用于增压发动机限制输出的系统和方法 技术领域 本发明涉及用于增压发动机限制输出的系统和方法， 特别涉及到响应于涡轮膨胀 比限制发动机输出的系统和方法。
背景技术 涡轮增压器的劣化可以通过将涡轮增压器的运行限制于所选择的工况而减少。 美 国专利申请 US2009/0090107 揭示了一种估算涡轮增压器速度的模型， 通过以进入涡轮的 气流测量值以及涡轮中期望的压力比作图而估算涡轮驱动器控制法则。 此方法随后调整涡 轮驱动器以调整涡轮增压器涡轮的几何性质。 涡轮驱动器改变了至涡轮的流率从而使得进 气歧管中的压力等于设定点压力。然而， 此方法可能忽略了不希望以超出涡轮膨胀比极限 值的涡轮膨胀比来运转涡轮增压器。因而， 此方法可能会在某些工况下加速涡轮增压器的 劣化。
发明内容
发明人在此已经认识到某些发动机的运行工况， 在这些工况下不希望以超出涡轮 膨胀比极限值的涡轮膨胀比运行发动机。进一步的， 发明人还认识到对于不同排气流率需 要不同的涡轮膨胀比极限值。例如， 当微粒过滤器再生或者微粒过滤器再生的方法会造成 涡轮增压比超出涡轮增压极限值时， 可能不希望运行发动机。 进一步的， 当操作者未更换空 气净化元件时， 可能超出涡轮膨胀比极限值从而导致涡轮增压器的劣化。然而， 当排气流 率较低且不大可能发生涡轮增压器劣化时， 可能希望在发动机低转速下允许高的涡轮膨胀 比， 从而驾驶员可以享受期望的发动机性能或微粒过滤器再生的功能。
发明人在此已经认识到上述的不足之处并且已经研发出一种发动机运行方法， 包 括： 运行带有涡轮增压器的发动机 ； 响应于涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值调整发动机 运行， 所述的涡轮膨胀比极限值响应于排气流率而变化。
通过响应于涡轮膨胀比极限值调整发动机的运行， 发动机运行可以被限制从而涡 轮增压器的劣化可能被限制。 例如， 如果预定微粒过滤器将在更高的海拔再生， 微粒过滤器 的再生可以被延迟直至发动机处于较低海拔或者可进行再生的不同运转模式。进一步的， 如果在普通的发动机工况期间涡轮膨胀比超出了期望的涡轮膨胀比极限值， 发动机的输出 或其他的运行参数可以被减少， 从而减少以超出涡轮膨胀比极限值的涡轮膨胀比运行涡轮 增压器的可能性。
根据本发明的一个实施例， 发动机运行方法进一步包括响应于所述涡轮膨胀比变 化率超出所述阈值水平而提供发动机进气劣化的指示。
根据本发明的另一个实施例， 发动机运行方法进一步包括响应于所述涡轮膨胀比 超出所述涡轮膨胀比极限值而减少所述发动机的扭矩输出的可用量。
根据本发明的又一个实施例， 其中所述减少所述发动机扭矩输出的可用量包括限 制所述发动机的燃料喷射正时。根据本发明的另一个方面， 提供一种发动机系统， 包括 ： 具有涡轮增压器的发动 机； 与所述涡轮增压器相连通的排气系统 ； 设置在所述排气系统内的排气后处理装置 ； 与 控制器， 所述控制器含有响应于所述涡轮增压器的涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值时调 整所述发动机的运行的指示。
根据本发明的另一个实施例， 其中所述控制器包含响应于所述涡轮膨胀比超出所 述涡轮膨胀比极限值而调整燃料喷射正时的进一步指示。
根据本发明的又一个实施例， 其中所述控制器包含响应于所述涡轮膨胀比超出所 述涡轮膨胀比极限值而调整所述涡轮增压器的叶片位置从而修正所述涡轮增压器运行的 进一步指示。
根据本发明的又一个实施例， 其中所述控制器包含响应于所述涡轮膨胀比超出所 述涡轮膨胀比极限值而限制或修正微粒过滤器再生的进一步指示。
根据本发明的又一个实施例， 其中所述控制器包含响应于所述涡轮膨胀比超出所 述涡轮膨胀比极限值而限制燃料喷射量的进一步指示。
根据本发明的又一个实施例， 其中所述控制器包含响应于所述涡轮膨胀比超出所 述涡轮膨胀比极限值时指示进气系统劣化的状况的进一步指示。
根据本发明的又一个实施例， 发动机系统进一步包括确定所述发动机海拔的大气 压力传感器， 且所述控制器包括响应于所述大气压力传感器而限制或修正微粒过滤器再生 的进一步指示。
本发明可能提供多种优势。例如本方法可能减少涡轮增压器的劣化的可能性。进 一步的， 本方法可提供改进的涡轮膨胀比极限值的计算基础。 更进一步的， 本方法可能会有 利于改进发动机的多种工况包括微粒过滤器再生， 进气系统容量较低的发动机运行等。
本发明的上述优势及其他优点和特征将在下面结合或不结合附图的详细说明中 更清楚地显现。
应该理解， 上面的说明书内容部分仅用于以简化形式说明一系列的概念， 下面的 详细说明将对这些概念作进一步的说明。 此处的描述并不意味着识别所要求保护的主题的 关键的或者重要的特征， 应当理解本发明的保护范围由权利要求书限定。 更进一步的， 所要 求保护的主题不限于解决上文或者本说明书任何部分中所提到的任何缺点的实施方案。 附图说明
图 1 是一种发动机的示意图 ； 图 2 是在一个车辆行驶周期内相关模拟信号图 ； 图 3 是图 2 所示的车辆行驶周期内的进一步的相关模拟信号图 ； 图 4 是响应于涡轮膨胀比限制发动机输出的一个实施例的方法的流程图。具体实施方式
本发明涉及响应于涡轮膨胀比限制发动机输出。在一个实施例中， 在具有涡轮的 排气通道中的膨胀比是限制发动机输出的基础。图 1 示出了增压发动机的一个实施例。图 2-3 示出了模拟行驶周期内的增压发动机的相关模拟信号图。图 4 示出了响应于涡轮增压 比而限制发动机输出的方法。参照图 1， 内燃发动机 10 包含了多个汽缸， 图 1 示出了其中一个汽缸， 内燃发动机 10 受电子发动机控制器 12 的控制。发动机 10 包括了燃烧室 30 和汽缸壁 32， 活塞 36 位于 汽缸壁内且活塞与曲轴 40 相连。燃烧室 30 显示为分别通过进气门 52 和排气门 54 与进气 歧管 44 及排气歧管 48 相连通。每个进气门和排气门都可以通过进气凸轮 51 和排气凸轮 53 操作。进气凸轮 51 的位置可以通过进气凸轮传感器 55 确定。排气凸轮 53 的位置可以 通过排气凸轮传感器 57 而确定。
如图所示， 燃料喷射器 66 设置用于直接将燃料喷射入汽缸 30， 本领域的普通技术 人员习知上述方式为直接喷射。燃料喷射器 66 与来自控制器 12 的 FPW 信号的脉冲宽度成 比例地传送液体燃料。燃料通过燃料系统 ( 未示出 ) 传送到燃料喷射器 66， 所述的燃料系 统可以包括燃料箱， 燃料泵以及燃料轨道 ( 未示出 )。驱动器 68 响应控制器 12 为燃料喷射 器 66 提供运行电流。另外， 如图所示， 进气歧管 44 与可选的电子节气门 62 相连， 电子节气 门 62 调整节流板 64 的位置从而控制来自进气增压腔 46 的空气气流。压缩机 162 从进气 口 42 抽取空气以供给增压腔 46。废气旋转与压缩机 162 相连的涡轮 164。可以使用高压 双级燃料系统从而在喷射器 66 产生更高的燃料压力。
当燃料随着活塞靠近压缩冲程的上止点 (TDC) 自动点燃时， 燃烧在燃烧室 30 内开 始。在另外一些实施例中， 无分电器点火系统响应于控制器 12 通过火花塞 ( 未示出 ) 提供 了点火火花。在一些实施例中， 通用排气氧 (UEGO) 传感器 ( 未示出 ) 可以与排放装置 70 上游的排气歧管 48 相连。 在一个实施例中， 排放装置 70 可包含微粒过滤器和催化剂砖。在另一实施例中， 可使用多个分别具有多个催化剂砖的排放控制装置。在一个实施例中， 排放装置 70 可以为 三元催化剂。
图 1 中控制器 12 显示为传统的微型计算机， 包括 ： 微处理器单元 102， 输入 / 输出 端口 104， 只读存储器 (ROM)106， 随机存储器 (RAM)108， 保活存储器 (KAM)110 以及传统的 数据总线。控制器 12 显示为从与发动机 10 相连的传感器接收各种信号， 除了前述的信号 外， 这些信号包括或来自于 ： 来自与冷却套 114 相连的温度传感器 112 的发动机冷却液温 度 (ECT) ； 与加速踏板 130 相连用于感知脚 132 调整的加速位置的位置传感器 134 ； 用于感 知涡轮 164 上游的排气压力的压力传感器 80 ； 用于感知涡轮 164 下游的排气压力的压力传 感器 82 ； 来自与进气歧管 44 相连的压力传感器 122 的发动机歧管压力 (MAP) 测定值 ； 源自 感知曲轴 40 位置的霍尔效应传感器 118 的发动机位置传感器 ； 来自传感器 120( 例如， 热线 式空气流量计 ) 的进入发动机的空气质量测定值 ； 以及来自传感器 58 的节气门位置测定 值。大气压力也可以被感知 ( 传感器未示出 ) 从而被控制器 12 处理。在本发明的优选实 施方式中， 发动机位置传感器 118 在每次发动机曲轴旋转时产生了预定数量的平均间隔的 脉冲， 据此可以确定发动机转速 (RPM)。
在一些实施例中， 发动机可与混合动力车辆中的电动马达 / 电池系统相连。混合 动力车辆可能会具有并联构造、 串联构造、 或其变化或组合。 进一步的， 在一些实施例中， 其 他的发动机构造可以被采用， 例如柴油发动机。
另一实施例可包含模块化的信号用于压力传感器 80 感知涡轮 164 上游的排气压 力以及模块化的信号用于压力传感器 82 感知涡轮 164 下游的排气压力。
在运行过程中， 发动机 10 中的每个汽缸通常可经历四冲程循环或两冲程循环 ： 四
冲程循环通常包括进气冲程， 压缩冲程， 膨胀冲程， 排气冲程。 在进气冲程中， 通常排气门 54 关闭而进气门 52 打开。空气通过进气歧管 44 进入燃烧室 30， 而活塞 36 移动至汽缸的底 部以增加燃烧室 30 的体积。活塞 36 在此冲程的最后所处的汽缸底部的位置 ( 即当燃烧室 30 位于最大容量时 ) 通常被本领域内技术人员称做下止点 (BDC)。在压缩冲程中， 进气门 52 与排气门 54 被关闭。活塞 36 朝汽缸盖移动从而在燃烧室 30 内压缩空气。活塞 36 在 此冲程的最后所处的汽缸顶部的位置 ( 即当燃烧室 30 位于最小容量时 ) 通常被本领域内 技术人员称做上止点 (TDC)。在接下来被称为喷射的过程中， 燃料被注射入燃烧室。在接 下来被称为点火的过程中， 喷射的燃料可被压缩点火或者其他点火方式例如火花塞 ( 未示 出 ) 点火， 从而开始燃烧。在膨胀冲程中， 膨胀的气体推动活塞 36 退回下止点 (BDC)。曲 轴 40 将活塞运动转换为转轴的转动扭矩。最终， 在排气冲程中， 排气门 54 打开向排气歧管 48 中排出燃烧的空气燃料混合物而活塞则返回上止点 (TDC)。应该注意的是， 上述说明仅 仅是一个例子， 进气和排气门开启和 / 或关闭正时可以变化以例如提供气门正重叠或负重 叠， 延迟的进气门关闭或各种其他例子。
因此， 图 1 的系统提供了一种发动机系统， 包括 ： 具有涡轮增压器的发动机 ； 与涡 轮增压器相连的排气系统 ； 位于排气系统中的排气后处理设备 ； 以及控制器， 控制器包含 有响应于涡轮增压器的涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值调整发动机运行的指示。 发动机 系统中的控制器包含响应于涡轮增压器的涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值而调整燃料 喷射时间的进一步指示。 发动机系统中的控制器包含响应于涡轮增压器的涡轮膨胀比超出 涡轮膨胀比极限值而调整涡轮增压器叶片位置的进一步指示。 发动机系统中的控制器包含 响应于涡轮增压器的涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值而限制或者修正微粒过滤器再生 的进一步指示。 发动机系统中的控制器包含响应于涡轮增压器的涡轮膨胀比超出涡轮膨胀 比极限值而限制喷射的燃料量的进一步指示。 发动机系统中的控制器包含响应于涡轮增压 器的涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值而指示进气系统状况劣化的进一步指示。 发动机系 统进一步包括大气压力传感器或模块化的大气压力信号用于确定发动机海拔， 而控制器包 括响应于大气压力传感器而限制或修正微粒过滤器再生的指示。
现在参照图 2-3， 显示了发动机运转序列中预测的相关信号。 图 2 示出了在发动机 运转序列中 5 个相关信号。图 3 示出了发动机运转序列中另外 4 个相关信号。竖直的标签 T0-T6 指示了运转序列中特别的相关时间点。
图 2 中最上方的第一幅图示出了相对于时间的期望发动机扭矩。时间从图左侧开 始并向右侧增加。期望的发动机扭矩在图的下方为最低， 其大小朝图示的顶部增加。
图 2 中从顶部起的第二幅图示出了相对于时间的发动机转速。时间从图左侧开始 并向右侧增加。发动机转速在图的下方为最低， 其大小朝图示的顶部增加。
图 2 中从顶部起的第三幅图示出了相对于时间的排气流率。时间从图左侧开始并 向右侧增加。排气流率可与发动机转速和发动机负荷相关联且可用质量 / 单位时间 ( 例如 KG/Hr) 来表达。
图 2 中从顶部起的第四幅图示出了相对于时间的涡轮膨胀比。时间从图左侧开始 并向右侧增加。涡轮膨胀比在图上方处于较高水平， 而在图底部为较低水平。
图 2 中从顶部起的第五幅图示出了相对于时间的涡轮膨胀比极限值。时间从图左 侧开始并向右侧增加。 涡轮膨胀比极限值在图上方处于较高水平， 而在图底部为较低水平。涡轮膨胀比极限值可随着发动机运行工况而变化。
图 3 从顶部起的第一副图示出了相对于时间的大气压力。时间从图左侧开始并向 右侧增加。大气压力在图上方处于较高水平。当发动机在较高海拔运行时， 大气压力较低， 因为大气密度随着海拔增高而减小。
图 3 从顶部起的第二副图示出了微粒过滤器再生需求的状态。当微粒过滤器再生 需求处于高水平时， 微粒过滤器再生会进行。 当微粒过滤器再生需求处于低水平时， 微粒过 滤器再生不会进行。当微粒过滤器两端的压力降超出了预定的阈值压力水平时， 可以发出 微粒过滤器再生需求。
图 3 从顶部起的第三副图示出了涡轮膨胀比计时器状态。当涡轮膨胀比大于涡轮 膨胀比极限值时， 涡轮膨胀比计时器累计时间增加。水平线 302 表示了在作出涡轮膨胀比 标示之前涡轮膨胀比超过涡轮膨胀比极限值的阈值时间量。在一些实施例中， 所述的阈值 时间量会随着排气流率而变化。
图 3 从顶部起的第四副图示出了膨胀比限制标示。当膨胀比极限值标示信号处于 较高水平的时候， 作出膨胀比极限值标示。在膨胀比极限值标示信号处于较低水平时不作 出极限值标示。 膨胀比极限值标示提供了对当涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值高于时间 阈值的时间量时的工况的指示。 在时间点 T0 时 ( 与 Y 轴重合 )， 发动机在较低的期望扭矩工况下运行， 例如怠速。 进一步的， 发动机转速和排气流率在时间点 T0 也比较低。当发动机转速和期望的发动机扭 矩较低时， 涡轮膨胀比极限值处于较高水平。
如图 3 所示， 在时间点 T0 大气压力在较高水平， 表明了此时发动机接近海平面条 件。 此外， 膨胀比计时器处于 0 的水平指示了此时涡轮膨胀比未超出涡轮膨胀比极限值。 进 一步的， 位于涡轮下游的排气路径中的微粒过滤器未提出再生需求， 且未作出膨胀比极限 值标示。
在时间点 T1， 期望的发动机扭矩开始升高并从时间点 T1 后至 T2 维持在较高的水 平。发动机转速也在时间点 T1 后增加并在时间点 T2 维持较高。由于期望的发动机扭矩和 发动机转速升高， 排气流率也从时间点 T1 到 T2 升高。进一步的， 由于发动机运行工况从时 间点 T1 到 T2 之间发生了变化， 涡轮膨胀比极限值也发生了变化并从 T0 点显示的值减少。 大气压力， 微粒过滤器再生需求， 膨胀比计时器， 膨胀比极限值标示在时间点 T1 到 T2 保持 不变。
在时间点 T2， 需求的发动机扭矩升高然后在时间接近 T3 时降低。 发动机转速在时 间点 T2 后有轻微的上升， 然后降低并在时间非常接近 T3 时再次升高。涡轮膨胀比随着排 气流率增加而上升。因此， 在本实施例中， 至少在发动机运转序列的一些部分期间， 涡轮膨 胀比可以与排气流率相关联。在较高排气流率期间， 涡轮膨胀比极限值在时间点 T2 后减少 并且在时间点 T3 之前升高。大气压力在时间点 T2 到 T3 之间减少指示了发动机的海拔正 在增加。微粒过滤器再生需求， 膨胀比计时器， 膨胀比极限值标示在时间点 T2 到 T3 之间保 持不变。
在时间点 T3， 需求的发动机扭矩， 发动机转速， 排气流率， 涡轮膨胀比已经在时间 点 T3 之前有升高。进一步的， 出现了需要再生位于发动机排气流中的微粒过滤器的条件 ( 例如， 微粒过滤器中存储了阈值量的微粒物质 )。相应的， 在时间点 T3 提出微粒过滤器再
生需求。在一些实施例中， 可以响应于微粒过滤器再生需求而调整燃料喷射正时从而提高 排气流率以提升微粒过滤器中存储的微粒物质的温度。例如， 可以在喷射至发动机的燃料 量增加的时候延迟喷射正时。这样， 当期望的发动机扭矩被维持在发动机操作者需求的水 平时， 排气流率可以被增加。
在时间点 T3， 大气压力处于较低水平。相比于类似的在海拔较低处大气压力较高 的发动机运行工况， 涡轮膨胀比可以在较高的海拔增加， 因为涡轮增压器出口端较低的大 气压力增加了涡轮增压器涡轮两端的压降。
在时间点 T3 与 T4 之间， 由于涡轮膨胀压力比大于涡轮膨胀压力比极限值， 膨胀比 计时器中存储的时间量增加。 膨胀比计时器中累计的时间量增加直至膨胀比计时器等于或 超出了 T4 时间点处水平线 302 指示的时间阈值量。一旦膨胀比计时器超出了膨胀比时间 极限值， 在 T4 点处作出膨胀比极限值标示以指示劣化的情况。
在时间点 T4 和 T5 之间， 需求的发动机扭矩， 发动机转速， 排气流率， 涡轮膨胀比从 高水平向低水平变化。另外， 大气压力增加指示了发动机正从较高的海拔下降为较低的海 拔。进一步的， 膨胀比计时器， 微粒过滤器再生需求， 膨胀比极限值标示保持在时间点 T4 处 所示的相同水平。 在时间点 T5， 大气压力处于需要试图二次再生微粒过滤器的水平。在如图 4 的方 法所示的一个实施例的中， 微粒过滤器再生可以被延迟一段时间以允许发动机在试图在高 海拔处进行的微粒过滤器再生导致涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值后到达低海拔。如 此， 微粒过滤器再生需求在时间点 T5 到达较高的状态。
在时间点 T5 和 T6 之间， 通过提升排气温度而再生微粒过滤器。在一个实施例中， 在微粒过滤器再生过程中， 延迟燃料喷射正时从而提升排气温度。在时间点 T5 和 T6 之间 微粒过滤器再生期间， 涡轮膨胀比小于涡轮膨胀比极限值。 因而， 膨胀比计时器不会从零值 增加并因此再生微粒过滤器。
在时间点 T6， 微粒过滤器再生且膨胀比极限值标示被清除。膨胀比极限值标示可 以在再生微粒过滤器而涡轮膨胀比未超出涡轮膨胀比极限值时时清除。 由于发动机背压可 由于存储在微粒过滤器中的微粒物质而被升高， 膨胀比极限值标示可以在存储在微粒过滤 器中的微粒物质被氧化后从而使得发动机排气背压减少后清除。在其他的一些实施例中， 膨胀比极限值标示可以由技术人员维修过发动机后清除。在时间点 T6 后， 发动机运转而没 有进一步微粒过滤器再生需求且涡轮膨胀比维持在低于涡轮膨胀比极限值的水平。因而， 微粒过滤器再生需求， 膨胀比计时器， 膨胀比极限值标示都维持在较低水平。
参照图 4， 图 4 示出了响应于涡轮膨胀比而限制发动机输出的方法。 图 4 中的方法 被控制器 ( 例如图 1 中示出的控制器 ) 执行。
在步骤 402， 方法 400 确定发动机运行工况。在一个实施例中， 发动机运行工况 包括但不限于发动机转速， 发动机负荷， 环境空气压力， 进气歧管压力， 涡轮增压器的上游 排气压力和下游排气压力， 和环境空气温度。方法 400 在确定了发动机运行工况后前进至 404。
在步骤 404， 方法 400 确定了涡轮膨胀比极限值。在一个实施例中， 通过发动机转 速和发动机负荷进行索引的表格输出了涡轮膨胀比极限值。因此， 为多个发动机工况提供 了多个涡轮膨胀比极限值。涡轮膨胀比极限值可以凭经验确定。在一个实施例中， 涡轮膨
胀比极限值随着增加的发动机排气流率而降低。方法 400 在确定了涡轮膨胀比极限值后前 进至 406。
在步骤 406， 方法 400 确定了劣化现象结束之前涡轮膨胀比可以超出涡轮膨胀极 限值的时间量。在一个实施例中， 涡轮膨胀比可以超出涡轮膨胀极限值的时间量基于或响 应于涡轮膨胀比极限值。 例如， 如果涡轮膨胀比是 1.5， 在作出涡轮膨胀比极限值标示之前， 涡轮膨胀比可超出涡轮膨胀比极限 2.2 秒。在另一方面， 如果涡轮膨胀比是 1.8， 在作出涡 轮膨胀比极限值标示之前， 涡轮膨胀比可以超出涡轮膨胀比极限值 2.0 秒。这样， 在作出涡 轮膨胀比极限值标示之前涡轮膨胀比可以超出涡轮膨胀比极限值的时间量可响应于涡轮 膨胀比而变化。
在另一个实施例中， 涡轮膨胀比可以超出涡轮膨胀比极限值的时间量可以基于或 响应于排气流率。例如， 如果排气流率为 100KG/Hr， 在作出涡轮膨胀比极限值标示之前， 涡 轮膨胀比可以超出涡轮膨胀比极限值 2.2 秒。 另一方面， 如果排气流率为 200KG/Hr， 在作出 涡轮膨胀比极限值标示之前， 涡轮膨胀比可以超出涡轮膨胀比极限值 1.0 秒。方法 400 在 确认了作出涡轮膨胀比极限值标示之前涡轮膨胀比可以超出涡轮膨胀比极限值的时间量 之后前进至 408。 在步骤 408， 方法 400 确定了涡轮膨胀比是否超出涡轮膨胀比极限值。 在一个实施 例中， 涡轮膨胀比由涡轮上游排气压力除以涡轮下游排气压力来确定。在另外一个实施例 中， 涡轮膨胀比可以由涡轮两端的压力差来替代。排气涡轮两端的压力差可以由感知排气 涡轮的上下游的排气压力并响应于涡轮上游排气压力和涡轮下游排气压力之间的差而输 出信号的压差传感器确定。 如果涡轮膨胀比超出了涡轮膨胀比极限值或如果涡轮压差超出 了涡轮压差极限值， 方法 400 前进至 410。否则， 方法 400 前进至 424。
应当提出的是， 在一些实施例中， 可在 408 处跟踪在大体相似的发动机运行工况 期间涡轮膨胀比随时间的变化。例如， 如果发动机在 0.5 负荷和 2000RPM 情况下运行， 涡轮 膨胀比值可以被存储在存储器中。 随后当发动机再次在 0.5 负荷和 2000RPM 情况下运行时， 涡轮膨胀比的第二个值可以被存储在存储器中。因此， 涡轮膨胀比的变化率可以被确定并 且存储在存储器中。
除了判断涡轮膨胀比是否超出涡轮膨胀比极限之外或作为其替代， 也可以判断涡 轮膨胀比变化率是否超出变化率阈值。在一些实施例中， 涡轮膨胀比的变化率可以提供进 气系统的劣化指示 ( 例如， 部分阻塞的空气过滤器 )。 如果涡轮膨胀比的变化率超出了变化 率阈值， 方法 400 前进至 410。
在步骤 410， 方法 400 增加计时器以追踪涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值的时 间量。在另一些实施例中， 可以在涡轮压差超出涡轮压差极限值时增加计时器。方法 400 在计时器增加后前进至 412。
在步骤 412， 方法 400 判断了在 410 步骤中计时器的时间存储是否超出了 406 步骤 中的预定的时间量。如果计时器中的时间超出了 406 步骤中的时间量， 方法 400 开始步骤 414。否则， 方法 400 退出。
在步骤 414， 方法 400 判断在较高海拔处微粒过滤器再生期间涡轮膨胀比是否超 出了涡轮膨胀比极限值。可替换的， 方法 400 可以判断在较高海拔处微粒过滤器再生期间 涡轮压差是否超出了涡轮压差的极限。如前所提及的， 在微粒过滤器再生期间发动机排气
流率可能会增加。如果微粒过滤器在海平面以上的海拔处再生， 大气压力可能降低使得涡 轮膨胀比高于涡轮膨胀比极限值。从而， 至少部分由于发动机在较高海拔运行而超出涡轮 膨胀比极限值。如果方法 400 判断在微粒过滤器再生期间超出涡轮膨胀比极限值或者涡轮 压差极限值， 方法 400 前进至 420， 否则方法 400 前进至 416。
在步骤 416， 方法 400 调整了发动机扭矩或者增压限制以控制涡轮膨胀比。 在一个 实施例中， 在涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值超出时间阈值量时， 可以根据不同于第一 废气门打开计划的第二计划调整涡轮增压器废气门。 通过比正常发动机工况期间提早打开 涡轮增压器废气门并打开更大的量， 能够调整发动机增压从而涡轮膨胀比极限值不会被超 出。 在另一个实施例中， 燃料喷射正时可以被调整以限制发动机扭矩， 从而使得涡轮膨胀比 不被超出。例如， 燃料喷射量可以被减少且燃料喷射正时可以被延迟使得在发动机运行期 间产生更少排气。通过调整燃料量和正时， 能够限制发动机转速从而发动机排气流率和涡 轮膨胀比可以被限制。
在可替换的实施例中， 涡轮增压器叶片位置可响应于涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比 极限值而被调整。例如， 叶片位置可以在涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值时被调整使得 涡轮增压器具有更低的效率。方法 400 在发动机扭矩和 / 或发动机增压被调整后前进至 418。
在步骤 418， 方法 400 作出膨胀比极限值标示。 可维持作出膨胀比极限值标示直至 技术人员重置或者直至预先设定的条件被满足。例如， 如果在类似于作出膨胀比极限值标 识的工况期间微粒过滤器再生且膨胀比未超出膨胀比极限值， 膨胀比极限值标示重置。方 法 400 在作出膨胀比极限值标示之后退出。
在步骤 420， 方法 400 判断是否能够延迟或修正微粒过滤器再生。在一个实施例 中， 当微粒过滤器两端的压降小于阈值量时， 微粒过滤器再生可以被延迟。 如果判断不延迟 微粒过滤器再生， 方法 400 前进至 416。否则， 方法 400 前进至 422。
在步骤 422， 方法 400 延迟或者修正微粒过滤器再生直至大气压力大于预定量或 者直至超过微粒过滤器两端的阈值压降。如果发动机在较低海拔运转使得大气压力增加， 可重新尝试微粒过滤器再生。例如， 微粒过滤器再生可以首先在 3000 米海拔尝试。如果 在微粒过滤器再生期间涡轮膨胀比超出了涡轮膨胀比极限值， 微粒过滤器再生可以在 3000 米海拔处停止而在 1000 米海拔时重新开始。可替换地， 如果微粒过滤器两端的压力降由于 微粒物质在微粒过滤器中存储而增加超出了阈值， 可以在微粒过滤器两端压力降超出预定 压力阈值时重新尝试微粒过滤器再生。 进一步的， 在一些实施例中， 微粒过滤器再生可以通 过尝试在不同发动机工况下再生而修正。例如， 可以较低的发动机质量流率和增加的燃料 喷射正时延迟尝试微粒过滤器再生。方法 400 在延迟微粒过滤器再生后退出。
在步骤 424， 方法 400 重置涡轮膨胀比计时器。在一个实施例中， 一旦涡轮膨胀比 小于涡轮膨胀比极限值则清除涡轮膨胀比计时器。在另一个实施例中， 在涡轮膨胀比低于 涡轮膨胀比极限值超过预定的时间量后， 清除涡轮膨胀比计时器。 例如， 如果涡轮膨胀比未 超处涡轮膨胀比极限值 5 秒， 则可清除涡轮膨胀比计时器。然而， 如果涡轮膨胀比超出了涡 轮膨胀比极限值 1 秒， 然后涡轮膨胀比小于涡轮膨胀比极限值 0.5 秒， 接下来涡轮膨胀比超 出涡轮膨胀比 4 秒， 则涡轮膨胀比计时器会累积为 5 秒时间。如果累积时间超出了膨胀比 时间限制， 则作出涡轮膨胀比限制标示。方法 400 在确定是否重置膨胀比计时器以后退出。因此， 图 4 所示的方法提供了一种发动机运行方法， 包括 ： 运行带有涡轮增压器的 发动机 ； 响应于涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值而调整发动机运行， 其中涡轮膨胀比极 限值响应于排气流率而变化。该发动机运行方法中， 调整发动机的运行包括减少发动机的 扭矩可用量。 该发动机运行方法中， 调整发动机运行包括调整驱动器以限制涡轮膨胀比。 发 动机运行方法进一步包括在涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值时限制微粒过滤器再生。 发 动机运行方法还包括当发动机海拔降低时重新启动微粒过滤器再生。发动机运行方法中， 重新启动微粒过滤器再生在发动机海拔发生预定变化时自动开始。
图 4 所示的方法还提供了一种发动机运行方法， 包括 ： 运行带有涡轮增压器的发 动机 ； 响应于涡轮膨胀比超出涡轮增压器的涡轮膨胀比极限值当超出涡轮膨胀比极限值预 定量时间时调整发动机的运行， 涡轮膨胀比极限值基于排气流率 ； 且当涡轮膨胀比极限值 未被超出所述预定时间量时， 持续运行发动机而不响应涡轮膨胀比极限值。发动机运行方 法进一步包括在涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值时限制微粒过滤器再生。 发动机运行方 法进一步包括追踪大体类似的发动机运行工况期间涡轮膨胀比随时间的变化。 发动机运行 的方法还包括进一步包括在预定量时间内涡轮膨胀比变化超出阈值水平时提供劣化指示。 发动机运行方法还进一步包括响应于涡轮膨胀比变化率超出所述阈值水平提供发动机进 气劣化的指示。 发动机运行方法进一步包括响应于涡轮膨胀比超出涡轮膨胀比极限值时减 少发动机扭矩输出的可用量。该发动机运行方法中， 减少发动机扭矩输出可用量包括限制 发动机的燃料喷射正时。 正如本领域普通技术人员所了解的， 图 4 中描述的方法可以代表应用于任意数目 的运行策略 ( 如事件驱动， 中断驱动， 多任务， 多线程 (multi-threading)) 中的一种或多 种。这样， 所描述的各种步骤或功能可以顺序执行， 并列执行或在某些情况下省略。类似 地， 操作顺序并非实现本说明书中所描述的目的， 特征或者优点所必须的， 而仅仅是为了便 于解释和描述。尽管没有清晰解释， 本领域内普通技术人员可以认识到可以根据应用的具 体策略而重复执行本说明书中所描述的一项或者多项步骤或功能。
作为总结， 本领域普通技术人员通过阅读此说明书可注意到多种替代或者修改而 不脱离本发明描述的实质及保护范围。 例如利用天然气， 汽油， 柴油或其他可替换燃料组合 的单缸， I2， I3， I4， I5， V6， V8， V10， V12 或 V16 的发动机都可以利用本发明的描述进行优 化。