專利名稱：用于控制具有集成廢氣再循環(huán)閥的渦輪增壓器的智能電動致動器的制作方法
背景技術：
有關申請的相關對比文件本申請要求在2000年3月3日申請的序號為60/186,648發(fā)明名稱與本申請相同的共同未決申請的優(yōu)先權。
其中，渦輪增壓器的使用壽命大致是渦輪增壓器速度/工作循環(huán)的函數(shù)，該使用壽命尤其受到渦輪機葉輪和壓縮機葉輪(或者可能是渦輪增壓器的一個內部件)的疲勞壽命的限制。對于任何給定的應用來講，想確切知道渦輪增壓器能經(jīng)受多少速度/工作循環(huán)是很困難的。因此，就與疲勞有關的失效而言，很難預測出渦輪增壓器的使用壽命是多少。因此，渦輪增壓器葉輪的疲勞失效在沒有注意到時就能并確實發(fā)生了。在“安全”累積時間內提前主動更換渦輪增壓器不僅費用高而且發(fā)動機的停工時間也過多。

發(fā)明內容
本發(fā)明可應用在一個可控制的渦輪增壓器上，例如，可以但也不是限定性地應用于一種帶有廢氣排出門的渦輪增壓器或一種變幾何形狀的入口噴嘴渦輪增壓器(VGT)，它們都帶有一個用來操作廢氣排出門或VGT葉片組的致動器。通過向智能電動致動器中輸入渦輪增壓器的軸的轉速，空氣氣體溫度，空氣氣體壓力，EGR氣體溫度，和EGR氣體壓力，之后利用這些數(shù)據(jù)更好地控制廢氣排出門或VNT噴嘴組的動作。
將控制器所應用的軟件設計得可預先給定各種最小/最大速度，溫度和壓力的閾值，而將隨后記錄下的速度，溫度和壓力作為可以實現(xiàn)和/或超過的閾值。
對于特定的應用來講，可預先給定一系列的閾值。為了便于以后使用，將這些數(shù)據(jù)存儲到致動器的存儲器中。通過針對一個給定的葉輪結構，尺寸，材料等，確定出壓縮機葉輪或渦輪機葉輪的疲勞壽命，以及將詳細的疲勞壽命信息以編程方式寫入到REA中，會帶來一些優(yōu)點。
根據(jù)輸入的速度，溫度和壓力，該電動致動器能更好地用于更精確地控制渦輪增壓器的廢氣排出門或VNT噴嘴組。這些信息也用來直接控制EGR的百分比，并因此能更精確地控制發(fā)動機排放含量。
通過預期葉輪疲勞失效時間，在各種實施例中一旦達到速度，溫度和壓力閾值的預定的值，該電動致動器能通過預期葉輪疲勞失效時間控制渦輪增壓器的速度。
通過預期葉輪疲勞失效時間，在各種實施例中一旦達到速度，溫度和壓力閾值的預定的值，該電動致動器將會關上電閘，以此提醒操作者“更換渦輪增壓器”。
為了以后能在各種應用中各種特定的的運轉條件(高速公路上的卡車，市中心的卡車，游輪，拖船，前端裝卸機，推土機，挖掘機，開鑿機，發(fā)電機組等)中來維護渦輪增壓器，該電動致動器能可將工作現(xiàn)場的數(shù)據(jù)存儲到存儲器中。
存儲在電動致動器中的速度/工作循環(huán)數(shù)據(jù)能被下載下來，并且能應用在保單判斷過程中或者作為用于估計失效的一個判斷工具。
結合附圖，通過下面對最佳實施例的描述將更清楚地理解本發(fā)明的上述及其它特點和優(yōu)點。


圖1是一帶有本發(fā)明的一體EGR閥致動的變幾何形狀的渦輪增壓器的內燃機示意圖；圖2是用于本發(fā)明渦輪增壓器和致動器的控制裝置結構的方框圖；圖3為典型的一個發(fā)動機的圖片視圖，其中該發(fā)動機設有一個應用本發(fā)明的致動器以及一個EGR系統(tǒng)的渦輪增壓器。
該發(fā)動機10還包括一個EGR系統(tǒng)。該EGR系統(tǒng)包括一個控制閥34，該控制閥集成在本發(fā)明的渦輪增壓器中，其可以調節(jié)從排氣集合管道流出的廢氣的比例，或者將這部分廢氣輸送到發(fā)動機的進氣系統(tǒng)再與流經(jīng)CAC的吸入空氣進行混合；或者就直接流入到渦輪增壓器的渦輪機中。該控制閥34可將一部分從排氣集合管道收集到的廢氣經(jīng)EGR閥系統(tǒng)輸送到渦輪機的外殼中去。
該EGR系統(tǒng)還包括一個發(fā)動機，其上安裝有用來冷卻流經(jīng)該系統(tǒng)的廢氣的EGR冷卻器38或熱交換器。通過在EGR導管或通道40中設置熱交換器，能提高發(fā)動機10的功率。其它的優(yōu)點還包括，例如由于使用了熱交換器38，還減少了NOx和PM排放以及燃料消耗等。經(jīng)過熱交換38的廢氣和經(jīng)過CAC的輸入氣體在EGR混合器42中進行混合。輸入氣體和廢氣的混合物離開混合器42并進入到發(fā)動機的進氣集合管道中。
利用渦輪增壓器中的變幾何形狀的噴嘴44在渦輪機外殼入口和排氣集合管道中背壓。速度傳感器46可測定出渦輪增壓器軸的轉速，并且通常用標號48表示的壓力/溫度傳感器測定出在壓縮機的入口和出口，渦輪機的入口和出口以及EGR流量控制閥的出口的溫度和壓力，用于EGR不同壓力的測定。一個第一旋轉電動致動器(REA)50控制渦輪機變幾何形狀入口噴嘴的葉片。一個第二REA 52控制EGR閥，該閥可以有與在摘要號為90099039，標題為“有集成廢氣再循環(huán)閥的渦輪增壓器”的專利申請中所公開的發(fā)明相似的一種替代結構，該發(fā)明轉讓給本申請的受讓人，本文引用其公開的內容作為參考。
參見圖2，將兩個REA在主動/從動裝置中互相連接起來。用來控制VGT葉片位置的第一REA連接一個微處理控制器53，該控制器可接收來自EGR壓力和溫度傳感器48a，渦輪機出口壓力和溫度傳感器48b，渦輪機入口壓力和溫度傳感器48c，壓縮機出口壓力和溫度傳感器48d以及壓縮機入口壓力和溫度傳感器48e的輸入。發(fā)動機工作環(huán)境是由發(fā)動機操縱單元(ECU)經(jīng)一個CAN2.0B接口到該微處理器來提供的，並且來自速度傳感器的輸入是從渦輪增壓器提供來的。在將傳感器輸入條件的預定模型變換成發(fā)動機運轉的必備條件的基礎上，微處理控制器致動該主動REA使曲柄臂56調節(jié)VGT的葉片，從而優(yōu)化渦輪增壓器的性能。
此外，微處理控制器可接收來自第二或從動REA的一個位置信號，并且根據(jù)預定變換模型，能向第二REA中的中央處理單元(CPU)58發(fā)出一個信號。在圖示的實施例中，使用了一種脈沖寬度調制(PWM)信號。CPU致動該從動REA使曲柄臂60能致動EGR閥34，從而控制EGR氣體流向發(fā)動機中。該主動/從動裝置提供VGT的同時交互控制以便為排氣背壓控制EGR氣體的流速。
微處理控制器還能有選擇地記錄來自速度傳感器和溫度壓力傳感器以及理論計算出的循環(huán)信息。該微處理控制器能將理論計算出的循環(huán)數(shù)據(jù)與在變換模型中的為了預測出渦輪增壓器部件的疲勞壽命而預先設定的循環(huán)信息進行比較，當達到預先設定的界限時就啟動第一REA以達到一種“軟庇護”模式或者其它的速度限制以便預防失效，而在另一個實施例中，通過CAN接口產生了一用于提示操作者的輸出信號。
圖3示出了本發(fā)明另一個實施例中配置渦輪增壓器的一個柴油機結構，其中在靠近EGR冷卻器附近安裝有一個分離的EGR閥。
現(xiàn)在按專利法規(guī)的要求已經(jīng)詳細地說明了本發(fā)明，熟悉該技術的人們對本文所公開的具體實施例進行各種修改和替代。這樣的修改都落入下列權利要求所限定的本發(fā)明的范圍和宗旨之內。
權利要求
1.一種用于內燃機的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其包括一渦輪增壓器(16)，其上設有一個變幾何形狀渦輪機入口噴嘴(44)，用以吸入來自一個排放集合管道(14)的廢氣；一種可調節(jié)廢氣再循環(huán)閥(34)，其上設有一個相連的入口，用以吸入來自一個排放集合管道的廢氣；一個主動致動器(50)，其上設有與該變幾何形狀渦輪機入口噴嘴相連的第一調節(jié)裝置，用以在一定范圍內調節(jié)該噴嘴的位置，所述的主動致動器還設有一個控制器(53)，其可接收一第一紐渦輪增壓器狀態(tài)信號(46，48a-e)以及一第二組渦輪增壓器狀態(tài)信號，該控制器能根據(jù)第一和第二多個信號確定所述的第一調節(jié)裝置的位置；以及一個從動致動器(52)，其上設有與廢氣再循環(huán)閥相連的第二調節(jié)裝置，用以將該閥調節(jié)至至少一打開位置和一閉鎖位置，所述的從動致動器還設有一個處理裝置(58)，該裝置能向主動致動器的控制器提供當前位置信號并且根據(jù)實際位置信號和第一和第二組信號接收來自控制器所希望的位置的信號，該處理裝置還可根據(jù)該所希望的位置信號確定出第二調節(jié)裝置的狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于該第一調節(jié)裝置包括一旋轉電動致動器，該致動器通過一個曲柄臂(56)連接到可變幾何形狀入口噴嘴(44)上。
3.如權利要求2所述的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于該第二調節(jié)裝置包括一旋轉電動致動器，該致動器通過一個曲柄臂(60)連接到廢氣再循環(huán)閥(34)上。
4.如權利要求1所述的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述的渦輪增壓器狀態(tài)信號是從壓縮機入口壓力，壓縮機入口溫度，壓縮機出口壓力，壓縮機出口溫度，渦輪機入口溫度，渦輪機入口壓力，渦輪機出口溫度，渦輪機出口壓力，廢氣再循環(huán)壓力，廢氣再循環(huán)溫度以及渦輪增壓器軸速度數(shù)據(jù)中選擇出來的。
5.一種在配置有變幾形狀渦輪增壓器的內燃機中用于控制廢氣再循環(huán)的方法，該方法包括以下步驟通過一臺主動致動器的控制器接收多個渦輪增壓器狀態(tài)信號；通過該控制器接收多個發(fā)動機狀態(tài)信號；根據(jù)渦輪增壓器的一個預先設定模型和發(fā)動機狀態(tài)信號，對變幾何形狀的渦輪增壓器進行所希望的調整；用該主動致動器將渦輪增壓器的幾何形狀設定成該所希望的狀志；通過一個處理器向該控制器提供一與可調整廢氣再循環(huán)閥相連接的從動致動器的實際狀態(tài)信號；根據(jù)渦輪增壓器的預定模型和發(fā)動機狀態(tài)信號確定出廢氣再循環(huán)閥的一個所希望的位置；該控制器向該處理器提供一個來自該控制器的所希望的位置信號；以及該從動致動器通過該處理器控制廢氣再循環(huán)閥的狀態(tài)。
全文摘要
一種用于內燃機的廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)，該系統(tǒng)配置有一變幾何形狀渦輪增壓器(18)，該渦輪增壓器與一個主動的旋轉電動致動器(REA)(50)相連接，通過一微處理控制器(53)來接收來自與渦輪增壓器和發(fā)動機控制單元(ECU)(54)相接的傳感器(48)的狀態(tài)信號(46，48a－e)，并且根據(jù)這些狀態(tài)信號的一個預先設定的的模型來確定出該渦輪增壓器的渦輪機入口幾何形狀。一個從動REA(52)通過一內處理單元(58)連接到控制器上以便確定一個EGR閥(34)的狀態(tài)。該處理單元根據(jù)預定狀態(tài)信號模型獲得的所希望的狀態(tài)信號，從而向控制器提供一個實際狀態(tài)信號。該處理單元與從動REA相接合以確定出EGR閥的狀態(tài)。
文檔編號F02M25/07GK1466653SQ01805931
公開日2004年1月7日 申請日期2001年3月2日 優(yōu)先權日2000年3月3日
發(fā)明者W·瓦斯茲基維茨, W 瓦斯茲基維茨, C·C·格林特雷, 格林特雷 申請人:霍尼韋爾國際公司