控制用于燃烧发动机的涡轮增压器系统的方法以及与燃烧发动机一起使用的涡轮增压器系统
技术领域
本发明涉及一种用于控制涡轮增压器系统的方法，该涡轮增压器系统流体连接到燃烧发动机的排气歧管。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、以及一种被配置成执行用于控制涡轮增压器系统的方法的步骤的控制单元、一种涡轮增压器系统、以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。此外，本发明适用于固定式燃烧发动机，例如，被设计和构造成用于发电的燃烧发动机。
背景技术
燃烧发动机用在例如车辆(例如被设计成运输货物的卡车或货车)的移动式应用中。燃烧发动机也用在固定式应用中，例如，用于发电。燃烧发动机的尺寸和功率典型地取决于应用而变化。
一些燃烧发动机连接到动力输出装置。该动力输出装置例如可以包括液压泵、至少一个液压驱动的可移动构件、以及液压系统，该液压系统由液压泵驱动并且被构造成向所述至少一个液压驱动的可移动构件提供动力。燃烧发动机(以及可能的单独的电动机)联接到动力输出装置，以便驱动液压泵。例如，对于卡车而言，液压驱动的可移动构件可以是动臂或起重机。
当操作动力输出装置的所述液压驱动的可移动构件时，在燃烧发动机上施加外部负载，该外部负载需要发动机扭矩。为了补偿这种外部负载，例如为了避免燃烧发动机的熄火，操作者通常会增加发动机转速。
在燃烧发动机被包括在车辆中的情况下，主要负载是用于推进车辆，而在燃烧发动机用于发电的情况下，主要负载是用于驱动发电机。此外，不管动力输出装置是否联接到燃烧发动机，燃烧发动机都可以被构造成操作除了燃烧发动机的主要负载以外的需要发动机扭矩的其它各种应用，例如离合器接合。这种其它各种应用需要发动机扭矩，并且可能具有燃烧发动机熄火的风险，特别是在诸如怠速的低发动机转速下，除非执行前述的发动机转速的增加来补偿外部负载。发动机转速的这种增加典型地会导致例如更高的燃料消耗。
因此，在行业内，需要与上述项目有关的进一步改进。
发明内容
鉴于现有技术的上述及其它缺陷，本发明构思的目的是提供一种改进的控制涡轮增压器系统的方法，该涡轮增压器系统流体连接到燃烧发动机的排气歧管，更具体地，该方法用于车辆的至少一些发动机运行模式，以改进燃烧发动机的扭矩响应。该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涡轮增压器系统的方法，该涡轮增压器系统流体连接到燃烧发动机的排气歧管。该涡轮增压器系统包括能够通过来自所述排气歧管的排气进行操作的涡轮增压器涡轮、以及具有加压气体的储箱，所述储箱能够流体连接到所述涡轮增压器涡轮。该方法包括以下步骤：
确定燃烧发动机以低于预定转速运行的发动机运行模式，
确定需要发动机扭矩的外部负载，该外部负载在所述发动机运行模式下将导致燃烧发动机熄火，以及随后
喷射来自所述储箱的加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮，使得涡轮增压器涡轮至少部分地由所述加压气体驱动，从而防止燃烧发动机的熄火。
通过提供以下方法可以防止燃烧发动机的熄火，该方法包括以下步骤：在已经确定了需要发动机扭矩的外部负载之后(例如，通过燃烧发动机已经经受了需要所述发动机扭矩的外部负载，或者通过在实际从所述燃烧发动机提取扭矩之前已经预测到需要所述发动机扭矩的外部负载)，喷射来自所述储箱的加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮，该外部负载在所述发动机运行模式下将导致燃烧发动机熄火。因此，至少对于所述燃烧发动机以低于预定转速运行的所述发动机运行模式而言，能够通过使用来自所述储箱的加压气体来改进燃烧发动机的扭矩响应。此外，通过使用来自储箱的加压气体至少部分地驱动涡轮增压器涡轮，不需要增加发动机转速来补偿外部负载。由此，能够提高燃烧发动机的燃料经济性。此外，通过基于预定条件(例如所述发动机运行模式)使用来自所述储箱的加压气体，能够在需要时激活与加压气体的喷射有关的、所述涡轮增压器系统的部件，并且能够避免这种部件的过于频繁的使用。
换言之，当所述燃烧发动机在燃烧发动机以低于预定转速运行的发动机运行模式下操作时，需要发动机扭矩的外部负载可能导致燃烧发动机在所述发动机运行模式下熄火。因此，通过确定燃烧发动机以低于所述预定转速运行的所述发动机运行模式并确定所述外部负载，可以开始喷射来自所述储箱的加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮，以便补偿该外部负载所需的额外发动机扭矩，并且消除和/或防止燃烧发动机的熄火。因此，所述方法可以被称为一种通过使用流体连接到燃烧发动机的排气歧管的涡轮增压器系统来防止燃烧发动机熄火的方法。
根据一个实施例，基于所述发动机运行模式和所述外部负载来调适来自所述储箱的加压气体的喷射，以便驱动涡轮增压器涡轮来防止燃烧发动机的熄火。因此，从所述储箱喷射的加压气体的压力和/或量足以驱动涡轮增压器涡轮或有助于驱动涡轮增压器涡轮，从而防止燃烧发动机的熄火。根据一个实施例，至少基于燃烧发动机的转速(其可以称为发动机转速)来调适来自所述储箱的加压气体的喷射。
应当注意，术语“确定”特定参数(例如，发动机运行模式或外部负载)可以包括对特定参数进行检测、测量或建模的手段。然而，术语“确定”特定参数可以替代地表明该特定参数例如由控制单元设定或控制，从而将用于设定或控制该特定参数的指令作为输出信号从该控制单元发送到相关零件和部件。例如，发动机转速可以通过转速计来测量，和/或发动机转速可以由控制单元设定。相应地，在所述发动机运行模式下(即，在所述预定转速或低于所述预定转速时)将导致燃烧发动机熄火的外部负载可以由例如扭矩传感器或换能器测量，或者该外部负载可以通过测量一个或多个熄火指示参数(例如测量涡轮增压器涡轮的增压压力)来进行建模。在后一种情况下，当燃烧发动机经受需要发动机扭矩的外部负载并且所述增压压力下降到低于某个极限时，可以将外部负载确定为需要发动机扭矩的外部负载(该外部负载在所述发动机运行模式下将导致燃烧发动机熄火)。该外部负载也可以在控制单元中被设定，或甚至基于输入到控制单元中的参数来预测。例如，涡轮增压器系统的操作者可以例如通过操作由燃烧发动机驱动的设备来请求外部负载，并且由于燃烧发动机或涡轮增压器系统的控制单元可以处理这种请求或参与执行这种指令，所以可以预测该外部负载并将其与发动机运行模式的信息一起使用，以确定所请求的外部负载是否对应于可能导致燃烧发动机熄火的所需发动机扭矩。因此，根据一个实施例，确定在所述预定发动机运行模式下将导致燃烧发动机熄火的需要发动机扭矩的外部负载的步骤可以包括以下步骤或由其组成：确定所预测的或所要求的、在所述预定发动机运行模式下将导致燃烧发动机熄火的需要发动机扭矩的外部负载。
应当注意，外部负载典型地被称为来源于除了燃烧发动机的主要负载之外的负载，例如在燃烧发动机被包括在车辆中的情况下用于推进车辆、以及在燃烧发动机用于发电的情况下用于驱动发电机。
根据一个实施例，该外部负载来源于以下项中的至少一个：离合器接合、动力输出装置、液压泵。
因此，根据一些示例实施例，所述燃烧发动机与动力输出装置以可操作方式连接，并且所述外部负载是来自所述动力输出装置的动力输出负载。由此，涡轮增压器系统可以被构造成补偿源自动力输出装置的外部负载，并因此防止燃烧发动机熄火。动力输出装置例如可以通过动力输出齿轮装置被机械联接到燃烧发动机的发动机曲轴。因此，该燃烧发动机和发动机曲轴可以被布置并构造成用于燃烧发动机的主要负载，并且可以并行地被布置并构造成用于驱动动力输出装置。
根据一个实施例，所述动力输出装置与由液压泵驱动的液压系统以可操作方式连接，其中，所述动力输出装置联接到所述液压泵并因此驱动所述液压泵。因此，动力输出负载对应于所述液压泵或者是由所述液压泵请求的。
因此，启动由液压系统驱动的设备(例如，由液压致动器致动的举升臂)的操作的操作者例如经由控制单元响应于增加的负载而开始液压泵的操作，这进而将负载施加在动力输出装置上，这导致需要来自所述燃烧发动机的发动机扭矩的所述外部负载。因此，如果所述燃烧发动机在燃烧发动机以低于预定转速运行的所述发动机运行模式下操作并且外部负载被确定为将导致燃烧发动机熄火的外部负载，则喷射来自所述储箱的加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮，以便防止燃烧发动机的熄火。
根据一个实施例，该外部负载对应于或来源于离合器接合负载(clutchengagement load)。因此，施加在燃烧发动机上的外部负载不需要来源于动力输出装置，而是可以与由发动机曲轴驱动的外围功能相关联。因此，涡轮增压器系统可以被构造成补偿源自外围功能的外部负载，并因此防止燃烧发动机熄火。
根据一个实施例，所述预定转速是燃烧发动机的怠速转速的250％或150％或100％。因此，该方法可以包括确定发动机运行模式的步骤，在该运行模式中，所述燃烧发动机以低于燃烧发动机的怠速转速的250％或低于其150％或低于其100％运行。由此，响应于所述预定发动机转速的设定极限，可以使用来自所述储箱的加压气体的喷射来补偿外部负载。较低的发动机转速典型地与较高的使燃烧发动机熄火(可以称为发动机熄火)的风险相关联。例如，在燃烧发动机以低于怠速转速(即，低于怠速转速的100％)运行的发动机运行模式中，可以激活燃烧发动机的怠速转速调节器以保持燃烧发动机的怠速转速。怠速转速调节器的这种激活可以用作“应该喷射来自所述储箱的加压气体以驱动涡轮增压器涡轮”的指示。
根据一个实施例，喷射来自所述储箱的加压气体的所述步骤独立于燃烧发动机的发动机转速增加动作。由此，涡轮增压器涡轮可以至少在对将导致燃烧发动机熄火的外部负载进行补偿时由加压气体驱动，而独立于燃烧发动机的发动机转速增加动作。例如，对于燃烧发动机的车辆应用言，喷射来自所述储箱的压缩气体的所述步骤独立于车辆的加速器踏板的移动。
根据一个实施例，所述涡轮增压器系统包括阀，该阀用于控制加压气体从所述储箱的释放，并且所述方法进一步包括以下步骤：操作该阀，以释放防止燃烧发动机熄火所需的加压气体。
由此，提供了一种简单但有效的、用于控制加压气体从所述储箱的释放的方法。该储箱可以例如由致动器(例如电子致动器)操作，该致动器由控制单元操作。此外，该阀可以控制将加压气体从储箱释放到燃烧发动机之前、之中和之后的各个位置，典型地经由流体连接到该阀和相应的各个位置的阀管来进行。
应当理解，当谈到该储箱能够流体连接到所述涡轮增压器涡轮时，所述储箱中的流体可以在至少一些运行模式下从储箱流动到涡轮增压器涡轮。例如，在该阀打开(即，该阀允许流体经过)的运行模式下，所述储箱可以例如经由连接到排气歧管或排气歧管管线的阀管(valve pipe)而与涡轮增压器系统流体连接。相应地，在该阀关闭(即，该阀阻止流体经过)的运行模式下，不允许流体从储箱流动到涡轮增压器涡轮。换句话说，流体分配系统典型地被布置在所述储箱与涡轮增压器系统之间。该分配系统可包括至少一个管或管道、和/或至少一个阀、和/或燃烧发动机的至少一些零件或部分。
例如，并且根据一个示例实施例，所述涡轮增压器系统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，所述阀控制从所述储箱向燃烧发动机的排气歧管、向布置在排气歧管与涡轮增压器涡轮之间的排气歧管管线、向涡轮增压器涡轮壳体、向燃烧发动机的进气歧管、向涡轮增压器压缩机壳体、或者向布置在进气歧管与涡轮增压器压缩机之间的进气歧管管线释放加压气体。由此，可以在燃烧发动机之前、之中或之后的各个位置上喷射所述加压气体。因此，所述阀管可以布置在该阀与排气歧管、排气歧管管线、涡轮增压器涡轮壳体、进气歧管、涡轮增压器压缩机壳体或进气歧管管线之间。
换句话说，该阀可以流体连接到(例如，经由所述阀管)排气歧管、排气歧管管线、涡轮增压器涡轮壳体、进气歧管、涡轮增压器压缩机壳体或进气歧管管线。
在来自所述储箱的加压气体被喷射到所述燃烧发动机的排气歧管上游(即，被喷射到所述燃烧发动机的进气歧管、进气歧管管线或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燃烧发动机中的增加的燃料喷射和/或增加的燃烧燃料量，这将导致燃烧发动机中的能量增加，并因此导致排气歧管中的压力增加且进一步导致涡轮增压器涡轮中的压力增加。换句话说，在排气歧管上游喷射加压气体导致涡轮增压器涡轮的功增加。因此，从所述储箱喷射加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮。
根据一个实施例，该阀以如下方式操作：在至少1秒内，例如在1秒至5秒之间，从所述储箱释放所述加压气体。
该阀的这种操作时间适合于至少部分地利用来自所述储箱的加压气体来驱动所述涡轮增压器涡轮，以便补偿外部负载。
根据一个实施例，所述方法包括以下步骤：在喷射来自所述储箱的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，开始或增加向燃烧发动机的燃料喷射。应当理解，开始或增加向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可以提高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：
在确定燃烧发动机以低于预定转速运行的发动机运行模式的所述步骤之后，但在喷射来自所述储箱的加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮的步骤之前，开始或增加向燃烧发动机的燃料喷射。这种燃料的喷射或增加燃料的定时(timing)适合于至少部分地驱动所述涡轮增压器涡轮，以便防止所述燃烧发动机的熄火。
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所述的用于控制流体连接到燃烧发动机的排气歧管的涡轮增压器系统的方法来实现。该燃烧发动机与动力输出装置以可操作方式连接。该涡轮增压器系统包括能够通过来自所述排气歧管的排气进行操作的涡轮增压器涡轮、以及具有加压气体的储箱，所述储箱能够流体连接到所述涡轮增压器涡轮。该方法包括以下步骤：
确定需要发动机扭矩的来自所述动力输出装置的外部负载，并且，响应于来自所述动力输出装置的所述外部负载，喷射来自所述储箱的加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮，使得涡轮增压器涡轮至少部分地由所述加压气体驱动，从而防止所述燃烧发动机的熄火。
因此，对于该第二方面而言，不需要确定燃烧发动机的转速，这是因为：无论发动机转速如何，来自储箱的加压气体都有利于用来补偿动力输出负载。换句话说，涡轮增压器系统和具有加压气体的所述储箱能够用于补偿源自动力输出装置的外部负载。因此，防止了燃烧发动机的熄火，至少降低了使燃烧发动机熄火的风险。关于本发明的第一方面提及的并且与确定燃烧发动机的转速的步骤无关的实施例在很大程度上与本发明的第二方面兼容。
例如，并且根据一个实施例，所述动力输出装置与由液压泵驱动的液压系统以可操作方式连接，其中，所述动力输出装置联接到所述液压泵并因此驱动所述液压泵，并且其中，所述外部负载是由所述液压泵请求的。因此，如前文所述，该外部负载可来源于联接到动力输出装置的液压泵。因此，来自所述储箱的加压气体的喷射可适配于液压泵的负载。
根据本发明的至少第三方面，所述目的通过根据权利要求12所述的控制单元来实现。该控制单元被配置成执行根据本发明的第一方面或第二方面描述的方法的步骤。
本发明的该第三方面的效果和特征很大程度上类似于上文分别结合本发明构思的第一方面和第二方面描述的那些效果和特征。关于本发明的第一方面提及的实施例很大程度上与本发明的第三方面兼容。
根据本发明的至少第四方面，所述目的通过根据权利要求13所述的涡轮增压器系统来实现。更具体地，本发明涉及一种与具有排气歧管的燃烧发动机一起使用的涡轮增压器系统，所述涡轮增压器系统包括：
涡轮增压器涡轮，该涡轮增压器涡轮能够通过来自所述排气歧管的排气进行操作；
包括加压气体的储箱，所述储箱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：
确定燃烧发动机以低于预定转速运行的发动机运行模式；
确定需要发动机扭矩的外部负载，该外部负载在所述发动机运行模式下将导致燃烧发动机熄火；并且随后
开始喷射来自所述储箱的加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮，使得涡轮增压器涡轮至少部分地由所述加压气体驱动，从而防止燃烧发动机的熄火。
本发明的该第四方面的效果和特征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效果和特征。关于本发明的第一方面提及的实施例很大程度上与本发明的第四方面兼容，在下文中明确地提及了其中的一些实施例。换句话说，如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使用关于本发明的第四方面描述的涡轮增压器系统。
该涡轮增压器系统还可以包括由涡轮增压器涡轮驱动的涡轮增压器压缩机，以压缩通往所述燃烧发动机的进气。因此，该涡轮增压器系统包括涡轮增压器，该涡轮增压器包括涡轮增压器涡轮和涡轮增压器压缩机，该涡轮增压器压缩机由涡轮轴机械联接到涡轮增压器涡轮。该涡轮增压器涡轮由来自所述燃烧发动机的排气和/或由来自所述储箱的加压空气驱动，并且该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。
该燃烧发动机典型地包括流体连接到所述涡轮增压器压缩机的进气歧管，用于将燃料和/或空气和/或燃料-空气混合物供应到燃烧发动机。进气歧管典型地经由布置在进气歧管与涡轮增压器压缩机之间的进气歧管管线而流体连接到涡轮增压器压缩机。对应地，排气歧管典型地经由布置在排气歧管与涡轮增压器涡轮之间的排气歧管管线而流体连接到涡轮增压器涡轮。
例如，并且根据一个实施例，所述预定转速是燃烧发动机的怠速转速的250％、150％或100％。
例如，并且根据一个实施例，所述外部负载来源于以下项中的至少一种：离合器接合、动力输出装置、液压泵。
例如，并且根据一个实施例，该涡轮增压器系统包括阀，该阀用于控制加压气体从所述储箱的释放，其中，所述控制单元被配置成控制该阀的操作，以释放防止燃烧发动机熄火所需的加压气体。可以将所述阀对加压气体的释放设定为在至少1秒或在1秒至5秒之间的预设时长内发生。
该阀可以控制将加压气体从所述储箱释放到燃烧发动机之前、之中和之后的各个位置，典型地经由流体连接到该阀和相应的各个位置的阀管来进行。例如，该阀可以流体连接到排气歧管、排气歧管管线、涡轮增压器涡轮壳体、进气歧管、涡轮增压器压缩机壳体和/或进气歧管管线，并因此被构造成将加压空气释放到排气歧管、排气歧管管线、涡轮增压器涡轮壳体、进气歧管、涡轮增压器压缩机壳体和/或进气歧管管线。
例如，并且根据一个实施例，该涡轮增压器系统包括用于向所述储箱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来开始用加压气体对所述储箱进行充气或再充气。
根据本发明的至少第五方面，所述目的通过根据权利要求18所述的涡轮增压器系统来实现。更具体地，本发明涉及一种与具有排气歧管的燃烧发动机一起使用的涡轮增压器系统，所述燃烧发动机与动力输出装置以可操作方式连接，其中，所述涡轮增压器系统包括：
涡轮增压器涡轮，该涡轮增压器涡轮能够通过来自所述排气歧管的排气进行操作，
包括加压气体的储箱，所述储箱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：
确定燃烧发动机以低于预定转速运行的发动机运行模式；
确定需要发动机扭矩的来自所述动力输出装置的外部负载，
并且，响应于来自所述动力输出装置的所述外部负载，
开始喷射来自所述储箱的加压气体以驱动所述涡轮增压器涡轮，使得涡轮增压器涡轮至少部分地由所述加压气体驱动，从而防止燃烧发动机的熄火。
因此，对于该第五方面而言，不需要由控制单元确定燃烧发动机的转速，这是因为：无论发动机转速如何，来自储箱的加压气体都有利于用于补偿动力输出负载。关于本发明的第四方面提及的并且与确定燃烧发动机的转速的步骤无关的实施例很大程度上与本发明的第五方面兼容。
例如，并且根据一个实施例，所述动力输出装置与由液压泵驱动的液压系统以可操作方式连接，其中，所述动力输出装置联接到所述液压泵并因此驱动所述液压泵，并且其中，所述外部负载是由所述液压泵请求的。因此，如前文所述，该外部负载可来源于联接到动力输出装置的液压泵。
根据本发明的至少第六方面，所述目的通过根据权利要求19所述的车辆来实现。更具体地，本发明涉及一种车辆，该车辆包括根据本发明的第四方面或第五方面的涡轮增压器系统、或者根据本发明的第三方面的控制单元。
因此，该车辆可以包括燃烧发动机、涡轮增压器系统以及可选的动力输出装置，该动力输出装置带有相关联的液压泵和液压系统。因此，该车辆可以包括根据关于本发明的第三方面描述的任何实施例来配置的控制单元。
根据一个实施例，该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七方面，所述目的通过根据权利要求20所述的计算机程序来实现，该计算机程序包括程序代码组件，该程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行本发明的第一方面或第二方面的步骤。该计算机可以例如被包括在本发明的第三方面的控制单元中或由其构成。
本发明的该第七方面的效果和特征很大程度上类似于上文结合本发明的第三方面描述的那些效果和特征。关于本发明的第一方面提及的实施例很大程度上与本发明的第七方面兼容。
根据本发明的至少第八方面，所述目的通过根据权利要求21所述的计算机可读介质来实现，该计算机可读介质携载包括程序代码组件的计算机程序，所述程序代码组件用于当所述程序产品在计算机上运行时执行本发明的第一方面或第二方面的步骤。该计算机可读介质可以例如被包括在本发明的第三方面的控制单元中。
本发明的该第八方面的效果和特征很大程度上类似于上文结合本发明的第三方面描述的那些效果和特征。关于本发明的第一方面提及的实施例很大程度上与本发明的第八方面兼容。
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，该燃烧发动机系统包括具有排气歧管的燃烧发动机和根据本发明的第四方面或本发明的第五方面的涡轮增压器系统。该燃烧发动机系统还可以包括动力输出装置，该动力输出装置机械联接到燃烧发动机，并且与由液压泵驱动的液压系统以可操作方式连接，其中，所述动力输出装置联接到所述液压泵并因此驱动所述液压泵。
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说明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图；
图3是描述了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；
图4是描述了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替代方法的步骤的流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应被解释为限于本文中阐述的实施例；而是，提供实施例是为了充分性和完整性。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
特别参考图1，根据本发明，提供了一种车辆800，该车辆800具有燃烧发动机100(例如内燃发动机100)以及涡轮增压器系统10，该涡轮增压器系统10包括涡轮增压器20、具有加压空气的储箱40以及控制单元50，例如ECU 50(下面参考图2进一步描述)。在图1中，燃烧发动机100联接到动力输出装置60，该动力输出装置60被构造用于从燃烧发动机100获取动力或扭矩并传递该动力或扭矩以驱动应用物90(在图1中，它被实施为起重机90)。更具体地，动力输出装置60联接到液压泵70，并因此被构造成驱动该液压泵70，其中，液压泵70被构造成对液压系统80加压，该液压系统80在这里被实施为起重机90的液压驱动式致动器80。图1中描绘的车辆800是卡车800，下面将详细描述的本发明构思特别适用于该卡车800。
图2示出了燃烧发动机100和涡轮增压器系统10的至少多个部分的示意性概图。在图2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2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的进气口(未示出)，用于向燃烧发动机100供应燃料和/或空气和/或燃料-空气混合物。相应地，燃烧发动机100包括排气歧管102，该排气歧管102流体连接到燃烧发动机100的排气后处理系统(未示出)。
在图2所示的示例实施例中，发动机曲轴120连接到动力输出装置60，该动力输出装置60被构造从燃烧发动机100获取动力或扭矩并将该动力或扭矩传递到应用物(例如附接工具或单独的机械)。在图2中，动力输出装置60联接到液压泵70，并因此被构造成驱动该液压泵70，其中，液压泵70被构造成对液压系统80加压，以用于驱动例如所述附接工具。
在图2的示例中，燃烧发动机100通过涡轮增压器系统10过载(overloaded)。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和已知类型的涡轮增压器压缩机24，该涡轮增压器压缩机24由涡轮轴23联接到涡轮增压器涡轮22。涡轮增压器涡轮22能够通过来自排气歧管102的排气进行操作，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经由进气歧管管线106流体连接到进气歧管104，并且被构造成对通往燃烧发动机100的进气进行压缩。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与进气歧管104之间。相应地，涡轮增压器涡轮22经由排气歧管管线108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。换句话说，排气歧管管线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。
如图2中所示，涡轮增压器系统10还包括具有加压气体的储箱40、用于将加压气体供应到储箱40的压缩机42、以及用于控制从储箱40释放加压气体的阀44。图2中的涡轮增压器系统10还包括控制单元50，该控制单元50连接到阀44和压缩机42。在图2中，阀44可以控制将加压气体从储箱40释放到燃烧发动机100之前、之中和之后的各个位置，典型地经由流体连接到阀44和相应的各个位置的阀管46来进行。在图2中，阀管46被布置成将来自储箱40的加压气体提供到排气歧管102，但如虚线的阀管46'所示，来自储箱40的加压气体可以替代地被喷射到排气歧管管线108、涡轮增压器涡轮22的壳体、进气歧管104、涡轮增压器压缩机24的壳体、或者进气歧管管线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被配置成确定燃烧发动机100以低于预定转速运行的发动机运行模式，并确定需要发动机扭矩的外部负载(该外部负载在所述发动机运行模式下(即，在预定转速下或低于预定转速时)将导致燃烧发动机100熄火)，并且随后，开始将加压气体从储箱40喷射到涡轮增压器涡轮22，使得涡轮增压器涡轮22至少部分地由该加压气体驱动。由此，可以防止燃烧发动机100的熄火。此外，通过使用来自储箱40的加压气体至少部分地驱动涡轮增压器涡轮22，不需要增加发动机转速来补偿外部负载。换句话说，来自储箱40的加压气体的喷射可以独立于燃烧发动机100的发动机转速增加动作。例如，如果燃烧发动机100和涡轮增压器系统10被包括在车辆中，则来自储箱40的加压气体的喷射可以独立于车辆800的加速器踏板。
更具体地，控制单元50被配置成：通过控制所述阀44的操作以释放防止燃烧发动机100熄火所需的加压气体，来开始来自储箱40的加压气体的喷射以至少部分地驱动涡轮增压器涡轮22。控制单元50可以例如被配置成在至少1秒或在1秒至5秒之间的预设时长内从储箱40释放加压气体。例如，该储箱的尺寸以及经由阀44释放的加压气体可以设定大小和尺寸而使得储箱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可以通过来自储箱40的加压气体来操作例如至少5秒。当储箱40已经至少部分耗尽或排空时，可以使用例如压缩机42来对储箱40进行再充气。根据一个实施例，控制单元50被配置成使用压缩机42来开始用加压气体对储箱40进行再充气。
根据一个示例实施例，所述预定转速是该燃烧发动机的怠速转速的250％或150％或100％。因此，控制单元50可以被配置成确定燃烧发动机100以低于燃烧发动机100的怠速转速的250％或低于其150％或低于其100％运行的发动机运行模式。典型地，对于需要发动机扭矩的给定的外部负载而言，燃烧发动机100的较低转速(发动机转速)对应于较高的使燃烧发动机100熄火(发动机熄火)的风险。因此，在低于怠速转速的100％的发动机转速下(即，在低于怠速的发动机转速下)，发动机熄火的风险相对高，并且，使用所喷射的加压气体来驱动涡轮增压器涡轮22是特别有利的。
根据一个示例实施例，所述外部负载可以是来自动力输出装置60的动力输出负载。例如，被构造成对液压系统80加压的液压泵70可以由动力输出装置60驱动，并且所述动力输出负载因此可以是与液压泵70相关的负载。换句话说，动力输出装置60驱动液压泵70，该液压泵70驱动液压系统80或对液压系统80加压，这进而可以用来操作例如液压致动器，并且所述外部负载可以对应于操作液压泵70所需的动力输出负载。根据一个示例实施例，所述外部负载可以是离合器接合负载，或者换句话说，所述外部负载可以对应于源自离合器接合的负载。
根据替代的示例实施例，控制单元50被配置成确定需要发动机扭矩的来自动力输出装置60的外部负载，并且，响应于来自动力输出装置60的外部负载，将加压气体从储箱40喷射到涡轮增压器涡轮22，使得涡轮增压器涡轮22至少部分地由该加压气体驱动。由此，不需要增加燃烧发动机100的转速以补偿动力输出，而是，来自动力输出装置60的外部负载可以由来自储箱40的加压气体来补偿。因此，对于这种实施例，不需要确定燃烧发动机100的转速，这是因为：无论发动机转速如何，来自储箱40的加压气体都有利于用于补偿动力输出负载。如前文所述，所述外部负载可来源于联接到动力输出装置60的液压泵70。
应当注意，图1中的车辆800可以包括燃烧发动机100、涡轮增压器系统10以及可选的动力输出装置60，该动力输出装置60带有相关联的液压泵70和液压系统80。因此，车辆800可以包括根据参考图2描述的任一实施例来配置的控制单元50。
本发明还涉及一种用于控制涡轮增压器系统(例如图2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燃烧发动机的排气歧管(也如图2中所示)。因此，下面将参照图3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，在下文中，当描述图3的流程图中的方法的步骤时，使用图1和图2的附图标记)。
在第一步骤601中，确定燃烧发动机100以低于预定转速运行的发动机运行模式。该发动机运行模式可以例如基于发动机转速或阈值发动机转速来限定，例如，该发动机转速或阈值发动机转速由控制单元50检测，或由控制单元50设定并控制(即，控制单元50指示该燃烧发动机100根据其中燃烧发动机100以低于预定转速运行的发动机运行模式来运行)。
应当理解，燃烧发动机100典型地具有多个发动机运行模式，所述多个发动机运行模式对应于燃烧发动机100如何操作的模式或状态或条件，并且所述发动机运行模式中的一些运行模式对应于发动机转速低于预定转速的状态。因此，在该发动机运行模式中，其它发动机参数(例如进气温度、燃料喷射的定时等)可以变化，但燃烧发动机100的转速将低于预定转速。
根据一个实施例，燃烧发动机100以低于预定转速的发动机转速操作的发动机运行模式是第一发动机运行模式，其中，控制单元50被配置成确定燃烧发动机100以低于预定转速的发动机转速操作的第二发动机运行模式，该第二发动机运行模式在第一发动机运行模式之后发生。在第二发动机运行模式期间或在第二发动机运行模式时，控制单元50可以被配置成停止来自储箱40的加压气体的喷射。所述预定转速例如可以被设定为燃烧发动机100的怠速转速的250％、150％或100％。
在第二步骤603中，确定需要发动机扭矩的外部负载，该外部负载在所述发动机运行模式下(即，在燃烧发动机100的预定转速时或低于燃烧发动机100的预定转速)将导致燃烧发动机100熄火。所述外部负载可以例如来源于离合器接合、动力输出装置60或液压泵70。所述外部负载可以由控制单元50检测，或可以通过使用控制单元50来设定和控制。更具体地，并且根据一个示例，涡轮增压器系统10的操作者可以例如通过操作由前述液压系统80(并因此由液压泵70)驱动的设备或通过进行离合器接合而请求所述燃烧发动机100的外部负载或动力输出，并且由于控制单元50可以处理这种请求或参与执行这种指令，所以对应的信息可以由控制单元50处理，且因此它可以用于确定所请求的外部负载对应于所需的发动机扭矩，该外部负载可能导致燃烧发动机100在预定转速下或低于预定转速时熄火。根据一个实施例，通过测量一个或多个容量参数(例如，涡轮增压器涡轮22的增压压力)来确定需要发动机扭矩的外部负载，该外部负载在预定转速下或低于预定转速时将导致燃烧发动机100熄火。如果增压压力下降到低于某个极限，则由于给燃烧发动机100的外部负载，控制单元50能够确定该外部负载可能导致燃烧发动机100熄火。
根据一个实施例，涡轮增压器系统10包括阀44，如前文所述，阀44用于控制加压气体从储箱40的释放。因此，在可选的第三步骤605中，操作该阀44以从储箱40释放加压气体。如前文所述，阀44可以连接到阀管46，该阀管46又被连接以将加压气体供应到排气歧管102、排气歧管管线108、涡轮增压器涡轮22的壳体、进气歧管104、涡轮增压器压缩机24的壳体、和/或进气歧管管线106。阀44可以以如下方式操作：即，加压气体在至少1秒内(例如在1秒至5秒之间)从储箱40中释放。
在第四步骤607中，喷射来自储箱40的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至少部分地由该加压气体驱动。
现在将参考图4中的流程图来描述本发明的替代实施例，图4描述了用于控制涡轮增压器系统(例如图2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燃烧发动机的排气歧管(也如图2所示)，其中，该燃烧发动机机械联接到动力输出装置(如图2中所示的动力输出装置60)。因此，在下文中，当描述图4的流程图中的方法的步骤时，使用了图1和图2的附图标记。
在第一步骤801中，确定需要发动机扭矩的来自动力输出装置60的外部负载。因此，该外部负载来源于动力输出装置60，并且典型地来源于用于对液压系统80加压的液压泵70。如前文所述，该外部负载可以由控制单元50检测，或可以通过使用控制单元50来设定和控制。
在第二步骤803中，响应于来自动力输出装置60的外部负载，将来自储箱40的加压气体喷射到涡轮增压器涡轮22，使得该涡轮增压器涡轮22至少部分地由加压气体驱动。由此，不需要增加燃烧发动机100的转速以补偿动力输出，而是来自动力输出装置60的外部负载可以由来自储箱40的加压气体补偿。因此，对于这种实施例，不需要确定燃烧发动机100的转速，这是因为：无论发动机转速如何，来自储箱40的加压气体都有利于用于动力输出负载。如前文所述，该外部负载可来源于联接到动力输出装置60的液压泵70。
应当注意，可以在参考图4描述的方法的第一步骤801和第二步骤803之间执行与图3的可选的第三步骤605相对应的步骤。
例如，控制单元50可以表现为通用处理器、专用处理器，包含处理部件的电路、一组分布式处理部件、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还可以包括微处理器、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还可以包括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，上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器)的情况下，该处理器还可以包括控制所述可编程设备的操作的计算机可执行代码。
(控制单元50的)该处理器可以是或可以包括用于进行数据或信号处理或者用于执行存储在存储器中的计算机代码的、任何数量的硬件组件。该存储器可以是用于存储数据和/或计算机代码的一个或多个设备，以用于完成或促进本说明书中描述的各种方法。该存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器。该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，该存储器以可通信方式连接到处理器(例如，经由电路或任何其它有线、无线或网络连接)，并且包括用于执行本文中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，并且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施，其中，每个控制单元均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。
本公开考虑了在任何机器可读介质上的用于完成各种操作的方法、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，或者通过用于为此目的或其它目的而并入的适当系统的专用计算机处理器来实现，或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具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构。这种机器可读介质能够是可由通用或专用计算机或者具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。
举例来说，这种机器可读介质能够包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁性存储设备，或能够用于承载或存储所需程序代码的任何其它介质，该程序代码为机器可执行指令或数据结构的形式，并且能够被通用或专用计算机或其它具有处理器的机器访问。当信息通过网络或另一通信连接(硬接线、无线、或者硬接线或无线的组合)传输或提供到机器时，此机器会将该连接正确地视为机器可读介质。因此，任何这种连接都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以及设计者的选择。所有这种变型都在本公开的范围内。同样，软件实现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，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。此外，即使已经参考本公开的特定示例性实施例描述了本公开，但对于本领域技术人员而言，许多不同的改变、变型等将变得明显。
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发出数据。
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，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。因此，通过研究附图、本公开内容和所附权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的本公开内容时能够理解和实现所公开的实施例的各种变型。此外，在权利要求书中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”未排除多个。
