專利名稱：用于控制壓縮機的運行的方法
技術領域：
本公開涉及增壓發(fā)動機系統(tǒng)，并且特別涉及用于控制形成此種系統(tǒng)的一部分的壓縮機的方法。
背景技術：
已知使用由排氣驅動的渦輪增壓器或機械增壓器來改進柴油發(fā)動機的扭矩和排放性能。對于強力增壓的柴油發(fā)動機，無論是機械增壓還是渦輪增壓，該增壓器的壓縮機的出口溫度(Τ·ρ__)都通常是確定最大許用增壓水平的限制因素。存在許多因素來確定極限Τ·ρ__，例如用于制造發(fā)動機的進氣歧管的材料，但通常這些因素中最起碼的因素與壓縮機焦化有關，該壓縮機焦化是由高溫時通過壓縮機的發(fā)動機竄漏氣體所引起的。焦化逐漸降低壓縮機效率，從而導致較高的進氣溫度、增大的泵浦損失和更高的渦輪增壓器轉速。因此已知為了防止這種焦化，最大許用Τ_ρ‘以及因此的增壓壓力和最大功率都被限制在能夠達到水平之下，并且τ_ρ__正成為對由發(fā)動機能輸送的最大功率和扭矩的約束。例如，JP2005/180362公開了一種方法和設備，其中電子控制單元執(zhí)行包括以下步驟的程序檢測排放的空氣溫度TC的步驟、判斷排放的空氣溫度TC是否高于預定溫度TC(I)的步驟以及當排放的空氣溫度TC高于預定溫度TC(I)時通過降低機械增壓壓力來降低排放的空氣溫度TC的步驟。預定溫度TC(I)是低于渦輪增壓器中發(fā)生焦化時的溫度的溫度。此種控制方法是不利的，因為對于大多數(shù)客車用戶來說，在與最大許用壓縮機出口溫度相關的工況下運行的時間比例非常小。這是由于最大許用壓縮機出口溫度Τ_ρ—limit通常只關聯(lián)于當在溫暖的環(huán)境溫度下接近發(fā)動機最大額定功率運行發(fā)動機時。因此對于這些用戶來說，固定的Τ·ρ _ limit是對發(fā)動機的可用性能的不必要的限制。

發(fā)明內容
本發(fā)明人已經認識到上述方法的問題并且在此提供了至少部分解決它們的方法。在一個實施例中，用于控制被設置為供應增壓空氣至發(fā)動機的壓縮機的運行的方法包括基于壓縮機出口溫度與運行時間的函數(shù)改變最大許用壓縮機出口溫度，以及控制壓縮機的運行以便不超過該最大許用壓縮機出口溫度。在一個示例中，最大許用壓縮機出口溫度可以基于壓縮機在高于閾值的各溫度處已經運行的時間量。因此，壓縮機可以運行的溫度可以不僅受限于預設最大溫度，而是實際上受限于在壓縮機的整個壽命期間的波動，以便最大化壓縮機可能花費在相對高的運行溫度時的時間，由此最大化增壓壓力且增加發(fā)動機效率。當單獨或結合附圖閱讀時，上述優(yōu)點和其他優(yōu)點以及本發(fā)明的特征將從下面的具體實施方式
中變得明顯。應當明白，以上概要是用于以簡化形式引入在具體實施方式
中更詳細描述的方案選擇。并不打算指明所要求保護的主體的關鍵或本質特征，其范圍由所附權利要求獨一無二地限定。此外，要求保護的主體不限于解決在上面或本公開的任何部分提到的任何缺點的實施方式。


圖I是根據(jù)本公開的一個實施例的增壓發(fā)動機系統(tǒng)的方框圖。
圖2是根據(jù)本公開的用于控制增壓器的方法的簡化流程圖。圖3是由形成圖I所示發(fā)動機系統(tǒng)的一部分的電子控制單元來執(zhí)行的控制例程的示意圖。圖4是不出壓縮機出口溫度、時間和壓縮機效率之間的關系的圖表。圖5是示出根據(jù)本公開的實施例的用于控制渦輪增壓器的方法的流程圖。
具體實施例方式本公開的一個目的是提供最大化增壓發(fā)動機性能的方法。根據(jù)本公開的第一方面，提供一種用于控制被設置為供應增壓空氣至發(fā)動機的壓縮機的運行的方法，其中該方法包括基于壓縮機出口溫度與運行時間的函數(shù)改變最大許用壓縮機出口溫度，以及控制壓縮機的運行以便不超過最大許用壓縮機出口溫度。壓縮機溫度與運行時間的函數(shù)可以是表明壓縮機在預定壓縮機出口溫度時的等效總運行時間的總老化因數(shù)。改變最大許用壓縮機出口溫度可以包括降低最大許用壓縮機出口溫度。許用最大壓縮機出口溫度可以根據(jù)總老化因數(shù)和許用最大壓縮機出口溫度之間的預定關系被降低。該預定關系可以是保持最大壓縮機出口溫度處于第一較高溫度直到總老化因數(shù)超過預定值，且然后降低許用最大壓縮機出口溫度至壓縮機不會發(fā)生進一步焦化的較低溫度。從較高溫度向較低溫度的轉變可以是許用最大壓縮機出口溫度的逐漸變化或臺階式的變化。該方法可進一步包括針對連續(xù)預定時間段基于預定時間段的壓縮機的瞬時出口溫度來重復確定離散的老化因數(shù)。壓縮機總老化因數(shù)可以是壓縮機的所有離散老化因數(shù)的總和。每個離散老化因數(shù)可以代表壓縮機在預定壓縮機出口溫度時的等效運行時間。每個離散老化因數(shù)都可以基于壓縮機出口溫度與等效運行時間之間的預定關系。根據(jù)本公開的第二方面，提供了一種增壓發(fā)動機系統(tǒng)，其包括內燃發(fā)動機、具有供應增壓空氣至發(fā)動機的壓縮機的增壓器和至少控制增壓器的運行的電子控制單元，其中電子控制單元基于壓縮機出口溫度與運行時間的函數(shù)改變最大許用壓縮機出口溫度，并且控制壓縮機的運行以便不超過最大許用壓縮機出口溫度。壓縮機出口溫度與時間的函數(shù)可以是表明壓縮機在預定壓縮機出口溫度時的等效總運行時間的總老化因數(shù)。電子控制單元可以進一步運行從而針對連續(xù)預定時間段基于預定時間段的壓縮機的瞬時出口溫度來重復確定離散的老化因數(shù)。壓縮機總老化因數(shù)可以是壓縮機的所有離散老化因數(shù)的總和。每個離散老化因數(shù)可以基于壓縮機出口溫度和等效運行時間之間的預定關系代表壓縮機在預定壓縮機出口溫度時的等效運行時間。該預定關系可以是保持最大壓縮機出口溫度在第一較高溫度直到總老化因數(shù)超過預定值，且然后降低許用最大壓縮機出口溫度至壓縮機不會發(fā)生進一步焦化的較低溫度。
從較高溫度向較低溫度的轉變可以是許用最大壓縮機出口溫度的逐漸變化或臺階式變化。增壓器可以是渦輪增壓器并且壓縮機可以是渦輪增壓器的渦輪驅動壓縮機。電子控制單元可以通過限制由壓縮機產生的增壓壓力來控制壓縮機的出口溫度。參考圖1，其示出增壓內燃發(fā)動機系統(tǒng)5，其具有在此情況下是柴油發(fā)動機10的內燃發(fā)動機(但也可以是另一形式的內燃發(fā)動機)、呈渦輪增壓器20形式的增壓器以及電子控制單元50。發(fā)動機10具有進氣歧管11和排氣歧管13，進氣歧管11被設置為經由進氣系統(tǒng)12從渦輪增壓器20接收供應的增壓空氣，排氣歧管13被設置為供應排氣至渦輪增壓器20。渦輪增壓器20具有由來自發(fā)動機10的排氣驅動的渦輪23和由渦輪23驅動并被布置為經由進氣系統(tǒng)12向發(fā)動機10供送增壓空氣的壓縮機22。在經過渦輪23之后，排氣經由排氣系統(tǒng)18流出至大氣。進氣從進氣口 17進入壓縮機22。應當明白所示的發(fā)動機系統(tǒng)5是相當簡化的，而且在實際情況中中間冷卻器可能被包括以作為進氣系統(tǒng)12的一部分，并且進入進氣口的空氣有可能來自多個來源，包括通氣氣體(breather gases)、新鮮空氣和再循環(huán)排氣流(EGR)。在所示實施例中，電子控制單元50接收來自壓力傳感器15的指示進氣系統(tǒng)12中的壓力的信號和來自位于進氣口 17中的溫度傳感器16的指示進入壓縮機22的空氣溫度的信號，并且能夠運行以便通過使用進口和出口壓力、進口和出口溫度以及壓縮機效率之間的已知關系從而根據(jù)這些信號輸入來確定預測壓縮機出口溫度。但是在其他實施例中，壓縮機22的出口溫度可以通過使用位于壓縮機22出口處的溫度傳感器直接測量。電子控制單元50能夠運行以便借助于渦輪控制致動器24來控制離開壓縮機22的氣體的溫度。渦輪控制致動器24能夠是廢氣門閥控制致動器的形式，或者在可變幾何形狀渦輪增壓器的情況下是可變葉片控制致動器。在任何一種情況下，渦輪控制致動器24都控制渦輪23的轉速，這直接改變了與渦輪23連接的壓縮機22的轉速。在實踐中，電子控制單元50基于最大許用增壓壓力Pbwst _控制渦輪增壓器20，但這是基于壓縮機出口溫度的期望最大或限制值Tramp wt lim。增壓控制的使用簡化了系統(tǒng)操作，因為電子控制單元50還控制渦輪增壓器20從而滿足驅動器需求并且使該增壓受控。簡言之，出口溫度Tramp _受控以便其不超過最大許用壓縮機出口溫度限制Τ·ρwt—lim，并且基于溫度修正因數(shù)來改變該限制，其中該溫度修正因數(shù)表明壓縮機22運行時間或壽命，這是針對壓縮機22的預定運行時間將壓縮機22的效率維持于高于預定效率所需的?，F(xiàn)在參考圖3和圖4，將更詳細地描述發(fā)動機系統(tǒng)5的運行。圖4示出通過試驗得到的針對四個運行溫度(200°C、195°C、190°C和180°C )的壓縮機效率與時間之間的關系。從該圖表中能夠看出使壓縮機效率(Eff)降到最小可接受效率限制Efflimit所需的時間明顯根據(jù)從壓縮機22離開的氣體溫度而顯著變化。這是由于壓縮機焦化的影響，其隨時間降低了壓縮機22的效率并且這種焦化與從壓縮機22離開的氣體溫度相關，因為焦化實際上就是流過壓縮機22的空氣中的碳氫化合物(油)的由于溫度而產生的氧化。如果壓縮機將要運行以使得出口溫度不超過180°C，那么在該示例中將不會隨著時間變化而存在效率損失，并且壓縮機22理論上在不經受任何效率損失的情況下能夠無期限地運行。但是，由于在典型工況下Tramp wt降低10°C就會使得可獲得的增壓降低大約7%，所以如果壓縮機出口溫度被限制至這樣的較低水平，則會導致發(fā)動機性能的相當大的損失。相反，在壓縮機在200°C下持續(xù)運行的情況下，效率會非?？斓叵陆?，并且壓縮機在效率惡化至不可接受的水平之前的壽命將會非常有限。因此根據(jù)這些測試工作，可以導出溫度和時間之間的關系，以便產生等效老化速率，如下面的表I所述，但不限于表I。表I
權利要求
1.一種用于控制壓縮機的運行的方法，其中該壓縮機被設置為供應增壓空氣至發(fā)動機，該方法包括 基于壓縮機出口溫度與運行時間的函數(shù)來改變最大許用壓縮機出口溫度；以及 控制所述壓縮機的運行以便不超過所述最大許用壓縮機出口溫度。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述壓縮機出口溫度與運行時間的函數(shù)是表明所述壓縮機在預定壓縮機出口溫度處的等效總運行時間的總老化因數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中改變所述最大許用壓縮機出口溫度包括降低所述最大許用壓縮機出口溫度。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中所述最大許用壓縮機出口溫度根據(jù)所述總老化因數(shù)和所述最大許用壓縮機出口溫度之間的預定關系被降低。
5.根據(jù)權利要求2所述的方法，進一步包括針對連續(xù)預定時間段基于相應預定時間段期間所述壓縮機的瞬時出口溫度來重復確定離散老化因數(shù)。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中壓縮機總老化因數(shù)是所述壓縮機的所有所述離散老化因數(shù)的總和。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中每個離散老化因數(shù)均代表所述壓縮機在預定壓縮機出口溫度處的等效運行時間。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中每個離散老化因數(shù)均基于壓縮機出口溫度與等效運行時間之間的預定關系。
9.一種增壓發(fā)動機系統(tǒng),其包括 內燃發(fā)動機； 具有供應增壓空氣至所述發(fā)動機的壓縮機的增壓器；和 至少控制所述增壓器的運行的電子控制單元，其中所述電子控制單元基于壓縮機出口溫度與運行時間的函數(shù)來改變最大許用壓縮機出口溫度，并且控制所述壓縮機的運行以便不超過所述最大許用壓縮機出口溫度。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述壓縮機出口溫度與時間的函數(shù)是表明所述壓縮機在預定壓縮機出口溫度處的等效總運行時間的總老化因數(shù)。
11.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述電子控制單元能夠進一步運行從而針對連續(xù)預定時間段基于相應預定時間段期間所述壓縮機的瞬時出口溫度來重復確定離散老化因數(shù)。
12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中壓縮機總老化因數(shù)是所述壓縮機的所有所述離散老化因數(shù)的總和。
13.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中每個離散老化因數(shù)均基于壓縮機出口溫度和等效運行時間之間的預定關系代表所述壓縮機在預定壓縮機出口溫度處的等效運行時間。
14.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述增壓器是渦輪增壓器并且所述壓縮機是所述渦輪增壓器的渦輪驅動壓縮機。
15.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述電子控制單元通過限制由所述壓縮機產生的增壓壓力來控制所述壓縮機的出口溫度。
16.—種發(fā)動機方法,其包括 響應渦輪增壓器的壓縮機的確定的老化因數(shù)來調節(jié)渦輪增壓器廢氣門，所述確定的老化因數(shù)是所述壓縮機在高于閾值的溫度處運行的時間量的函數(shù)。
17.根據(jù)權利要求16所述的發(fā)動機方法，其中調節(jié)所述渦輪增壓器廢氣門進一步包括如果操作員扭矩請求產生的增壓壓力使得所述壓縮機的溫度增加至超過最大壓縮機溫度，則打開所述廢氣門從而降低增壓壓力。
18.根據(jù)權利要求17所述的發(fā)動機方法，其中所述最大壓縮機溫度是基于所述壓縮機的所述確定的老化因數(shù)設定的。
19.根據(jù)權利要求18所述的發(fā)動機方法，其中所述最大壓縮機溫度隨著所述確定的老化因數(shù)增加而降低。
20.根據(jù)權利要求16所述的發(fā)動機方法，進一步包括如果所述確定的老化因數(shù)低于較低限制，則調節(jié)所述渦輪增壓器廢氣門從而傳輸針對當前發(fā)動機運行參數(shù)的最大量的增壓壓力。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于控制渦輪增壓器的壓縮機的方法。在一個示例中，該方法包括基于壓縮機出口溫度與運行時間的函數(shù)改變最大許用壓縮機出口溫度，以及控制所述壓縮機的運行以便不超過最大許用壓縮機出口溫度。這樣在壓縮機的早期壽命期間能夠安全地使用較高增壓壓力，但在壓縮機壽命后期壓縮機過量焦化導致的效率損失被減少。
文檔編號F02B39/16GK102635436SQ20121003049
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權日2011年2月10日
發(fā)明者J·狄克遜 申請人:福特環(huán)球技術公司