專利名稱：通過控制燃料供給限制渦輪速度的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種控制系統(tǒng)，且更具體地涉及一種通過控制進(jìn)入關(guān)聯(lián)的發(fā)動(dòng)機(jī)
中的燃料流量限制渦輪增壓器的速度的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和氣態(tài)燃料提供動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒空 氣和燃料的混合物以產(chǎn)生動(dòng)力。引入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的空氣和燃料的量以及空燃比會(huì)影 響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出、效率以及排氣排放。通常引入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量以及空燃比由位于發(fā) 動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)中的多個(gè)不同的流體處理部件控制。 通常發(fā)動(dòng)機(jī)包括渦輪增壓器以增大發(fā)動(dòng)機(jī)的功率密度/比功率。渦輪增壓器包括 渦輪，該渦輪由發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣驅(qū)動(dòng)以便旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)和對(duì)導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣加壓。根據(jù)渦輪 和/或壓縮機(jī)的內(nèi)部幾何特征設(shè)定，對(duì)于給定的旋轉(zhuǎn)，或多或少的空氣將被壓縮至較高或 較低的壓力。通常用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的可變幾何形狀渦輪增壓器(VGT)能夠改變排氣流的方 向以便使得渦輪的響應(yīng)最佳。VGT包括位于渦輪中的可調(diào)節(jié)翼片以便將排氣流沿徑向向內(nèi) 可調(diào)節(jié)地導(dǎo)向渦輪葉片。在控制系統(tǒng)中很常見的是向致動(dòng)器下指令以改變翼片的角度以使 得渦輪的工作最佳。對(duì)于給定量的排氣流，改變空氣流的角度會(huì)提高或降低渦輪增壓器的 速度。雖然此系統(tǒng)可順利地運(yùn)行，但是當(dāng)致動(dòng)器很慢地將可動(dòng)翼片調(diào)節(jié)至使得渦輪增壓器 速度降低的位置時(shí)，會(huì)發(fā)生由于渦輪速度過大而造成渦輪增壓器的損壞(失效)。因此，響 應(yīng)于致動(dòng)器的反應(yīng)慢而使得通過渦輪增壓器的能量過多會(huì)引起渦輪增壓器的損壞。
在Fenchel等人的美國專利No.6， 192， 867 ('867專利)中描述了一種使得渦輪增 壓器損壞的可能性最小化的嘗試。'867專利描述了一種通過由根據(jù)程序映射推導(dǎo)出的進(jìn)氣 壓力確定用于計(jì)量供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量/供油量的極限值的用以保護(hù)渦輪增壓器的方 法和裝置。進(jìn)氣壓力的確定并不需要傳感器，因?yàn)樗筛鶕?jù)增壓(進(jìn)氣)壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)速度 和與加速器位置對(duì)應(yīng)的燃料量預(yù)設(shè)值的函數(shù)由程序映射推導(dǎo)出。減小燃料量會(huì)降低排氣管 路中的總的能量，該能量在渦輪增壓器的渦輪中占主要地位。這樣，'867專利能夠防止渦 輪增壓器達(dá)到臨界渦輪增壓器速度。 雖然'867專利有助于降低由于過大的渦輪速度而引起渦輪增壓器損壞的可能性， 但是它過于復(fù)雜且有局限性。'867專利的復(fù)雜性是由于進(jìn)氣壓力必須根據(jù)各個(gè)輸入值來確 定。即，可能空氣壓力很低而渦輪速度過大。'867專利中所推導(dǎo)的進(jìn)氣壓力可能并不是與 渦輪增壓器的實(shí)際速度準(zhǔn)確一致。'867專利的局限性是因?yàn)樗⑽纯紤]在使用包括排氣流 控制裝置的可變幾何形狀渦輪增壓器時(shí)渦輪增壓器損壞的影響。即'867專利可能不適 于具有VGT的渦輪增壓器。 本發(fā)明的控制系統(tǒng)旨在克服上述一個(gè)或多個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
—方面，本發(fā)明涉及一種渦輪增壓器控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可包括發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料
3系統(tǒng)，該燃料系統(tǒng)構(gòu)造成調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料流量。該控制系統(tǒng)還可包括進(jìn)氣系統(tǒng)和傳 感器，該進(jìn)氣系統(tǒng)構(gòu)造成調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量，該傳感器定位成檢測(cè)進(jìn)氣系統(tǒng)的速 度值。該控制系統(tǒng)還可包括構(gòu)造成接收速度值并根據(jù)速度值調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料流量的 控制器。 在另一方面，本發(fā)明涉及一種限制渦輪速度的方法。該方法可包括檢測(cè)渦輪速度 值。該方法還可包括將渦輪速度值與渦輪速度極限值進(jìn)行比較。該方法還可包括根據(jù)比較 (結(jié)果)調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料流量。


圖1是本發(fā)明的示例控制系統(tǒng)的示意圖； 圖2是用于和圖1的控制系統(tǒng)一起使用的翼片處于基本關(guān)閉位置的可變幾何形狀 渦輪增壓器的示意圖； 圖3是用于和圖1的控制系統(tǒng)一起使用的翼片處于基本打開位置的可變幾何形狀 渦輪增壓器的示意圖；以及 圖4是通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃料限制渦輪速度的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出用于通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃料限制渦輪速度的控制系統(tǒng)10?？刂葡到y(tǒng)10可 控制動(dòng)力源12、燃料系統(tǒng)14和進(jìn)氣系統(tǒng)16的操作。動(dòng)力源12可具體是具有多個(gè)部件的發(fā) 動(dòng)機(jī)，所述多個(gè)部件共同作用以燃燒燃料/空氣混合物并產(chǎn)生動(dòng)力輸出。例如，動(dòng)力源12 可以是帶有發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體18的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或氣態(tài)燃料提供動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，該 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體至少部分地限定多個(gè)氣缸19，每個(gè)氣缸中可滑動(dòng)地布置有活塞(未示出)，且 每個(gè)氣缸10與氣缸蓋相關(guān)聯(lián)。氣缸19、活塞和氣缸蓋可形成燃燒室(未示出)。動(dòng)力源12 可將燃料/空氣混合物抽吸至各個(gè)氣缸19中，利用活塞壓縮混合物并點(diǎn)燃混合物以產(chǎn)生動(dòng) 力、熱和排氣的組合。熱的排氣可用于給進(jìn)氣系統(tǒng)16加壓。 燃料系統(tǒng)14可包括燃料箱20、燃料泵22和燃料調(diào)節(jié)器24。燃料箱20可容納燃 料。燃料可被燃料泵22經(jīng)由燃料管路26從燃料箱20抽出。燃料在離開燃料泵22后可經(jīng) 由燃料管路28被排至燃料調(diào)節(jié)器24。燃料調(diào)節(jié)器24可調(diào)節(jié)允許經(jīng)由燃料管路30進(jìn)入動(dòng) 力源12的燃料的量。 燃料泵22可以是能夠?qū)⑷剂狭鲝娜剂舷?0傳遞通過燃料系統(tǒng)14的任何類型的 泵。例如，燃料泵22可以是定排量/可變排量泵、可變排量泵或定排量泵。燃料泵22可操 作地連接于動(dòng)力源12且被動(dòng)力源12機(jī)械地驅(qū)動(dòng)?？商娲?，燃料泵22可被以電子、液力、 氣動(dòng)或任何其它已知方式驅(qū)動(dòng)。 燃料調(diào)節(jié)器24可控制進(jìn)入動(dòng)力源12的燃料流量且更具體地，可控制進(jìn)入動(dòng)力源 12的各個(gè)燃燒室的燃料流量。如圖1所示，燃料調(diào)節(jié)器可具體是位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體18外側(cè) 的閥。可替代地，燃料調(diào)節(jié)器24可具體是包括燃料噴射器的燃料噴射器系統(tǒng)(未示出)，該 燃料噴射器位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體18內(nèi)以便將一定量的加壓燃料噴射至各個(gè)氣缸?？稍O(shè)想的 是，燃料調(diào)節(jié)器24可以液壓、機(jī)械、電力、氣動(dòng)或其它已知方式工作。 進(jìn)氣系統(tǒng)16可通過利用渦輪增壓器32壓縮流進(jìn)動(dòng)力源12的空氣而增大動(dòng)力源12的動(dòng)力輸出。渦輪增壓器32可包括渦輪34，該渦輪通過軸38與壓縮機(jī)36機(jī)械地共軸 線相連。渦輪增壓器32可包括軸承殼體/軸承箱，該軸承殼體包括用于支承軸38的軸承 (未示出)，且提高效率和降低渦輪增壓器32的磨損?？稍O(shè)想該軸承可以是旋轉(zhuǎn)軸承且更 具體地是液壓軸承。可替代地，該軸承可以是足以降低渦輪增壓器32的磨損的任何類型的 軸承。 動(dòng)力源12可包括排氣歧管40，該排氣歧管40用于將空氣/燃料混合物的燃燒后 的排氣流從發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體18的氣缸19導(dǎo)出。渦輪34可由排氣管路42連接至排氣歧管 40。壓縮機(jī)36可經(jīng)由進(jìn)氣管路46連接至動(dòng)力源12的進(jìn)氣歧管44?？稍O(shè)想在需要時(shí)，可在 壓縮機(jī)36和進(jìn)氣歧管44之間插置一空氣冷卻器48以便在加壓空氣進(jìn)入動(dòng)力源12之前冷 卻加壓空氣。 渦輪34可包括安裝至渦流工作輪52的多個(gè)渦輪葉片50(如圖2和圖3所示)。 渦流工作輪52可連接至軸38。當(dāng)排氣從排氣歧管40流入渦輪34中時(shí)，排氣流可導(dǎo)致渦輪 葉片50使得軸38旋轉(zhuǎn)，且從而驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)36。排氣流可經(jīng)由排氣出口 58離開渦輪34。
通過渦輪34的排氣流的量可影響壓縮機(jī)36的速度。例如，來自動(dòng)力源12的排氣 流量和/或排氣熱的增大可導(dǎo)致渦輪葉片50使得軸38旋轉(zhuǎn)，并以較高的旋轉(zhuǎn)速度驅(qū)動(dòng)壓 縮機(jī)36。同樣，來自動(dòng)力源12的排氣流量和/或排氣熱的減小可導(dǎo)致渦輪葉片50使得軸 38旋轉(zhuǎn)，并以較低的旋轉(zhuǎn)速度驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。 壓縮機(jī)36可包括安裝在壓縮機(jī)葉輪/增壓器葉輪56上的多個(gè)壓縮機(jī)葉片54。壓 縮機(jī)葉輪56可連接至軸38。來自渦輪34的旋轉(zhuǎn)力可經(jīng)由軸38被傳遞至壓縮機(jī)36，并從而 使壓縮機(jī)葉片54旋轉(zhuǎn)以便對(duì)可經(jīng)由周圍空氣進(jìn)口 59進(jìn)入壓縮機(jī)36的周圍空氣加壓。因 此，壓縮機(jī)36中的壓縮機(jī)葉片54的旋轉(zhuǎn)可對(duì)進(jìn)入動(dòng)力源12的周圍空氣加壓。
進(jìn)氣系統(tǒng)16可包括用于改變排氣流量的至少一個(gè)排氣流控制裝置，例如排氣旁 通閥60和/或一個(gè)或多個(gè)可調(diào)節(jié)翼片62(如圖2和圖3所示)。單獨(dú)或組合使用的排氣 流控制裝置可通過調(diào)節(jié)從動(dòng)力源12進(jìn)入渦輪34中排氣流的量或角度控制渦輪增壓器的速 度。渦輪速度可定義為渦輪增壓器32的旋轉(zhuǎn)速度，且更具體地是渦輪增壓器32中的旋轉(zhuǎn) 部件(例如軸38、渦流工作輪52和壓縮機(jī)葉輪56)的旋轉(zhuǎn)速度。 排氣旁通閥60可包括閥(未示出)，該閥位于渦輪34的排氣進(jìn)口 64附近，且通過 選擇性地使過多的排氣流繞過渦輪葉片50而調(diào)節(jié)渦輪的速度。排氣旁通閥60可包括打開 位置，在該打開位置處排氣旁通閥完全打開且排氣流可自由地繞過渦輪34且從而使得渦 輪增壓器32的速度降低。排氣旁通閥60還可包括關(guān)閉位置，在該關(guān)閉位置處排氣旁通閥 完全關(guān)閉，且排氣流自由地進(jìn)入渦輪34且從而提高渦輪增壓器32的速度。可設(shè)想排氣旁 通閥可調(diào)節(jié)至打開位置和關(guān)閉位置之間的各個(gè)位置處以便精確地控制渦輪34中或渦輪34 周圍的排氣流以便從而實(shí)現(xiàn)需求的速度和/或進(jìn)氣壓力。排氣旁通閥60可包括能夠調(diào)節(jié) 渦輪34中或渦輪34周圍的排氣流的任何已知閥。例如，排氣旁通閥60可包括蝶形閥或擋 板/瓣型閥。代替排氣旁通閥60或除使用排氣旁通閥60之外，渦輪34可包括一個(gè)或多個(gè) 可調(diào)節(jié)翼片62以便控制渦輪速度和/或進(jìn)氣壓力(即渦輪增壓器32可以是可變幾何形 狀渦輪沖壓器(VGT))。 圖2和圖3分別示出可調(diào)節(jié)翼片62處于基本關(guān)閉位置和基本打開位置的VGT。 VGT 可通過調(diào)節(jié)翼片62以改變殼體66中朝向或圍繞渦輪葉片50的排氣流而改變作用在渦輪葉片50上的作用力來控制渦輪速度和進(jìn)氣壓力?？稍O(shè)想通過任何已知控制穿過渦輪34的 排氣流的方法調(diào)節(jié)翼片62的構(gòu)造。每個(gè)可調(diào)節(jié)翼片62可被致動(dòng)器70 (驅(qū)動(dòng))圍繞軸線68 樞轉(zhuǎn)以改變渦輪34中的排氣流。例如，在低的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下，致動(dòng)器70可使得翼片62部 分關(guān)閉(如圖2所示)，這可使得朝向渦輪葉片50的排氣流加速，并從而使得渦輪34更快 旋轉(zhuǎn)，且使得壓縮機(jī)36將更多的空氣壓縮至較高的水平?？商娲?，在高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下， 排氣流可能已經(jīng)足夠強(qiáng)。因此，致動(dòng)器70可打開翼片62(如圖2所示)以便減小渦輪葉片 50上的相關(guān)的排氣流的力。 致動(dòng)器70可調(diào)節(jié)翼片62的位置。致動(dòng)器70可以是液壓致動(dòng)器。例如，致動(dòng)器70 可通過液壓管路72連接至渦輪34?？商娲?，致動(dòng)器70可以是能夠控制翼片62的位置的 電的、氣動(dòng)的或任何其它已知的致動(dòng)器?？稍O(shè)想致動(dòng)器70也可致動(dòng)排氣旁通閥60，或者附 加的制動(dòng)器可控制排氣旁通閥60的操作。 控制系統(tǒng)10可利用控制器74調(diào)節(jié)動(dòng)力源12、燃料系統(tǒng)14和進(jìn)氣系統(tǒng)16的操作。 控制器74可通過通信線路86與速度傳感器76通信以便監(jiān)測(cè)動(dòng)力源12的速度，該速度傳 感器76與動(dòng)力源12相關(guān)聯(lián)?？刂破?4可進(jìn)一步通過通信線路88與流量傳感器78通信 以便監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)燃料流量，該流量傳感器78與燃料系統(tǒng)14相關(guān)聯(lián)。控制器74還可通過通 信線路90與位置傳感器80通信以便監(jiān)測(cè)和控制排氣旁通閥的位置的運(yùn)動(dòng)。附加地，控制 器74可通過通信線路92與速度傳感器82通信以便監(jiān)測(cè)渦輪增壓器32的速度，該速度傳 感器82與渦輪增壓器32關(guān)聯(lián)?？刂破?4還可通過通信線路94與致動(dòng)器70通信以便控 制翼片62的運(yùn)動(dòng)。可設(shè)想渦輪34可包括位置傳感器84(如圖2和圖3所示)以便將翼片 62的位置(信息)通過通信線路96發(fā)送至控制器74。此外，可設(shè)想在需要時(shí)可設(shè)置/實(shí) 施進(jìn)氣壓力傳感器(未示出)。 控制器74可具體是單個(gè)微處理器或多個(gè)微處理器?？稍O(shè)想控制器74可以是能夠 控制多個(gè)動(dòng)力源功能的常規(guī)動(dòng)力源處理器?？刂破骺砂ㄟ\(yùn)行應(yīng)用的全部部件(未示出)， 例如存儲(chǔ)器、二級(jí)存儲(chǔ)器和處理器。控制器74可從各個(gè)傳感器和動(dòng)力源裝置，例如傳感器 76、78、80、82和84發(fā)送和接收信息。控制器74可使用存儲(chǔ)的指令分析從各個(gè)傳感器和動(dòng) 力源裝置接收的信息以便判定是否需要采取措施。例如，控制器74可從渦輪速度傳感器82 接收渦輪速度數(shù)據(jù)，并將渦輪速度數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)在控制器74的存儲(chǔ)器中的渦輪速度極限值 比較，且根據(jù)比較結(jié)果，控制器74可將信號(hào)發(fā)送至一個(gè)或多個(gè)部件以便產(chǎn)生對(duì)該部件的調(diào) 整。 控制器74可從存儲(chǔ)在內(nèi)存中的對(duì)照表94中訪問用于動(dòng)力源12、燃料系統(tǒng)14和 進(jìn)氣系統(tǒng)16的操作的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。例如，控制器74可訪問存儲(chǔ)渦輪速度極限值的第一對(duì)照 表，和訪問存儲(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流值的第二對(duì)照表。雖然控制器74能夠執(zhí)行用于渦輪速度極限值 和發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流值的計(jì)算，但是控制器從存儲(chǔ)在內(nèi)存中的對(duì)照表訪問數(shù)值更加快速和更加有 效。 傳感器76、78、80、82和84可以是能夠檢測(cè)動(dòng)力源12、燃料系統(tǒng)14或進(jìn)氣系統(tǒng)16 的操作條件的任何已知的傳感器。例如，速度傳感器76可以是發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器，該發(fā)動(dòng) 機(jī)速度傳感器位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體18中或發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體18附近以便監(jiān)控相關(guān)聯(lián)的曲軸的旋 轉(zhuǎn)速度。流量傳感器78可以是燃料流量傳感器，該燃料流量傳感器位于燃料系統(tǒng)14中或 燃料系統(tǒng)14附近以便監(jiān)測(cè)噴射進(jìn)動(dòng)力源12的燃燒室中的燃料的流量。位置傳感器80可檢測(cè)排氣旁通閥60中的閥的位置。速度傳感器82可以是旋轉(zhuǎn)速度傳感器，該旋轉(zhuǎn)速度傳 感器位于渦輪34中或渦輪34附近以便測(cè)量渦輪葉片50、壓縮機(jī)葉片54和軸38的速度。 更具體地，速度傳感器82可位于渦輪34的軸承殼體(未示出)中或軸承殼體附近。位置 傳感器84可以是角度傳感器，該角度傳感器位于渦輪殼體66中或渦輪殼體66附近以便檢 測(cè)翼片62的值。 控制器74可基于空氣壓力調(diào)節(jié)排氣旁通閥60和翼片62的操作。因此，隨著進(jìn)氣 壓力改變，控制器74可連續(xù)地調(diào)節(jié)排氣旁通閥60和翼片62的操作?？刂破?4可根據(jù)檢 測(cè)到的渦輪速度限制燃料流量。因此，當(dāng)測(cè)得的渦輪速度超過預(yù)定的渦輪速度極限值時(shí)，控 制器74可周期性地限制燃料流量，直到檢測(cè)到的渦輪速度降至渦輪速度極限以下為止。
圖4示出限制渦輪速度的方法的流程圖。在下面一部分中將詳細(xì)討論圖4。
工業(yè)適用性 本發(fā)明的控制系統(tǒng)可用于考慮渦輪速度過大(問題)的任何系統(tǒng)中。本發(fā)明的控 制系統(tǒng)可連續(xù)地調(diào)節(jié)渦輪速度和進(jìn)氣壓力，且然后限制過大的渦輪速度以便防止渦輪增壓 器發(fā)生故障。下面描述控制系統(tǒng)10的操作。 渦輪速度和/或進(jìn)氣壓力通常通過使排氣流經(jīng)由排氣旁通閥60繞過渦輪34或通 過調(diào)節(jié)渦輪34中的排氣流的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)需要調(diào)節(jié)渦輪速度時(shí)，排氣旁通閥60可調(diào) 節(jié)進(jìn)入渦輪34或經(jīng)由排氣旁通閥60繞過渦輪34的排氣流的量。例如，當(dāng)渦輪增壓器32 處于高的渦輪速度時(shí)，控制器74可通過排氣旁通閥60使排氣流的至少一部分繞過渦輪34。 當(dāng)需要提高渦輪速度時(shí)，排氣旁通閥可定位成允許更大量的排氣流進(jìn)入渦輪34?？蛇x地或 除了排氣旁通閥控制之外，還可使用翼片控制來調(diào)節(jié)渦輪速度和/或進(jìn)氣壓力?？刂破?4 可向致動(dòng)器70發(fā)送信號(hào)以便調(diào)節(jié)翼片62的位置，并從而調(diào)節(jié)渦輪34中的排氣流的角度。 更具體地，致動(dòng)器70可使翼片62從第一位置樞轉(zhuǎn)至第二位置以便調(diào)節(jié)排氣流作用在渦輪 葉片50上的角度和力。 這樣會(huì)出現(xiàn)限制致動(dòng)器70和/或排氣旁通閥60的反應(yīng)時(shí)間的問題。例如，致動(dòng) 器70可能不會(huì)以足夠快的速度反應(yīng)以調(diào)節(jié)翼片62以防止或減少過大的排氣流以免導(dǎo)致渦 輪的速度達(dá)到或超過預(yù)定的渦輪速度極限。更具體地，液壓致動(dòng)器易于粘住或低速運(yùn)動(dòng)， 特別是在低油溫的條件下。發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的突然改變(即降擋)會(huì)超過致動(dòng) 器70的反應(yīng)時(shí)間。因此，除了通過排氣流控制調(diào)節(jié)渦輪速度之外，需要通過燃料流量控制 限制渦輪速度。可通過控制進(jìn)入動(dòng)力源12的燃料流量調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)速度。可設(shè)想在例如低 油溫、高海拔或者發(fā)動(dòng)機(jī)速度或發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷突然改變的某些不利條件下，作為替代方案，可 通過調(diào)節(jié)燃料流量控制渦輪速度，以便控制排氣流的分流或角度。更具體地，當(dāng)排氣流控制 裝置或相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器70的操作不足以將渦輪增壓器32的速度保持低于預(yù)定的速度極限 時(shí)，需要調(diào)節(jié)燃料以限制渦輪速度。 關(guān)于圖4，速度傳感器82可檢測(cè)渦輪增壓器32的渦輪速度值(TS)，并將此渦輪速 度值通過通信線路92發(fā)送至控制器74 (步驟100)。響應(yīng)于接收的渦輪速度值，控制器74 可得到指示以從存儲(chǔ)的第一對(duì)照表訪問渦輪速度極限值(TL)(步驟102)?？刂破?4可通 過從測(cè)得的渦輪速度值減去渦輪速度極限值而計(jì)算渦輪速度誤差值(TE)(步驟104)。速度 傳感器76可檢測(cè)動(dòng)力源12的發(fā)動(dòng)機(jī)速度值(ES)并將發(fā)動(dòng)機(jī)速度值通過通信線路86發(fā)送 至控制器74(步驟106)?？刂破?4可使用計(jì)算的渦輪速度誤差值和測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)速度值以從存儲(chǔ)的第二對(duì)照表訪問發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流值(ED)(步驟108)。更具體地，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流值可表 示為最初為0的百分?jǐn)?shù)且通過映射對(duì)照來確定，由此可增大或減小發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流值。例如，如 果渦輪速度誤差值是正的，那么發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流值會(huì)增大，如果渦輪速度誤差值是負(fù)的，那么發(fā) 動(dòng)機(jī)節(jié)流值會(huì)減小，從而可通過在一段時(shí)間內(nèi)將渦輪速度誤差值的增大和減小求和而設(shè)置 /施加發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流值，因此，當(dāng)渦輪速度誤差值保持為正值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流值可繼續(xù)增大，且 當(dāng)渦輪速度誤差率是負(fù)值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流值可減小，直到它達(dá)到零為止?？刂破?4可根據(jù) 發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流值確定進(jìn)入動(dòng)力源12的燃料流量的變化?？刂破?4可通過通信線路88向燃 料調(diào)節(jié)器24發(fā)送信號(hào)以便限制從燃料系統(tǒng)14進(jìn)入動(dòng)力源12的燃料流量并從而限制發(fā)動(dòng) 機(jī)速度(步驟IIO)。 可根據(jù)需要連續(xù)地執(zhí)行排氣旁通閥和/或翼片操作對(duì)排氣流的控制以便選擇性 地調(diào)節(jié)渦輪速度和/或進(jìn)氣壓力。但是，當(dāng)排氣流控制不足以將測(cè)得的渦輪速度保持在預(yù) 定的極限以下時(shí)，那么可執(zhí)行燃料流量的調(diào)節(jié)作為排氣流控制的附加或替代方案。因此，當(dāng) 渦輪速度值超過渦輪速度極限值時(shí)，可同時(shí)或分別執(zhí)行燃料流量控制和排氣流控制以限制 過大的渦輪速度。 一旦測(cè)得的渦輪速度低于預(yù)定的渦輪速度極限值，可停止燃料流量調(diào)節(jié)， 直到測(cè)得的渦輪速度再次超過預(yù)定的渦輪速度極限為止。 因?yàn)槌艢饬骺刂浦饣蜃鳛榕艢饬骺刂频奶娲桨?，控制系統(tǒng)10可通過發(fā)動(dòng) 機(jī)燃料限制值節(jié)流動(dòng)力源操作，因此可提高靈敏度/響應(yīng)性。在低油溫、高海拔或在發(fā)動(dòng)機(jī) 速度或負(fù)荷突然改變期間，這種提高尤其明顯。與僅僅采取排氣流控制相比，發(fā)動(dòng)機(jī)速度或 負(fù)荷改變可更加迅速地改變渦輪的操作。 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，不脫離本發(fā)明的范圍可對(duì)本發(fā)明的控制系統(tǒng)進(jìn)行各種 改變和變型?？紤]在此公開的控制系統(tǒng)的說明和應(yīng)用，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說控制系統(tǒng) 的其它實(shí)施例也是明顯的。說明和示例僅被認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明的真實(shí)的范圍由所附 的權(quán)利要求及其等同物確定。
權(quán)利要求
一種渦輪增壓器控制系統(tǒng)(10)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)(12)；燃料系統(tǒng)(14)，該燃料系統(tǒng)構(gòu)造成調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料流量；進(jìn)氣系統(tǒng)(16)，該進(jìn)氣系統(tǒng)構(gòu)造成調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量；傳感器(82)，該傳感器定位成檢測(cè)進(jìn)氣系統(tǒng)的速度值；以及控制器(74)，該控制器構(gòu)造成接收所述速度值并根據(jù)所述速度值調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料流量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括排氣流控制裝置(32)，該排氣流控制裝置構(gòu)造成改變排氣流以調(diào)節(jié)渦輪速度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣流控制裝置包括可變幾何形狀渦輪增壓器(34)，和所述控制器還構(gòu)造成改變可變幾何形狀渦輪增壓器中的排氣流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還構(gòu)造成在排氣流控制裝置的操作不足以將所述速度值保持在速度極限值以下時(shí)限制燃料流量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還構(gòu)造成當(dāng)排氣流控制裝置的操作足以將所述速度值保持在速度極限值以下時(shí)停止限制燃料流量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還構(gòu)造成同時(shí)限制燃料流量和改變排氣流。
7. —種限制渦輪速度的方法。包括檢測(cè)渦輪速度值(100);將渦輪速度值與渦輪速度極限值進(jìn)行比較(104);禾口根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料流量(110)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括調(diào)節(jié)排氣流以進(jìn)一步限制渦輪速度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)燃料流量包括在調(diào)節(jié)排氣流不足以將渦輪速度值保持在渦輪速度極限值以下時(shí)限制燃料流量。
10. —種動(dòng)力系統(tǒng)(IO)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)(12);燃料調(diào)節(jié)器(24);渦輪增壓器(32)，該渦輪增壓器構(gòu)造成對(duì)導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣加壓；排氣流控制裝置(34);渦輪速度傳感器(82)，該渦輪速度傳感器構(gòu)造成檢測(cè)渦輪增壓器的渦輪速度值；發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器(76)，該發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器構(gòu)造成檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)速度值；控制器(74)，該控制器構(gòu)造成接收渦輪速度值和發(fā)動(dòng)機(jī)速度值，并根據(jù)渦輪速度值和發(fā)動(dòng)機(jī)速度值限制通過燃料調(diào)節(jié)器的燃料流量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦輪增壓器控制系統(tǒng)(10)，該控制系統(tǒng)具有發(fā)動(dòng)機(jī)(12)和燃料系統(tǒng)(14)，該燃料系統(tǒng)構(gòu)造成調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料流量。該控制系統(tǒng)還具有進(jìn)氣系統(tǒng)(16)，該進(jìn)氣系統(tǒng)構(gòu)造成調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量；以及傳感器(82)，該傳感器定位成檢測(cè)進(jìn)氣系統(tǒng)的速度值。該控制系統(tǒng)還具有控制器(74)，該控制器構(gòu)造成接收速度值并根據(jù)速度值調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料流量。
文檔編號(hào)F02B37/24GK101790628SQ200880101519
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者C·R·格爾克, J·H·小穆蒂 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司