[发明专利]用于探测内燃机涡轮增压器带伤工作的系统和方法

说明书

技术领域

本发明设计一种早期探测涡轮增压器带伤工作的方法和系统，以便按部就班地关闭发动机儿不会到发动机的基本机械部件造成灾难性损坏。

背景技术

和多类型的内燃机配备有涡轮增压器(术语turbo和turbocharger互换使用)。这种涡轮增压器利用流过废气涡轮的废气能量转动压缩机，该压缩机压缩周围空气。涡轮增压器的优点基本上在于一种功率增加器的形式，这是因为涡轮增压器通过增加容积效率来增加发动机的能量密度。如同大多数旋转机械一样，涡轮增压器需要润滑。润滑通常是通过自发动机油泵的压力供给来提供，该发动机油泵用于润滑发动机内需要润滑的各种轴承和其他零件。不幸的是，在涡轮增压器内的密封件或其他零件失效的情况下，润滑油有可能泄漏到进气通道中。这会带来问题，尤其是对于柴油机，如下面将描述的，柴油机非常依赖于润滑油工作。

柴油机依赖润滑油工作出现一个问题，这是由于泄漏的润滑油，如那些从损坏的涡轮增压器流过发动机进气系统的润滑油会导致发动机燃料过剩(over-fueled)。由于柴油机利用燃料来控制发动机的扭矩输出，如果处于燃料过剩的状态，那么发动机有可能失控，或者换句话说，过速到严重损坏的速度点。柴油机破坏性失控或者过速的问题是公知的。转让给本发明的受让人的美国专利6429540和6552439公开了用于停止发动机失控的方法。

发明内容

美国专利6429540和6552439并没有涉及工作性损坏的涡轮增压器的探测，但是本发明旨在通过早期探测涡轮增压器损坏，并随之以补救工作来防止发动机失控的解决方案。

根据本发明的一个方面，用于探测作为内燃机的一个零件安装的涡轮增压器的损坏的系统包括用于确定涡轮增压器的旋转速度的涡轮速度传感器以及确定通过发动机的空气流量的气流探测附属系统。与涡轮速度传感器和气流探测附属系统有效连接的控制器将所探测的涡轮增压器的旋转速度与涡轮增压器速度阈值比较，并进一步比较所探测的空气流量和气流阈值。在所探测的涡轮增压气的速度小于涡轮速度阈值且所探测的空气流量小于气流阈值的情况下，控制器设定涡轮增压气损坏标志。气流探测附属系统优选的包括空气流量传感器(mass airflow sensor)或进气歧管压力传感器，它们单独使用或与发动机速度传感器结合使用，且控制器利用来自进气歧管压力传感器和发动机速度传感器的输出来确定针对发动机的所探测的空气流量。

根据本发明另一方面的发动机还包括紧急停机系统，该紧急停机系统由控制器操纵，用于在设定了涡轮增压器损坏标志的情况下停止发动机。紧急停机系统可以包括针对燃料系统的燃料切断命令，该燃料系统用于向发动机的气缸提供燃料。

根据本发明的另一方面，在内燃机中用于探测和响应涡轮增压器损坏的方法包括确定涡轮增压器的旋转速度以及流过配备有涡轮增压器的发动机的空气流量。该方法还包括将所确定的涡轮增压器的旋转速度与涡轮速度阈值相比较，并进一步将所确定的空气流量与气流阈值相比较。在涡轮增压器的所探测的速度小于涡轮速度阈值且所探测的气流小于气流阈值的情况下，供给发动机的燃料被切断。

根据本发明的另一方面，可以通过将周围空气压力与涡轮增压器下游位置处的发动机进气歧管内的空气压力相比较来确定通过发动机的空气流量。在进气歧管压力低于周围空气压力的情况下，可以得出结论：如果涡轮增压器的速度降低到阈值之下，则涡轮增压器已经被损坏。如果发动机在切断燃料之后没有停止，可以通过关闭在进气歧管中的空气阀(air shutter)或者通过将惰性气体引入到发动机中来加以停止。

在本发明另一方面，用于探测和响应内燃机中涡轮增压器损坏的方法包括：监视与所要求的发动机输出相对应的参数值，所要求的发动机输出诸如是指令的曲轴输出扭矩；监视涡轮增压器下游、发动机进气歧管内的空气压力。在进气歧管内的空气压力下降，而在与所要求的发动机输出相对应的参数值中没有相应变化的情况下，将设定涡轮增压器损坏标志。

根据本发明的方法和系统的优点在于：在发动机失控或者进入到另一种类型的异常工作区域之前就可以探测到涡轮增压器损坏，所述进入另一种类型的异常工作区域是由从故障涡轮增压器摄取润滑油引起的。由于本发明的方法和系统有利地利用发动机中冷器中的储存容量来储存从涡轮增压器逃逸的润滑油，因此上述优点可以实现，由此在发生失控之前可以给出一个停止发动机的时间窗口(window of time)。