CN103437884A - 一种用于涡轮增压器的润滑油控制系统及方法 - Google Patents

一种用于涡轮增压器的润滑油控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于涡轮增压器的润滑油控制系统及方法,该润滑油控制系统包括控制单元、转速传感器、压力传感器和电动阀门,转速传感器、压力传感器和电动阀门分别与控制单元连接,转速传感器采集涡轮增压器的转速信号,并传输转速信号给控制单元,压力传感器采集涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号,并传输进油压力信号给控制单元,控制单元控制电动阀门的开度实现润滑油进油压力与进油流量的控制;优点是该润滑油控制系统及方法使得涡轮增压器在全运行工况内总是处于最合理的润滑油状态下,不仅能够有效地提高涡轮增压器的工作性能,使涡轮增压器的润滑油泄露风险达到最小,而且合理的润滑油提供能够大大地提高涡轮增压器的工作寿命。

Description

一种用于涡轮增压器的润滑油控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种进油控制技术,尤其是涉及一种用于涡轮增压器的润滑油控制系统及方法。
背景技术
目前,涡轮增压器在发动机上应用时,涡轮增压器中的润滑油的供给条件(压力、流量)只由发动机的运行工况(转速、负荷等因素)来决定,涡轮增压器自身只是被动接受发动机提供的润滑油状态,而发动机提供的润滑油条件不一定在所有工况下都是最适合涡轮增压器本身特性的。因此,需要研究一种用于涡轮增压器的能够实现由涡轮增压器根据本身工况来合理的自动精确控制润滑油供给条件的润滑油控制系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低,且能够根据涡轮增压器本身的工况来确定合理的润滑油进油压力和流量的润滑油控制系统及方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种用于涡轮增压器的润滑油控制系统,其特征在于包括控制单元、安装于涡轮增压器的压气机壳上的转速传感器、安装于涡轮增压器的润滑油进油管上且靠近润滑油进油口的压力传感器和安装于涡轮增压器的润滑油进油管上的电动阀门,所述的转速传感器、所述的压力传感器和所述的电动阀门分别与所述的控制单元连接,所述的转速传感器采集涡轮增压器的转速信号,并传输转速信号给所述的控制单元,所述的压力传感器采集涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号,并传输进油压力信号给所述的控制单元,所述的控制单元控制所述的电动阀门的开度实现润滑油进油压力与进油流量的控制。
所述的控制单元由A/D转换模块、单片机和D/A转换模块组成,所述的转速传感器的输出端和所述的压力传感器的输出端分别与所述的A/D转换模块的输入端连接,所述的A/D转换模块的输出端与所述的单片机的输入端连接,所述的单片机的输出端与所述的D/A转换模块的输入端连接,所述的D/A转换模块的输出端与所述的电动阀门连接。
所述的单片机采用飞思卡尔S08SG4单片机。
所述的单片机连接有电源模块,所述的电源模块用于将发动机的12V或24V电压信号转换为5V电压信号并提供给所述的单片机作为供电电压。
一种用于涡轮增压器的润滑油控制方法,其特征在于包括以下步骤:
1)控制单元中的单片机将预先给定的代表电动阀门的开度的初始数字信号传输给控制单元中的D/A转换模块;D/A转换模块将接收到的代表电动阀门的开度的初始数字信号转换为模拟控制信号,然后将模拟控制信号传输给电动阀门,电动阀门根据模拟控制信号打开;
2)转速传感器实时采集涡轮增压器的转速信号,将转速传感器当前采集到的涡轮增压器的转速信号作为当前转速信号,同时压力传感器实时采集涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号,将压力传感器当前采集到的涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号作为当前进油压力信号;
3)转速传感器将当前转速信号传输给控制单元中的A/D转换模块,同时压力传感器将当前进油压力信号传输给控制单元中的A/D转换模块;
4)A/D转换模块将接收到的当前转速信号转换为控制单元中的单片机可识别的代表转速的数字信号,同样A/D转换模块将接收到的当前进油压力信号转换为控制单元中的单片机可识别的代表进油压力的数字信号,并将代表转速的数字信号和代表进油压力的数字信号传输给控制单元中的单片机;
5)单片机根据接收到的代表转速的数字信号,确定进油目标压力值,然后单片机计算其接收到的代表进油压力的数字信号减去进油目标压力值的差值,如果差值大于0,则执行步骤6),如果差值小于0,则执行步骤7),如果差值等于0,则保持电动阀门的开度不变,然后执行步骤8);
6)单片机获取当前代表电动阀门的开度的数字信号,然后将当前代表电动阀门的开度的数字信号传输给控制单元中的D/A转换模块;D/A转换模块将接收到的代表电动阀门的开度的数字信号转换为模拟控制信号,然后将模拟控制信号传输给电动阀门,电动阀门根据模拟控制信号关闭;再执行步骤8);在此,当前代表电动阀门的开度的数字信号为上一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号降低1%后的值,如果当前代表电动阀门的开度的数字信号是第一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号,则上一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号为代表电动阀门的开度的初始数字信号;
7)单片机获取当前代表电动阀门的开度的数字信号,然后单片机判断当前代表电动阀门的开度的数字信号是否已超过电动阀门的开度的100%,如果已超过,则保持电动阀门的开度为100%不变,然后执行步骤8),如果没有超过,则单片机将当前代表电动阀门的开度的数字信号传输给控制单元中的D/A转换模块;D/A转换模块将接收到的代表电动阀门的开度的数字信号转换为模拟控制信号,然后将模拟控制信号传输给电动阀门,电动阀门根据模拟控制信号开启;再执行步骤8);在此,当前代表电动阀门的开度的数字信号为上一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号增加1%后的值,如果当前代表电动阀门的开度的数字信号是第一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号,则上一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号为代表电动阀门的开度的初始数字信号:
8)将转速传感器下一次采集到的涡轮增压器的转速信号作为当前转速信号,同时将压力传感器下一次采集到的涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号作为当前进油压力信号,然后返回步骤3)继续执行,直至关闭涡轮增压器。
所述的步骤1)中预先给定的代表电动阀门的开度的初始数字信号为电动阀门全开的开度的50%。
所述的步骤5)中当涡轮增压器的型号从HP35至HP65时,如果涡轮增压器的转速为0~40000r/min,则进油目标压力值确定为200KPa;如果涡轮增压器的转速为40001~80000r/min,则进油目标压力值确定为210KPa;如果涡轮增压器的转速为80001~120000r/min,则进油目标压力值确定为220KPa;如果涡轮增压器的转速为120001~160000r/min,则进油目标压力值确定为230KPa;如果涡轮增压器的转速大于160000r/min,则进油目标压力值确定为250KPa;当涡轮增压器的型号为HP100时,则进油目标压力值确定为300KPa。
与现有技术相比,本发明的优点在于:通过设置控制单元、转速传感器、压力传感器和电动阀门,利用转速传感器采集涡轮增压器的转速信号,并利用压力传感器采集涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号,然后由控制单元根据转速信号和进油压力信号得出涡轮增压器瞬时相应的最合理的润滑油进油状态,并控制电动阀门的相应开度来实现,该润滑油控制系统及方法使得涡轮增压器在全运行工况内总是处于最合理的润滑油状态下,不仅能够有效地提高涡轮增压器的工作性能,使涡轮增压器的润滑油泄露风险达到最小,而且合理的润滑油提供能够大大地提高涡轮增压器的工作寿命。
附图说明
图1为本发明的润滑油控制系统应用于涡轮增压器上的示意图;
图2为本发明的润滑油控制系统中的控制单元的组成示意图;
图3为本发明的润滑油控制方法的流程框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一:
本实施例提出的一种用于涡轮增压器的润滑油控制系统,如图1所示,其包括控制单元1、安装于涡轮增压器的压气机壳上的转速传感器2、安装于涡轮增压器的润滑油进油管上且靠近润滑油进油口的压力传感器3和安装于涡轮增压器的润滑油进油管上的电动阀门4,压力传感器3位于电动阀门4与涡轮增压器的润滑油进油口之间,转速传感器2、压力传感器3和电动阀门4分别与控制单元1连接,转速传感器2采集涡轮增压器的转速信号,并传输转速信号给控制单元1,压力传感器3采集涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号,并传输进油压力信号给控制单元1,控制单元1根据转速信号和进油压力信号进行分析计算,得出电动阀门4的开度并控制电动阀门4的开度实现润滑油进油压力与进油流量的控制,即可以由控制单元1指挥电动阀门4来实现进油压力与进油流量的变化。
在具体实施时,可将控制单元1安装于涡轮增压器的压气机壳的支架上。
在此具体实施例中,如图2所示,控制单元1由A/D转换模块11、单片机12、D/A转换模块13和电源模块14组成,转速传感器2的输出端和压力传感器3的输出端分别与A/D转换模块11的输入端连接,A/D转换模块11的输出端与单片机12的输入端连接,单片机12的输出端与D/A转换模块13的输入端连接,D/A转换模块13的输出端与电动阀门4连接,电源模块14连接汽车的发动机和单片机12,电源模块14用于将发动机的12V或24V电压信号转换为5V电压信号并提供给单片机12作为供电电压,使单片机12能够正常工作。
在此,单片机12采用飞思卡尔S08SG4单片机。
实施例二:
本实施例提出的一种用于涡轮增压器的润滑油控制方法是建立在实施例一提出的润滑油控制系统的基础上的,其流程如图3所示,其具体包括以下步骤:
1)控制单元中的单片机将预先给定的代表电动阀门的开度的初始数字信号传输给控制单元中的D/A转换模块;D/A转换模块将接收到的代表电动阀门的开度的初始数字信号转换为模拟控制信号,然后将模拟控制信号传输给电动阀门,电动阀门根据模拟控制信号打开。
在此,预先给定的代表电动阀门的开度的初始数字信号为电动阀门全开的开度的50%,这是因为中间开度比较接近实际最常用的工况。
2)转速传感器实时采集涡轮增压器的转速信号,将转速传感器当前采集到的涡轮增压器的转速信号作为当前转速信号,同时压力传感器实时采集涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号,将压力传感器当前采集到的涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号作为当前进油压力信号。
3)转速传感器将当前转速信号传输给控制单元中的A/D转换模块,同时压力传感器将当前进油压力信号传输给控制单元中的A/D转换模块。
4)A/D转换模块将接收到的当前转速信号转换为控制单元中的单片机可识别的代表转速的数字信号,同样A/D转换模块将接收到的当前进油压力信号转换为控制单元中的单片机可识别的代表进油压力的数字信号,并将代表转速的数字信号和代表进油压力的数字信号传输给控制单元中的单片机。
5)单片机根据接收到的代表转速的数字信号,确定进油目标压力值,然后单片机计算其接收到的代表进油压力的数字信号减去进油目标压力值的差值,如果差值大于0,则说明进油实际压力高于其合理的进油目标压力,然后执行步骤6),如果差值小于0,则说明进油实际压力低于其合理的进油目标压力,然后执行步骤7),如果差值等于0,则保持电动阀门的开度不变,然后执行步骤8)。
在此,进油目标压力值与单片机接收到的代表转速的数字信号的关系是根据涡轮增压器本身的特点而标定的,即进油目标压力值与单片机接收到的代表转速的数字信号的关系跟涡轮增压器的型号有关,由于型号从HP35至HP65这档的涡轮增压器(车用涡轮增压器),转速极限可以是180000rpm(转/分钟,r/min),因此比如HP48型号的涡轮增压器,如果涡轮增压器的转速为0~40000r/min,则进油目标压力值确定为200KPa;如果涡轮增压器的转速为40001~80000r/min,则进油目标压力值确定为210KPa;如果涡轮增压器的转速为80001~120000r/min,则进油目标压力值确定为220KPa;如果涡轮增压器的转速为120001~160000r/min,则进油目标压力值确定为230KPa;如果涡轮增压器的转速大于160000r/min,则进油目标压力值确定为250KPa;但如果是型号为HP100(船用涡轮增压器)以上的大型涡轮增压器,其转速极限可能就只有100000rpm,则它的进油目标压力值就可能是300Kpa。
6)单片机获取当前代表电动阀门的开度的数字信号,然后将当前代表电动阀门的开度的数字信号传输给控制单元中的D/A转换模块;D/A转换模块将接收到的代表电动阀门的开度的数字信号转换为模拟控制信号,然后将模拟控制信号传输给电动阀门,电动阀门根据模拟控制信号关闭;再执行步骤8);在此,当前代表电动阀门的开度的数字信号为上一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号降低1%后的值,如果当前代表电动阀门的开度的数字信号是第一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号,则上一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号为代表电动阀门的开度的初始数字信号。即电动阀门以1%开度的幅度进行关闭(当电动阀门的开度关小后,进油实际压力会变小)。
在此,不可以出现电动阀门的最终开度为0%的情况,因为电动阀门全关后,进油实际压力会为0,肯定是小于目标进油压力值的,这样会导致没有润滑油供应到涡轮增压器而损坏涡轮增压器,在应用该润滑油控制方法过程中不会出现这种情况。
7)单片机获取当前代表电动阀门的开度的数字信号,然后单片机判断当前代表电动阀门的开度的数字信号是否已超过电动阀门的开度的100%,如果已超过,则保持电动阀门的开度为100%不变,然后执行步骤8),如果没有超过,则单片机将当前代表电动阀门的开度的数字信号传输给控制单元中的D/A转换模块;D/A转换模块将接收到的代表电动阀门的开度的数字信号转换为模拟控制信号,然后将模拟控制信号传输给电动阀门,电动阀门根据模拟控制信号开启;再执行步骤8);在此,当前代表电动阀门的开度的数字信号为上一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号增加1%后的值,如果当前代表电动阀门的开度的数字信号是第一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号,则上一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号为代表电动阀门的开度的初始数字信号。即电动阀门以1%开度的幅度进行开启(当电动阀门的开度开大后,进油实际压力会变大)。
在此,当出现电动阀门的开度为100%,而进油实际压力仍小于进油目标压力值时,则表明外部发动机的供油能力不足了,此时涡轮增压器润滑油控制系统只能是保持100%的阀门开度。
8)将转速传感器下一次采集到的涡轮增压器的转速信号作为当前转速信号,同时将压力传感器下一次采集到的涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号作为当前进油压力信号,然后返回步骤3)继续执行,即根据下一次采集到的转速信号和进油压力信号实现电动阀门的开度的控制,直至关闭涡轮增压器。
在此,要求在最初上电使用时,首先复位单片机并且控制电动阀门的开度到达最大100%开度。

Claims (7)

1.一种用于涡轮增压器的润滑油控制系统,其特征在于包括控制单元、安装于涡轮增压器的压气机壳上的转速传感器、安装于涡轮增压器的润滑油进油管上且靠近润滑油进油口的压力传感器和安装于涡轮增压器的润滑油进油管上的电动阀门,所述的转速传感器、所述的压力传感器和所述的电动阀门分别与所述的控制单元连接,所述的转速传感器采集涡轮增压器的转速信号,并传输转速信号给所述的控制单元,所述的压力传感器采集涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号,并传输进油压力信号给所述的控制单元,所述的控制单元控制所述的电动阀门的开度实现润滑油进油压力与进油流量的控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于涡轮增压器的润滑油控制系统,其特征在于所述的控制单元由A/D转换模块、单片机和D/A转换模块组成,所述的转速传感器的输出端和所述的压力传感器的输出端分别与所述的A/D转换模块的输入端连接,所述的A/D转换模块的输出端与所述的单片机的输入端连接,所述的单片机的输出端与所述的D/A转换模块的输入端连接,所述的D/A转换模块的输出端与所述的电动阀门连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于涡轮增压器的润滑油控制系统,其特征在于所述的单片机采用飞思卡尔S08SG4单片机。
4.根据权利要求2或3所述的一种用于涡轮增压器的润滑油控制系统,其特征在于所述的单片机连接有电源模块,所述的电源模块用于将发动机的12V或24V电压信号转换为5V电压信号并提供给所述的单片机作为供电电压。
5.一种用于涡轮增压器的润滑油控制方法,其特征在于包括以下步骤:
1)控制单元中的单片机将预先给定的代表电动阀门的开度的初始数字信号传输给控制单元中的D/A转换模块;D/A转换模块将接收到的代表电动阀门的开度的初始数字信号转换为模拟控制信号,然后将模拟控制信号传输给电动阀门,电动阀门根据模拟控制信号打开;
2)转速传感器实时采集涡轮增压器的转速信号,将转速传感器当前采集到的涡轮增压器的转速信号作为当前转速信号,同时压力传感器实时采集涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号,将压力传感器当前采集到的涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号作为当前进油压力信号;
3)转速传感器将当前转速信号传输给控制单元中的A/D转换模块,同时压力传感器将当前进油压力信号传输给控制单元中的A/D转换模块;
4)A/D转换模块将接收到的当前转速信号转换为控制单元中的单片机可识别的代表转速的数字信号,同样A/D转换模块将接收到的当前进油压力信号转换为控制单元中的单片机可识别的代表进油压力的数字信号,并将代表转速的数字信号和代表进油压力的数字信号传输给控制单元中的单片机;
5)单片机根据接收到的代表转速的数字信号,确定进油目标压力值,然后单片机计算其接收到的代表进油压力的数字信号减去进油目标压力值的差值,如果差值大于0,则执行步骤6),如果差值小于0,则执行步骤7),如果差值等于0,则保持电动阀门的开度不变,然后执行步骤8);
6)单片机获取当前代表电动阀门的开度的数字信号,然后将当前代表电动阀门的开度的数字信号传输给控制单元中的D/A转换模块;D/A转换模块将接收到的代表电动阀门的开度的数字信号转换为模拟控制信号,然后将模拟控制信号传输给电动阀门,电动阀门根据模拟控制信号关闭;再执行步骤8);在此,当前代表电动阀门的开度的数字信号为上一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号降低1%后的值,如果当前代表电动阀门的开度的数字信号是第一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号,则上一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号为代表电动阀门的开度的初始数字信号;
7)单片机获取当前代表电动阀门的开度的数字信号,然后单片机判断当前代表电动阀门的开度的数字信号是否已超过电动阀门的开度的100%,如果已超过,则保持电动阀门的开度为100%不变,然后执行步骤8),如果没有超过,则单片机将当前代表电动阀门的开度的数字信号传输给控制单元中的D/A转换模块;D/A转换模块将接收到的代表电动阀门的开度的数字信号转换为模拟控制信号,然后将模拟控制信号传输给电动阀门,电动阀门根据模拟控制信号开启;再执行步骤8);在此,当前代表电动阀门的开度的数字信号为上一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号增加1%后的值,如果当前代表电动阀门的开度的数字信号是第一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号,则上一次获得的代表电动阀门的开度的数字信号为代表电动阀门的开度的初始数字信号;
8)将转速传感器下一次采集到的涡轮增压器的转速信号作为当前转速信号,同时将压力传感器下一次采集到的涡轮增压器的滑润油进油口处的进油压力信号作为当前进油压力信号,然后返回步骤3)继续执行,直至关闭涡轮增压器。
6.根据权利要求5所述的一种用于涡轮增压器的润滑油控制方法,其特征在于所述的步骤1)中预先给定的代表电动阀门的开度的初始数字信号为电动阀门全开的开度的50%。
7.根据权利要求5或6所述的一种用于涡轮增压器的润滑油控制方法,其特征在于所述的步骤5)中当涡轮增压器的型号从HP35至HP65时,如果涡轮增压器的转速为0~40000r/min,则进油目标压力值确定为200KPa;如果涡轮增压器的转速为40001~80000r/min,则进油目标压力值确定为210KPa;如果涡轮增压器的转速为80001~120000r/min,则进油目标压力值确定为220KPa;如果涡轮增压器的转速为120001~160000r/min,则进油目标压力值确定为230KPa;如果涡轮增压器的转速大于160000r/min,则进油目标压力值确定为250KPa;当涡轮增压器的型号为HP100时,则进油目标压力值确定为300KPa。
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