涡轮增压系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于内燃机的涡轮增压系统，该内燃机通常是机动车的内燃机。
【背景技术】
[0002]已知内燃机可以包括涡轮增压器，其被设置用于提高发动机的效率和功率，方法是将空气压入发动机的燃烧室内。
[0003]涡轮增压器传统上包括安置在废气管内的涡轮机和与涡轮机共同运转的且安置在发动机的进气管内的压缩机。涡轮机通过来自于发动机的燃烧室内的废气运转并且驱动压缩机，该压缩机提高指向燃烧室内的空气的压力。
[0004]在一些实施方式中，涡轮机可以是可变截面涡轮机(VGT)，也可以是已知的可变喷嘴涡轮机(VNT)。VGT基本上包括涡轮机壳体、安置在涡轮机壳体内的涡轮和多个可运动的、空气动力成型的叶片，该叶片在涡轮机壳体内围绕涡轮安置，用于将来自于涡轮机进入口的废气导向涡轮的桨叶。
[0005]可运动的叶片可以与环形架机械相连，该环形架可以在涡轮机壳体内转动并且通过传动杠杆装置与电动机(也就是VGT促动器)的转轴耦连。通过环形架角度位置的匹配VGT促动器使叶片一致地转动，用于改变涡轮机进气口的气体涡流的角度和横截面积。
[0006]VGT促动器通过电子控制设备(ECM)运行，其设计用于以增压压力需求为基础匹配涡轮机叶片的取向，以便优化涡轮增压器的功率。增压压力需求可以由ECM以发动机运行参数(例如包括发动机转速)的数值为基础确定。
[0007]由此，因为以气体涡流的过大的角度和过大的横截面积无法实现在较低发动机转速时形成足够的空气增压，而气体涡轮的角度过小并且横截面积过小，则在较大转速时会使发动机熄火，这导致较大的废气压力、较大的栗损耗和最终导致较低的功率输出。
[0008]VGT的叶片潜在地可以在两个机械终端停止位置之间转动，即完全打开位置和完全关闭位置。在完全打开位置中，通常通过机械销或类似固定的机械止挡确定，叶片具有相对于涡轮的中央轴线的最大的倾角，由此横截面积和由此流入的废气的流量最大。在完全关闭位置中，通常通过叶片之间相互接触确定，叶片相对于涡轮的中央轴线几乎相切地定向，由此横截面积和废气的流量最小。
[0009]ECM如此配置，使得当发动机正常运行时，从来不会达到完全打开位置和完全关闭位置。取而代之的是，VGT的叶片必须在靠近完全关闭位置的最小流量位置和靠近完全打开位置的最大流量位置之间转动。
[0010]最小流量位置，其涉及相当于最大(100%)的增压压力需求的VGT的叶片位置，尤其是通常由VGT系统的供应商确定。由该最小流量位置出发，VGT叶片仅可以在预设的最大角度范围内转动，其中另一个终端位置即确定为最大流量位置。
[0011]为了阻止VGT的VGT叶片到达相当于完全打开位置的机械止挡，前述的最大角度范围由VGT供应商如此设置，使得其相当小，例如从最小流量位置开始转动到约69。(度
[0012]但该策略的缺点是，在许多VGT中，最大流量位置可能距离实际的完全打开位置过远。当尝试实现最大的废气排出量时，这可能造成涡轮增压器的超速和/或不受控的增压压力，尤其在较高发动机转速和/或在极端的运转条件(如海平面高度的较热气候)情况下。
【发明内容】
[0013]鉴于前述实施方式，本发明的实施方式所要解决的技术问题是，提供一种解决方案，解决前述的缺点。
[0014]另一个所要解决的技术问题是，通过简单、合理且相对经济的解决方案实现上述目标。
[0015]这个和另一个技术问题按照本发明通过一种用于内燃机的涡轮增压系统解决，其包括具有可运动的叶片的可变截面涡轮机(VGT)、电促动器(如马达)和电子控制设备，如此连接所述电促动器，从而实现所述电促动器使可运动的叶片旋转，并且所述电子控制设备设计用于，
[0016]-运行所述电促动器，以便使可运动的叶片旋转，直至可运动的叶片到达相当于完全打开位置的机械止挡，
[0017]-运用位置传感器，以便只要可运动的叶片到达所述机械止挡，便确定可运动的叶片的位置值。
[0018]凭借该策略可以为各个涡轮增压系统确定可运动叶片的相当于VGT实际的完全打开位置的位置。
[0019]根据本发明的一个方面，所述电子控制设备可以设计用于，使用所确定的位置值，用于计算相当于最大流量位置的位置极限值，当涡轮增压系统正常运行时，可运动的叶片不允许被旋转的超过最大流量位置。
[0020]这方面的结果是，可以分别独立地为各个涡轮增压系统匹配最大流量位置，其中，各个涡轮增压系统允许叶片在最佳的角度范围内运动，从而避免在涡轮增压器内的非受控的增压压力和/或超速情况。
[0021]根据本发明的另一个方面，所述电子控制设备可以设计用于，使用该位置极限值，用于限定预设的特征曲线，该特征曲线将由所述位置传感器产生的电信号的值与叶片位置的相应的值相关联。
[0022]凭借该方面，上述的特征曲线对于所有相同类型的VGT可以是相同的并且在发动机正常运转时使用，该特征曲线不会通过所建议的策略被改变，而是只在对于相应的涡轮增压系统而确定的最大流量位置上被限定(也就是被截断)。
[0023]根据本发明的另一个方面，所述电子控制设备可以设计用于，作为所确定的位置值与预设的角度错移量的差值而计算出位置极限值。
[0024]本发明的该方面通过一种简单的解决方案提供了可靠的最大流量位置。
[0025]根据本发明的另一个方面规定，为了执行上述建议的策略，所述电子控制设备可以设计用于，以如下步骤运行所述电促动器:
[0026]-向所述电促动器供给电压脉冲序列，用于使可运动的叶片朝所述机械止挡的方向转动，
[0027]-使用所述位置传感器，以便在转动时测量可运动的叶片的位置，
[0028]-计算可运动的叶片的位置的测量值与其额定值之间的偏差值，
[0029]-使用调节器，用于以计算出的偏差值为基础匹配电压脉冲的占空比的数值。
[0030]换句话说，电子控制设备可以凭借本发明的该方面借助基于闭环调节的调节策略以VGT的可运动的叶片的实际位置为基础而运行电促动器。
[0031]根据本发明的另一个方面，所述电子控制设备可以设计用于，将叶片位置的上述额定值从第一目标值改变到第二目标值，其中，第一目标值表示处在完全打开位置前方的叶片位置，并且其中，第二目标值表示处在完全打开位置另一侧的叶片位置(其中，第一和第二目标位置涉及可运动的叶片朝着完全打开位置的转动方向)。
[0032]该解决方案可以降低并控制速度，电促动器将VGT的可运动的叶片朝着机械止挡的位置以该速度转动。
[0033]根据本发明的一个方面规定，所述电子控制设备可以设计用于，将额定值从第一目标值随时间线性地改变到第二目标值。
[0034]以这种方式，可以实现可运动的叶片缓慢地靠近机械止挡，该机械止挡定义了完全打开位置，其中，靠近足够的慢，从而避免可运动的叶片的损坏。
[0035]根据本发明的另一个方面，所述电子控制设备可以设计用于，使用电压脉冲的占空比绝对值，用于确定可运动的叶片到达所述机械止挡的时刻。
[0036]该方面提供了一个可靠的解决方案，用于确定，可运动的叶片什么时候到达机械止挡。
[0037]根据本发明的另一个方面，所述电子控制设备可以设计用于，当电压脉冲的占空比绝对值超过其预设的极限值时，确定可运动的叶片已到达所述机械止挡。
[0038]该方面提供了一个可靠的解决方案，用于确定到达机械止挡。
[0039]只要VGT的可运动的叶片撞击在机械止挡上，电压脉冲的占空比开始快速提高，因为调节器不再可以补偿测量到的位置值与位置额定值之间的偏差。
[0040]当占空比在预设的时间段以上超过预设的极限值，这意味着，可移动的叶片已到达机械止挡。
[0041]为了不会被占空比的绝对值的可能的峰值(例如由于噪声或其它暂时的现象引起)所迷惑，当电压脉冲的占空比的绝对值超过额定值的时间比预设的时间(预设的时间段)长时，才能确认。
[0042]根据本发明的另一个方面，所述电子控制设备可以设计用于，只要可运动的叶片已到达所述机械止挡，便向所述电促动器供给具有预设的占空比目标值的电压脉冲序列，其中，电压脉冲的占空比目标值小于其极限值。
[0043]该解决方案使得可运动的叶片可以固定地被保持压向机械止挡，同时电促动器防止以过高的占空比运行，这可能导致电促动器过热和/或引起可运动的叶片过于剧烈地撞击机械止挡。
[0044]根据本发明的另一个方面，所述调节器可以是比例积分微分调节器(PID调节器)。
[0045]这种类型的调节器在实施所建议的策略时特别有效。
[0046]根据本发明的另一个方面，所述电子控制设备可以设计用于，只要到达机械止挡，便以如下方法确定可运动的叶片的位置值:
[0047]-使用所述位置传感器，以便多次测量可运动的叶片的位置，
[0048]-计算测量到的位置值的平均值，
[0049]-将计算出的平均值作为相当于完全打开位置的可运动的叶片的位置值。
[0050]本发明的该方面提供了一种用于确定VGT的可运动的叶片的可承受的且可靠的完全打开位置的有效的解决方案。
[0051]本发明的另一个实施方式提供一种机动车，包括内燃机和涡轮增压系统。
[0052]本发明的另一个实施方式提供一种运行用于内燃机的涡轮增压系统的方法，其中，涡轮增压系统包括具有可运动的叶片的可变截面涡轮机(VGT)、电促动器(如马达)，如此连接所述电促动器，从而实现所述电促动器使可运动的叶片旋转，其中，所述方法包括如下步骤，
[0053]-运行所述电促动器，以便使可运动的叶片旋转，直至可运动的叶片到达相当于完全打开位置的机械止挡