专利名称：减轻涡轮增压器的高周波疲劳的方法
技术领域：
本发明涉及减轻装在内燃机上的涡轮增压器的高周波疲劳的方法，特定地说，本发明减轻涡轮增压器涡轮叶片的高周波疲劳。
涡轮增压器是人们熟知的用于在高于大气的压力(增压压力)下对内燃机的入口供给空气的装置。普通的涡轮增压器主要是具有安装在涡轮机壳体内的转轴上的废气驱动的涡轮叶轮，该涡轮叶轮的转动使安装在上述转轴的位于压气机壳体内的另一端上的压气机叶轮转动，该压气机叶轮对发动机的进口歧管输送加压的空气从而提高发动机的功率。
上述涡轮叶轮由于疲劳而失效往往是涡轮增压器工作寿命的限制因素。有各种不同的原因造成涡轮叶片的疲劳，该原因之一是涡轮叶轮叶片发生谐波振动，如果涡轮在恒定速度下尤其是在满负荷/最大转速条件下运转就可能发生上述的叶片谐波振动，称为高周波疲劳。涡轮增压器压气机的叶轮叶片也在较小程度上承受高周波疲劳的作用。高周波疲劳对于涡轮叶轮的工作寿命的影响在某种程度上取决于装有涡轮增压器的发动机的工作循环。上述的高周波疲劳对于工业用途的涡轮增压器尤其息息相关，在这种用途中涡轮增压发动机要在恒定的最大转速下长期运转。
本发明的目的是提出一种减轻涡轮叶轮的高周波疲劳的方法。
按照本发明，提出一种减轻装在内燃机上的涡轮增压器的高周波疲劳的方法，在这种发动机中，由发动机电子控制器(ECU)按照可满足发动机不同工况所需燃油值的燃油图来控制供给发动机的燃油，上述的方法包括改变与一发动机特定工况相关的燃油值F从而防止涡轮增压器在每次出现上述发动机特定工况时都在相同的恒定转速下运转。
例如，通过对燃油值F施加一个变化的扰动信号而改变按发动机图所确定的适合于满足发动机特定工况的燃油值F来改变燃油供应量。只需对燃油供应作较小的改变就可改变涡轮增压器转速而足以避免集中在任何特定的涡轮叶片(当然包括压气机叶片)的高周波疲劳。
本发明还为涡轮增压内燃机提供一种供油控制系统，该控制系统包括一种用于改变可满足发动机特定工况所供给的燃油值，从而防止发动机和涡轮增压器在每次出现上述发动机特定工况时在相同的恒定转速下运转的装置。
从下面的说明人们将会明白本发明的更多的有利特征。
下面仅通过结合附图的实例来说明本发明，附图中
图1示出内燃机的燃油图的一个实例；图2简单示出按照本发明减轻高周波疲劳的一种控制系统；和图3简单示出按照本发明减轻高周波疲劳的另一种控制系统。
现代内燃机的运转通常由一种常称为ECU(电子控制器)的发动机电子控制装置来控制。上述的ECU接收来自各检测器的有关发动机各种性能和工作需求的数据，并从而控制发动机的运转。如果发动机装有涡轮增压器，ECU可附加地接收表明涡轮增压器工况的信号，并且也可在涡轮增压器的作业期间应用一些直接的控制。
常规的ECU具有一个用于控制基于一系列通过实验测定的数据点的数据“查找表”或者说数据“图”的发动机性能的处理机，按照上述的数据“查找表”或者说数据“图”可从各种测定参数确定特定的工作要求。燃油图就是一种上述的数据图，图1示出该燃油图的一个实例。燃油图示出燃油需要量(或消耗量)与发动机转速和转矩要求之间的关系。由数据Ax，Bx，Cx……等所示的不同的发动机转速/转矩需求状态在图中标出各种不同的燃油值。对于不能明确地绘图的发动机转速/转矩需求，可通过根据作图值的内插法得出合适的燃油值。
上述的控制发动机燃油的电子控制器可十分精确地控制整个发动转速范围，从而也十分精确地控制涡轮增压器的涡轮转速。本发明认定上述的精确控制会加剧高周波疲劳的问题，就是说，若发动机工况要求恒定的转速，ECU就会提供这种精确度很高的恒定转速，同理，若发动机的工作循环要求发动频繁地在特定的目标转速(例如最大的转速和负荷)下运转，那么ECU的工作将保证在每次运转中都达到相同的目标转速。
本发明的基本原理是将一种扰动引入涡轮增压发动机的作业中而故意改变涡轮增压器的运转速度(至少在预计会出现明显的高周波疲劳的运转状态下这样做)，从而羟高周波疲劳对各个叶片的影响。本发明是通过引入发动机供油的扰动来达到上述目的的。
图2简单示出本发明的第一实施例。将表明发动机转速和负荷(转矩)要求的信号输入到发动机的ECU中，该ECU根据预先编程进入其内的发动机燃油图2确定可满足作业要求所需的供油值F，并向供油系统3发出合适的供油信号。按照本发明，向供油系统3发出定时变化的扰动信号E以改变供油量，这样，对发动机的供油量为F-E(其中E可以是正值或负值，并且可以从正值变为负值)。上述的扰动信号可以是一种随意改变的信号，或者是一种规则的周期性的信号例如正弦波或方形波信号等。合适的频率通常约为0.1秒～10秒。
因此，上述扰动信号可防止发动机在一种恒定转速下运转较长的时间周期。涡轮增压器的任何单个的涡轮叶片的谐振频率将有高的Q值，故只需要转动速度有稍微偏差(相当于几个赫芝级的偏差)就可离开任何特定叶片的谐振频率，因此，仅需要发动机转速(包括涡轮增压器转速)有很小的变化就可保证任何特定叶片都不发生显著的谐振。应当记住，不同的叶片将有不同的谐振频率。因此，在任何给定的时刻，可能有一个或多个叶片发生谐振，但是任何特定叶片的振动及其疲劳将明显减小。
最好是能保证上述的扰动不会损害发动机的性能。实际上，不超过正常规定燃油值F的3％的扰动值不会明显影响发动机性能，但可使涡轮增压器转速产生足够的变化来显著减轻高周波疲劳。这就得到了各个涡轮叶片的谐振频率的高Q值。
虽然如上所述并在图2示出了将扰动信号传输到燃油系统的情况，但是，虽然也可将EUC编入程序而将必需的扰动值引入到供给燃油系统的燃油值。同理，也可明白，在通向发动机的供油管道内可设置独立的燃油控制装置(例如在从燃管道中设置一种可变的扼流圈)以便按照扰动信号来改变发动机供油。
图3简单示出另一种干扰燃油供给的方法。其中，将一个随意的扰动信号E(在预定范围内)引入由发动机图确定的适合于任何发动机工况的目标供油值F，而不是连续地改变从油值F。因此，每当遇到相同的发动机工况时，发动机都会由于扰动的结果而在稍为不同的转速/负荷状况下运转。虽然在任何工作循环中若对工作要求没有变化时发动机涡轮增压器的转速都会恒定不变。但是，涡轮增压器在不同工作循环之间的转速变化将足以减轻涡轮叶片的高周波疲劳。
可以理解，正如上面最先说明的本发明实施例的情况那样，无需将上述扰动信号直接引入供油系统，而可将扰动值加入ECU的程序中。例如，每次确定燃油值时，可通过扰动值E来调节由发动机燃油图确定的供油值，而且很显然，所需的扰动值E不是随意的，而是要遵循预先编程的工作循环的。
人们还会明白，上述的本发明的两个实施例可以综合于一种单一用途中。就是说，每次由燃油图确定供油值时可通过第一扰动E1改变预定的燃油值F而得出改变的燃油值Fm。然后可施加按最先说明的本发明实施例的变化着的扰动信号E2来进一步改变上述的燃油值Fm，所以，供给发动机的实际燃油值是Fm-E2(其中E也是一个可以是正值或负值，或可在正值与负值之间变化的值)。
作为本发明的进一步改型，不必要在所有的发动机工况下都加入上述的扰动，而只是在预见到高周波疲劳将成为特定问题的工况才加入上述的扰动，例如，可以鉴定出燃油图中对应于恒定转速/恒定负荷的工况或其他的预计涡轮叶片可能发生谐振的工况的区域。然后将ECU或其他专用控制器编入程序，仅在燃料图的上述这种区域实施本发明。
却当熟悉本技术的人们将会很容易明白本发明的其他可能的改型。
权利要求
1.一种减轻装于内燃机的涡轮增压器的高周波疲劳的方法，其中，供给发动机的燃油由发动机电子控制器(ECU)按照满足发动机不同工况所需燃油值的燃油图加以控制，上述的方法包括改变与发动机特定工况相关的燃油值F，从而防止涡轮增压器在每次出现上述发动机特定工况时都在相同的恒定转速下运转。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过对燃油值F施加变化的扰动值E而改变由发动机图所确定的满足上述发动机特定工况的燃油值F来改变发动机供油量。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，每次出现上述的发动机特定工况时便对规定的燃油值F干扰，然后在上述发动机工况阶段保持持续的恒定值，但是，在出现上述的发动机特定工况的不同阶段之间，扰动值是变化的。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于，上述的扰动值是从预先确定的扰动值范围中任意选定的。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，上述的扰动值是从可能的扰动值的范围中按顺序选定的。
6.根据权利要求4～5中任一项的方法，其特征在于，上述的扰动值预定范围被确定为该规定燃油值F的一部分。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，上述的部分不大于所说燃油值的3％。
8.根据权利要求2的方法，其特征在于，上述的扰动值在上述的发动机特定工况持续期间时时在改变，因此，只要出现上述的发动机特定工况时，发动机和涡轮增压器的运转速度都在时时改变。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，上述的时间改变的扰动是一种对燃油值的规则的周期性扰动。
10.根据权利要求8或9的方法，其特征在于，上述的扰动值在一预定值范围内改变。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，将上述的预定值范围预先确定为一个规定的燃油值F的百分数。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，上述的百分数为规定的燃油供给值的±3％。
13.根据权利要求2～12中任一项的方法，其特征在于，将规定的燃油值F供给供油控制系统，并还将一独立的扰动信号施加到供油控制系统以改变燃油值F。
14.根据权利要求2～12中任一项的方法，其特征在于，通过在向发动机供油系统输送供油信号之前由ECU施加上述的扰动来改变根据发动机图确定的规定燃油值。
15.根据上述的任何一条权利要求的方法，其特征在于，相对于发动机工况的每个范围改变供油值。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于，上述的发动机，工况的范围是发动机所遇到的整个工况范围。
17.根据权利要求15的方法，其特征在于，上述的发动机工况范围是选定的预定为可能发生高周波疲劳的工况。
18.一种装有涡轮增压器的内燃机的供油控制系统，该系统包含一种用于改变为满足发动机一特定工况所供给的燃油值以防止涡轮增压器在每次出现上述的发动机特定工况时都以同样的恒定转速运转的装置。
全文摘要
一种减轻装在内燃机上的涡轮增压器的高周波疲劳的方法，该内燃机由发动机电子控制器(ECU)按照可满足发动机不同的运转工况所需的燃油值的燃油图来控制供给发动机的燃油。本发明方法包括改变与发动机特定运转工况相关的燃油值F以防止涡轮增压器在每次出现上述的发动机特定运转工况时都在相同的恒定转速下运转。
文档编号F02D23/00GK1495353SQ0315562
公开日2004年5月12日 申请日期2003年8月29日 优先权日2002年8月31日
发明者P·弗伦奇, P 弗伦奇, A·卡里姆, 锬, D·安特里弗, 乩锔 申请人:奥尔塞特工程有限公司