CN1438410A - 排气制动器控制系统 - Google Patents

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Abstract

一个排气制动器的控制系统，当发动机节流阀门关闭时，该排气制动器运行以阻止来自涡轮增压燃烧发动机的废气流。该控制系统包括仅当车辆节流阀门关闭时延迟排气制动器应用的装置，以使涡轮增压器的转速下跌，从而减少密封组件的磨损。

Description

排气制动器控制系统
技术领域
本发明涉及一种控制车辆排气制动器运转的系统。特别涉及一种对用在涡轮增压发动机上的排气制动器的控制。
背景技术
排气制动器系统被广泛地安装在用在大功率车辆，如卡车，上的压燃式发动机(柴油发动机)上。已知有许多种排气制动器系统，通常都包括一个发动机排气管线中的阀，该阀当被启动时至少可以充分地阻塞发动机排气。这样产生的背压减慢了发动机的旋转并提供了制动力，该制动力通过传动系统被传递到车轮。一些排气制动器系统的刹车被设置为在发动机节流阀门被关闭时(即驾驶员从风门踏板上抬脚时)自动执行。在其它的系统中排气制动器可能需要驾驶员人工启动，如踩刹车踏板。
目前大型柴油机通常的都是涡轮增压的。涡轮增压器主要包括一个排气驱动的涡轮机叶轮，该叶轮使压缩机叶轮旋转。该涡轮机叶轮和压缩机叶轮分别安装在一根旋转轴的相反两端的箱内，该轴穿过位于压缩机和叶轮箱之间的在轴承箱上的一个孔。该轴承箱容纳轴颈轴承和推力轴承、以及相关的润滑系统和密封件。
该轴通常相对于轴承箱上的在涡轮机叶轮末端的孔而被密封，该密封是通过在涡轮机叶轮后面的轴上的环形槽内安装一个轴密封圈(或活塞环)实现的。轴封阻止轴承润滑系统的油漏进涡轮机箱，这种泄露可能导致产生蓝烟和油从排气管中滴下，也能防止轴承箱的废气污染，该污染可能导致过热和降低轴承寿命。
在涡轮增压发动机带有位于涡轮的下游的发动机制动阀这种场合，这种传统的轴封布置形式可能产生一些问题。当发动机制动被启动时，排气线上产生了背压，并因此在涡轮机叶轮箱迅速升高并可达到4-5bar.当涡轮机叶轮后的压力增加时轴封可能会被推到内侧。这种运动，和轴的高旋转速度一起，会产生过多的摩擦热，该摩擦热会导致轴密封圈过热和坍陷。这样反过来导致密封圈更容易受孔中运动的影响并引起密封的迅速损坏。这个问题在密封环被磨合之前的发动机/涡轮增压器的运转过程中尤其明显。
发明内容
本发明的目的是消除和减轻上述问题。
根据本发明的第一方面，提供一种排气制动器的控制系统，该排气制动器在发动机节流阀门关闭时，阻止来自涡轮增压燃烧发动机的废气流，其中控制系统包括确定涡轮增压器转速的装置，并被操作来仅当车辆节流阀门关闭并且涡轮增压器转速低于一界限值时，才启动排气制动器。
根据本发明的第二方面，提供一种排气制动器系统的控制系统，该排气制动器系统在发动机节流阀门关闭时，阻止来自涡轮增压燃烧发动机的废气流，其中控制系统被操作来在发动机节流阀门被关闭后使排气制动器的动作延迟一段时间。
通过在排气制动器系统被启动后延迟排气制动器动作的简单方法，本发明可在涡轮箱的背压升高到足以使涡轮末端密封装置，如前面提到的密封圈，移动的水平之前，使涡轮增压器轴的速度显著下降。这大大减少了密封组件的磨损。
本发明可以被用于通过，例如释放发动机节流阀门，而自动启动排气制动器的排气制动器系统，或用于通过，如踩踏板，而需要人工启动的排气制动器系统。在后面的例子中，关闭节流阀门和启动制动器之间已经有了一些延迟，但是根据本发明的系统将被操作来确保所述的延迟足以使涡轮的速度得到充分的下降来防止上面所述的对密封圈的磨损。本发明在排气制动器启动信号或行为(如关闭节流阀门或踩制动踏板)和排气制动器实际动作(通过关闭排气制动阀)之间引入延迟。换言之，在启动排气制动器系统和关闭排气制动阀之间引入延迟。
延迟的时期可以预先设定也可以是涡轮增压器旋转速度的函数，该速度或者是在节流阀门关闭之前这一时刻的速度，或者是在排气制动器动作后所监测的速度。
例如，本发明的一个实施例提供一种排气制动器控制系统用于当发动机节流阀门关闭时阻止涡轮增压燃烧发动机的废气流，其中控制系统包括用于确定涡轮增压器转速的装置，并被操作来仅当车辆节流阀门被关闭并且涡轮增压器的转速低于一界限值时启动排气制动器的装置。
本发明还提供一种用于控制发动机排气制动器的启动的方法，该排气制动器在发动机节流阀门关闭时，阻止涡轮增压燃烧发动机的废气流，该方法还包括在关闭节流阀门和发动机排气制动器动作之间插入一段延迟。
例如，本发明所述的方法的一个实施例包括监测涡轮增压器的转速或一个可以表示涡轮增压器发动机速度的发动机的参数，和仅当节流阀门被关闭且涡轮增压器速度低于一界限值时启动排气制动器。
可以理解，当节流阀门被“关闭”时，燃料供应不必完全停止，而是降低到怠速的水平。节流阀门关闭的参考在整篇说明书中也会进行相应的解释。例如，关于车辆节流阀门关闭的行为将通常包括车辆驾驶员放开节流阀门踏板的行为。
本发明的其它目的和优点通过下面的说明将变得非常明显。
附图说明
现在将仅通过实例并参照相应的附图，对本发明的实施例进行说明，其中：
图1是涡轮叶片/轴承箱部分组件的剖视图；
图2的图表说明的是涡轮压力增加率相对于当发动机节流阀门关闭时涡轮机叶轮的速度下降的关系。
具体实施方式
图1是涡轮增压器的一部分的横截面的示意图，该图表示的是安装在涡轮增压器轴2上的涡轮机叶轮1，该轴延伸并穿过由轴颈轴承4支撑的轴承箱3。轴2的涡轮末端通过一个轴密封圈5相对于轴承箱3密封，该密封圈位于轴2上形成的环形槽6内。在这个例子中轴承箱中的孔7直径逐渐缩小以限定一个环形肩8。这种组件完全是传统的。可以理解，涡轮增压器构造的细节和本发明无关，因而没有表示。
在传统的排气制动器控制系统中排气制动器在发动机节流阀门关闭后立即起作用。这样的结果是涡轮机叶轮后涡轮箱中的压力迅速上升，并倾向于把密封圈5推向内侧。在环形槽6中的密封圈5的轴向运动，和涡轮机叶轮和轴的高速旋转一起，可产生过多的摩擦热并使密封圈迅速磨损，从而导致其很早就失效了。本发明通过在节流阀门的关闭和排气制动器的启动之间插入一段延迟时间的简便方法大大减少了这种影响。
对于图2，图中示出当节流阀门在时间＝0时关闭时，涡轮机叶轮/轴速度是如何下降的。在传统的自动排气制动器控制系统中排气制动器将立即起作用，这样如P1线表示的那样，涡轮机箱的压力将迅速上升。根据本发明(或插入一段预定时间的延迟或等待涡轮增压器的速度下降到一定的速度)，延迟排气制动器启动的效果由压力线P2表示。一个相对较短的时间延迟TD(通常为0.1到2秒数量级)足以在达到向密封圈施加相当大的轴向力所需的压力水平之前，使涡轮速度显著下降。因此当密封圈移动时就会相应减少摩擦热，从而极大减少密封环的磨损。
本发明不限于当节流阀门关闭时排气制动器是自动启动的排气制动器系统。例如在一个排气制动器需要通过，例如踩刹车踏板，来人工启动的系统中，在人工启动之后引入延迟以确保有足够的延迟来使涡轮增压器速度如所要求的那样下降。
本领域普通技术人员能够以多种方式实现本发明。例如在现代微处理器控制的发动机管理系统中，在节流阀门关闭和发动机制动器起作用之间需要的延迟时间可以预先编程存储在发动机管理系统中。延迟可以被编程为在节流阀门关闭后的一段固定的时间，或可以与节流阀门关闭之前这一时刻的发动机和/或涡轮增压器的速度有关。例如，发动机管理系统可以包含一“查阅表”，表中发动机速度或涡轮增压器速度与所需的排气制动器时间延迟相对应。
作为替换，涡轮增压器的旋转速度可以直接被适当的传感器监测，该传感器向排气制动器控制系统提供一个信号，排气制动器仅当节流阀门关闭并且所监测的涡轮增压器的速度已经下降到了一个预定的值时才起作用。相似的，排气制动器控制系统可以监测发动机的另一个参数，如排气集管压力，该压力指示涡轮增压器的速度。在本发明的实施例中排气制动器的作用直接受所确定的涡轮增压器的旋转速度控制，可能的是，在某些情况下，如果在节流阀门关闭时，涡轮增压器的速度已经低于极限值时，在车辆节流阀门关闭和排气制动器起作用之间也可以没有时间延迟。
虽然可以方便的把排气制动器控制系统和一个其它的传统的发动机管理系统结合起来，可以理解，也可以对应于节流阀门的关闭以上面建议的任何一种替代方式，提供单独的控制系统。
可以改变延迟的精确的持续时间来适合特殊的涡轮增压器装置，但一般是在对限制密封圈的磨损的期望和不显著降低排气制动器性能之间进行折衷。
排气制动器背压对轴密封圈磨损上的影响在发动机/涡轮增压器的磨合期间特别突出。因此，本发明的特定实施例可以被设计为仅在排气/涡轮增压器寿命周期的一个有限时间段内，对发动机制动器启动插入一段延迟。例如，排气制动器延迟可以被编程为仅在一个预定数量的里程内运行(如果涡轮增压器密封圈或整个涡轮增压器在发动机/车辆的寿命期限内被更换，则可以对此重新设定)。
总之，本发明的本质是其原理为在关闭节流阀门后的排气制动器运行和排气制动器系统启动(该启动可以是自动的或由人工启动)之间插入一段延迟。本领域普通技术人员能够以多种不同方式实现本发明，从而适合不同的应用。

Claims (12)

1.一个排气制动器控制系统，在发动机节流阀门关闭时，该排气制动器运行来阻止来自涡轮增压燃烧发动机的废气流，其中所述控制系统包括确定涡轮增压器旋转速度的装置，并且仅当车辆节流阀门关闭并且涡轮增压器的转速低于一个界限值时才运行来施加排气制动。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中发动机制动器在所述节流阀门关闭后，一旦涡轮增压器速度下降到所述界限值时自动起作用。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的控制系统，其中所述用于确定涡轮增压器的旋转速度的装置包括直接监测或者通过一个可表示涡轮增压器速度的发动机参数来监测涡轮增压器旋转速度的装置。
4.一个用于排气制动系统的控制系统，在发动机节流阀门关闭时，所述排气制动系统运行以阻止来自涡轮增压燃烧发动机的废气流，其中所述的控制系统被操作成在发动机节流阀门关闭后将排气制动器的应用延迟一段时间。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其中所述的一段时间是预先确定的。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的控制系统，其中所述的一段时间是在节流阀门关闭之前那一时刻的涡轮增压器旋转速度的函数，并且所述控制系统包括或者直接监测或者通过一个可表示涡轮增压器速度的发动机参数来监测涡轮增压器旋转速度的装置。
7.根据权利要求4到6任一所述的控制系统，其中包括或者直接持续监测或者通过监测可表示涡轮增压器速度的发动机的一个参数来持续监测涡轮增压器旋转速度的装置，所述的排气制动器仅当节流阀门被关闭且检测到的涡轮增压器速度已经跌落至一个预定值之下时被应用。
8.根据权利要求4到7任一所述的控制系统，其中在涡轮增压器寿命周期的一段有限时间内，该控制系统运行来插入所述延迟。
9.根据权利要求4到8任一所述的控制系统，其中发动机制动器在节流阀门关闭后经过所述的时间段后自动起作用。
10.一个内燃机，其具有一个涡轮增压器和一个排气制动器，该排气制动器运行以在发动机节流阀门关闭时，在涡轮增压器下游的一位置，阻止废气流，该内燃机包括根据任一前述权利要求所述的排气制动器控制系统。
11.一种控制发动机制动器启动的方法，该发动机制动器运行以在发动机节流阀门关闭时阻止从涡轮增压燃烧发动机排出的废气流，所述方法包括检测涡轮增压器的转速或可以表示涡轮增压发动机速度的一个发动机参数，以及仅当节流阀门被关闭且涡轮增压器速度已经跌落至一界限值之下时启动排气制动器。
12 一种控制发动机排气制动器启动的方法，该排气制动器运行以在发动机节流阀门关闭时阻止从涡轮增压燃烧发动机排出的废气流，所述方法包括在节流阀门关闭和发动机排气制动器应用之间插入一段延迟。
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