專利名稱：用于具有調(diào)節(jié)閥致動(dòng)裝置的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的的控制策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及裝有調(diào)節(jié)閥致動(dòng)器的、驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車輛的渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，更具體地說，涉及增加發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制策略，且該策略不會(huì)引起不希望有的、諸如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排煙之類的尾管排出物的結(jié)果，特別是在渦輪增壓器增壓較低時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)較低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)。
背景技術(shù)：
渦輪增壓器是一種用來給內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的裝置。用渦輪增壓器來增壓的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)常常被稱為渦輪增壓柴油機(jī)。渦輪增壓器包括一渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)是由發(fā)動(dòng)機(jī)排氣來驅(qū)動(dòng)的，并通過一軸連接來驅(qū)動(dòng)一壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)將其下游的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中的壓力升高。通過對(duì)渦輪機(jī)運(yùn)作的控制來控制壓力提升。
控制渦輪機(jī)的運(yùn)作的策略需要考慮到渦輪增壓器的具體類型。有一種類型的渦輪增壓器具有可變的尺寸形狀或者可變的噴嘴，它可以改變其中流過渦輪增壓器的排氣與渦輪機(jī)的相互作用?？蓜?dòng)的葉片可有選擇性地定位，用以控制排氣與渦輪機(jī)的相互作用情況，因而控制壓力提升。渦輪增壓器具有一用以使電控器與可動(dòng)葉片接口的機(jī)電致動(dòng)器。該致動(dòng)器具有一可根據(jù)來自電控器的控制信號(hào)來設(shè)定葉片位置的螺線管。控制信號(hào)可根據(jù)所要求的控制策略來形成。
廢氣閘門式的渦輪增壓器通過控制偏轉(zhuǎn)來自渦輪機(jī)的排氣的廢氣閘閥的打開程度，來控制可與渦輪機(jī)相互作用的排氣比例。廢氣閘閥可通過施加一控制信號(hào)的電致動(dòng)器來操作。
可以說，通常都將渦輪增壓器考慮為一種用于改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的裝置。渦輪增壓器通常是為高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速所用的，這是因?yàn)樵诘桶l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)可作用在渦輪增壓器的渦輪機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的量通常是不足于使渦輪增壓器的壓縮機(jī)形成足夠的增壓來使之有效地改善在這些低轉(zhuǎn)速時(shí)的性能。
不過，已有揭示表明某些渦輪增壓的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是具有調(diào)節(jié)閥時(shí)間設(shè)置的發(fā)動(dòng)機(jī)能夠得到增大的低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)扭，而無不希望有的、諸如在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的煙之類的尾管排放物的結(jié)果。這可通過如下的聯(lián)合控制來改善(1)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)過程中發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥打開的時(shí)間，以及(2)發(fā)動(dòng)機(jī)供油。通常，聯(lián)合控制包括延遲、即推遲排氣閥的打開并同時(shí)增加供油以在內(nèi)燃腔內(nèi)保持所要的空氣—燃油比。此改進(jìn)可在發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)提供相當(dāng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的增加，而在尾管排放物上沒有多大的不利影響。
從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)燃腔中排放燃燒生成物的過程可認(rèn)為包括如下的二個(gè)階段(1)放氣階段，此時(shí)排氣壓力大到足以形成通過一打開的排氣閥的排氣氣流；以及(2)泵出階段，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)正在將內(nèi)燃腔的掃氣體積減小到可使排氣通過打開的排氣閥的程度。放氣階段將在一打開排氣閥時(shí)就開始，而以后再將發(fā)生泵出階段。例如，如果發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的排氣閥在活塞在氣缸內(nèi)到達(dá)下死點(diǎn)(BDC)之前完成一動(dòng)力下沖程的話，放氣階段將在BDC之前開始。它也可繼續(xù)進(jìn)入接著發(fā)生的活塞的排氣上沖程，直到壓力降低到不足以形成連續(xù)的排氣氣流或者上沖程活塞將掃氣體積減小到足以產(chǎn)生可使排氣通過打開的排氣閥排出為止。試驗(yàn)表明，延遲排氣閥打開的時(shí)間設(shè)置(timing)可形成更有效的排氣放氣，這對(duì)渦輪增壓器的運(yùn)作是有利的，特別是在之前被認(rèn)為渦輪增壓器改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的效果較差的低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)。
因?yàn)楸景l(fā)明的某些原理包括改變在發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)中排氣閥打開的時(shí)間，故發(fā)動(dòng)機(jī)必須為每一個(gè)排氣閥設(shè)置一合適的機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)的一個(gè)例子可以是一根據(jù)施加在其上的電信號(hào)來打開和關(guān)閉排氣閥的一個(gè)電致動(dòng)器。這種發(fā)動(dòng)機(jī)常常被稱為無凸輪發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣閥也由電致動(dòng)器控制時(shí)。當(dāng)采用本發(fā)明的策略時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)過程中的每個(gè)排氣閥的開啟時(shí)間設(shè)置是越來越延遲的。
由于排氣閥的打開延遲，微粒的氣缸內(nèi)燃燒時(shí)間增加，這就減少了微粒排放。同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)排放閥開啟延遲可對(duì)渦輪增壓器壓縮機(jī)增加能量輸入，從而增加壓力提升，這一發(fā)現(xiàn)可認(rèn)為是與現(xiàn)有的普通常識(shí)相背的。當(dāng)壓力提升增加且煙減少時(shí)，還增加發(fā)動(dòng)機(jī)供油以得到增大的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，這樣，補(bǔ)充的供油不會(huì)以任何明顯的方式對(duì)尾管排放造成不利。這樣，可使渦輪增壓器的運(yùn)作達(dá)到其性能極限，因而可使發(fā)動(dòng)機(jī)形成相應(yīng)的、比原本可達(dá)到的轉(zhuǎn)矩更大的轉(zhuǎn)矩。
但是，排氣閥打開延遲與發(fā)動(dòng)機(jī)供油增加一道采用的結(jié)果會(huì)影響到渦輪增壓器的運(yùn)作。一種可能的結(jié)果是，如果渦輪機(jī)上的排氣流導(dǎo)致渦輪增壓器的運(yùn)轉(zhuǎn)超過其性能極限，則渦輪增壓器的壓縮機(jī)會(huì)產(chǎn)生不希望有的浪涌。為了避免這種浪涌，在初始?jí)嚎s機(jī)浪涌時(shí)或在預(yù)期時(shí)起動(dòng)在壓縮機(jī)出口處的泄放閥，用以將來自進(jìn)氣系統(tǒng)的壓縮增壓空氣泄放到足以抵消、或防止初始浪涌。來自進(jìn)氣系統(tǒng)的壓縮增壓空氣泄放成可使進(jìn)氣歧管壓力增大、而無渦輪增壓器浪涌。由于這個(gè)可增大進(jìn)氣歧管壓力而無伴隨的渦輪增壓器浪涌的能力，即使在低速發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作時(shí)，渦輪增壓器也可在其性能極限處或附近工作，此外，為了要在發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)施本發(fā)明的原理，通常為高速而不是低速運(yùn)作設(shè)計(jì)的渦輪增壓器的基本結(jié)構(gòu)不必作改型或改變。只要給發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)配上一泄氣閥將來自進(jìn)氣系統(tǒng)的壓縮增壓空氣泄放就足夠了，可能還附加上一個(gè)或幾個(gè)傳感器，并在發(fā)動(dòng)機(jī)控制處理器中配以合宜的算法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)主要方面涉及到一種新穎的、用于控制具有調(diào)節(jié)閥致動(dòng)裝置的渦輪柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的排氣閥的打開的策略。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低于峰值轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)使排氣閥在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中在比具有操作排氣閥的凸輪軸的發(fā)動(dòng)機(jī)中遲一些的時(shí)間打開?？刂葡到y(tǒng)將排氣閥打開延遲的程度是一個(gè)或多個(gè)所選變量的函數(shù)，這些變量如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、增壓、制動(dòng)器(馬力小時(shí))比油耗(BSFC)以及車輛的加速度。
本發(fā)明的一方面內(nèi)容涉及到一種用于渦輪增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的、特別是渦輪增壓壓縮點(diǎn)火的或柴油的、具有調(diào)節(jié)閥致動(dòng)器的發(fā)動(dòng)機(jī)的新穎的策略。所揭示的策略通過一基于處理器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置來完成，它采用與某些發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)來控制來自發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的壓縮增壓空氣的泄放。這些數(shù)據(jù)按照一處理器所執(zhí)行的軟件算法來處理，以得到一可施加于渦輪增壓器的壓縮機(jī)之出口處的電動(dòng)泄放閥上的控制信號(hào)。受控的泄放可抵消由于排氣閥打開時(shí)間設(shè)置的越來越延遲和伴隨的供油增加而引起的渦輪增壓器的初始浪涌。
本發(fā)明的一個(gè)總的方面內(nèi)容涉及一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，它包括一增壓空氣經(jīng)其而送入到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管中的進(jìn)氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一渦輪增壓器，它具有一由發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣驅(qū)動(dòng)、用來產(chǎn)生在進(jìn)氣歧管中提供增壓的壓縮的增壓空氣的壓縮機(jī)。一用于從進(jìn)氣歧管泄放出一些壓縮的增壓空氣的泄放器可使進(jìn)氣歧管壓力增加而無謂的渦輪增壓器的壓縮機(jī)浪涌的。一控制器控制與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)中相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥的打開、與發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)供油和增壓空氣的泄放。時(shí)常，該控制器使與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)相關(guān)的排氣閥的打開越來越延遲，以使渦輪增壓器增加進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力，并相應(yīng)于進(jìn)氣歧管中的壓力增加而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的供油，并且，對(duì)這種越來越延遲的排氣閥打開和增加的發(fā)動(dòng)機(jī)供油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的作用所引起的任何壓縮機(jī)的初始浪涌作出響應(yīng)，使泄放器工作，用以抵消這種壓縮機(jī)的浪涌。
本發(fā)明的另一個(gè)總的方面涉及一種用于上述發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其特點(diǎn)是，通常， 在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)中使排氣閥打開越來越延遲，以使渦輪增壓器增加進(jìn)氣歧管壓力，相應(yīng)于進(jìn)氣歧管壓力的增加而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的供油，并且，對(duì)這種越來越延遲的排氣閥打開和增加的發(fā)動(dòng)機(jī)供油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的作用所引起的任何壓縮機(jī)的初始浪涌作出響應(yīng)，使泄放器工作，用以抵消這種壓縮機(jī)的浪涌。
本要求保護(hù)的發(fā)明的又一方面內(nèi)容涉及一種軟件算法，它用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制處理器中，用以完成上述的方法。
本發(fā)明的上述的以及其它的各方面內(nèi)容、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在作為說明實(shí)施本發(fā)明的此時(shí)的最佳形式的一目前較佳實(shí)施例的揭示中可以看到。本發(fā)明包括如下簡略說明的附圖以及將參照這些附圖所作的詳細(xì)闡述。
附圖的簡要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明原理的一種發(fā)動(dòng)機(jī)的總體簡圖。
圖2是用來實(shí)施本發(fā)明的算法的流程圖。
圖3-11是對(duì)理解本發(fā)明有用的各種曲線圖。
較佳實(shí)施例的說明圖1示出向機(jī)動(dòng)車輛提供動(dòng)力的一內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10。這種車輛的一個(gè)例子是具有一包含動(dòng)力系的底座的卡車，在該動(dòng)力系中發(fā)動(dòng)機(jī)10是一個(gè)噴油的渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通過一驅(qū)動(dòng)系與從動(dòng)輪可操作地相耦合以驅(qū)動(dòng)車輛。該發(fā)動(dòng)機(jī)具有可按照發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)作來控制排氣閥開啟的時(shí)間的調(diào)節(jié)閥致動(dòng)功能。
發(fā)動(dòng)機(jī)10包括一增壓空氣經(jīng)其送到發(fā)動(dòng)機(jī)10的進(jìn)氣歧管14的進(jìn)氣系統(tǒng)42。增壓氣體從進(jìn)氣歧管14經(jīng)過相應(yīng)的進(jìn)氣閥18進(jìn)入到每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸16中。在合宜的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作的時(shí)間里，各個(gè)燃油噴射器20將柴油燃料噴入各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中。發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括一將發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中燃燒所產(chǎn)生的排氣從發(fā)動(dòng)機(jī)排移出去的排氣系統(tǒng)22。排氣通過相應(yīng)的排氣閥24從每個(gè)氣缸中排出。
發(fā)動(dòng)機(jī)10可以是一無凸輪的發(fā)動(dòng)機(jī)，這就是個(gè)其每個(gè)平常關(guān)閉的進(jìn)氣和排氣閥都是在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)中通過施加給各電致動(dòng)器的電信號(hào)而在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間打開的。
一具有數(shù)字處理能力的電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器30與發(fā)動(dòng)機(jī)10相連。控制器30可包括一個(gè)或多個(gè)處理器，它們根據(jù)編制的算法處理來自各種輸入數(shù)據(jù)信號(hào)源的數(shù)據(jù)，以求得在執(zhí)行與發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)作相關(guān)的各種函數(shù)相關(guān)中所用信號(hào)的某些數(shù)據(jù)。控制器30所處理的數(shù)據(jù)可以來自外部源(輸入變量)和/或在控制器30的內(nèi)部形成(局部變量)?？刂破?0求得用于使吸氣和排氣閥門致動(dòng)器工作的信號(hào)以及使燃油噴射器20工作的信號(hào)的數(shù)據(jù)。
發(fā)動(dòng)機(jī)10的渦輪增壓是通過一渦輪增壓器32來完成的，該渦輪增壓器包括一渦輪機(jī)34，該渦輪機(jī)連接在排氣系統(tǒng)22中，并通過一軸36連接在進(jìn)氣系統(tǒng)12中的一壓縮機(jī)38。壓縮機(jī)38是由來自發(fā)動(dòng)機(jī)10的排氣來驅(qū)動(dòng)的，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣作用在渦輪機(jī)34上以形成為在吸氣管14中提供增壓的壓縮增壓空氣。
泄放閥40包括一與進(jìn)氣系統(tǒng)12中的壓縮增壓空氣相連通的入口。泄放閥40可以是例如安裝在壓縮機(jī)38的出口處。泄放閥40具有一可控制泄放閥允許打開的程度的電致動(dòng)器。該致動(dòng)器與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器30電氣連接。當(dāng)泄放閥40打開時(shí)，它將壓縮的增壓空氣從吸氣系統(tǒng)12中泄放出。該閥開啟的程度決定于泄放長度。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制器30包含有一實(shí)施用于控制泄放閥40、以及用于通過燃油噴射器20控制發(fā)動(dòng)機(jī)供油和控制排氣閥24的算法的軟件程序。在圖2中示出該算法，其標(biāo)號(hào)為50。
在執(zhí)行算法50時(shí)，它完成一系列的、由總的標(biāo)號(hào)50所標(biāo)示的步驟，其起始步驟為52。一旦完成了起始步驟且發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，一隨后的步驟54就判斷a)控制器30(ECU)是否接通，亦即電源接通并運(yùn)轉(zhuǎn)，且b)發(fā)動(dòng)機(jī)是否在低于峰值轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。如果不滿足a)和b)兩條件，則將排氣閥開啟的時(shí)間設(shè)置重新設(shè)定至基準(zhǔn)值(步驟55)，此后再重復(fù)步驟52和54。當(dāng)滿足兩條件a)和b)時(shí)，則步驟56使ECU相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)間值延遲排氣閥24開啟的時(shí)間設(shè)置。在算法50的例子中，通過發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)從發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中的基準(zhǔn)值轉(zhuǎn)動(dòng)附加的5度來延遲排氣閥的開啟。
下一步驟58使控制器根據(jù)排氣閥開啟延延遲所導(dǎo)致的加大的增壓來增加發(fā)動(dòng)機(jī)的供油。增加的供油用以保持所要求的燃油—空氣比。算法50的下一步驟60判斷渦輪增壓器32是否由于排氣閥開啟的延遲而開始浪涌。如果渦輪增壓器并未開始浪涌，則算法循環(huán)回到步驟54，而如果條件a)和b)繼續(xù)得到滿足，則重復(fù)步驟56、58和60。只要a)和b)兩條件繼續(xù)得到滿足，排氣閥的開啟通過每次隨后的重復(fù)步驟56和58而愈加延遲。
不過，最后，延遲將變得足以引起渦輪增壓器浪涌。因此，當(dāng)步驟60確定渦輪增壓器32開始浪涌時(shí)，控制器30開始打開閥40，如算法50的步驟62所示。閥40初始地打開一個(gè)增量。再執(zhí)行步驟62，以判斷初始浪涌是否已被抵消。如果尚未抵消，算法再次執(zhí)行62，通過對(duì)閥的控制信號(hào)施加一附加增量來使閥打開更大些。步驟62將繼續(xù)重復(fù)以不斷打開閥40，直到步驟60確定初始浪涌已被抵消掉了為止。
當(dāng)作出了這種判斷時(shí)，算法回到步驟54。
圖3表示一種已知的渦輪增壓器的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速圖線的例子。浪涌線100將渦輪增壓器的穩(wěn)定工作區(qū)102和不穩(wěn)定工作區(qū)104分開。在102區(qū)中，已知的關(guān)系在三個(gè)所示的參數(shù)、亦即壓力比、折合質(zhì)量流率和轉(zhuǎn)速。假定渦輪增壓器在標(biāo)號(hào)106標(biāo)示的工作點(diǎn)上穩(wěn)定地運(yùn)作。如果排氣閥的開啟越來越延遲和/或發(fā)動(dòng)機(jī)供油增加超出了滿負(fù)荷供油，則壓力比將比發(fā)動(dòng)機(jī)所要求的空氣流量增加得快。結(jié)果渦輪增壓器的工作點(diǎn)開始沿線段108從點(diǎn)106向浪涌線100轉(zhuǎn)移。當(dāng)排氣閥的開啟繼續(xù)不斷延遲和/或發(fā)動(dòng)機(jī)的供油繼續(xù)增加時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作將點(diǎn)沿著穿過浪涌線并進(jìn)入104區(qū)的一線段110移動(dòng)。因此，當(dāng)工作點(diǎn)移過位置112處的浪涌線時(shí)，渦輪增壓器將開始浪涌。通過泄放一些從吸氣系統(tǒng)12經(jīng)過泄氣閥40的壓縮的增壓空氣，就可使工作點(diǎn)回到穩(wěn)定區(qū)102，諸如沿線段114，而不沿線段110。這樣，壓縮的增壓空氣從吸氣系統(tǒng)中泄放，以使吸氣管壓力進(jìn)一步增加而無壓縮機(jī)浪涌。結(jié)果，可在壓力比和質(zhì)量流率兩者都比點(diǎn)112有所增大的情況下實(shí)現(xiàn)渦輪增壓器的穩(wěn)定。
圖4包括一確定泄放閥開啟程度與發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)過程中排氣閥開啟的時(shí)間的關(guān)系的曲線120，它是用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角的度數(shù)來計(jì)量的。圖4還包括確定渦輪增壓器轉(zhuǎn)速與排氣閥開啟的時(shí)間的關(guān)系的第2根曲線122。圖4表示當(dāng)排氣閥開啟越來越延遲時(shí)，就需要經(jīng)過閥40泄放更多的壓縮增壓空氣來防止渦輪增壓器浪涌。曲線120表示作為排氣閥開啟時(shí)間的函數(shù)的、用以防止渦輪增壓器浪涌所必需的最小的泄放流動(dòng)面積。盡管排氣閥開啟延遲會(huì)因尚未對(duì)排氣系統(tǒng)打開的氣缸中的氣體的壓縮而造成發(fā)動(dòng)機(jī)的泵送損失，但是，如果閥門開啟延遲足以使泵出階段對(duì)排氣有效的話，當(dāng)它們確實(shí)進(jìn)入到排氣系統(tǒng)且經(jīng)過渦輪增壓器通向尾管時(shí)，這些氣體在渦輪機(jī)34上的效率將會(huì)提高。
圖5包括一確定空氣—燃油比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)過程中排氣閥開啟的時(shí)間的關(guān)系的曲線130，它是用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角的數(shù)來計(jì)量的。圖5還包括一確定煙與排氣閥開始開啟時(shí)間的第2根曲線132。圖5表示由于排氣閥開啟的開始越來越延遲所形成的渦輪增壓器增壓的增加，空氣—燃油比就增大，且煙也減少。
圖6包括一確定制動(dòng)器(馬力小時(shí))比油耗(BSFC)與發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)過程中排氣閥開始開啟的時(shí)間的關(guān)系曲線140。圖6還包括一確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與排氣閥開始開啟的時(shí)間的關(guān)系的第2根曲線142。圖6表明在燃油消耗成本增加且因發(fā)動(dòng)機(jī)泵送損失增大而使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩減小處得到圖5所示的有用的益處。
但是，由于煙減少了，可將額外的燃油引入發(fā)動(dòng)機(jī)。圖7、8和9包括分別確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、渦輪增壓器轉(zhuǎn)速、空氣流率、煙、功率輸出、以及尾管或排氣堆積物溫度與發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)過程中排氣閥開啟時(shí)間的關(guān)系的六根曲線150、152、160、162、170和172，它們是用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角的度數(shù)來計(jì)量的。這些關(guān)系都是在相同的固定供油情況下給出的。它們表明排氣閥的開啟從基準(zhǔn)線(在此時(shí)約135度ATDC)的延遲使轉(zhuǎn)矩隨著渦輪增壓器轉(zhuǎn)速的增加而增加到一點(diǎn)處。此后，隨著渦輪增壓器轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大而轉(zhuǎn)矩稍稍變小。
在由于排氣閥開啟得越來越延遲而使轉(zhuǎn)矩開始增大的點(diǎn)上，排氣的能量被渦輪增壓器更有效地利用，渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速增加更多。最終合成的增壓提升使空氣流率加大。由于在排氣閥打開前的氣缸內(nèi)處長的燃燒時(shí)間加長且空氣—燃油比更大，所以煙減少。
圖10表示一確定作為供油過多百分比之函數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線180以及一作為在排氣閥開啟延遲增大時(shí)的供油過多百分比之函數(shù)的煙的曲線182。對(duì)于作為基準(zhǔn)值煙的相同的煙排放，圖10表明由于延遲而能給發(fā)動(dòng)機(jī)增加30％以上的更多燃油，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也造成一類似的增加。
圖11表示排氣壓力相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角在4種不同的排氣閥開啟時(shí)間設(shè)置情況下的4條跟蹤曲線190、192、194、196。曲線190表示標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間設(shè)置情況下的排氣壓力相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系。曲線192表示在提前的時(shí)間設(shè)置情況下的排氣壓力相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系。曲線194表示在延遲的時(shí)間設(shè)置情況下的排氣壓力相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系。曲線196表示在過分延遲的時(shí)間設(shè)置情況下的排氣壓力相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系。
來自氣缸的排氣呈現(xiàn)前述的吹倒和泵出階段。當(dāng)時(shí)間設(shè)置比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間設(shè)置提前時(shí)，如比較曲線192和曲線190所示，能量加到排氣中，且因此渦輪增壓器轉(zhuǎn)速增加。由于能量加到了壓力已經(jīng)增大的排氣壓力脈沖的升高邊緣上，該能量用于渦輪增壓器效率是較低的。從發(fā)動(dòng)機(jī)中提取能量，因而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩減小。
當(dāng)時(shí)間設(shè)置比標(biāo)準(zhǔn)過程時(shí)間延遲時(shí)，如比較曲線194和曲線190所示，排氣壓力中出現(xiàn)從吹倒階段到泵出階段的一光順的過渡。對(duì)于渦輪增壓器，這就意味著能更有效地利用排氣的能量。此外，由于排氣閥開啟的延遲將吹倒推遲到排氣沖程中，所以發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的上沖程活塞使吹倒階段中的壓降變得緩和。這就意味著當(dāng)活塞抵抗高氣壓工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)有額外的泵送損失。盡管如此，在膨脹作功時(shí)的得益要超過泵送損失，以使輸出轉(zhuǎn)矩增加，且最后達(dá)到一表示為有最大轉(zhuǎn)矩輸出和最小BSFC的最佳排氣閥開啟的峰值。對(duì)渦輪機(jī)來說，這就意味著有額外的能量，導(dǎo)致如圖7-9所示的渦輪增壓器轉(zhuǎn)速、壓力提升以及吸入流率的增加。由于將能量加到了壓力脈沖的下降邊緣上，故該能量高效率地用于渦輪增壓器。
當(dāng)時(shí)間設(shè)置比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間設(shè)置分延遲時(shí)，如比較曲線196和曲線190所示，泵送損失超過了作功時(shí)的增益，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩開始下降。渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，吸入空氣流率也增加。這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的泵送損失變成為附加到排氣的能量，在曲線196上反映為一寬而高的排氣壓力脈沖。由于在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)因吸入空氣量不足而有煙限，所以排氣閥開啟過分延遲可提供更多的空氣，而因此可供更多的燃油而提高轉(zhuǎn)矩。換句話說，采用過分延遲可能提高轉(zhuǎn)矩，但如上所述，與最大轉(zhuǎn)矩而最小BSFC的最佳化延遲相比，這種轉(zhuǎn)矩得益會(huì)伴隨出現(xiàn)BSFC的增加。
盡管已對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例作了圖示和說明，應(yīng)能理解的是，本發(fā)明的原理還適用于在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例和應(yīng)用之中。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，它包括一進(jìn)氣系統(tǒng)，增壓空氣經(jīng)其而送入到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管中，該系統(tǒng)包括一渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括一由發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣來驅(qū)動(dòng)、用來將壓縮的增壓空氣送入進(jìn)氣歧管中的壓縮機(jī)；一泄放器，用于泄放一些壓縮的增壓空氣；諸排氣閥，它們通常是關(guān)閉的，但可打開以使排氣可從發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒腔排出；一控制器，用于控制與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)相關(guān)的排氣閥打開，用于控制與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)供油，以及用于控制增壓空氣的泄放；其中，時(shí)常該控制器使與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)相關(guān)的排氣閥的打開越來越延遲，以使渦輪增壓器增加進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力，該控制器相應(yīng)于進(jìn)氣歧管中的壓力增加而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的供油，并且對(duì)這種越來越延遲的排氣閥打開和增加的發(fā)動(dòng)機(jī)供油所引起的任何壓縮機(jī)的初始浪涌作出響應(yīng)，使泄放器工作用以抵消這種壓縮機(jī)的浪涌。
2.如權(quán)利要求1中所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，壓縮機(jī)包括一出口，壓縮的增壓空氣經(jīng)其而送入到進(jìn)氣歧管中；以及泄放器包括一在壓縮機(jī)出口處的電控閥，該閥用來從對(duì)進(jìn)氣歧管中的送入中泄放壓縮增壓空氣。
3.如權(quán)利要求1中所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)包括一壓縮點(diǎn)火工作循環(huán)。
4.如權(quán)利要求1中所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，控制器按照如下的算法來工作即在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)中將排氣閥的打開延遲增大一定的度數(shù)，并且如果壓縮機(jī)并不因排氣閥打開延遲的加大而開始浪涌，就使發(fā)動(dòng)機(jī)的供油增大某個(gè)量。
5.如權(quán)利要求4中所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，如果壓縮機(jī)并不因上述的供油增加而開始浪涌，該算法還使發(fā)動(dòng)機(jī)的供油再增加一個(gè)更大的量。
6.如權(quán)利要求5中所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，如果壓縮機(jī)并因上述進(jìn)一步的發(fā)動(dòng)機(jī)供油增加而開始浪涌的話，該算法使泄放器工作，用以增加壓縮增壓空氣的泄放。
7.如權(quán)利要求6中所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，該算法使泄放器工作以將增加壓縮增壓空氣的泄放，直至因上述的發(fā)動(dòng)機(jī)供油的進(jìn)一步增加而產(chǎn)生的任何壓縮機(jī)浪涌停止為止。
8.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方法，所述內(nèi)燃機(jī)包括一進(jìn)氣系統(tǒng)，增加空氣經(jīng)其而送入到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管中，該系統(tǒng)包括一渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括一由發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣來驅(qū)動(dòng)、用來將壓縮的增壓空氣送入進(jìn)氣歧管中的壓縮機(jī)；一泄放器，用于泄放一些壓縮的增壓空氣；諸排氣閥，它們通常是關(guān)閉的，但可打開以使排氣可從發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒腔排出；該方法包括時(shí)常越來越延遲與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)相關(guān)的排氣閥打開，以使渦輪增壓器增加進(jìn)氣歧管中的壓力，相應(yīng)于進(jìn)氣歧管中的的壓力增加而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的供油，以及對(duì)這種越來越延遲的排氣閥打開和增加的發(fā)動(dòng)機(jī)供油所引起的壓縮機(jī)的初始浪涌作響應(yīng)，使泄放器工作用以抵消這種壓縮機(jī)的浪涌。
9.如權(quán)利要求8中所述的方法，其特征在于，使泄放器工作的步驟包括控制壓縮機(jī)的一出口處的一電控閥可打開以從對(duì)進(jìn)氣歧管的送入中泄放壓縮增壓空氣的程度。
10.如權(quán)利要求8中所述的方法，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)包括一壓縮點(diǎn)火工作循環(huán)；使相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的排氣閥打開越來越延遲以使渦輪增壓器增加進(jìn)氣歧管中的壓力的步驟包括使在發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)中排氣閥打開的延遲增加一定的度數(shù)；以及根據(jù)進(jìn)氣歧管中的壓力增大而增加發(fā)動(dòng)機(jī)供油的步驟包括如果壓縮機(jī)并不因排氣閥打開延遲的增加而開始浪涌，則將發(fā)動(dòng)機(jī)的供油增加一定量。
11.如權(quán)利要求10中所述的方法，其特征在于，它還包括以下的一步驟如果壓縮機(jī)并不因上述的供油增加而開始浪涌，則將發(fā)動(dòng)機(jī)的供油再增加一更大的量。
12.如權(quán)利要求11中所述的方法，其特征在于，它包括以下的一步驟如果壓縮機(jī)并因發(fā)動(dòng)機(jī)供油的進(jìn)一步增加而開始浪涌，則使泄放器工作以增加壓縮的增壓空氣的泄放。
13.如權(quán)利要求12中所述的方法，其特征在于，如果壓縮機(jī)并因發(fā)動(dòng)機(jī)供油的進(jìn)一步增加而開始浪涌則使泄放器工作以增加壓縮的增壓空氣的泄放的步驟包括使泄放器工作以增加壓縮的增壓空氣的泄放，直至因發(fā)動(dòng)機(jī)供油的進(jìn)一步增加而產(chǎn)生的任何壓縮機(jī)浪涌停止為止。
全文摘要
渦輪增壓器(32)使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的進(jìn)氣歧管產(chǎn)生增壓。時(shí)常使排氣閥的打開與發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)相關(guān)地越來越延遲，以使渦輪增壓器(32)來加大增壓，還相應(yīng)于增壓而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的供油，并且對(duì)這種越來越延遲的排氣閥的打開和增加的發(fā)動(dòng)機(jī)供油所引起的壓縮機(jī)(38)的初始浪涌作出響應(yīng)，從進(jìn)氣歧管(14)泄放的壓縮增壓空氣，用以抵消這種壓縮機(jī)的初始浪涌，從而避免任何顯著的渦輪增壓器(38)的浪涌。
文檔編號(hào)F02D23/02GK1537195SQ02814264
公開日2004年10月13日 申請日期2002年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月16日
發(fā)明者J·孫, J 孫, X·貴, 伍德, T·G·伍德, 奧馬奇, S·T·奧馬奇 申請人:萬國引擎知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限責(zé)任公司