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(dòng)致動(dòng)器的制作方法
背景技術(shù)：
有關(guān)申請(qǐng)的相關(guān)對(duì)比文件本申請(qǐng)要求在2000年3月3日申請(qǐng)的序號(hào)為60/186,648發(fā)明名稱與本申請(qǐng)相同的共同未決申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。
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(jī)葉輪和壓縮機(jī)葉輪(或者可能是渦輪增壓器的一個(gè)內(nèi)部件)的疲勞壽命的限制。對(duì)于任何給定的應(yīng)用來(lái)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(guān)的失效而言，很難預(yù)測(cè)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(méi)有注意到時(shí)就能并確實(shí)發(fā)生了。在“安全”累積時(shí)間內(nèi)提前主動(dòng)更換渦輪增壓器不僅費(fèi)用高而且發(fā)動(dòng)機(jī)的停工時(shí)間也過(guò)多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可應(yīng)用在一個(gè)可控制的渦輪增壓器上，例如，可以但也不是限定性地應(yīng)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(gè)用來(lái)操作廢氣排出門或VGT葉片組的致動(dòng)器。通過(guò)向智能電動(dòng)致動(dòng)器中輸入渦輪增壓器的軸的轉(zhuǎn)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(dòng)作。
將控制器所應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì)得可預(yù)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(shí)現(xiàn)和/或超過(guò)的閾值。
對(duì)于特定的應(yīng)用來(lái)講，可預(yù)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(chǔ)到致動(dòng)器的存儲(chǔ)器中。通過(guò)針對(duì)一個(gè)給定的葉輪結(jié)構(gòu)，尺寸，材料等，確定出壓縮機(jī)葉輪或渦輪機(jī)葉輪的疲勞壽命，以及將詳細(xì)的疲勞壽命信息以編程方式寫入到REA中，會(huì)帶來(lái)一些優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)輸入的速度，溫度和壓力，該電動(dòng)致動(dòng)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(lái)直接控制EGR的百分比，并因此能更精確地控制發(fā)動(dòng)機(jī)排放含量。
通過(guò)預(yù)期葉輪疲勞失效時(shí)間，在各種實(shí)施例中一旦達(dá)到速度，溫度和壓力閾值的預(yù)定的值，該電動(dòng)致動(dòng)器能通過(guò)預(yù)期葉輪疲勞失效時(shí)間控制渦輪增壓器的速度。
通過(guò)預(yù)期葉輪疲勞失效時(shí)間，在各種實(shí)施例中一旦達(dá)到速度，溫度和壓力閾值的預(yù)定的值，該電動(dòng)致動(dòng)器將會(huì)關(guān)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(yīng)用中各種特定的的運(yùn)轉(zhuǎn)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(jī)，推土機(jī)，挖掘機(jī)，開(kāi)鑿機(jī)，發(fā)電機(jī)組等)中來(lái)維護(hù)渦輪增壓器，該電動(dòng)致動(dòng)器能可將工作現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。
存儲(chǔ)在電動(dòng)致動(dòng)器中的速度/工作循環(huán)數(shù)據(jù)能被下載下來(lái)，并且能應(yīng)用在保單判斷過(guò)程中或者作為用于估計(jì)失效的一個(gè)判斷工具。
結(jié)合附圖，通過(guò)下面對(duì)最佳實(shí)施例的描述將更清楚地理解本發(fā)明的上述及其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是一帶有本發(fā)明的一體EGR閥致動(dòng)的變幾何形狀的渦輪增壓器的內(nèi)燃機(jī)示意圖；圖2是用于本發(fā)明渦輪增壓器和致動(dòng)器的控制裝置結(jié)構(gòu)的方框圖；圖3為典型的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的圖片視圖，其中該發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有一個(gè)應(yīng)用本發(fā)明的致動(dòng)器以及一個(gè)EGR系統(tǒng)的渦輪增壓器。
該發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括一個(gè)EGR系統(tǒng)。該EGR系統(tǒng)包括一個(gè)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(diào)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(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)再與流經(jīng)CAC的吸入空氣進(jìn)行混合；或者就直接流入到渦輪增壓器的渦輪機(jī)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(jī)的外殼中去。
該EGR系統(tǒng)還包括一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，其上安裝有用來(lái)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(guò)在EGR導(dǎo)管或通道40中設(shè)置熱交換器，能提高發(fā)動(dòng)機(jī)10的功率。其它的優(yōu)點(diǎn)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(guò)熱交換38的廢氣和經(jīng)過(guò)CAC的輸入氣體在EGR混合器42中進(jìn)行混合。輸入氣體和廢氣的混合物離開(kāi)混合器42并進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)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(jī)外殼入口和排氣集合管道中背壓。速度傳感器46可測(cè)定出渦輪增壓器軸的轉(zhuǎn)速，并且通常用標(biāo)號(hào)48表示的壓力/溫度傳感器測(cè)定出在壓縮機(jī)的入口和出口，渦輪機(jī)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(cè)定。一個(gè)第一旋轉(zhuǎn)電動(dòng)致動(dòng)器(REA)50控制渦輪機(jī)變幾何形狀入口噴嘴的葉片。一個(gè)第二REA 52控制EGR閥，該閥可以有與在摘要號(hào)為90099039，標(biāo)題為“有集成廢氣再循環(huán)閥的渦輪增壓器”的專利申請(qǐng)中所公開(kāi)的發(fā)明相似的一種替代結(jié)構(gòu)，該發(fā)明轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人，本文引用其公開(kāi)的內(nèi)容作為參考。
參見(jiàn)圖2，將兩個(gè)REA在主動(dòng)/從動(dòng)裝置中互相連接起來(lái)。用來(lái)控制VGT葉片位置的第一REA連接一個(gè)微處理控制器53，該控制器可接收來(lái)自EGR壓力和溫度傳感器48a，渦輪機(jī)出口壓力和溫度傳感器48b，渦輪機(jī)入口壓力和溫度傳感器48c，壓縮機(jī)出口壓力和溫度傳感器48d以及壓縮機(jī)入口壓力和溫度傳感器48e的輸入。發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境是由發(fā)動(dòng)機(jī)操縱單元(ECU)經(jīng)一個(gè)CAN2.0B接口到該微處理器來(lái)提供的，並且來(lái)自速度傳感器的輸入是從渦輪增壓器提供來(lái)的。在將傳感器輸入條件的預(yù)定模型變換成發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的必備條件的基礎(chǔ)上，微處理控制器致動(dòng)該主動(dòng)REA使曲柄臂56調(diào)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(lái)自第二或從動(dòng)REA的一個(gè)位置信號(hào)，并且根據(jù)預(yù)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(gè)信號(hào)。在圖示的實(shí)施例中，使用了一種脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)。CPU致動(dòng)該從動(dòng)REA使曲柄臂60能致動(dòng)EGR閥34，從而控制EGR氣體流向發(fā)動(dòng)機(jī)中。該主動(dòng)/從動(dòng)裝置提供VGT的同時(shí)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(lái)自速度傳感器和溫度壓力傳感器以及理論計(jì)算出的循環(huán)信息。該微處理控制器能將理論計(jì)算出的循環(huán)數(shù)據(jù)與在變換模型中的為了預(yù)測(cè)出渦輪增壓器部件的疲勞壽命而預(yù)先設(shè)定的循環(huán)信息進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的界限時(shí)就啟動(dòng)第一REA以達(dá)到一種“軟庇護(hù)”模式或者其它的速度限制以便預(yù)防失效，而在另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)CAN接口產(chǎn)生了一用于提示操作者的輸出信號(hào)。
圖3示出了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中配置渦輪增壓器的一個(gè)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)，其中在靠近EGR冷卻器附近安裝有一個(gè)分離的EGR閥。
現(xiàn)在按專利法規(guī)的要求已經(jīng)詳細(xì)地說(shuō)明了本發(fā)明，熟悉該技術(shù)的人們對(duì)本文所公開(kāi)的具體實(shí)施例進(jìn)行各種修改和替代。這樣的修改都落入下列權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍和宗旨之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其包括一渦輪增壓器(16)，其上設(shè)有一個(gè)變幾何形狀渦輪機(jī)入口噴嘴(44)，用以吸入來(lái)自一個(gè)排放集合管道(14)的廢氣；一種可調(diào)節(jié)廢氣再循環(huán)閥(34)，其上設(shè)有一個(gè)相連的入口，用以吸入來(lái)自一個(gè)排放集合管道的廢氣；一個(gè)主動(dòng)致動(dòng)器(50)，其上設(shè)有與該變幾何形狀渦輪機(jī)入口噴嘴相連的第一調(diào)節(jié)裝置，用以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)該噴嘴的位置，所述的主動(dòng)致動(dòng)器還設(shè)有一個(gè)控制器(53)，其可接收一第一紐渦輪增壓器狀態(tài)信號(hào)(46，48a-e)以及一第二組渦輪增壓器狀態(tài)信號(hào)，該控制器能根據(jù)第一和第二多個(gè)信號(hào)確定所述的第一調(diào)節(jié)裝置的位置；以及一個(gè)從動(dòng)致動(dòng)器(52)，其上設(shè)有與廢氣再循環(huán)閥相連的第二調(diào)節(jié)裝置，用以將該閥調(diào)節(jié)至至少一打開(kāi)位置和一閉鎖位置，所述的從動(dòng)致動(dòng)器還設(shè)有一個(gè)處理裝置(58)，該裝置能向主動(dòng)致動(dòng)器的控制器提供當(dāng)前位置信號(hào)并且根據(jù)實(shí)際位置信號(hào)和第一和第二組信號(hào)接收來(lái)自控制器所希望的位置的信號(hào)，該處理裝置還可根據(jù)該所希望的位置信號(hào)確定出第二調(diào)節(jié)裝置的狀態(tài)。
2.如權(quán)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(diào)節(jié)裝置包括一旋轉(zhuǎn)電動(dòng)致動(dòng)器，該致動(dòng)器通過(guò)一個(gè)曲柄臂(56)連接到可變幾何形狀入口噴嘴(44)上。
3.如權(quán)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(diào)節(jié)裝置包括一旋轉(zhuǎn)電動(dòng)致動(dòng)器，該致動(dòng)器通過(guò)一個(gè)曲柄臂(60)連接到廢氣再循環(huán)閥(34)上。
4.如權(quán)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(hào)是從壓縮機(jī)入口壓力，壓縮機(jī)入口溫度，壓縮機(jī)出口壓力，壓縮機(jī)出口溫度，渦輪機(jī)入口溫度，渦輪機(jī)入口壓力，渦輪機(jī)出口溫度，渦輪機(jī)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(lái)的。
5.一種在配置有變幾形狀渦輪增壓器的內(nèi)燃機(jī)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(guò)一臺(tái)主動(dòng)致動(dòng)器的控制器接收多個(gè)渦輪增壓器狀態(tài)信號(hào)；通過(guò)該控制器接收多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)；根據(jù)渦輪增壓器的一個(gè)預(yù)先設(shè)定模型和發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)，對(duì)變幾何形狀的渦輪增壓器進(jìn)行所希望的調(diào)整；用該主動(dòng)致動(dòng)器將渦輪增壓器的幾何形狀設(shè)定成該所希望的狀志；通過(guò)一個(gè)處理器向該控制器提供一與可調(diào)整廢氣再循環(huán)閥相連接的從動(dòng)致動(dòng)器的實(shí)際狀態(tài)信號(hào)；根據(jù)渦輪增壓器的預(yù)定模型和發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)確定出廢氣再循環(huán)閥的一個(gè)所希望的位置；該控制器向該處理器提供一個(gè)來(lái)自該控制器的所希望的位置信號(hào)；以及該從動(dòng)致動(dòng)器通過(guò)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(nèi)燃機(jī)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(gè)主動(dòng)的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)致動(dòng)器(REA)(50)相連接，通過(guò)一微處理控制器(53)來(lái)接收來(lái)自與渦輪增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)(54)相接的傳感器(48)的狀態(tài)信號(hào)(46，48a－e)，并且根據(jù)這些狀態(tài)信號(hào)的一個(gè)預(yù)先設(shè)定的的模型來(lái)確定出該渦輪增壓器的渦輪機(jī)入口幾何形狀。一個(gè)從動(dòng)REA(52)通過(guò)一內(nèi)處理單元(58)連接到控制器上以便確定一個(gè)EGR閥(34)的狀態(tài)。該處理單元根據(jù)預(yù)定狀態(tài)信號(hào)模型獲得的所希望的狀態(tài)信號(hào)，從而向控制器提供一個(gè)實(shí)際狀態(tài)信號(hào)。該處理單元與從動(dòng)REA相接合以確定出EGR閥的狀態(tài)。
文檔編號(hào)F02M25/07GK1466653SQ01805931
公開(kāi)日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2001年3月2日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司