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CN100472050C - 发动机涡轮温度控制系统 - Google Patents

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CN100472050C CNB2005101137445A CN200510113744A CN100472050C CN 100472050 C CN100472050 C CN 100472050C CN B2005101137445 A CNB2005101137445 A CN B2005101137445A CN 200510113744 A CN200510113744 A CN 200510113744A CN 100472050 C CN100472050 C CN 100472050C
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Abstract

一种用于调节发动机的运转以控制一强制空气吸入装置的温度的涡轮温度控制(TTC)系统。该系统包括一个对排气温度起反应而产生一信号的传感器。一个控制模块根据该温度信号而测定一温度，并将该温度与一阈值温度作比较。该控制模块调节发动机的运转，以便当该温度超过该阈值温度时降低该温度。

Description

发动机涡轮温度控制系统
技术领域
本发明涉及装备了强制吸气系统的发动机，尤其涉及控制发动机运转以防止该强制吸气系统部件的损坏。
背景技术
强制吸气系统如涡轮增压器或增压器能够提高发动机的马力而不会显著增加重量。通过增加单个气缸中的充量空气密度，可以增加附加的燃料而获得较高的燃烧压力。通常，装有燃料喷射系统的发动机利用从排气中的氧传感器来的反馈而确定合适的空气/燃料比。这样，当发动机的构型做成具有涡轮增压器时，该燃料喷射系统相对于从涡轮增压器来的增大的空气流量增加了通往气缸的燃料流量。
涡轮增压器通过一个涡轮将排气流能量转换为机械能。该涡轮通过一根轴驱动一个吸入空气压缩机。该涡轮被安置在排气流中并受该排气流的驱动。该吸入空气压缩机压缩空气并向该发动机提供充量空气。因为该涡轮受排气直接驱动，所以排气温度影响涡轮部件的耐久性。当排气温度高于涡轮增压器部件的操作极限时，该涡轮可能发生故障。
发明内容
因此，本发明提供一种用于调节发动机的运转和一强制空气吸入装置的排气温度控制(TTC)系统，包括：对排气温度作出反应而产生一信号的传感器；以及根据所述信号测定温度的控制模块，该控制模块将所述温度与一阈值温度进行比较，并且当所述温度超出所述阈值温度时调节发动机的空气/燃料比以降低所述温度，其中该控制模块调节所述发动机的火花计定时，以便当所述空气/燃料比已被调节到最大极限和所述温度超过所述阈值温度时降低所述温度；以及该控制模块降低由所述强制空气吸入装置产生的充气压力，以便当所述火花计量已被调节到最大极限和所述温度超过所述阈值温度时降低所述温度。
在一个特点中，该控制模块调节空气/燃料比和火花定时中的至少一个以降低该温度。
在另一特点中，该阈值温度是根据强制空气吸入装置的安全操作温度而确定的。
在另一特点中，该系统还包括一个燃料喷射系统。该控制模块控制该燃料喷射系统来调节空气/燃料比来降低该温度。
在另一特点中，该系统还包括一个火花控制系统。该控制模块控制该火花控制系统来调节火花定时来降低该温度。
在另一特点中，该控制模块操作该强制空气吸入装置，以便当该温度超过阈值温度时降低充量压力。
在又一特点中，该控制模块调节发动机的运转，以便当该温度低于该阈值温度时提高该温度。该系统还包括一个燃料喷射系统。该控制模块控制该燃料喷射系统来调节空气/燃料比以提高该温度。该系统还包括一个火花控制系统。该控制模块控制该火花控制系统来调节火花定时以提高该温度。该控制模块操作该强制空气吸入装置，以便当该温度低于阈值温度时吸入一充量压力。
在又一个特点中，该传感器是一种氧传感器。
根据此后提供的详细说明，本发明的其它方面和特点会变得清楚。应当理解，虽然指示了本发明的一个或多个优选实施例，但这些详细描述和特定例子预定只用于例示的目的而并不限制本发明的范围。
附图说明
从下列详述和附图将更充分地理解本发明。
图1是一种包括一按照本发明的涡轮增压器的示例性的发动机系统的功能框图；
图2A是例示由本发明的发动机控制系统完成的步骤的流程图；以及
图2B是例示由本发明的发动机控制系统完成的其它步骤的流程图。
具体实施方式
下述实施例的描述在本质上仅是示例性的而决不限制本发明，其应用或用途。为清楚起见，附图中将使用同样的标号来识别同样的部件。如此处所用的，术语“模块”指特定用途的集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用的、专用的或成组的)和执行一个或多个软件或操作系统程序的存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其它合适的部件。
现在参照图1，一个示例性的发动机系统10包括燃烧空气和燃料混合物以产生驱动转矩的发动机12。在强制吸气装置或涡轮14内引入和压缩空气。该增压的或加压的空气通过节流阀18流入吸气歧管16。节流阀18调节流入吸气歧管16的整体空气流。吸气歧管16内的空气分配到气缸组22、24中的气缸20内。虽然六个气缸20例示成V型构型，但可以理解，本发明的涡轮温度控制系统可以实施为具有2、3、4、5、8、10、12个气缸，组成各种构型，包括(但不限于)直列的和W型的构型。
燃料供应系统26通过一个燃料喷射器(未示出)将燃料分配到每个气缸20中。可以预期，发动机系统10可以处理该技术中已知的一种或各种类型的燃料来产生驱动转矩。此类燃料包括(但不限于)汽油、天然气和氢。一空气/燃料混合物通过一个由吸气阀(未示出)选择地打开的吸气孔(未示出)供应到每个气缸20。空气/燃料(A/F)比受到控制而获得所要的A/F比。该A/F比可以通过调节相对于空气体积供应给每个气缸20的燃料体积的该燃料供应系统而得到调节。该空气/燃料混合物受到一个活塞(未示出)的压缩而通过一火花塞产生的火花和/或压缩热而开始燃烧。该燃烧过程驱动气缸20中的活塞，后者转而可转动地驱动一曲柄(未示出)。燃烧排气从气缸20通过一个由排气阀(未示出)选择地打开的排气孔(未示出)排出。从气缸组的集流气缸20来的排气由相应的排气歧管28引导而通过排气导管30从发动机12排出。
涡轮14由集流的排气驱动。更具体地说，该排气驱动一涡轮(未示出)，后者驱动一个进入空气压缩机(IAC)32。IAC32压缩进入的空气并向进气歧管16提供加压空气，用于分配入气缸20。涡轮后的排气在催化转化器34中受到处理并排入大气。可以预期，涡轮14可以是该技术中已知的若干排气驱动的涡轮之一，包括(但不限于)一种废气门涡轮。
控制模块36根据操作器输入通过加速器踏板38和本发明的涡轮温度控制操作发动机12而操作发动机。控制模块36能够控制整个发动机系统10或者能够包括控制发动机系统10的不同方面的子模块，包括(但不限于)发动机控制模块(ECM)、燃料喷射子模块、涡轮控制子模块和动力火花控制(DSC)子模块。控制模块36或各子模块产生控制信号而根据发动机操作条件和本发明的涡轮温度控制(TTC)系统来调节发动机各部件。
控制模块36根据由各种传感器产生的信号而控制发动机系统10。节流阀位置传感器(TPS)对一个节流阀板的位置作出反应而产生一节流阀位置信号。加速器踏板位置传感器42产生一个指示加速器踏板38的位置的位置信号。该控制模块根据该加速器踏板的位置而调节该节流阀板的位置和涡轮14的操作。歧管绝对压力(MAP)传感器44对进气歧管16内的空气压力作出反应而产生一MAP信号。发动机速度传感器46产生一个发动机速度信号。
在排气导管26中可以包含一个对排气的氧含量作出反应的氧传感器48。氧传感器48产生一个氧含量信号。氧传感器48包括一个对排气的热量作出反应的加热元件。结果，氧传感器48的构型可以做成产生一个排气温度(TEXH)信号以及氧含量信号。可以预期，TEXH可以根据由一独立的排气温度传感器(未示出)产生的排气温度信号来测定。还可以预期，TEXH可以根据一个或多个感知的发动机操作特性或参数而从一模型或算法评估或测定。
控制模块36控制发动机操作而在闭合回路控制下将TEXH保持在一温度限量(TLIMIT)处或其附近。更具体地说，因为该排气直接驱动涡轮14，所以TEXH指示这些涡轮部件在一给定力矩下经受的温度。如果这些涡轮部件在大于一阈值温度(TTHRESH)(如950℃)的温度下长时间操作，那么它们可能会失效。此种极端温度通常由排气达到。因此，TLIMIT设定在一个低于TTHRESH的水准(如900℃)。如果TEXH超过TLIMIT，那么操作模块36就调节发动机操作而降低TEXH。如果TEXH低于TLIMIT，那么控制模块36就调节发动机操作而提高TEXH。当TTC系统正在操作时，控制模块36将一个涡轮温度控制(TTC)的标志调置到ACTIVE(作用)。
控制模块36可以以各种方式调节发动机操作而影响TEXH。例如，可以调节A/F比(即富燃料或贫燃料)而降低或提高TEXH。A/F比是富燃料(即增加燃料)还是贫燃料(即减少燃料)来影响TEXH，要根据由发动机系统10处理的燃料的类型而决定。例如，降低TEXH传统上通过在汽油驱动的发动机内使A/F比成为富燃料而达到。但是，在天然气驱动的发动机内TEXH的降低可以通过使A/F比成为贫燃料而达到。但是，在某些情况下，可以预期，在汽油驱动的发动机内使A/F比成为贫燃料也可降低TEXH，而在天然气驱动的发动机内使A/F比成为富燃料也可降低TEXH。应当注意，A/F比可以被调节的程度是有限的。也就是说，A/F比有可以被调节的最大权限。该A/F比调节被限于其最大权限来维持稳定的发动机操作。
此外，可以调节火花定时(如提前或延迟)来降低或提高TEXH。该火花定时定义为点火火花相对于气缸20内的活塞位置(如顶部死中心(TDC))的定时，它是由曲轴的转动位置决定的。与A/F比调节相似，火花定时的调节程度是有限的。该火花定时调节被限于其最大权限，以保证稳定的发动机操作。
还可以预期，可以调节涡轮14的操作来减小排气对涡轮部件的影响。例如，可以调节涡轮14提供供给进气歧管16的充量空气的较低的充量压力(PCHARGE)。这有效地减小了驱动涡轮14所需的功的量。在一种废气门类型的涡轮的情况下，PCHARGE是通过调节一个能使一部分进入空气对涡轮14的废气门阀(未示出)产生旁路而调节的。
现在参照图2A和2B，将详细描述由本发明的TTC系统执行的示范步骤。在步骤100中，控制系统确定发动机12是否运转。如果发动机12不运转，控制就结束。如果发动机12运转，控制系统测定步骤102中的TEXH。在步骤104中，控制系统确定TEXH是否大于TLIMIT。如果TEXH大于TLIMIT，控制系统在步骤106中继续进行。如果TEXH不大于TLIMIT，控制系统就在图2B的步骤108中继续进行。
在步骤106中，控制系统确定A/F调节是否已达到其最大权限。如果A/F调节未达到其最大权限，控制系统在步骤110中继续进行。如果A/F调节已达到其最大权限，控制系统在步骤112中继续进行。在步骤110中，控制系统调节A/F比而降低TEXH。控制系统根据已调节的A/F比来调节火花而保持步骤114中的稳定的发动机操作并形成回路而回到步骤102。
在步骤112中，控制系统确定火花调节是否处在其最大权限。如果火花调节并非处在其最大权限，控制系统在步骤116中继续进行。如果火花调节处在其最大权限，控制系统在步骤118中继续进行。在步骤116中，控制系统调节火花定时而降低TEXH并形成回路回到步骤102。在步骤118中，控制系统降低PCHARGE并形成回路回到步骤100。
在步骤108中，控制系统确定TTC是否作用。如果TTC作用，控制系统在步骤120中继续进行。如果TTC不作用，控制系统形成回路而回到图2A中的步骤100。在步骤120中，控制系统确定TEXH是否小于TLIMIT。如果TEXB小于TLIMIT，控制系统在步骤120中继续进行。如果TEXH不小于TLIMIT，控制系统形成回路而回到图2A中的步骤100。在步骤122中，控制系统确定PCHARGE是否等于最大充量压力(PCHARGEMAX)。如果PCHARGE不等于PCHARGEMAX，控制系统就在步骤124中增大PCHARGE并形成回路而回到图2A中的步骤100。如果PCHARGE等于PCHARGEMAX，控制系统就在步骤126中继续进行。
在步骤126中，控制系统确定火花调节是否处在其最大权限。如果火花调节不处在其最大权限，控制系统就在步骤128中继续进行。如果火花调节处在其最大权限，控制系统就在步骤130中继续进行。在步骤128中，控制调节火花定时而提高TEXH并形成回路而回到图2A中的步骤102。在步骤130中，控制系统确定A/F调节是否已达到其最大权限。如果A/F调节未达到其最大权限，控制系统在步骤132中继续进行。如果A/F调节已达到其最大权限，控制系统形成回路而回到图2A中的步骤102。在步骤132中，控制系统调节A/F比而提高TEXH。控制系统根据已调节的A/F比而调节该火花来在步骤126中保持稳定的发动机操作，并形成回路而回到步骤134，并形成回路而回到图2A中的步骤102。
本发明的涡轮温度控制系统根据TEXH来调节发动机操作而保护涡轮部件免遭极端温度。如上面详细描述的，可以调节A/F比、火花定时和/或PCHARGE来影响TEXH。可以理解，可以独立地利用这些方法中的每一种或与其它方法中的一种或多种进行组合来影响TEXH。在实施这些方法中的一种或多种时，还可以理解，可以变化实施这些单个方法的顺序。
该技术的专业人员从上列描述可以理解，本发明的广泛说明可用各种形式实施。因此，虽然本发明已就其特定例子来描述，但本发明的真实范围不应当受限制，因为专业人员在研究说明书、附图和下列请求保护的内容后显然能进行其它修改。

Claims (17)

1.一种用于调节发动机的运转和一强制空气吸入装置的排气温度控制(TTC)系统，包括：
对排气温度作出反应而产生一信号的传感器；以及
根据所述信号测定温度的控制模块，该控制模块将所述温度与一阈值温度进行比较，并且当所述温度超出所述阈值温度时调节发动机的空气/燃料比以降低所述温度，
其中，该控制模块调节所述发动机的火花定时，以便当所述空气/燃料比已被调节到最大极限和所述温度超过所述阈值温度时降低所述温度；以及
该控制模块降低由所述强制空气吸入装置产生的充气压力，以便当所述火花定时已被调节到最大极限和所述温度超过所述阈值温度时降低所述温度。
2.权利要求1的系统，其特征在于，所述阈值温度是根据所述强制空气吸入装置的安全操作温度而决定的。
3.权利要求1的系统，其特征在于，还包括一个燃料喷射系统，其中，所述控制模块控制所述燃料喷射系统以调节空气/燃料比来降低所述温度。
4.权利要求1的系统，其特征在于，还包括一个火花控制系统，其中所述控制模块控制所述火花控制系统以调节火花定时来降低所述温度。
5.权利要求1的系统，其特征在于，所述控制模块操作所述强制空气吸入装置，以便当所述温度超过所述阈值温度时降低充气压力。
6.权利要求1的系统，其特征在于，所述控制模块调节所述发动机运转，以便当所述温度低于所述阈值温度时提高所述温度。
7.权利要求6的系统，其特征在于，还包括一个燃料喷射系统，其中所述控制模块控制所述燃料喷射系统以调节空气/燃料比来提高所述温度。
8.权利要求6的系统，其特征在于，还包括一个火花控制系统，其中所述控制模块控制所述火花控制系统以调节火花定时来提高所述温度。
9.权利要求7的系统，其特征在于，所述控制模块操作所述强制空气吸入装置的旁通阀，以便当所述温度低于所述阈值温度时增加一充气压力。
10.权利要求1的系统，其特征在于，所述传感器是一种氧传感器。
11.一种调节由发动机产生的排气所驱动的强制空气吸入装置的温度的方法，包括：
测定排气温度；
将所述温度与一阈值温度相比较；
调节所述发动机的空气/燃料比，以便当所述温度超过所述阈值温度时降低所述温度；
调节所述发动机的火花定时，以便当所述空气/燃料比已被调节到最大极限和所述温度超过所述阈值温度时降低所述温度；以及
还包括降低由所述强制空气吸入装置产生的充气压力，以便当所述火花定时已被调节到最大极限和所述温度超过所述阈值温度时降低所述温度。
12.权利要求11的方法，其特征在于，还包括将所述阈值温度设定为等于所述强制空气吸入装置的安全操作温度。
13.权利要求11的方法，其特征在于，还包括调节所述发动机运转，以便当所述温度低于所述阈值温度时提高所述温度。
14.权利要求13的方法，其特征在于，还包括调节所述充气压力，以便当所述温度低于所述阈值温度时提高所述温度。
15.权利要求13的方法，其特征在于，还包括调节所述空气/燃料比，以提高所述温度。
16.权利要求14的方法，其特征在于，还包括调节所述火花定时，以提高所述温度。
17.权利要求11的方法，其特征在于，还包括降低由所述强制空气吸入装置产生的充气压力，以便当所述温度超过所述阈值温度时降低所述温度。
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