本發(fā)明總體上涉及用于發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行氣流控制的方法和系統(tǒng)，該發(fā)動機(jī)系統(tǒng)包括節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

發(fā)動機(jī)系統(tǒng)可配置有如節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)等裝置，以利用來自節(jié)流閥兩端的壓力差的能量，否則這些能量會浪費(fèi)在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣通道中。例如，當(dāng)發(fā)動機(jī)在部分負(fù)荷下運(yùn)行時，可以由部分打開的節(jié)流閥兩端的壓力差來驅(qū)動節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)。在一些示例中，節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)包括機(jī)械耦接至節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī)，該節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生被供應(yīng)給發(fā)動機(jī)的電池的電流。通過用這種發(fā)電機(jī)對電池進(jìn)行充電，可以提高發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的燃料經(jīng)濟(jì)性。

由利昂(Leone)等人在US20130092125中示出了這種發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的一個示例。在其中，節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)定位在節(jié)流旁路中?；诎l(fā)動機(jī)氣流需求控制節(jié)流旁路閥，以對穿過節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)的氣流進(jìn)行調(diào)整。另外，在發(fā)動機(jī)瞬態(tài)期間控制節(jié)流閥的位置以滿足發(fā)動機(jī)氣流需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

然而，發(fā)明人在此認(rèn)識到這種系統(tǒng)的潛在問題。作為一個示例，當(dāng)使用進(jìn)氣歧管兩端的壓力差以使用節(jié)流閥操作渦輪時，由于渦輪和/或發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速持續(xù)改變而使得進(jìn)氣歧管周圍的空氣流量控制變得更有挑戰(zhàn)性。另外，節(jié)流閥位置的任何改變同時影響發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣側(cè)的兩個路徑，使得經(jīng)由該節(jié)流閥的氣流控制具有挑戰(zhàn)性。為了精確估計氣流，可能需要適應(yīng)性控制如節(jié)流閥開啟角、節(jié)流閥形成的限制的橫斷面積、進(jìn)氣歧管兩端的壓力差以及渦輪轉(zhuǎn)速等變量。如此，為了在多個變量方面實(shí)現(xiàn)精確的氣流控制，可能需要迅速生成、存儲并訪問一個或多個四維性能映射圖。然而，生成、存儲并訪問復(fù)雜的四維映射圖可能是時間、存儲、計算密集的。具體地，除了生成和訪問高維映射圖的復(fù)雜性，由于存儲器限制，對于存儲在發(fā)動機(jī)控制器單元中來說其可能還是非常大的。作為另一個示例，利昂只在瞬態(tài)期間調(diào)整節(jié)流閥位置。然而，由于渦輪和/或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化(例如瞬間變化)，即使在穩(wěn)態(tài)狀況期間也可能有氣流誤差。

發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，通過根據(jù)節(jié)流閥開啟角獲悉進(jìn)氣歧管兩端產(chǎn)生的壓力差，可以生成(例如實(shí)時地或預(yù)先地)至少一個二維映射圖并將其存儲在發(fā)動機(jī)控制單元的存儲器中。在此，基于壓力差以及節(jié)流閥開啟角中的每一項，可以將節(jié)流閥周圍的限制的有效橫斷面積制成表。此外，通過包含例如可被存儲為單獨(dú)的二維映射圖的渦輪轉(zhuǎn)速的影響，可以確定限制的有效橫斷面積的校正。通過對至少兩個二維映射圖執(zhí)行數(shù)值逼近，可以精確地確定節(jié)流閥開啟角以用于有效氣流控制。另外，從這兩個二維映射圖，例如還有可能精確預(yù)測給定節(jié)流閥開啟角下的氣流，這然后可能用于估計進(jìn)入歧管的氣流而用于轉(zhuǎn)矩監(jiān)測。這導(dǎo)致一種計算、存儲以及時間密集度較低而不會影響氣流估計精度的方法。此外，不僅在瞬態(tài)狀況期間(如利昂(Leone)等人所示的)，而且在如穩(wěn)態(tài)、空轉(zhuǎn)等其他狀況期間，執(zhí)行氣流控制。

在一個示例中，可以通過一種方法來實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)氣流控制，該方法包括：基于駕駛員轉(zhuǎn)矩需求，對耦接至節(jié)流渦輪的進(jìn)氣節(jié)流閥進(jìn)行前饋調(diào)整；以及基于節(jié)流渦輪兩端的壓力差的第一函數(shù)以及壓力差的不同的第二函數(shù)乘以渦輪轉(zhuǎn)速的每一項，進(jìn)一步調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥。以此方式，可以準(zhǔn)確有效地執(zhí)行氣流控制。

作為一個實(shí)例，響應(yīng)于駕駛員轉(zhuǎn)矩需求，通過對進(jìn)氣節(jié)流閥的節(jié)流閥開啟角進(jìn)行調(diào)整，可以從發(fā)動機(jī)傳遞期望轉(zhuǎn)矩。由于調(diào)整節(jié)流閥開啟角還調(diào)整了該節(jié)流閥在進(jìn)氣管處形成的限制的有效橫斷面積，發(fā)動機(jī)控制器可以被構(gòu)造成考慮渦輪轉(zhuǎn)速對限制的有效橫斷面積的影響。具體地，控制器可以涉及存儲在控制器的存儲器中的一個或多個二維(2D)映射圖以除去這個效果，實(shí)現(xiàn)氣流的精確控制從而傳遞期望轉(zhuǎn)矩。例如，控制器可以使用第一2D映射圖以獲悉基于節(jié)流渦輪兩端的壓力差的第一函數(shù)對進(jìn)氣節(jié)流閥的位置(如角度)進(jìn)行的第一(例如首次)調(diào)整。進(jìn)一步，控制器可以使用另一個2D映射圖以獲悉基于節(jié)流閥兩端的壓力差以及耦接在跨越節(jié)流閥的旁路中的節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)的渦輪轉(zhuǎn)速中的每一項而對進(jìn)氣節(jié)流閥的位置進(jìn)行的不同的第二(例如進(jìn)一步)調(diào)整。如此，這些映射圖還可以例如用于基于節(jié)流閥開啟角確定第一氣流量而進(jìn)行轉(zhuǎn)矩監(jiān)測。例如，控制器可以使用第一2D映射圖以基于節(jié)流渦輪兩端的壓力差的第一函數(shù)、基于進(jìn)氣節(jié)流閥的位置(如角度)獲悉到發(fā)動機(jī)的氣流量。進(jìn)一步，控制器可以使用另一個2D映射圖以獲悉基于節(jié)流閥兩端的壓力差以及耦接在跨越節(jié)流閥的旁路中的節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)的渦輪轉(zhuǎn)速中的每一項而對氣流量進(jìn)行的不同的第二(例如進(jìn)一步)調(diào)整。

以此方式，可以在進(jìn)氣節(jié)流渦輪和渦輪發(fā)電機(jī)存在的情況下提供精確的空氣流量和轉(zhuǎn)矩控制。基于節(jié)流渦輪兩端的壓力差以及渦輪轉(zhuǎn)速而對進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角進(jìn)行調(diào)整的技術(shù)效果是：能夠更好地補(bǔ)償節(jié)流閥開啟角變化的壓力和氣流影響。通過依靠一個或多個2D映射圖，可以以增加的精度執(zhí)行氣流控制而不依靠多個計算、存儲和時間密集的算法或映射圖。附加地，能夠在包括瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)發(fā)動機(jī)工況的較大范圍的發(fā)動機(jī)工況期間執(zhí)行氣流控制?？偟恼f來，通過改善氣流控制，獲得燃料經(jīng)濟(jì)性效益同時維持驅(qū)動能力和排放要求是可能的。

應(yīng)理解，上述概述是以簡化形式來介紹那些在具體實(shí)施方式中進(jìn)一步描述的所選擇的概念。這并不意味著要明確所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或必要特征，在以下具體實(shí)施方式后面的權(quán)利要求書中對本發(fā)明的范圍進(jìn)行了唯一限定。此外，所要求保護(hù)的主題并不限于解決以上或在本披露的任何部分中提出的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。

附圖說明

圖1示出一種發(fā)動機(jī)的示意圖。

圖2示出耦接至節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)的節(jié)流渦輪和發(fā)動機(jī)的入口通道中的節(jié)流閥的示意圖。

圖3A示出節(jié)流閥開啟角與節(jié)流閥形成的限制的有效橫斷面積之間的一種示例關(guān)系。

圖3B示出節(jié)流閥開啟角與渦輪轉(zhuǎn)速之間的一種示例關(guān)系。

圖4示出描繪基于期望發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流計算節(jié)流閥開啟角和/或預(yù)測給定節(jié)流閥開啟角下的預(yù)期氣流的一種高級流程圖。

圖5示出，對于節(jié)流閥的給定上游壓力，各種不同節(jié)流閥開啟角和渦輪轉(zhuǎn)速下的節(jié)流閥的期望氣流與下游壓力之間的一種示例關(guān)系。

圖6示出描繪用于通過調(diào)整節(jié)流閥開啟角基于期望轉(zhuǎn)矩來控制進(jìn)氣流的方法和/或用于基于節(jié)流閥開啟角來估計進(jìn)氣流以進(jìn)行轉(zhuǎn)矩監(jiān)測的方法的一種高級流程圖。

圖7示出轉(zhuǎn)矩需求、進(jìn)氣流、節(jié)流閥開啟角以及渦輪轉(zhuǎn)速之間的一種示例關(guān)系。

具體實(shí)施方式

以下描述涉及用于對到發(fā)動機(jī)(如圖1所示的發(fā)動機(jī)系統(tǒng))的氣流控制的系統(tǒng)和方法。發(fā)動機(jī)可以包括布置在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中的節(jié)流閥周圍的節(jié)流旁路，如圖2所示。此外，節(jié)流旁路可以包括與輔助發(fā)電機(jī)連通的渦輪(圖2)?？梢酝ㄟ^調(diào)整節(jié)流閥的節(jié)流閥開啟角來調(diào)整進(jìn)氣系統(tǒng)中的氣流。如此，調(diào)整節(jié)流閥開啟角可以進(jìn)一步影響節(jié)流閥形成的限制的有效橫斷面積，如圖3A所示。然而，進(jìn)氣系統(tǒng)中的空氣流量控制由于渦輪和/或發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變而變得更有挑戰(zhàn)性，如圖3B所示?？刂破骺梢员粯?gòu)造成執(zhí)行一個例程，如圖4所示的示例例程，其用于基于期望氣流計算節(jié)流閥開啟角和/或預(yù)測給定節(jié)流閥開啟角下的氣流。在這種情況下，可以控制發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流，同時考慮渦輪轉(zhuǎn)速對節(jié)流閥開啟角的影響，如圖5所示?？刂破鬟€可以被構(gòu)造成執(zhí)行一個例程，如圖6所示的示例例程，其用于通過調(diào)整節(jié)流閥開啟角以基于期望轉(zhuǎn)矩來控制發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流和/或用于基于節(jié)流閥開啟角估計發(fā)動機(jī)氣流以進(jìn)行轉(zhuǎn)矩監(jiān)測目的。圖7中示出基于轉(zhuǎn)矩需求和渦輪轉(zhuǎn)速的氣流和節(jié)流閥開啟角的示例控制。以此方式，可以精確控制氣流。

圖1是顯示可以包括在汽車的推進(jìn)系統(tǒng)中的多汽缸發(fā)動機(jī)10中的一個汽缸的示意圖。發(fā)動機(jī)10可以至少部分由包括控制器12的控制系統(tǒng)并由車輛駕駛員132經(jīng)由輸入裝置130的輸入控制。在這個示例中，輸入裝置130包括加速器踏板和用于產(chǎn)生成比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發(fā)動機(jī)10的燃燒室(即汽缸)30可以包括燃燒室壁32，活塞36定位在該燃燒室壁中?；钊?6可以耦接至曲軸40，以便活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。曲軸40可以經(jīng)由中間變速器系統(tǒng)耦接至車輛的至少一個驅(qū)動輪。此外，起動器電機(jī)可以經(jīng)由飛輪耦接至曲軸40以使能發(fā)動機(jī)10的起動操作。

燃燒室30可以經(jīng)由進(jìn)氣通道42接收來自進(jìn)氣歧管44的進(jìn)氣空氣并且可以經(jīng)由排氣通道48排出燃燒氣體。進(jìn)氣歧管44和排氣通道48能夠分別經(jīng)由進(jìn)氣閥52和排氣閥54選擇性地與燃燒室30連通。在一些實(shí)施例中，燃燒室30可以包括兩個或更多個進(jìn)氣閥和/或兩個或更多個排氣閥。

在這個示例中，可以通過凸輪致動經(jīng)由相應(yīng)的凸輪致動系統(tǒng)51和53來控制進(jìn)氣閥52和排氣閥54。凸輪致動系統(tǒng)51和53各自可以包括一個或多個凸輪并且可以利用凸輪輪廓線轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(CPS)、可變凸輪正時系統(tǒng)(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統(tǒng)中的一個或多個系統(tǒng)，可以通過控制器12來操作這些系統(tǒng)以改變閥門操作。可以由位置傳感器55和57分別確定進(jìn)氣閥52和排氣閥54的位置。在替代性實(shí)施例中，可以通過電動閥致動控制進(jìn)氣閥52和/或排氣閥54。例如，汽缸30可以替代地包括經(jīng)由電動閥致動控制的進(jìn)氣閥和經(jīng)由包括CPS和/或VCT系統(tǒng)的凸輪致動控制的排氣閥。

示出燃料噴射器66直接耦接至燃燒室30從而與從控制器12經(jīng)由電子驅(qū)動器68接收的信號FPW的脈沖寬度成比例地將燃料直接噴射到燃燒室30中。以此方式，燃料噴射器66提供了所謂的直接噴射將燃料噴射進(jìn)燃燒室30。燃料噴射器例如可以安裝在燃燒室的側(cè)面或燃燒室的頂部?？梢酝ㄟ^燃料系統(tǒng)(未示出)將燃料傳送到燃料噴射器66，燃料系統(tǒng)包括燃料箱、燃料泵和燃料導(dǎo)軌。在一些實(shí)施例中，燃燒室30可以替代地或附加地包括以提供稱為進(jìn)氣道噴射的配置布置在進(jìn)氣歧管44中的燃料噴射器，進(jìn)氣道噴射將燃料噴射進(jìn)燃燒室30上游的進(jìn)氣道中。

進(jìn)氣通道42可以包括具有節(jié)流板64的節(jié)流閥62(也稱為進(jìn)氣節(jié)流閥)。在這個具體示例中，可以由控制器12經(jīng)由提供給包括有節(jié)流閥62的電動機(jī)或致動器的信號來改變節(jié)流板64的位置，一種通常被稱為電子節(jié)流閥控制(ETC)的配置。以此方式，可以操作節(jié)流閥62來改變向其他發(fā)動機(jī)汽缸中的燃燒室30提供的進(jìn)氣空氣?？梢酝ㄟ^節(jié)流閥位置(TP)信號向控制器12提供節(jié)流板64的位置。進(jìn)氣通道42可以包括質(zhì)量空氣流量傳感器120和/或歧管絕對壓力傳感器122，以用于向控制器12提供相應(yīng)的信號MAF和MAP。在一些實(shí)施例中，一個或多個壓力傳感器可以位于節(jié)流閥的上游和/或下游，用于估計節(jié)流閥兩端的壓力差并生成壓力差信號到控制器12。

進(jìn)一步，節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)202耦接至節(jié)流閥62周圍的旁路中的進(jìn)氣通道42。節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)202，其將參照圖2進(jìn)行更詳細(xì)的描述，包括驅(qū)動渦輪發(fā)電機(jī)(也稱作輔助發(fā)電機(jī))的渦輪。通常在節(jié)流閥62周圍生成壓力差，然后該壓力差用于驅(qū)動渦輪和渦輪發(fā)電機(jī)。例如，當(dāng)節(jié)流閥完全打開時，進(jìn)氣歧管通常處于環(huán)境大氣壓力下。當(dāng)節(jié)流閥部分關(guān)閉時，例如，隨著進(jìn)氣空氣降到環(huán)境壓力以下時可以建立歧管真空，由此產(chǎn)生壓力差。輔助發(fā)電機(jī)可以為發(fā)動機(jī)的電池提供電荷，作為通過機(jī)械驅(qū)動的主發(fā)電機(jī)進(jìn)行充電的補(bǔ)充和/或作為主要充電源(例如當(dāng)主發(fā)電機(jī)降級或故障時)。然而，由于渦輪的運(yùn)行，進(jìn)氣歧管周圍的空氣流量控制由于渦輪和/或發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變而變得更有挑戰(zhàn)性。另外，節(jié)流閥位置的任何改變同時影響發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣側(cè)的兩個路徑，使得經(jīng)由節(jié)流閥的氣流控制具有挑戰(zhàn)性，如在此參照圖3A和圖3B所述的。

在所選的運(yùn)行模式下，點(diǎn)火系統(tǒng)88能夠響應(yīng)于來自控制器12的點(diǎn)火提前信號SA經(jīng)由火花塞92向燃燒室30提供點(diǎn)火火花。盡管示出火花點(diǎn)火部件，在一些實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)10的燃燒室30或一個或多個其他燃燒室可以運(yùn)行在壓縮點(diǎn)火模式中，具有或沒有點(diǎn)火火花。

示出排氣傳感器126耦接至排放控制裝置70上游的排氣通道48。傳感器126可以是提供排氣空氣/燃料比的指示的任何合適的傳感器，如線性氧傳感器或UEGO(通用或?qū)捰蚺艢庋鮽鞲衅?、雙態(tài)氧傳感器或EGO、HEGO(加熱型EGO)、NOx、HC或CO傳感器。示出沿著排氣傳感器126下游的排氣通道48設(shè)置排放控制裝置70。裝置70可以是三元催化劑(TWC)、NOx捕集器、各種其他排放控制裝置或其組合。在一些實(shí)施例中，在發(fā)動機(jī)10運(yùn)行期間，可以通過使發(fā)動機(jī)的至少一個汽缸在特定空氣/燃料比內(nèi)運(yùn)行來周期性地重置排放控制裝置70。

控制器12在圖1中被示為微型計算機(jī)，包括微處理器單元102(CPU)、輸入/輸出端口(I/O)104、在這個具體示例中示為只讀存儲器芯片(ROM)106的用于可執(zhí)行程序和校準(zhǔn)值的電子存儲介質(zhì)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)108、?；畲鎯ζ?KAM)110以及數(shù)據(jù)總線。控制器12可以從耦接至發(fā)動機(jī)10的傳感器接收各種信號，除了前面討論的信號以外，還包括：來自質(zhì)量空氣流量傳感器120的進(jìn)氣質(zhì)量空氣流量(MAF)的測量值；來自耦接至冷卻套114的溫度傳感器112的發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度(ECT)；來自耦接至曲軸40的霍爾影響傳感器118(或其他類型的傳感器)的表面點(diǎn)火感測信號(PIP)；來自節(jié)流閥位置傳感器的節(jié)流閥位置(TP)；以及來自傳感器122的歧管絕對壓力信號MAP等。可以由控制器12根據(jù)信號PIP生成發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號(RPM)?？梢杂煽刂破?2基于節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)的輸出來推斷渦輪的渦輪轉(zhuǎn)速。替代地，可以經(jīng)由專用渦輪轉(zhuǎn)速傳感器測量渦輪轉(zhuǎn)速。來自歧管壓力傳感器的歧管絕對壓力信號MAP可以用于提供進(jìn)氣歧管中的真空或壓力的指示。在一些實(shí)施例中，一個或多個壓力傳感器可以位于節(jié)流閥的上游和/或下游，用于估計節(jié)流閥兩端的壓力差。注意，可以使用以上傳感器的不同組合，如MAF傳感器而沒有MAP傳感器，反這亦然。在化學(xué)計量比運(yùn)行期間，MAP傳感器能夠給出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的指示。進(jìn)一步，這個傳感器以及檢測到的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速能夠提供引入汽缸中的增壓(包括空氣)的估計值。在一個示例中，還被用作發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的傳感器118可以在曲軸每次旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的等間距脈沖。

存儲介質(zhì)只讀存儲器106能夠用表示由處理器102可執(zhí)行的指令的計算機(jī)可讀數(shù)據(jù)進(jìn)行編程，以用于執(zhí)行以下所述的方法以及其他想到但沒有具體列出的變體。

如上所述，圖1只示出多汽缸發(fā)動機(jī)的一個汽缸，并且每個汽缸可以類似地包括其自己的一組進(jìn)氣閥/排氣閥、燃料噴射器、火花塞等。

繼續(xù)圖2，節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)202被示出在包括以上參照圖1所述的發(fā)動機(jī)10的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)200中。節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)202包括渦輪206(也稱為節(jié)流渦輪)、布置在節(jié)流旁路204中的節(jié)流旁路閥208以及渦輪206驅(qū)動的渦輪發(fā)電機(jī)210。如此，渦輪206位于進(jìn)氣管處的進(jìn)氣節(jié)流閥62周圍的節(jié)流旁路204中，并且節(jié)流旁路可以被構(gòu)造成將進(jìn)氣空氣從進(jìn)氣節(jié)流閥上游的位置傳送至進(jìn)氣節(jié)流閥下游的位置。在一些實(shí)施例中，節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)可以不包括節(jié)流旁路閥208。反而，節(jié)流閥可以具有楔形葉片，其例如，在一些狀況下阻止氣流到節(jié)流旁路。

節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)202使用通常通過對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣空氣進(jìn)行節(jié)流浪費(fèi)掉的能量。例如，進(jìn)氣節(jié)流閥62兩端的壓力變化可以用于引導(dǎo)氣流穿過渦輪206。渦輪206驅(qū)動渦輪發(fā)電機(jī)210(在此還指的是輔助發(fā)電機(jī))，其向電池212提供電流。在這種構(gòu)造中，可以提高發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的總效率，例如，由于在一些工況期間，經(jīng)由機(jī)械驅(qū)動的主發(fā)電機(jī)214的電池212充電減少并且經(jīng)由輔助發(fā)電機(jī)210的充電可以增加。

如所描繪的，進(jìn)氣空氣流經(jīng)進(jìn)氣通道42并通過進(jìn)氣節(jié)流閥62。如上所述，可以由控制器12改變節(jié)流閥位置，以便改變提供給發(fā)動機(jī)的汽缸的進(jìn)氣空氣量。節(jié)流旁路204將來自進(jìn)氣節(jié)流閥62上游的位置和進(jìn)氣節(jié)流閥62周圍的進(jìn)氣空氣引導(dǎo)至節(jié)流閥62下游的位置。例如可以由節(jié)流閥兩端的壓力差引導(dǎo)進(jìn)氣空氣穿過節(jié)流旁路204。此外，在圖2所示的示例實(shí)施例中，節(jié)流渦輪發(fā)電機(jī)202包括節(jié)流旁路閥208?；趶目刂破?2接收的信號，可以對節(jié)流旁路閥208和進(jìn)氣節(jié)流閥62中的一個或多個進(jìn)行調(diào)節(jié)以調(diào)整到渦輪206的進(jìn)氣空氣流量，如以下參照圖3A和圖3B所述的。例如，控制器可以向耦接至節(jié)流閥的機(jī)電致動器發(fā)送信號，該致動器通過使節(jié)流閥朝向打開更多的位置移動而增大節(jié)流閥的角度或通過使節(jié)流閥朝向關(guān)閉更多的位置移動而減小該節(jié)流閥的角度。在一些示例中，節(jié)流旁路閥208可以是打開并關(guān)閉節(jié)流旁路204的通斷閥。在其他示例中，節(jié)流旁路閥208可以是控制穿過節(jié)流旁路204的可變氣流量的流量調(diào)節(jié)閥。節(jié)流旁路閥208可以是柱塞閥或短管閥、閘閥、蝶形閥或另外合適的流量控制裝置。此外，可以由螺線管、脈沖寬度調(diào)制螺線管、DC電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、真空膜片等致動節(jié)流旁路閥208。

在一些實(shí)施例中，除了調(diào)整節(jié)流閥開啟角以外或代替調(diào)整節(jié)流閥開啟角，可以調(diào)整節(jié)流旁路閥的角度(或開/關(guān)狀態(tài))。例如，可以在第一函數(shù)和第二函數(shù)中加入相關(guān)性以用于計算預(yù)測的有效面積，如參照圖4詳細(xì)描述的(如圖4的步驟410和412中)。然而，在映射圖中添加相關(guān)性可能導(dǎo)致映射圖輸入尺寸從2D上升到3D。

引導(dǎo)通過節(jié)流旁路204的氣流流經(jīng)渦輪206，該渦輪利用從氣流提取的能量旋轉(zhuǎn)輔助發(fā)電機(jī)210。輔助發(fā)電機(jī)210產(chǎn)生被供應(yīng)到電池212的電流。電池212可以為其中設(shè)置發(fā)動機(jī)系統(tǒng)200的車輛的電氣系統(tǒng)的各種部件提供動力，如燈、泵、風(fēng)扇、燃料噴射裝置、點(diǎn)火裝置、空調(diào)等等。電池212還可以由主發(fā)電機(jī)214充電，該主發(fā)電機(jī)由發(fā)動機(jī)10機(jī)械驅(qū)動?？梢栽谥靼l(fā)電機(jī)214與輔助發(fā)電機(jī)210之間協(xié)調(diào)電池212的充電，以便增加系統(tǒng)的總效率。例如，在從主發(fā)電機(jī)214向電池212提供電流將增加燃料消耗時的狀況期間，如在車輛巡航或加速期間，輔助發(fā)電機(jī)210可以向電池212提供電流。進(jìn)一步，當(dāng)主發(fā)電機(jī)214降級或故障時，輔助發(fā)電機(jī)210可以向電池212提供電流。輔助發(fā)電機(jī)210可以是電力不強(qiáng)的發(fā)電機(jī)，例如，產(chǎn)生的電流比主發(fā)電機(jī)214產(chǎn)生的電流少的發(fā)電機(jī)。在一些示例中，可以調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥62以對耦接至渦輪的渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量進(jìn)行調(diào)整，如以下所解釋的。調(diào)整渦輪發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的能量可以包括：在所選工況下，增加渦輪發(fā)電機(jī)210的電功率輸出。調(diào)整渦輪發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的能量還可以包括：用渦輪發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的能量對電池和主發(fā)電機(jī)中的一個或多個進(jìn)行充電。在一個示例中，可以基于發(fā)電機(jī)的電輸出(例如電流或電壓)來推測節(jié)流渦輪的轉(zhuǎn)速(渦輪轉(zhuǎn)速)。在另一個示例中，可以通過耦接至該渦輪(例如耦接至該渦輪軸)的轉(zhuǎn)速傳感器估計渦輪轉(zhuǎn)速。

控制器12從圖1和圖2的各種傳感器接收信號并采用圖1和圖2的各種致動器基于接收到的信號和存儲在控制器的存儲器中的指令來調(diào)整發(fā)動機(jī)運(yùn)行。例如，調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥可以包括：對耦接至進(jìn)氣系統(tǒng)中的節(jié)流板的機(jī)電致動器進(jìn)行調(diào)整，以通過將控制信號從控制器發(fā)送到致動器而使節(jié)流閥旋轉(zhuǎn)所計算的角度。

如前面所述的，節(jié)流閥62兩端的壓力差可以用于引導(dǎo)氣流穿過渦輪206(還指的是節(jié)流渦輪)。當(dāng)使用這種壓力差來操作使用節(jié)流閥的節(jié)流渦輪時，由于節(jié)流渦輪和/或發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變而使進(jìn)氣歧管44周圍的空氣流量控制變得有挑戰(zhàn)性。進(jìn)一步，節(jié)流閥62的節(jié)流閥位置的任何改變都同時影響發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣側(cè)的兩個路徑(例如節(jié)流旁路204和進(jìn)氣通道42)，使得經(jīng)由節(jié)流閥的氣流控制具有挑戰(zhàn)性。然而，通過包含渦輪轉(zhuǎn)速的影響，增加氣流控制的精確性而不會顯著增加計算強(qiáng)度是可能的。

如此，穿過由節(jié)流閥形成的限制的空氣流量可以取決于限制的有效橫斷面積以及出現(xiàn)在節(jié)流渦輪兩端的壓力差。數(shù)學(xué)地，這能夠表示為等式(1)

其中，W是空氣流量，A_E是限制的有效橫斷面積，P_us是上游壓力，P_ds是下游壓力，T_us是上游溫度并且R是氣體常數(shù)。在此，由等式(2)給出函數(shù)

其中，x在阻流下飽和并由等式(3)給出：

其中，γ是氣體的比熱比。

在等式(1)至(3)中，R和γ可以是常數(shù)或可以具有由發(fā)動機(jī)控制器估計的時間變化值。如此，流量穿過配備有渦輪和/或發(fā)電機(jī)的進(jìn)氣路徑被描述為限制，其中，有效面積A_E是熱力學(xué)條件、閥角度以及渦輪/發(fā)電機(jī)的狀態(tài)的函數(shù)。數(shù)學(xué)上，這能夠表示為等式(4)：

A_E＝F₁(α，ΔP)[1-F₂(α，ΔP)ω] (4)

其中，ΔP＝P_us-P_ds是節(jié)流渦輪兩端的壓力差，ω是渦輪轉(zhuǎn)速并且α是節(jié)流閥開啟角。在此，等式(4)的第一項或第一函數(shù)F₁表示當(dāng)渦輪處于靜止或非常緩慢地旋轉(zhuǎn)(例如ω～0)時的有效面積A_E，并且第二項或函數(shù)F₂表示當(dāng)考慮渦輪的影響時(例如ω≠0)對有效面積A_E的校正。如此，乘積ωF₁F₂可以是第三函數(shù)F₃，其描述有效面積隨著渦輪轉(zhuǎn)速增加而減小的比例常數(shù)。分別在圖3A和圖3B的曲線圖300和350中圖形表示第一函數(shù)和第二函數(shù)。

繼續(xù)到圖3A，曲線圖300示出了在節(jié)流渦輪兩端的各種壓力差ΔP下由節(jié)流閥形成的限制的有效橫斷面積與節(jié)流閥開啟角之間的示例關(guān)系。在此，當(dāng)節(jié)流旁路中沒有渦輪/發(fā)電機(jī)時，有效橫斷面積A_E可以由第一函數(shù)F₁表示。沿著水平軸線示出節(jié)流閥開啟角，并且沿著垂直軸線示出有效橫斷面積(還與等式(4)的第一函數(shù)F₁相同)。曲線圖302示出當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速為零時更高壓力差ΔP下的有效橫斷面積，并且曲線圖304示出當(dāng)該渦輪轉(zhuǎn)速仍然為零時較低壓力差下的有效橫斷面積。曲線圖302示出了例如在ΔP為14 inHg(英寸汞柱)下的有效橫斷面積，并且曲線圖304示出了例如在ΔP為5 inHg下的有效橫斷面積。隨著節(jié)流閥開啟角增加，穿過節(jié)流渦輪的流量增加(曲線圖302和304)，當(dāng)通道(即節(jié)流旁路的入口，如圖2的節(jié)流旁路204的入口)快要完全打開時流量達(dá)到最大。具體地，隨著進(jìn)氣節(jié)流閥打開，其逐漸揭開節(jié)流渦輪的入口通道。一旦通道完全打開且閥進(jìn)一步打開時，低阻力路徑穿過節(jié)流閥并且大部分流量繞過該渦輪。

然而，當(dāng)節(jié)流旁路中存在渦輪/發(fā)電機(jī)時，為了精確確定節(jié)流閥周圍的限制的有效橫斷面積，應(yīng)用校正，如等式(4)中所述。在此，第二項或第二函數(shù)F2是用于渦輪轉(zhuǎn)速的校正，并且在圖3B的曲線圖350中示出。曲線圖354示出了當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速不為零時，在較高壓力差下的有效橫斷面積的校正百分率，并且曲線圖352示出了當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速仍然不為零時在較低壓力差下的有效橫斷面積。曲線圖354示出了在例如ΔP為14 inHg下的校正，并且曲線圖352示出了例如在ΔP為5 inHg下的校正。如此，基于存儲在控制器的存儲器中的性能映射圖/表，可以生成曲線圖300和350。

通過對曲線圖302和354進(jìn)行比較并類似地對曲線圖304和352進(jìn)行比較，能夠更可靠地確定渦輪轉(zhuǎn)速對節(jié)流閥周圍的有效橫斷面積的影響。在此，當(dāng)沒有渦輪時，橫斷面的有效面積隨著節(jié)流閥開啟角而繼續(xù)增加(曲線圖302)。然而，當(dāng)包括渦輪轉(zhuǎn)速的影響時，有效橫斷面積具有更復(fù)雜的分布(曲線圖354)。在曲線圖354中，在α0與α1之間，在節(jié)流閥開啟角從α0增加至α1時，校正增加。然而，在節(jié)流閥開啟角增加超過α1時，隨著節(jié)流閥開啟角的增加校正開始減小(曲線圖354)。當(dāng)壓力差較低時，這些影響更顯著(曲線圖352)。在此，當(dāng)節(jié)流閥開啟角從α1增加到α2時，校正增加(曲線圖352)。當(dāng)節(jié)流閥開啟角增加超過ω2時，校正開始急劇減小(曲線圖352)。

為了考慮渦輪轉(zhuǎn)速對進(jìn)氣流的影響并精確確定氣流，四個變量，即節(jié)流閥開啟角、節(jié)流閥形成的限制的橫斷面積、進(jìn)氣歧管兩端的壓力差以及渦輪轉(zhuǎn)速可能需要被適應(yīng)性地控制。在此，對于期望氣流，基于轉(zhuǎn)矩需求，例如，可以通過求解等式(4)來確定節(jié)流閥開啟角。為此，可能需要產(chǎn)生并迅速訪問具有這些變量的四維性能映射圖(也稱作查找表)以精確確定期望氣流下的節(jié)流閥開啟角。然而，生成、存儲并訪問復(fù)雜的四維映射圖可能是時間、存儲、計算密集的。

發(fā)明人已經(jīng)確認(rèn)了一種包括數(shù)值調(diào)整(例如數(shù)值逼近)的方法，其使用相對直接的二維性能映射圖來求解等式(4)并精確控制發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中的氣流，如圖4中所述。可以基于存儲在控制器的存儲器中的指令并結(jié)合從發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的傳感器(如參考圖1和圖2的上述的傳感器)接收的信號，通過控制器執(zhí)行用于進(jìn)行方法400以及本文包括的其他方法的指令?？刂破骺梢愿鶕?jù)下述方法采用發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)致動器來調(diào)整發(fā)動機(jī)運(yùn)行。

圖4的方法400描述一種基于數(shù)值逼近的方法以精確確定期望氣流下的節(jié)流閥開啟角。另外，方法400可以用于預(yù)測具體節(jié)流閥開啟角下的氣流以進(jìn)行轉(zhuǎn)矩監(jiān)測。具體地，該方法通過求解等式(4)推斷節(jié)流閥開啟角并預(yù)測發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流而不依靠復(fù)雜的四維性能映射圖。然而，應(yīng)當(dāng)理解，如果需要，可以附加地使用4D映射圖。

在402開始方法400，其中，可以估計和/或確定發(fā)動機(jī)的運(yùn)行參數(shù)?？梢曰谝粋€或多個傳感器的輸出，由控制器(如圖1的控制器12)測量或估計運(yùn)行參數(shù)，如壓力(P_us和P_ds)、溫度(T_us)、渦輪轉(zhuǎn)速(ω)等。例如，可以由位于節(jié)流閥上游和下游的一個或多個壓力傳感器測量/估計P_us和P_ds?？梢杂蓽囟葌鞲衅鳒y量或估計T_us，并且可以例如根據(jù)渦輪發(fā)電機(jī)的輸出或經(jīng)由耦接至渦輪軸的轉(zhuǎn)速傳感器計算渦輪轉(zhuǎn)速。在此，壓力P_us和P_ds分別指上游壓力和下游壓力，并且可以進(jìn)一步用于估計發(fā)動機(jī)進(jìn)氣節(jié)流閥兩端的壓力差ΔP。除了如壓力、溫度和渦輪轉(zhuǎn)速等運(yùn)行參數(shù)之外，還可以確定熱力學(xué)參數(shù)，如空氣比熱的比值γ以及氣體常數(shù)R。如此，這些熱力學(xué)參數(shù)是校準(zhǔn)的常數(shù)(例如γ＝1.4且R＝287 J/kg K)。在一些示例中，這些熱力學(xué)參數(shù)可以進(jìn)一步基于進(jìn)氣空氣的溫度和成分。還有其他被評估的發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)可以包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)溫度、增壓壓力、EGR(例如流量速率或百分比)等。

在方法400的404，可以基于402處測量/估計的運(yùn)行參數(shù)和熱力學(xué)參數(shù)計算系數(shù)，如和這些系數(shù)對應(yīng)由等式(1)和(2)給出的穿過限制的氣流。在405，該方法接著確定是否請求氣流控制或氣流估計。如果請求氣流控制，則在406處可以基于期望氣流W*來確定由節(jié)流閥形成的限制的期望有效面積(A_E^*)。否則，如果請求氣流估計，則在410處，確定給定節(jié)流閥開啟角下的氣流預(yù)測以用于轉(zhuǎn)矩監(jiān)測。

在406，基于期望氣流W*(其進(jìn)一步基于轉(zhuǎn)矩需求)確定的期望有效面積A_E^*遵從等式(1)并且能夠進(jìn)一步寫作等式(5)：

其中，等式(2)和(3)給出在此，例如基于轉(zhuǎn)矩需求確定W*。然后，方法繼續(xù)到408以求解期望節(jié)流閥開啟角α*。通過求解等式(4)確定期望節(jié)流閥開啟角α*，該等式如下被重寫成等式(6)：

可以通過求解非線性等式(6)確定α*的解。然而，等式(6)可能難以求解，并且這種求解可能還是費(fèi)時的。發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，例如通過包含數(shù)值逼近來求解等式(6)而不生成復(fù)雜的四維映射圖或表是可能的。

以下示出一種示例解答，其采用使用牛頓數(shù)值逼近方法的迭代方法求解α*。在此，以下等式(7)：

是迭代的，k＝0，1，...等等。起始值α₀可以被認(rèn)為是當(dāng)前節(jié)流閥開啟角或通過等式(8)給出：

關(guān)于α使用F₁(α，ΔP)的倒數(shù)。F′₁(α_k，，ΔP)和F′₂(α_k，ΔP)的值表示關(guān)于α的函數(shù)F₁(α_，，ΔP)和F₂(α_，，ΔP)的靈敏度或?qū)?shù)。函數(shù)F′₁(α_k，，ΔP)、F′₂(α_k，，ΔP)和可以存儲成性能映射圖或查找表，其隨后由控制器訪問以執(zhí)行在線計算。

以此方式，通過根據(jù)節(jié)流閥開啟角獲悉進(jìn)氣歧管兩端生成的壓力差，可以生成二維映射圖并將其存儲在發(fā)動機(jī)控制單元中。此外，通過包含例如渦輪轉(zhuǎn)速的影響，可以確定限制的有效橫斷面積的校正，這可以被存儲為單獨(dú)的二維映射圖。通過對兩個二維映射圖執(zhí)行數(shù)值逼近，可以精確確定節(jié)流閥開啟角而用于有效氣流控制。在一個示例中，如果執(zhí)行一次計算，即，將k設(shè)為0且α*的值作為α₁，獲得復(fù)雜性最小的解。在所選數(shù)量的迭代的任何數(shù)量之后和/或直到|α_k+1-α_k|低于閾值(預(yù)定值，例如)時，停止迭代，最后一次計算的數(shù)值α_k+1被當(dāng)作節(jié)流閥開啟角α*的解。

在此，基于期望轉(zhuǎn)矩，可以估計氣流。進(jìn)一步，基于估計的氣流，可以通過執(zhí)行數(shù)值逼近確定節(jié)流閥開啟角，并且可以將節(jié)流閥調(diào)整到計算出的節(jié)流閥開啟角。在此，調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥包括：對耦接至進(jìn)氣系統(tǒng)中的節(jié)流板的機(jī)電致動器進(jìn)行調(diào)整，以通過將控制信號從控制器發(fā)送到致動器而使節(jié)流閥旋轉(zhuǎn)所計算的角度。如此，調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥的節(jié)流閥開啟角進(jìn)一步包括：例如，對耦接至節(jié)流渦輪的渦輪發(fā)電機(jī)處產(chǎn)生的能量進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整渦輪發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的能量還可以包括在所選工況下增加渦輪發(fā)電機(jī)的電功率輸出，并且還可以包括使用渦輪發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的能量對電池和主發(fā)電機(jī)中的一者或更多者進(jìn)行充電。

返回410，其中，需要給定節(jié)流閥開啟角下的氣流的精確預(yù)測，方法400包括：基于輸入節(jié)流閥開啟角，計算預(yù)測的有效面積在此，預(yù)測的有效面積可以在數(shù)學(xué)上表示為等式(9)：

其中，在方法400的402中確定ΔP和ω。接下來，該方法進(jìn)入412，其中，計算預(yù)測的氣流如此，預(yù)測的氣流可以在數(shù)學(xué)上表示為等式(10)：

其中，在402處計算或估計的變量可以用于預(yù)測氣流。與經(jīng)執(zhí)行以確定節(jié)流閥開啟角α*的數(shù)值逼近相似，可以對等式(9)執(zhí)行數(shù)值逼近以預(yù)測給定節(jié)流閥開啟角α下的氣流如此，預(yù)測的氣流可以用于估計進(jìn)入進(jìn)氣歧管的流量而用于狀態(tài)估計，這可以進(jìn)一步用于轉(zhuǎn)矩監(jiān)測并用于被應(yīng)用到節(jié)流閥的模型參考控制。因此，代替計算函數(shù)的倒數(shù)以及使用能夠是時間、存儲、計算密集的四維映射圖，通過快速有效執(zhí)行數(shù)值逼近來預(yù)測給定節(jié)流閥開啟角下的氣流而不影響精度是可能的。在圖5中圖形化描繪了用于氣流控制的方法。以此方式，可以使用數(shù)值逼近方法來確定期望流量的節(jié)流閥開啟角以及給定節(jié)流閥開啟角下的氣流，由此實(shí)現(xiàn)精確氣流控制。

圖5示出了各種節(jié)流閥開啟角和渦輪轉(zhuǎn)速下的期望氣流與節(jié)流閥下游壓力之間的示例關(guān)系。在此，上游壓力可以被維持大體不變(例如22.4 Hg)。在曲線圖500中，沿著水平軸線繪制下游壓力，并且沿著垂直軸線繪制穿過節(jié)流閥的流量。曲線圖502示出當(dāng)節(jié)流閥開啟角是α1(例如α1＝12°)時，作為渦輪處于靜止或處于渦輪轉(zhuǎn)速ω1(或例如ω1＝0)時的下游壓力的函數(shù)的氣流。曲線圖504示出相同節(jié)流閥開啟角α1下，作為渦輪轉(zhuǎn)速為ω2(例如ω2＝60000 rpm)時的下游壓力的函數(shù)的氣流。曲線圖502和504之間的差可以確定例如渦輪轉(zhuǎn)速對流量的影響。曲線圖506示出了當(dāng)節(jié)流閥開啟角是α2(例如α1＝10°)時，作為渦輪處于靜止或處于渦輪轉(zhuǎn)速ω1(或例如ω1＝0)時的下游壓力的函數(shù)的氣流。曲線圖504示出在節(jié)流閥開啟角α2下，作為渦輪轉(zhuǎn)速是ω2(例如ω2＝60000 rpm)時的下游壓力的函數(shù)的氣流。例如，利用節(jié)流閥開啟角α₂和渦輪轉(zhuǎn)速ω2預(yù)測壓力P₁時的氣流W₁是可能的。

曲線圖500還示出期望流量曲線(曲線圖510)，其涉及所示的下游壓力P_ds和流量W₂。如此，可以基于期望轉(zhuǎn)矩來計算期望氣流W₂。給定期望流量(曲線圖510)，期望曲線(曲線圖510)和測得的渦輪轉(zhuǎn)速下的曲線之間的交叉定義了期望角度。例如，如果測得的渦輪轉(zhuǎn)速是ω2，則曲線圖510與曲線圖508之間的交叉給出期望角度α2。以此方式，可以針對期望流量基于轉(zhuǎn)矩需求計算節(jié)流閥開啟角調(diào)整值。

繼續(xù)圖6，示出用于控制到發(fā)動機(jī)的氣流的方法600。具體地，方法600通過調(diào)整節(jié)流閥同時考慮渦輪的旋轉(zhuǎn)速度來對到發(fā)動機(jī)的汽缸的氣流(例如負(fù)荷)進(jìn)行調(diào)整。例如，渦輪的轉(zhuǎn)速可以影響氣流高達(dá)10％，這可以通過該方法進(jìn)行校正以得到精確的氣流控制和轉(zhuǎn)矩傳遞。另外，方法600基于輸入的節(jié)流閥開啟角來預(yù)測到發(fā)動機(jī)的汽缸的氣流，輸入的節(jié)流閥開啟角接著可以用于估計進(jìn)入歧管的氣流而例如用于轉(zhuǎn)矩監(jiān)測。

在方法600的602，確定發(fā)動機(jī)工況。工況可以包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)負(fù)荷、進(jìn)氣空氣流速和/或壓力、節(jié)流閥位置、油門踏板位置、環(huán)境壓力、環(huán)境溫度、渦輪轉(zhuǎn)速等等。工況還可以包括確定發(fā)動機(jī)處于穩(wěn)態(tài)、空轉(zhuǎn)、瞬態(tài)等。除了確定工況以外，還可以確定熱力學(xué)條件。如此，確定熱力學(xué)條件包括計算熱力學(xué)參數(shù)，如氣體的比熱比γ、氣體常數(shù)R等。

一旦確定工況，方法600進(jìn)入確定是否請求氣流控制的604。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)矩需求突然上升(例如由于踩加速器踏板)或突然下降(例如由于放開加速器踏板)時，可以請求氣流控制。在一些示例中，如果轉(zhuǎn)矩需求穩(wěn)步上升和/或穩(wěn)步下降閾值量，則可以請求氣流控制。在一些更多示例中，可以響應(yīng)于用于調(diào)整輔助發(fā)電機(jī)的功率輸出的請求，請求氣流控制。

如果請求氣流控制，則方法600進(jìn)入606，其中，可以基于期望氣流來調(diào)整節(jié)流閥開啟角以滿足轉(zhuǎn)矩要求。如此，可以通過執(zhí)行如前所述的數(shù)值逼近，通過求解等式(6)來確定節(jié)流閥開啟角。方法600包括：在608，通過基于駕駛員轉(zhuǎn)矩需求，對耦接至節(jié)流渦輪的進(jìn)氣節(jié)流閥進(jìn)行前饋調(diào)整來執(zhí)行氣流控制。方法600還包括：在610，基于節(jié)流渦輪兩端的壓力差的第一函數(shù)以及壓力差的不同的第二函數(shù)乘以渦輪轉(zhuǎn)速的每一項，調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥。如此，調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥還包括調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥的節(jié)流閥開啟角。在此，調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥包括：對耦接至進(jìn)氣系統(tǒng)中的節(jié)流板的機(jī)電致動器進(jìn)行調(diào)整以通過將控制信號從控制器發(fā)送到致動器而使節(jié)流閥旋轉(zhuǎn)所計算的角度。調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥進(jìn)一步包括：在612，調(diào)整由進(jìn)氣節(jié)流閥在進(jìn)氣管處形成的限制的有效橫斷面積。在614，調(diào)整節(jié)流閥開啟角還可以基于壓力差的第一函數(shù)與壓力差的第三函數(shù)之間的差值，該壓力差的第三函數(shù)與第一函數(shù)和第二函數(shù)都是不同的。第三函數(shù)可以是第一函數(shù)、第二函數(shù)以及渦輪轉(zhuǎn)速中的每一項的乘積。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速低于閾值時，有效橫斷面積可以與第三函數(shù)成比例地增加，并且其中，當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速高于閾值時，有效橫斷面積可以與該第三函數(shù)成比例地減小。然后方法600結(jié)束。

以此方式，在渦輪和渦輪發(fā)電機(jī)存在的條件下可以維持精確空氣流量控制，因此獲得燃料經(jīng)濟(jì)性益處同時維持驅(qū)動能力和排放要求是可能的。

如果在604沒有請求氣流控制，方法600進(jìn)入確定是否請求氣流估計的612。如果請求氣流估計，則方法600進(jìn)入618，其中，可以對通過節(jié)流渦輪的進(jìn)氣流進(jìn)行預(yù)測或調(diào)整。在620中，對通過節(jié)流渦輪的進(jìn)氣流的調(diào)整可以基于進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角。此外，在622，調(diào)整進(jìn)氣流還可以基于進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角的第一函數(shù)、以及進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角的不同的第二函數(shù)乘以渦輪轉(zhuǎn)速的每一項。在此，例如，基于輔助發(fā)電機(jī)的脈沖輸出確定渦輪轉(zhuǎn)速。一旦調(diào)整或預(yù)測進(jìn)氣流，方法600進(jìn)入624，其中，可以基于預(yù)測的氣流監(jiān)測轉(zhuǎn)矩，并且方法結(jié)束。然而，如果在616沒有請求氣流估計，方法600進(jìn)入626，其中，可以不調(diào)整氣流，并且隨后該方法結(jié)束。以此方式，通過使用函數(shù)和數(shù)值逼近，通過對期望氣流下的進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角進(jìn)行估計以滿足轉(zhuǎn)矩要求并且進(jìn)一步預(yù)測給定節(jié)流閥開啟角下的氣流而用于轉(zhuǎn)矩監(jiān)測，可以維持精確氣流控制。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7，映射圖700示出兩種狀況期間的一種示例氣流控制，其中，第一狀況包括基于期望氣流調(diào)整節(jié)流閥開啟角并且第二情況包括基于節(jié)流閥開啟角調(diào)整氣流。曲線圖702示出期望氣流，其例如進(jìn)一步基于期望轉(zhuǎn)矩需求。曲線圖710示出例如根據(jù)渦輪發(fā)電機(jī)的輸出估計的渦輪轉(zhuǎn)速。曲線圖706(虛線)示出基于期望氣流確定的節(jié)流閥開啟角。在此，在第一狀況期間，可以基于節(jié)流渦輪兩端的壓力差的第一函數(shù)、以及壓力差的不同的第二函數(shù)與渦輪轉(zhuǎn)速(曲線圖710)的乘積中的每一項，調(diào)整耦接至節(jié)流渦輪的節(jié)流閥的進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角(曲線圖706)。

在t0與t1之間，可以確認(rèn)第一狀況，其中，可能期望增加氣流(曲線圖702)。例如當(dāng)轉(zhuǎn)矩需求增加時，可以期望增加氣流。因此，例如，基于氣流控制請求，可以調(diào)整節(jié)流閥開啟角，同時維持通過節(jié)流渦輪的氣流以滿足駕駛員轉(zhuǎn)矩需求的增加?？紤]渦輪轉(zhuǎn)速(710)，節(jié)流閥開啟角可以增加(曲線圖706)。此外，基于等式(5)和等式(6)確定進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角增加的量，如前所解釋的。簡單地說，可以基于節(jié)流渦輪兩端的壓力差的第一函數(shù)、以及壓力差的不同的第二函數(shù)與渦輪轉(zhuǎn)速的乘積中的每一項對耦接至節(jié)流渦輪的節(jié)流閥的進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角進(jìn)行調(diào)整。此外，在第一狀況期間，節(jié)流閥開啟角的調(diào)整包括在標(biāo)稱發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中的前饋調(diào)整，并且還包括在發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)過程中的反饋調(diào)整。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速影響忽略不計時，例如，在節(jié)流渦輪的狀況包括靜止或以低于閾值轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的一個或多個時，可以基于第一函數(shù)對節(jié)流閥的進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角進(jìn)行調(diào)整。在第一狀況期間，可以接收氣流控制的請求并且可以調(diào)整節(jié)流閥開啟角同時維持通過節(jié)流渦輪的氣流以及同時傳送駕駛員轉(zhuǎn)矩需求。以此方式，通過考慮渦輪轉(zhuǎn)速的影響，可以影響滿足轉(zhuǎn)矩需求的精確氣流控制?；谄谕髁客瑫r考慮渦輪轉(zhuǎn)速來調(diào)整節(jié)流閥開啟角的技術(shù)效果是，更精確地控制到發(fā)動機(jī)的氣流。

在t1與t2之間，可以確認(rèn)第二狀況，其中，可以接收氣流估計的請求。在t2與t3之間的時間期間，可以調(diào)整通過節(jié)流渦輪的氣流(曲線圖704)同時維持進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角(曲線圖708)以及同時估計進(jìn)入歧管的氣流，如參照等式(9)和(10)所述的。簡單地說，在t2與t3之間的第二狀況期間，可以基于進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角的第一函數(shù)(由曲線圖708給出的基于節(jié)流閥開啟角的函數(shù))以及進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角的不同的第二函數(shù)與渦輪轉(zhuǎn)速的乘積(曲線圖714)中的每一項，調(diào)整通過節(jié)流渦輪的進(jìn)氣流(曲線圖704)。因此，在第二狀況期間，可以接收氣流估計的請求，并且可以調(diào)整通過節(jié)流渦輪的氣流同時維持進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角以及同時估計進(jìn)入歧管的氣流。

以此方式，通過使用函數(shù)和數(shù)值逼近，通過估計期望氣流下的進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角以滿足轉(zhuǎn)矩要求并且進(jìn)一步預(yù)測給定節(jié)流閥開啟角下的氣流而用于轉(zhuǎn)矩監(jiān)測，可以維持精確氣流控制?；谄谕髁空{(diào)整節(jié)流閥開啟角并基于節(jié)流閥開啟角進(jìn)一步預(yù)測氣流同時考慮渦輪轉(zhuǎn)速的技術(shù)效果是，更精確控制到發(fā)動機(jī)的氣流并且更好控制轉(zhuǎn)矩監(jiān)測。

如上所述的系統(tǒng)和方法還提供一種用于發(fā)動機(jī)氣流控制的方法，該方法包括：基于駕駛員轉(zhuǎn)矩需求，對耦接至節(jié)流渦輪的進(jìn)氣節(jié)流閥進(jìn)行前饋調(diào)整；并且基于節(jié)流渦輪兩端的壓力差的第一函數(shù)以及壓力差的不同的第二函數(shù)乘以渦輪轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥。在該方法的第一個示例中，調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥并進(jìn)一步調(diào)整該進(jìn)氣節(jié)流閥可以附加地或替代地包括調(diào)整該進(jìn)氣節(jié)流閥的節(jié)流閥開啟角。該方法的第二個示例可選地包括該第一個示例并且還包括：其中，調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥包括：調(diào)整由進(jìn)氣節(jié)流閥在進(jìn)氣管處形成的限制的有效橫斷面積。該方法的第三個示例可選地包括第一個示例和第二個示例中的一個或多個，并且還包括：基于壓力差的第一函數(shù)與該壓力差的第三函數(shù)之間的差值來進(jìn)一步調(diào)整該節(jié)流閥開啟角，該壓力差的第三函數(shù)與第一函數(shù)和第二函數(shù)都不同。該方法的第四個示例可選地包括第一個示例至第三個示例中的一個或多個，并且還包括：其中，第三函數(shù)是第一函數(shù)、第二函數(shù)和渦輪轉(zhuǎn)速中的每一項的乘積。該方法的第五個示例可選地包括第一個示例至第四個示例中的一個或多個，并且還包括：其中，當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速低于閾值時，有效橫斷面積與第三函數(shù)成比例地增加，并且其中，當(dāng)該渦輪轉(zhuǎn)速高于該閾值時，有效橫斷面積與第三函數(shù)成比例地減小。該方法的第六個示例可選地包括第一個示例至第五個示例中的一個或多個，并且還包括：其中，調(diào)整進(jìn)氣節(jié)流閥的節(jié)流閥開啟角還包括：對耦接至節(jié)流渦輪的渦輪發(fā)電機(jī)處產(chǎn)生的能量進(jìn)行調(diào)整。該方法的第七個示例可選地包括第一個示例至第六個示例中的一個或多個，并且還包括：其中，節(jié)流渦輪位于進(jìn)氣管處的進(jìn)氣節(jié)流閥周圍的節(jié)流旁路中，該節(jié)流旁路被構(gòu)造成將進(jìn)氣空氣從進(jìn)氣節(jié)流閥上游的位置傳送至進(jìn)氣節(jié)流閥下游的位置。該方法的第八個示例可選地包括第一個示例至第七個示例中的一個或多個，并且還包括：其中，調(diào)整渦輪發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的能量包括：增加渦輪發(fā)電機(jī)在所選工況下的電功率輸出。該方法的第九個示例可選地包括第一個示例至第七個示例中的一個或多個，并且還包括：使用渦輪發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的能量對電池和主發(fā)電機(jī)中的一個或多個進(jìn)行充電。該方法的第十個示例可選地包括第一個示例至第九個示例中的一個或多個，并且還包括：其中，基于渦輪發(fā)電機(jī)的脈沖輸出計算渦輪轉(zhuǎn)速。

以上所述系統(tǒng)和方法還提供了一種方法，該方法包括：在第一狀況期間，基于節(jié)流渦輪兩端的壓力差的第一函數(shù)以及該壓力差的不同的第二函數(shù)與渦輪轉(zhuǎn)速的乘積中的每一項，對耦接至節(jié)流渦輪的節(jié)流閥的進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角進(jìn)行調(diào)整，并且在第二狀況期間，基于進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角的第一函數(shù)以及該進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角的不同的第二函數(shù)與渦輪轉(zhuǎn)速的乘積中的每一項，對通過節(jié)流渦輪的進(jìn)氣流進(jìn)行調(diào)整。在該方法的第一個示例中，該方法可以附加地或替代地包括：當(dāng)節(jié)流渦輪的狀況包括靜止或以低于閾值轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)中的一個或多個時，基于第一函數(shù)對節(jié)流閥的進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角進(jìn)行調(diào)整。該方法的第二個示例可選地包括該第一個示例，并且還包括：其中，在第一狀況期間，接收氣流控制請求。該方法的第三個示例可選地包括第一個示例和第二個示例中的一個或多個，并且還包括：其中，在第一狀況期間，調(diào)整節(jié)流閥開啟角同時維持通過節(jié)流渦輪的氣流以及同時傳遞駕駛員轉(zhuǎn)矩需求。該方法的第四個示例可選地包括第一個示例到第三個示例中的一個或多個，并且還包括：其中，在第一狀況期間，對節(jié)流閥開啟角進(jìn)行調(diào)整包括在標(biāo)稱發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中的前饋調(diào)整，并且還包括在發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)過程中的反饋調(diào)整。該方法的第五個示例可選地包括第一個示例到第四個示例中的一個或多個，并且還包括：其中，在第二狀況期間，接收氣流估計請求。該方法的第六個示例可選地包括第一個示例到第三個示例中的一個或多個，并且還包括：其中，在第二狀況期間，對通過節(jié)流渦輪的氣流進(jìn)行調(diào)整同時維持進(jìn)氣節(jié)流閥開啟角以及同時估計進(jìn)入歧管的氣流。

以上所述系統(tǒng)和方法還提供一種用于發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)，包括：布置在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣通道中的節(jié)流閥；被構(gòu)造成將進(jìn)氣空氣從節(jié)流閥上游的位置傳送到節(jié)流閥下游的位置的節(jié)流旁路；位于節(jié)流閥上游和/或下游用于估計節(jié)流閥兩端的壓力差的一個或多個壓力傳感器；和布置在節(jié)流旁路中的渦輪，該渦輪被構(gòu)造成驅(qū)動與電池電連通的輔助發(fā)電機(jī)，該電池進(jìn)一步與主發(fā)電機(jī)電連通。在該系統(tǒng)的第一個示例中，該系統(tǒng)可以附加地或替代地包括具有存儲在非瞬態(tài)存儲器上的計算機(jī)可讀指令的控制器，其被構(gòu)造成響應(yīng)于調(diào)整輔助發(fā)電機(jī)的功率輸出的請求，基于節(jié)流渦輪兩端的壓力差的第一函數(shù)以及壓力差的不同的第二函數(shù)乘以渦輪轉(zhuǎn)速中的每一項，對節(jié)流閥的角位置進(jìn)行調(diào)整。該系統(tǒng)的第二個示例可選地包括該第一個示例，并且還包括：其中，該控制器包括另外的指令，用于響應(yīng)于氣流估計的請求，基于節(jié)流閥的角位置的第一函數(shù)以及節(jié)流閥的角位置的不同的第二函數(shù)乘以渦輪轉(zhuǎn)速，對通過渦輪的進(jìn)氣流進(jìn)行調(diào)整，該渦輪轉(zhuǎn)速基于輔助發(fā)電機(jī)的脈沖輸出被確定。

注意，本文所包括的示例控制和估計程序能夠與各種發(fā)動機(jī)和/或車輛系統(tǒng)配置一起使用。本文所公開的控制方法和程序可被存儲為非暫時存儲器中的可執(zhí)行指令，并且可由包括與各種傳感器、致動器和其他發(fā)動機(jī)硬件組合的控制器的控制系統(tǒng)實(shí)施。本文所述的特定程序可表示任何數(shù)目的處理策略中的一種或多種，諸如事件驅(qū)動、中斷驅(qū)動、多任務(wù)、多線程等。因此，所說明的各種動作、操作和/或功能可按說明的順序執(zhí)行、并行執(zhí)行或在一些情況下省略。同樣，處理的順序不是實(shí)現(xiàn)本文所述的示例性實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)所必需的，而是為易于說明和描述提供。根據(jù)所使用的具體策略，可重復(fù)執(zhí)行所說明的動作、操作和/或功能中的一種或多種。進(jìn)一步地，所述動作、操作和/或功能可用圖形表示待編程到發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)的非暫時性存儲器內(nèi)的代碼，其中所述動作通過執(zhí)行包括與電子控制器組合的各種發(fā)動機(jī)硬件部件的系統(tǒng)中的指令實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，因?yàn)樵S多變化是可能的，所以本文所公開的配置和程序?qū)嶋H上是示例性的，并且這些具體實(shí)施例不應(yīng)被視為具有限制意義。例如，上述技術(shù)能夠應(yīng)用于V-6、I-4、I-6、V-12、對置4缸和其他發(fā)動機(jī)類型。本公開的主題包括本文所公開的各種系統(tǒng)和配置，以及其它特征、功能和/或性質(zhì)的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。

隨附權(quán)利要求特別指出被視為新穎的和非顯而易見的某些組合和子組合。這些權(quán)利要求可指“一個”元件或“第一”元件或其等效物。此類權(quán)利要求應(yīng)被理解成包括一個或多個此類元件的結(jié)合，既不要求也不排除兩個或更多此類元件。所公開的特征、功能、元件和/或性質(zhì)的其他組合和子組合可通過本權(quán)利要求的修正或通過在本申請或相關(guān)申請中呈現(xiàn)的新權(quán)利要求加以要求。此類權(quán)利要求，無論比原始權(quán)利要求范圍更寬、更窄、相同或不同，仍被視為包括在本公開的主題內(nèi)。