渦輪增壓系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的渦輪增壓系統(tǒng)，該內(nèi)燃機通常是機動車的內(nèi)燃機。
【背景技術(shù)】
[0002]已知內(nèi)燃機可以包括渦輪增壓器，其被設置用于提高發(fā)動機的效率和功率，方法是將空氣壓入發(fā)動機的燃燒室內(nèi)。
[0003]渦輪增壓器傳統(tǒng)上包括安置在廢氣管內(nèi)的渦輪機和與渦輪機共同運轉(zhuǎn)的且安置在發(fā)動機的進氣管內(nèi)的壓縮機。渦輪機通過來自于發(fā)動機的燃燒室內(nèi)的廢氣運轉(zhuǎn)并且驅(qū)動壓縮機，該壓縮機提高指向燃燒室內(nèi)的空氣的壓力。
[0004]在一些實施方式中，渦輪機可以是可變截面渦輪機(VGT)，也可以是已知的可變噴嘴渦輪機(VNT)。VGT基本上包括渦輪機殼體、安置在渦輪機殼體內(nèi)的渦輪和多個可運動的、空氣動力成型的葉片，該葉片在渦輪機殼體內(nèi)圍繞渦輪安置，用于將來自于渦輪機進入口的廢氣導向渦輪的槳葉。
[0005]可運動的葉片可以與環(huán)形架機械相連，該環(huán)形架可以在渦輪機殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動并且通過傳動杠桿裝置與電動機(也就是VGT促動器)的轉(zhuǎn)軸耦連。通過環(huán)形架角度位置的匹配VGT促動器使葉片一致地轉(zhuǎn)動，用于改變渦輪機進氣口的氣體渦流的角度和橫截面積。
[0006]VGT促動器通過電子控制設備(ECM)運行，其設計用于以增壓壓力需求為基礎匹配渦輪機葉片的取向，以便優(yōu)化渦輪增壓器的功率。增壓壓力需求可以由ECM以發(fā)動機運行參數(shù)(例如包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速)的數(shù)值為基礎確定。
[0007]由此，因為以氣體渦流的過大的角度和過大的橫截面積無法實現(xiàn)在較低發(fā)動機轉(zhuǎn)速時形成足夠的空氣增壓，而氣體渦輪的角度過小并且橫截面積過小，則在較大轉(zhuǎn)速時會使發(fā)動機熄火，這導致較大的廢氣壓力、較大的栗損耗和最終導致較低的功率輸出。
[0008]VGT的葉片潛在地可以在兩個機械終端停止位置之間轉(zhuǎn)動，即完全打開位置和完全關(guān)閉位置。在完全打開位置中，通常通過機械銷或類似固定的機械止擋確定，葉片具有相對于渦輪的中央軸線的最大的傾角，由此橫截面積和由此流入的廢氣的流量最大。在完全關(guān)閉位置中，通常通過葉片之間相互接觸確定，葉片相對于渦輪的中央軸線幾乎相切地定向，由此橫截面積和廢氣的流量最小。
[0009]ECM如此配置，使得當發(fā)動機正常運行時，從來不會達到完全打開位置和完全關(guān)閉位置。取而代之的是，VGT的葉片必須在靠近完全關(guān)閉位置的最小流量位置和靠近完全打開位置的最大流量位置之間轉(zhuǎn)動。
[0010]最小流量位置，其涉及相當于最大(100%)的增壓壓力需求的VGT的葉片位置，尤其是通常由VGT系統(tǒng)的供應商確定。由該最小流量位置出發(fā)，VGT葉片僅可以在預設的最大角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，其中另一個終端位置即確定為最大流量位置。
[0011]為了阻止VGT的VGT葉片到達相當于完全打開位置的機械止擋，前述的最大角度范圍由VGT供應商如此設置，使得其相當小，例如從最小流量位置開始轉(zhuǎn)動到約69。(度
[0012]但該策略的缺點是，在許多VGT中，最大流量位置可能距離實際的完全打開位置過遠。當嘗試實現(xiàn)最大的廢氣排出量時，這可能造成渦輪增壓器的超速和/或不受控的增壓壓力，尤其在較高發(fā)動機轉(zhuǎn)速和/或在極端的運轉(zhuǎn)條件(如海平面高度的較熱氣候)情況下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]鑒于前述實施方式，本發(fā)明的實施方式所要解決的技術(shù)問題是，提供一種解決方案，解決前述的缺點。
[0014]另一個所要解決的技術(shù)問題是，通過簡單、合理且相對經(jīng)濟的解決方案實現(xiàn)上述目標。
[0015]這個和另一個技術(shù)問題按照本發(fā)明通過一種用于內(nèi)燃機的渦輪增壓系統(tǒng)解決，其包括具有可運動的葉片的可變截面渦輪機(VGT)、電促動器(如馬達)和電子控制設備，如此連接所述電促動器，從而實現(xiàn)所述電促動器使可運動的葉片旋轉(zhuǎn)，并且所述電子控制設備設計用于，
[0016]-運行所述電促動器，以便使可運動的葉片旋轉(zhuǎn)，直至可運動的葉片到達相當于完全打開位置的機械止擋，
[0017]-運用位置傳感器，以便只要可運動的葉片到達所述機械止擋，便確定可運動的葉片的位置值。
[0018]憑借該策略可以為各個渦輪增壓系統(tǒng)確定可運動葉片的相當于VGT實際的完全打開位置的位置。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述電子控制設備可以設計用于，使用所確定的位置值，用于計算相當于最大流量位置的位置極限值，當渦輪增壓系統(tǒng)正常運行時，可運動的葉片不允許被旋轉(zhuǎn)的超過最大流量位置。
[0020]這方面的結(jié)果是，可以分別獨立地為各個渦輪增壓系統(tǒng)匹配最大流量位置，其中，各個渦輪增壓系統(tǒng)允許葉片在最佳的角度范圍內(nèi)運動，從而避免在渦輪增壓器內(nèi)的非受控的增壓壓力和/或超速情況。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述電子控制設備可以設計用于，使用該位置極限值，用于限定預設的特征曲線，該特征曲線將由所述位置傳感器產(chǎn)生的電信號的值與葉片位置的相應的值相關(guān)聯(lián)。
[0022]憑借該方面，上述的特征曲線對于所有相同類型的VGT可以是相同的并且在發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時使用，該特征曲線不會通過所建議的策略被改變，而是只在對于相應的渦輪增壓系統(tǒng)而確定的最大流量位置上被限定(也就是被截斷)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述電子控制設備可以設計用于，作為所確定的位置值與預設的角度錯移量的差值而計算出位置極限值。
[0024]本發(fā)明的該方面通過一種簡單的解決方案提供了可靠的最大流量位置。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面規(guī)定，為了執(zhí)行上述建議的策略，所述電子控制設備可以設計用于，以如下步驟運行所述電促動器:
[0026]-向所述電促動器供給電壓脈沖序列，用于使可運動的葉片朝所述機械止擋的方向轉(zhuǎn)動，
[0027]-使用所述位置傳感器，以便在轉(zhuǎn)動時測量可運動的葉片的位置，
[0028]-計算可運動的葉片的位置的測量值與其額定值之間的偏差值，
[0029]-使用調(diào)節(jié)器，用于以計算出的偏差值為基礎匹配電壓脈沖的占空比的數(shù)值。
[0030]換句話說，電子控制設備可以憑借本發(fā)明的該方面借助基于閉環(huán)調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)策略以VGT的可運動的葉片的實際位置為基礎而運行電促動器。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述電子控制設備可以設計用于，將葉片位置的上述額定值從第一目標值改變到第二目標值，其中，第一目標值表示處在完全打開位置前方的葉片位置，并且其中，第二目標值表示處在完全打開位置另一側(cè)的葉片位置(其中，第一和第二目標位置涉及可運動的葉片朝著完全打開位置的轉(zhuǎn)動方向)。
[0032]該解決方案可以降低并控制速度，電促動器將VGT的可運動的葉片朝著機械止擋的位置以該速度轉(zhuǎn)動。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一個方面規(guī)定，所述電子控制設備可以設計用于，將額定值從第一目標值隨時間線性地改變到第二目標值。
[0034]以這種方式，可以實現(xiàn)可運動的葉片緩慢地靠近機械止擋，該機械止擋定義了完全打開位置，其中，靠近足夠的慢，從而避免可運動的葉片的損壞。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述電子控制設備可以設計用于，使用電壓脈沖的占空比絕對值，用于確定可運動的葉片到達所述機械止擋的時刻。
[0036]該方面提供了一個可靠的解決方案，用于確定，可運動的葉片什么時候到達機械止擋。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述電子控制設備可以設計用于，當電壓脈沖的占空比絕對值超過其預設的極限值時，確定可運動的葉片已到達所述機械止擋。
[0038]該方面提供了一個可靠的解決方案，用于確定到達機械止擋。
[0039]只要VGT的可運動的葉片撞擊在機械止擋上，電壓脈沖的占空比開始快速提高，因為調(diào)節(jié)器不再可以補償測量到的位置值與位置額定值之間的偏差。
[0040]當占空比在預設的時間段以上超過預設的極限值，這意味著，可移動的葉片已到達機械止擋。
[0041]為了不會被占空比的絕對值的可能的峰值(例如由于噪聲或其它暫時的現(xiàn)象引起)所迷惑，當電壓脈沖的占空比的絕對值超過額定值的時間比預設的時間(預設的時間段)長時，才能確認。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述電子控制設備可以設計用于，只要可運動的葉片已到達所述機械止擋，便向所述電促動器供給具有預設的占空比目標值的電壓脈沖序列，其中，電壓脈沖的占空比目標值小于其極限值。
[0043]該解決方案使得可運動的葉片可以固定地被保持壓向機械止擋，同時電促動器防止以過高的占空比運行，這可能導致電促動器過熱和/或引起可運動的葉片過于劇烈地撞擊機械止擋。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述調(diào)節(jié)器可以是比例積分微分調(diào)節(jié)器(PID調(diào)節(jié)器)。
[0045]這種類型的調(diào)節(jié)器在實施所建議的策略時特別有效。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述電子控制設備可以設計用于，只要到達機械止擋，便以如下方法確定可運動的葉片的位置值:
[0047]-使用所述位置傳感器，以便多次測量可運動的葉片的位置，
[0048]-計算測量到的位置值的平均值，
[0049]-將計算出的平均值作為相當于完全打開位置的可運動的葉片的位置值。
[0050]本發(fā)明的該方面提供了一種用于確定VGT的可運動的葉片的可承受的且可靠的完全打開位置的有效的解決方案。
[0051]本發(fā)明的另一個實施方式提供一種機動車，包括內(nèi)燃機和渦輪增壓系統(tǒng)。
[0052]本發(fā)明的另一個實施方式提供一種運行用于內(nèi)燃機的渦輪增壓系統(tǒng)的方法，其中，渦輪增壓系統(tǒng)包括具有可運動的葉片的可變截面渦輪機(VGT)、電促動器(如馬達)，如此連接所述電促動器，從而實現(xiàn)所述電促動器使可運動的葉片旋轉(zhuǎn)，其中，所述方法包括如下步驟，
[0053]-運行所述電促動器，以便使可運動的葉片旋轉(zhuǎn)，直至可運動的葉片到達相當于完全打開位置的機械止擋