CN104632340B - 主动式排气脉冲管理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及主动式排气脉冲管理。提供了用于调整被附接至升压的发动机系统中的分离式排气歧管的分支的体积控制阀的方法和系统。体积控制阀调整被用在不同的发动机工况下，以改善发动机性能和升压响应。一种示例方法包括，当需要增加的升压以便排气涡轮加速旋转时，响应于踩加速器踏板而关闭体积。

Description

主动式排气脉冲管理

技术领域

本申请涉及一种用耦接至升压发动机系统中的分离式排气歧管的阀控制的受控体积。

背景技术

脉冲分开的分离式排气歧管可以被用来向涡轮增压器输送更高的排气压力，从而使涡轮升压发动机性能提高。分开的排气路径还防止排气在相邻汽缸中的捕集(其可能导致汽缸失火)。多种方法可以被用来在变化的工况下控制排气歧管压力和涡轮转速以调节升压。

Danet等人在WO2008/078020中示出了一种示例方法，其中升压发动机系统包括可变体积排气歧管。其中，经由两个分开的路径将排气流引导至涡轮增压器的双涡管，以提供升压和发动机转速控制。分离式排气管各自在涡轮上游被连接至存储体积，并且每个体积由打开或关闭所述存储体积的蝶形阀基于发动机转速而控制。在低发动机转速下，存储体积被关闭以保存排气压力，但在高发动机转速下，存储体积被打开以增加排气体积并减少泵气损失。该阀还可以采取半关闭或半打开位置。

发明人在此已经意识到上述方法的潜在问题。即使分离式歧管提供脉冲保存，取决于发动机转速，它们也可能在一些状况下将排气门暴露在更高的压力下。例如，即使在更低的转速下，分离式歧管中的排气压力脉动可能会高到足以在燃烧循环中的不适时的时刻迫使排气门打开。例如，排气压力脉冲会在分离式歧管中产生高到足以在汽缸的进气行程期间迫使排气门打开、从而无意地允许排气进入汽缸的峰值排气压力。这会具有负面结果(包括发动机功率和效率的显著损失)，同时增加燃烧不稳定性。

发明内容

发明人在此已经认识到上述问题，并且确定了各种方案来解决它们。

一种方案提供了这样的一种方法，该方法包括，响应于发动机工况而打开发动机的分离式排气歧管上的体积控制阀，但是响应于操作者踩加速器踏板而关闭体积。例如，即使发动机转速状况可以指定用于期望的稳态发动机效率的打开值，通过关闭的阀位置获得的增加的涡轮增压器旋转加速响应性也可以提供期望的操作者性能。因此，通过在这类瞬变状况期间至少暂时关闭阀，能够实现改善的性能。一旦通过瞬变(例如，在升压水平已经到达阈值之后)，该阀能够基于发动机转速返回到其期望的位置。

同样，即使发动机转速状况可以指定用于期望的稳态发动机效率的关闭值，增加的峰值排气背压也可能在进气行程期间引起汽缸中与排气连通的一个汽缸的排气门无意地打开。因此，通过在这类状况期间至少暂时打开体积控制阀，能够减少退化的燃烧性能。一旦峰值排气背压减弱，该阀能够基于发动机转速返回到其期望的位置，以便为有效地驱动涡轮增压器保存排气脉冲。以此方式，高效地平衡系统同时减少排气门的无意打开是可能的。

在另一实施例中，一种方法包括，在扭矩需求的瞬间增加(例如，踩加速器踏板)(其中扭矩需求增加超过阈值并且要求在阈值之上的升压压力)期间，可以独立于其他发动机状况(例如，引起不适时的排气门的打开的更高排气压力)关闭体积控制阀，以便向涡轮增压器提供增加的排气压力脉冲。另一方面，如果升压压力已经足够高并且更高的排气压力存在，则可以打开体积控制阀，以减小排气峰值排气压力并减少排气门的无意打开。

应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，要求保护的主题的范围被紧随具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了带有分离式排气歧管和排气再循环(EGR)系统的涡轮升压发动机系统的示意图。

图2A描述了被附接至连接到汽缸2和3的排气端口的排气管的受控体积。

图2B和图2C是带有控制阀的体积的细节图。图2B是平面图，而图2C是正视图。

图3-5描绘了用于基于各种发动机工况调整体积控制阀的位置的示例流程图。

图6图示说明了体积控制阀响应于踩加速器踏板和排气压力的运转。

图7示出了当体积控制阀打开时高排气压力对排气门和排气压力峰值的减小的影响。

具体实施方式

以下描述涉及用于使如图1所示的分离式排气歧管和排气再循环(EGR)系统的升压发动机运转的系统和方法。如图2A所示，受控体积被附接至来自汽缸2和3的排气管。如图2B和图2C所示，根据歧管中的排气压力，阀可以打开或关闭该体积。控制器可以被配置为执行例程(诸如图3的例程)，以基于各种发动机工况调整该阀的位置(例如从初始位置开始)。例如，可以基于发动机启动、踩加速器踏板、爆震或DFSO的存在而调整体积控制阀位置。可以在扭矩瞬变(图4)(例如，踩加速器踏板)期间调整阀位置，以减少涡轮迟滞。可以使用对一个或更多个发动机致动器的伴随调整来补偿与受控体积的打开或关闭相关联的扭矩扰动(图5)。在图6和7中示出了基于排气压力和发动机工况的示例体积控制阀调整。

图1示出了可以被包括在汽车的推进系统中的发动机10的示意图。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统以及经由输入装置16来自车辆操作者14的输入控制。在这个示例中，输入装置16包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器18。在一些示例中，控制器12可以是微型计算器，其包括：微处理器单元、输入/输出端口、只读存储器、随机访问存取存储器、保活存取器和常规数据总线。

发动机10可以包括多个燃烧室(即，汽缸)，燃烧室可以被汽缸盖(未示出)覆盖在顶部上。在图1中示出的示例中，发动机10包括以直列式4缸构造形式布置的燃烧室20、22、24和26。然而，应当理解，尽管图1示出了四个汽缸，但发动机10可以包括任何构造形式(例如，V-6、I-6、V-12、对置4缸)的任何数量的汽缸。

尽管在图1中未示出，但发动机10的每个燃烧室(即，汽缸)可以包括燃烧室壁，活塞被设置在其中。活塞可以被耦接至曲轴，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。例如，曲轴可以经由中间变速器系统耦接至车辆的至少一个驱动轮。另外，启动马达可以经由飞轮耦接至曲轴，以实现发动机10的启动运转。

每个燃烧室可以经由进气通道30从进气歧管27接收进气。进气歧管27可以经由进气道耦接至燃烧室。例如，进气歧管27在图1中被示为分别经由进气道32、34、36和38耦接至汽缸20、22、24和26。各个进气道可以向各自的汽缸供应空气和/或燃料，用于燃烧。

每个燃烧室可以经由耦接至其的排气道排出燃烧气体。例如，排气道40、42、44和46在图1中被示为分别耦接至汽缸20、22、24、26。这是分离式歧管，排气道40和46通向单独的排气歧管28，而排气道42和44合并至外部排气管容纳通道29，外部排气歧管在汽缸盖的外部。都被形成在外部排气管中的两个排气通道28和29随后合并为一个排气管31，排气管31被连接至涡轮增压器90的涡轮92。在替代实施例中，所形成的排气管可以被完全或部分地集成在汽缸盖中。

每个汽缸进气道可以经由进气门与汽缸选择性地连通。例如，汽缸20、22、24和26在图1中被示为分别具有进气门48、50、52和54。同样，每个汽缸排气道可以经由排气门与汽缸选择性地连通。例如，汽缸20、22、24和26在图1中被示为分别具有排气门56、58、60和62。在一些示例中，每个燃烧室可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

尽管在图1中未示出，但在一些示例中，每个进气门和排气门可以由进气凸轮和排气凸轮致动。替代地，可以通过机电控制的气门线圈和衔铁组件来操作进气门和排气门中的一个或更多个。进气凸轮的位置可以由进气凸轮传感器确定。排气凸轮的位置可以由排气凸轮传感器确定。

进气通道30可以包括具有节流板66的节气门64。在这个具体的示例中，控制器12可以经由提供给被包括在节气门64内的电动马达或致动器的信号来改变节流板66的位置，这种构造通常被称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，节气门64可以被操作为改变提供给燃烧室的进气。节流板66的位置可以通过来自节气门位置传感器68的节气门位置信号TP提供给控制器12。进气通道30可以包括质量空气流量传感器70和歧管空气压力传感器72，用于向控制器12提供各自的信号MAF和MAP。

在图1中，例如，燃料喷射器被示为直接耦接至燃烧室，用于经由电子驱动器与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到燃烧室中。例如，燃料喷射器74、76、78和80在图1中被示为分别耦接至汽缸20、22、24和26。以此方式，燃料喷射器提供了所谓的燃料到燃烧室内的直接喷射。例如，各个燃料喷射器可以被安装在各自的燃烧室的侧面或各自的燃烧室的顶部。在一些示例中，一个或更多个燃料喷射器可以以如下构造被布置在进气歧管27中，所述构造提供了所谓的燃料到各个燃烧室上游的进气道的进气道喷射。尽管在图1中未示出，但燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵、燃料管路和燃料轨道的燃料系统输送至燃料喷射器。

在一些示例中，响应于控制器12，无分电器式点火系统(未示出)可以向耦接至燃烧室的火花塞提供点火火花。例如，火花塞82、84、86和88在图1中被示为分别耦接至汽缸20、22、24和26。

发动机10可以包括涡轮增压器90。涡轮增压器90可以包括耦接在公共轴96上的排气涡轮92和进气压缩机94。涡轮92可以被配置为接收来自当排气被供应到涡轮92时其排气脉冲彼此干扰的汽缸的分开的排气。例如，如果四缸发动机(例如，诸如在图1中示出的I4发动机)具有点火顺序1-3-4-2(例如，汽缸20，紧接着是汽缸24，紧接着是汽缸26，紧接着是汽缸22)，则汽缸20可以结束其膨胀行程，并且使其排气门打开，而汽缸22仍使其排气门打开。在未分开的排气歧管中，来自汽缸20的排气压力脉冲会干扰汽缸22排出其排气的能力。然而，通过使用汽缸20的排气道40和汽缸26的排气道46被连接至第一排气歧管28而汽缸22的排气道42和汽缸24的排气道44被连接至第二排气歧管29的分离式歧管，可以使排气脉冲分开，以保存高脉冲能量并改善涡轮性能。排气歧管28和29在其Y形接合处146的上游被维持完全分开，从而减少排气脉冲的任何干扰，并将不同的脉冲输送到排气涡轮92内。

第二排气歧管29可以包括体积/容积(volume)135以及控制阀137，基于由控制器12估计的第二排气歧管29中的排气压力打开或关闭控制阀137。体积135在Y形接合处144的下游但是在排气涡轮92的上游被附接至歧管29。该体积是仅带有一个由阀137控制的出口的密闭室。被耦接至第二排气歧管29的体积135专门分别与汽缸22和24以及排气门58和60连通。另一实施例可以包括被附接至第一排气歧管28的类似的体积139以及第二控制阀141。在本文中，体积139专门分别与汽缸20的排气门56和汽缸26的排气门62连通。因此，每个排气歧管能够包括可控体积与控制阀，其中基于体积被耦接至的排气歧管中的排气压力阈值独立地控制每个体积。例如，与一个歧管相比，另一个歧管能够容许阀在更高的升压水平保持关闭，而排气门不会突然打开。

在另一实施例中，体积135也可以被形成在其中具有歧管29(和28)的集成的排气歧管内。

在以下描述中，发动机仅具有一个被附接至第二排气歧管29的由阀137控制的体积135。然而，对于被耦接至另一排气歧管的第二体积和第二控制阀(139/141)，在本文中所描述的方法是可以复制的。

废气门110可以被耦接在涡轮92的两端。具体地，废气门110可以被包括在耦接在排气涡轮的入口与出口之间的旁路108中。通过调整废气门110的位置，可以控制由涡轮提供的升压量。

离开涡轮92和/或废气门110的排气可以经过排放控制装置112。在一个示例中，排放控制装置112可以包括多块催化剂砖。在另一示例中，可以使用多个排放控制装置，每个排放控制装置均具有多块砖。在一些示例中，排放控制装置112可以是三元型催化剂。在其他示例中，排放控制装置112可以包括一个或多个柴油氧化催化剂(DOC)和选择性催化还原催化剂(SCR)。在经过排放控制装置112之后，排气可以被引导至排气尾管114。

发动机10可以包括一个或更多个排气再循环(EGR)系统，用于使离开发动机10的某一量的排气再循环回到发动机进气装置。例如，发动机10可以包括第一低压EGR(LP-EGR)系统116，用于使一部分排气从排气歧管再循环至进气歧管，具体地，从涡轮92下游的发动机排气装置再循环至进气压缩机94上游的发动机进气装置。LP-EGR系统可以包括LP-EGR管道118、LP-EGR阀120和LP-EGR冷却器122，其中LP-EGR阀120被配置为控制沿着LP-EGR管道118被再循环的排气量，LP-EGR冷却器122用于在排气输送至进气装置之前冷却排气。

额外地或单独地，发动机10还可以包括高压EGR(HP-EGR)系统126，用于使一部分排气从排气歧管再循环至进气歧管，具体地，从涡轮92上游的发动机排气装置再循环至压缩机94下游的发动机进气装置。HP-EGR系统可以包括HP-EGR管道128、HP-EGR阀130和HP-EGR冷却器132，其中HP-EGR阀130被配置为控制沿着HP-EGR管道128被再循环的排气量，HP-EGR冷却器132用于在排气输送至进气装置之前冷却排气。

在一些状况下，EGR系统116和126中的一个或更多个可以被用来调节燃烧室内的空气与燃料混合气的温度和/或稀释，由此在一些燃烧模式期间提供控制点火正时的方法。另外，在一些情况下，通过控制排气门正时，可以在燃烧室中保留或捕集一部分燃烧气体。

在一些示例中，控制器12可以是微型计算机，其包括：微处理器单元、输入/输出端口、只读存储器、随机存取存储器、保活存取器和常规数据总线。控制器12在图1中被示为接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括：来自温度传感器138的发动机冷却液温度(ECT)；感测曲轴位置的发动机位置传感器140，例如，霍尔效应传感器。大气压力也可以被感测(传感器未示出)，以便由控制器12进行处理。在一些示例中，发动机位置传感器140在曲轴的每次旋转时产生预定数量的等间距脉冲，根据这些脉冲可以确定发动机转速(RPM)。此外，各种传感器可以被用来确定涡轮增压器的升压压力。例如，压力传感器133可以被布置在压缩机94下游的发动机进气装置中，以确定升压压力。此外，至少第二排气歧管29可以包括用于监测排气状况的各种传感器，诸如排气氧传感器134。排气氧传感器134可以是用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。

基于来自各种传感器的输入，控制器12可以被配置为执行各种控制例程(诸如参照图3-5所描述的那些)并致动一个或更多个发动机致动器。例如，致动器可以包括进气节气门64、废气门110和体积控制阀137。

图2A描绘了被附接至第二排气歧管29的体积135以及控制阀137。在该系统中的排气歧管可以集成到汽缸盖内，并且被配置为排出来自汽缸20、22、24和26的燃烧产物。每个汽缸均可以包括两个排气门，用于将燃烧气体的排污(blowdown)部分和净化(scavenging)部分分开地引导到排气道40、42、44和46内。因此，每个排气道均具有两个分支，这两个分支与排气门选择性地连通。

这是分离式歧管，被连接至汽缸20的端口40和汽缸26的端口46的排气流道在Y形接合处144处合并为第一排气歧管28，而被耦接至汽缸22的端口42和汽缸24的端口44的排气流道在Y形接合处144处合并为第二排气歧管29。第一和第二排气歧管不连通，并且类似地，被耦接至不同子组中的汽缸的排气流道不连通。因此，来自不同子组中的汽缸的排气脉冲可以被分开，使得来自一个汽缸的回吹(blowback)不会干扰在点火顺序上相邻的另一汽缸中的燃烧。在集成的排气歧管中，来自第一排气歧管28和第二排气歧管29的管件可以延伸到集成的排气歧管的外部，并在排气涡轮的上游合并。

图2B和图2C示出了体积及其阀的更详细的图。体积控制阀137包含致动器13、连杆15，其中连杆15移动转动臂17，转动臂17继而致动阀挡板19，以打开和关闭体积135的入口。在一些示例中，致动器可以是真空致动器，其被耦接至由控制器12管理的真空调节阀。如在本文中所描述的，可以基于来自控制器的信号关闭或打开阀挡板19，控制器取决于发动机工况并且基于涡轮增压器是否将要提供更多升压来调整该位置。

在一个示例中，致动器13可以经由这样的轴控制阀，该轴延伸穿过排气通道，可选地通过与排气通道物理上分开并且不与排气通道连通的通道的内孔。这种布置可以减少致动器上的热负载。

注意，图2A-2C近似按比例绘制，但如果需要，可以使用其他相对尺寸。

在图3处示出了可以由控制器12执行的示例例程。具体地，该例程可以确定初始体积控制阀位置，然后基于发动机工况(包括基于发动机限制、瞬变等)，可以经由图3-5的具体例程和子例程进一步更改阀位置。该例程还可以使废气门调整和EGR阀调整(包括HP-EGR和LP-EGR调整)能够与体积控制阀调整相协调，以改善发动机性能和扭矩输出。

在302处，该例程包括估计和/或测量发动机工况。例如，这些可以包括发动机转速、扭矩需求、催化剂温度、发动机温度、排气空燃比、MAP、MAF、大气压力等。在304处，基于估计的发动机工况，可以确定初始体积控制阀位置。例如，在稳态状况下，如果发动机转速超过导致排气歧管中的更高排气压力的阈值，则可以打开体积控制阀以减少泵气损失。如果发动机转速低于阈值转速并且排气压力低于可接受极限，则关闭体积控制阀。在306处，可以确定发动机启动状况是否存在。这些状况可以是冷启动或热启动。发动机启动可以包括经由马达(诸如启动马达)从静止起动转动发动机。为了加快为踩加速器踏板准备的涡轮升压系统中的排气涡轮加速旋转(spool-up)，可以迅速地增加排气压力。为了实现它，可以至少在发动机启动的早期部分期间暂时关闭体积控制阀，以升高排气歧管压力并加快涡轮加速旋转。

如果发动机启动状况存在，则在308处，该例程将关闭体积控制阀，以便为涡轮增压器提供高排气压力。废气门调整可以与对应的体积控制阀移动相协调，并且基于对应的体积控制阀移动。

在发动机启动已经完成(热启动或冷启动)之后，该例程进入到310，在310中可以确定是否存在任何瞬变。例如，可以确定是否存在扭矩需求的突然增加(例如，由于踩加速器踏板)。如果是，则在312处，该例程包括基于瞬变状况调整体积控制阀以满足瞬变扭矩需求。如图4将会详述的，这可以取决于升压压力和排气压力。废气门调整可以与对应的体积控制阀调整相协调，并且基于对应的体积控制阀调整。

在314处，可以确定减速燃料切断(DFSO)状况是否已经满足。DFSO事件可以响应于扭矩需求小于阈值，例如在松加速器踏板期间。在其中，汽缸燃料喷射可以被选择性地停止。在发动机被配置为响应于怠速停止状况被选择性地停用的替代示例中，响应于怠速停止运转被执行(其中汽缸燃料喷射被停用同时火花也被停用)，可以确认发动机停用。如果DFSO被确认，则在316处，该例程关闭或维持关闭的体积控制阀。废气门调度和位置将会基于DFSO的指示，以增加涡轮转速，并改善对下一次踩加速器踏板的响应性。

在318处，可以确定是否存在发动机爆震的任何指示。如果是，则在320处，该例程包括打开体积控制阀以降低排气压力。因此，发动机爆震可以是由于汽缸的火花点火事件之后发生在汽缸中的异常燃烧事件而导致的。这会导致汽缸中的高压，并且因此导致更高的排气压力。基于其他发动机状况和爆震的存在，控制器可以打开体积控制阀，以允许压力消散。相反，无意地准许排气到发动机汽缸内可能会引起发动机爆震，因此体积控制阀的打开不仅能够减少排气的无意准许，而且能够减少导致的发动机爆震。

继续图3，该例程还包括调整VCT、节气门位置、火花正时、汽缸燃料供给和被输送至有爆震倾向的汽缸的EGR中的一个或更多个，该调整基于体积控制阀位置。因此，这些可以包括被用来解决爆震的致动器调整。例如，响应于爆震的指示，可以延迟火花正时，其中基于体积控制阀的打开应用火花延迟量。

在322处，可以确定是否预期到由于体积控制阀调整(诸如由于在308-320处的先前的阀调整中的任一个)而导致的扭矩扰动。如果是，则在324处，该例程包括调整一个或更多个发动机扭矩致动器以减少即将发生的扭矩扰动的影响。通过调整体积控制阀运转的正时，扭矩扰动可以被更好地掩盖，从而改善车辆操作者的驾驶感觉。在一个示例中，可以使体积控制阀调整的正时与变速器事件部分地重叠，从而减少扭矩冲击(bump)的影响，由此改善驾驶性能。参照图5描述了为了掩盖扭矩扰动而执行的示例扭矩致动器调整和体积控制阀正时调整。

以此方式，通过单独或结合废气门和EGR阀调整使用体积控制阀调整，能够提供升压益处的发动机运转范围被提高。总的来说，提高了发动机性能，同时还改善了燃料经济性。

现在转向图4，示出了可以在增加的扭矩需求期间(诸如在踩加速器踏板之后)执行的示例例程400。该方法允许减少涡轮迟滞。

在402处，该例程包括估计和/或测量发动机工况，诸如发动机转速、发动机冷却液温度、排气催化剂温度、扭矩需求、BP、MAP、MAF等。在404处，该例程检查歧管29中的平均排气压力是否低于阈值压力。基于发动机RPM、气流、升压压力以及其他参数估计平均排气压力。如果排气压力低于阈值，则在406处，关闭体积控制阀，从而允许高压进入涡轮增压器90。如果排气压力超过阈值，则在408处，打开体积控制阀，从而降低排气压力并防止汽缸22和24中的排气门被迫打开。

在410处，踩加速器踏板可以被确认。例如，可以确定扭矩需求是否已经在阈值时间内增加多于阈值量，和/或加速器踏板已经被压低多于阈值量。踩加速器踏板可以是从怠速状况(例如，踏板在充分释放的位置)或从稳态巡航状况(例如，踏板被部分地压低)开始的踩加速器踏板。如果踩加速器踏板状况没有被确认，则在414处，该例程包括使体积控制阀离开其在406或408处确定的当前位置。此外，残余物可以经由(多个)EGR系统从发动机排气装置被再循环至发动机进气装置，其中阀被调整至在402处确定的设置，以满足扭矩需求。这包括，在发动机系统包括LP-EGR系统的情况下调整LP-EGR阀，而在发动机系统包括HP-EGR系统的情况下调整HP-EGR阀，以提供经确定的排气再循环量。

如果踩加速器踏板被确认，则在412处，该例程执行对升压压力水平的检查。如果升压压力小于阈值，则在416处，关闭体积控制阀，以减少涡轮迟滞，并且可能地以高排气压力的代价提高升压压力。因此，即使排气压力高于阈值水平也可以关闭阀，以便响应于踩加速器踏板而加速涡轮增压器并升高升压压力。如果升压压力已经超过阈值，则在418处，该例程执行对排气压力水平的另一检查。如果排气压力低于阈值排气压力，则在420处体积控制阀被关闭(或维持关闭)。如果排气压力超过阈值水平，则在422处体积控制阀被打开(或维持打开)以减少排气门上的压力。

另外，在424处，响应于在402处估计的踩加速器踏板或发动机扭矩需求，可以基于给定的体积控制阀位置来调整被耦接在排气涡轮两端的废气门的位置。通过关闭废气门，能够进一步增加排气歧管压力。例如，当升压压力低于阈值时并且当体积控制阀被关闭时，可以朝向完全关闭位置移动废气门。替代地，当歧管中的排气压力高到足以迫使排气门58和60打开并且体积控制阀处于打开位置时，还可以打开废气门阀，以使更多排气转向远离歧管，并允许排气压力的进一步降低。只要升压压力已经超过所需的阈值，这就会发生。

在426处，该例程包括调整被再循环至发动机进气装置的排气量。具体地，当体积控制阀处于完全关闭位置时，可以减少EGR量。在一些实施例中，发动机可以包括EGR系统，EGR系统具有在LP-EGR通道中的LP-EGR阀以及在HP-EGR通道中的HP-EGR阀，LP-EGR通道用于将排气从涡轮下游的排气歧管再循环至压缩机上游的进气装置，HP-EGR通道用于将排气从涡轮上游的排气歧管再循环至节气门下游的进气歧管。发动机控制器可以响应于踩加速器踏板而调整LP-EGR阀和HP-EGR阀中的每一个，以基于体积控制阀关闭而改变HP-EGR与LP-EGR的比率。作为一个示例，控制器可以增加LP-EGR阀的打开，同时减小HP-EGR阀的打开，以增加LP-EGR与HP-EGR的比率。在另一示例中，控制器可以减少LP-EGR阀和HP-EGR阀中的每一个的打开，以减少发动机稀释。

以此方式，可以基于发动机转速以及踩加速器踏板状况和歧管中的排气压力进行对体积控制阀的调整。例如，当确定发动机转速超过阈值时，可以打开体积控制阀以减少泵气损失。然而，在踩加速器踏板的状况下能够超控(override)该位置。例如，即使已经基于发动机转速打开阀，也可以响应于踩加速器踏板而暂时关闭该阀。一旦已经达到所需的升压之后，接着可以根据稳态状况下的发动机转速来调整阀位置。类似地，初始阀位置可以基于当体积控制阀关闭时发动机转速低于阈值转速。然而，该位置会受排气歧管中的高排气压力影响。即使发动机转速低于阈值并且当升压压力超过所需的阈值时，也可以在这样的情况下打开阀，以限制排气门在高压下的暴露。

现在参照图6描述示例体积控制阀调整。图6的映射图600描绘了体积控制阀将会被打开或被关闭的状况(特别是，踩加速器踏板)。映射图600在曲线602处描绘了踏板位置，在曲线604处描绘了升压压力，在曲线606处描绘了平均排气压力，并且在曲线608处描绘了体积控制阀调整。所有曲线随着时间进行描述，沿着x轴进行绘制。

在t1之前，发动机可以正在怠速下运转或以发动机转速低于阈值转速并且体积控制阀(曲线608)关闭的稳态模式运转。在t1处，踩加速器踏板事件可以被确认。同时，升压压力小于指示对涡轮增压器加速旋转的需要的上限阈值。曲线606示出了在t1处，排气歧管29中的平均排气压力小于阈值。响应于踩加速器踏板事件和升压状况，体积控制阀保持关闭。通过响应于踩加速器踏板而保持体积关闭，能够迅速地增加排气歧管压力，由此使涡轮能够迅速地加速旋转(spin-up)。因此，这会将少涡轮迟滞，并且允许瞬变被更好地解决。在所描绘的示例中，从t1到t2，阀被维持关闭。在t2处，当升压压力足够高(例如，超过上限阈值)并且排气压力升高至其阈值极限时，打开体积控制阀，以衰减高排气压力脉冲。

在t3处，另一踩加速器踏板事件可以被确认，但升压压力和排气压力现在超过上限。响应于足够的升压压力和高排气压力，体积控制阀被维持在打开位置。在t4处，当平均排气压力降至阈值之下时，作出响应而关闭体积控制阀。虽然在图6的示例中没有描绘，但是在另外的示例中，控制器可以基于体积控制阀调整和扭矩瞬变而调整各种发动机扭矩致动器，诸如火花点火正时、VCT、气门重叠和进气节气门位置中的一个或更多个。

以此方式，可以响应于瞬变的扭矩需求、升压压力和高排气压力而执行体积控制阀调整。虽然发动机转速可以用作在稳态状况期间打开或关闭体积控制阀的一个基准(baseline)，但在诸如踩加速器踏板的瞬变状况(例如，当打开的体积控制阀可能被关闭以加快涡轮加速旋转)期间以及在排气压力可能太高的状况(例如，当除了踩加速器踏板外关闭的体积控制阀可能被打开时)期间，可以超控该参数以最小化排气门的意外打开。因此，发动机转速可以基本不变(例如，保持在阈值之下)，但响应于瞬变状况和/或排气过压状况而调整阀。

图7的映射图700图示说明了排气压力峰值对排气门的影响。曲线702表示在高发动机负荷下当体积控制阀关闭时的排气压力曲线，曲线704描绘了在高发动机负荷下当体积控制阀打开时的排气压力曲线，曲线706是在低发动机负荷下的排气压力曲线，而曲线708图示说明了当排气压力超过阈值时的排气门的移动。所有曲线随着时间进行描绘，沿着x轴进行绘制。

在t1、t2和t4处，在体积控制阀处于关闭位置并且发动机在重负荷下运转的情况下(曲线702)，排气门会由于由于歧管中的高排气压力(曲线708)而被迫打开。在t3处，因为排气压力脉冲保持在阈值压力之下，所以该阀没有被迫打开。曲线704图示说明了在高发动机负荷下并且在体积控制阀打开的情况下，平均压力可以保持与在体积控制阀关闭的情况下相同。曲线702与704之间的重要区别是，使排气门处于其关闭位置的压力脉冲的振幅降低。在发动机在低负荷下运转的情况下，排气压力曲线决不会到达阈值(曲线706)，并且不会影响排气门的位置。

现在转向图5，示出了用于基于发动机变速事件而调整体积控制阀调整的正时以减少与体积控制阀调整相关联的扭矩扰动的影响(如果有的话)的示例例程500。该例程允许这种扭矩扰动被更好地掩盖，从而改善车辆操作者的驾驶经历的质量。

在502处，该例程包括确定所请求的体积控制阀调整。例如，控制器可以确定该阀将要被移动至打开位置还是关闭位置。如之前详述的，在已经确定升压压力为低时的踩加速器踏板状况下，可以关闭体积控制阀以允许更快的发动机旋转(spooling)，或当排气压力非常高时，可以打开体积控制阀以减少排气压力脉冲。

在504处，确定与即将到来的体积控制阀调整相关联的扭矩变化。因此，扭矩变化可以包括扭矩扰动。例如，在中等到高升压气流和高排气压力下，当体积控制阀打开时，排气歧管压力降低，使更多新鲜空气被捕集在汽缸中。如果气流的这种增加被燃料相匹配以维持恒定的空燃比和点火正时，则体积控制阀的打开会引起发动机扭矩的“突然增加”，在本文中也被称为扭矩冲击或扭矩喘振。以类似的方式，如果发动机处于中等到高气流并且关闭体积控制阀以帮助涡轮加速旋转，则升高的排气歧管压力将会引起被捕集的空气充气突然降低，同时还会进一步减少进入发动机的新鲜气流。如果气流的这种降低被燃料相匹配以维持恒定的空燃比和点火正时，则体积控制阀的关闭会引起发动机扭矩的“突然减小”，在本文中也被称为扭矩冲击或扭矩或扭矩骤降(dip)。在任一情况下，扭矩扰动或扭矩冲击都会导致差的驾驶性能。如在下文中详述的，发动机控制器可以被配置为，在体积控制阀转变期间调整发动机致动器，以维持发动机扭矩并减少扭矩冲击的影响。

在506处，可以确定是否预期到扭矩冲击。具体地，基于与预期的体积控制阀调整相关联的扭矩变化的估计，可以确定是否预期到扭矩喘振或扭矩骤降。在一个示例中，如果与安排的体积控制阀调整相关联的扭矩变化是多于阈值量的正变化，则扭矩喘振可以被确认。在另一示例中，如果与安排的体积控制阀调整相关联的扭矩变化是多于阈值量的负变化，则扭矩骤降可以被确认。

如果没有预期到扭矩冲击，则在508处，该例程包括维持一个或更多个发动机致动器的位置。另外，按照所确定地(例如，在基于估计的工况的时刻)执行体积控制阀调整。

如果预期到扭矩冲击，则在510处，可以确认是否存在即将到来的变速器换挡事件，包括使发动机与车轮之间的离合器滑动。控制器可以基于变速器的换挡安排而确定是否存在即将到来的变速器事件。即将到来的变速器事件可以包括即将到来的变速器升档事件或即将到来的变速器降档事件。因此，发动机变速器可以包括手动变速器或自动变速器。变速器还可以包括一个或更多个离合器，诸如液力变矩器离合器和前进离合器。这一个或更多个离合器可以包括被机械致动的机械离合器以及电子致动的“电子离合器”(即，线控离合器(clutch-by-wire))。

在一些实施例中，在确定是否存在即将到来的变速器事件时，控制器可以确定即将到来的变速器事件(基于变速器的换挡安排)与当对体积控制阀处的转变限制的请求被接收的时刻之间的持续时间。如果持续时间足够长(例如，长于阈值持续时间)，即将到来的变速器事件可以不被确认。如果持续时间足够短(例如，短于阈值持续时间)，即将到来的变速器事件可以被确认。

如果即将到来的变速器事件被确认，则在512处，该例程包括基于变速器事件调整转变的正时。该调整可以包括，响应于即将到来的变速器事件，使转变的正时与变速器事件至少部分地重叠。例如，如果变速器事件与对转变限制的请求之间的持续时间小于阈值，则体积控制阀转变的正时可以被调整为在变速器事件期间(例如，与变速器事件同时)。在另一示例中，该正时可以调整为使得转变的正时紧随变速器事件之后。通过使转变的正时与变速器事件至少部分地重叠，扭矩冲击的影响能够被更好地掩盖，由此改善驾驶性能。

如果在510处即将到来的变速器事件没有被确认，例如，如果变速器事件与对转变限制的请求之间的持续时间大于阈值，则在514处，该例程包括按照所安排地执行体积控制阀调整。这可以包括使转变的正时为在任何(随后的)变速器事件之前。

该例程现在进入到516，以在体积控制阀转变期间调整发动机致动器，从而维持发动机扭矩，并减少原本在转变期间经历的扭矩冲击的影响。被调整的发动机致动器可以包括VCT、火花正时、燃料质量/正时、EGR、进气节气门位置、废气门和变速器换挡安排中的一个或更多个。在每一种情况下，发动机致动器调整都可以基于体积控制阀的移动。

作为一个示例，当体积控制阀关闭时，发动机致动器可以被调整为瞬间增加发动机气流。发动机气流的这种瞬间增加可以补偿在气门被关闭并且排气歧管压力增加时经历的气流的瞬间下降。作为另一示例，当体积控制阀打开时，发动机致动器可以被调整为瞬间减少发动机气流。发动机气流的这种瞬间减少可以补偿在气门被打开并且排气歧管压力降低时经历的气流的瞬间上升。作为一个示例，当体积控制阀关闭时，可以暂时增加进气节气门的打开程度，以便瞬间增加发动机气流，而当体积控制阀打开时，可以暂时减小进气节气门的打开程度，以便瞬间减少发动机气流。

以此方式，受控的体积可以被有利地用来减轻由于高排气压力而导致的不适时的排气门的打开，同时允许需要改善的升压的状况。通过在瞬变状况期间关闭气门，增加的歧管压力能够被用来加快涡轮加速旋转(spin-up)并减少涡轮迟滞。当升压需求被满足并且排气压力预计超过排气门保持关闭的能力时，打开体积控制阀以减少动力损失。通过利用一个或更多个发动机致动器来补偿体积控制阀调整的扭矩影响，减少车辆操作者感觉到的扭矩影响。此外，通过基于变速器事件调整正时，扭矩影响被更好地掩盖。总的来说，改善了发动机性能和升压响应，减少了排气排放，并且改善了车辆驾驶性能。

注意到，本文中包括的示例控制和估计例程能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中。在本文中所描述的具体例程可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作或功能可以按所示的顺序执行，并行地执行，或者在一些情况下被省略。同样，该处理顺序未必需要用于实现在本文中所描述的本发明的示例实施例的特征和优点，而是为了便于图示和说明而提供。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、操作或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作或功能可以图形地表示被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器的代码。

应认识到，在本文中所公开的配置和例程本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造和其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能提到“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可以通过修改现有权利要求来主张，或者通过在这个或关联申请中提出新的权利要求来主张。这些权利要求，无论与原始权利要求相比在范围上更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (18)

1.一种用于操作发动机的方法，其包含：

响应于操作者踩加速器踏板并且升压压力小于阈值，关闭体积控制阀直到所述升压压力达到所述阈值，所述体积控制阀仅在涡轮的上游耦接到发动机的分离式排气歧管上的体积，所述体积是密闭室；以及

响应于升压压力达到所述阈值，基于发动机转速和排气压力中的一个或多个调整所述体积控制阀。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包含，响应于排气压力大于排气压力阈值而从关闭状态打开所述体积控制阀，其中经由致动器调整所述体积控制阀，所述致动器跨组合的排气通道与所述体积控制阀相对设置并且经由经过它们之间的杆耦接至所述体积控制阀。

3.根据权利要求2所述的方法，其中即使排气压力大于所述排气压力阈值，也会响应于所述操作者踩加速器踏板而关闭所述体积控制阀。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在阈值发动机转速之上打开所述体积控制阀，而在所述阈值发动机转速之下关闭所述体积控制阀，除了以下情况：即使在所述阈值发动机转速之上，也会响应于所述操作者踩加速器踏板而暂时关闭所述体积控制阀，而即使发动机转速在所述阈值发动机转速之下，也会响应于排气压力在阈值压力之上而打开所述体积控制阀。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机仅在所述排气歧管的一个分支上仅具有单个体积控制阀，另一个分支没有体积阀或体积控制阀。

6.根据权利要求1所述的方法，还包含如果所述升压压力高于所述阈值并且所述排气压力高于排气压力阈值，则响应于所述操作者踩加速器踏板，打开所述体积控制阀或将所述体积控制阀维持在打开位置。

7.根据权利要求1所述的方法，其还包含，响应于所述关闭而调整涡轮增压器废气门，并且在发动机启动以及停止期间关闭所述体积控制阀。

8.一种发动机系统，其包含：

发动机，其具有通向涡轮的分离式排气歧管，所述发动机包括多个汽缸；

体积控制阀，其被耦接至体积，所述体积通过所述分离式排气歧管专门与所述多个汽缸的子集连通；以及

控制器，其在非临时性存储器中具有指令，所述指令可由处理器执行以便：在从怠速开始的第一操作者踩加速器踏板期间，维持所述阀关闭，直至在升压到达阈值之后；以及在从怠速开始的第二操作者踩加速器踏板期间，暂时关闭所述阀；以及在稳态状况期间，响应于发动机转速而调整所述阀。

9.根据权利要求8所述的系统，其中汽缸排气门是凸轮致动的，并且其中所述阀经由杆耦接至致动器，所述致动器被定位为通过排气管中的通道，所述通道不与任何排气连通。

10.根据权利要求9所述的系统，其中经由从怠速位置开始的大于阈值的踏板位置增加来指示所述第一操作者踩加速器踏板。

11.根据权利要求10所述的系统，其还包含具有排气再循环阀的低压排气再循环系统。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器还包括响应于暂时关闭所述体积控制阀而调整所述排气再循环阀的指令。

13.一种用于操作发动机的方法，其包含：

基于发动机转速而打开或关闭发动机的分离式排气歧管上的体积控制阀；

如果所述体积控制阀打开，则在瞬变状况期间暂时关闭所述体积控制阀；以及

如果所述体积控制阀关闭，则响应于过压状况，暂时打开所述体积控制阀。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述过压状况包括大于上限阈值的排气压力。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述瞬变状况包括操作者踩加速器踏板。

16.根据权利要求15所述的方法，其中通过在涡轮入口的上游合并之前维持分开的两个排气通道来形成所述分离式排气歧管。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述体积控制阀被定位在汽缸盖的外部，并且被耦接至所述外部的排气通道的一个。

18.根据权利要求13所述的方法，其中响应于发动机启动状况、减速燃料切断运转和发动机爆震的指示，进一步调整所述体积控制阀。