[發(fā)明專利]控制活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器速度的方法以及渦輪增壓活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980146175.0
• 申請日: 2009-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN102216592A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿爾托·耶爾維;D·德爾內(nèi)力;M·特洛伯格;湯姆·凱絲;J·曼特伊拉;弗雷德里克·奧斯特曼
• 申請（專利權(quán)）人: 瓦錫蘭芬蘭有限公司
• 主分類號(hào): F02D13/02
• 分類號(hào): F02D13/02;F02D41/00
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝;呂俊剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的控制活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器速度的方法。本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求14前序部分的渦輪增壓活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)中的燃料燃燒以及燃料能量到機(jī)械功的轉(zhuǎn)換受到諸多因素的影響，某些因素與過程有關(guān)，而某些因素與發(fā)送機(jī)的機(jī)械構(gòu)造有關(guān)。現(xiàn)代的壓縮點(diǎn)火式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)通常都設(shè)有增壓器，一般是渦輪增壓器。渦輪增壓器裝置是特別有利的，因?yàn)樗昧税l(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的能量。因此，通過使用渦輪增壓器，可以例如增大發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出和效率。然而，在實(shí)際使用中，渦輪增壓器的壓縮機(jī)是與廢氣渦輪一同操作的，所以渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)載操作條件下趨于低效率。此問題的通常解決辦法是通過為尺寸略小的渦輪結(jié)合一個(gè)廢氣門的裝備結(jié)合，在較高的負(fù)載的操作下，部分廢氣可以通過廢氣門繞開渦輪。然而，對于高負(fù)載操作逐漸增多之下(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗率)的效率，使用廢氣門不是有益的。

針對通常希望使用的內(nèi)燃機(jī)有一些操作目標(biāo)。這種目標(biāo)是特定的，但不是僅僅降低燃料消耗率及廢氣排放。使用渦輪增壓器是提高內(nèi)燃機(jī)性能的通常公認(rèn)的方法。渦輪增壓器的操作受到相關(guān)的壓縮器和渦輪的特征和匹配(adaptation)的影響。在壓縮器中使用高壓比(即，在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中使用相當(dāng)高的充氣壓力)是有益的。渦輪增壓器的壓縮器部分的操作一方面受到與壓縮器的最大流量相關(guān)的限制的限制，另一方面受到喘振裕度(surge?margin)的限制。壓縮器的喘振對于發(fā)動(dòng)機(jī)的操作是有害的，因?yàn)閴嚎s器一喘振，供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空氣的壓力和流量就會(huì)減小。因此，為了確保在變化條件下壓縮器和發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)，在壓縮器的操作點(diǎn)與喘振極限之間應(yīng)該有特定的安全裕度。另外，當(dāng)操作點(diǎn)離開喘振極限特定距離時(shí)，壓縮器的操作效率是最高的。

關(guān)于渦輪增壓式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要問題是氣門正時(shí)。作為用于實(shí)現(xiàn)改變氣門正時(shí)的裝置的示例，我們引用了WO?9830787A1。它給出了用于控制內(nèi)燃機(jī)的氣門的裝置，使得可以延遲發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的打開并且更早地關(guān)閉氣門，使氣門的打開時(shí)間更短。根據(jù)該文件，該裝置可以用于進(jìn)氣門和排氣門，但是該文檔未能公開這種裝置的具體應(yīng)用。

具體來講，在大活塞發(fā)動(dòng)機(jī)(即，氣缸直徑大于或等于200mm并且/或者能夠產(chǎn)生超過150kW/氣缸的功率的發(fā)動(dòng)機(jī))中，例如，由于相當(dāng)大的燃燒空間，對發(fā)動(dòng)機(jī)和燃燒過程的控制是非常費(fèi)力的。而且運(yùn)動(dòng)部件的慣性對瞬變操作有影響。因此，對于發(fā)動(dòng)機(jī)性能的要求最近明顯提高，需要有高級的控制系統(tǒng)，通過該控制系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以操作在就功率、排放和/或其它操作目標(biāo)而言所需的限制內(nèi)。

WO?2008/000899A1給出了一種調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的換氣閥門的關(guān)閉時(shí)刻的裝置，使得在例如發(fā)動(dòng)機(jī)的不同負(fù)載情況下，氣門的關(guān)閉可以比通常情況更晚。

US?6,105,555公開了一種具有用于防止在發(fā)動(dòng)機(jī)操作中燃料快速減少瞬變期間渦輪增壓功率快速減小的系統(tǒng)和方法的渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)。提供了一種能夠改變發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門的打開正時(shí)的排氣門控制裝置。這種排氣門控制裝置將排氣門的打開正時(shí)提前，以將額外的廢氣傳送至渦輪，從而防止了壓縮器速度的迅速減小，并且防止了壓縮器喘振。

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種控制活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器速度的方法，該活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的操作比現(xiàn)有技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)更加高效。

發(fā)明內(nèi)容

在本說明書的上下文中，措辭“百分比度”(％deg)表示相對氣門位置在曲柄角的范圍內(nèi)的積分(integral)，其中，百分比表示與氣缸直徑有關(guān)的氣門位置。曲柄角表示發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄軸的位置，其中，從上止點(diǎn)開始的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)力沖程之前的全循環(huán)包括720°。