涡轮增压器中致动器的护臂控制的制作方法

本公开总体涉及涡轮增压器，并且更具体地涉及用于这种涡轮增压器的致动器的控制。

背景技术：

诸如但不限于汽车、卡车、飞机、机车、船舶和辅助发电机的一些机器利用涡轮增压器来增加为这种机器提供动力的内燃机的效率和动力输出。来自发动机的废气驱动涡轮增压器的涡轮机，涡轮机也驱动涡轮增压器的压缩机的叶轮。压缩机吸入环境空气、压缩空气，然后将压缩空气供应到发动机。以这种方式，发动机可具有改进的燃料经济性、较少的排放、以及更高的动力和转矩。

一些涡轮增压器利用废气门阀并且一些其他涡轮增压器利用可调节导向叶片，例如在可变涡轮几何涡轮增压器中作为示例，以调节通向涡轮机叶轮的气流。例如，可调节导向叶片可以在上叶片环和下叶片环之间枢转，并且可以通过多个叶片杆与调节环机械接合。调节环可以被致动以相对于上叶片环旋转，使得调节环的旋转接合多个叶片杆，以同时使所有可调节导向叶片在关闭位置和打开位置之间枢转。

通常，在涡轮增压器的正常操作期间，致动器可以限制多个叶片的上限和下限跨度，以防止叶片撞击机械止动件。然而，在正常使用期间，涡轮增压器下游的后处理系统可能变得堵塞，并且可以启动后处理再生循环以疏通后处理系统。在一些设计中，为了实现更高效和更有效的后处理再生循环，致动器可调节多个叶片以枢转超过跨度极限以限制排气流以产生清洁后处理系统所需的热量。

在第1515021b1号ep专利中可以找到一个示例，该专利公开了一种用于可变容量涡轮增压器的控制装置。'021专利公开了一种在再生循环期间控制进出涡轮增压器的废气流的方法。在再生循环期间，致动器增加叶片的跨度超过基值跨度。虽然有效，但在再生循环期间，可能在增加的跨度中发生叶片的晃动或振动。

技术实现要素：

根据本公开的一个方面，提供了一种涡轮增压器。涡轮增压器包括涡轮叶轮。多个叶片设置在涡轮机叶轮的上游。多个叶片在第一端部止动位置和第二端部止动位置的包含性之间可枢转地移动，其中第一和第二端部止动位置限定端部止动跨度。致动器与多个叶片可操作地关联。致动器被配置为在操作模式中，在第一保护带位置和第二保护带位置的包含性之间选择性地移动多个叶片，其中第一和第二保护带位置限定保护带跨度，其中保护带跨度小于端部止动跨度。致动器被配置为在第一模式中将多个叶片枢转地移动到第一减小的保护带位置，其中第一减小的保护带位置在第一端部止动位置和第一保护带位置的包含性之间，并且将恒定力施加到多个叶片施加以将多个叶片保持在第一减小的保护带位置中。

根据本公开的另一方面，一种用于涡轮增压器的可变位置设备包括涡轮机。用于将废气流转向涡轮机的流体转向器在第一端部止动位置和第二端部止动位置的包含性之间可移动，其中第一和第二端部止动位置限定端部止动跨度。致动器与流体转向器可操作地关联。致动器被配置为在操作模式中在第一保护带位置和第二保护带位置的包含性之间选择性地移动流体转向器，其中第一和第二保护带位置限定保护带跨度，其中保护带跨度小于端部止动跨度。致动器被配置为在第一模式中将流体转向器移动到第一减小的保护带位置，其中第一减小的保护带位置在第一端部止动位置和第一保护带位置的包含性之间，并且将恒定力施加到流体转向器以将流体转向器保持在第一减小的保护带位置中。

根据本公开的又一方面，提供了一种控制到涡轮增压器的涡轮机叶轮的排气流的方法。涡轮增压器包括多个叶片，所述多个叶片在第一端部止动位置和第二端部止动位置的包含性之间可枢转地移动，其中第一和第二端部止动位置限定端部止动跨度。致动器与多个叶片可操作地连通并且与发动机控制单元通信。致动器被配置为在操作模式中在第一保护带位置和第二保护带位置的包含性之间选择性地移动多个叶片，其中第一保护带位置和第二保护带位置限定保护带跨度，并且其中保护带跨度小于端部止动跨度。该方法包括响应于从发动机控制单元接收第一模式信号致动致动器以将多个叶片枢转地移动到第一减小的保护带位置，第一减小的保护带位置在第一端部止动位置和第一个保护带位置的包含性之间。另一步骤是响应于从发动机控制单元接收第一模式信号经由致动器将恒定力施加到多个叶片以将多个叶片保持在第一减小的保护带位置中。

通过参考以下详细描述和附图，可以更好地理解本公开的这些和其他方面和特征。

附图说明

图1是根据本公开的实施例的示例性涡轮增压器的轴向剖视图；

图2是根据本公开的实施例的示例性涡轮增压器的透视图，其中部分被剖开并且被剖掉；

图3是示出根据本公开的实施例的结合发动机和后处理系统使用的示例性涡轮增压器的框图；

图4是根据本公开的实施例的剖视图，其中部分被剖开并且被剖掉，示出了处于第一端部止动位置的多个叶片；

图5是根据本公开的实施例的剖视图，其中部分被剖开并且被剖掉，示出了根据本公开的实施例的处于第二端部止动位置的多个叶片，其中第一端部止动位置以虚线示出；

图6是根据本公开的实施例的剖视图，其中部分被剖开并且被剖掉，示出了根据本公开的实施例的处于第一保护带位置的多个叶片；

图7是根据本公开的实施例的剖视图，其中部分被剖开并且被剖掉，示出了根据本公开的实施例的处于第二保护带位置的多个叶片，其中第一保护带位置以虚线示出；

图8是根据本公开的实施例的剖视图，其中部分被剖开并且被剖掉，示出了根据本公开的实施例的处于第一减小的保护带位置的多个叶片；

图9是根据本公开的实施例的剖视图，其中部分被剖开并且被剖掉，示出了根据本公开的实施例的处于第二减小的保护带位置的多个叶片，其中第一减小的保护带位置以虚线示出；

图10是示出根据本公开的实施例的结合发动机和后处理系统使用的示例性涡轮增压器的框图，示出了示例性替代流体转向器；

图11是示出根据本公开的实施例的废气门阀的各种位置的示意图；并且

图12是说明可根据本公开的教导实践的样本序列的流程图。

应当理解，附图不是按比例绘制的，并且所公开的实施例仅以图解方式和部分视图示出。还应理解，本公开不限于本文所示的特定实施例。

具体实施方式

现在参考图1，示例性涡轮增压器一般性地由附图标记10表示。涡轮增压器10可以与机器的内燃机12(图3中示出)结合使用，例如但不限于汽车、卡车、飞机、机车、船舶和辅助发电机。涡轮增压器10通过从发动机的废气中提取动力来增加这种内燃机的动力输出，以压缩要输送到发动机的进气口的空气，使得压缩空气可以与燃料混合并在发电机中燃烧。涡轮增压器10包括压缩机壳体14、涡轮机壳体16和布置在压缩机壳体14和涡轮机壳体16之间的轴承壳体18。轴承壳体18支撑可旋转轴20。压缩机叶轮22布置在压缩机中壳体14中并且可以通过布置在涡轮机壳体16中的涡轮机叶轮24经由轴20可旋转地驱动。

参考图1-2，图示的涡轮增压器10包括可变位置设备25，例如流体转向器26。在所示实施例中，流体转向器26包括布置在涡轮机壳体16中的多个叶片28，以调节通向涡轮机叶轮24的气流。多个叶片28布置在上叶片环30和下叶片环32之间。当固定在涡轮壳体16中时，上叶片环30靠近轴承壳体18设置。

特别参考图2，在所示实施例中，多个叶片28中的每个叶片具有翼型形状。多个叶片28中的每个叶片安装到叶片柱34(图4中示出)，叶片柱34布置在上叶片环30和下叶片环32之间并且可枢转地联接到上叶片环30和下叶片环32两者上。调节环36布置在上叶片环30附近，使得调节环36的外周布置在上叶片环30的径向外侧。调节环36与多个叶片28机械关联，使得调节环36相对于上叶片环30的旋转运动向多个叶片28的每个叶片提供同时的枢转运动，如下面更详细地说明的。

特别地，每个叶片柱34穿过上叶片环30，暴露每个叶片柱34的头部38，使得头部38沿轴向突出超过上叶片环30。多个叶片杆40与调节环36可操作地相关联并且布置在调节环36周围，使得多个叶片杆40中的每个叶片杆彼此周向间隔开。更具体地，如图4所示，多个叶片杆40中的每个叶片杆包括臂42，臂42由通过调节环36设置的相应孔44接收。此外，多个叶片杆40中的每个叶片杆将调节环36可操作地联接到相应的叶片柱34的头部38。

由于上叶片环30和下叶片环32都固定到涡轮机壳体16，致动器46可以致动调节环36以相对于上叶片环30在一个方向上或者另外一个方向上旋转，如双箭头48所示，使得多个叶片杆40中的每个叶片杆也分别在一个方向或另一个方向上旋转，这又使每个叶片柱34旋转，从而使得多个叶片杆28中的每个相应的叶片分别在打开位置和关闭位置之间枢转，如下面更详细描述的。在这样的布置中，多个叶片28的每个叶片的同时且一致地枢转，经由致动器46致动调节环36，可以调节流向涡轮叶轮24的空气。在一些实施例中，致动器46是有刷或无刷的电子致动器，其可包括电子板、齿轮箱、马达和输出轴或杆。

在示例性实施例中，如图3所示，涡轮增压器10与发动机12和后处理系统50一起使用。发动机12包括进气口52和排气通道54。进气口52经由空气冷却器56和进气节流阀58与压缩机壳体14流体连通。空气冷却器56位于压缩机壳体14的下游和进气节流阀58的上游，进气节流阀58位于发动机12的进气口52的上游。发动机12的排气通道54位于涡轮机壳体16的上游，并且与涡轮机壳体16流体连通。

后处理系统50位于涡轮机壳体16的下游并与涡轮机壳体16流体连通。在一些实施例中，后处理系统50包括柴油机氧化催化剂60、柴油机微粒过滤器62和选择性催化还原64。在这样的实施例中，柴油机氧化催化剂60在涡轮机壳体16的下游和柴油机微粒过滤器62的上游，在柴油机微粒过滤器62的下游具有选择性催化还原64。

此外，发动机12与电子控制单元66通信。电子控制单元66被配置为监测发动机12。在一些实施例中，电子控制单元66包括处理器68，其可以由来自任何所需系列或制造商的一个或多个微处理器或控制器实现。处理器68包括本地存储器70并且经由总线76与包括只读存储器72和随机存取存储器74的主存储器通信。随机存取存储器74可以由同步动态随机存取存储器(sdram)、动态随机存取存储器(dram)、rambus动态随机存取存储器(rdrm)和/或任何其他类型的随机存取存储器设备实现。只读存储器72可以由硬盘驱动器、闪存和/或任何其他期望类型的存储器设备实现。电子控制单元66还包括经由总线76与处理器68通信的输入/输出端口78。

在一些实施例中，电子控制单元66用于执行机器可读指令。例如，电子控制单元66可以执行机器可读指令以执行图12中的流程图1200中所示的样本序列。在这样的示例中，机器可读指令包括用于由处理器68执行的程序。该程序可以体现在存储在有形计算机可读介质上的软件中，例如cd-rom、软盘、硬盘驱动器、数字通用盘(dvd)、blu-ray^tm盘或与处理器68相关联的存储器，但是整个程序和/或其部分可替代地由除处理器68之外的设备执行和/或体现在固件或专用硬件中。此外，尽管参考图12中所示的流程图1200描述了示例程序，可替代地使用实现本公开的实施例的许多其他方法。例如，可以改变框的执行顺序，和/或可以改变、取消或组合所描述的一些框。

电子控制单元66还与致动器46和后处理系统50通信。电子控制单元66被配置为监测后处理系统50以通过其限制气流。此外，电子控制单元66被配置为将模式信号67(例如但不限于操作模式、再生模式和最大发动机动力模式信号)传输到发动机12和致动器46。例如，电子控制单元66可以监测并确定后处理系统50堵塞，并且在某些发动机状况下，例如在空转期间，将再生模式信号发送到致动器46。

特别地，致动器46被配置为响应于从电子控制单元66接收模式信号，致动多个叶片28以枢转地移动。参考图4-7，多个叶片28基于分别对应于操作模式信号、再生模式信号和最大发动机动力模式信号的操作模式、再生模式和最大发动机动力模式的移动将在下面更详细地解释。例如，多个叶片28能够在如图4所示的第一端部止动位置80与如图5所示的第二端部止动位置82的包含性之间枢转。在一些实施例中，第一端部止动位置80是完全关闭位置，使得多个叶片28中的每个叶片与相邻叶片机械接触，而另一方面，第二端部止动位置82是完全打开的位置，使得多个叶片杆40的每个叶片杆的臂42与调节环36的臂止动件86收缩。每个臂止动件86邻近调节环36的相应孔44设置。

此外，致动器46被配置为响应于从电子控制单元66接收操作模式信号(例如，当发动机12在正常条件下操作时)，将致动器46保持在预定的致动器动力水平并且致动多个叶片28以在由保护带跨度92限定的如图6所示的第一保护带位置88与如图7所示的第二保护带位置90的包含性之间选择性地移动。在一些实施例中，保护带跨度92小于端部止动跨度84。在一些其他实施例中，保护带跨度92限制在4％至6％的范围内，小于端部止动跨度84的范围。

致动器46还被配置为响应于从电子控制单元66接收第一模式信号(例如但不限于再生模式信号)(例如，当发动机12在空转状态下运行并且确定后处理系统50堵塞时)，增加预定的致动器动力水平并致动多个叶片28枢转地移动到第一减小的保护带位置94。第一减小的保护带位置94包括在第一端部止动位置80和第一保护带位置88的包含性之间。

致动器46还被进一步配置为响应于从电子控制单元66接收第二模式信号(例如但不限于最大发动机动力模式信号)(例如，当发动机12在最大发动机动力条件下操作时)，增加预定的致动器动力水平并致动多个叶片28以枢转地移动到第二减小的保护带位置96。第二减小的保护带位置96包括在第二端部止动位置82和第二保护带位置90的包含性之间。减小的保护带跨度98被定义为第一减小的保护带位置94和第二减小的保护带位置96之间的距离。在一些实施例中，第二减小的保护带跨度96包括在0％和4％的包含性之间，小于端部止动跨度84。

尽管分别对应于分别在第一模式和第二模式下操作的致动器46的第一模式信号和第二模式信号在上面示例性地描述为再生模式信号和最大发动机动力模式信号，应当理解，第一模式信号和第二模式信号可以是经由电子控制单元66传输的任何预定模式信号。

在替代示例性实施例中，如图10所示，流体转向器26包括废气门阀100而不是多个叶片28。废气门阀100设置在排气通道54的下游和涡轮机壳体16的上游。废气门阀100与排气通道54和涡轮机壳体16流体连通并且被配置为调节通向涡轮机叶轮24的气流。废气门致动器102与废气门阀100可操作地关联。在一些实施例中，废气门致动器102是气动致动器。类似于致动器46，废气门致动器102与电子控制单元66通信并且被配置为响应于从电子控制单元66接收模式信号67来致动废气门阀100。

如图11中示意性地示出的那样，废气门致动器102被配置为致动废气门阀100以在第一废气门端部止动位置104(例如，关闭位置)和第二废气门端部止动106(例如，打开位置)的包含性之间移动，从而限定废气门端部止动跨度108。此外，废气门致动器102被配置为响应于从电子控制单元66接收操作模式信号，将废气门致动器102保持在预定的废气门致动器动力水平并且致动废气门阀100以在限定废气门保护带跨度114的第一废气门保护带位置110和第二废气门保护带位置112的包含性之间选择性地移动。在一些实施例中，废气门保护带跨度114小于废气门端部止动跨度108。废气门致动器102进一步被配置为响应于从电子控制单元66接收诸如再生模式信号的第一模式信号，增加预定废气门致动器动力水平并致动废气门阀100以移动到第一减小的废气门保护带位置116。第一减小的废气门保护带位置116在第一废气门端部止动位置104和第一废气门保护带位置110的包含性之间。

图12示出了可以执行以控制到涡轮增压器10的涡轮机叶轮24的排气流的样本序列的流程图1200。该序列可以在框1210处开始，其示出了经由电子控制单元66监测发动机12和后处理系统的步骤。在判定框1212处，电子控制单元66确定是否满足进入操作模式的要求。如果满足要求，则电子控制单元66传输操作模式信号以致动致动器46以在第一保护带位置88和第二保护带位置90的包含性之间选择性地移动多个叶片28，并且在预定的致动器动力水平下保持致动器46，如框1214所示。在框1214处，序列返回到框1210。如果不满足判定框1212的要求，则序列前进到判定框1216。

在判定框1216处，电子控制单元66确定是否满足进入第一模式(例如再生模式)的要求。如果满足要求，则电子控制单元66传输第一模式信号以致动致动器46以将多个叶片28枢转地移动到第一减小的保护带位置94并增加预定的致动器动力水平，如框1218所示。此外，如框1220所示，电子控制单元66可以命令致动器46向多个叶片28施加恒定力以将多个叶片28保持在第一减小的保护带位置94中。在一些实施例中，经由至致动器46的可校准的马达、动力、转矩或电流值将恒定力施加到多个叶片28。在框1220之后，序列返回到框1210。如果不满足判定框1216的要求，则序列前进到判定框1222。

在判定框1222处，电子控制单元66确定是否满足进入第二模式(例如最大发动机动力模式)的要求。如果满足要求，则电子控制单元66传输第二模式信号以致动致动器46以将多个叶片28枢转地移动到第二减小的保护带位置96并增加预定的致动器动力水平，如框1224所示。在一些实施例中，经由至致动器46的可校准的马达、动力、转矩或电流值进一步将恒定力施加到多个叶片28。如果不满足判定框1222的要求，则序列返回到框1210。

工业适用性

基于前述内容，可以看出，本公开可以在许多工业中找到适用性，例如但不限于在各种涡轮机中使用内燃机的那些，例如但不限于汽车、卡车、飞机、机车、船舶和辅助发电机。通过上述新颖的教导，致动器46由电子控制单元66命令以在第一模式(例如再生模式)下致动多个叶片28，以增加预定的致动器动力水平并枢转地移动到第一减小的保护带位置94。以这种方式，多个叶片28进一步关闭超过第一保护带位置88，在多个叶片28之间建立较小的通道，并限制废气流以产生疏通后处理系统50所需的热量。这样，增加的热量可以减少疏通后处理系统50所需的再生模式时间。此外，通过上述新颖的教导，将恒定力施加到多个叶片28以将多个叶片保持在第一减小的保护带位置94中，以确保多个叶片28中的每个叶片不会相对于相邻的叶片振动，从而减小晃动和磨损。

在涡轮增压器10的操作中，电子控制单元66监测发动机12和后处理系统50，并且可以确定满足进入第一模式(例如再生模式)的条件。在确定满足第一模式条件之后，电子控制单元66将第一模式信号传输到致动器46以增加预定的致动器动力水平并且将多个叶片28致动到第一减小的保护带位置94。在此第一减小的保护带位置94中，多个叶片28进一步定位在第一保护带位置88之外，在多个叶片28之间形成较小的通道。这限制了排气流并产生热量以疏通后处理系统50。

在多个叶片28处于第一减小的保护带位置94中的情况下，多个叶片28彼此更靠近并且可能相互晃动或振动，然而，电子控制单元66命令致动器46对多个叶片28施加恒定力，以将多个叶片28保持在第一减小的保护带位置94中并彼此相对，以确保减少或消除晃动和振动。

此外，电子控制单元66还被配置为确定何时满足进入第二模式(例如最大发动机动力模式)的条件。在确定满足第二模式条件之后，电子控制单元66将第二模式信号传输到致动器46以增加预定的致动器动力水平并且将多个叶片28致动到第二减小的保护带位置94以允许足够的排气气流。在多个叶片28处于第二减小的保护带位置96的情况下，多个叶片杆40的每个叶片杆的臂42与调节环36的臂止动件86接触。以这种方式，电子控制单元66命令致动器46向调节环36施加恒定力以将臂42保持在臂止动件86上，以确保减少或消除晃动和振动。