[发明专利]用于最大化内燃机中的瞬时可变几何涡轮响应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的可变几何涡轮增压机，更具体地，涉及一种用于此可变几何涡轮的控制方式。

背景技术

涡轮增压机在20世纪初由阿尔佛雷德·步琪(Alfred Buchi)博士首次提出。涡轮增压机或涡轮增压器，另以增加内燃机，更具体的是压燃式发动机的效率的先进理念知名。涡轮增压机包括涡轮，其由来自发动机的燃烧废弃物驱动进入旋转，并连接到用于将发动机的用于燃烧的进风施加比外界压力更高的压力的压缩机。这种系统允许更高密度的配料，因此允许如此配置的发动机的更大给定输出。多年来，对应于瞬时操作员需求增量的涡轮机的缺陷被可变几何涡轮(VTG)解决。在这种安排中，可移动环或可变进口导流叶片可变地减少涡轮进口面积以提供进入涡轮的较低流通面积，并且因此提供较高气流速率，其接着作用于涡轮以增加压缩机的功率、响应于操作员需求的阶梯增量。

基于压燃式发动机功率和效率的主要操作参数使得增加功率的要求复杂化。排放要求一般意味着发动机的加速度是限烟的，更确切地说，燃料供应不能超过涉及产生颗粒状烟的有效空气流的量。这样的要求以避免烟的方式改变用于控制可变几何涡轮的机制和控制方式。然而，这种控制方式在可变几何涡轮在限烟形势上的响应性上存在许多地方期望待解决。

相应地，本领域需要的是用于可变几何涡轮的控制系统，其最大化到需求或涡轮功率输出中的瞬时增量的响应。

发明内容

本发明的一种形式是用于操作员控制的、空气呼吸的、燃料消耗的、压缩点火的内燃机的控制涡轮增压器的可变几何涡轮(VTG)的方法，具有操作员控制的燃料速率和最大可允许的燃料供应速率，以提供最大瞬时响应。该方法包括确定操作员控制的燃料供应速率是否超过最大允许燃料供应速率的步骤。该方法进一步包括计算作为所述VTG面积的函数的涡轮的压力比率，和计算作为VTG面积的函数的涡轮效率，确定压力比率和效率之间的平衡条件，并命令VTG面积作为平衡条件的直接函数。

在一个更具体的形式中，该方法包括确定瞬时涡轮机质量流量速率(W)、以及确定瞬时涡轮机进口温度(Ti)、以及确定涡轮机出口压力(P_o)以计算所述压力比率和涡轮效率的平衡条件。

附图说明

通过参考本发明实施方式连同附图，能够更清楚本发明的上述内容、其他特征和优势、与获得他们的方式，以及更好的理解本发明：

图1是包括体现本发明的内燃机的工作机器的示意图；

图2A、2B、2C表示作为VTG面积的函数的变几何操作参数；

图3示出VTG面积和发动机操作参数之间关系的3D表示法；

图4是获得最大响应的操作涡轮进口面积的一个模式；以及

图5是本发明控制方法的逻辑框图的流程图。

相应参考标号表示所有图中的对应部件。此处列举的示例显示本发明的一个实施方式，并且在任何情况下不能将这些示例理解为限制本发明的范围。

具体实施方案

现在请参照附图，尤其是图1，示出一种工作机械10，其具有压燃式内燃机12形式的原动机12，其通过输出轴14向功率分配器16提供旋转功率输出，功率分配器16在机械10内提供工作函数以及通过机械互联装置18向地面驱动轮20提供地面移动。工作机械10可以具有影响瞬时功率增量需要的多种旋转负荷要求。这样的例子是当工业机械10穿越田地时联合收割作业和流程作业的开始。另一个例子可以是林业机械，其具有即时结合以移动树木的锯或爪钩，并且因此要求功率输出的显著增加。又一个例子是在内燃机12驱动的发生器上强加电力负荷。

内燃机12优选的是压缩点火、或柴油发动机，其中用于燃烧的空气被压缩到注入燃料的燃点提供燃烧和输出功。发动机12具有曲轴箱22(未图示)，若干活塞相反地安装于其中并连接到延伸至输出轴14的曲柄轴。活塞形成接收用于燃烧的空气的燃烧室，且在发动机循环中在合适时间以合适的量通过燃料系统24进入各个气缸的注入燃料提供燃烧，该燃烧达到发动机输出需求同时满足排放要求、燃料效率、以及功率输出。

燃料系统24可以是多个燃料系统中的一个，此多个燃料系统包括在其中喷射器处产生压力的组合式喷射器、在其中别处产生压力并分配到各个喷射器的分配泵、或者最近的高压共轨式燃料系统，在高压共轨式燃料系统中，存在于邻近喷射器和合适控制阀的共歧管的高压执行根据控制参数喷射燃料的功能。