸20A可以包括用于向燃燒室22A輸送點火火花的火花塞70A。然而，在 一些示例中，火花塞70A可以略去，例如，在發動機IIO配置為通過壓縮點火提供燃 燒時。燃燒室22A可以包括燃料噴射器60A，在該示例中燃料噴射器60A配置為進氣 道燃料噴射器。然而，在一些示例中，燃料噴射器60A可以配置為缸內直接噴射器。
汽缸20A還可以包括通過進氣門執行器42A驅動的至少一個進氣門40A和通過排 氣門執行器52A驅動的至少一個排氣門50A。汽缸20A可以包括兩個或多個進氣門和 /或兩個或多個排氣門及關聯的氣門執行器。在該具體的示例中，執行器42A和執行 器52A配置為凸輪執行器，然而，在其他的示例中，可以使用電磁氣門執行器。可以 操作進氣門執行器42A以開啟和關閉進氣門40A以允許進氣經與進氣歧管160連通的 進氣通道162進入燃燒室22A中。類似地，可以操作排氣門執行器52A以開啟或關閉 排氣門50A以從燃燒室22A排出燃燒產物到排氣通道166中。以此方式，進氣可以經 進氣通道162供應到燃燒室22A,燃燒產物可以從燃燒室22A經排氣通道166排出。
應理解汽缸20B或發動機110的其他汽缸可以包括與如上所述的汽缸20A相同或 類似的構件。因此，進氣可以經進氣通道164供應到燃燒室22B,燃燒產物可以從燃 燒室22B經排氣通道168排出。注意在一些示例中，包括汽缸22A以及其他汽缸的發 動機110的第一組汽缸可以經共同排氣通道166排出燃燒產物，包括汽缸22B以及其 他汽缸的第二組汽缸可以經共同排氣通道168排出燃燒產物。
通過發動機110經排氣通道166排出的燃燒產物可以通過渦輪增壓器120的排氣 渦輪124,排氣渦輪124進而可以經軸126向壓縮機122提供機械功以如上所述壓縮 進氣。或者，流過排氣通道166的排氣的一些或所有經廢氣門(wastegate) 128控 制的渦輪旁通通道123可以繞過渦輪124。廢氣門128的位置可以通過控制系統190 控制的執行器129控制。在一個非限制性的示例中，控制系統190可以經電磁閥121 調節執行器129的位置。在該具體的示例中，電磁閥121接收壓力差以有助于通過設 置在壓縮機122的上游的進氣通道142和設置在壓縮機122的下游的進氣通道146之 間的空氣壓力差經執行器129執行廢氣門128。如圖l所示，控制系統190經電磁閥 121與執行器129通信。然而，應理解在其他示例中還可以使用用于執行廢氣門128 的其他合適的方法。
類似地，通過發動機110經排氣通道168排出的燃燒產物可以通過渦輪增壓器 130的排氣渦輪134,排氣渦輪134進而可以經軸136提供機械功到壓縮機132以壓 縮流過發動機進氣系統的第二支路的進氣。或者，流過排氣通道168的排氣的一些或 所有可以經廢氣門138控制的渦輪旁通通道133繞過渦輪134。廢氣門138的位置可 以通過控制系統190控制的執行器139控制。在一個非限制性的示例中，控制系統 190可以經電磁閥131調節執行器139的位置。在該具體的示例中，電磁閥1"接收 壓力差以有助于通過設置在壓縮機132的上游的進氣通道144和設置在壓縮機132的 下游的進氣通道149之間的空氣壓力差經執行器139執行廢氣門138。如圖l所示，
控制系統190經電磁閥131與執行器139通信。然而，應理解在其他示例中還可以使 用用于執行廢氣門138的其他合適的方法。
在一些實施例中，排氣渦輪124和排氣渦輪134可以配置為可變幾何渦輪，進而 關聯的執行器125和執行器135可以用來調節渦輪葉輪葉片的位置以改變從排氣流中 獲得并輸入到相應的壓縮機的能量水平。例如，控制系統可以配置為經相應的執行器 125和執行器135獨立地改變排氣渦輪124和排氣渦輪134的幾何特性。
經排氣通道166通過一個或多個汽缸排出的燃燒產物可以經排氣通道170通向環 境。排氣通道170例如可以包括如催化劑174的排氣后處理裝置，及在184和185標 示的一個或多個排氣傳感器。類似地，經排氣通道168通過一個或多個汽缸排出的燃 燒產物可以經排氣通道172通向環境。排氣通道172例如可以包括如催化劑176的排 氣后處理裝置，及在186和187標示的一個或多個排氣傳感器。排氣傳感器184、 185、 186、和/或187可以與控制系統190通信。
發動機系統100可以包括各種其他的傳感器。例如，進氣通道142和進氣通道 144的至少一個可以包括質量空氣流量傳感器。在一個示例中，質量空氣流量傳感器 可以包括用于測量進氣的質量流率的熱線風速計或其他合適的裝置。在一個具體的示 例中，第一進氣通道支路142包括設置在壓縮機122的上游的質量空氣流量傳感器 180,而第二進氣通道支路144不包括質量空氣流量傳感器。在另一個示例中，質量 空氣流量傳感器180可以替代地沿著壓縮機132的上游的進氣通道144設置，并可以 從進氣通道142中略去。在另一個示例中，質量空氣流量傳感器180可以沿著壓縮機 122的下游的進氣通道146設置。在又一個示例中，質量空氣流量傳感器180可以沿 著壓縮機132的下游的進氣通道148設置。然而，在一些示例中，當傳感器設置在壓 縮機的下游相比較于傳感器設置在壓縮機的上游時，質量空氣流量傳感器的劣化速度 會更大，因為壓縮機排出的油污會進入到氣流中。因此，如本文所述，在至少一些示 例中，發動機系統IOO包括非對稱布置，進而質量空氣流量傳感器僅設置在發動機進 氣系統的一個支路中。不管具體的配置，質量空氣流量傳感器180如圖l所示與控制 系統190通信。
控制系統190可以包括配置為與本文描述的各種傳感器和執行器通信的一個或 多個控制器。在一個示例中，控制系統190可以包括具有下列構件中的一個或多個的 至少一個電子控制器從各種傳感器和執行器接收信號和向其發送信號的輸入/輸出
接口、中央處理單元、存儲器如隨機存取存儲器UAM)、只讀存儲器(ROM)、保活 存儲器(KAM),存儲器的每個可以經數據總線通信。在一些示例中控制系統190可 以包括比例-積分-微分(PID)控制器。然而，應理解根據本發明，本領域技術人員 應理解可以使用其他合適的傳感器。
控制系統190可以配置為基于單個汽缸改變發動機的一個或多個操作參數。例 如，控制系統可以通過使用可變凸輪正時(VCT)執行器調節氣門正時，通過改變提
供火花信號到火花塞的時間調節點火正時，和/或通過根據本發明的控制系統改變提 供到燃料噴射器的燃料噴射信號的脈沖寬度調節燃料噴射正時和燃料噴射量。參考圖 3和圖4詳細描述通過控制系統控制點火正時、氣門正時、和燃料噴射正時。
圖1示出包括具有非對稱設置的質量空氣流量傳感器的雙渦輪增壓器的發動機 系統的非限制性示例。參考圖2和圖3描述，不要求在每個支路中設置質量空氣流量
傳感器就可以確定通過進氣通道的每個支路的質量空氣流量。以此方式， 一個質量空
氣流量傳感器可以從發動機系統100中略去，從而使成本減少。或者，當進氣通道的
每個支路包括質量空氣流量傳感器時，可以實施本文描述的方法確定當質量空氣流量 傳感器中的一個存在故障或劣化時進氣支路中的每個的質量空氣流量。此外，本文描 述的方法可以用來診斷是否兩個質量空氣流量傳感器中的一個存在劣化或故障。
圖2示出用于確定通過進氣系統的每個支路的質量空氣流量進而確定通過發動 機系統的每個渦輪增壓器的質量空氣流量的示例方法的流程圖。在210,經質量空氣 流量傳感器可以確定通過發動機進氣系統的第一支路的質量空氣流量(MAF-1)。在一 個示例中，設置在進氣支路中的一個中的質量空氣流量傳感器180可以用來確定通過 其相應的支路的質量空氣流量。例如> 控制系統190可以使用質量空氣流量傳感器 180來確定通過包括進氣通道142、壓縮機122、及進氣通道146的發動機系統的第 一支路的質量空氣流量，從而質量空氣流量傳感器可以沿著進氣通道142或進氣通道 146中的一個設置。在另一個示例中，控制系統190可以使用質量空氣流量傳感器180 來確定通過包括進氣通道144、壓縮機132、及進氣通道148的發動機進氣系統的另 一支路的質量空氣流量，從而質量空氣流量傳感器可以沿著進氣通道144或進氣通道 148中的一個設置。
在220,通過使用基于速度-密度或速度-節氣門位置中的一個或多個的方法可以 確定發動機的整體或合并的質量空氣流量(MAF-整體)。在一個示例中，通過經進氣歧 管壓力傳感器182確定進氣歧管中的進氣壓力，經進氣歧管溫度傳感器183確定進氣 歧管中的進氣的溫度，及經發動機轉速傳感器181確定發動機的轉速，控制系統可以 使用基于速度-密度的方法以確定發動機的整體質量空氣流量。在另一個示例中，通 過經節氣門位置傳感器157確定節氣門158的位置和經發動機轉速傳感器181確定發 動機的轉速，控制系統可以使用基于速度-節氣門位置的方法以確定發動機的整體質 量空氣流量。在又一個示例中，控制系統可以使用在通過第一支路和第二支路的空氣 流量重新合并處下游的進氣通道或進氣歧管中設置的附加的質量空氣流量傳感器。以 此方式，通過使用進氣歧管壓力、發動機轉度、進氣歧管溫度、和/或節氣門位置的 組合，控制系統可以確定發動機的整體質量空氣流量。在一個示例中，控制系統可以 參考查找表或存儲在存儲器中的發動機MAP圖以根據進氣歧管壓力、進氣歧管溫度、
發動機轉度、和/或節氣門位置確定整體質量空氣流量。
在230，根據在220確定的整體質量空氣流量和在210確定的通過進氣系統的第
一支路的空氣流量之間的差可以確定通過發動機進氣系統的第二支路的質量空氣流
量，因為發動機的整體質量空氣流量基于第一支路和第二支路兩者提供的質量空氣流
量之和。在一個示例中，控制系統可以根據基于下列等式的MAF-2確定流過發動機進
氣系統的第二支路的質量空氣流量
MAF一2 = MAF—整體-MAF一1
在240，可以確定通過發動機進氣系統的第一支路的質量空氣流量和第二支路的 質量空氣流量之差。在一個示例中，控制系統可以根據基于下列等式中的一個的MAF_ 不平衡確定質量空氣流量差
MAF—不平衡=MAF—1 - MAF—2或MAF—不平衡=MAF-2 - MAF—1
如在250標示，若質量空氣流量差(MAF-不平衡)小于預定的質量空氣流量差閎 值(MAF-閾值)，則例程可以返回到210,控制系統執行在發動機進氣系統的不同支 路之間的質量空氣流量差的后續監測。或者，若質量空氣流量差(MAF-不平衡)不小 于預定的質量空氣流量差閾值(MAF-閾值)，則例程可以進行到260。應理解控制系 統不僅可以確定不平衡的量，也可以確定在MAF-1和MAF—2中哪個更大。在一個示例 中，控制系統配置有表示(MAF-不平衡)的設定值或一組設定值，并用質量空氣流量 差(MAF—不平衡)與這些設定值相比較。在一些示例中，MAF-閾值可以隨著發動機的 工況改變。控制系統可以將MAF-閾值設定為發動機整體質量空氣流量的函數。例如， MAF-閾值可以基于MAF-1和MAF—2之間的分數差分(fractional difference)或比 率。在其他的示例中，MAF-閾值在多個工況中可以是常數。
在260，可以釆取修正措施以將質量空氣流量差(MAF-不平衡)減少到小于質量 空氣流量差閾值(MAF-閾值)。例如，當通過第一支路的質量空氣流量的減少的量大 于合并的質量空氣流量的相應的減少的量的一半時，控制系統可以相對于通過第二支 路的質量空氣流量增加通過第一支路的質量空氣流量。通過僅增加通過第一支路的質 量空氣流量，僅減少通過第二支路的質量空氣流量，既增加通過第一支路的質量空氣 流量也減少通過第二支路的質量空氣流量，使通過第一支路的質量空氣流量增加的程 度大于通過第二支路的質量空氣流量增加的程度，或使通過第二支路的質量空氣流量 減少的程度大于通過第一支路的質量空氣流量減少的程度，可以相對于通過第二支路 的質量空氣流量增加通過第一支路的質量空氣流量。然而，當通過第一支路和第二支 路的合并的空氣流量保持不變時，通過使通過第一支路的質量空氣流量增加的量等于 通過第二支路的質量空氣流量減少的量，控制系統可以相對于第二文路增加通過第一 支路的空氣流量。
在另一個示例中，當通過第一支路的質量空氣流量的增加的量大于合并的質量空 氣流量的相應的增加的量的一半時，控制系統可以相對于通過第二支路的質量空氣流 量減少通過第一支路的質量空氣流量。通過僅減少通過第一支路的質量空氣流量，僅 增加通過第二支路的質量空氣流量，既減少通過第一支路的質量空氣流量也增加通過
第二支路的質量空氣流量，使通過第一支路的質量空氣流量減少的程度大于通過第二 支路的質量空氣流量減少的程度，或使通過第二支路的質量空氣流量增加的程度大于 通過第一支路的質量空氣流量增加的程度，可以相對于通過第二支路的質量空氣流量 減少通過第一支路的質量空氣流量。然而，當第一支路和第二支路的合并的空氣流量 保持不變時，通過使通過第一支路的質量空氣流量減少的量等于通過第二支路的質量 空氣流量增加的量，控制系統可以相對于第二文路減少通過第一支路的空氣流量。
因此，通過調節本文描述的一個或多個執行器，控制系統可以控制通過支路中的 一個或兩個的質量空氣流量以響應于兩個支路之間的質量空氣流量中的不平衡。例 如，控制系統可以改變渦輪的操作參數(例如渦輪幾何特性、廢氣門位置等)以增加 或減少壓縮機的轉速，從而改變通過壓縮機支路的質量空氣流量。例如，通過增加沿 著第一支路設置的壓縮機的轉速可以增加通過第一支路的質量空氣流量，通過減少該 壓縮機的轉速可以減少通過第一支路的質量空氣流量。類似地，通過增加沿著第二支 路設置的壓縮機的轉速可以增加通過第二支路的質量空氣流量，通過減少該壓縮機的 轉速可以減少通過第二支路的質量空氣流量。參考圖3將詳細描述減少(MAF-不平衡) 的各種方法。
圖3示出描述控制發動機系統以減少在發動機進氣系統的不同支路之間的質量 空氣流量差的示例方法的流程圖。在310,可以確定初始(當前)的執行器設置。例如， 控制系統可以評估關聯于渦輪增壓器廢氣門、可變幾何渦輪、進氣門正時裝置及排氣 門正時裝置等的各種執行器的當前操作狀態。
然后控制系統可以執行參考320、 330、及340描述的操作中的一個或多個以減 少在發動機進氣系統的不同支路之間的不平衡。在通過320、 330、及340的操作中 的一個或多個控制下調節執行器的一個或多個時，控制系統可以根據執行器控制限制 監測執行器設置。若執行器中的一個達到其控制限制(例如廢氣門完全關閉或完全開 啟)，則控制系統可以調節還未達到控制限制的一個或多個其他的執行器以進一步減 少發動機的不同進氣支路之間的質量空氣流量不平衡。
在320，可以調節至少一個廢氣門以減少具有較高質量空氣流量的進氣支路的質 量空氣流量和/或增加具有較低質量空氣流量的進氣支路的質量空氣流量。例如> 控 制系統可以開啟或更大程度地開啟關聯于負擔較高質量空氣流量的渦輪增壓器的廢 氣門以減少壓縮機提供的壓縮水平，從而減少關聯于該支路的質量空氣流量。替代地 或附加地，控制系統可以關閉或更小程度地開啟關聯于負擔較低質量空氣流量的渦輪 增壓器的廢氣門以增加壓縮機提供的壓縮水平，從而增加關聯于該支路的質量空氣流 量。注意若廢氣門中的一個達到其控制限制，且希望對質量空氣流量進行附加的調節， 控制系統可以參考操作320、 330、及340所述進一步調節其他廢氣門以及其他執行
器，若其他廢氣門還未達到其控制限制。
在330,可以調節排氣渦輪的至少一個的幾何特性以減少具有較高質量空氣流量
的進氣支路的質量空氣流量和/或增加具有較低質量空氣流量的進氣支路的質量空氣 流量。例如，控制系統可以調節渦輪葉輪幾何特性以增加排氣中所含的能量到動能的 轉化，該動能可以供應到關聯于較低質量空氣流量支路的壓縮機，從而經較高壓縮增 加通過該支路提供到發動機的質量空氣流量。替代地或附加地，控制系統可以調節渦 輪葉輪幾何特性以減少排氣中所含的能量到動能的轉化，該動能可以供應到關聯于較 高質量空氣流量支路的壓縮機，從而經較低壓縮減少關聯于該支路的質量空氣流量。 注意若可變幾何渦輪執行器中的一個達到其控制限制，且希望對質量空氣流量進行附 加的調節，控制系統可以參考操作320、 330、及340所述進一步調節其他可變幾何 渦輪以及其他執行器，若其他可變幾何渦輪執行器還未達到其控制限制。
在340,可以調節至少一個汽缸組(例如包括發動機的一個或多個汽缸)的一個 或多個操作參數以減少具有較高質量空氣流量的進氣支路的質量空氣流量和/或增加 具有較低質量空氣流量的進氣支路的質量空氣流量。例如，控制系統可以改變關聯于 一組汽缸的氣門正時、點火正時、燃料量、或燃料噴射正時以增加或減少提供到相應 的排氣渦輪的排氣能量的量。例如，控制系統可以增加提供到關聯于較低質量空氣流 量支路的渦輪的排氣能量以增加通過壓縮機提供的壓縮，進而增加通過進氣系統的特 定支路提供的質量空氣流量。替代地或附加地，控制系統可以減少提供到關聯于較高 質量空氣流量支路的渦輪的排氣能量以減少通過壓縮機提供的壓縮，進而可以減少通 過進氣系統的特定支路提供的質量空氣流量。注意若包括進氣門執行器和排氣門執行 器的執行器、點火裝置、或燃料噴射器中的一個達到其控制限制，且希望對質量空氣 流量進行附加的調節，控制系統可以參考操作320、 330、及340所述進一步調節關 聯于其他汽缸以及其他執行器的操作參數，若這些操作參數未達到其控制限制。
在350，例程判斷可操作以減少質量空氣流量不平衡的執行器是否已達到其相應 的控制限制。若回答為否，例程可以返回以經控制系統所控制的320、 330、或340 中的一個或多個提供質量空氣流量不平衡的附加的減少。或者，在350回答為是，控 制系統可以指示關聯于較低質量空氣流量支路的渦輪存在故障或劣化。例如，控制系 統可以向車輛駕駛員或修理人員提供渦輪增壓器或廢氣門劣化或故障的指示和/或若 合適時可以停止發動機的操作以減少不然會發生的損壞。
圖4示出示意性地描述圖2和圖3的控制策略的控制圖。例如，如圖4所示，從 如質量空氣流量傳感器、發動機轉速傳感器、進氣歧管壓力傳感器、進氣歧管溫度傳 感器、節氣門位置傳感器等傳感器的組合的輸出可以由控制系統用來確定發動機的整 體質量空氣流量(MAF-整體)和發動機進氣系統的單個支路的質量空氣流量(MAF-1),
如參考圖2和圖4描述。可以確定在MAF—整體和MAF—1之間的差以評估通過發動機 進氣系統的第二支路的質量空氣流量(MAF—2),而不必要求從在第二支路中設置的
質量空氣流量傳感器提供質量空氣流量信號。
MAF —1和MAF-2之差可以用來確定在發動機進氣系統不同支路之間的質量空氣流
量差(MAF—不平衡)的程度。閾值質量空氣流量差(MAF-閾值)可以基于工況選擇， 基于固定值選擇，或可以基于MAF-1和MAF-2的比率選擇。MAF—不平衡和MAF-閾值 之差可識別為錯誤，控制系統可響應于該錯誤如參考圖3所述調節發動機系統的一個 或多個執行器。重復該過程，可以通過上述傳感器中的一個或多個確定對執行器的調 節產生的質量空氣流量。以此方式，可以確定經每個包括渦輪增壓器的兩個獨立的支 路提供到發動機的空氣流量之間的不平衡，且可以實施合適的控制策略以減少不平 衡。
因此，在僅支路中的一個包括質量空氣流量傳感器或關聯于支路中的一個的質量 空氣流量傳感器存在故障或變得劣化的情況下，本文描述的各種方法的一個或多個可 以用來減少發動機進氣系統的不同支路之間的質量空氣流量不平衡。以此方式，通過 響應于合并的質量空氣流量(MAF-整體)和通過第一支路的質量空氣流量(MAF-1) 之一中的檢測到的變化，減少質量空氣流量不平衡，可以減少發動機的噪聲、振動和 不平穩性(NVH)和/或增加燃料效率。
應注意，本文中包括的示例控制和估值例程可用于各種發動機和/或車輛系統配 置。本文所述的具體例程可以表示任何數量的處理策略中的一種或多種，如事件驅動、 中斷驅動、多任務、多線程等。因此，所示的各種步驟、操作或功能可以按所示的順 序執行、并行執行，或在一些情況下略去。類似地，處理的順序不是實現本文中所述 的示例實施例的特征和優點所必需的，而是為便于演示和說明而提供。取決于所使用 的具體策略，可以重復執行所示步驟或功能中的一個或多個。此外，所述步驟可以在 圖形上表示編程到發動機控制系統中的計算機可讀存儲介質中的代碼。應理解，在本 文中公開的配置和例程本質上是示例性的，且這些具體實施例不應被視為具有限制意 義，因為大量的變體是可能的。例如，上述技術可以應用于V-6、 1-4、 1-6、 V-12、 對置4、及其他的發動機類型。本公開的主題包括在本文中公開的各種系統和配置， 及其他特征、功能，和/或屬性的所有新穎和非顯而易見的組合及子組合。
本申請的權利要求特別指出視為新穎和非顯而易見的特定組合及子組合。這些權 利要求可能引用"一個"元素或"第一"元素或其等價。這樣的權利要求應被理解為 包括對一個或一個以上這樣的元素的結合，而不是要求或排除兩個或兩個以上這樣的 元素。所公開的特征、功能、元素和/或屬性的其他組合及子組合可以通過本申請權 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請求保護。這樣的權 利要求，無論是在范圍上比原始權利要求更寬、更窄、等價或不同，都應被視為包括 在本申請的主題之內。
權利要求
1. 一種操作發動機系統的方法，所述發動機系統包括具有第一壓縮裝置的第一進氣通道支路和具有第二壓縮裝置的第二進氣通道支路，其中所述第一進氣通道支路和第二進氣通道支路的每個經共同進氣通道流體連通地連接到發動機的燃燒室，沿著第一進氣通道支路設置的第一傳感器，沿著共同進氣通道設置的至少一個第二傳感器，其中所述第一傳感器為質量空氣流量傳感器，所述第二進氣通道支路不包括質量空氣流量傳感器，所述方法包括:當通過所述第一進氣通道支路的質量空氣流量的減少的量大于合并的質量空氣流量的相應的減少的量的一半時，相對于通過所述第二進氣通道支路的質量空氣流量增加通過所述第一進氣通道支路的質量空氣流量。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，還包括當通過所述第一進氣通道 支路的質量空氣流量的增加的量大于合并的質量空氣流量的相應的增加的量的一半 時，相對于通過所述第二進氣通道支路的質量空氣流量減少通過所述第一進氣通道支 路的質量空氣流量。
3. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，基于所述第一傳感器的輸出確定通 過所述第一進氣通道支路的質量空氣流量，基于至少所述第二傳感器的輸出確定所述 合并的質量空氣流量。
4. 如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二傳感器配置為檢測在所述 共同進氣通道中的壓力。
5. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，基于第三傳感器檢測的所述發動機 的轉速進一步確定所述合并的質量空氣流量。
6. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，通過改變所述第一壓縮裝置的轉速 調節通過所述第一進氣通道支路的質量空氣流量，通過改變第二壓縮裝置的轉速調節 通過所述第二進氣通道支路的質量空氣流量。
7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一壓縮裝置連接到設置所述 發動機的第一排氣通道中的第一排氣渦輪，所述第二壓縮裝置連接到設置在所述發動 機的第二排氣通道中的第二排氣渦輪；通過調節所述第一排氣渦輪的幾何特性改變所 述第一壓縮裝置的轉速，通過調節所述第二排氣渦輪的幾何特性改變所述第二壓縮裝 置的轉速。
8. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一壓縮裝置連接到設置在所 述發動機的第一排氣通道中的第一排氣渦輪，所述第二壓縮裝置連接到設置在所述發 動機的第二排氣通道中的第二排氣渦輪；通過調節通過所述第一排氣渦輪的排氣的流量改變所述第一壓縮裝置的轉速，通過調節通過所述第二排氣渦輪的排氣的流量改變 所述第二壓縮裝置的轉速。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，通過改變第一廢氣門的位置調節通 過所述第一排氣渦輪的排氣的流量，通過改變第二廢氣門的位置調節通過所述第二排 氣渦輪的排氣的流量。
10. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，通過相對于所述第二壓縮裝置的轉 速增加所述第一壓縮裝置的轉速，相對于通過所述第二進氣通道支路的質量空氣流量 增加通過所述第一進氣通道支路的質量空氣流量。
11. 一種操作包括具有兩個支路的進氣系統的發動機系統的方法，每個所述支路 包空氣壓縮裝置，所述發動機系統還包括僅位于所述進氣系統中的兩個支路的一個中 的非對稱設置的質量空氣流量傳感器，所述方法包括操作所述第一空氣壓縮裝置以經第一支路向所述發動機提供進氣； 操作所述第二空氣壓縮裝置以經第二支路向所述發動機提供進氣；基于所述質量空氣流量傳感器的輸出改變經所述第一支路和第二支路提供到所 述發動機的進氣的相對量。
12. 如權利要求ll所述的方法，其特征在于，通過調節所述第一空氣壓縮裝置 和所述第二空氣壓縮裝置中的至少一個的轉速改變經所述第一支路和第二支路提供 到所述發動機的進氣的相對量。
13. 如權利要求ll所述的方法，其特征在于，所述第一空氣壓縮裝置連接到設 置在所述發動機的第一排氣流中的第一排氣渦輪，所述第二空氣壓縮裝置連接到設置在所述發動機的第二排氣流中的第二排氣渦輪；通過調節所述第一排氣渦輪和所述第二排氣渦輪中的至少一個的操作參數改變所述進氣的相對量。
14. 如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述操作參數包括繞過所述第一 排氣渦輪或所述第二排氣渦輪的排氣的量。
15. 如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述操作參數包括所述第一排氣 渦輪和所述第二排氣渦輪中的至少一個的幾何特性。
16. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述改變經第一支路和第二支路提供到所述發動機的進氣的相對量還基于連接到所述發動機的輸出軸的發動機轉速 傳感器和連接到所述第一支路及所述第二支路的共同進氣歧管的壓力傳感器中的至 少一個的輸出和所述發動機的節氣門的位置。
17. —種發動機系統，包括包括第一支路和第二支路的進氣系統，其中僅第一支路包括質量空氣流量傳感 器，所述第二支路不包括質量空氣流量傳感器； 沿著所述第一支路設置的第一壓縮裝置； 沿著所述第二支路設置的第二壓縮裝置； 與所述第一支路和第二支路的每個流體連通的進氣歧管； 設置在所述進氣歧管中的第二傳感器；及包括與所述進氣歧管流體連通的至少第一燃燒汽缸和第二燃燒汽缸的內燃發動機。
18. 如權利要求17所述的系統，其特征在于，還包括配置為響應于至少所述質 量空氣流量傳感器和第二傳感器的輸出相對于所述第二壓縮裝置的轉速改變所述第 一壓縮裝置的轉速的控制系統；所述質量空氣流量傳感器和第二傳感器的每個通信連 接到所述控制系統。
19. 如權利要求17所述的系統，其特征在于，還包括與所述第一燃燒汽缸流體 連通的第一排氣通道；與所述第二燃燒汽缸流體連通的第二排氣通道；沿著所述第一 排氣通道設置且連接到所述第一壓縮裝置的第一渦輪；沿著所述第二排氣通道設置且 連接所述第二壓縮裝置的第二渦輪；所述第二傳感器包括壓力傳感器和溫度傳感器中 的至少一個。
20. 如權利要求19所述的系統，其特征在于，所述控制系統配置為通過改變所 述第一渦輪和所述第二渦輪中的至少一個的操作參數以相對于所述第二壓縮裝置的 轉速改變所述第一壓縮裝置的轉速。
全文摘要
本發明涉及雙渦輪增壓發動機系統的空氣流量平衡。在一個示例中，提供操作發動機系統的方法，該發動機系統包括具有第一壓縮裝置的第一進氣通道支路和具有第二壓縮裝置的第二進氣通道支路，其中第一支路和第二支路的每個經共同進氣通道流體連通地連接到發動機的至少一個燃燒室，沿著第一支路設置的第一傳感器，沿著共同進氣通道設置的至少一個第二傳感器，其中第一傳感器是質量空氣流量傳感器，第二支路不包括質量空氣流量傳感器。該方法包括當通過第一支路的質量空氣流量的減少的量大于合并的質量空氣流量的相應的減少的量的一半時，相對于通過第二支路的質量空氣流量增加通過第一支路的質量空氣流量。
文檔編號G01M99/00GK101382082SQ20081021502
公開日2009年3月11日 申請日期2008年9月3日 優先權日2007年9月6日
發明者大衛·喬治·法默 申請人:福特環球技術公司