CN105332792A - 涡轮增压器装置以及降低涡轮增压器漏油风险的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种涡轮增压器装置以及降低涡轮增压器漏油风险的控制方法，该方法包括下述步骤：获取压气机叶轮的背压以及中间体回油腔的压力；比较叶轮的背压与中间体回油腔的压力，当前者不大于后者时，增加压气机转速。该涡轮增压器装置和降低涡轮增压器漏油风险的控制方法，通过获取叶轮背压、中间体回油腔压力，能够实时获得叶轮背压和中间体回油腔压力的压差，根据压差的大小，实时判断是否处于即将漏油的风险区，在漏油尚未发生前，即采取增加压气机转速提高叶轮背压的措施，以提高压差，阻止漏油的发生，相较于背景技术，显然可以有效降低漏油风险，提高行车安全。

Description

涡轮增压器装置以及降低涡轮增压器漏油风险的控制方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种涡轮增压器装置以及降低涡轮增压器漏油风险的控制方法。

背景技术

随着排放法规和人们对于动力性要求的不断提高，车用涡轮增压器(Turbocharger)得以广泛应用。

请参考图1、2，图1为一种典型的涡轮柴油机系统的示意图；图2为图1中涡轮增压器的结构示意图。

涡轮增压器主要包括压气机、中间体40和涡轮机，中间体40的两端分别连接压气机和涡轮机，具体是其内部的中间轴30连接压气机和涡轮机。如图1所示，柴油机排气管的废气可进入涡轮机，继而带动涡轮机叶片10转动，从而带动一端其连接的中间轴30转动，而该中间轴30的另一端连接至压气机，进而带动压气机的叶轮20旋转，压气机可以将环境中的新鲜空气吸入(可经图中所示的空滤过滤后进入压气机)，进入柴油机的进气管，然后经中冷器冷却后被送入柴油机气缸参与燃烧，即利用柴油机排出的废气以提供吸入新鲜空气的动力，对系统进气进行增压，达到提高发动机功率的目的。

由上述描述可知，涡轮增压器设有需要传递转动的中间轴30，为了保证其顺利转动，则需要对中间轴30进行润滑。如图2所示，中间体40设有进油口401，润滑油进入润滑各部件后进入回油腔402，回油腔402设有出油口，供润滑油流出。

润滑油必须密封于中间体40内，以对中间轴30进行润滑，如果润滑油进入压气机的进气通道内，即漏油，则会导致发动机排放恶化，经济性变差，严重可能使油进入气缸，影响发动机的正常运转，甚至损坏发动机。

为了避免漏油，目前的涡轮增压器普遍采用活塞环式密封，其作用是阻止润滑油向压气机的进气通道泄漏，相应地也阻止进气通道的气体向润滑油的回油腔402漏气。活塞环式密封主要采用压断密封原理，即气密封，正常工作时，压气机叶片10背面的压力会大于中间体40回油腔402的压力，密封性能能够得以保证。

然而，当发动机怠速或进气量不足时，压气机叶轮20的背压会减小，进而可能低于中间体40回油腔402的压力，导致上述的活塞环式气密封失效，出现漏油现象。

目前，针对漏油问题在预防或判断上并无明确的方法，只是在停车或车辆发生异常检查时，才会发现漏油，这样会加大行车危险，损坏发动机。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种涡轮增压器装置以及降低涡轮增压器漏油风险的控制方法，该装置和控制方法，可根据压气机叶片背压和中间体回油腔压力，以控制压气机转速增加、提高背压，降低漏油风险。

本方案提供一种降低涡轮增压器漏油风险的控制方法，涡轮增压器包括涡轮机、压气机以及连接二者的中间体，包括下述步骤：

获取所述压气机叶轮的背压以及所述中间体回油腔的压力；

比较所述叶轮的背压与所述中间体回油腔的压力，当前者不大于后者时；

增加所述压气机转速。

可选地，设定激活压力阈值，当所述叶轮的背压与所述中间体回油腔压力的压差小于所述激活压力阈值时，才增加所述压气机转速。

可选地，设定增加所述压气机转速的激活时间，所述压差小于所述激活压力阈值时，记录该状态的持续时间，所述持续时间达到所述激活时间时，才增加所述压气机转速。

可选地，检测所述压气机的出口压力，根据所述出口压力获得所述叶轮的背压。

可选地，所述增压器为可变截面增压器，通过减小涡轮机喷嘴叶片开度增加所述涡轮机转速，继而增加所述压气机转速；或，

通过减小所述涡轮机废气旁通量，增加所述涡轮机转速，继而增加所述压气机转速。

本发明还提供一种涡轮增压器装置，包括涡轮机、压气机以及连接二者的中间体，还包括：

压力检测元件，用于获取所述压气机叶轮的背压以及所述中间体回油腔的压力；

控制单元，用于比较所述叶轮的背压与所述中间体回油腔的压力，当前者不大于后者时，所述控制单元控制增加所述压气机转速。

可选地，所述控制单元内设定有激活压力阈值，当其判断所述叶轮的背压与所述中间体回油腔压力的压差小于所述激活压力阈值时，所述控制单元才控制增加所述压气机转速。

可选地，所述控制单元还设定增加所述压气机转速的激活时间；

还包括计时器，所述计时器计算所述压差大于所述激活压力阈值的持续时间；

所述控制单元判断所述持续时间达到所述激活时间时，所述控制单元+才控制增加所述压气机转速。

可选地，所述压力检测元件检测所述压气机的出口压力，根据所述出口压力获得所述叶轮的背压。

可选地，所述增压器为可变截面增压器，所述控制单元通过控制减小所述涡轮机喷嘴叶片开度增加所述涡轮机转速，继而增加所述压气机转速；或，

所述控制单元通过减小所述涡轮机废气旁通量，增加所述涡轮机转速，继而增加所述压气机转速。

该涡轮增压器装置和降低涡轮增压器漏油风险的控制方法，通过获取叶轮背压、中间体回油腔压力，能够实时获得叶轮背压和中间体回油腔压力的压差，根据压差的大小，实时判断是否处于即将漏油的风险区，在漏油尚未发生前，即采取增加压气机转速提高叶轮背压的措施，以提高压差，阻止漏油的发生，相较于背景技术，显然可以有效降低漏油风险，提高行车安全。

附图说明

图1为一种典型的涡轮柴油机系统的示意图；

图2为图1中涡轮增压器的结构示意图；

图3为本发明所提供降低涡轮增压器漏油风险一种具体实施例的流程图。

图2中：

10叶片、20叶轮、30中间轴、40中间体、401进油口、402回油腔

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本实施例中涡轮增压器的工作原理，可参考背景技术理解。即涡轮增压器包括涡轮机、压气机以及连接二者的中间体，实际上，由中间轴连接涡轮机和压气机，中间体容纳中间轴，并用于安装辅助中间轴旋转的轴承类结构，同时开设有进油口和出油口，其内部形成回油腔，出油口即回油腔的出口，以便润滑油进出，以润滑中间轴以及相关轴承类部件。

另外，为了便于理解和描述，下文结合涡轮增压器装置和降低涡轮增压器漏油风险的控制方法进行论述，有益效果不再重复论述。

请参考图3，图3为本发明所提供降低涡轮增压器漏油风险一种具体实施例的流程图。

为了降低该涡轮增压器的漏油风险，本方案提供一种降低涡轮增压器漏油风险的控制方法，具体包括下述步骤：

S1、获取所述压气机叶轮的背压；

如背景技术所述，中间体的封闭可靠性依赖于压气机进气通道与回油腔的压差，具体与中间体相接的进气通道位置为叶轮的背面，则需要叶轮的背压P1大于中间体回油腔压力P2，即从外向内压住密封润滑油于中间体内的密封环，才能保证气密封良好，不漏油。

为便于获取叶轮的背压，可以在压气机的出口处设置压力检测元件，直接检测压气机的出口压力，因为叶轮的背压和压气机出口处压力正相关，根据出口压力即可获得叶轮背压，而且于压气机出口处设置压力检测元件便于实际操作。涡轮增压器可以设置控制单元，控制单元可以专设，或是直接利用发动机的控制单元ECU，压力检测元件检测的压力信号可直接输送至控制单元，由其读取。

S2、比较叶轮的背压与中间体的回油腔压力，判断前者和后者的压差ΔP是否大于激活压力阈值A，是，则进入步骤S3，否，则返回步骤S1；

中间体回油腔压力，可以直接设置压力检测元件以检测中间体回油腔的压力，或者直接检测回油腔出口处的压力。此处预设一激活压力阈值，可以将激活压力阈值提前预置于涡轮增压器装置的控制单元内，并将叶轮背压与中间体回油腔压力的压差超过激活压力阈值作为对压气机进行调节的激活条件。

这样，一方面，要求叶轮背压不但大于中间体回油腔压力，而且会超过一定值，以确保气密封的可靠性；另一方面，当叶轮背压继续降低，从激活压力阈值降低到压差为零，需要一时间段，从而为压气机的调节以提高叶轮背压提供了充足的时间，以避免调节响应时间耽误叶轮背压的提升而影响漏油风险的控制。

S3、记录叶轮背压与中间体回油腔压力压差大于激活压力阈值的持续时间，判断该持续时间是否达到设定的激活时间t，是，则进入步骤S4，否，则返回步骤S1；

激活时间t同样可以提前预置于控制单元内，同时设置计时器，当控制单元判断叶轮背压和中间体回油腔压力压差大于激活压力阈值时，计时器即开始计时，当压差大于激活压力阈值的持续时间超过设定的激活时间时，即可执行步骤S4进行增压器转速的提升。

此步骤将压差大于激活压力阈值的持续时间也作为压气机调节的激活条件，因为，实际工作过程中，可能存在瞬时压差变化，此时即便压差小于激活压力阈值，也并不会对气密性造成影响，没有必要对压气机进行转速调节。

S4、增加压气机转速(也即增加压气机的进气量)。

当步骤S2、S3两个激活条件均成立时，说明存在一定的漏油隐患，则可增加压气机的转速，从而提高叶轮的背压，增加叶轮背压与中间体回油腔压力的压差，继续建立气密封的压差条件，降低漏油风险。

具体地，由于压气机由涡轮机驱动转动，可以通过增加涡轮机的转速，以提升压气机的转速。

对于可变截面增压器，由于其涡轮机设有可变截面的喷嘴叶片，即叶片的开度可以调节，从而改变废气冲击叶片的废气量和接触面积，则可通过减小涡轮机喷嘴叶片开度，以增加涡轮机的转速，继而增加压气机转速。

或者，无论增压器是否设有开度可变的喷嘴叶片，也可以通过减小涡轮机的废气旁通量(废气在经过叶片之前就通过废气旁通阀直接排出)，增加涡轮机转速，继而增加压气机转速。

或者，也可以直接设置用于调节进入涡轮机叶片的废气量，用于调节涡轮机转速，继而调节压气机转速。

该实施例中，通过获取叶轮背压、中间体回油腔压力，能够实时获得叶轮背压和中间体回油腔压力的压差，根据压差的大小，可实时判断是否处于即将漏油的风险区，在漏油尚未发生前，即采取增加压气机转速提高叶轮背压的措施，以提高压差，阻止漏油的发生，相较于背景技术，显然可以有效降低漏油风险，提高行车安全。

压气机具体转速的提升控制，可以预先设定压差需求和涡轮机的进气量的对应关系，以备控制单元调用。以开度可变的喷嘴叶片式涡轮增压器为例，可以建立ΔP<A时，ΔP和叶片开度的对应MAP，可称之为新MAP，该MAP建立的基本原则是，ΔP越小，叶片开度应当越小，以使涡轮机增速更快，使压气机能够瞬时提高叶轮背压。该新MAP的建立可以通过试验或模拟得出。另外一个原则是，本方案所述的开度调节实际上最好是瞬时调节的过程，即根据压差提升需求，压气机增速的提升可以迅速满足叶轮背压提升，从而有效降低漏油风险，并不妨碍主要的涡轮增压器进气量调节控制。

对于可变截面涡轮增压器而言，其本身即设有叶片开度和压气机进气量(转速)的MAP，可称之为原MAP，当需要进行漏油控制时，则叶片开度变化不再执行该原MAP，而是按照上述的新MAP执行叶片开度控制，当漏油风险存在的条件不成立时间，再重新启用之前的原MAP调节叶片开度，其余形式的涡轮增压器，其涡轮机和压气机的转速或进气量调节原理相同，此处不再赘述。

还需要说明的是，上述实施例中，设定了激活压力阈值，其控制目的也在于尽量保证压差超过该激活压力阈值，有益效果可参见上述论述。但在根据本方案检测漏油风险以提前控制的基本思想下，实际上只要判断叶轮背压是否大于中间体回油腔压力，不大于时对于背压进行提升调节，即可在一定程度上降低漏油风险，只是设置上述激活条件使得控制结果更佳。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.降低涡轮增压器漏油风险的控制方法，涡轮增压器包括涡轮机、压气机以及连接二者的中间体，其特征在于，包括下述步骤：

获取所述压气机叶轮的背压以及所述中间体回油腔的压力；

比较所述叶轮的背压与所述中间体回油腔的压力，当前者不大于后者时；

增加所述压气机转速。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，设定激活压力阈值，当所述叶轮的背压与所述中间体回油腔压力的压差小于所述激活压力阈值时，才增加所述压气机转速。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，设定增加所述压气机转速的激活时间，所述压差小于所述激活压力阈值时，记录该状态的持续时间，所述持续时间达到所述激活时间时，才增加所述压气机转速。

4.如权利要求1-3任一项所述的控制方法，其特征在于，检测所述压气机的出口压力，根据所述出口压力获得所述叶轮的背压。

5.如权利要求1-3任一项所述的控制方法，其特征在于，所述增压器为可变截面增压器，通过减小涡轮机喷嘴叶片开度增加所述涡轮机转速，继而增加所述压气机转速；或，

通过减小所述涡轮机废气旁通量，增加所述涡轮机转速，继而增加所述压气机转速。

6.涡轮增压器装置，包括涡轮机、压气机以及连接二者的中间体，其特征在于，还包括：

压力检测元件，用于获取所述压气机叶轮的背压以及所述中间体回油腔的压力；

控制单元，用于比较所述叶轮的背压与所述中间体回油腔的压力，当前者不大于后者时，所述控制单元控制增加所述压气机转速。

7.如权利要求6所述的涡轮增压器装置，其特征在于，所述控制单元内设定有激活压力阈值，当其判断所述叶轮的背压与所述中间体回油腔压力的压差小于所述激活压力阈值时，所述控制单元才控制增加所述压气机转速。

8.如权利要求7所述的涡轮增压器装置，其特征在于，所述控制单元还设定增加所述压气机转速的激活时间；

还包括计时器，所述计时器计算所述压差大于所述激活压力阈值的持续时间；

所述控制单元判断所述持续时间达到所述激活时间时，所述控制单元才控制增加所述压气机转速。

9.如权利要求6-8任一项所述的涡轮增压器装置，其特征在于，所述压力检测元件检测所述压气机的出口压力，根据所述出口压力获得所述叶轮的背压。

10.如权利要求6-8任一项所述的涡轮增压器装置，其特征在于，所述增压器为可变截面增压器，所述控制单元通过控制减小所述涡轮机喷嘴叶片开度增加所述涡轮机转速，继而增加所述压气机转速；或，

所述控制单元通过减小所述涡轮机废气旁通量，增加所述涡轮机转速，继而增加所述压气机转速。