用于控制车辆中的燃烧发动机的涡轮增压器系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制与车辆中的燃烧发动机的排气歧管流体连接的涡轮增压器系统的方法。本发明还涉及一种计算机程序、一种承载计算机程序的计算机可读介质和一种控制单元，该控制单元被配置成执行用于控制涡轮增压器系统的方法的步骤。本发明还涉及一种涡轮增压器系统，并且涉及一种包括这种涡轮增压器系统或这种控制单元的车辆。
本发明适用于车辆，特别是通常被称为卡车的轻型、中型和重型车辆。尽管将主要针对卡车来描述本发明，但本发明也可适用于其它类型的车辆。
背景技术
涡轮增压器或涡轮机(turbo)是由涡轮驱动的强制进气装置，其通过迫使多余的气体进入燃烧发动机中来提高燃烧发动机的效率和功率输出。涡轮增压器通常包括涡轮增压器涡轮和涡轮增压器压缩机，涡轮增压器压缩机由涡轮增压器涡轮驱动。与无涡轮机操作的燃烧发动机相比，配备有涡轮机的燃烧发动机的改进在于：涡轮增压器压缩机能够将更多的空气/气体输送到燃烧发动机的气缸中。因此，能够燃烧更多的燃料。
在US 9,322,322中，一种涡轮增压器系统包括用于压缩气体的储罐和与涡轮增压器的入口流体连通的排气歧管导管。该储罐与歧管导管流体连通，并且被布置成在预定的脉冲持续时段内将压缩气体推入到该歧管导管中，以用于涡轮增压器中的初始压缩机回旋(initial compressor spin up)。然而，在使用加压气体之后，需要对储罐的再充注时间，以实现完全的效果。在期望相对大量的加压气体的情况下，用于对储罐再充注的时间可能是一个限制因素。
因此，工业上仍然需要与用于驱动所述涡轮增压器的加压气体的管理有关的进一步改进。
发明内容
鉴于现有技术的上述及其它缺点，本发明构思的目的是提供一种改进的方法，所述方法控制与车辆中的燃烧发动机的排气歧管流体连接的涡轮增压器系统，并且更具体地，用于在期望相对大量的加压气体的情况下改善压缩空气的可用性(accessibility)。所述目的通过根据权利要求1的方法来实现。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制与车辆中的燃烧发动机的排气歧管流体连接的涡轮增压器系统的方法。所述涡轮增压器系统包括能够由来自所述排气歧管的排气操作的涡轮增压器涡轮、和带有加压气体的储罐，所述储罐能够流体连接到所述涡轮增压器涡轮。
所述方法包括以下步骤：
预测所述车辆的即将到来的行驶状况，
响应于所预测的行驶状况从所述储罐喷射加压气体，以驱动所述涡轮增压器涡轮，使得所述涡轮增压器涡轮至少部分地由所述加压气体驱动，和/或
响应于所预测的行驶状况用加压气体充注所述储罐，其中，所预测的行驶状况表明需要从所述储罐喷射加压气体。
通过提供一种包括响应于所预测的行驶状况从所述储罐喷射加压气体的步骤和/或响应于所预测的行驶状况用加压气体充注储罐的步骤的方法，能够基于不久的将来的行驶状况来调整所述储罐中的加压气体的可用性。由此，当行驶状况挑战燃烧发动机的操作时，能够改善扭矩响应。此外，通过响应于所预测的行驶状况用加压气体充注所述储罐，由于能够响应于或对应于所预测的行驶状况而增加储罐中的可用的加压气体，所以扭矩响应能够在更长的时间内得到改善。应当注意，当在响应于所预测的行驶状况用加压气体充注所述储罐的步骤中提到“所预测的行驶状况表明需要从所述储罐喷射加压气体”时，所预测的行驶状况可以表明目前需要或即将(例如，不久的将来)需要从所述储罐喷射加压气体。
应当注意，从所述储罐喷射加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮的步骤应被解释为：来自所述储罐的加压气体被用于驱动或至少有助于驱动涡轮增压器涡轮。因此，除了由来自所述储罐的加压气体驱动之外，该涡轮增压器涡轮还可以由来自所述排气歧管的排气驱动。
根据至少一个示例实施例，所预测的行驶状况是或者包括所预测的道路状况，例如道路类型、道路速度限制、道路地形(例如，道路的下降或上升)、转弯、交叉路口等。因此，所述方法使得能够至少基于所预测的道路状况来执行从所述储罐喷射加压气体和/或用加压气体充注所述储罐。因此，至少部分地独立于车辆本身的相对容易获得的信息可以用于决定何时应该执行从所述储罐喷射加压气体和/或用加压气体充注所述储罐(例如，以满足扭矩响应的改善要求)。另外或替代地，所预测的行驶状况是或者包括所预测的车辆运行状况或车辆运行模式，例如起动、从静止加速、发动机制动等。由此，与依赖车辆的操作有关的信息可以用于例如通过使用车辆行驶时间表或所预期的车辆操作或某些车辆事件的逻辑结果来决定何时应该执行从所述储罐喷射加压气体和/或用加压气体充注所述储罐。根据至少一个示例实施例，至少所述车辆的位置和/或车辆运动参数(例如车辆的速度和/或车辆的行进方向和/或车辆的加速度或减速度)可以用于预测即将到来的行驶状况。由此，可以确定某个所预测的行驶状况的时间或发生。
因此，所预测的行驶状况可以表明需要从所述储罐喷射加压气体，以便补偿在所述预测的行驶状况期间施加于所述燃烧发动机的任何额外的挑战。例如，可以关于所预测的行驶状况来确定所需的或所期望的燃烧发动机参数或者所需的或期望的燃烧发动机输出(例如，负载、扭矩或扭矩响应)，因此，从所述储罐喷射加压气体以驱动涡轮增压器涡轮或用加压气体充注所述储罐可以被控制，以响应于(例如，如果需要的话，被控制为协助)这种所需的或所期望的燃烧发动机参数或者所需的或所期望的燃烧发动机输出。换言之，可以通过用加压气体充注所述储罐和/或从所述储罐喷射加压气体来确定并补偿在所预测的行驶状况期间、所述燃烧发动机上的预期负载或来自所述燃烧发动机的所需扭矩。应当注意，所预测的行驶状况是预测所述车辆的即将到来的、将来的或不久的将来的行驶状况的步骤的结果。
应该理解，响应于所预测的行驶状况用加压气体充注所述储罐可以包括：在不需要从所述储罐喷射加压气体的、所预测的行驶状况期间，调整对所述储罐的充注。因此，可以实现对储罐充注的合适的正时(timing)。例如，所预测的行驶状况可以包括不需要从所述储罐喷射加压气体的下降(descent)或下坡，并且这种信息可以用于在该下降或下坡期间安排对所述储罐的充注。
根据至少一个示例实施例，所预测的行驶状况可以用于停用从所述储罐喷射加压气体和/或用加压气体充注所述储罐。换言之，所述方法包括以下步骤：基于所预测的行驶状况停用从所述储罐喷射加压气体的喷射功能，和/或响应于所预测的行驶状况停用用加压气体充注所述储罐的充注功能。由此，可以响应于所预测的行驶状况而减少加压气体的使用，并且，至少涡轮增压器系统的与从所述储罐喷射加压气体有关的部件可以较不频繁地被使用，因此能够更长时间地保持功能。
根据至少一个示例实施例，利用压缩机或来自所述燃烧发动机的排气而用加压气体充注所述储罐。由此，提供了用加压气体充注所述储罐的合适手段。
对于利用压缩机用加压气体充注所述储罐的实施例，所述涡轮增压器系统典型地包括用于向所述储罐供应加压气体的压缩机，并且所述方法包括以下步骤：响应于所预测的行驶状况，利用所述压缩机用加压气体充注所述储罐。由此，提供了一种简单但有效的充注所述储罐的方法。该压缩机可以用于响应于所预测的行驶状况而反复地充注或再充注所述储罐。该压缩机可以例如是机械驱动式压缩机，例如由所述燃烧发动机驱动的机械驱动式空气压缩机。替代地，该压缩机可以是使用环境空气和/或来自涡轮增压器压缩机的再循环气体的电驱动压缩机。根据至少一个示例实施例，该压缩机可以由所述燃烧发动机(例如气缸之一)形成。因此，可以使用所述气缸来压缩用于充注所述储罐的空气/气体。
对于利用来自所述燃烧发动机的排气用加压气体充注所述储罐的实施例，所述涡轮增压器系统典型地包括用于向所述储罐供应加压气体的入口压力管道，并且所述方法包括经由所述入口压力管道用加压气体充注所述储罐的步骤。由此，由于所述气体的单独压缩是不必要的，所以提供了一种相对成本有效的对所述储罐进行充注的方式。然而，所述储罐中的气体压力被限制为来自燃烧发动机涡轮增压器涡轮的排气的当前气体压力。因此，所述储罐可以用于存储加压气体(例如，在吹除峰值(blowdown peaks)期间)，该加压气体在以后(当排气压力与吹除峰值相比更低时)能够从所述储罐被喷射以驱动所述涡轮增压器涡轮。
根据一个替代性的示例实施例，通过使用来自涡轮增压器涡轮的出口气体(所谓的增压空气/增压气体，或处于增压压力下的空气/气体)对所述储罐进行充注或再充注。对应于用来自燃烧发动机的排气充注所述储罐的实施例，所述气体的单独压缩是不必要的，然而，所述储罐中的气体压力被限制为来自涡轮增压器涡轮的出口气体的当前气体压力。因此，所述储罐可以用于存储增压空气/增压气体，以供以后使用。
根据至少一个示例实施例，用加压气体充注所述储罐的所述步骤包括将所述储罐至少充注到所述储罐的额定工作压力。由此，对应于所述储罐的额定工作压力的加压气体是可利用的或可用于喷射以驱动所述涡轮增压器涡轮。通过响应于所预测的行驶状况反复地用加压气体将所述储罐充注到额定工作压力，涡轮增压器涡轮可以在需要时反复地被来自所述储罐的加压气体至少部分地驱动(即增压)。
所述储罐的额定工作压力可以称为“满储罐”或“处于满压力下的储罐”。
根据至少一个示例实施例，用加压气体充注所述储罐的所述步骤包括：以与所述储罐的额定工作压力相比的过量压力(excess pressure)充注所述储罐。由此，在所述储罐中能够使更多的加压气体可用。因此，如果所预测的行驶状况指示了需要比在储罐的额定工作压力下可用的加压气体更多的加压气体(或者与在所述储罐的额定工作压力下存在的加压气体相比处于更高压力下的加压气体)以便补偿在所述预测的行驶状况期间施加于燃烧发动机上的额外挑战，则可以调整对所述储罐的充注以响应于这种指示，并且以过量压力充注所述储罐。通常，不希望将所述储罐加压到高于额定工作压力，因为这与相对高的能耗有关。然而，本发明人已经认识到，当使加压气体的使用适配于所预测的行驶状况时，能够激发所述储罐中的气体的过量压力。换言之，当响应于所预测的行驶状况来使用所述加压气体时，能够通过在所述储罐中有更多可用的加压气体的优点来激发用于将所述储罐加压到高于其额定工作压力的能量。
根据至少一个示例实施例，用加压气体充注所述储罐的所述步骤是在从所述储罐喷射加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮的步骤之前执行的。由此，所述储罐中的加压气体将可用于喷射以驱动涡轮增压器涡轮。例如，通过提供已被加压气体充注到例如与所述储罐的额定工作压力相比达到过量压力的所述储罐，容易掌控提出了增加的涡轮增压器涡轮压力需求的、所预测的行驶状况。
根据至少一个示例实施例，预测所述车辆的即将到来的行驶状况的所述步骤包括使用来自全球定位系统、航位推算系统(dead reckoning system)和/或地形数据图的信息。由此，可以使用相对容易访问的信息来预测即将到来的行驶状况，例如即将到来的道路状况。例如，通过使用全球定位系统，可以知道车辆的位置，这可以与车辆的速度和/或车辆的行进方向和/或车辆的加速度一起用于预测车辆的即将到来的位置、将来的位置或不久的将来的位置。这种信息与地形数据图一起可以用于确定所预测的行驶状况，例如，前方的道路是下降还是上升。因此，可以确定在这种所预测的行驶状况期间所述燃烧发动机需要对此作出响应的负载、扭矩或扭矩响应，并且可以相应地执行从所述储罐喷射加压气体和/或用加压气体充注所述储罐。因此，来自所述储罐的加压气体可以用于改善所述燃烧发动机的输出或操作，并且例如与没有从所述储罐喷射加压气体的情况相比改善扭矩响应。
根据至少一个示例实施例，所述车辆还包括联接到所述燃烧发动机的齿轮箱或变速器系统，其中，所述方法包括以下步骤：
执行第一换档操作；然后
执行第二换档操作，并且
其中，从所述储罐喷射加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮的步骤是在执行第一换档操作的步骤和执行第二换档操作的步骤之间进行的。
由此，提供了使用来自所述储罐的加压气体驱动涡轮增压器涡轮的合适的正时。例如，通过相对于换档操作对加压气体的喷射进行正时，可以在非常需要时改善扭矩响应。根据至少一个示例实施例，例如响应于道路的上升而反复地并且交替地执行所述换档操作和从所述储罐喷射加压气体。
根据至少一个示例实施例，从所述储罐喷射加压气体的所述步骤至少部分地取决于所述燃烧发动机的发动机速度增加动作和/或换档操作。由此，加压气体的喷射正时可以至少部分地基于发动机速度增加动作和/或换档操作(上文例示了所述换档操作)。例如，通过使加压气体的喷射正时至少部分地基于发动机速度增加动作，加压气体的喷射可以适配于使车辆加速和/或防止车辆减速的期望。发动机速度增加动作可以启动(initiate)向燃烧发动机的增加的燃料喷射。对于驾驶员驾驶车辆的车辆应用，典型地通过车辆的加速踏板的移动来启动发动机速度增加动作。
根据一个实施例，所述方法包括以下步骤：在从所述储罐喷射加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮的所述步骤之前、同时或之后，启动或增加向所述燃烧发动机的燃料喷射。应该理解，启动或增加向所述燃烧发动机的燃料喷射应被解释为喷射燃料的动作。因此，加压气体的喷射与燃料的喷射或增加喷射的组合(combination)可以提高所述燃烧发动机的效率和/或功率输出。
根据一个实施例，所述方法包括以下步骤：
在预测车辆的即将到来的行驶状况的所述步骤之后，但在从所述储罐喷射加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮的所述步骤之前，启动或增加向所述燃烧发动机的燃料喷射。这种喷射或增加燃料的正时(timing)适合于至少部分地驱动所述涡轮增压器涡轮。
根据至少一个示例实施例，所述涡轮增压器系统还包括阀，所述阀用于控制加压气体从所述储罐的释放，并且所述方法进一步包括以下步骤：响应于所预测的行驶状况，操作所述阀以释放驱动涡轮增压器涡轮所需的加压气体。由此，提供了一种简单但有效的方法来控制加压气体从所述储罐的释放。所述储罐可以例如由致动器(例如电子致动器)操作，该致动器由控制单元操作。此外，所述阀通常可以经由流体连接到所述阀和在所述燃烧发动机之前、所述燃烧发动机处和所述燃烧发动机之后的各个相应位置的阀管道来控制加压气体从所述储罐释放到所述各个位置。
应该理解，当提到所述储罐能够流体连接到所述涡轮增压器涡轮时，所述储罐中的流体在至少一些运行模式下可以从所述储罐流动到涡轮增压器涡轮。例如，在所述阀被打开的运行模式下(即，所述阀允许流体通过)，所述储罐例如可以经由连接到排气歧管或排气歧管管道的阀管道而与涡轮增压器系统流体连接。对应地，在所述阀被关闭的运行模式下(即，所述阀阻止流体通过)，不允许流体从所述储罐流动到涡轮增压器涡轮。换言之，流体分配系统通常被布置在所述储罐和涡轮增压器系统之间。该分配系统可以包括至少一个管道或导管，和/或至少一个阀，和/或所述燃烧发动机的至少一些部件或部分。
所述涡轮增压器系统可以还包括由所述涡轮增压器涡轮驱动的涡轮增压器压缩机，并且所述燃烧发动机可以包括流体连接到所述涡轮增压器压缩机的进气歧管，其中，所述方法包括以下步骤：操作所述阀，以将加压气体从所述储罐释放到所述燃烧发动机的排气歧管、释放到被布置在所述排气歧管和所述涡轮增压器涡轮之间的排气歧管管道、释放到涡轮增压器涡轮壳体、释放到所述燃烧发动机的进气歧管、释放到涡轮增压器压缩机壳体或释放到被布置在所述进气歧管和所述涡轮增压器压缩机之间的进气歧管管道。因此，所述阀管道可以布置在所述阀与如下部件之间：所述排气歧管、所述排气歧管管道、所述涡轮增压器涡轮壳体、所述进气歧管、所述涡轮增压器压缩机壳体或所述进气歧管管道。换言之，所述阀可以流体连接到(例如经由所述阀管道)所述排气歧管、所述排气歧管管道、所述涡轮增压器涡轮壳体、所述进气歧管、所述涡轮增压器压缩机壳体或所述进气歧管管道。
由此，提供了用于喷射加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮的各种选项。
在来自所述储罐的加压气体被喷射到所述燃烧发动机的排气歧管上游(即，喷射到所述燃烧发动机的进气歧管、喷射到所述进气歧管管道或喷射到涡轮增压器压缩机壳体)的实施例中，所喷射的加压气体将增加流体压力并允许所述燃烧发动机中的增加的燃料喷射和/或增加的燃烧的燃料量，这将导致所述燃烧发动机中的增加的能量，并因此导致排气歧管中的压力增加并且进一步导致涡轮增压器涡轮中的压力增加。换言之，在排气歧管上游喷射加压气体会导致涡轮增压器涡轮的功增加。因此，加压气体被从所述储罐喷射以驱动所述涡轮增压器涡轮。
根据一个实施例，所述阀以如下方式操作：在至少1秒内(例如在1秒和5秒之间)从所述储罐释放所述加压气体。
所述阀的这种操作时间适合于至少部分地用来自所述储罐的加压气体来驱动所述涡轮增压器涡轮。
根据本发明的至少第二方面，所述目的通过根据权利要求10所述的控制单元来现。所述控制单元被配置成执行根据本发明的第一方面描述的方法的步骤。
本发明的此第二方面的效果和特征在很大程度上分别与上文结合本发明构思的第一方面描述的那些效果和特征类似。关于本发明的第一方面提到的实施例在很大程度上与本发明的第二方面兼容。
根据本发明的至少第三方面，所述目的通过根据权利要求11所述的涡轮增压器系统来实现。更具体地，本发明涉及一种与车辆中的燃烧发动机一起使用的涡轮增压器系统，所述燃烧发动机具有排气歧管，所述涡轮增压器系统包括：
涡轮增压器涡轮，所述涡轮增压器涡轮能够由来自所述排气歧管的排气操作，
包括加压气体的储罐，所述储罐能够流体连接到所述涡轮增压器涡轮，以及
控制单元
其中，所述控制单元被配置成：
预测和/或接收指示所述车辆的即将到来的行驶状况的数据，
响应于所预测的行驶状况，开始从所述储罐喷射加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮，使得所述涡轮增压器涡轮至少部分地由所述加压气体驱动，和/或
响应于所预测的行驶状况，开始用加压气体充注所述储罐，其中，所预测的行驶状况表明需要从所述储罐喷射加压气体。
本发明的此第三方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合本发明构思的第一方面描述的那些效果和特征。关于本发明的第一方面提到的实施例在很大程度上与本发明的第三方面兼容，在下文中明确地提及了其中的一些实施例。换言之，用本发明的第一方面的任何实施例描述的、用于控制涡轮增压器系统的方法适用于或可以利用关于本发明的第三方面描述的涡轮增压器系统。
所述涡轮增压器系统可以还包括涡轮增压器压缩机，所述涡轮增压器压缩机由涡轮增压器涡轮驱动以压缩通往所述燃烧发动机的进气。因此，所述涡轮增压器系统包括涡轮增压器，所述涡轮增压器包括涡轮增压器涡轮和涡轮增压器压缩机，所述涡轮增压器压缩机由涡轮轴机械地联接到所述涡轮增压器涡轮。涡轮增压器涡轮由来自所述燃烧发动机的排气和/或由来自所述储罐的加压空气驱动，并且涡轮增压器压缩机由涡轮增压器涡轮经由所述涡轮轴驱动。
所述燃烧发动机通常包括进气歧管，所述进气歧管流体连接到所述涡轮增压器压缩机，以将燃料和/或空气和/或燃料-空气混合物供应到所述燃烧发动机。进气歧管通常经由布置在所述进气歧管和涡轮增压器压缩机之间的进气歧管管道而流体连接到所述涡轮增压器压缩机。对应地，排气歧管通常经由布置在所述排气歧管和涡轮增压器涡轮之间的排气歧管管道而流体连接到所述涡轮增压器涡轮。此外，排气后处理系统流体连接到所述燃烧发动机和排气歧管，并且通常布置在所述涡轮增压器涡轮的下游。
例如，并且根据一个实施例，所述涡轮增压器系统还包括用于向所述储罐供应加压气体的压缩机，其中，所述控制单元被配置成使用所述压缩机开始用加压气体充注所述储罐。另外或替代地，所述涡轮增压器系统包括入口压力管道和入口压力管道阀，所述入口压力管道阀被构造成控制加压气体经由所述入口压力管道向所述储罐的供应，其中，所述控制单元被配置成通过打开或关闭所述入口压力管道阀而开始用加压气体充注所述储罐。
通过使用压缩机，提供了一种简单但有效的充注所述储罐的方法，并且通过用排气充注所述储罐，提供了一种相对成本有效的充注所述储罐的方法，因为气体的单独压缩是不必要的。这些实施例的其它效果和特征类似于本发明的第一方面的对应实施例，在此不再重复。根据至少一个示例实施例，所述压缩机可以由所述燃烧发动机形成，例如由一个气缸形成。因此，可以使用所述气缸来压缩用于对所述储罐充注的空气/气体。
根据至少一个示例实施例，所述控制单元被配置成：当所述储罐被充注到其额定工作压力时，终止对所述储罐的充注，或者所述控制单元被配置成：当所述储罐被充注到与所述储罐的额定工作压力相比的过量压力时，终止对所述储罐的充注。由此，所述控制单元可以被配置成既开始对所述储罐的充注，又终止对所述储罐的充注。因此，利用所述控制单元，提供了一种简单但有效的充注所述储罐的方法。
例如，并且根据至少一个示例实施例，所述控制单元被配置成：在开始从所述储罐喷射加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮之前，开始对所述储罐的充注。本实施例的效果和特征类似于本发明的第一方面的对应实施例，在此不再重复。然而，所述控制单元还可以被配置成：在开始从所述储罐喷射加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮之前，终止对所述储罐的充注。自然地，所述控制单元可以被配置成终止从所述储罐喷射加压气体。
例如，并且根据至少一个示例实施例，所述控制单元被配置成通过使用来自全球定位系统、航位推算系统和/或地形数据图的信息来预测所述车辆的即将到来的行驶状况。本实施例的效果和特征类似于本发明的第一方面的对应实施例，在此不再重复。根据可替代实施例，所述控制单元可以接收指示所述即将到来的行驶状况的数据，例如通过从远离所述车辆的服务器接收这种数据。
例如，并且根据至少一个示例实施例，所述车辆还包括联接到所述燃烧发动机的齿轮箱或变速器系统，其中，所述控制单元被配置成：
识别第一换档操作，然后
识别第二换档操作，并且
开始从所述储罐喷射加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮，使得：在识别第一换档操作和识别第二换档操作之间，所述涡轮增压器涡轮至少部分地由所述加压气体驱动。
本实施例的效果和特征类似于本发明的第一方面的对应实施例，在此不再重复。
例如，并且根据至少一个示例实施例，所述涡轮增压器系统还包括阀，所述阀用于控制加压气体从所述储罐向涡轮增压器涡轮的释放，其中，所述控制单元被配置成控制所述阀的操作，以释放至少部分地驱动所述涡轮增压器涡轮所需的加压气体。本实施例的效果和特征类似于本发明的第一方面的对应实施例，在此不再重复。
例如，并且根据至少一个示例实施例，所述阀控制加压气体从所述储罐释放到所述燃烧发动机的排气歧管、释放到被布置在排气歧管和涡轮增压器涡轮之间的排气歧管管道、释放到涡轮增压器涡轮壳体、释放到所述燃烧发动机的进气歧管、释放到涡轮增压器压缩机壳体，或者释放到被布置在进气歧管和涡轮增压器压缩机之间的进气歧管管道。本实施例的效果和特征类似于本发明的第一方面的对应实施例，在此不再重复。
根据本发明的至少第四方面，所述目的通过根据权利要求18所述的车辆来实现。更具体地，本发明涉及一种车辆，所述车辆包括根据本发明的第三方面的涡轮增压器系统或根据本发明的第二方面的控制单元。
因此，所述车辆可以包括所述燃烧发动机和涡轮增压器系统。因此，所述车辆可以包括根据用本发明的第二方面描述的任何实施例而配置的控制单元。
根据一个实施例，所述燃烧发动机是内燃发动机，例如柴油驱动的内燃发动机。
根据本发明的至少第五方面，所述目的通过根据权利要求19所述的计算机程序来实现，所述计算机程序包括程序代码组件，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码组件用于执行本发明的第一方面的步骤。所述计算机可以例如被包括在本发明的第二方面的控制单元中或由所述控制单元构成。
本发明的此第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合本发明的第一方面描述的那些效果和特征。关于本发明的第一方面提到的实施例在很大程度上与本发明的第五方面兼容。
根据本发明的至少第六方面，所述目的通过根据权利要求20所述的计算机可读介质来实现，所述计算机可读介质承载计算机程序，所述计算机程序包括当所述程序产品在计算机上运行时用于执行本发明的第一方面的步骤的程序代码组件。所述计算机可读介质可以例如被包括在本发明的第二方面的控制单元中。
本发明的此第六方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合本发明的第一方面描述的那些效果和特征。关于本发明的第一方面提到的实施例在很大程度上与本发明的第六方面兼容。
根据本发明的又一方面，所述目的通过一种燃烧发动机系统来实现，所述燃烧发动机系统包括根据本发明的第三方面的具有排气歧管和涡轮增压器系统的燃烧发动机。所述燃烧发动机系统可以还包括排气后处理系统。
在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的进一步的优点和有利特征。
附图说明
通过以下对本发明的示例性实施例的示意性而非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及其它目的、特征和优点，其中：
图1是根据本发明的一个示例实施例的、包括燃烧发动机和涡轮增压器系统的车辆的侧视图；
图2是根据本发明的一个示例实施例的、在道路上行进的图1的车辆的透视图；
图3示出了根据本发明的一个示例实施例的、图1的燃烧发动机和涡轮增压器系统的示意性概略图(schematic overview)；
图4是描述根据本发明的一些示例实施例的、用于控制涡轮增压器系统的方法的步骤的流程图；并且
图5是示出了根据本发明的一些示例实施例的、加压气体在若干次换档操作期间的可重复喷射的结果的曲线图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以很多不同的形式来实施，且不应被解释为限于这里阐述的实施例；而是，提供实施例是为了彻底性和完整性。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元素。
特别参考图1，提供了一种根据本发明(下面参考图4进一步描述)的车辆800，该车辆800具有燃烧发动机100(例如内燃发动机100)和涡轮增压器系统10，该涡轮增压器系统10包括涡轮增压器20、带有压缩空气的储罐40和控制单元50(例如ECU 50)。图1中描绘的车辆800是卡车800，下面将要详细描述的本发明构思特别适用于该卡车800。
在图2中，图1中的车辆800在具有变化的道路状况的道路900上行进，并且当前正在道路的平坦部分901上行进。因此，车辆800的当前位置的行驶状况至少部分地由当前道路状况限定，例如与水平轴线相比的道路900的倾斜度(即，在车辆的当前位置处，道路900是平坦的，即水平地布置)、道路表面特性、道路材料、道路900的转弯或弯道等。此外，车辆800的当前行驶状况中可以包括其它状况，例如车辆操作状况。图2中的车辆800通常沿着道路900以一定方向并且以一定瞬时速度并且可能以一定的加速度或减速度行进。此外，车辆800还包括全球定位系统模块60或GPS模块，该全球定位系统模块60或GPS模块被配置成与全球定位系统70一起确定车辆800的位置。GPS模块60通常连接到控制单元50。
如图2中看到的，在车辆800的行进方向上，道路的平坦部分901进入到该道路的上升部分或上坡部分902中。换言之，车辆800的行驶状况与其当前位置相比将会变化，这是因为：由于道路900的与水平轴线相比的倾斜度变化，所以至少道路状况改变。因此，图1中的车辆800即将驶入到道路的一部分902(即上升)中，与道路的平坦部分901相比，该部分将对燃烧发动机100提出更大的挑战(即，将需要燃烧发动机100的更高的功率输出以维持车辆800的速度)。因此，对于图2中的车辆800，基于例如由GPS模块60确定的车辆800的当前位置和例如通过地形数据图对即将到来的道路状况的了解，可以确定车辆800的所预测的行驶状况。
图3示出了燃烧发动机100和涡轮增压器系统10的至少一些部件的示意性概略图。在图3的非限制性示例中，燃烧发动机100包括四缸、四冲程柴油发动机中的发动机缸体101，该柴油发动机具有齿轮箱110和连接到发动机曲轴120的离合器112。图3的燃烧发动机100包括进气歧管104，该进气歧管104流体连接到燃烧发动机100的进气端口(未示出)，以向燃烧发动机100供应燃料和/或空气和/或燃料-空气混合物。对应地，燃烧发动机100包括排气歧管102，该排气歧管102通常流体连接到燃烧发动机100的排气后处理系统(未示出)。
在图3的示例中，通过涡轮增压器系统10使燃烧发动机100过载。更具体地，涡轮增压器系统10包括涡轮增压器20，该涡轮增压器20具有涡轮增压器涡轮22和由涡轮轴23联接到涡轮增压器涡轮22的已知类型的涡轮增压器压缩机24。涡轮增压器涡轮22能够由来自排气歧管102的排气操作，并因此经由涡轮轴23驱动涡轮增压器压缩机24。涡轮增压器压缩机24经由进气歧管管道106而流体连接到进气歧管104，并且被构造成用于压缩通往燃烧发动机100的进气。可选地，中间冷却器(未示出)可以流体接触地布置在涡轮增压器压缩机24和进气歧管104之间。对应地，涡轮增压器涡轮22经由排气歧管管道108而流体连接到排气歧管102，并且被构造成经由涡轮轴23驱动涡轮增压器压缩机24。换言之，排气歧管管道108流体连接在燃烧发动机100的排气歧管102与涡轮增压器涡轮22之间。涡轮增压器涡轮22流体连接在燃烧发动机100的排气歧管102之间。
如图3中所示，涡轮增压器系统10还包括带有加压气体的储罐40、用于向储罐40供应加压气体的压缩机42、和阀44，该阀44用于控制加压气体从储罐40的释放。图3中的涡轮增压器系统10还包括连接到阀44和压缩机42的控制单元50。在图3中，阀44可以通常经由流体连接到阀44和在燃烧发动机100之前、燃烧发动机100处和燃烧发动机100之后的各个相应位置的阀管道46来控制加压气体从储罐40向释放到所述各个位置。在图3中，阀管道46被布置成将来自储罐40的加压气体提供给排气歧管102，但如虚线的阀管道46'所示，来自储罐40的加压气体可以替代地被喷射到排气歧管管道108、涡轮增压器涡轮22壳体、进气歧管104、涡轮增压器压缩机24壳体或进气歧管管道106。
现在将更详细地描述涡轮增压器系统10的操作和控制单元50的功能。控制单元50被配置成：
预测和/或接收指示车辆800的即将到来的行驶状况的数据，
响应于所预测的行驶状况，开始从储罐40喷射加压气体以驱动涡轮增压器涡轮22，使得涡轮增压器涡轮22至少部分地由所述加压气体驱动，和/或
响应于所预测的行驶状况，开始用加压气体充注储罐40，其中，所预测的行驶状况表明需要从储罐40喷射加压气体。
由此，能够基于不久的将来的行驶状况，例如基于参考图2描述的即将到来的行驶状况来调整储罐40中的加压气体的可用性。由此，当行驶状况挑战燃烧发动机100的操作时，能够改善扭矩响应。此外，通过响应于所预测的行驶状况而用加压气体充注储罐40，扭矩响应能够在更长的时间内得到改善，因为能够增加储罐40中的可用的加压气体以对应于所预测的行驶状况。如参考图2描述的，车辆800包括GPS模块60，并且控制单元50因此可以被配置成通过使用GPS模块60和来自全球定位系统70的信息来预测和/或接收指示车辆800的即将到来的行驶状况的数据。另外或替代地，控制单元50被配置成通过使用来自航位推算系统的信息和/或地形数据图和/或任何车辆运动参数(例如车辆速度、车辆800的行进方向、车辆800的加速度或减速度等)来预测和/或接收指示车辆800的即将到来的行驶状况的数据。
如图3中所示，燃烧发动机100联接到齿轮箱110。因此，在车辆800的行驶期间，可以使用不同的档位。图5示出了曲线图，该曲线图包括对应于车辆800的速度的第一线450(车辆的速度在该曲线图中的y轴上，并且时间在x轴上)、和指示加压气体喷射的条550(每次喷射550都由相应的条550表示，该条550在曲线图中沿着y轴以统一的幅度延伸，并且时间在x轴上)。例如，如图5中所示，对于随后的两个档位，可以执行第一换档操作501(通过第一线的倾斜度的明显中断或第一线的第一隆起来表示)，并且随后可以执行第二换档操作503(对应地，通过第一线的倾斜度的明显中断或第一线的第二隆起来表示)。因此，控制单元50可以被配置成识别这种第一换档操作501和第二换档操作503。此外，控制单元50可以被配置成：在第一换档操作501和第二换档操作503之间，开始从储罐40喷射加压气体552以驱动涡轮增压器涡轮22。由此，提供了使用来自储罐40的加压气体来驱动涡轮增压器涡轮22的适当正时。如图5中看到的，可以例如响应于道路900的上升而反复地且交替地进行若干次换档操作500和加压气体从储罐40的若干次喷射550。
回到图3，例如在涡轮增压器系统10包括用于向储罐40供应加压气体的压缩机42的实施例中，控制单元50通常被配置成使用压缩机42开始向储罐40充注加压气体。作为用压缩机42对储罐40进行充注的替代，涡轮增压器系统10可以包括入口压力管道47和入口压力管道阀48，该入口压力管道阀48被构造成控制加压气体经由入口压力管道47向储罐40的供应。对应地，对于这种实施例，控制单元50被配置成通过打开入口压力管道阀47而开始用加压气体充注储罐40。例如，控制单元50可以被配置成：在开始从储罐40喷射加压气体以驱动涡轮增压器涡轮22之前，开始对储罐40的充注。此外，控制单元50可以被配置成通过关闭入口压力管道阀48来终止经由入口压力管道47对储罐40的充注。如图3中看到的，入口压力管道47可以连接到排气歧管102，因此储罐40可以例如在排气的压力相对高的吹除峰值处被用排气充注，并且之后在排气的压力相对低时被使用。替代地，入口压力管道47可以连接到另一个加压气体源。
无论是否使用压缩机42或入口压力管道47充注储罐40，控制单元50都通常被配置成：当储罐40被充注到其额定工作压力时，或者替代地当储罐40被充注到与储罐40的额定工作压力相比的过量压力时，终止对储罐40的充注。
此外，控制单元50可以例如被配置成在至少1秒或在1秒和5秒之间的预设时间段内从储罐40释放加压气体。例如，所述储罐的尺寸和加压气体经由阀44的释放可以被设定为使得储罐40在例如5秒之后被完全耗尽或排空。因此，涡轮增压器系统10和涡轮增压器涡轮22可以由来自储罐40的加压气体例如操作至少5秒。当储罐40已经被至少部分地耗尽或排空时，可以使用例如压缩机42对储罐40进行再充注。
本发明还涉及一种用于控制涡轮增压器系统(例如图3中所示的涡轮增压器系统10)的方法，该涡轮增压器系统流体连接到车辆中的燃烧发动机的排气歧管(也在图3中示出)。因此，在下文中将参照图4中的流程图、以非限制性方式参考上述燃烧发动机100和涡轮增压器系统10来描述本发明(因此，下面当描述图4中的流程图中的方法的步骤时，使用图1、图2和图3的附图标记)。
在第一步骤601中，预测车辆800的即将到来的行驶状况。可以使用来自以下项中的至少一者的信息来预测即将到来的行驶状况：全球定位系统、航位推算系统和地形数据图。如前所述，所预测的行驶状况可以包括或由所预测的或即将到来的道路状况(例如道路类型、道路速度限制、道路地形(例如，道路900的下降或上升)、转弯、交叉路口等)构成。另外或替代地，所预测的行驶状况包括或由所预测的或即将到来的车辆运行状况或车辆运行模式(例如起动、从静止加速、发动机制动等)构成。此外，车辆位置和/或车辆运动参数(例如车辆速度、车辆800的行进方向、车辆800的加速度或减速度)可以用于预测即将到来的行驶状况。由此，可以确定某个预测的行驶状况的时间或发生。
如前所述，根据一个实施例，涡轮增压器系统10包括用于控制从储罐40释放加压气体的阀44。因此，在可选的第二步骤603中，阀44被操作以从储罐40释放加压气体。如前所述，阀44可以连接到阀管道46，该阀管道46又被连接以将加压气体供应到排气歧管102、排气歧管管道108、涡轮增压器涡轮22壳体、进气歧管104、涡轮增压器压缩机24壳体和/或进气歧管管道106。阀44可以以如下方式操作：在至少1秒的时间内(例如在1秒和5秒之间)从储罐40释放加压气体。
在第三步骤605中，响应于所预测的行驶状况，来自储罐40的加压气体例如经由阀44被喷射以驱动涡轮增压器涡轮22，使得涡轮增压器涡轮22至少部分地由加压气体驱动。例如，可以针对所预测的行驶状况来确定所需的燃烧发动机参数或所需的燃烧发动机输出(例如，负载、扭矩或扭矩响应)，因此，从储罐40喷射加压气体以驱动涡轮增压器涡轮22可以被控制，以响应于(例如被控制以在需要时协助)这种所需的燃烧发动机参数或所需的燃烧发动机输出。从储罐40喷射加压气体的第三步骤605可以至少部分地取决于燃烧发动机的发动机速度增加动作和/或换档操作(例如图5中描述的)。
在作为第三步骤605的替代方案或第三步骤605的补充(例如，在第三步骤605之前)执行的第四步骤607中：响应于所预测的行驶状况，用加压气体储罐40，其中，所预测的行驶状况表明需要从储罐40喷射加压气体。即，对于所预测的行驶状况和对应的所需燃烧发动机参数或所需燃烧发动机输出，可以确定需要从储罐40喷射加压气体，并且可以相应地在从储罐40喷射加压气体之前对储罐40进行充注。如前所述，可以通过使用例如压缩机或通过用来自另一个源的排气或加压气体充注该储罐来充注储罐40。
第四步骤607可以包括第一子步骤609，该第一子步骤609将储罐40至少充注到该储罐的额定工作压力和/或以与储罐40的额定工作压力相比的过量压力充注所述储罐40。
优选地，可以反复地执行步骤601至步骤607，并且可以反复地并且交替地执行充注储罐40的第四步骤607、开始喷射加压气体的第三步骤605。即，对于每次喷射605，或者对于储罐40中的加压气体的每次特定的减少(例如基于储罐的额定工作压力的60％或70％的阈值)，储罐40被充注607或者再充注。
控制单元50例如可以表现为通用处理器、专用处理器、包含处理组件的电路、一组分布式处理组件、被配置成用于处理的一组分布式计算机、现场可编程门阵列(FPGA)等。控制单元50可以还包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程设备。控制单元50还可以或者替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备或数字信号处理器。在控制单元50包括可编程设备(例如上文提到的微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器)的情况下，所述处理器可以还包括控制所述可编程设备的操作的计算机可执行代码。
对应地，GPS模块60可以例如包括GPS接收器、微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一个可编程设备。GPS模块60还可以或者替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备、或者被布置并配置成与控制单元50进行数字通信的数字信号处理器。在控制单元50包括可编程设备(例如上文提到的微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器)的情况下，GPS模块60可以只包括GPS接收器和用于与控制单元50进行数字通信的电路。
(控制单元50和/或GPS模块60的)所述处理器可以是或包括用于执行数据或信号处理或用于执行存储器中存储的计算机代码的任何数目的硬件组件。所述存储器可以是一个或多个用于存储用于完成或促进本说明书中描述的各种方法的数据和/或计算机代码的设备。所述存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器。所述存储器可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件或用于支持本说明书的各种活动的任何其它类型的信息结构。根据示例性实施例，任何分布式或本地存储设备可以与本说明书的系统和方法一起使用。根据示例性实施例，存储器被可通信地连接到处理器(例如，经由电路或任何其它有线、无线或网络连接)，并且包括用于执行这里描述的一个或多个过程的计算机代码。
控制单元50连接到燃烧发动机100和涡轮增压器系统10的各种所述特征，例如GPS模块60，并被配置成控制系统参数。此外，控制单元50可以由一个或多个控制单元实现，其中每个控制单元可以是通用控制单元或用于执行特定功能的专用控制单元。
本公开考虑了用于完成各种操作的任何机器可读介质上的方法、设备和程序产品。本公开的实施例可以使用现有的计算机处理器来实现，或者通过用于适当的系统(该适当的系统为此目的或其它目的而被并入)的专用计算机处理器来实现，或者通过硬连线系统来实现。在本公开的范围内的实施例包括程序产品，该程序产品包括机器可读介质，该机器可读介质用于承载或其上存储有机器可执行指令或数据结构。这种机器可读介质可以是能够由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。
举例来说，这种机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储设备，或者可以用于承载或存储机器可执行指令或数据结构形式并能够由通用或专用计算机或其它带有处理器的机器访问的所需程序代码的任何其它介质。当信息通过网络或另一个通信连接(硬连线、无线或者硬连线或无线的组合)传输或提供给机器时，机器会将该连接正确地视为机器可读介质。因此，任何这样的连接被适当地称为机器可读介质。以上的组合也被包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某些功能或一组功能的指令和数据。
尽管附图可以示出方法步骤的特定顺序，但这些步骤的顺序可以与所描绘的顺序不同。另外，可以同时或部分同时地执行两个或更多个步骤。这种变化将取决于所选择的软件和硬件系统和设计者的选择。所有这些变化都在本公开的范围内。同样，可以使用具有基于规则的逻辑和其它逻辑的标准编程技术来完成软件实现，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。另外，即使已经参考本公开的特定示例性实施例描述了本公开，但是对于本领域技术人员而言，很多不同的修改、变型等将变得显而易见。
应当理解，控制单元50可以包括数字信号处理器，该数字信号处理器被布置和配置成与场外服务器或基于云的服务器进行数字通信。因此，可以将数据发送到控制单元50以及从控制单元50发送数据。
应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；而是，技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内作出很多修改和变型。因此，本领域技术人员在实践所要求保护的公开内容时，可以通过研究附图、公开内容和所附权利要求书来理解和实现所公开的实施例的变型。此外，在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。
