可变容量涡轮增压器及其控制方法
【专利摘要】可变容量涡轮增压器包括可变喷嘴单元，所述可变喷嘴单元用于改变从涡轮机壳体的涡旋通路到排出口排出排气的容量。可变喷嘴单元包括：第一喷嘴板和第二喷嘴板，所述第一喷嘴板和第二喷嘴板形成路径设定为从所述涡旋通路到所述排出口的流路；致动器，所述致动器改变所述流路的面积；环形空间，所述环形空间形成于邻近所述涡旋通路的区域中并且所述致动器的动力传递可动部件的部分布置在所述环形空间中；连通孔，所述连通孔形成在所述第一喷嘴板中并且所述连通孔用于允许排气从所述涡旋通路流入所述环形空间；和开/闭部分，所述开/闭部分被设置在所述可动部件的部分处并且所述开/闭部分使所述连通孔打开或闭合。
【专利说明】可变容量涡轮增压器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及可变容量涡轮增压器及其控制方法，所述可变容量涡轮增压器包括可变喷嘴单元，所述可变喷嘴单元用于能够改变排气从涡轮机壳体的涡旋通路经由涡轮机叶轮排出到排出口的容量。
【背景技术】
[0002]存在已知的可变几何尺寸涡轮增压器作为对柴油发动机配备的涡轮增压器等(例如，参见日本专利申请公开第2006-233940号(JP2006-233940A))。可变几何尺寸涡轮增压器能够改变涡轮的容量。
[0003]在这种类型的涡轮增压器中，可变喷嘴单元被布置在连通通路中，该连通通路提供在涡轮机壳体的涡旋通路和到排出管的排出口之间的流体连通。可变喷嘴单元允许流路面积或喉部面积改变。
[0004]可变喷嘴单元改变多个喷嘴叶片(也称为可动叶片)的位置以在低发动机转速范围内减少在周向方向上的任何相邻的喷嘴叶片的表面之间的面对间隙(流路面积或喉部面积)。通过这样做，排气的流动速度增加，从而即使是在低发动机转速范围内也可以获得高增压压力。
[0005]JP2006-233940A中的第0006段描述“由于在涡轮机壳体的连杆室和涡杆室之间的压力差，涡杆室中的燃料或气体可以经由销周围的间隙等进入连杆室用于致动喷嘴。于是存在以下问题:累积在连杆室中的燃料或气体防止连杆机构滑动从而恶化可控性”。连杆机构用于将通过致动器产生的动力传递到可变喷嘴单元的连接板并被布置在连杆室。
[0006]在JP2006-233940A中，为了抑制燃料从涡杆室传递到连杆室，使涡杆室与连杆室连接的连通通路被设置以减少涡杆室和连杆室之间的压力差(见权利要求1和第0009和0041段)。JP2006-233940A中的第0009段描述了“连通通路被布置成突出到涡杆室，从而可以防止附着到涡杆室的内周的燃料进入连通通路”。
[0007]在JP2006-233940A中，因为连通通路常开，所以排气可从涡杆室泄漏到连杆腔，引起增压效率降低。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种技术，所述技术用于在可变容量涡轮增压器中使得即使在包含在排气中的未燃烧气体附着到或堆积在可动部件上时也可以去除堆积物，其中所述可变容量涡轮增压器包括可变喷嘴单元，该可变喷嘴单元用于能够改变从涡轮机壳体的涡旋通路经由涡轮机叶轮到排出口排出排气的容量。
[0009]本发明的第一方面提供一种可变容量涡轮增压器。可变容量涡轮增压器包括可变喷嘴单元，所述可变喷嘴单元用于改变从涡轮机壳体的涡旋通路经由涡轮机叶轮到排出口排出排气的容量，其中所述可变喷嘴单元包括:第一喷嘴板和第二喷嘴板，所述第一喷嘴板和第二喷嘴板被布置成彼此面对并且所述第一喷嘴板和第二喷嘴板形成流路，所述流路的路径设定为从所述涡旋通路到所述排出口 ；喷嘴叶片，所述喷嘴叶片设置于在所述第一喷嘴板和第二喷嘴板之间的周向部分；致动器，所述致动器通过共同改变所有喷嘴叶片的位置改变所述流路的面积；环形空间，所述环形空间形成于邻近所述涡旋通路的区域中并且所述致动器的动力传递可动部件的部分布置在所述环形空间中，所述第一喷嘴板被连接成使得提供在所述涡旋通路和所述环形空间之间的流体连通的连通部分闭合；连通孔，所述连通孔形成在所述第一喷嘴板中并且所述连通孔用于允许排气从所述涡旋通路流入所述环形空间；和开/闭部分，所述开/闭部分被设置在所述可动部件的部分处并且所述开/闭部分使所述连通孔打开或闭合。
[0010]利用该构造，流过涡旋通路的排气中所含的未燃烧气体会经由第一喷嘴板相对于连通部分的安装间隙泄漏到环形空间。当重复这种泄漏时，未燃烧气体被堆积在布置在环形空间中的可动部件上，并且堆积物可能妨碍可动部件的运动。
[0011]与此相反，根据上述方面，当使连通孔打开时，使流过涡旋通路的高温排气的部分经由连通孔流入环形空间中。这样流入环形空间中的高温排气的热量作用于附着并堆积在可动部件上的堆积物以蒸发并消失。作为结果，可动部件的移动在延长的时段被适当地保持，因此可以改进可变容量涡轮增压器的可靠性。此外，连通孔不常开，因此可以抑制增压效率的损失。
[0012]此外，当致动器的可动部件被移动以改变增压性能时，连通孔被构造成与该移动同步地打开或闭合。因此，没有必要配备专用于使连通孔打开或闭合的控制系统，因此可以抑制安装成本增加。
[0013]在可变容量涡轮增压器中，所述开/闭部分可以被设置在所述可动部件处，并且当所述可动部件被布置在所述流路的面积最大的位置时所述开/闭部分可以使所述连通孔打开；并且当所述可动部件被布置在所述流路的面积最小的位置时所述开/闭部分可以使所述连通孔闭合。
[0014]即使当在所述可动部件使所述流路的面积最大的位置使所述连通孔打开时，从涡旋流路经由连通孔流到环形空间的排气的量与流过涡旋通路的排气的总流量相比也是小的。因此，增压性能的损失最小化。
[0015]在可变容量涡轮增压器中，所述致动器可以包括:协调环，所述协调环被支撑在邻近所述第一喷嘴板的位置以能相对于所述第一喷嘴板相对旋转并且所述协调环由在周向部分处支撑所述喷嘴叶片的环形板形成；驱动源，所述驱动源产生使所述协调环从使所述流路的面积最大的位置旋转到使所述流路的面积最小的位置所需要的动力；和连杆机构，所述连杆机构用于将通过所述驱动源产生的动力传递到所述协调环作为旋转动力。此外，将所述连杆机构中的旋转动力直接传递到所述协调环的最终动力传递构件可以被布置在所述协调环的预定周向相位处，所述连通孔可以对应于所述最终动力传递构件的布置位置被设置，并且所述协调环和所述最终动力传递构件可以用作所述可动部件。
[0016]这里，对可动部件进行限定，并且对用于致动可动部件的元件进行限定。根据上述方面，即使当未燃烧气体附着并堆积在可动部件(协调环和最终动力传递构件)上时，当连通孔打开时从涡形流路经由连通孔流入环形空间的高温排气在流入环形空间之后立刻就接触可动部件。因此，附着并堆积在可动部件(协调环和最终动力传递构件)上的堆积物由于高温排气而趋于蒸发并消失。[0017]可变容量涡轮增压器可以进一步包括控制单元，所述控制单元被设置用于所述可变喷嘴单元并控制所述致动器。所述控制单元可以包括:估算装置，所述估算装置用于在所述排气净化燃料被添加到所述涡旋通路的上游侧的定时和添加的排气净化燃料的量的基础上估算附着并堆积在所述可动部件上的堆积物的量；和第一处理装置，所述第一处理装置用于当在判定由所述估算装置估算的估算值超过预定值之后判定流过所述涡旋通路的排气的流量超过预定值时利用所述致动器致动所述可动部件以使所述连通孔打开。
[0018]通过上述构造，可以自动致动可动部件，以使连通孔打开。此外，没有必要以超过所必要的程度致动可动部件。
[0019]可变容量涡轮增压器可以进一步包括控制单元，所述控制单元被设置用于所述可变喷嘴单元并控制所述致动器。所述控制单元可以包括:估算装置，所述估算装置用于在所述排气净化燃料被添加到所述涡旋通路的上游侧的定时和添加的排气净化燃料的量的基础上估算附着并堆积在所述可动部件上的堆积物的量；和第一处理装置，所述第一处理装置用于当在判定由所述估算装置估算的估算值超过预定值之后判定加速器踏板被释放也就是所述排气净化燃料未被添加时并且判定流过所述涡旋通路的排气的流量超过预定值时利用所述致动器致动所述可动部件以使所述连通孔打开。
[0020]通过上述构造，由于当加速器踏板被释放时可动部件被致动以使连通孔打开，所以当使连通孔打开时，排气净化燃料不包含在排气中。因此，即使是在排气经由连通孔流入环形空间时，没有多余的燃料留在环形空间中。以这种方式，可以在适当的定时使连通孔打开。
[0021]在可变容量涡轮增压器中，所述控制单元可以包括第二处理装置，所述第二处理装置用于累计所述连通孔打开的持续时间，并且当判定累计值超过预定值时，利用所述致动器致动所述可动部件以使所述连通孔闭合。
[0022]通过上述构造，可以致动可动部件，使得连通孔在适当的定时闭合。
[0023]在可变容量涡轮增压器中，所述预定值可以被设定为使附着并堆积在所述可动部件上的堆积物消失的时段。
[0024]可变容量涡轮增压器可以进一步包括:轴承壳体，所述轴承壳体用于可旋转地支撑使所述涡轮机叶轮与压缩机叶轮一体旋转的公共旋转轴，和径向向外的凸缘，所述径向向外的凸缘被紧固到所述涡轮机壳体并且所述径向向外的凸缘在所述轴承壳体的轴向中间区域中在所述轴承壳体的外周上邻近所述涡轮机壳体被设置。所述环形空间可以被设置于在所述轴承壳体的所述凸缘与所述涡轮机壳体之间的紧固部分处。这里，限定了提供环形空间的位置。
[0025]在可变容量涡轮增压器中，开/闭部分可以是板簧，该板簧被固定到所述可动部件并且该板簧弹性压靠所述第一喷嘴板并与所述第一喷嘴板接触。
[0026]这里，开/闭部分被确定。利用上述构造，当使第一喷嘴板的连通孔闭合时不发生由板簧形成的开/闭部分与第一喷嘴板分离的不便。
[0027]本发明的第二方面提供一种用于具有可变喷嘴单元的可变容量涡轮增压器的控制方法，所述可变容量涡轮增压器包括:涡轮机壳体的涡旋通路；排出口，所述排出口从所述涡旋通路经由涡轮机叶轮排出排气；环形空间，所述环形空间被设置在邻近所述涡旋通路的区域中；连通部分，所述连通部分提供在所述涡旋通路和所述环形空间之间的流体连通；第一喷嘴板，所述第一喷嘴板被连接到所述第一喷嘴板使所述连通部分闭合的位置；连通孔，所述连通孔被形成在所述第一喷嘴板中并且所述连通孔用于允许排气从所述涡旋通路流入所述环形空间；和开/闭部分，所述开/闭部分被设置在所述可动部件的部分处并且所述开/闭部分使所述连通孔打开或闭合。所述控制方法包括:在排气净化燃料被添加到所述涡旋通路的上游侧的定时和添加的排气净化燃料的量的基础上估算附着并堆积在所述可动部件上的堆积物的量；当在判定堆积物的量的估算值超过预定值之后判定流过所述涡旋通路的排气的流量超过预定值时利用所述致动器致动所述可动部件以使所述连通孔打开；和累计所述连通孔打开的打开持续时间并且当判定打开持续时间的累计值超过预定值时利用所述致动器致动所述可动部件以使所述连通孔闭合。
[0028]根据本发明，可以提供一种技术，所述技术在可变容量涡轮增压器中使得即使在包含在排气中的未燃烧气体附着到或堆积在可动部件上时也可以去除堆积物，其中所述可变容量涡轮增压器包括可变喷嘴单元，所述可变喷嘴单元用于能够改变从涡轮机壳体的涡旋通路经由涡轮机叶轮到排出口排出排气的容量。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义将在下面参照附图进行描述，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中:
[0030]图1是示出在本发明的实施例中的可变容量涡轮增压器的示意构造的截面图；
[0031]图2是图1所示的可变喷嘴单元的上半部分的放大截面图；
[0032]图3是示出在喷嘴叶片的开度增加的状态中、图1所示的可变喷嘴单元的协调环的外表面的视图；
[0033]图4是示出处于喷嘴叶片的开度增加的状态的、图1所示的可变喷嘴单元的第一喷嘴板的内表面的视图；
[0034]图5是示出处于喷嘴叶片的开度减小的状态的、图1所示的可变喷嘴单元的协调环的外表面的视图；
[0035]图6是示出处于喷嘴叶片的开度减小的状态的、图1所示的可变喷嘴单元的第一喷嘴板的内表面的视图。
[0036]图7是示出图1所示的连杆机构的部分的分解透视图；
[0037]图8是示出图7所示的连杆机构的部分的透视图；
[0038]图9是当从上方看图1所示的一对板和协调环时使连通孔闭合的状态的视图；
[0039]图10是当从上方看图1所不的一对板和协调环时使连通孔打开的状态的视图；
[0040]图11是用于说明图1所示的可变喷嘴单元的操作的流程图；
[0041]图12是示出在其中协调环被用在通常增压性能控制中的通常旋转角度范围内使连通孔闭合且在通常旋转角度范围之外使连通孔打开的情况的曲线图；以及
[0042]图13是示出在其中协调环被用在通常增压性能控制中的通常旋转角度范围内使连通孔打开或闭合的情况的曲线图。
【具体实施方式】
[0043]在下文中，将参照附图对本发明的实施例进行详细描述。[0044]本发明的实施例示于图1至图12中。在附图中所示的可变容量涡轮增压器I与内燃机(未示出)相关联地设置。如图1至图8中所示，可变容量涡轮增压器I包括涡轮机叶轮2、压缩机叶轮3、轴承壳体4、涡轮机壳体5、压缩机壳体6和可变喷嘴单元7等。
[0045]涡轮机叶轮2 —体地形成于涡轮轴2a的第一轴向端部处。压缩机叶轮3被一体地连接到涡轮轴2a的第二轴向端部。涡轮轴2a经由两个径向轴承8A和SB插入通过轴承壳体4的中心孔以便可旋转。
[0046]两个径向轴承8A和SB分别是称为金属或衬套的大致筒状的普通轴承，并且分别在轴向移位被限制的同时处于浮动状态。
[0047]涡轮机壳体5被连接到轴承壳体4的第一轴向端部，压缩机壳体6被连接到轴承壳体4的第二轴向端部。涡轮机叶轮2被容纳在涡轮机壳体5中。压缩机叶轮3被容纳在压缩机壳体6中。
[0048]涡轮机壳体5具有涡旋通路5a和排出口 5b。涡旋通路5a使排气旋转。排出口5b将涡旋通路5中的排气经由涡轮机叶轮2排出到排气管(未示出)。
[0049]压缩机壳体6具有导入口 6a和输送通路6b。导入口 6a将进气从进气系统(未不出)朝向压缩机叶轮3导入。输送通路6b将其压力通过压缩机叶轮3的旋转而增加的进气输送到引入管(未不出)。
[0050]涡轮机叶轮2利用从内燃机排出到排气歧管(未示出)的排气的能量旋转。具有比大气压力高的压力的新鲜空气由与涡轮机叶轮2 —体地旋转的压缩机叶轮3从进气歧管(未示出)供给到燃烧室(未示出)。
[0051 ] 可变喷嘴(VN)单元7能够改变从涡轮机壳体5的涡旋通路5a经由涡轮机叶轮2到排出口 5b排出排气的容量。如图1至图6所示，可变喷嘴(VN)单元7包括一对第一喷嘴板11和第二喷嘴板12、多个喷嘴叶片13、致动器20和控制单元100等。
[0052]第一喷嘴板11和第二喷嘴板12分别由环形板形成。第一喷嘴板11和第二喷嘴板12被彼此平行布置使得形成路径设置为从涡轮机壳体5的涡旋通路5a到排出口 5b的流路。喷嘴叶片13在沿形成在这些第一喷嘴板11和第二喷嘴板12的面对表面之间的流路的周向的几个部分(例如，十二个部分)处被连接以便能够改变其位置。
[0053]如图1和图2所示，第一支撑轴14和第二支撑轴15被固定到每个喷嘴叶片13的左右侧，以在一条直线上对齐。第一支撑轴14的突出端部被插入第一喷嘴板11的通孔(省略附图标记)并通过第一喷嘴板11的通孔支撑以可枢转。第二支撑轴15的突出端部被插入第二喷嘴板12的通孔(省略附图标记)并通过第一喷嘴板12的通孔支撑以可枢转。
[0054]致动器20共同改变所有喷嘴叶片13的位置。致动器20包括协调环21、驱动源22和连杆机构23等。
[0055]协调环21在邻近压缩机叶轮3的侧上紧接第一喷嘴板11布置以不与第一喷嘴板11接触。协调环21被支撑使得第一喷嘴板11在沿圆周方向的两个方向上可旋转。为了这个目的，如图3、图5和图7所示，多个辊31经由相应的支承轴32可转动地连接到第一喷嘴板11。每个辊31与协调环21的内周在内部接触。
[0056]尽管未详细示出，驱动源22包括直流马达(DC马达)和动力转换机构(例如，齿轮机构或蜗杆机构等)。直流马达产生旋转动力。动力转换机构将直流马达的旋转力转换成用于推或拉连杆机构23的连杆24的线性运动。[0057]连杆机构23将由驱动源22产生的动力传递到协调环21作为旋转动力。如图3和图5所示，连杆机构23包括连杆24、连接臂25、第一连接销26和第二连接销27、操作杆28和叶片臂29等。
[0058]如图3、图5和图8所示，槽21a形成在沿协调环21的内周的周向的几个部分处。大量的叶片臂29和单个操作杆28的部分分别与槽21a接合。
[0059]叶片臂29的数目等于喷嘴叶片13的数目。每个第一支撑轴14的突出端部被分别连接到叶片臂29中的对应的一个的倾斜支点。当操作杆28使用致动器20被在预定方向上倾斜预定角度时，使协调环21在预定方向上旋转该预定角度。因此，叶片臂29通过彼此协作的协调环21共同在预定方向上倾斜预定角度。
[0060]第二连接销27的一个端部被固定到操作杆28的倾斜支点。连接臂25的一个端部被固定到第二连接销27的另一个端部。第一连接销26的一个端部被固定到连接臂25的另一个端部，连杆24的一个端部被固定到第一连接销26的另一个端部。驱动源22的动力转换机构的输出构件(未示出)被联接到连杆24的另一个端部。第二连接销27被插入以在筒形衬套33中可旋转，该衬套33通过轴承壳体4的凸缘4a安装。
[0061]控制单元100控制致动器20。在本实施例中，控制单元100是例如对于对发动机的各种操作控制不可缺少的现有的发动机控制单元(ECU)。由这种现有的ECU形成的控制单元100至少具有控制涡轮增压器I的增压性能的功能和在适当的定时去除附着到致动器20的可动部分的堆积物的功能。
[0062]虽然在图中未示出，控制单元100包括中央处理单元(CPU)、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)和备用非易失性存储器(RAM)等。ROM存储当这些各种控制程序被执行时所参照的各种控制程序和映射等。CPU在存储在ROM中的各种控制程序和映射的基础上执行算法处理。RAM是临时存储CPU中的计算结果和从传感器输入的数据等的存储器。备用RAM是存储在发动机停止时被保存的数据等的非易失性存储器。
[0063]致动器20的可动部件(协调环21、连杆机构23的第二连接销27、操作杆28、叶片臂29)的部分被布置在形成于轴承壳体4和涡轮机壳体5之间的环形空间9中。致动器20的驱动源22和连杆机构23的连杆24、连接臂25和第一连接销26被布置在轴承壳体4的凸缘4a的外侧以被暴露。
[0064]具体地，将对环形空间9进行说明。径向向外的凸缘4a在轴承壳体4的轴向中间区域内在轴承壳体4的外周上邻近涡轮机壳体5的位置处被设置。涡轮机壳体5的外筒形部分5c被紧固到凸缘4a。上述环形空间9被形成为邻近在紧固部分处的涡旋通路5a。也就是说，环形空间9是由凸缘4a、涡轮机壳体5的外筒形部分5c以及在凸缘4a和外筒形部分5c之间的紧固部分包围的区域。
[0065]涡轮机壳体5的、邻近轴承壳体4的径向向内区域是当径向向内区域打开时提供在涡旋通路5a和环形空间9之间的流体连通的连通部分。第一喷嘴板11被连接到连通部分以闭合连通部分。
[0066]在涡轮机壳体5和第二喷嘴板12的壁表面之间的、在第二喷嘴板12的旋转轴线上延伸的间隙由密封环16气密密封。
[0067]接下来，对可变喷嘴单元7的操作进行说明。
[0068]随着使用致动器20在图3所示的箭头Xl方向上拉动连杆24或在图5所示的箭头Yl方向上推动连杆24，连接臂25在预定方向上旋转预定角度。操作杆28通过连接臂25倾斜。通过这样做，协调环21在如通过图3中的箭头X2所示的顺时针方向上以预定角度旋转或者在如通过图5中的箭头Y2所示的逆时针方向上以预定角度旋转，叶片臂29与协调环21的旋转同步倾斜。通过叶片臂29的倾斜，使经由第一支撑轴14分别与叶片臂29一体的喷嘴叶片13同步倾斜。通过这样做，喷嘴叶片13中的每个的面对间隙(流路面积或喉部面积)被调节。
[0069]具体而言，随着连杆24在如图3所示的箭头Xl方向上被拉动，喷嘴叶片13中的每个的面对间隙如图4所示变得最大。另一方面，随着连杆24在如图5所示的箭头Yl方向上被推动，间隙叶片13中的每个的面对间隙如图6所示变得最小。
[0070]在内燃机的低转速范围中，当喷嘴叶片13的位置被调节使得任意相邻的两个喷嘴叶片13的面对间隙(流路面积或喉部面积)变小时，排气的流动速度增加，所以从低转速范围获得高增压压力。
[0071]顺便说一下，包含在流过涡旋通路5a的排气中的未燃烧气体可能通过第一喷嘴板11的安装间隙泄漏到环形空间9中。安装间隙提供涡旋通路5a和环形空间9之间的流体连通。当这种泄漏重复进行时，未燃烧气体附着并堆积在被布置在环形空间9的内部的致动器20的可动部件(协调环21、连杆机构23的第二连接销27、操作杆28和叶片臂29)上。堆积物损害可动部件的运动。
[0072]在本实施例中，如图7至图12所示，第一喷嘴板11具有用于允许排气从涡旋通路5a流到环形空间9的连通孔41。设置在协调环21上的开/闭部分42使得连通孔41打开或闭合。
[0073]当连通孔41打开时，流过涡旋通路5a的高温排气的部分经由连通孔41流入环形空间9。当高温排气流入环形空间9时，附着并堆积在致动器20的可动部件(协调环21、连杆机构23的第二连接销27、操作杆28和叶片臂29)上的堆积物由于高温排气的热量蒸发且消失。通过这样做，致动器20的可动部件的移动被适当地保持延长的时段，因此可变容量涡轮增压器I的可靠性得到提高。
[0074]在下文中，将进行更具体地描述。连通孔41被设置成大致平行于第一喷嘴板11的厚度方向或中心轴线方向延伸。开/闭部分42被连接到协调环21，并且被连接到开/闭部分42在平行于连通孔41的中心轴线的轴向方向上面对连通孔41的位置。
[0075]开/闭部分42优选由具有至少优良耐热性和耐蚀性的弹性材料形成。例如，开/闭部分42可以是板簧等。如图9和图10所示，由板簧形成的开/闭部分42通过利用加压等使矩形板的一些部分弯曲而形成，并在侧视图中基本上具有梯形形状。通过这样做，开/闭部分42的平坦部分42a弹性压靠第一喷嘴板11并与第一喷嘴板11平面接触。开/闭部分42的平坦部分42a的面积被设定成比连通孔41的打开面积大，使得平坦部分42a能够完全覆盖连通孔41。
[0076]如图10所示，当协调环21被布置于在任何相邻喷嘴叶片13之间的流路面积最大的位置时，开/闭部分42被布置成使连通孔41打开。另一方面，如图9所示，当协调环21布置于流路面积最小的位置时，开/闭部分42被布置成使连通孔41闭合。
[0077]在本实施例中，直接将旋转动力传递到协调环21的操作杆28可以在协调环21的周向方向上被布置在预定的相位处，因此，连通孔41被设置在轴向面对操作杆28的布置位置的位置处。这里，操作杆28在功能上用作根据本发明的方面的“最终动力传递构件”。
[0078]连通孔41的打开/闭合操作将参照图11所示的流程图进行说明。
[0079]流程从内燃机起动开始以预定间隔(几毫秒到几十毫秒)执行。
[0080]在步骤SI中，附着并堆积在致动器20的可动部件(协调环21、连杆机构23的第二连接销27、操作杆28和叶片臂29)上的堆积物的量被估算。
[0081]虽然在图中未示出，排气净化燃料被添加到涡旋通路5a的上游侧，所添加的燃料在联接到涡轮机壳体5的排出口 5b的排气系统中的催化剂中燃烧，以提供高温气氛。通过这样做，排气净化性能得到提高。在这种情况下，大量未燃烧气体被包含在从内燃机排出到涡旋通路5a的排气中。
[0082]考虑到这点，作为步骤SI中的估算方法的一个示例，可以在排气净化燃料被添加到涡旋通路5a的上游侧的定时和添加的排气净化燃料的量的基础上估算附着到致动器20的可动部件(协调环21、连杆机构23的第二连接销27、操作杆28和叶片臂29)的堆积物的量。当加速器踏板(未示出)被释放时，排气净化燃料不被添加。
[0083]随后，在步骤S2中，判断在步骤SI中估算的估算值A是否超过预定阈值X。阈值X在通过各种实验或模拟得到的结果的基础上被适当设定。
[0084]在A≤X的情况下，在步骤S2中作出否定判定，程序结束。在A > X的情况下，在步骤S2中作出肯定判定，程序前进到随后的步骤S3。
[0085]在步骤S3中，流过涡旋通路5a的排气的流量被测量，并且确定测量值B是否超过预定阈值Y。阈值Y在通过各种实验或模拟获得的结果的基础上被适当设定。
[0086]在B≤ Y的情况下，在S3中作出否定判定，步骤S3被重复进行直到测量值B超过阈值Y。在B>Y的情况下，在步骤S3中作出肯定判定，程序前进到随后的步骤S4。
[0087]在步骤S4中，连通孔41打开。这里，通过利用致动器20使协调环21在周向方向上的预定方向(图10中的箭头61方向)上旋转，协调环21和开/闭部分42在周向方向上的预定方向上一体移位以使连通孔41打开。
[0088]在本示例中，如图12所示，在于通常增压性能控制中使用的作为协调环21的旋转角度的范围的通常旋转角度范围中，连通孔41被闭合；然而，在通常旋转角度范围以外的旋转角度位置ΘΧ，连通孔41完全打开。因此，在步骤S4中，使协调环21旋转到超过协调环21的最大旋转角度位置Θ max的旋转角度位置θ X。
[0089]通过这样做，流过涡旋通路5a的排气的部分从连通孔41流入环形空间9。流入环形空间9的排气在流入环形空间9之后立即趋于接触协调环21和操作杆28。因此，当堆积物附着到致动器20的可动部件(协调环21、连杆机构23的第一连接销27、操作杆28和叶片臂29)时，堆积物由于高温排气的热量蒸发并消失。
[0090]随后，在步骤S5中，连通孔41的打开持续时间被累计，判定累计值C是否超过预定阈值Z。阈值Z在通过各种实验或模拟获得的结果的基础上被适当设定。例如，阈值Z被设定为可以使附着并堆积在环形空间9内部的可动部件上的堆积物消失的时段。
[0091]在C≤ Z的情况下，也就是，当环形空间9中的堆积物还未消失时，在步骤S5中作出否定判定，程序返回到步骤S3。在C>Z的情况下，也就是，当环形空间9中的堆积物已消失时，在步骤S5中作出肯定判定，程序前进到随后的步骤S6。
[0092] 在步骤S6中，连通孔41闭合。这里，协调环21由致动器20在周向方向上的预定方向(图9中的箭头60方向)上致动。在此之后，流程结束。
[0093]在本实施例中，步骤SI在功能上作为根据本发明的方面的“估算装置”，步骤S2至S4在功能上作为根据本发明的方面的“第一处理装置”，步骤S5和S6在功能上作为根据本发明的方面的“第二处理装置”。
[0094]如上文所述，在应用了本发明的实施例中，在排气中所含的未燃烧气体可以随着时间的推移附着并堆积在被布置在环形空间9中的致动器20的可动部件(协调环21、连杆机构23的第一连接销27、操作杆28和叶片臂29)上，这样通过在适当的定时使连通孔41打开来使堆积物蒸发并消失。
[0095]通过这样做，致动器20的可动部件的移动被适当地保持延长的时段，因此，可变容量涡轮增压器I的可靠性得到提高。此外，如图12所示，在超过协调环通常使用的旋转角度的范围的旋转角度范围内使连通孔41打开，所以可以最小化增压效率的损失。
[0096]在本实施例中，连通孔41设置在连通孔41在操作杆28的轴向方向上面对其移动趋向于由堆积物削弱的操作杆28的位置。因此，当连通孔41打开时，流入环形空间9的高温排气在流入环形空间9之后立即尤其趋于接触可动部件中的操作杆28。因此，可以使具体地堆积在可动部件中的操作杆28上且妨碍操作杆移动的堆积物由于高温排气的热量蒸发并消失。
[0097]在本实施例中，当加速器踏板(未示出)被释放时，协调环21被致动以使连通孔41打开。通过这样做，当连通孔41打开时在排气中不含排气净化燃料。因此，即使当排气从连通孔41流入环形空间9中时，没有多余的燃料留在环形空间9中，所以可以抑制多余的堆积物附着。以这种方式，可以在适当的定时使连通孔41打开。 [0098]在本实施例中，因为用于使连通孔41打开或闭合的开/闭部分42由板簧形成，所以当第一喷嘴板11的连通孔41闭合时不发生由板簧形成的开/闭部分42与第一喷嘴板11分离的不便。通过这样做，可以稳定连通孔41的打开/闭合操作。
[0099]注意，本发明并不限定于上述实施方式，而是在适当时可以在所附权利要求及其等同物的范围内进行修改。本发明可以通过下面的可选实施例实现。
[0100]在上述实施例中，描述了如下示例，其中单个连通孔41在连通孔41在轴向方向上面对操作杆28的位置设置在第一喷嘴板11中；作为替代，连通孔41的数目可以是任何数目或者连通孔41的布置位置可以是任何位置。
[0101]在上述实施例中，如图12所示，描述了如下示例，其中在通常增压性能控制中使用的协调环21的通常旋转角度范围以外的旋转角度范围内使连通孔41打开。本实施例可以例如修改成如下的实施例，其中，如图13所示在增压性能控制中使用的协调环21的通常旋转角度范围内使连通孔41打开或闭合。
[0102]具体而言，在图13所示的示例中，在从流路面积最小的协调环21的最小旋转角度位置θπ?η到为通常旋转角度范围的约三分之二的旋转角度位置07的范围使连通孔41完全闭合。于是，当协调环21被布置在为通常旋转角度范围的约三分之二的旋转角度位置θ I时连通孔41开始打开,在比流路面积最大的协调环21的最大旋转角度位置Θ max稍小的位置Θ z处连通孔41完全打开。
[0103]以这种方式，当在通常增压性能控制中连通孔41与协调环21的旋转运动同步打开或闭合时，没有必要如在上述实施例的情况中那样配备专用于使连通孔41打开或闭合的控制系统，因此可以抑制安装成本增加。
[0104]此外，与流过涡旋通路5a的排气的总流量相比较，从涡旋通路5a经由连通孔41流入环形空间9的排气量是小的。因此，即使当在协调环21被布置在流路面积最大的最大旋转角度位置Θ max时连通孔41完全打开时，可以最小化增压性能的损失。
[0105]本发明适合应用于可变容量涡轮增压器，所述可变容量涡轮增压器包括可变喷嘴单元，所述可变喷嘴单元用 于改变从涡轮机壳体的涡旋通路经由涡轮机叶轮到排出口排出排气的容量。
【权利要求】
1.一种可变容量涡轮增压器，其特征在于包括: 可变喷嘴单元(7)，所述可变喷嘴单元(7)用于改变从涡轮机壳体(5)的涡旋通路(5a)经由涡轮机叶轮⑵向排出口(5b)排出排气的容量，其中所述可变喷嘴单元包括: 第一喷嘴板(11)和第二喷嘴板(12)，所述第一喷嘴板(11)和所述第二喷嘴板(12)被布置成彼此面对，并且所述第一喷嘴板(11)和所述第二喷嘴板(12)形成流路，所述流路的路径设定为从所述涡旋通路到所述排出口； 喷嘴叶片(13)，所述喷嘴叶片(13)被分别设置于所述第一喷嘴板(11)和所述第二喷嘴板(12)之间的周向部分处； 致动器(20)，所述致动器(20)通过共同改变所有所述喷嘴叶片(13)的位置来改变所述流路的面积； 环形空间(9)，所述环形空间(9)被形成在与所述涡旋通路(5a)相邻的区域中，并且所述致动器的动力传递可动部件的部分被布置在所述环形空间(9)中，所述第一喷嘴板(11)被连接成使得闭合连通部分，其中所述连通部分提供所述涡旋通路(5a)和所述环形空间(9)之间的流体连通； 连通孔(41)，所述连通孔(41)被形成在所述第一喷嘴板(11)中，并且所述连通孔(41)用于允许排气从所述涡旋通路(5a)流入所述环形空间(9)中；和 开/闭部分(42)，所述开/闭部分(42)被设置在所述可动部件的部分处，并且所述开/闭部分(42)使所述连通孔(41)打开或闭合。
2.根据权利要求1所述的可变容量涡轮增压器，其中 所述开/闭部分(42)被设置在所述可动部件处，并且 当所述可动部件被布置在所述流路的面积最大的位置处时，所述开/闭部分使所述连通孔(41)打开；并且当所述可动部件被布置在所述流路的面积最小的位置处时，所述开/闭部分使所述连通孔(41)闭合。
3.根据权利要求1或2所述的可变容量涡轮增压器，其中 所述致动器(20)包括: 协调环(21)，所述协调环(21)被支撑在与所述第一喷嘴板(11)相邻的位置处，以便能相对于所述第一喷嘴板相对旋转，并且所述协调环(21)由环形板形成，所述环形板支撑所述周向部分处的所述喷嘴叶片(13)； 驱动源(22)，所述驱动源(22)产生使所述协调环(21)从所述流路的面积最大的位置旋转到所述流路的面积最小的位置所需要的动力；和 连杆机构(23)，所述连杆机构(23)用于将由所述驱动源(22)产生的动力作为旋转动力传递到所述协调环(21)，其中 最终动力传递构件(28)将所述连杆机构(23)中的所述旋转动力直接传递到所述协调环(21)，所述最终动力传递构件(28)被布置在所述协调环(21)的预定周向相位处，所述连通孔(41)与所述最终动力传递构件(28)的布置位置相对应地设置，并且所述协调环(21)和所述最终动力传递构件(28)用作所述可动部件。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的可变容量涡轮增压器，进一步包括: 控制单元(100)，所述控制单元(100)被设置成用于所述可变喷嘴单元(7)，并且所述控制单元(100)控制所述致动器(20)，其中 所述控制单元包括: 估算装置，所述估算装置用于基于排气净化燃料被添加到所述涡旋通路(5a)的上游侧的定时和添加的排气净化燃料的量，来估算附着到并堆积在所述可动部件上的堆积物的量；和 第一处理装置，所述第一处理装置用于在判定出由所述估算装置估算的估算值(A)超过预定值(X)之后判定出流过所述涡旋通路(5a)的排气的流量(B)超过预定值(Y)时，利用所述致动器(20)来致动所述可动部件使得所述连通孔(41)被打开。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的可变容量涡轮增压器，进一步包括: 控制单元(100)，所述控制单元(100)被设置成用于所述可变喷嘴单元(7)，并且所述控制单元(100)控制所述致动器(20)，其中所述控制单元包括: 估算装置，所述估算装置用于基于排气净化燃料被添加到所述涡旋通路(5a)的上游侧的定时和添加的排气净化燃料的量，来估算附着到并堆积在所述可动部件上的堆积物的量；和 第一处理装置，所述第一处理装置用于在判定出由所述估算装置估算的估算值(A)超过预定值(X)之后判定出加速器踏板被释放、也就是说所述排气净化燃料未被添加时并且判定出流过所述涡旋通路的排气的流量⑶超过预定值⑴时，利用所述致动器(20)来致动所述可动部件使得所述连通孔(41)被打开。
6.根据权利要求4或5所述的可变容量涡轮增压器，其中 所述控制单元(100)包括: 第二处理装置，所述第二处理装置用于累计所述连通孔(41)打开的持续时间，并且当判定出累计值(C)超过预定值(Z)时利用所述致动器(20)来致动所述可动部件使得所述连通孔(41)被闭合。
7.根据权利要求6所述的可变容量涡轮增压器，其中 所述预定值(Z)被设定为附着到并堆积在所述可动部件上的所述堆积物消失的时段。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的可变容量涡轮增压器，进一步包括: 轴承壳体(4)，所述轴承壳体(4)用于可旋转地支撑公共旋转轴(2a)，所述公共旋转轴(2a)使所述涡轮机叶轮(2)与压缩机叶轮(3) —体旋转；和 径向向外的凸缘(4a)，所述凸缘(4a)被紧固到所述涡轮机壳体(5)，并且所述凸缘(4a)在所述轴承壳体(4)的外周上在所述轴承壳体(4)的轴向中间区域中与所述涡轮机壳体(5)相邻地设置，其中 所述环形空间(9)被设置于所述轴承壳体(4)的所述凸缘(4a)与所述涡轮机壳体(5)之间的紧固部分处。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的可变容量涡轮增压器，其中 所述开/闭部分(42)是板簧，所述板簧被固定到所述可动部件，并且所述板簧弹性地压靠所述第一喷嘴板(11)并且与所述第一喷嘴板(11)接触。
10.一种用于可变容量涡轮增压器的控制方法，所述可变容量涡轮增压器具有可变喷嘴单元(7)，所述可变容量涡轮增压器包括:涡轮机壳体(5)的涡旋通路(5a);排出口(5b)，所述排出口(5b)将排气从所述涡旋通路(5a)经由涡轮机叶轮(2)排出；环形空间(9)，所述环形空间(9)被设置在与所述涡旋通路(5a)相邻的区域中；连通部分，所述连通部分提供所述涡旋通路(5a)和所述环形空间(9)之间的流体连通；第一喷嘴板(11)，所述第一喷嘴板(11)被连接到所述第一喷嘴板(11)闭合所述连通部分的位置；连通孔(41)，所述连通孔(41)被设置在所述第一喷嘴板(11)中，并且所述连通孔(41)用于允许排气从所述涡旋通路(5a)流到所述环形空间(9);以及开/闭部分(42)，所述开/闭部分(42)被设置在可动部件的部分处，并且所述开/闭部分(42)使所述连通孔(41)打开或闭合，所述控制方法的特征在于包括: 基于排气净化燃料被添加到所述涡旋通路(5a)的上 游侧的定时和添加的排气净化燃料的量，来估算附着到并堆积在所述可动部件上的堆积物的量； 在判定出堆积物的量的估算值(A)超过预定值(X)之后判定出流过所述涡旋通路(5a)的排气的流量(B)超过预定值(Y)时，利用所述致动器(20)来致动所述可动部件使得所述连通孔(41)被打开；以及 累计所述连通孔(41)打开的打开持续时间，并且当判定出所述打开持续时间的累计值(C)超过预定值(Z)时利用所述致动器(20)致动所述可动部件使得所述连通孔(41)被闭合。
【文档编号】F01D25/00GK104024582SQ201280053796
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年10月26日 优先权日:2011年11月4日
【发明者】贞光贵裕 申请人:丰田自动车株式会社