CN103375247A - 用于内燃发动机的涡轮增压器及用于操作涡轮增压内燃发动机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于内燃发动机的涡轮增压器及用于操作涡轮增压内燃发动机的方法。用于内燃发动机的涡轮增压器包括油润滑轴承、用于机油的供给管路以及用于机油的通流限制器。

Description

用于内燃发动机的涡轮增压器及用于操作涡轮增压内燃发动机的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年4月17日提交的德国专利申请No.102012206274.2的优先权，为所有目的，其整个内容以引用形式并入本文。 

技术领域

本发明涉及用于内燃发动机的涡轮增压器，涉及具有涡轮增压器的内燃发动机，以及用于操作涡轮增压内燃发动机的方法。 

背景技术

关于机动车辆的排放物的新要求和立法体现在对内燃发动机的颗粒排放物越来越严厉的限制值。示例是美国的LEV3和最近采用的欧洲的EU6。在涡轮增压内燃发动机中，特别是配有直接喷射的汽油发动机，产生的颗粒物的相当大的一部分出现，是由于机油以不期望的方式进入燃烧室并潜在地直接进入排气。 

发明内容

在一些示例中，解决的一个潜在问题是减少由机油引起的颗粒排放物。这由一种系统至少部分地实现，该系统包括：具有涡轮增压器的内燃发动机；油润滑轴承；用于机油的供给管路；以及用于机油的通流限制器。在其它示例中，提供了一种用于涡轮增压内燃发动机的方法，其包括：在发动机工况期间，当机油被供给至涡轮增压器的油轴承时，基于发动机工况经由通流限制器控制机油的通流和/或压力，例如经由电子控制器。 

本发明的有利改进在所附权利要求书中被限定。 

例如，发现从涡轮增压器的轴承溢出的机油可以极大地有助于颗粒 排放物，特别地，达到可对应于NEDC（新欧洲循环驾驶）中6*10¹¹#/km的数量的颗粒排放物的EU6限制值的程度。 

附图说明

图1示出包括通流限制器的内燃发动机系统。 

图2示出控制通流限制器的方法的流程图。 

具体实施方式

根据本发明的第一方面，用于内燃发动机的涡轮增压器包括油润滑轴承、用于机油的供给管路、用于机油的通流限制器。代替迄今为止的从发动机油路直接向涡轮增压器的轴承供应机油，本发明提出提供通流限制器，以便避免涡轮增压器的轴承中过多的机油。由于轴承不需要与发动机的其它组件一样的高油压用于润滑的目的，在高油压下存在如下风险，即机油从轴承溢出并进入燃烧室以及排气中，由此增加了颗粒排放物，并且可能增加了另外的排放物。根据本发明降低的涡轮增压器的轴承中的油压导致机油较少在压缩机叶轮处逸入进气系统，以及在涡轮叶轮处进入排气系统。术语“机油”包含所有类型的机油以及适合于润滑内燃发动机或其组件的其它惯用润滑剂。 

通流限制器可以被布置在供给管路中。这种布置易于实现。可替代地，通流限制器可以是涡轮增压器或发动机的组成部分。 

通流限制器可以限制机油的压力或通流速率。因此，可以将机油从涡轮增压器的轴承的预期溢出设置在最小值。 

通流限制器可以具有节流阀或截面减小的简单的隔膜。机油的压力或通流因此能够以简单的方法限制。 

通流限制器可以具有两个单独可切换的通流级。因此，涡轮增压器的轴承的润滑可以适合于如发动机、涡轮增压器的运行状态的状况或如天气或海拔高度的外部条件。还可以提供多级或连续的调节或控制。例如，为改变通流，可以使用在两级可切换的（节流）阀或连续调节的阀。 

根据本发明的另一方面，内燃发动机包括如上所述的涡轮增压器。可实现与上述那些相同的优点与改变。 

内燃发动机的控制可以控制通流限制器。发动机控制或车辆的另一控制可以根据发动机和/或涡轮增压器各自运行状况和另外的参数控制或调节通流。 

根据本发明的另一方面，用于操作涡轮增压内燃发动机的方法包括以下步骤： 

-向涡轮增压器的轴承供给机油； 

-限制机油的通流和/或压力。 

可实现与上述那些相同的优点与改变。 

限制是可调整的。机油的压力或通流速率的幅值可以分级或连续地改变或设置。因此，轴承的润滑或机油从轴承溢出的风险可以被最优化。 

例如，可以根据内燃发动机的负载设置限制。发动机和/或涡轮增压器的另外的运行状况和/或温度也可以用作调节或控制的参数。因此能够以受控的方式计量涡轮增压器的轴承的润滑。润滑或更具体的是润滑剂的压力和/或通流减到最小，使得确保适当的润滑，但润滑剂从轴承的溢出减到最小。 

附图仅用作解释本发明，并不是限制本发明。附图和各个零件不必按真实比例。相同的附图标记指示相同或相似的零件。 

以下说明涉及用于控制涡轮增压内燃发动机（图1）中的通流限制器的系统和方法。通流限制器基于具体的工况（图2）调节到涡轮增压器轴承的机油的压力或通流速率。 

图1示出机动车辆的内燃发动机1。马达可以是例如具有直接喷射的汽油发动机，或者是柴油发动机。发动机1通过涡轮增压器2机械增压。 

发动机1可以至少部分地由包括发动机控制器10的控制系统控制。发动机1可以包括大体在27处指示的汽缸体的下部，其可以包括将曲轴26装入的曲轴箱28，集油器（oil well）5被设置在曲轴的下方。注油口22可以设置在曲轴箱28中，使得机油可以被供应至集油器5。注油口22可以包括机油盖23，以便当发动机运行时密封注油口22。量油尺管24也可以被设置在曲轴箱28中，并且可以包括用于测量油在集油器5中机油的液面的量油尺25。另外，曲轴箱28可以包括用于维修曲轴箱28中的部件的多个其他孔。曲轴箱28中的这些孔可以在发动机运行期间保持 关闭，使得曲轴箱通风系统（在下面描述）可以在发动机运行期间工作。 

汽缸体27的上部可以包括燃烧室（例如汽缸）14。燃烧室14可以包括燃烧室壁16，活塞12被设置在其中。活塞12可以被连接至曲轴26，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。燃烧室14可以接收来自燃料喷射器30（在此被配置为燃料直接喷射器）的燃料和来自进气歧管36的进气，进气歧管36被设置在节气门38的下游。 

节气门38可以被设置在发动机进气道中以控制进入进气歧管36的气流，并且例如，可以在压缩机32的下游，增压空气冷却器34紧随压缩机32后。进气可以经由凸轮驱动的进气门系统18进入燃烧室14。同样地，燃烧后的排气可以经由凸轮驱动的排气门系统20离开燃烧室14。进气门18和排气门20可以通过各自的凸轮驱动系统19和21而由凸轮驱动控制。凸轮驱动系统19和21均可以包括一个或更多个凸轮，并可以使用凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个，这些系统可以由控制器10操作从而改变阀运行。为了实现凸轮位置的检测，凸轮驱动系统19和21应当具有带齿的轮。在可替代的实施例中，一个或更多个进气门系统和排气门系统可以被电子地驱动。 

燃烧排气经由位于涡轮42上游的排气道40离开燃烧室14。排气传感器44可以沿涡轮42上游的排气道40设置。涡轮42可以配备有将其旁通的废气门。排气传感器44可以是用于提供排气空/燃比指示的合适的传感器，诸如线性氧传感器或UGEO（通用或宽域排气氧传感器）、双态氧传感器或EGO、HEGO（加热型EGO）、NOx、HC或CO传感器。排气传感器44可以与发动机控制器10连接。 

变速器3被连接至发动机1，其可以被直接连接至发动机1或经由轴被连接至动机1。 

下面说明发动机1的润滑剂回路或油路4。机油6集中在发动机1下面的集油器5中，并且从那里被引导至油泵7。油泵7将机油泵入曲轴箱28，在其中机油流过发动机1的汽缸盖。变速器3同样可以被连接至油路4。 

油路4或与发动机1并联的至少一个分支通向通流限制器9。通流限 制器9被布置在供给管路8中，供给管路8将机油6从发动机1或从油路4的另一位置引导至涡轮增压器2。因此，油路4经由供给管路8向涡轮增压器2供应机油6，以便润滑一个或更多个涡轮增压器油轴承2a。然后将机油6从涡轮增压器2输送至集油器5内。 

通流限制器9可以具有用于压力或通流限制的简单的节气门或隔膜。可替代地，可以使用阀或者通过校准或维修而设置的相似的驱动装置。 

然而，通流限制器9还可以具有两个或更多个单独可切换的通流级，其可以例如通过多通阀实现。因此，例如，通流限制器9可以适合于例如发动机1和/或涡轮增压器2的负载或温度的工况。在通流限制器9的控制或调节中，可以考虑发动机1、涡轮增压器2、变速器3或车辆的另外的部件的另外的参数。通流限制器9也可以被连续地设置，使得油量是恒定适合的。 

例如发动机控制的控制器10或例如软件程序的控制器10的某一部分可以实现通流限制器9的驱动。为了此目的，控制器10至少与发动机1以及通流限制器9通信，如以虚线所示出的。例如与涡轮增压器2或与温度传感器的另外的连接或另外的控制是可能的，但未示出。 

当车辆或发动机1运行时，机油6被供应至涡轮增压器2的涡轮增压器油轴承2a。由油泵7建立的机油6的通流和/或压力由通流限制器9限制，使得涡轮增压器油轴承2a继续被充分地润滑，但不存在或仅存在可忽略的过高压力，或在涡轮增压器油轴承2a处或者在涡轮增压器油轴承2a中存在不太多的机油6。因此，确保适当运行，同时使油从涡轮增压器油轴承2a的溢出减到最小，由此大量减少颗粒排放物。 

对于冷启动，为了快速激活涡轮增压器2，可以提出完全打开通流限制器9，使得至少在短时间内，机油6的全部压力或整个通流速率可用于涡轮增压器轴承2a。 

在另一操作中，就其被设计为可调整或可控制的来说，通流限制器9由控制器10激活或调节，使得涡轮增压器油轴承2a的润滑按需要进行。在这种情况下，特别考虑发动机1的运行状态，诸如如发动机1的负载。选择的参数可以是发动机1的转速。如上所述，例如，可以使用涡轮增压器的另外的或其它的参数。通流的限制可以被实施为调节或控制。 

现在转向图2，该方法示出在发动机的自然变化期间，例如图1中示出的发动机的自然变化期间，如何控制通流限制器。例如，车辆中的发动机具有较宽泛的变化油压，这取决于车辆的工况。在一些行驶条件下，高油压导致涡轮增压器的轴承中过多的机油。一个这样的示例是，高油压引起机油从轴承溢出并进入燃烧室和排气中；由此，增加了颗粒排放物。然而，通过使用通流限制器，油压变化可以被调节，并且限制油逸出到进气系统中。在一个实施例中，通流限制器可以基于工况（例如，负载、增压、发动机温度等）设置参数以调节油压。选择的限制器参数使油压减到最小，因此减少了机油从轴承溢出。 

方法200在202处开始，该方法包括估计和/或推断车辆和发动机的工况。这些工况可以包括，例如驾驶员扭矩需求、车速、电池充电状态（SOC）、发动机转速、发动机温度、催化剂温度、增压水平、MAP、MAF、环境条件（温度、压力、湿度等）。因此，基于车辆的工况，可以确定车辆的操作模式。一旦确定工况，在步骤204处，确定发动机是否需要启动。如果发动机确实需要启动，则在步骤206处，确定是否需要执行冷启动。在步骤210处，如果需要冷启动，则选择冷启动参数，并准备通流限制器用于冷启动激活。例如，由于冷启动激活，发动机温度低，因此需要快速激活涡轮增压器2。因此，在步骤210处，控制器10可以具有用于发动机冷启动的特定参数，其允许通流限制器9完全打开，以便允许机油的全部压力和/或整个通流速率可用于涡轮增压器油轴承2a。一旦通流速率被调整用于冷启动，机油通过机油供给管路8被输送至涡轮增压器油轴承2a。然而，在步骤206处，如果不需要冷启动（例如，热重启），则选择不同的参数，并准备通流限制器用于热启动激活（208）。例如，对热启动来说，涡轮增压器在涡轮增压器油轴承处不需要最大油压。因此，控制器10可以具有用于发动机重启的不同于冷启动参数的特定参数，其部分打开通流限制器9，从而仅允许足够量的通流到涡轮增压器油轴承2a。 

转向步骤204，如果确定发动机已经启动，在步骤212处确定是否需要关闭发动机。如果确定不需要关闭发动机，则在步骤214处，基于当前的工况调整通流限制器。在一个实施例中，限制器具有两级可切换的 节气门，其根据工况（例如负载、增压、发动机温度等）被调整为特定参数。在一个示例中，发动机的高负载导致涡轮增压器及其轴承系统变得非常热；因此，高负载条件需要具有较高的油量。因此，当涡轮增压器转速高于设定的阈值时，通流限制器9完全打开，以允许经由供给管路8到涡轮增压器油轴承2a的最大通流。然而，如果涡轮增压器转速未超过设定的阈值，则减小通流限制器9的打开（例如，部分地打开），以便允许到涡轮增压器油轴承2a的足够量的通流。转向步骤212，如果发动机关闭，则通流限制器基于启动条件（216）被预定位。例如，控制器10可以具有用于发动机关闭的不同于冷或热启动参数的特定参数，其最小限度地关闭和/或打开通流限制器9；由此，准备通流限制器9用于发动机启动。 

注意，本文所包括的示例控制和估计程序可以与各种系统配置一起使用。本文所公开的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或更多个，处理策略例如为事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作或功能可以以所示顺序执行、并行地被执行或者在一些情况下被省略。同样地，不必需要该处理顺序以实现本文所描述的示例实施例的特征和优点，而是为了便于图示说明和描述的目的提供该处理顺序。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、功能或操作中的一个或多个可以被重复执行。此外，所描述的操作、功能和/或动作可以图形化地表示被编入控制系统中的计算机可读存储介质并非临时性地存储在其中的存储器中的代码。 

另外，应当理解，本文所描述的系统和方法实质上是示例性的，并且这些具体实施例或示例不被认为是限制性的，因此多种变体是可预期的。因此，本公开包括本文所公开的各种系统和方法的所有新颖和非显而易见的组合，以及其任何和所有其等同物。 

Claims (16)

1.一种系统，其包括：

具有涡轮增压器的内燃发动机；

油润滑轴承；

用于机油的供给管路；以及

用于机油的通流限制器；

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述通流限制器被布置在所述供给管路中。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述通流限制器限制所述机油的压力。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述通流限制器包括节流阀。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述通流限制器包括两个单独可切换的通流级。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述发动机包括具有涡轮增压器的内燃发动机，并且其中所述通流限制器被布置在所述发动机的汽缸体的外面，在所述汽缸体与所述涡轮增压器的压缩机轴承之间。

7.根据权利要求6所述的系统，其还包括用于所述内燃发动机的具有存储器的控制单元，所述控制单元响应于发动机的工况控制所述通流限制器。

8.一种用于涡轮增压发动机的方法，其包括：在发动机工况期间，当机油被供应至涡轮增压器的油轴承时，基于所述发动机的工况通过通流限制器控制所述机油的通流和/或压力。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述通流限制器通过来自控制系统的控制信号可调整。

10.根据权利要求9所述的方法，其还包括响应于发动机负载而调整所述通流限制器。

11.根据权利要求10所述的方法，其还包括响应于发动机负载调整所述通流限制器中的节气门。

12.根据权利要求10所述的方法，其还包括响应于发动机负载调整所述通流限制器中的两级可切换的阀。

13.根据权利要求12所述的方法，其中响应于发动机负载调整的程度产生所述机油的通流和/或压力的期望范围。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述机油通过机油供给管路被输送至所述涡轮增压器油轴承。

15.一种方法，其包括：

当机油从汽缸体被供应至涡轮增压器的油轴承时：

在发动机冷启动期间，增加通流限制器的限制；

在发动机热启动期间，相对于所述发动机冷启动期间的所述限制，减小所述通流限制器的限制；以及

在高负载期间，相对于所述发动机热启动期间的所述限制，增加所述通流限制器的限制。

16.根据权利要求15所述的方法，其还包括，当机油从所述汽缸体被供应至所述油轴承时，在低发动机负载期间，相对于在所述发动机冷启动和所述高负载期间的所述限制，减小所述通流限制器的限制。

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