專利名稱：發(fā)動機渦輪溫度控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裝備了強制吸氣系統(tǒng)的發(fā)動機，尤其涉及控制發(fā)動機運轉(zhuǎn)以防止該強制吸氣系統(tǒng)部件的損壞。
背景技術(shù)：
強制吸氣系統(tǒng)如渦輪增壓器或增壓器能夠提高發(fā)動機的馬力而不會顯著增加重量。通過增加單個氣缸中的充量空氣密度，可以增加附加的燃料而獲得較高的燃燒壓力。通常，裝有燃料噴射系統(tǒng)的發(fā)動機利用從排氣中的氧傳感器來的反饋而確定合適的空氣/燃料比。這樣，當發(fā)動機的構(gòu)型做成具有渦輪增壓器時，該燃料噴射系統(tǒng)相對于從渦輪增壓器來的增大的空氣流量增加了通往氣缸的燃料流量。
渦輪增壓器通過一個渦輪將排氣流能量轉(zhuǎn)換為機械能。該渦輪通過一根軸驅(qū)動一個吸入空氣壓縮機。該渦輪被安置在排氣流中并受該排氣流的驅(qū)動。該吸入空氣壓縮機壓縮空氣并向該發(fā)動機提供充量空氣。因為該渦輪受排氣直接驅(qū)動，所以排氣溫度影響渦輪部件的耐久性。當排氣溫度高于渦輪增壓器部件的操作極限時，該渦輪可能發(fā)生故障。
發(fā)明概要因此，本發(fā)明提供一種渦輪溫度控制(TTC)系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)，以控制強制空氣吸入裝置的溫度。該系統(tǒng)包括一個對排氣的溫度起反應(yīng)而產(chǎn)生一信號的傳感器。一個控制模塊根據(jù)該溫度信號而測定溫度并將該溫度與一閾值溫度相比較。該控制模塊調(diào)節(jié)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)，以便當該溫度超過該閾值溫度時降低該溫度。
在一個特點中，該控制模塊調(diào)節(jié)空氣/燃料比和火花定時中的至少一個以降低該溫度。
在另一特點中，該閾值溫度是根據(jù)強制空氣吸入裝置的安全操作溫度而確定的。
在另一特點中，該系統(tǒng)還包括一個燃料噴射系統(tǒng)。該控制模塊控制該燃料噴射系統(tǒng)來調(diào)節(jié)空氣/燃料比來降低該溫度。
在另一特點中，該系統(tǒng)還包括一個火花控制系統(tǒng)。該控制模塊控制該火花控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)火花定時來降低該溫度。
在另一特點中，該控制模塊操作該強制空氣吸入裝置，以便當該溫度超過閾值溫度時降低充量壓力。
在又一特點中，該控制模塊調(diào)節(jié)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)，以便當該溫度低于該閾值溫度時提高該溫度。該系統(tǒng)還包括一個燃料噴射系統(tǒng)。該控制模塊控制該燃料噴射系統(tǒng)來調(diào)節(jié)空氣/燃料比以提高該溫度。該系統(tǒng)還包括一個火花控制系統(tǒng)。該控制模塊控制該火花控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)火花定時以提高該溫度。該控制模塊操作該強制空氣吸入裝置，以便當該溫度低于閾值溫度時吸入一充量壓力。
在又一個特點中，該傳感器是一種氧傳感器。
根據(jù)此后提供的詳細說明，本發(fā)明的其它方面和特點會變得清楚。應(yīng)當理解，雖然指示了本發(fā)明的一個或多個優(yōu)選實施例，但這些詳細描述和特定例子預(yù)定只用于例示的目的而并不限制本發(fā)明的范圍。
附圖簡述從下列詳述和附圖將更充分地理解本發(fā)明。


圖1是一種包括一按照本發(fā)明的渦輪增壓器的示例性的發(fā)動機系統(tǒng)的功能框圖；圖2A是例示由本發(fā)明的發(fā)動機控制系統(tǒng)完成的步驟的流程圖；以及圖2B是例示由本發(fā)明的發(fā)動機控制系統(tǒng)完成的其它步驟的流程圖。
發(fā)明詳述下述實施例的描述在本質(zhì)上僅是示例性的而決不限制本發(fā)明，其應(yīng)用或用途。為清楚起見，附圖中將使用同樣的標號來識別同樣的部件。如此處所用的，術(shù)語“模塊”指特定用途的集成電路(ASIC)、電子電路、處理器(共用的、專用的或成組的)和執(zhí)行一個或多個軟件或操作系統(tǒng)程序的存儲器、組合邏輯電路或提供所述功能的其它合適的部件。
現(xiàn)在參照圖1，一個示例性的發(fā)動機系統(tǒng)10包括燃燒空氣和燃料混合物以產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的發(fā)動機12。在強制吸氣裝置或渦輪14內(nèi)引入和壓縮空氣。該增壓的或加壓的空氣通過節(jié)流閥18流入吸氣歧管16。節(jié)流閥18調(diào)節(jié)流入吸氣歧管16的整體空氣流。吸氣歧管16內(nèi)的空氣分配到氣缸組22、24中的氣缸20內(nèi)。雖然六個氣缸20例示成V型構(gòu)型，但可以理解，本發(fā)明的渦輪溫度控制系統(tǒng)可以實施為具有2、3、4、5、8、10、12個氣缸，組成各種構(gòu)型，包括(但不限于)直列的和W型的構(gòu)型。
燃料供應(yīng)系統(tǒng)26通過一個燃料噴射器(未示出)將燃料分配到每個氣缸20中。可以預(yù)期，發(fā)動機系統(tǒng)10可以處理該技術(shù)中已知的一種或各種類型的燃料來產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。此類燃料包括(但不限于)汽油、天然氣和氫。一空氣/燃料混合物通過一個由吸氣閾(未示出)選擇地打開的吸氣孔(未示出)供應(yīng)到每個氣缸20。空氣/燃料(A/F)比受到控制而獲得所要的A/F比。該A/F比可以通過調(diào)節(jié)相對于空氣體積供應(yīng)給每個氣缸20的燃料體積的該燃料供應(yīng)系統(tǒng)而得到調(diào)節(jié)。該空氣/燃料混合物受到一個活塞(未示出)的壓縮而通過一火花塞產(chǎn)生的火花和/或壓縮熱而開始燃燒。該燃燒過程驅(qū)動氣缸20中的活塞，后者轉(zhuǎn)而可轉(zhuǎn)動地驅(qū)動一曲柄(未示出)。燃燒排氣從氣缸20通過一個由排氣閥(未示出)選擇地打開的排氣孔(未示出)排出。從氣缸組的集流氣缸20來的排氣由相應(yīng)的排氣歧管28引導而通過排氣導管30從發(fā)動機12排出。
渦輪14由集流的排氣驅(qū)動。更具體地說，該排氣驅(qū)動一渦輪(未示出)，后者驅(qū)動一個進入空氣壓縮機(IAC)32。IAC32壓縮進入的空氣并向進氣歧管16提供加壓空氣，用于分配入氣缸20。渦輪后的排氣在催化轉(zhuǎn)化器34中受到處理并排入大氣?？梢灶A(yù)期，渦輪14可以是該技術(shù)中已知的若干排氣驅(qū)動的渦輪之一，包括(但不限于)一種廢氣門渦輪。
控制模塊36根據(jù)操作器輸入通過加速器踏板38和本發(fā)明的渦輪溫度控制操作發(fā)動機12而操作發(fā)動機?？刂颇K36能夠控制整個發(fā)動機系統(tǒng)10或者能夠包括控制發(fā)動機系統(tǒng)10的不同方面的子模塊，包括(但不限于)發(fā)動機控制模塊(ECM)、燃料噴射子模塊、渦輪控制子模塊和動力火花控制(DSC)子模塊?？刂颇K36或各子模塊產(chǎn)生控制信號而根據(jù)發(fā)動機操作條件和本發(fā)明的渦輪溫度控制(TTC)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)發(fā)動機各部件。
控制模塊36根據(jù)由各種傳感器產(chǎn)生的信號而控制發(fā)動機系統(tǒng)10。節(jié)流閥位置傳感器(TPS)對一個節(jié)流閥板的位置作出反應(yīng)而產(chǎn)生一節(jié)流閥位置信號。加速器踏板位置傳感器42產(chǎn)生一個指示加速器踏板38的位置的位置信號。該控制模塊根據(jù)該加速器踏板的位置而調(diào)節(jié)該節(jié)流閥板的位置和渦輪14的操作。歧管絕對壓力(MAP)傳感器44對進氣歧管16內(nèi)的空氣壓力作出反應(yīng)而產(chǎn)生一MAP信號。發(fā)動機速度傳感器46產(chǎn)生一個發(fā)動機速度信號。
在排氣導管26中可以包含一個對排氣的氧含量作出反應(yīng)的氧傳感器48。氧傳感器48產(chǎn)生一個氧含量信號。氧傳感器48包括一個對排氣的熱量作出反應(yīng)的加熱元件。結(jié)果，氧傳感器48的構(gòu)型可以做成產(chǎn)生一個排氣溫度(TEXH)信號以及氧含量信號。可以預(yù)期，TEXH可以根據(jù)由一獨立的排氣溫度傳感器(未示出)產(chǎn)生的排氣溫度信號來測定。還可以預(yù)期，TEXH可以根據(jù)一個或多個感知的發(fā)動機操作特性或參數(shù)而從一模型或算法評估或測定。
控制模塊36控制發(fā)動機操作而在閉合回路控制下將TEXH保持在一溫度限量(TLIMIT)處或其附近。更具體地說，因為該排氣直接驅(qū)動渦輪14，所以TEXH指示這些渦輪部件在一給定力矩下經(jīng)受的溫度。如果這些渦輪部件在大于一閾值溫度(TTHRESH)(如950℃)的溫度下長時間操作，那么它們可能會失效。此種極端溫度通常由排氣達到。因此，TLIMIT設(shè)定在一個低于TTHRESH的水準(如900℃)。如果TEXH超過TLIMIT，那么操作模塊36就調(diào)節(jié)發(fā)動機操作而降低TEXH。如果TEXH低于TLIMIT，那么控制模塊36就調(diào)節(jié)發(fā)動機操作而提高TEXH。當TTC系統(tǒng)正在操作時，控制模塊36將一個渦輪溫度控制(TTC)的標志調(diào)置到ACTIVE(作用)。
控制模塊36可以以各種方式調(diào)節(jié)發(fā)動機操作而影響TBXH。例如，可以調(diào)節(jié)A/F比(即富燃料或貧燃料)而降低或提高TEXH。A/F比是富燃料(即增加燃料)還是貧燃料(即減少燃料)來影響TEXH，要根據(jù)由發(fā)動機系統(tǒng)10處理的燃料的類型而決定。例如，降低TEXH傳統(tǒng)上通過在汽油驅(qū)動的發(fā)動機內(nèi)使A/F比成為富燃料而達到。但是，在天然氣驅(qū)動的發(fā)動機內(nèi)TEXH的降低可以通過使A/F比成為貧燃料而達到。但是，在某些情況下，可以預(yù)期，在汽油驅(qū)動的發(fā)動機內(nèi)使A/F比成為貧燃料也可降低TEXH，而在天然氣驅(qū)動的發(fā)動機內(nèi)使A/F比成為富燃料也可降低TEXH。應(yīng)當注意，A/F比可以被調(diào)節(jié)的程度是有限的。也就是說，A/F比有可以被調(diào)節(jié)的最大權(quán)限。該A/F比調(diào)節(jié)被限于其最大權(quán)限來維持穩(wěn)定的發(fā)動機操作。
此外，可以調(diào)節(jié)火花定時(如提前或延遲)來降低或提高TEXH。該火花定時定義為點火火花相對于氣缸20內(nèi)的活塞位置(如頂部死中心(TDC))的定時，它是由曲軸的轉(zhuǎn)動位置決定的。與A/F比調(diào)節(jié)相似，火花定時的調(diào)節(jié)程度是有限的。該火花定時調(diào)節(jié)被限于其最大權(quán)限，以保證穩(wěn)定的發(fā)動機操作。
還可以預(yù)期，可以調(diào)節(jié)渦輪14的操作來減小排氣對渦輪部件的影響。例如，可以調(diào)節(jié)渦輪14提供供給進氣歧管16的充量空氣的較低的充量壓力(PCHARGE)。這有效地減小了驅(qū)動渦輪14所需的功的量。在一種廢氣門類型的渦輪的情況下，PCHARGE是通過調(diào)節(jié)一個能使一部分進入空氣對渦輪14的廢氣門閥(未示出)產(chǎn)生旁路而調(diào)節(jié)的。
現(xiàn)在參照圖2A和2B，將詳細描述由本發(fā)明的TTC系統(tǒng)執(zhí)行的示范步驟。在步驟100中，控制系統(tǒng)確定發(fā)動機12是否運轉(zhuǎn)。如果發(fā)動機12不運轉(zhuǎn)，控制就結(jié)束。如果發(fā)動機12運轉(zhuǎn)，控制系統(tǒng)測定步驟102中的TEXH。在步驟104中，控制系統(tǒng)確定TEXH是否大于TLIMIT。如果TEXH大于TLIMIT，控制系統(tǒng)在步驟106中繼續(xù)進行。如果TEXH不大于TLIMIT，控制系統(tǒng)就在圖2B的步驟108中繼續(xù)進行。
在步驟106中，控制系統(tǒng)確定A/F調(diào)節(jié)是否已達到其最大權(quán)限。
如果A/F調(diào)節(jié)未達到其最大權(quán)限，控制系統(tǒng)在步驟110中繼續(xù)進行。
如果A/F調(diào)節(jié)已達到其最大權(quán)限，控制系統(tǒng)在步驟112中繼續(xù)進行。
在步驟110中，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)A/F比而降低TEXH。控制系統(tǒng)根據(jù)已調(diào)節(jié)的A/F比來調(diào)節(jié)火花而保持步驟114中的穩(wěn)定的發(fā)動機操作并形成回路而回到步驟102。
在步驟112中，控制系統(tǒng)確定火花調(diào)節(jié)是否處在其最大權(quán)限。如果火花調(diào)節(jié)并非處在其最大權(quán)限，控制系統(tǒng)在步驟116中繼續(xù)進行。如果火花調(diào)節(jié)處在其最大權(quán)限，控制系統(tǒng)在步驟118中繼續(xù)進行。在步驟116中，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)火花定時而降低TEXH并形成回路回到步驟102。在步驟118中，控制系統(tǒng)降低PCHARGE并形成回路回到步驟100。
在步驟108中，控制系統(tǒng)確定TTC是否作用。如果TTC作用，控制系統(tǒng)在步驟120中繼續(xù)進行。如果TTC不作用，控制系統(tǒng)形成回路而回到圖2A中的步驟100。在步驟120中，控制系統(tǒng)確定TEXH是否小于TLIMIT。如果TEXHH小于TLIMIT，控制系統(tǒng)在步驟120中繼續(xù)進行。如果TEXH不小于TLIMIT，控制系統(tǒng)形成回路而回到圖2A中的步驟100。在步驟122中，控制系統(tǒng)確定PCHARGE是否等于最大充量壓力(PCHARGEMAX)。如果PCHARGE不等于PCHARGEMAX，控制系統(tǒng)就在步驟124中增大PCHARGE并形成回路而回到圖2A中的步驟100。如果PCHARGE等于PCHARGEMAX，控制系統(tǒng)就在步驟126中繼續(xù)進行。
在步驟126中，控制系統(tǒng)確定火花調(diào)節(jié)是否處在其最大權(quán)限。如果火花調(diào)節(jié)不處在其最大權(quán)限，控制系統(tǒng)就在步驟128中繼續(xù)進行。如果火花調(diào)節(jié)處在其最大權(quán)限，控制系統(tǒng)就在步驟130中繼續(xù)進行。
在步驟128中，控制調(diào)節(jié)火花定時而提高TEXH并形成回路而回到圖2A中的步驟102。在步驟130中，控制系統(tǒng)確定A/F調(diào)節(jié)是否已達到其最大權(quán)限。如果A/F調(diào)節(jié)未達到其最大權(quán)限，控制系統(tǒng)在步驟132中繼續(xù)進行。如果A/F調(diào)節(jié)已達到其最大權(quán)限，控制系統(tǒng)形成回路而回到圖2A中的步驟102。在步驟132中，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)A/F比而提高TEXH?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)已調(diào)節(jié)的A/F比而調(diào)節(jié)該火花來在步驟126中保持穩(wěn)定的發(fā)動機操作，并形成回路而回到步驟134，并形成回路而回到圖2A中的步驟102。
本發(fā)明的渦輪溫度控制系統(tǒng)根據(jù)TEXH來調(diào)節(jié)發(fā)動機操作而保護渦輪部件免遭極端溫度。如上面詳細描述的，可以調(diào)節(jié)A/F比、火花定時和/或PCMARGE來影響TEXH?？梢岳斫猓梢元毩⒌乩眠@些方法中的每一種或與其它方法中的一種或多種進行組合來影響TEXH。在實施這些方法中的一種或多種時，還可以理解，可以變化實施這些單個方法的順序。
該技術(shù)的專業(yè)人員從上列描述可以理解，本發(fā)明的廣泛說明可用各種形式實施。因此，雖然本發(fā)明已就其特定例子來描述，但本發(fā)明的真實范圍不應(yīng)當受限制，因為專業(yè)人員在研究說明書、附圖和下列權(quán)利要求書后顯然能進行其它修改。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)以控制一強制空氣吸入裝置的溫度的渦輪溫度控制(TTC)系統(tǒng)，包括一個對排氣溫度作出反應(yīng)而產(chǎn)生一信號的傳感器；以及一個根據(jù)所述信號測定溫度的控制模塊，該模塊將所述溫度與一閾值溫度進行比較，并調(diào)節(jié)所述發(fā)動機的運轉(zhuǎn)，從而當所述溫度超過所述閾值溫度時降低所述溫度。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊調(diào)節(jié)空氣/燃料比和火花定時中的至少一個因素以降低所述溫度。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述閾值溫度是根據(jù)所述強制空氣吸入裝置的安全操作溫度而決定的。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個燃料噴射系統(tǒng)，其中，所述控制模塊控制所述燃料噴射系統(tǒng)以調(diào)節(jié)空氣/燃料比來降低所述溫度。
5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個火花控制系統(tǒng)，其中所述控制模塊控制所述火花控制系統(tǒng)以調(diào)節(jié)火花定時來降低所述溫度。
6.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊操作所述強制空氣吸入裝置，以便當所述溫度超過所述閾值溫度時降低充量壓力。
7.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊調(diào)節(jié)所述發(fā)動機運轉(zhuǎn)，以便當所述溫度低于所述閾值溫度時提高所述溫度。
8.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個燃料噴射系統(tǒng)，其中所述控制模塊控制所述燃料噴射系統(tǒng)以調(diào)節(jié)空氣/燃料比來提高所述溫度。
9.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個火花控制系統(tǒng)，其中所述控制模塊控制所述火花控制系統(tǒng)以調(diào)節(jié)火花定時來提高所述溫度。
10.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊操作所述強制空氣吸入裝置，以便當所述溫度低于所述閾值溫度時誘生一充量壓力。
11.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器是一種氧傳感器。
12.一種調(diào)節(jié)由發(fā)動機產(chǎn)生的排氣體所驅(qū)動的強制空氣吸入裝置的溫度的方法，包括產(chǎn)生一個排氣溫度信號；根據(jù)所述溫度信號來測定溫度；將所述溫度與一閾值溫度相比較；以及調(diào)節(jié)所述發(fā)動機運轉(zhuǎn)，以便當所述溫度超過所述閾值溫度時降低所述溫度。
13.權(quán)利要求12的方法，其特征在于還包括調(diào)節(jié)空氣/燃料比中的一個并調(diào)節(jié)火花定時，以降低所述溫度。
14.權(quán)利要求12的方法，其特征在于，所述閾值溫度是根據(jù)所述強制空氣吸入裝置的安全操作溫度而決定的。
15.權(quán)利要求12的方法，其特征在于，還包括降低由所述強制空氣吸入裝置產(chǎn)生的充量壓力，以便當所述溫度超過所述閾值溫度時降低所述溫度。
16.權(quán)利要求12的方法，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)所述發(fā)動機運轉(zhuǎn)，以便當所述溫度低于所述閾值溫度時提高所述溫度。
17.權(quán)利要求16的方法，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)空氣/燃料比，以提高所述溫度。
18.權(quán)利要求16的方法，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)火花定時，以提高所述溫度。
19.權(quán)利要求16的方法，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)由所述空氣吸入裝置產(chǎn)生的充量壓力，以便當所述溫度低于所述閾值溫度時提高所述溫度。
20.一種調(diào)節(jié)由發(fā)動機產(chǎn)生的排氣所驅(qū)動的強制空氣吸入裝置的溫度的方法，包括測定排氣溫度；將所述溫度與一閾值溫度相比較；調(diào)節(jié)所述發(fā)動機的空氣/燃料比，以便當所述溫度超過所述閾值溫度時降低所述溫度；以及調(diào)節(jié)所述發(fā)動機的火花計定時，以便當所述空氣/燃料比已被調(diào)節(jié)到最大極限而所述溫度超過所述閾值溫度時降低所述溫度。
21.權(quán)利要求20的方法，其特征在于，還包括將所述閾值溫度設(shè)定為等于所述強制空氣吸入裝置的安全操作溫度。
22.權(quán)利要求20的方法，其特征在于，還包括降低由所述強制空氣吸入裝置產(chǎn)生的充量壓力，以便當所述火花計量已被調(diào)節(jié)到最大極限而所述溫度超過所述閾值溫度時降低所述溫度。
23.權(quán)利要求20的方法，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)所述發(fā)動機運轉(zhuǎn)，以便當所述溫度低于所述閾值溫度時提高所述溫度。
24.權(quán)利要求23的方法，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)所述充量壓力，以便當所述溫度低于所述閾值溫度時提高所述溫度。
25.權(quán)利要求23的方法，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)所述空氣/燃料比，以提高所述溫度。
26.權(quán)利要求23的方法，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)所述火花定時，以提高所述溫度。
全文摘要
一種用于調(diào)節(jié)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)以控制一強制空氣吸入裝置的溫度的渦輪溫度控制(TTC)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個對排氣溫度起反應(yīng)而產(chǎn)生一信號的傳感器。一個控制模塊根據(jù)該溫度信號而測定一溫度，并將該溫度與一閾值溫度作比較。該控制模塊調(diào)節(jié)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)，以便當該溫度超過該閾值溫度時降低該溫度。
文檔編號F02P5/15GK1782354SQ20051011374
公開日2006年6月7日 申請日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月14日
發(fā)明者V·魯伊斯, D·J·巴布科克 申請人:通用汽車公司