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技术领域

本发明涉及用于在涡轮增压器的工作寿命期间调试可变几何涡轮增压 器(variable geometry turbocharger)的操作的系统和方法。

背景技术

内燃发动机(ICE)通常被用于以可靠的基础产生长时间的大水平的动力。 许多这样的ICE组件使用增压装置，例如排气涡轮驱动的涡轮增压器，以让 气流在进入发动机的进气总管之前压缩气流，以便增加功率和效率。

具体说，涡轮增压器是离心的气体压缩机，其与通过周围大气压力所获 得的相比使得更多空气和更多氧气进入ICE的燃烧室。被迫进入ICE的额外 质量的含有氧气的空气改善发动机的容积效率，允许在给定循环中燃烧更多 燃料，且由此产生更多功率。

可变几何涡轮增压器(VGT)是通常是一类涡轮增压器，其被设计为允许 涡轮增压器的有效纵横比(A:R)与发动机速度协调地改变且由此有助于增加 ICE运行效率。与火花塞点火ICE相比，VGT在压缩点火或柴油机ICE上 更常见，因为柴油发动机的较低排气温度为VGT的可动部件提供较少的极 端环境。

发明内容

公开一种调整可变几何涡轮增压器(VGT)操作的方法，所述涡轮增压器 具有涡轮壳体和保持在壳体中的涡轮。涡轮壳体限定去往涡轮的入口。具有 多个可动叶片的可变位置叶片机构布置在去往涡轮的入口处。方法包括，经 由具有存储器的控制器命令可变位置叶片机构在时刻T1执行在叶片机构的 打开极限位置和关闭极限位置之间的多个叶片的掠过，以识别叶片机构的初 始运动范围。方法还包括在控制器的存储器中存储叶片机构的被识别初始运 动范围。方法另外包括，经由控制器命令可变位置叶片机构在时刻T2执行 在打开极限位置和关闭极限位置之间的叶片掠过，以识别叶片机构的当前运 动范围；

方法还包括在控制器的存储器中存储叶片机构的被识别当前运动范围。 方法另外包括经由控制器将当前运动范围与叶片机构的初始运动范围比较。 进而，方法包括，如果当前运动范围等于或大于存储在控制器的存储器中的 预定运动范围，则将控制器的存储器中的叶片机构的初始运动范围更换为叶 片机构的当前运动范围，以由此使得VGT的操作与时刻T1和时刻T2之间 叶片机构的磨损相适应。

方法也可以包括，如果叶片机构的当前运动范围小于预定运动范围，则 经由控制器启动传感指示器。

传感指示器可以是编程到控制器中的数字代码和警告灯中的至少一种。

可变位置叶片机构可以包括促动器，所述促动器配置为执行多个叶片的 掠过且将叶片机构的初始和当前运动范围通信到控制器。

VGT可以安装在机动车辆中的内燃发动机上。在这种情况下，方法可 以在每次车辆钥匙打开和每次车辆钥匙关闭中之一时执行。

控制器可以是布置在车辆上且配置为调节发动机操作的中央处理单元。

方法可以另外包括，通过经由控制器评估在识别叶片机构的初始运动范 围之前是否已经满足了所建立的实施标准，从而使得方法初始化。

方法可以在每次车辆钥匙关闭时执行。在这种情况下，所建立的实施标 准可以包括环境温度大于预设值发动机空气进气部温度在预定的可接受范 围中、不存在VGT操作故障、和不存在叶片机构故障。

本发明的另一实施例涉及车辆，其具有内燃发动机，所述内燃发动机采 用VGT和配置为调节如上所述VGT的操作的控制器。

本发明提供一种调整可变几何涡轮增压器(VGT)的操作的方法，所述涡 轮增压器具有涡轮壳体、保持在涡轮壳体中且配置为通过燃烧后气体旋转的 涡轮，其中涡轮壳体限定去往涡轮的入口、和具有布置在入口处的多个可动 叶片的可变位置叶片机构，方法包括:经由具有存储器的控制器命令可变位置 叶片机构在时刻T1执行在打开极限位置和关闭极限位置之间的多个叶片的 掠过，以识别叶片机构的初始运动范围；在控制器的存储器中存储叶片机构的 被识别初始运动范围；经由控制器命令可变位置叶片机构在时刻T2执行在打 开极限位置和关闭极限位置之间的多个可动叶片的掠过，以识别叶片机构的 当前运动范围；在控制器的存储器中存储叶片机构的被识别当前运动范围；经 由控制器将当前运动范围与叶片机构的初始运动范围比较；和如果当前运动 范围等于或大于存储在控制器的存储器中的预定运动范围，则将控制器的存 储器中的叶片机构的初始运动范围更换为叶片机构的当前运动范围，以由此 使得VGT的操作与时刻T1和时刻T2之间叶片机构的磨损相适应。

所述的方法进一步包括，如果叶片机构的当前运动范围小于预定运动范 围，则经由控制器启动传感指示器。

在所述的方法中，传感指示器为编程到控制器中的数字代码和警告灯中 的至少一种。

在所述的方法中，可变位置叶片机构包括促动器，所述促动器配置为执 行多个叶片的掠过且将叶片机构的初始和当前运动范围通信到控制器。

在所述的方法中，VGT安装在机动车辆中的内燃发动机上，其中在每 次车辆钥匙打开和每次车辆钥匙关闭中之一时执行该方法，且其中控制器为 布置在车辆上且配置为调节发动机操作的中央处理单元。

所述的方法进一步包括，通过经由控制器评估在识别叶片机构的初始运 动范围之前是否已经满足了所建立的实施标准，从而使得方法初始化。

在所述的方法中，在每次车辆钥匙关闭时执行该方法，且其中所建立的 实施标准包括，环境温度大于预设值、发动机空气进气温度在预定的可接受 范围中、不存在VGT操作故障、和不存在叶片机构故障。

本发明提供一种车辆，包括:内燃发动机，具有:汽缸，配置为接收用于 在其中燃烧的空气燃料混合物；往复运动的活塞，设置在汽缸中且配置为从汽 缸排出燃烧后气体；和可变几何涡轮增压器(VGT)，包括:涡轮壳体；涡轮，保 持在涡轮壳体中且配置为通过燃烧后气体旋转，其中涡轮壳体限定去往涡轮 的入口；可变位置叶片机构，具有布置在去往涡轮的入口处的多个可动叶片； 和压缩机叶轮，安装在第一和第二端部之间的轴上且配置为将从环境接收的 空气流加压以输送到汽缸；和控制器，具有存储器且配置为通过以下方式调节 VGT的操作:命令可变位置叶片机构在时刻T1执行在打开极限位置和关闭 极限位置之间的多个叶片的掠过，以识别叶片机构的初始运动范围；在存储器 中存储叶片机构的被识别初始运动范围；命令可变位置叶片机构在时刻T2执 行在打开极限位置和关闭极限位置之间的多个叶片的掠过，以识别叶片机构 的当前运动范围；在存储器中存储叶片机构的被识别当前运动范围；将当前运 动范围与叶片机构的初始运动范围比较；和如果当前运动范围等于或大于存 储在控制器的存储器中的预定运动范围，则将存储器中的叶片机构的初始运 动范围更换为叶片机构的当前运动范围，以由此使得VGT的操作与时刻T1 和时刻T2之间叶片机构的磨损相适应。

所述的车辆进一步包括传感指示器，其中如果叶片机构的当前运动范围 小于预定运动范围，则控制器配置为启动传感指示器，且其中传感指示器为 编程到控制器中的数字代码和警告灯中的至少一种。

在所述的车辆中，可变位置叶片机构包括促动器，所述促动器配置为执 行多个叶片的掠过且将叶片机构的初始和当前运动范围通信到控制器，且其 中在每次车辆钥匙打开和每次车辆钥匙关闭中之一时控制器调整VGT的操 作。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式(一个或多个)和实施 例(一个或多个)做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优 点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是车辆的示意图，车辆包括具有根据本发明的可变几何涡轮增压器 (VGT)的内燃发动机。

图2是如图1所示发动机的示意性透视近距视图。

图3是图1和2所示的VGT的示意性截面图。

图4是调整图1-3所示VGT的操作的方法的流程图。

具体实施方式

参见附图，其中几幅图中相同的附图标记指示相同或类似的部件，图1 示出了具有可以被内燃发动机(ICE)10驱动的多个车轮8的车辆6。如图2 所示，ICE 10包括汽缸体12，多个汽缸14布置在汽缸体12中。ICE 10还 包括汽缸盖16。每一个汽缸14包括配置为在其中往复运动的活塞18。ICE 10 可以是火花塞点火式设计或压缩点火式设计。

如图2所示，燃烧室20形成在汽缸14中且在汽缸盖16的底部表面和 活塞18的顶部之间。如本领域技术人员已知的，燃烧室20配置为接收燃料 和空气，从而可以在其中形成用于随后燃烧的燃料空气混合物。ICE 10还包 括配置为在汽缸体12中旋转的曲轴22。由于从燃烧室20中燃烧着的燃料空 气混合物而来的增加压力，曲轴22被活塞18旋转。在空气燃料混合物在具 体燃烧室20内部燃烧之后，具体活塞18的往复运动用于将燃烧后气体23 从相应汽缸14排出。

ICE 10还包括吸气系统24，所述吸气系统配置为将气流26从环境导通 到汽缸14。吸气系统24包括进入空气管道28、可变几何涡轮增压器(VGT)30 和进气总管(未示出)。虽然未示出，但是吸气系统24可以另外包括在VGT30 上游的空气过滤器，用于去除来自气流26的外来颗粒和其他空气携带的碎 片。进入空气导管28配置为将气流26从周围环境引导到VGT30，而VGT 配置为对接收的气流加压，和将加压的气流排放到进气总管。进气总管又将 之前加压的气流26分配到汽缸14，用于与适当量的燃料混合和随后燃烧混 合的燃料空气混合物。

如图3所示，VGT 30包括具有第一端36和第二端38的轴34。轴34 被支撑为用于经由轴承42而绕轴线40旋转。轴承42安装在轴承壳体44中 且可以通过供应油而被润滑。涡轮46安装在轴34上且靠近第一端36，且配 置为通过从汽缸14排出的燃烧后气体23而绕轴线40旋转。涡轮46被保持 在涡轮壳体48内部，该涡轮壳体包括涡螺或涡道50。涡道50限定去往涡轮 46的入口54。涡道50接收燃烧后排出气体23且将排出气体通过入口54引 导到涡轮46。结果，涡轮46和轴34通过燃烧后气体23而绕轴线40旋转。 涡道50配置为实现涡轮增压器30的具体性能特点，例如效率和响应性。

VGT 30还包括可变位置叶片机构52。如所示的，叶片机构52包括布 置在入口54处的多个可动叶片56。叶片56配置为相对于涡轮壳体48运动， 以便选择去往涡轮46的入口54的具体纵横比(A:R)。如本领域技术人员理 解的，纵横比或A:R被限定为形状的宽度对其高度的比。叶片机构52还可 以包括促动器58。如所示的，促动器58配置为选择性地改变叶片机构52 的位置，且具体地改变叶片56以选择去往涡轮46的入口54的具体A:R。 促动器58可以具有电机械构造，从而促动器与外部命令源电子通信，外部 命令源例如是将在下文详细描述的控制器60。因而，促动器58从控制器60 接收命令信号62，以改变叶片56的位置且选择入口54的具体A:R。促动器 58还配置为将叶片机构的初始和当前运动范围通信到控制器60。促动器58 还可以包括内部处理器(未示出)。在这种情况下，促动器58将从控制器60 接收表示车辆和发动机运行条件的有关数据，确定用于该条件的入口54的 适当A:R，且随后经由叶片58选择入口的目标A:R。

叶片机构52配置为通过与ICE 10的运行速度协调地改变涡轮壳体48 的有效几何特征而选择性地改变VGT 30的有效纵横比(A:R)，且由此有助于 增加ICE运行效率。通过使用叶片机构52，ICE 10的运行效率可被增加， 因为在典型ICE的较低运行速度期间，最适宜A:R与在较高运行速度期间最 适宜的A:R是非常不同的。在固定A:R的涡轮增压器中，如果A:R太大， 则涡轮增压器会在较低速度下生产不足的增压，另一方面，如果A:R太小， 则涡轮增压器会在较高速度下使得ICE 10阻塞(choke)，导致增加的排气背 压和泵送损失，且最终造成较低功率输出。通过随ICE 10加速而改变涡轮 壳体48的几何特征，VGT 30的A:R可被保持在其最适宜值附近。其在最适 宜的A:R附近运行的能力的结果是，VGT 30将呈现减小的增压滞后量，具 有更低的增压临界值(boost threshold)，且与固定A:R涡轮增压器相比在较 高发动机速度下更高效。VGT 30的额外益处时VGT不需要用于调节涡轮 46的旋转速度的废汽门。

VGT 30还包括在第一和第二端部之间安装在轴34上的压缩机叶轮64。 压缩机叶轮64配置为将从周围环境接收的气流26增压，以用于最后输送到 汽缸14。压缩机叶轮64被保持在压缩机覆盖件66中，所述压缩机覆盖件包 括涡螺或涡道68。涡道68在气流已经被压缩之后从压缩机叶轮64接收气流 26。涡道68配置为实现具体性能特点，例如VGT 30的峰值气流和效率。因 而，通过为涡轮46提供能量的燃烧后的排出气体23为轴34赋予旋转，且 该旋转又由于压缩机叶轮被固定在轴上而传递到压缩机叶轮64。如本领域技 术人员理解的，燃烧后排出气体23的可变流量和力影响在ICE 10的运行范 围内可以通过压缩机叶轮64产生的增压压力的量。

如图1所示，车辆6还包括控制器60，所述控制器60具有存储器且配 置为调节ICE 10的操作，且具体说调节VGT 30的操作。作为调节VGT 30 操作的一部分，控制器60被编程为在VGT工作寿命期间基于叶片机构52 随时间经历的磨损来调整VGT 30的控制。控制器60可以是调节车辆6上的 各种功能的中央处理单元(CPU)或是用于ICE 10的专用电子控制单元 (ECU)。在任一构造下，控制器60包括处理器60A和实体的非瞬时存储器 60B，所述存储器包括在其中被编程出来的用于促动器58的指令。从而处理 器60A执行从控制器60中的存储器而来的指令以调节ICE 10，包括促动器 58的操作。

控制器60配置为经由促动器58命令叶片机构52在时刻T1执行在打开 极限位置52A和关闭极限位置52B之间(即在多个叶片56的极限掠过之间) 的叶片掠过(vane sweep)，以识别叶片机构初始运动范围R1。时刻T1可以 是在ICE 10的“热测试”期间发生的一个情况，即在制造设施处新组装动 力装置的初始操作运行，以验证动力装置的性能。因而，在时刻T1测量的 叶片机构52的初始运动范围R1为叶片机构所经历的磨损的随后判断提供了 参考数据点。控制器60还配置为在存储器60B中存储由此识别的叶片机构 52的初始运动范围R1。

控制器60还配置为经由促动器58命令叶片机构52在时刻T2执行在叶 片56的打开极限位置56A和关闭极限位置56B之间的叶片掠过，以识别叶 片机构运动的当前运动范围R2。如本领域技术人员理解的，打开极限位置 56A和关闭极限位置56B可以随时间保持一致或由于叶片机构52的磨损而 改变。控制器60还被配置为在其存储器60B中存储识别出的叶片56的当前 运动范围R2。控制器60还配置为将当前运动范围R2与叶片机构52的初始 运动范围R1比较。

进而，控制器60配置为，如果当前运动范围R2等于或大于预定运动范 围R3，则在存储器60B中将叶片机构52的初始运动范围R1更换为叶片机 构的当前运动范围R2预定运动范围R3存储在控制器60B的存储器中，用 于当前运动范围R2的随后取回(retrieval)和比较。可以在VGT 30的测试 和验证期间通过设计计算和/或按照经验建立上述预定运动范围R3，以给出 ICE 10的可接受性能所需的VGT的临界性能。由此配置(即设计和编程) 为在当前运动范围R2等于或大于预定运动范围R3时在控制器60的存储器 中将初始运动范围R1更换为当前运动范围R2，以使得VGT 30和ICE 10 的操作与在时刻T1和时刻T2之间的叶片机构52的实际磨损相适应。控制 器60可以另外编程为，在当前运动范围R2等于或大于预定运动范围R3时， 根据叶片机构52的当前运动范围R2调整ICE 10的控制参数，例如燃料消 耗率(fuel rate)。

车辆6还可以包括传感指示器72。控制器60配置为在叶片机构52的当 前运动范围R2小于预定运动范围R3的事件中启动传感指示器72。传感指 示器72可以是编程到控制器60的数字代码，从而该代码可以在对ICE 10 的诊断过程中由工作人员取出。另外，且并非排他性地，传感指示器72可 以是配置为对主机动车辆操作者发出警告的警告灯。控制器60也可以在ICE 10每次启动时调节VGT 30的操作。进而，在车辆6中，控制器60可以在 每次车辆钥匙开或每次车辆钥匙关时(即在车辆操作分别为点火和停止时) 调节VGT 30的操作。

另外，控制器60也可以配置(即编程且包括硬件)为在识别叶片机构52的 初始运动范围R1之前估计是否已经满足了所建立的实施标准74，如图1示 出的。所建立的实施标准74例如可以是外部环境空气的温度(即环境温度) 大于预设值、发动机空气进气温度在预定的可接受范围中、不存在VGT 30 操作故障、且不存在叶片机构52故障。如本领域技术人员理解的，环境温 度可以通过传感器76确定且发动机空气进气温度可以通过传感器78确定， 这两传感器可以随后与控制器60通信以用于随后获取。VGT 30操作故障和 叶片机构52故障的存在可以通过控制器60识别且存储在存储器60B中以用 于随后的获取，例如在每次车辆钥匙关闭(key-off)时。

图4显示了调整如上针对图1-3所述的VGT 30的控制的方法80。方法 80在图框82开始，控制器60调节ICE 10的操作。在图框82，方法可以另 外包括，在识别叶片机构52的初始运动范围R1之前，经由控制器60评估 如上针对图1-3所述的所建立的实施标准是否已经满足。在图框82之后， 方法80前进到图框84，在该处方法包括经由控制器60命令叶片机构52在 时刻T1执行多个叶片56在打开极限位置52A和关闭极限位置52B之间的 掠过，以识别叶片机构的初始运动范围R1。在图框84之后，方法前进到图 框86。

在图框86，方法80包括这种控制器60的存储器60B中存储叶片机构 52的被识别初始运动范围R1。在图框86之后，方法80前进到图框88，在 该处方法包括经由控制器60命令叶片机构52在时刻T2执行多个叶片56在 打开极限位置56A和关闭极限位置56B之间的掠过。如上针对图1-3所述， 在时刻T2，叶片机构52被命令为在打开极限位置56A和关闭极限位置56B 之间执行多个叶片56的掠过，以识别叶片机构的当前运动范围R2。在图框 86之后，方法80前进到图框88，在该处方法包括在控制器60的存储器60B 中存储叶片机构52的被识别当前运动范围R2。在图框88之后，方法80前 进到图框90，在该处方法包括经由控制器60将当前运动范围R2与叶片机 构52的初始运动范围R1比较。在图框90之后，该方法前进到图框92。

在图框92，方法80包括，如果当前运动范围R2等于或大于存储在控 制器的存储器60B中的预定运动范围R3，则将控制器60的存储器60B中的 初始运动范围R1更换为叶片机构52的当前运动范围R2，以由此使得VGT 30的操作与时刻T1和时刻T2之间叶片机构的磨损相适应。图框92之后， 方法80可以前进到图框94，在该处方法包括经，如果叶片机构52的当前运 动范围R2小于预定运动范围R3，则由控制器60启动传感指示器72。在图 框92或94之后，方法80可以回到图框82。因而，控制器52可以被编程为 连续监测VGT 30的操作，且具体说监测叶片机构52的操作，以使得VGT 和ICE 10的操作与时刻T1和时刻T2之间叶片机构的实际磨损使用。

附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围 仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述 但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明 的许多替换设计和实施例。进而，附图所示的实施例或本发明说明书提到的 各种实施例的特点不应被理解为是彼此独立的实施例。相反，实施例的一个 例子中所述的每一个特点可以与其他实施例的一个或多个其他期望特点组 合，形成并未参考附图所述的其他实施例因而，这种其他实施例落入所附权 利要求的范围。