CN105649759B - 涡轮增压器保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮增压器保护系统，发动机控制器，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据当前大气压力、进气温度、增压压力中的一种或多种，以及发动机转速，确定对涡轮增压器保护的限制扭矩，控制发动机的输出扭矩低于限制扭矩。本发明的涡轮增压器保护系统，能识别涡轮增压器可能出现超速故障情况，并通过对发动机输出扭矩的调整防止涡轮增压器超速，达到保护增压器的目的。

Description

涡轮增压器保护系统

技术领域

本发明涉及涡轮增压器，特别涉及一种涡轮增压器保护系统。

背景技术

现代柴油机上也越来越多地使用了涡轮增压器，涡轮增压其实是一种利用内燃机燃烧所产生的废气驱动与涡轮同轴的压气机对发动机进气进行压缩，从而提高内燃机进气压力和进气量的技术。发动机的输出功率由气缸内燃料有效燃烧所放出的热量决定，而参与燃烧的油量受到每循环吸入气缸内实际空气量的限制，即发动机输出的功率受到每循环吸入气缸内实际空气量的限制。涡轮增压器能够使空气在进入气缸前得到压缩，空气的密度增大，则在同样气缸工作容积的条件下，可以有更多的新鲜空气进入气缸，因此可以增加循环供油量，获得更大的发动机输出功率。一般而言，增压后的发动机功率可比原机提高40％，甚至更多，发动机燃油经济性也有所提高。

涡轮增压器主要包括涡轮室和压气机，涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口连接在排气管上。压气机的进气口与空气滤清器相连，排气口连接在进气歧管上，涡轮装在涡轮室，压气机叶轮装在压气机进气压缩端，涡轮与压气机叶轮为同轴刚性连接。涡轮增压是利用发动机排出的废气来推动涡轮室内的涡轮，涡轮带动同轴连接的压气机叶轮，压气机将来自空气滤清器的空气进行压缩并送入气缸。

近年来，在涡轮增压器的使用过程中，经常发生涡轮增压器的早期损坏、喘振等问题，从而导致发动机进气量异常，影响发动机性能甚至对发动机造成机械损伤，大大增加了维修成本，也增加了客户抱怨，因此涡轮增压器的保护就显得极其重要。

根据经验，增压器故障中40％为润滑不良造成，40％为外界杂物进入增压器所造成，20％为其它原因。其中由于涡轮增压器超速导致增压器损坏的故障是非常危险的，当涡轮增压器超速运行时，进入燃烧室内的空气会过量，发动机爆燃的可能性会非常高，涡轮增压器超速的主要原因有两种：

(1)排气阀失效；

(2)发动机燃烧过程的滞燃期过长，使驱动涡轮的废气能量增加，从而使增压器超速。

目前市场上，对涡轮增压器进行机械保护的方案主要有两种：

(1)发动机起动成功后，通过发动机起动后时间限制发动机转速，使增压器的润滑能充分完成；

(2)高原环境下，通过修正发动机燃烧参数使涡轮增压器在正常范围内工作；

但对于上述涡轮增压器超速故障，目前市场上无相关的控制策略保护。

柴油机废气涡轮增压系统，包括柴油机、空气滤清器、涡轮增压器、中冷器等，并通常配置有大气压力传感器、进气温度传感器，如图1所示。工作流程及分析如下：

1)大气压力传感器设置在空气滤清器进气端的进气管路上，发动运行过程中，空气从大气中吸入进气管路，大气压力传感器测得的压力与大气压力接近，为P0；

2)进气温度传感器安装在空气滤清器到涡轮增压器之间的管路中，可测得此处的空气流量为Qm，温度为T1，压力P3。

3)空气经过空气滤清器后至涡轮增压器压气机，空气经过压气机压缩后，压力升至P4，温度升至T2；

4)压气机压缩后的空气经过中冷器的冷却，温度从T2降低至T3；

5)涡轮增压器的压气机与涡轮增压器的涡轮同轴相连，涡轮在发动机排气能量的推动下旋转，带动压气机工作，从而对进气进行压缩，其中发动机排气经过涡轮前后的压力分别为P1和P2；

为了满足涡轮增压器的轴强度要求，防止增压器超速引起的涡轮增压器故障，P1与P3的压力差不能超过临界值；当识别到可能对涡轮增压器造成损害时，应适当调整发动机的工况以保护涡轮增压器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种涡轮增压器保护系统，能识别涡轮增压器可能出现超速故障情况，并通过对发动机输出扭矩的调整防止涡轮增压器超速，达到保护增压器的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供的涡轮增压器保护系统，包括发动机控制器、大气压力传感器、进气流量传感器、增压压力传感器；

所述大气压力传感器，用于检测大气压力，即空气滤清器进气端的空气压力；

所述进气温度传感器，用于检测进气温度，即空气滤清器出气端到涡轮增压器的压气机的进气端的空气温度；

所述增压压力传感器，用于检测增压压力，即涡轮增压器输出到发动机的空气压力；

所述发动机控制器，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据当前大气压力、进气温度、增压压力中的一种或多种，以及发动机转速，确定对涡轮增压器保护的限制扭矩，控制发动机的输出扭矩低于限制扭矩。

较佳的，所述发动机控制器，如果大气压力传感器、进气温度传感器或增压压力传感器出现故障，则控制发动机进入相应传感器故障工作状态。

较佳的，所述发动机控制器，标定有大气压力及发动机转速同气压限制扭矩的对应表；

所述发动机控制器，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据实时检测的大气压力及发动机转速，确定当前气压限制扭矩，并控制发动机的输出扭矩低于当前气压限制扭矩。

较佳的，所述发动机控制器，标定有进气温度及发动机转速同温度限制扭矩的对应表；

所述发动机控制器，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据实时检测的进气温度及发动机转速,确定当前温度限制扭矩，并控制发动机的输出扭矩低于当前温度限制扭矩。

较佳的，所述发动机控制器，标定有发动机工况同进气增压能力的对应表；

所述发动机控制器，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，在一种发动机工况下，如果实时检测的增压压力、大气压力间的比值，超出了该种发动机工况下的标定进气增压能力范围，则控制发动机的输出扭矩低于增压故障限定扭矩。

较佳的，所述发动机工况，包括发动机转速、喷油量。

较佳的，所述发动机控制器，标定有大气压力及发动机转速同气压限制扭矩的对应表、进气温度及发动机转速同温度限制扭矩的对应表、发动机工况同进气增压能力的对应表；

所述发动机控制器，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据实时检测的大气压力及发动机转速，确定当前气压限制扭矩；根据实时检测的进气温度及发动机转速,确定当前温度限制扭矩；

所述发动机控制器，如果当前发动机工况下实时检测的增压压力、大气压力间的比值，超出了该种发动机工况下的标定进气增压能力范围，则控制发动机的输出扭矩低于增压故障限定扭矩、当前温度限制扭矩、当前气压限制扭矩中的最小者；

所述发动机控制器，如果当前发动机工况下实时检测的增压压力、大气压力间的比值，在该种发动机工况下的标定进气增压能力范围之内，则控制发动机的输出扭矩低于当前温度限制扭矩、当前气压限制扭矩中的最小者。

较佳的，所述进气温度传感器，用于检测进气温度、流量及压力，即空气滤清器出气端到涡轮增压器的压气机的进气端的空气温度、流量及压力；

所述增压压力传感器，用于检测增压压力及增压温度，即涡轮增压器输出到发动机的空气压力及空气温度。

本发明的涡轮增压器保护系统，系统配置中的大气压力传感器、进气温度传感器、增压压力传感器，是系统排放与控制的基础信号来源，当上述三个传感器出现故障时，测试信号不可信，此时，涡轮增压器的合理性校验功能不启动，在上述三个传感器正常的前提下，发动机控制器(ECU)根据当前大气压力、进气温度、增压压力中的一种或多种，以及发动机转速，分别确定对涡轮增压器保护的限制扭矩，控制发动机的输出扭矩低于限制扭矩。本发明的涡轮增压器保护系统，能识别涡轮增压器可能出现超速故障情况，并通过对发动机输出扭矩的调整防止涡轮增压器超速，达到保护增压器的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是常见柴油机废气涡轮增压系统示意图；

图2是本发明的涡轮增压器保护系统示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

涡轮增压器保护系统，如图2所示，包括发动机控制器(ECU)、大气压力传感器、进气流量传感器、增压压力传感器；

所述大气压力传感器，用于检测大气压力，即空气滤清器进气端的空气压力；

所述进气温度传感器，用于检测进气温度，即空气滤清器出气端到涡轮增压器的压气机的进气端的空气温度；

所述增压压力传感器，用于检测增压压力，即涡轮增压器输出到发动机的空气压力；

所述发动机控制器(ECU)，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据当前大气压力、进气温度、增压压力中的一种或多种，以及发动机转速，确定对涡轮增压器保护的限制扭矩，控制发动机的输出扭矩低于限制扭矩。

实施例一的涡轮增压器保护系统，系统配置中的大气压力传感器、进气温度传感器、增压压力传感器，是系统排放与控制的基础信号来源，当上述三个传感器出现故障时，测试信号不可信，此时，涡轮增压器的合理性校验功能不启动，在上述三个传感器正常的前提下，发动机控制器(ECU)根据当前大气压力、进气温度、增压压力中的一种或多种，以及发动机转速，分别确定对涡轮增压器保护的限制扭矩，控制发动机的输出扭矩低于限制扭矩。实施例一的涡轮增压器保护系统，能识别涡轮增压器可能出现超速故障情况，并通过对发动机输出扭矩的调整防止涡轮增压器超速，达到保护增压器的目的。

实施例二

基于实施例一的涡轮增压器保护系统，所述发动机控制器(ECU)，如果大气压力传感器、进气温度传感器或增压压力传感器出现故障，则控制发动机进入相应故障工作状态。

实施例二的涡轮增压器保护系统，系统配置中的大气压力传感器、进气温度传感器、或增压压力传感器出现故障时，测试信号不可信，发动机控制器(ECU)控制发动机进入相应传感器故障工作状态(例如使输出扭矩低于故障限制扭矩)达到保护增压器的目的。

实施例三

基于实施例一或二的涡轮增压器保护系统，所述发动机控制器(ECU)，标定有大气压力及发动机转速同气压限制扭矩的对应表；

所述发动机控制器(ECU)，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据实时检测的大气压力及发动机转速，确定当前气压限制扭矩，并控制发动机的输出扭矩低于当前气压限制扭矩。

对于高原环境，发动机燃烧的滞燃期延后，排气温度可能较高，可能导致涡轮增压器超速损坏。实施例三的涡轮增压器保护系统，考虑发动机转速和大气压力，通过限制发动机的输出扭矩，避免高原环境下出现涡轮增压器超速损坏。

实施例四

基于实施例一或二的涡轮增压器保护系统，所述发动机控制器(ECU)，标定有进气温度及发动机转速同温度限制扭矩的对应表；

所述发动机控制器(ECU)，所述发动机控制器(ECU)，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据实时检测的进气温度及发动机转速,确定当前温度限制扭矩，并控制发动机的输出扭矩低于当前温度限制扭矩。

对于高温环境，进气温度较高时，经过增压后的空气温度和压力均比正常温度环境下增压后的空气参数要高，可能导致涡轮增压器超速及过温故障。实施例四的涡轮增压器保护系统，考虑发动机转速和进气温度，通过限制发动机的输出扭矩，避免高温环境下出现涡轮增压器超速损坏及过温故障。

实施例五

基于实施例一或二的涡轮增压器保护系统，所述发动机控制器(ECU)，标定有发动机工况同进气增压能力的对应表；

所述发动机控制器(ECU)，所述发动机控制器(ECU)，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，在一种发动机工况下，如果实时检测的增压压力、大气压力间的比值(增压比)，超出了该种发动机工况下的标定进气增压能力范围，则控制发动机的输出扭矩低于增压故障限定扭矩。

较佳的，所述发动机工况，包括发动机转速、喷油量。

对于配置好的发动机系统与涡轮增压系统，一定发动机工况下，涡轮增压系统能够实现的进气增压能力能够通过标定得到最大值和最小值。实施例五的涡轮增压器保护系统，考虑增压压力与发动机工况的合理性检测，如果发动机运行过程中，增压压力与大气压力的增压比超出了标定的进气增压能力范围，认为此时增压系统可能存在一定故障。当由发动机转速、喷油量等确定了发动机工况点，如果增压压力、大气压力间的比值低于由发动机工况点确定的标定进气增压能力的最小值，涡轮增压系统可能存在漏气的故障，此时，控制降低发动机的输出扭矩；如果增压压力、大气压力间的比值高于由发动机工况点确定的标定进气增压能力的最大值，涡轮增压系统可能存在放气阀卡死的故障，可能会导致涡轮增压器超速，此时，控制降低发动机的输出扭矩。

实施例六

基于实施例一或二的涡轮增压器保护系统，所述发动机控制器(ECU)，标定有大气压力及发动机转速同气压限制扭矩的对应表、进气温度及发动机转速同温度限制扭矩的对应表、发动机工况同进气增压能力的对应表；

所述发动机控制器，所述发动机控制器(ECU)，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据实时检测的大气压力及发动机转速，确定当前气压限制扭矩；根据实时检测的进气温度及发动机转速,确定当前温度限制扭矩；

所述发动机控制器，如果当前发动机工况下实时检测的增压压力、大气压力间的比值，超出了该种发动机工况下的标定进气增压能力范围，则控制发动机的输出扭矩低于增压故障限定扭矩、当前温度限制扭矩、当前气压限制扭矩中的最小者；

所述发动机控制器，如果当前发动机工况下实时检测的增压压力、大气压力间的比值，在该种发动机工况下的标定进气增压能力范围之内，则控制发动机的输出扭矩低于当前温度限制扭矩、当前气压限制扭矩中的最小者。

所述进气温度传感器，可以用于检测进气温度、流量及压力，即空气滤清器出气端到涡轮增压器的压气机的进气端的空气温度、流量及压力；

所述增压压力传感器，可以同时用于检测增压压力及增压温度，即涡轮增压器输出到发动机的空气压力及空气温度。

实施例六的涡轮增压器保护系统，所述发动机控制器(ECU)，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据当前大气压力、进气温度、增压压力以及发动机转速，确定对涡轮增压器保护的限制扭矩，控制发动机的输出扭矩低于限制扭矩。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种涡轮增压器保护系统，包括发动机控制器、大气压力传感器、进气流量传感器、增压压力传感器，其特征在于，

所述大气压力传感器，用于检测大气压力，即空气滤清器进气端的空气压力；

所述进气温度传感器，用于检测进气温度，即空气滤清器出气端到涡轮增压器的压气机的进气端的空气温度；

所述增压压力传感器，用于检测增压压力，即涡轮增压器输出到发动机的空气压力；

所述发动机控制器，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据当前大气压力、进气温度、增压压力中的一种或多种，以及发动机转速，确定对涡轮增压器保护的限制扭矩，控制发动机的输出扭矩低于限制扭矩。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器保护系统，其特征在于，

所述发动机控制器，如果大气压力传感器、进气温度传感器或增压压力传感器出现故障，则控制发动机进入相应传感器故障工作状态。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器保护系统，其特征在于，

所述发动机控制器，标定有大气压力及发动机转速同气压限制扭矩的对应表；

所述发动机控制器，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据实时检测的大气压力及发动机转速，确定当前气压限制扭矩，并控制发动机的输出扭矩低于当前气压限制扭矩。

4.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器保护系统，其特征在于，

所述发动机控制器，标定有进气温度及发动机转速同温度限制扭矩的对应表；

所述发动机控制器，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据实时检测的进气温度及发动机转速,确定当前温度限制扭矩，并控制发动机的输出扭矩低于当前温度限制扭矩。

5.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器保护系统，其特征在于，

所述发动机控制器，标定有发动机工况同进气增压能力的对应表；

所述发动机控制器，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，在一种发动机工况下，如果实时检测的增压压力、大气压力间的比值，超出了该发动机工况下的标定进气增压能力范围，则控制发动机的输出扭矩低于增压故障限定扭矩。

6.根据权利要求5所述的涡轮增压器保护系统，其特征在于，

所述发动机工况，包括发动机转速、喷油量。

7.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器保护系统，其特征在于，

所述发动机控制器，标定有大气压力及发动机转速同气压限制扭矩的对应表、进气温度及发动机转速同温度限制扭矩的对应表、发动机工况同进气增压能力的对应表；

所述发动机控制器，在大气压力传感器、进气温度传感器及增压压力传感器正常的前提下，根据实时检测的大气压力及发动机转速，确定当前气压限制扭矩；根据实时检测的进气温度及发动机转速,确定当前温度限制扭矩；

所述发动机控制器，如果当前发动机工况下实时检测的增压压力、大气压力间的比值，超出了该发动机工况下的标定进气增压能力范围，则控制发动机的输出扭矩低于增压故障限定扭矩、当前温度限制扭矩、当前气压限制扭矩中的最小者；

所述发动机控制器，如果当前发动机工况下实时检测的增压压力、大气压力间的比值，在该发动机工况下的标定进气增压能力范围之内，则控制发动机的输出扭矩低于当前温度限制扭矩、当前气压限制扭矩中的最小者。

8.根据权利要求7所述的涡轮增压器保护系统，其特征在于，

所述进气温度传感器，用于检测进气温度、流量及压力，即空气滤清器出气端到涡轮增压器的压气机的进气端的空气温度、流量及压力；

所述增压压力传感器，用于检测增压压力及增压温度，即涡轮增压器输出到发动机的空气压力及空气温度。