專利名稱：減輕渦輪增壓器的高周波疲勞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減輕裝在內(nèi)燃機上的渦輪增壓器的高周波疲勞的方法，特定地說，本發(fā)明減輕渦輪增壓器渦輪葉片的高周波疲勞。
渦輪增壓器是人們熟知的用于在高于大氣的壓力(增壓壓力)下對內(nèi)燃機的入口供給空氣的裝置。普通的渦輪增壓器主要是具有安裝在渦輪機殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)軸上的廢氣驅(qū)動的渦輪葉輪，該渦輪葉輪的轉(zhuǎn)動使安裝在上述轉(zhuǎn)軸的位于壓氣機殼體內(nèi)的另一端上的壓氣機葉輪轉(zhuǎn)動，該壓氣機葉輪對發(fā)動機的進口歧管輸送加壓的空氣從而提高發(fā)動機的功率。
上述渦輪葉輪由于疲勞而失效往往是渦輪增壓器工作壽命的限制因素。有各種不同的原因造成渦輪葉片的疲勞，該原因之一是渦輪葉輪葉片發(fā)生諧波振動，如果渦輪在恒定速度下尤其是在滿負荷/最大轉(zhuǎn)速條件下運轉(zhuǎn)就可能發(fā)生上述的葉片諧波振動，稱為高周波疲勞。渦輪增壓器壓氣機的葉輪葉片也在較小程度上承受高周波疲勞的作用。高周波疲勞對于渦輪葉輪的工作壽命的影響在某種程度上取決于裝有渦輪增壓器的發(fā)動機的工作循環(huán)。上述的高周波疲勞對于工業(yè)用途的渦輪增壓器尤其息息相關(guān)，在這種用途中渦輪增壓發(fā)動機要在恒定的最大轉(zhuǎn)速下長期運轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的目的是提出一種減輕渦輪葉輪的高周波疲勞的方法。
按照本發(fā)明，提出一種減輕裝在內(nèi)燃機上的渦輪增壓器的高周波疲勞的方法，在這種發(fā)動機中，由發(fā)動機電子控制器(ECU)按照可滿足發(fā)動機不同工況所需燃油值的燃油圖來控制供給發(fā)動機的燃油，上述的方法包括改變與一發(fā)動機特定工況相關(guān)的燃油值F從而防止渦輪增壓器在每次出現(xiàn)上述發(fā)動機特定工況時都在相同的恒定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。
例如，通過對燃油值F施加一個變化的擾動信號而改變按發(fā)動機圖所確定的適合于滿足發(fā)動機特定工況的燃油值F來改變?nèi)加凸?yīng)量。只需對燃油供應(yīng)作較小的改變就可改變渦輪增壓器轉(zhuǎn)速而足以避免集中在任何特定的渦輪葉片(當(dāng)然包括壓氣機葉片)的高周波疲勞。
本發(fā)明還為渦輪增壓內(nèi)燃機提供一種供油控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括一種用于改變可滿足發(fā)動機特定工況所供給的燃油值，從而防止發(fā)動機和渦輪增壓器在每次出現(xiàn)上述發(fā)動機特定工況時在相同的恒定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)的裝置。
從下面的說明人們將會明白本發(fā)明的更多的有利特征。
下面僅通過結(jié)合附圖的實例來說明本發(fā)明，附圖中

圖1示出內(nèi)燃機的燃油圖的一個實例；圖2簡單示出按照本發(fā)明減輕高周波疲勞的一種控制系統(tǒng)；和圖3簡單示出按照本發(fā)明減輕高周波疲勞的另一種控制系統(tǒng)。
現(xiàn)代內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)通常由一種常稱為ECU(電子控制器)的發(fā)動機電子控制裝置來控制。上述的ECU接收來自各檢測器的有關(guān)發(fā)動機各種性能和工作需求的數(shù)據(jù)，并從而控制發(fā)動機的運轉(zhuǎn)。如果發(fā)動機裝有渦輪增壓器，ECU可附加地接收表明渦輪增壓器工況的信號，并且也可在渦輪增壓器的作業(yè)期間應(yīng)用一些直接的控制。
常規(guī)的ECU具有一個用于控制基于一系列通過實驗測定的數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)“查找表”或者說數(shù)據(jù)“圖”的發(fā)動機性能的處理機，按照上述的數(shù)據(jù)“查找表”或者說數(shù)據(jù)“圖”可從各種測定參數(shù)確定特定的工作要求。燃油圖就是一種上述的數(shù)據(jù)圖，圖1示出該燃油圖的一個實例。燃油圖示出燃油需要量(或消耗量)與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩要求之間的關(guān)系。由數(shù)據(jù)Ax，Bx，Cx……等所示的不同的發(fā)動機轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩需求狀態(tài)在圖中標(biāo)出各種不同的燃油值。對于不能明確地繪圖的發(fā)動機轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩需求，可通過根據(jù)作圖值的內(nèi)插法得出合適的燃油值。
上述的控制發(fā)動機燃油的電子控制器可十分精確地控制整個發(fā)動轉(zhuǎn)速范圍，從而也十分精確地控制渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)速。本發(fā)明認定上述的精確控制會加劇高周波疲勞的問題，就是說，若發(fā)動機工況要求恒定的轉(zhuǎn)速，ECU就會提供這種精確度很高的恒定轉(zhuǎn)速，同理，若發(fā)動機的工作循環(huán)要求發(fā)動頻繁地在特定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速(例如最大的轉(zhuǎn)速和負荷)下運轉(zhuǎn)，那么ECU的工作將保證在每次運轉(zhuǎn)中都達到相同的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明的基本原理是將一種擾動引入渦輪增壓發(fā)動機的作業(yè)中而故意改變渦輪增壓器的運轉(zhuǎn)速度(至少在預(yù)計會出現(xiàn)明顯的高周波疲勞的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下這樣做)，從而羥高周波疲勞對各個葉片的影響。本發(fā)明是通過引入發(fā)動機供油的擾動來達到上述目的的。
圖2簡單示出本發(fā)明的第一實施例。將表明發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷(轉(zhuǎn)矩)要求的信號輸入到發(fā)動機的ECU中，該ECU根據(jù)預(yù)先編程進入其內(nèi)的發(fā)動機燃油圖2確定可滿足作業(yè)要求所需的供油值F，并向供油系統(tǒng)3發(fā)出合適的供油信號。按照本發(fā)明，向供油系統(tǒng)3發(fā)出定時變化的擾動信號E以改變供油量，這樣，對發(fā)動機的供油量為F-E(其中E可以是正值或負值，并且可以從正值變?yōu)樨撝?。上述的擾動信號可以是一種隨意改變的信號，或者是一種規(guī)則的周期性的信號例如正弦波或方形波信號等。合適的頻率通常約為0.1秒～10秒。
因此，上述擾動信號可防止發(fā)動機在一種恒定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)較長的時間周期。渦輪增壓器的任何單個的渦輪葉片的諧振頻率將有高的Q值，故只需要轉(zhuǎn)動速度有稍微偏差(相當(dāng)于幾個赫芝級的偏差)就可離開任何特定葉片的諧振頻率，因此，僅需要發(fā)動機轉(zhuǎn)速(包括渦輪增壓器轉(zhuǎn)速)有很小的變化就可保證任何特定葉片都不發(fā)生顯著的諧振。應(yīng)當(dāng)記住，不同的葉片將有不同的諧振頻率。因此，在任何給定的時刻，可能有一個或多個葉片發(fā)生諧振，但是任何特定葉片的振動及其疲勞將明顯減小。
最好是能保證上述的擾動不會損害發(fā)動機的性能。實際上，不超過正常規(guī)定燃油值F的3％的擾動值不會明顯影響發(fā)動機性能，但可使渦輪增壓器轉(zhuǎn)速產(chǎn)生足夠的變化來顯著減輕高周波疲勞。這就得到了各個渦輪葉片的諧振頻率的高Q值。
雖然如上所述并在圖2示出了將擾動信號傳輸?shù)饺加拖到y(tǒng)的情況，但是，雖然也可將EUC編入程序而將必需的擾動值引入到供給燃油系統(tǒng)的燃油值。同理，也可明白，在通向發(fā)動機的供油管道內(nèi)可設(shè)置獨立的燃油控制裝置(例如在從燃管道中設(shè)置一種可變的扼流圈)以便按照擾動信號來改變發(fā)動機供油。
圖3簡單示出另一種干擾燃油供給的方法。其中，將一個隨意的擾動信號E(在預(yù)定范圍內(nèi))引入由發(fā)動機圖確定的適合于任何發(fā)動機工況的目標(biāo)供油值F，而不是連續(xù)地改變從油值F。因此，每當(dāng)遇到相同的發(fā)動機工況時，發(fā)動機都會由于擾動的結(jié)果而在稍為不同的轉(zhuǎn)速/負荷狀況下運轉(zhuǎn)。雖然在任何工作循環(huán)中若對工作要求沒有變化時發(fā)動機渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速都會恒定不變。但是，渦輪增壓器在不同工作循環(huán)之間的轉(zhuǎn)速變化將足以減輕渦輪葉片的高周波疲勞。
可以理解，正如上面最先說明的本發(fā)明實施例的情況那樣，無需將上述擾動信號直接引入供油系統(tǒng)，而可將擾動值加入ECU的程序中。例如，每次確定燃油值時，可通過擾動值E來調(diào)節(jié)由發(fā)動機燃油圖確定的供油值，而且很顯然，所需的擾動值E不是隨意的，而是要遵循預(yù)先編程的工作循環(huán)的。
人們還會明白，上述的本發(fā)明的兩個實施例可以綜合于一種單一用途中。就是說，每次由燃油圖確定供油值時可通過第一擾動E1改變預(yù)定的燃油值F而得出改變的燃油值Fm。然后可施加按最先說明的本發(fā)明實施例的變化著的擾動信號E2來進一步改變上述的燃油值Fm，所以，供給發(fā)動機的實際燃油值是Fm-E2(其中E也是一個可以是正值或負值，或可在正值與負值之間變化的值)。
作為本發(fā)明的進一步改型，不必要在所有的發(fā)動機工況下都加入上述的擾動，而只是在預(yù)見到高周波疲勞將成為特定問題的工況才加入上述的擾動，例如，可以鑒定出燃油圖中對應(yīng)于恒定轉(zhuǎn)速/恒定負荷的工況或其他的預(yù)計渦輪葉片可能發(fā)生諧振的工況的區(qū)域。然后將ECU或其他專用控制器編入程序，僅在燃料圖的上述這種區(qū)域?qū)嵤┍景l(fā)明。
卻當(dāng)熟悉本技術(shù)的人們將會很容易明白本發(fā)明的其他可能的改型。
權(quán)利要求
1.一種減輕裝于內(nèi)燃機的渦輪增壓器的高周波疲勞的方法，其中，供給發(fā)動機的燃油由發(fā)動機電子控制器(ECU)按照滿足發(fā)動機不同工況所需燃油值的燃油圖加以控制，上述的方法包括改變與發(fā)動機特定工況相關(guān)的燃油值F，從而防止渦輪增壓器在每次出現(xiàn)上述發(fā)動機特定工況時都在相同的恒定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過對燃油值F施加變化的擾動值E而改變由發(fā)動機圖所確定的滿足上述發(fā)動機特定工況的燃油值F來改變發(fā)動機供油量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，每次出現(xiàn)上述的發(fā)動機特定工況時便對規(guī)定的燃油值F干擾，然后在上述發(fā)動機工況階段保持持續(xù)的恒定值，但是，在出現(xiàn)上述的發(fā)動機特定工況的不同階段之間，擾動值是變化的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，上述的擾動值是從預(yù)先確定的擾動值范圍中任意選定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，上述的擾動值是從可能的擾動值的范圍中按順序選定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4～5中任一項的方法，其特征在于，上述的擾動值預(yù)定范圍被確定為該規(guī)定燃油值F的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，上述的部分不大于所說燃油值的3％。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，上述的擾動值在上述的發(fā)動機特定工況持續(xù)期間時時在改變，因此，只要出現(xiàn)上述的發(fā)動機特定工況時，發(fā)動機和渦輪增壓器的運轉(zhuǎn)速度都在時時改變。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，上述的時間改變的擾動是一種對燃油值的規(guī)則的周期性擾動。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，其特征在于，上述的擾動值在一預(yù)定值范圍內(nèi)改變。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，將上述的預(yù)定值范圍預(yù)先確定為一個規(guī)定的燃油值F的百分數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，上述的百分數(shù)為規(guī)定的燃油供給值的±3％。
13.根據(jù)權(quán)利要求2～12中任一項的方法，其特征在于，將規(guī)定的燃油值F供給供油控制系統(tǒng)，并還將一獨立的擾動信號施加到供油控制系統(tǒng)以改變?nèi)加椭礔。
14.根據(jù)權(quán)利要求2～12中任一項的方法，其特征在于，通過在向發(fā)動機供油系統(tǒng)輸送供油信號之前由ECU施加上述的擾動來改變根據(jù)發(fā)動機圖確定的規(guī)定燃油值。
15.根據(jù)上述的任何一條權(quán)利要求的方法，其特征在于，相對于發(fā)動機工況的每個范圍改變供油值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，上述的發(fā)動機，工況的范圍是發(fā)動機所遇到的整個工況范圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，上述的發(fā)動機工況范圍是選定的預(yù)定為可能發(fā)生高周波疲勞的工況。
18.一種裝有渦輪增壓器的內(nèi)燃機的供油控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一種用于改變?yōu)闈M足發(fā)動機一特定工況所供給的燃油值以防止渦輪增壓器在每次出現(xiàn)上述的發(fā)動機特定工況時都以同樣的恒定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)的裝置。
全文摘要
一種減輕裝在內(nèi)燃機上的渦輪增壓器的高周波疲勞的方法，該內(nèi)燃機由發(fā)動機電子控制器(ECU)按照可滿足發(fā)動機不同的運轉(zhuǎn)工況所需的燃油值的燃油圖來控制供給發(fā)動機的燃油。本發(fā)明方法包括改變與發(fā)動機特定運轉(zhuǎn)工況相關(guān)的燃油值F以防止渦輪增壓器在每次出現(xiàn)上述的發(fā)動機特定運轉(zhuǎn)工況時都在相同的恒定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。
文檔編號F02D23/00GK1495353SQ0315562
公開日2004年5月12日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月31日
發(fā)明者P·弗倫奇, P 弗倫奇, A·卡里姆, 錟, D·安特里弗, 乩鋦 申請人:奧爾塞特工程有限公司