用于檢測(cè)渦輪增壓器退化的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】多種方法和系統(tǒng)被用于檢測(cè)渦輪增壓器退化。本發(fā)明公開一種用于檢測(cè)渦輪增壓器退化的方法和系統(tǒng)，所述方法包括基于來自渦輪機(jī)速度傳感器的輸出檢測(cè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向位置，并且如果所述軸向位置距離基本位置的距離大于閾值距離，則指示渦輪增壓器退化。
【專利說明】用于檢測(cè)渦輪增壓器退化的方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明披露的主題的實(shí)施例涉及連接到內(nèi)燃機(jī)的潤(rùn)輪增壓器(turbocharger)。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪增壓器是用于通過使用壓縮機(jī)將空氣壓縮到發(fā)動(dòng)機(jī)中而增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出的裝置，所述壓縮機(jī)由從熱發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中收集能量的渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。渦輪增壓器通常以非常高的速度(例如25000RPM)運(yùn)行，因此在高速運(yùn)行期間渦輪增壓器的退化可導(dǎo)致災(zāi)難性的損害。可以使用一個(gè)或多個(gè)傳感器監(jiān)控渦輪增壓器功能，并且如果指示退化，則可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，一些類型的渦輪增壓器退化可能難以檢測(cè)。此外，渦輪增壓器傳感器自身可能易于發(fā)生退化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一個(gè)實(shí)施例中，一種方法包括接收來自渦輪機(jī)速度傳感器的輸出，所述渦輪機(jī)速度傳感器可操作地耦合至渦輪增壓器的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子；以及基于所述輸出指示渦輪增壓器的渦輪增壓器退化。
[0004]其中，基于來自渦輪機(jī)速度傳感器的輸出檢測(cè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向位置，其中如果所述軸向位置距離基本位置(base position)的距離大于閾值距離，則指示渦輪增壓器退化。這樣，渦輪增壓器退化可基于來自渦輪機(jī)速度傳感器的輸出來進(jìn)行確定。
[0005]其中，檢測(cè)所述軸向位置包括檢測(cè)連接至所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的止推環(huán)的位置，當(dāng)所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子處于所述基本位置上時(shí)所述止推環(huán)與所述渦輪機(jī)速度傳感器對(duì)齊。
[0006]其中，來自所述渦輪機(jī)速度傳感器的所述輸出是電壓輸出，并且基于來自所述渦輪機(jī)速度傳感器的所述電壓輸出確定所述止推環(huán)的所述位置。
[0007]其中，如果來自所述渦輪機(jī)速度傳感器的所述電壓輸出小于指定電壓，則指示所述止推環(huán)已發(fā)生移動(dòng)，不再與所述渦輪機(jī)速度傳感器對(duì)齊。
[0008]所述的方法進(jìn)一步包括基于來自所述渦輪機(jī)速度傳感器的所述輸出，確定當(dāng)所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子處于所述基本位置上時(shí)所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的速度。
[0009]所述的方法進(jìn)一步包括如果指示渦輪增壓器退化則停止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。
[0010]所述的方法進(jìn)一步包括如果指示渦輪增壓器退化則降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，一種方法包括接收來自與渦輪增壓器的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子可操作地連接的渦輪機(jī)速度傳感器的輸出，并且基于所述輸出指示渦輪增壓器的渦輪增壓器退化。例如，所述方法可包括基于來自渦輪機(jī)速度傳感器的輸出檢測(cè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向位置，并且如果所述軸向位置距離位置的距離大于閾值距離，則指示渦輪增壓器退化。這樣，渦輪增壓器退化可基于來自渦輪機(jī)速度傳感器的輸出來進(jìn)行確定。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，一種方法包括:來自渦輪機(jī)速度傳感器的輸出為電壓輸出；所述方法進(jìn)一步包括:基于所述電壓輸出確定渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)速度；以及如果所述電壓輸出小于指定電壓，則指示渦輪增壓器退化。[0013]其中，基于所述渦輪增壓器的止推環(huán)的多個(gè)切口經(jīng)過所述渦輪機(jī)速度傳感器的頻率確定渦輪機(jī)速度。
[0014]其中，所述指定電壓是當(dāng)所述多個(gè)切口之一經(jīng)過所述渦輪機(jī)速度傳感器時(shí)并且當(dāng)所述止推環(huán)的中心軸與所述渦輪機(jī)速度傳感器的中心軸對(duì)齊時(shí)所述渦輪機(jī)速度傳感器的電壓輸出。
[0015]其中，所述止推環(huán)連接至所述渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，并且其中所述渦輪增壓器退化包括所述轉(zhuǎn)子偏離基本位置的軸向偏移。
[0016]所述的方法進(jìn)一步包括如果指示渦輪增壓器退化則停止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。
[0017]所述的方法進(jìn)一步包括如果指示渦輪增壓器退化則降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，一種渦輪增壓器系統(tǒng)，其包括:包含轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)；連接至所述轉(zhuǎn)子的止推環(huán)；渦輪機(jī)速度傳感器；以及控制器，所述控制器配置用于:基于來自所述渦輪機(jī)速度傳感器的輸出確定所述止推環(huán)的軸向位置；以及如果所述軸向位置距離基本位置的距離大于閾值距離，則指示渦輪增壓器退化。
[0019]其中，所述基本位置包括與所述渦輪機(jī)速度傳感器的中心軸對(duì)齊的所述止推環(huán)的中心軸。
[0020]其中，所述止推環(huán)包括橫截面形狀為半圓峰的外周向邊緣，并且其中當(dāng)所述轉(zhuǎn)子的所述軸向位置處于所述基本位置上時(shí)，所述峰與所述渦輪機(jī)速度傳感器的所述中心軸對(duì)齊。
[0021]其中，所述止推環(huán)包括橫截面形狀為帶切口正方形的外周向邊緣，并且其中所述帶切口正方形的切口內(nèi)邊緣位于距離所述止推環(huán)中心軸的所述閾值距離處。
[0022]其中，所述止推環(huán)包括橫截面形狀為具有最大鐵密度的I型梁的外周向邊緣，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子的所述軸向位置處于所述基本位置上時(shí)，所述I型梁與所述渦輪機(jī)速度傳感器的所述中心軸對(duì)齊。
[0023]其中，所述控制器進(jìn)一步配置用于基于所述止推環(huán)與所述渦輪機(jī)速度傳感器之間的相互作用確定渦輪機(jī)速度。
[0024]其中，所述止推環(huán)包括多個(gè)切口，并且其中所述渦輪機(jī)速度基于這些切口經(jīng)過所述渦輪機(jī)速度傳感器的頻率來確定。
[0025]應(yīng)了解，以上簡(jiǎn)述用于提供選定概念的簡(jiǎn)化形式，以下詳細(xì)說明中將對(duì)其進(jìn)一步描述。它并不旨在確定要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，所要求保護(hù)的主題的范圍僅由詳細(xì)說明后的權(quán)利要求書界定。此外，要求保護(hù)的主題并不只限于克服上文中或本發(fā)明任何部分中指出的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]參考附圖閱讀以下非限定性實(shí)施例的描述可以更好地理解本發(fā)明，其中:
[0027]圖1示出了車輛系統(tǒng)的實(shí)施例。
[0028]圖2示出了可安裝在圖1車輛系統(tǒng)中的渦輪增壓器的實(shí)施例。
[0029]圖3A至圖3D示出了止推環(huán)幾何結(jié)構(gòu)的各種實(shí)施例。
[0030]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于檢測(cè)渦輪增壓器退化的方法的流程圖。
[0031]圖5是示出渦輪機(jī)速度傳感器電壓輸出隨著渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向位置變化的實(shí)例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下說明涉及檢測(cè)渦輪增壓器退化的多個(gè)實(shí)施例。所述渦輪增壓器包括具有渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子是所述渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)組件。渦輪增壓器的速度可通過渦輪機(jī)速度傳感器來監(jiān)控。然而，渦輪機(jī)速度傳感器暴露于高排氣溫度下并且根據(jù)傳感器的配置而易于發(fā)生故障。渦輪機(jī)速度傳感器故障可導(dǎo)致渦輪增壓器退化的不準(zhǔn)確指示和不必要的發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉。為了減輕渦輪機(jī)速度傳感器故障，可通過可變磁阻傳感器監(jiān)控渦輪機(jī)速度，所述可變磁阻傳感器與標(biāo)準(zhǔn)速度傳感器相比熱容量增加。
[0033]可變磁阻傳感器輸出依賴于徑向氣隙和相對(duì)于渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向位置。因此，隨著所述氣隙大小增加和/或所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向位置改變，所述傳感器的輸出可降低。在多個(gè)實(shí)施例中，止推環(huán)連接至所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子；因此，止推環(huán)位置的改變可以指示整個(gè)轉(zhuǎn)子位置的改變。如果傳感器電壓輸出意外地降低(例如低于指定值)，則可以指示轉(zhuǎn)子的軸向偏移。
[0034]在一個(gè)實(shí)施例中，渦輪增壓器可連接至車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)。使用機(jī)車系統(tǒng)來舉例說明具有可附接有一個(gè)渦輪增壓器或多個(gè)渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛類型中的一種。其他類型的車輛可包括其他類型的軌道車輛、公路車輛以及除軌道車輛之外的非公路車輛，如采礦設(shè)備和海洋船只。本發(fā)明的其他實(shí)施例可用于連接至固定發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器。所述發(fā)動(dòng)機(jī)可以是柴油機(jī)，或者可以燃燒另一種燃料或燃料組合。這些替代燃料可包括汽油、煤油、生物柴油、天然氣以及乙醇。合適發(fā)動(dòng)機(jī)可使用壓縮點(diǎn)火和/或火花點(diǎn)火。
[0035]圖1示出了車輛系統(tǒng)100的示例性實(shí)施例的框圖，在此描繪為軌道車輛106(例如機(jī)車)，所述軌道車輛106配置用于通過多個(gè)車輪112而在軌道102上運(yùn)行。如所描繪的，軌道車輛106包括具有發(fā)動(dòng)機(jī)104的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
[0036]所述發(fā)動(dòng)機(jī)104接收來自進(jìn)氣通道114的進(jìn)氣以供燃燒。進(jìn)氣通道114接收來自空氣過濾器(未顯示)的環(huán)境空氣，所述空氣過濾器過濾來自軌道車輛106外部的空氣。將通過在發(fā)動(dòng)機(jī)104中燃燒所產(chǎn)生的廢氣供應(yīng)到排氣通道116中。廢氣流過排氣通道116并且流出軌道車輛106的排氣管。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括布置在進(jìn)氣通道114與排氣通道116之間的渦輪增壓器120 (“TURBO”)。所述渦輪增壓器120增加所吸入到進(jìn)氣通道114中的環(huán)境空氣的空氣充量(air charge),以便在燃燒期間提供更大的充量密度，從而增加功率輸出和/或發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率。渦輪增壓器120可包括至少部分由渦輪機(jī)(在圖1中未顯示)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)(在圖1中未顯示)。雖然在此情況下示出單個(gè)渦輪增壓器，但系統(tǒng)可包括多個(gè)渦輪機(jī)和/或壓縮機(jī)級(jí)。所述渦輪增壓器在下文中參考圖2進(jìn)行更詳細(xì)描述。
[0037]在一些實(shí)施例中，所述車輛系統(tǒng)100可進(jìn)一步包括連接在渦輪增壓器120上游或下游排氣通道中的廢氣處理系統(tǒng)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述廢氣處理系統(tǒng)可包括柴油氧化催化劑(DOC)和柴油微粒過濾器(DPF)。在其他實(shí)施例中，廢氣處理系統(tǒng)可另外或替代地包括一個(gè)或多個(gè)排放控制裝置。這些排放控制裝置可包括選擇性催化還原(SCR)催化劑、三元催化劑、NOx捕集器或者各種其他裝置或系統(tǒng)。
[0038]軌道車輛106進(jìn)一步包括控制器148以控制與車輛系統(tǒng)100相關(guān)的各種部件。在一個(gè)實(shí)例中，控制器148包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?？刂破?48進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)(未顯示)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)包括用于實(shí)現(xiàn)車載監(jiān)控和控制軌道車輛運(yùn)行的代碼?？刂破?48在監(jiān)視車輛系統(tǒng)100的控制和管理的同時(shí)，可配置用于接收來自多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器150的信號(hào)，如本說明書進(jìn)一步闡述的，以便確定運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行條件并且相應(yīng)調(diào)整多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器(aCtuatorS)152從而控制軌道車輛106的運(yùn)行。例如，控制器148可接收來自多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器150的信號(hào)，包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)速度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、增壓壓力、排氣壓力、環(huán)境壓力、排氣溫度、渦輪機(jī)速度等。相應(yīng)地，控制器148可以通過向多個(gè)部件如牽引電動(dòng)機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、汽缸閥、節(jié)流閥等發(fā)送指令來控制車輛系統(tǒng)100。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器可包括用于報(bào)告渦輪機(jī)速度測(cè)量裝置輸出或基于速度測(cè)量裝置輸出而確定的渦輪增壓器退化(degradation)中的二者之一或二者的通信系統(tǒng)，如將在下文中更詳細(xì)描述的。
[0040]圖2示出了可連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器200 (如在上文中參考圖1描述的渦輪增壓器120)的實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)例中，所述渦輪增壓器可用螺栓固定到所述發(fā)動(dòng)機(jī)上。在另一個(gè)實(shí)例中，所述渦輪增壓器200可連接在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通道和進(jìn)氣通道之間。在其他實(shí)例中，所述渦輪增壓器可通過其他任何合適方式連接至所述發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0041]渦輪增壓器200包括渦輪機(jī)級(jí)202和壓縮機(jī)204。來自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣通過渦輪機(jī)級(jí)202，并且來自廢氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)槭馆S206旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能，所述軸206繼而驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)204。環(huán)境進(jìn)氣在吸入通過旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)204時(shí)被壓縮(例如，空氣壓力增加)，以使得可以將更大質(zhì)量的空氣傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中。
[0042]渦輪增壓器包括外殼210。在一些實(shí)施例中，渦輪機(jī)級(jí)202和壓縮機(jī)204可具有分開的外殼，這些外殼例如用螺栓固定在一起以使得形成單個(gè)單元(例如，渦輪增壓器200)。例如，所述渦輪增壓器可具有由鑄鐵制成的外殼并且所述壓縮機(jī)可具有由鋁合金制成的外殼。
[0043]所述渦輪增壓器200進(jìn)一步包括支撐軸206的軸承208，以使得所述軸206可以進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)而摩擦減小。如圖2描繪的，渦輪增壓器200進(jìn)一步包括兩個(gè)非接觸式密封(例如迷宮式密封)，即位于油室212與渦輪機(jī)202之間的渦輪迷宮式密封214以及位于油室212與壓縮機(jī)204之間的壓縮機(jī)迷宮式密封216。
[0044]廢氣可通過進(jìn)口如氣體進(jìn)口過渡區(qū)220進(jìn)入并且經(jīng)過突鼻件(nose piece) 222。噴嘴環(huán)224可包括周向地布置以形成完全360°組件的機(jī)翼形輪葉(vane)。噴嘴環(huán)224可用于將廢氣最適宜地引導(dǎo)到渦輪盤/葉片組件，包括連接至軸206的葉片226和渦輪盤228。在一些實(shí)施例中，渦輪盤和葉片可以是稱為渦輪整體葉盤(turbine blisk)的一個(gè)整體部件。渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)組件(包括渦輪盤、葉片和軸)可合稱為渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子。
[0045]葉片226可以是從渦輪盤228向外延伸的機(jī)翼形葉片，所述機(jī)翼形葉片圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)的中心線軸旋轉(zhuǎn)。環(huán)形護(hù)罩230連接至外殼上的護(hù)罩安裝凸緣232處，并且經(jīng)布置來緊密圍繞葉片226并因此限定流過渦輪機(jī)級(jí)202的排出氣流的流動(dòng)路徑邊界。
[0046]渦輪增壓器200可進(jìn)一步包括速度傳感器234。速度傳感器234可配置用于基于速度傳感器234與渦輪增壓器帶切口輪或齒輪之間的相互作用確定渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的速度。在圖2示出的實(shí)例中，速度傳感器234設(shè)置為鄰近于渦輪機(jī)止推環(huán)236。渦輪機(jī)止推環(huán)236可以是環(huán)形形狀并且大體圍繞軸206的一部分。因此，止推環(huán)236可以與軸206—起旋轉(zhuǎn)。止推環(huán)236可以包括多個(gè)切口，當(dāng)這些切口與速度傳感器234的中心軸對(duì)齊時(shí)，引起速度傳感器234的電壓輸出增加?；诖穗妷狠敵龅念l率，可以確定渦輪增壓器的速度。
[0047]在一個(gè)實(shí)例中，速度傳感器234可以是可變磁阻傳感器。因此，速度傳感器234可包括位于速度傳感器的鄰近于止推環(huán)236的表面上的磁鐵。當(dāng)止推環(huán)236的一個(gè)切口或齒經(jīng)過速度傳感器234的表面時(shí)，流過磁鐵的磁通量可以增加，從而導(dǎo)致電壓信號(hào)增加。其他速度傳感器也是可能的，如霍爾(Hall)效應(yīng)傳感器。
[0048]速度傳感器234的信號(hào)輸出幅度可以是速度傳感器234與止推環(huán)236之間的距離的函數(shù)。此外，信號(hào)幅度還可以是止推環(huán)236的軸向位置相對(duì)于速度傳感器234中心軸的函數(shù)。S卩，如果止推環(huán)的中心軸與速度傳感器的中心軸對(duì)齊,且如果止推環(huán)在軸向方向(例如，向左或向右)上偏移，則速度傳感器的電壓輸出幅度相對(duì)于傳感器信號(hào)輸出可以處于最大值。
[0049]可以利用止推環(huán)的軸向位置對(duì)速度傳感器輸出的依賴性來確定止推環(huán)的軸向位置并且繼而確定渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)組件的軸向位置。在渦輪增壓器制造和/或安裝期間，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子可以位于基本位置(base position)上。渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的基本位置可以是轉(zhuǎn)子的標(biāo)準(zhǔn)未退化位置，其中渦輪盤、軸、軸承、環(huán)等處于為獲得所希望渦輪增壓器效率和性能的指定位置上。如果渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向位置偏移出所述基本位置，則如果渦輪增壓器繼續(xù)運(yùn)行就可發(fā)生渦輪增壓器和/或其他車輛部件的退化。因此，如果檢測(cè)到在轉(zhuǎn)子軸向位置上的偏移，則可以禁止渦輪增壓器運(yùn)行和/或可以停止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。關(guān)于響應(yīng)于渦輪增壓器退化而調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的另外詳細(xì)信息將呈現(xiàn)在關(guān)于圖4的下文中。
[0050]如上文解釋的，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的位置可以通過來自渦輪機(jī)速度傳感器的輸出來確定。圖3A至圖3D示出了可提供經(jīng)優(yōu)化用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子軸向位置偏移的速度傳感器輸出的示例性止推環(huán)幾何結(jié)構(gòu)。
[0051]首先參考圖3A，示出了速度傳感器234 —部分的橫截面。確切地說，示出了位于止推環(huán)236近端的速度傳感器234末端。所述速度傳感器234末端可包括磁鐵，隨著止推環(huán)236的金屬材料經(jīng)過速度傳感器表面，通過所述磁鐵的磁通量增加。類似地，還示出了止推環(huán)236 —部分的橫截面。止推環(huán)236可包括具有第一幾何結(jié)構(gòu)的齒或切口 302。切口 302在其外周向邊緣處可包括凹形半圓結(jié)構(gòu)。例如，此凹形幾何結(jié)構(gòu)可以是所述止推環(huán)的擋油環(huán)的結(jié)果。
[0052]當(dāng)所述轉(zhuǎn)子處于其基本位置上時(shí)，凹形半圓的中心與速度傳感器234的中心軸304對(duì)齊。如果轉(zhuǎn)子的軸向位置發(fā)生偏移，則隨著切口外周向邊緣更接近速度傳感器的中心線，速度傳感器的電壓輸出可逐漸增加。因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)子處于基本位置上時(shí)(例如，當(dāng)半圓的中心與中心軸304對(duì)齊時(shí))所述速度傳感器與所述切口之間的距離對(duì)于檢測(cè)渦輪機(jī)速度是最優(yōu)化的，所以傳感器的信號(hào)輸出不能增加足夠容易地檢測(cè)到渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向位置的偏移的量。
[0053]圖3B至圖3D示出了適于在轉(zhuǎn)子中發(fā)生軸向偏移時(shí)引起速度傳感器信號(hào)電壓減小的修改的止推環(huán)切口幾何結(jié)構(gòu)。圖3B示出了止推環(huán)236切口 306的第二實(shí)施例的橫截面。切口 306在其周向邊緣處可包括凸曲面半圓結(jié)構(gòu)。因此，切口 306半圓的中心可以比半圓的外邊緣更接近(例如，更小的垂直距離)速度傳感器234。如果轉(zhuǎn)子在軸向方向上(例如，相對(duì)于速度傳感器234的中心軸向左或向右)偏移，則切口 306與速度傳感器234之間的徑向氣隙增大，從而引起速度傳感器的電壓輸出減小。[0054]圖3C示出了止推環(huán)236切口 308的第三實(shí)施例的橫截面。切口 308在其周向邊緣可包括帶切口正方形結(jié)構(gòu)。即，所述外周向邊緣可以是具有帶切口邊緣的正方形。因此，與速度傳感器234交界的切口 308的邊緣可跨其表面與速度傳感器的距離大體相同，除帶切口角之外。如果轉(zhuǎn)子在軸向方向上(例如，相對(duì)于速度傳感器234的中心軸向左或向右)偏移，則切口 308與速度傳感器234之間的徑向氣隙保持不變直到帶切口角起點(diǎn)，所述帶切口角的起點(diǎn)在圖3C中由線310表示。因此，如果轉(zhuǎn)子的軸向位置偏移至帶切口角起點(diǎn)(例如，線310)與中心軸304對(duì)齊的位置上或所述位置之外，則速度傳感器的電壓輸出將減小。雖然圖3C示出了具有單個(gè)帶切口角的切口 308，但是在一些實(shí)施例中，兩個(gè)角都可以切出切口。
[0055]切口 308的中心(當(dāng)轉(zhuǎn)子處于其基本位置上時(shí)它與中心軸304對(duì)齊)與帶切口角起點(diǎn)之間的距離可以是轉(zhuǎn)子的指定公差的函數(shù)。例如，在渦輪增壓器運(yùn)行期間可以允許所述轉(zhuǎn)子在位置上少量偏移而不引起渦輪增壓器的退化。此外，在渦輪增壓器制造和安裝中的微小變動(dòng)可導(dǎo)致切口 308的中心與中心軸304稍微不對(duì)齊，即使當(dāng)轉(zhuǎn)子處于基本位置中時(shí)。為了說明渦輪增壓器幾何結(jié)構(gòu)中的這些小的移動(dòng)和/或變化，帶切口角與切口 308的中心可間隔開指定量以提供轉(zhuǎn)子公差。這樣，一旦轉(zhuǎn)子軸向位置移動(dòng)超出這個(gè)指定量，則速度傳感器的電壓輸出只可減小。
[0056]圖5示出了速度傳感器的電壓信號(hào)輸出隨著轉(zhuǎn)子軸向位置變化的實(shí)例的圖500。圖5中示出的圖可以代表與圖3C示出的相似的止推環(huán)幾何結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)帶切口角各自與切口 308的中心間隔大約0.05cm。速度傳感器的電壓信號(hào)輸出可以是當(dāng)渦輪增壓器在600RPM下運(yùn)行時(shí)所采集的峰值信號(hào)。
[0057]如圖5所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子處于其基本位置的閾值距離內(nèi)(這可包括與速度傳感器的中心軸對(duì)齊)時(shí)電壓輸出可保持大體不變。如果轉(zhuǎn)子從基本位置上偏移超過0.05cm，則傳感器的電壓輸出下降，因?yàn)閺较驓庀峨S著帶切口角居中于速度傳感器之上而增加。因此，轉(zhuǎn)子軸向位置(相對(duì)于基本位置)可通過速度傳感器的電壓輸出來確定。
[0058]返回圖3D，它示出了止推環(huán)236切口 312的第四實(shí)施例的橫截面。切口 312在其周向邊緣可包括I型梁結(jié)構(gòu)。切口 312的表面可以距離速度傳感器234相同距離，不管轉(zhuǎn)子的軸向位置如何(除非轉(zhuǎn)子的位置偏移足夠大的量以將止推環(huán)從速度傳感器處完全移開)。然而，切口 312的邊緣可配置有跨切口的鐵密度(ferrous density)不相等的材料。例如，切口 312可包括區(qū)域314，所述區(qū)域314相對(duì)于切口 312的剩余面積具有最大鐵密度，而鐵密度較小的區(qū)域圍繞著區(qū)域314。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于其基本位置時(shí)，區(qū)域314可與中心軸304對(duì)齊。因此，由于區(qū)域314的高的鐵密度，當(dāng)轉(zhuǎn)子處于其基本位置上時(shí)，速度傳感器的電壓輸出可以處于最大值處并且隨著區(qū)域314偏移遠(yuǎn)離中心軸304而減小。
[0059]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，指示了一種用于確定渦輪增壓器退化的方法400。方法400可由控制器(如圖1的控制器148)執(zhí)行，以基于來自渦輪機(jī)速度傳感器(如傳感器234)的反饋確定渦輪增壓器轉(zhuǎn)子的軸向位置。
[0060]在402中，確定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)可包括但不限于指定的增壓壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷。在404中，方法400包括接收來自渦輪機(jī)速度傳感器的電壓輸出。在406中，基于從速度傳感器接收的電壓輸出的頻率確定渦輪機(jī)速度。在一些實(shí)施例中，只要渦輪增壓器以高于閾值速度啟動(dòng)和/或旋轉(zhuǎn)就可以確定渦輪機(jī)速度，所述閾值速度可基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度、負(fù)荷、指定增壓壓力等來評(píng)估。
[0061]在408中，基于速度傳感器的輸出確定渦輪增壓器轉(zhuǎn)子的軸向位置。如上文參考圖2和圖3A至圖3D所解釋的，轉(zhuǎn)子的軸向位置可影響渦輪機(jī)止推環(huán)與速度傳感器的對(duì)齊。當(dāng)止推環(huán)中心軸與速度傳感器中心軸對(duì)齊時(shí)，每次止推環(huán)切口經(jīng)過速度傳感器時(shí)速度傳感器的電壓輸出可以是指定的輸出。隨著轉(zhuǎn)子在軸向位置上偏移，電壓輸出可以發(fā)生改變(例如，它可減小)。因此，基于速度傳感器的電壓輸出幅度可以確定轉(zhuǎn)子的軸向位置。
[0062]在410中，確定轉(zhuǎn)子的軸向位置是否處于轉(zhuǎn)子基本位置的閾值距離內(nèi)。如先前所解釋的，基本位置可以是獲得所希望渦輪增壓器性能的轉(zhuǎn)子指定位置。所述閾值距離可以是允許軸推力面與渦輪軸頸推力面之間的足夠間隙的合適距離，并且轉(zhuǎn)子可以在此距離內(nèi)發(fā)生小的移動(dòng)而不會(huì)引起渦輪增壓器損害。在一個(gè)實(shí)例中，閾值距離可以是0.04cm。
[0063]如果在410中確定轉(zhuǎn)子軸向位置處于基本位置的閾值距離內(nèi)，例如如果速度傳感器的電壓輸出處于指定電壓的閾值電壓內(nèi)，則方法400進(jìn)入到412中以指示無退化并維持當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)。然而，如果在410中確定轉(zhuǎn)子軸向位置未處于基本位置的閾值距離內(nèi)，例如如果速度傳感器的電壓輸出大于或小于指定電壓超過閾值量，則方法進(jìn)入到414中以指示渦輪增壓器退化。這可以包括調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和/或通知車輛操作者。例如，在一些實(shí)例中，可以停止(例如，自動(dòng)停止)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行以防止損害渦輪增壓器或鄰近的部件。在另一個(gè)實(shí)例中，可以降低(例如，自動(dòng)降低)發(fā)動(dòng)機(jī)功率。這樣做時(shí)，可以減小渦輪增壓器上的負(fù)荷，從而最小化對(duì)渦輪增壓器的損害而同時(shí)仍允許車輛運(yùn)行。隨后，方法400返回。
[0064]一個(gè)實(shí)施例涉及一種方法。所述方法包括接收來自與渦輪增壓器的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子可操作地耦合的渦輪機(jī)速度傳感器的輸出，并且基于所述輸出指示渦輪增壓器的渦輪增壓器退化?；趤碜运鰷u輪機(jī)速度傳感器的輸出可以檢測(cè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向位置。如果軸向位置距離基本位置的距離大于閾值距離，則可以指示渦輪增壓器退化。
[0065]可以檢測(cè)連接至渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的止推環(huán)位置，其中當(dāng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子處于基本位置上時(shí)止推環(huán)與渦輪機(jī)速度傳感器對(duì)齊。在多個(gè)實(shí)施例中，來自渦輪機(jī)速度傳感器的輸出是電壓輸出，并且基于來自渦輪機(jī)速度傳感器的電壓輸出確定止推環(huán)位置。
[0066]止推環(huán)可以移動(dòng)使與渦輪機(jī)速度傳感器不再對(duì)齊，并且如果來自渦輪機(jī)速度傳感器的電壓輸出小于指定電壓則可以指示止推環(huán)的移動(dòng)。也可以基于來自渦輪機(jī)速度傳感器的輸出，確定當(dāng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子處于基本位置上時(shí)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的速度。
[0067]在多個(gè)實(shí)施例中，如果指示渦輪增壓器退化，則可以停止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。在多個(gè)實(shí)施例中，如果指示渦輪增壓器退化，則可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
[0068]所述方法可進(jìn)一步包括基于速度傳感器的電壓輸出確定渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)速度；以及如果電壓輸出小于指定電壓則指示渦輪增壓器退化。基于渦輪增壓器的止推環(huán)的多個(gè)切口經(jīng)過渦輪機(jī)速度傳感器的頻率可以確定渦輪機(jī)速度。指定的電壓可以是當(dāng)多個(gè)切口之一經(jīng)過渦輪機(jī)速度傳感器時(shí)并且當(dāng)止推環(huán)的中心軸與渦輪機(jī)速度傳感器的中心軸對(duì)齊時(shí)潤(rùn)輪機(jī)速度傳感器的電壓輸出。
[0069]止推環(huán)可以連接至渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，并且渦輪增壓器退化可以包括渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子偏離基本位置的軸向偏移。在多個(gè)實(shí)施例中，如果指示渦輪增壓器退化，則可以停止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。在多個(gè)實(shí)施例中，如果指示渦輪增壓器退化，則可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
[0070]一個(gè)實(shí)施例涉及一種渦輪增壓器系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括含有轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)、可操作地連接至所述轉(zhuǎn)子的止推環(huán)、渦輪機(jī)速度傳感器以及控制器。所述控制器配置用于基于來自渦輪機(jī)速度傳感器的輸出確定止推環(huán)的軸向位置，并且如果所述軸向位置距離基本位置的距離大于閾值距離，則指示渦輪增壓器退化。所述基本位置包括止推環(huán)中心軸與渦輪機(jī)速度傳感器中心軸對(duì)齊。
[0071]在多個(gè)實(shí)施例中，所述止推環(huán)包括橫截面形狀為半圓峰的外周向邊緣，并且其中當(dāng)轉(zhuǎn)子的軸向位置處于基本位置上時(shí)所述峰與渦輪機(jī)速度傳感器中心軸對(duì)齊。在其他實(shí)施例中，所述止推環(huán)包括橫截面形狀為帶切口正方形的外周向邊緣，并且其中帶切口正方形的切口內(nèi)邊緣位于距離止推環(huán)中心軸的閾值距離處。
[0072]在多個(gè)實(shí)施例中，所述止推環(huán)包括橫截面形狀為具有最大鐵密度的I型梁的外周向邊緣，當(dāng)轉(zhuǎn)子的軸向位置處于基本位置上時(shí)所述I型梁與渦輪機(jī)速度傳感器中心軸對(duì)齊。
[0073]所述控制器可進(jìn)一步配置用于基于止推環(huán)與渦輪機(jī)速度傳感器之間的相互作用確定渦輪機(jī)速度。所述止推環(huán)可包括多個(gè)切口，并且所述渦輪機(jī)速度可基于這些切口經(jīng)過渦輪機(jī)速度傳感器的頻率來確定。
[0074]如本說明書中使用的以單數(shù)形式列舉或者與“一個(gè)”或“一種”結(jié)合使用的元件或步驟應(yīng)理解為不排除多個(gè)所述元件或步驟，除非對(duì)此類排除做出明確說明。此外，對(duì)本發(fā)明的“一個(gè)實(shí)施例”的參考并不旨在解釋為排除存在同樣包含所述特征的額外實(shí)施例。此外，除非明確做出相反規(guī)定，“包含”、“包括”或“具有”具有特定性質(zhì)的一個(gè)元件或多個(gè)元件的實(shí)施例可以包括不具有所述性質(zhì)的額外的此類元件。術(shù)語“包括(including)”和“其中(inwhich)”用作相應(yīng)術(shù)語“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的簡(jiǎn)明英語等效物。此夕卜，諸如“第一”、“第二”和“第三”等術(shù)語僅用作標(biāo)簽，并不旨在用于表示相應(yīng)對(duì)象的數(shù)值要求或特定位置順序。
[0075]本說明書使用了各種實(shí)例來披露本發(fā)明，包括最佳模式，同時(shí)也讓所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)施所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書界定，并可包括本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員想出的其他實(shí)例。如果其他此類實(shí)例具有的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義相同，或如果此類實(shí)例包括的等效結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義無實(shí)質(zhì)差別，則此類實(shí)例也旨在屬于權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，其包括: 接收來自渦輪機(jī)速度傳感器的輸出，所述渦輪機(jī)速度傳感器可操作地耦合至渦輪增壓器的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子；以及 基于所述輸出指示渦輪增壓器的渦輪增壓器退化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中基于來自渦輪機(jī)速度傳感器的輸出檢測(cè)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向位置；其中如果所述軸向位置距離基本位置的距離大于閾值距離，則指示渦輪增壓器退化。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中檢測(cè)所述軸向位置包括檢測(cè)連接至所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的止推環(huán)的位置，當(dāng)所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子處于所述基本位置上時(shí)所述止推環(huán)與所述渦輪機(jī)速度傳感器對(duì)齊。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中來自所述渦輪機(jī)速度傳感器的所述輸出是電壓輸出，并且基于來自所述渦輪機(jī)速度傳感器的所述電壓輸出確定所述止推環(huán)的所述位置。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中如果來自所述渦輪機(jī)速度傳感器的所述電壓輸出小于指定電壓，則指示所述止推環(huán)已發(fā)生移動(dòng)，不再與所述渦輪機(jī)速度傳感器對(duì)齊。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其進(jìn)一步包括基于來自所述渦輪機(jī)速度傳感器的所述輸出，確定當(dāng)所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子處于所述基本位置上時(shí)所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的速度。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包括如果指示渦輪增壓器退化則停止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行或進(jìn)一步包括如果指示渦輪增壓器退化則降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
8.一種方法，其包括: 來自潤(rùn)輪機(jī)速度傳感器的輸出為電壓輸出； 所述方法進(jìn)一步包括: 基于所述電壓輸出確定渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)速度；以及 如果所述電壓輸出小于指定電壓，則指示渦輪增壓器退化。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中基于所述渦輪增壓器的止推環(huán)的多個(gè)切口經(jīng)過所述渦輪機(jī)速度傳感器的頻率確定渦輪機(jī)速度。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述指定電壓是當(dāng)所述多個(gè)切口之一經(jīng)過所述渦輪機(jī)速度傳感器時(shí)并且當(dāng)所述止推環(huán)的中心軸與所述渦輪機(jī)速度傳感器的中心軸對(duì)齊時(shí)所述渦輪機(jī)速度傳感器的電壓輸出。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述止推環(huán)連接至所述渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，并且其中所述渦輪增壓器退化包括所述轉(zhuǎn)子偏離基本位置的軸向偏移。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其進(jìn)一步包括如果指示渦輪增壓器退化則停止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行或進(jìn)一步包括如果指示渦輪增壓器退化則降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
13.一種通過如上述權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法進(jìn)行退化檢測(cè)的渦輪增壓器系統(tǒng)，其包括: 包含轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)； 連接至所述轉(zhuǎn)子的止推環(huán)； 渦輪機(jī)速度傳感器；以及 控制器，所述控制器配置用于: 基于來自所述渦輪機(jī)速度傳感器的輸出確定所述止推環(huán)的軸向位置；以及如果所述軸向位置距離基本位置的距離大于閾值距離，則指示渦輪增壓器退化。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述止推環(huán)包括橫截面形狀為半圓峰、帶切口正方形或具有最大鐵密度的I型梁的外周向邊緣，其中所述帶切口正方形的切口內(nèi)邊緣位于距離所述止推環(huán)中心軸的所述閾值距離處，并且其中當(dāng)所述轉(zhuǎn)子的所述軸向位置處于所述基本位置上時(shí)，所述半圓峰或I型梁與所 述渦輪機(jī)速度傳感器的所述中心軸對(duì)齊。
【文檔編號(hào)】F02B37/12GK103925073SQ201410017884
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月15日
【發(fā)明者】M.J.馬隆 申請(qǐng)人:通用電氣公司