CN104712420A - 涡轮增压器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡轮增压器的控制方法，用于涡轮增压***的控制方法可包括第一进气管线、涡轮增压器、第二进气管线、第三进气管线、节气门阀、进气旁通阀、第一排气管线、第二排气管线、排气旁通阀以及控制器，其中第一进气管线将外部空气供应至进气歧管，第二进气管线将新鲜空气供应至压缩机，第三进气管线连接压缩机和第一进气管线，节气门阀控制从第一进气管线和第三进气管线供应的空气的流量；进气旁通阀控制在第一进气管线中流动的空气的流量，排气旁通阀控制从第一排气管线排放的废气的流量，并且控制器根据车辆的驾驶条件控制进气旁通阀、排气旁通阀以及节气门阀的打开水平。

Description

涡轮增压器的控制方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年12月12日提交的韩国专利申请No.10-2013-0154968的优先权和权益，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压器的控制方法。更具体地，本发明涉及涡轮增压器的控制方法，其防止过多的增压压力对发动机的损坏和来自在进气管线中剩余的增压压力的喘振影响。

背景技术

在传统的内燃机中，在进气冲程期间产生的负压引起空气混合到气缸中。这称为自然吸气或正常吸气。

然而，阀打开时间太短而难以让空气混合物充分进入，因此使用强制泵送以提高气缸的体积效果、有效压力比、和***压力，从而改善输出。这称为涡轮增压。

由于通过涡轮增压器进行涡轮增压的空气非常热，其密度减小，因此从涡轮增压器排放的空气通过一种称为中间冷却器的散热器冷却以供应至发动机。

同时，在具有涡轮增压器的发动机中对在发动机的rpm为中/低的间隔中增加输出扭矩的同时降低燃料消耗的研究正在进行中，并且对更有效地控制再循环气体的供应的研究也因此在进行中。

通过安装涡轮增压器，发动机输出增加了30至50％，但会发生暂时延迟直到由于有按压加速器导致rpm增加而使涡轮增压效果显现。

发明背景部分中公开的信息仅用于加强对本发明的一般背景的理解，而不应当被视为承认或以任何方式暗示该信息形成本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面致力于提供一种用于涡轮增压器的控制方法，其根据从异常操作产生的过度的增压压力防止对发动机的损坏。

而且，本发明的各个方面致力于提供一种用于涡轮增压器的控制方法，其防止由在进气管线中剩余的增压压力导致的喘振影响。

根据本发明的示例性实施方案的用于涡轮增压器***的控制方法可包括：第一进气管线、涡轮增压器、第二进气管线、第三进气管线、节气门阀、进气旁通阀、第一排气管线、第二排气管线、排气旁通阀和控制器，其中所述第一进气管线将外部空气供应至发动机的进气歧管，所述涡轮增压器包括涡轮和压缩机，所述第二进气管线将新鲜空气供应至压缩机，所述第三进气管线连接所述压缩机和第一进气管线，所述节气门阀安装成控制从所述第一进气管线和所述第三进气管线供应的空气的流量，所述进气旁通阀安装成控制在所述第一进气管线中流动的空气的流量，所述第一排气管线排放排气歧管的废气，所述第二排气管线设置成使从所述排气歧管排放的废气的一部分经过涡轮加入第一排气管线，所述排气旁通阀安装成控制从所述第一排放管线排放的废气的流量，以及所述控制器根据车辆的驾驶条件控制所述进气旁通阀、排气旁通阀以及节气门阀的打开水平。所述控制器执行一系列命令，所述一系列命令包括：判断所述发动机的发动机rpm是否满足设定低/中速度条件；当所述发动机rpm满足设定低/中速度条件时判断是否满足加速请求条件；关闭所述进气旁通阀；判断目标增压压力和实际增压压力之间的差是否大于预先确定的差分压力；以及当目标增压压力和实际增压压力之间的差大于预先确定的差分压力时，根据加速请求条件控制所述排气旁通阀的打开角度。

当目标增压压力和实际增压压力之间的差大于预先确定的差分压力时所述控制器可判断是否经过预先确定的时间。

当经过预先确定的时间时所述控制器可将所述进气旁通阀控制成打开。

当经过预先确定的时间时所述控制器可根据所述加速请求条件控制所述排气旁通阀的打开角度。

在根据所述加速请求条件控制所述排气旁通阀的打开角度之后，控制器可判断是否满足所述第二进气管线的喘振产生条件，其中当满足所述喘振产生条件时所述控制器将所述进气旁通阀控制成打开。

当不满足所述喘振产生条件时所述控制器可判断当前请求扭矩是否小于发动机扭矩，并且在当前请求扭矩小于发动机扭矩时将所述排气旁通阀和所述进气旁通阀控制成打开。

当加速器踏板根据时间的变化大于预先确定的值时，可满足喘振产生条件。

所述控制器可判断在控制所述排气旁通阀的打开角度之后的被延迟的设定时间内所述请求扭矩是否小于所述发动机扭矩。

如果控制器判断发动机rpm不满足低/中速度条件，则所述控制器可将所述排气旁通阀和所述进气旁通阀控制成打开。

在当前发动机rpm小于最大涡轮增压器操作发动机rpm时，可满足所述低/中速度条件。

可以根据车辆操作条件判断是否满足加速请求条件，所述车辆操作条件包括请求的风量、请求的扭矩以及请求的增压压力。

所述请求的风量可以是由所述发动机请求的风量，所述请求的风量根据当前的加速度器打开角度确定，并且当确定的请求的风量大于目前供应至发动机的实际风量时，可满足所述加速请求条件。

请求扭矩可以为根据当前加速器打开角度确定的请求扭矩，并且当确定的请求扭矩大于所述发动机的设定最大自然进气发动机扭矩时，可满足所述加速请求条件。

请求增压压力可以为根据当前加速器打开角度确定的请求增压压力，并且当确定的请求扭矩大于所述发动机的设定最大自然进气发动机增压压力时，可满足所述加速请求条件。

所述排气旁通阀的打开角度可基于所述车辆操作条件确定，所述车辆操作条件包括请求风量、请求扭矩以及请求增压压力。

根据本发明的示例性实施方案，可防止由过度的增压压力引起的对发动机的损坏。

而且，可防止由在进气管线中剩余的增压压力产生的喘振影响。

本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些其它特征和优点将从结合于此的附图和以下具体实施方式中显而易见，或在附图和具体实施方式中详细陈述，附图和具体实施方式共同用于解释本发明的某些原理。

附图说明

图1为根据本发明的示例性实施方案的应用用于涡轮增压器的控制方法的涡轮增压器***的框图。

图2为根据本发明的示例性实施方案的应用用于涡轮增压器的控制方法的涡轮增压器***的构造图。

图3为根据本发明的示例性实施方案的用于涡轮增压器的控制方法的流程图。

应当了解，所附附图不是必须按比例地显示了本发明的基本原理的说明性的各种优选特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各个实施方案，其示例在附图中示出并在下文中描述。虽然本发明将结合示例性实施方案来描述，但将可理解，本说明书不旨在将本发明限制于那些示例性实施方案。相反，本发明意图不仅覆盖示例性实施方案，而且覆盖可包含在如所附权利要求所定义的本发明的精神和范围内的各种替代方案、修改、等效物以及其它实施方案。

下文将参考所附附图对本发明进行更为全面的描述，在这些附图中显示了本发明的示例性实施方案。本领域技术人员将意识到，可以对所描述的实施方案进行各种不同方式的修改，所有这些修改将不脱离本发明的精神或范围。

在描述的本发明中，将省略与描述不相关的部件。在整个说明书中，同样的附图标记一般表示同样的元件。

此外，为了更好地理解和便于描述，附图中所示的每个结构的大小和厚度是***示的，并且本发明不限于此。在附图中，为了清楚起见，层、薄膜、板、区域等的厚度被夸大。

在下文中，将参考所附附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。

图1为根据本发明的示例性实施方案的应用用于涡轮增压器的控制方法的涡轮增压器***的框图，以及图2为根据本发明的示例性实施方案的应用用于涡轮增压器的控制方法的涡轮增压器***的构造图。

参照图1和图2，根据本发明的示例性实施方案的应用用于涡轮增压器的控制方法的涡轮增压器***包括：第一进气管线120、涡轮增压器110、第二进气管线127、第三进气管线129、节气门阀131、进气旁通阀125、第一排气管线152、第二排气管线160、排气旁通阀150和控制器200，其中第一进气管线120将外部空气供应至发动机140的进气歧管135，涡轮增压器110包括涡轮112和压缩机111，第二进气管线127将新鲜空气供应至压缩机111，第三进气管线129连接压缩机111和第一进气管线120，节气门阀131安装成控制从第一进气管线120和第三进气管线129供应的空气的流量，进气旁通阀125安装成控制在第一进气管线125中流动的空气的流量，第一排气管线152配置成排放排气歧管145中的废气，第二排气管线160提供用于使从排气歧管145排放的一些废气经过涡轮112加入第一排气管线152，排气旁通阀150安装成控制从第一排气管线152排放的废气的流量，并且控制器200根据车辆的驾驶条件控制进气旁通阀125、排气旁通阀150和节气门阀131的打开水平。

在此，流入到第一进气管线120和第二进气管线127的空气通过空气过滤器箱100净化，并且中间冷却器115可设置在第三进气管线129中以冷却穿过压缩机111的空气。

节气门阀131可设置在节气门体130中。

风量传感器132和增压压力传感器133设置在节气门体中以将各自测得的对应信号应用至控制器200。

包括催化剂155的后处理器设置在第一排气管线152中以减少废气的有害成分。

发动机rpm传感器201设置在发动机140中以检测发动机rpm并将对应的信号应用至控制器200。风量传感器132测量流入到进气歧管135中的风量以将对应的信号应用至控制器200。扭矩传感器203测量发动机140的扭矩以将对应的信号应用至控制器200。增压压力传感器133检测增压压力以将对应的信号应用至控制器200。加速器打开水平传感器205设置在加速器踏板中以检测加速器踏板的打开角度并且将对应的信号应用至控制器200。

控制器200接收各个传感器的信号以控制节气门阀131、进气旁通阀125和排气旁通阀150的各自的打开角度，并且控制设置在发动机中的喷射器142的操作。

控制器200可采用由预先确定的程序操作的一个或多个微处理器或包括微处理器的硬件来实现，并且预先确定的程序包括用于执行以下将描述的根据本发明的示例性实施方案的用于涡轮增压器的控制方法的一系列命令。

图3为根据本发明的示例性实施方案的用于涡轮增压器的控制方法的流程图。

在下文中，将参照图1至图3描述根据本发明的示例性实施方案的涡轮增压器的控制方法。

在步骤S10处，控制器200从点火钥匙传感器210接收对应的信号以判断点火钥匙传感器210是否打开。在点火钥匙210没有打开时，在步骤S20处，控制器200完全打开进气和排气旁通阀125和150。在点火钥匙210为打开时，在步骤S30处，控制器200完全关闭进气和排气旁通阀125和150来学习阀位置，并且其后再次完全打开阀。

在发动机140启动之后，在步骤S50处，控制器200判断发动机140的rpm是否满足设定低/中速度条件。当发动机140的rpm满足低/中速度条件时，在步骤S90处，控制器200判断是否满足加速请求条件。当发动机140的rpm不满足低/中条件时，也就是说，在高速驾驶条件下，在步骤S60和S70处，控制器200打开排气旁通阀150和进气旁通阀125。

当发动机140的当前rpm低于涡轮增压器110的最大操作的发动机rpm时可满足低/中速度条件。

此处，涡轮增压器110的最大操作的发动机rpm可通过测试任意地确定为等于或小于最大自然发动机扭矩的rpm，例如，大约45,000rpm。

涡轮增压器110为小尺寸涡轮增压器，在小尺寸涡轮增压器中空气流量系数等于或小于2以最大化低速区域中的性能并有效地使用废气能量。涡轮增压器110的最大操作的发动机rpm为通过测试确定为确保涡轮增压器110的有效操作的rpm的值。

也就是说，根据本发明的示例性实施方案的用于涡轮增压器的控制方法在大约45,000rpm或以下的低/中速度条件下使用小尺寸涡轮增压器以扩展操作区域，并且允许小尺寸涡轮增压器在45,000rpm或以上的速度条件下采用自然进气发动机进行操作，从而最小化排气阻力。

可以从车辆操作条件判断是否满足加速请求条件，车辆操作条件包括请求的风量、请求的扭矩以及请求的增压压力。

也就是说，请求的风量是由发动机请求的风量，并且从当前的加速器打开角度计算。当计算到的请求的风量高于目前供应至发动机140的风量时，可满足加速请求条件。

实际风量通过风量传感器132测量，并且由于请求的风量的计算对于本领域的技术人员是显而易见的，因此将省略其详细描述。

请求扭矩根据当前加速器打开角度计算，并且当计算到的请求扭矩高于发动机的设定最大自然进气发动机扭矩时，可满足加速请求条件。最大自然进气发动机扭矩为通过测试预先设定的值。而且，由于作为基于由加速器打开水平传感器205测得的加速器打开角度计算到的值的请求扭矩对于本领域的技术人员是显而易见的，因此将省略其详细描述。

请求增压压力是根据当前加速器打开角度计算的请求压力，并且当计算到的请求增压压力大于发动机的设定最大自然进气增压压力时，可满足加速请求条件。最大自然进气增压压力为通过测试预先设定的值。

当控制器200判断满足加速请求条件时，在步骤S100处，控制器200将进气旁通阀125和排气旁通阀150控制成关闭。

在步骤S110处，控制器200判断目标增压压力和实际增压压力之间的差是否大于预先确定的差分压力。

当目标增压压力和实际增压压力之间的差大于预定的差分压力时，在步骤S115处，控制器200判断是否经过预先确定的时间。当经过预先确定的时间时，在步骤S70处，控制器200将进气旁通阀125控制成打开。

也就是说，当经过预先确定的时间时，控制器200判断由于排气旁通阀145的异常引起的过度增压。并且控制器200将进气旁通阀125控制成打开并将经涡轮增压的空气排放至空气过滤器箱100，从而可保护发动机140。

在步骤S120处，控制器200根据经过预先确定的时间时的加速请求条件控制排气旁通阀150的打开角度。此处，排气旁通阀150的打开角度的控制包括完全关闭控制。

在排气旁通阀150的打开角度的控制中，通过测试根据加速请求条件确定的值被预先输入到待使用的映射图中。

也就是说，排气旁通阀150的打开角度可基于车辆操作条件确定，车辆操作条件包括请求风量、请求扭矩以及请求增压压力，并且排气旁通阀150的打开角度通过经过测试预先输入的映射图控制。

在步骤S130处，在控制排气旁通阀150的打开角度之后，控制器200判断是否满足第二进气管线的喘振产生条件。此处，当加速器踏板根据时间的变化大于预先确定的值时，可满足喘振产生条件。

当满足喘振产生条件时，在步骤S70处，控制器将进气旁通阀125控制成打开。

也就是说，当在加速后加速器踏板的变化快速减小以降低车辆速度时，可在压缩机111的后端处的第二进气管线127中保持高增压压力。通过高增压压力在压缩机111的入口的方向中瞬间产生排放气体的运动，并且由于排放气体的运动产生喘振，因此可损坏压缩机111。

因此，为了防止喘振，控制器200将进气旁通阀125控制成打开。

在相关技术中，当在第二进气管线127中产生过度的增压压力时，通过使用额外的阀(诸如，再循环阀)排放过度的增压压力。在这种情况下，由于再循环阀通过进气歧管135的负压进行操作，因此反应速度慢，并且当在进气歧管135中产生的负压的问题发生时再循环阀无法正常地进行操作。

然而，如上所述，当通过使用进气旁通阀125排放高增压压力时，不需要使用额外的阀，诸如，再循环阀。而且，与相关技术相比，反应速度快，并且由于不使用进气歧管135的负压，因此提高了可靠性。

在判断是否满足第二进气管线的喘振产生条件之后，在步骤S150处，控制器200判断当前请求扭矩是否小于发动机扭矩。在当前请求扭矩小于发动机扭矩时，在步骤S60和S70处，控制器将排气旁通阀150和进气旁通阀125控制成打开。

控制器200判断在步骤S120处控制排气旁通阀的打开角度之后的设定时间内请求扭矩是否小于发动机扭矩，以防止阀被频繁地控制。

在根据本发明的示例性实施方案的用于涡轮增压器的控制方法中，不在低/中速度条件下但在高速驾驶条件下，排气旁通阀150和进气旁通阀125两者都打开，并且作为结果，使用自然进气而不是通过涡轮增压器110进气，并且发动机140进行操作。因此，可在高速驾驶条件下刚好维持其中使排气阻力最小的自然进气类型的性能。

此外，在根据本发明的示例性实施方案的用于涡轮增压器的控制方法中，可通过在低/中速度条件下主动地使用涡轮增压器110来满足发动机的请求扭矩。具体而言，进气旁通阀125被关闭并且对排气旁通阀150的打开角度进行控制或排气旁通阀150被关闭以通过操作涡轮增压器110来主动地使空气进入发动机140。

此外，在根据本发明的示例性实施方案的用于涡轮增压器的控制方法中，在高速条件下打开排气旁通阀150和进气旁通阀125以最小化排气阻力。

为了便于所附权利要求中的说明和准确定义，使用术语“上方”、“下方”、“内部”和“外部”来参考附图中所显示的这些特征的位置描述示例性实施方案的特征。

本发明的特定示例性实施方案的上述描述是为了说明和描述而给出。它们不旨在穷举或将本发明限制于所描述的精确形式，而且鉴于以上教导，许多修改和变化显然是可能的。它们不旨在穷举或将本发明限制于所描述的精确形式，而且鉴于以上教导，许多修改和变化以及各种替代方案和修改显然是可能的。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等价技术方案限定。

Claims (15)

1.一种用于涡轮增压器***的控制方法，包括：

第一进气管线，所述第一进气管线将外部空气供应至发动机的进气歧管；

涡轮增压器，所述涡轮增压器包括涡轮和压缩机；

第二进气管线，所述第二进气管线将新鲜空气供应至压缩机；

第三进气管线，所述第三进气管线连接所述压缩机和第一进气管线；

节气门阀，所述节气门阀安装成控制从所述第一进气管线和所述第三进气管线供应的空气的流量；

进气旁通阀，所述进气旁通阀安装成控制在所述第一进气管线中流动的空气的流量；

第一排气管线，所述第一排气管线排放排气歧管的废气；

第二排气管线，所述第二排气管线设置成使从所述排气歧管排放的废气的一部分经过涡轮加入第一排气管线；

排气旁通阀，所述排气旁通阀安装成控制从所述第一排放管线排放的废气的流量；以及

控制器，所述控制器根据车辆的驾驶条件控制所述进气旁通阀、排气旁通阀、和节气门阀的打开水平，

其中所述控制器执行一系列命令，所述一系列命令包括：

判断所述发动机的发动机rpm是否满足设定低/中速度条件；

当所述发动机rpm满足设定低/中速度条件时判断是否满足加速请求条件；

关闭所述进气旁通阀；

判断目标增压压力和实际增压压力之间的差是否大于预先确定的差分压力；以及

当目标增压压力和实际增压压力之间的差大于预先确定的差分压力时，根据加速请求条件控制所述排气旁通阀的打开角度。

2.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器***的控制方法，进一步包括：

当目标增压压力和实际增压压力之间的差大于预先确定的差分压力时判断是否经过预先确定的时间。

3.根据权利要求2所述的用于涡轮增压器***的控制方法，其中当经过预先确定的时间时所述控制器将所述进气旁通阀控制成打开。

4.根据权利要求2所述的用于涡轮增压器***的控制方法，其中当经过预先确定的时间时所述控制器根据所述加速请求条件控制所述排气旁通阀的打开角度。

5.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器***的控制方法，进一步包括：

在根据所述加速请求条件控制所述排气旁通阀的打开角度之后判断是否满足所述第二进气管线的喘振产生条件，

其中当满足所述喘振产生条件时所述控制器将所述进气旁通阀控制成打开。

6.根据权利要求5所述的用于涡轮增压器***的控制方法，其中当不满足所述喘振产生条件时所述控制器判断当前请求扭矩是否小于发动机扭矩，并且在当前请求扭矩小于发动机扭矩时将所述排气旁通阀和所述进气旁通阀控制成打开。

7.根据权利要求6所述的用于涡轮增压器***的控制方法，其中当加速器踏板根据时间的变化大于预先确定的值时，满足喘振产生条件。

8.根据权利要求7所述的用于涡轮增压器***的控制方法，其中所述控制器判断在控制所述排气旁通阀的打开角度之后的被延迟的设定时间内所述请求扭矩是否小于所述发动机扭矩。

9.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器***的控制方法，其中当所述控制器判断发动机rpm不满足低/中速度条件时，所述控制器将所述排气旁通阀和所述进气旁通阀控制成打开。

10.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器***的控制方法，其中在当前发动机rpm小于最大涡轮增压器操作发动机rpm时，满足所述低/中速度条件。

11.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器***的控制方法，其中根据车辆操作条件判断是否满足所述加速请求条件，所述车辆操作条件包括请求的风量、请求的扭矩以及请求的增压压力。

12.根据权利要求11所述的用于涡轮增压器***的控制方法，

其中所述请求的风量是由所述发动机请求的风量，并且所述请求的风量根据当前的加速度器打开角度确定，以及

当确定的请求的风量大于目前供应至发动机的实际风量时，满足所述加速请求条件。

13.根据权利要求11所述的用于涡轮增压器***的控制方法，

其中请求扭矩为根据当前加速器打开角度确定的请求扭矩，以及

当确定的请求扭矩大于所述发动机的设定最大自然进气发动机扭矩时，满足所述加速请求条件。

14.根据权利要求11所述的用于涡轮增压器***的控制方法，

其中请求增压压力为根据当前加速器打开角度确定的请求增压压力，以及

当确定的请求扭矩大于所述发动机的设定最大自然进气发动机增压压力时，满足所述加速请求条件。

15.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器***的控制方法，其中所述排气旁通阀的打开角度基于所述车辆操作条件确定，所述车辆操作条件包括请求风量、请求扭矩以及请求增压压力。