CN103998742A - 用于漆膜积聚控制的柴油发动机设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于控制柴油发动机涡轮增压器的可变几何涡轮(VGT)中的漆膜积聚的方法。根据该方法,确定了运行参数是否处于为了开始漆膜积聚控制序列而设立的水平。在确定运行参数处于该确定的水平之后,就开始漆膜积聚控制序列。该序列包括:将VGT上游的排气温度升高至第一排气温度;以及,与将排气温度升高至第一排气温度相关联地,使VGT喷嘴的开口尺寸在较小开口尺寸和较大开口尺寸之间变化。还提供了一种柴油发动机设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于柴油发动机涡轮增压器的可变几何涡轮(VGT)中的漆膜积聚控制的柴油发动机设备和方法。
背景技术
漆膜是一种非期望的、通常较光滑的膜,该膜主要包括未燃烧的碳氢化合物。在涡轮增压柴油发动机中,这种状况通常是由于较冷的发动机汽缸中的不充分燃烧引起的。部分燃烧(semi-burnt)的燃料在涡轮增压器的喷嘴上硬化,趋向于导致喷嘴被粘住,从而常常需要更换涡轮增压器。
在传统的柴油发动机中,已知使VGT喷嘴在开启位置和闭合位置之间周期性地循环,以便于去除积聚的碳烟。还已知执行“加热模式”操作,该操作被设计成升高排气温度,以促进排气后处理系统部件(例如柴油氧化催化剂和柴油颗粒过滤器)的清洁、再生或加热。也已经发现,碳烟的沉积趋向于在低温下空转的延长运行期间发生,并且,定期加热排气温度以促进碳烟去除是有利的。然而,这些操作通常不能防止或避免漆膜积聚。
因此,希望提供一种控制漆膜积聚的方法。还希望提供一种被设置成用于促进漆膜积聚控制的柴油发动机设备。
发明内容
根据本发明的一个方面,提供了一种用于柴油发动机涡轮增压器的可变几何涡轮(VGT)中的漆膜积聚控制的方法。根据该方法,确定运行参数是否处于为了开始漆膜积聚控制序列而设立的水平。一旦确定运行参数处于该设立的水平,就开始漆膜积聚控制序列。该序列包括:将VGT上游的排气温度升高至第一排气温度;以及,与将排气温度升高至第一排气温度相关联地,使VGT喷嘴的开口尺寸在较小开口尺寸和较大开口尺寸之间变化。
根据本发明的另一方面,一种柴油发动机设备包括:柴油发动机;涡轮增压器,该涡轮增压器包括处于发动机下游的可变几何涡轮(VGT);用于确定运行参数是否处于为了开始漆膜积聚控制序列而设立的水平的装置,以便控制VGT上的漆膜积聚;以及控制器,该控制器被布置成:当所述确定装置确定运行参数处于所设立的水平时,控制器开始该漆膜积聚控制序列。该漆膜积聚控制序列包括:将VGT上游的排气温度升高至第一排气温度;以及,与将排气温度升高至第一排气温度相关联地,使VGT喷嘴的开口尺寸在较小开口尺寸和较大开口尺寸之间变化。
附图说明
通过阅读下文结合附图的详细描述,很好地理解本发明的特征和优点,其中,相同的附图标记指示相同的元件,在附图中:
图1是根据本发明一个方面的柴油发动机设备的示意图;并且
图2是示出了根据本发明另一方面的用于漆膜积聚控制的方法中的步骤的流程图。
具体实施方式
图1示意性示出根据本发明一方面的柴油发动机设备21。该设备21包括柴油发动机23和涡轮增压器25,该涡轮增压器包括位于发动机下游的可变几何涡轮(VGT)27。还设置有用于确定运行参数是否处于为了开始漆膜积聚控制序列而设立的水平的装置,以便控制VGT27上的漆膜积聚。该具体的装置取决于运行参数是什么。该运行参数可以是几个不同参数(例如发动机运行参数或基于建模的多个参数)的函数,并且可涉及几个不同的传感器、判断或确定。控制器29布置成:当所述确定装置确定运行参数处于所设立的水平时,控制器29开始所述漆膜积聚控制序列。
该漆膜积聚控制序列包括:将VGT27上游的排气温度升高至第一排气温度;以及,与将该排气温度升高至第一排气温度相关联地,使VGT喷嘴33的喷嘴开口在较小开口尺寸和较大开口尺寸(图1中以虚线示意性地示出)之间变化,例如通过使VGT的叶片在最大开启开口尺寸(100%)和最大闭合开口尺寸(0%)之间,或者在最大开启开口尺寸和最大闭合开口尺寸之间的某些位置之间移动。这里将喷嘴开口的开口尺寸的变化描述为与提高排气温度“相关联地”,旨在表明:可在所述温度升高的同时或者与所述温度升高不同时地(例如在每次或所有的温度升高之后)执行喷嘴的开口尺寸的变化,但在喷嘴开口尺寸的变化与排气温度的升高之间存在尤其与漆膜积聚控制序列相关的关系。
在“漆膜积聚控制序列”期间执行的喷嘴开口尺寸的变化和排气温度的升高也旨在与如下的、喷嘴开口的尺寸变化和排气温度的升高形成对比:即,在发动机运行期间相对于彼此随机发生的喷嘴开口的尺寸变化和排气温度的升高,或者彼此相关但与漆膜积聚控制的特定序列不相关的、喷嘴开口的尺寸变化和排气温度的升高。例如,VGT喷嘴开口的闭合可导致VGT上游的排气温度升高,但这两个步骤将不彼此关联地作为漆膜积聚控制序列的步骤执行,除非响应于确定运行参数处于为了开始漆膜积聚控制序列而设立的水平才执行这两个步骤。
虽然不希望受理论约束,但至少是当结合具有可移动叶片类型的VGT执行时,改变所述开口尺寸通常具有下列效果:即,刮擦VGT的表面和移除漆膜或碳烟沉积。取决于温度,提高VGT上游的温度能够促进排气流中的碳氢化合物的进一步燃烧,从而便于防止碳氢化合物在VGT的部件上形成漆膜沉积,或者将漆膜沉积转化为能够易于通过VGT的部件(例如叶片)的运动从VGT的部件上移除的碳烟。能够通过使用与在常规用于加热、再生或清洁柴油氧化催化剂(DOC)、柴油颗粒过滤器(DPF)或选择性催化还原装置(SCR)的“加热模式”操作期间传统上使用的类型相同的设备和技术来执行上述温度升高。已经发现,将VGT上游的温度升高至至少约175℃有助于防止漆膜沉积,并且已经发现,将该温度升高至至少约350℃有助于将漆膜沉积转化为碳烟,或者有助于去除现有的漆膜沉积。
执行所述漆膜积聚控制序列时所响应的运行参数一般包括表示漆膜积聚或漆膜积聚可能性的一个或多个参数。所述运行参数的例子有:估算出的漆膜积聚水平、实际的漆膜积聚水平、改变VGT的喷嘴开口尺寸所需的力、发动机运行时长、发动机空转运行时长、环境温度和发动机冷却剂温度、检测到故障硬件、气缸温度、进气歧管温度、喷射压力等。所述运行参数、例如改变VGT中的喷嘴开口尺寸所需的力可反映漆膜积聚的影响,并且,所述用于确定运行参数是否处于为了开始漆膜积聚控制序列而设立的水平的装置例如可以是电传感器35,例如安培计、伏特计、或者传统上用于测量在试图移动VGT的叶片时由马达37获取的动力的其它传感器。所述运行参数、例如发动机运行时长、发动机空转运行时长、环境温度和发动机冷却剂温度可以是起到了漆膜积聚中涉及的因素或诱因作用的参数,并且,所述用于确定运行参数是否处于为了开始漆膜积聚控制序列而设立的水平的装置可以是传感器,例如温度计或温度敏感开关39和计时器41。所述运行参数、例如实际的漆膜积聚水平可以基于直接的观察或测量,并且,所述用于确定运行参数是否处于为了开始漆膜积聚控制序列而设立的水平的装置可以是允许直接或间接测量或观察的装置,例如相机43。所述运行参数、例如估算出的漆膜积聚水平可基于例如如下模型,该模型根据其它参数来计算漆膜积聚,所述其它参数可以是实际的测量参数,例如趋向于导致漆膜积聚或漆膜积聚过程中涉及的那些参数,并且,所述用于确定运行参数是否处于为了开始漆膜积聚控制序列而设立的水平的装置可以是用于确定实际参数水平的任何装置,例如电传感器、温度计、温度开关、计时器,当传感器被不同量的漆膜覆盖时提供不同信号的传感器和/或相机。所述运行参数、例如故障硬件可包括那些涉及“燃料流淌”的参数,例如发生故障的燃料喷射器和发生故障的传感器。所述运行参数、例如汽缸温度可包括确定汽缸较冷,这是能够导致或反映漆膜的情形。所述运行参数、例如低的进气歧管温度和低的喷射压力也是能够导致或反映漆膜的参数。
控制器29可布置成,通过一种或多种技术将排气温度提高到第一温度。例如,控制器29可通过以下方式来提高排气温度:减小VGT喷嘴的开口尺寸;延迟燃料喷射定时,例如通过控制燃料喷射喷嘴45的运行;减小燃料喷射压力,例如控制燃料喷射泵47的运行;提高发动机23的转速;以及经由第七喷射器49定量分配。
该漆膜积聚控制序列可起到下列作用,即:目标在于减少或消除已经发生的漆膜积聚,或者目标在于防止漆膜积聚,或者减少或消除漆膜积聚以及防止漆膜积聚两者。可执行以防止漆膜积聚的漆膜积聚控制序列可包括:将VGT27上游的排气温度升高至不同的第一排气温度;以及,与将排气温度升高至第一排气温度相关地,以不同程度地、以不同速度地或者以与可能执行以减少或消除漆膜积聚的漆膜积聚控制序列不同的循环数目,使VGT喷嘴的喷嘴开口在较小开口尺寸和较大开口尺寸之间变化。因此,在一些情况下,可能与旨在防止漆膜积聚的漆膜积聚控制序列的操作无关地发生漆膜积聚,在该情况下,可能必需开始旨在减少或消除所积聚的漆膜的漆膜积聚控制序列。
作为示例,诸如电传感器35的所述确定装置可持续监测改变VGT27中的喷嘴33的开口尺寸所需的力。控制器29可布置成执行下列项中的至少一项:通过足够数目的温度循环,将排气温度从较低的第二排气温度升高至第一排气温度,该动作可包括在每个循环期间都将排气温度在第一排气温度下保持一段预定时间;以及,使VGT27的喷嘴33的开口尺寸在较小开口尺寸和较大开口尺寸之间改变足够多的次数,使得改变VGT中的喷嘴开口尺寸所需的力保持低于预定值,在可能由漆膜积聚导致的、改变VGT27中的喷嘴开口尺寸所需的力超过预定值的情况下,漆膜积聚控制序列能够在积聚减少或消除模式下起作用。在该积聚减少或消除模式中,控制器29可布置成执行下列项中的至少一项:通过足够数目的温度循环,使排气温度在第一排气温度和较低的第二排气温度之间循环,该第一排气温度可以是比试图防止漆膜积聚而将排气升高到的第一排气温度高的第一排气温度;以及使VGT的喷嘴开口在较小开口尺寸和较大开口尺寸之间改变足够多的次数,使得改变VGT中的喷嘴开口尺寸所需的力改变为低于预定值的值。
图2是例示一种控制柴油发动机涡轮增压器25的VGT27中的漆膜积聚的方法的基本步骤的流程图。第一步骤100可以包括:确定运行参数是否处于为了开始漆膜积聚控制序列而设立的水平。如果运行参数不处于所设立的水平(即“否”),则连续地或定期监测运行参数,以确定其是否已发生变化或处于所设立的水平(即“是”)。第二步骤200可以包括:一旦确定运行参数处于所设立的水平,作为响应,开始所述漆膜积聚控制序列。该序列能够包括:将VGT27上游的排气温度升高至第一排气温度;以及,与将排气温度升高至第一排气温度相关联地,使VGT喷嘴33的喷嘴开口在较小开口尺寸和较大开口尺寸之间变化。
执行所述漆膜积聚控制序列时所响应的运行参数通常包括表示漆膜积聚或漆膜积聚可能性的一个或多个参数,例如下列项中的一个或多个:估算出的漆膜积聚水平、实际的漆膜积聚水平、改变VGT中的喷嘴开口尺寸所需的力、发动机运行时长、发动机空转运行时长、环境温度和发动机冷却剂温度。
该方法通常包括:使排气温度在第一排气温度和较低的第二排气温度之间循环经过多个温度循环。通常,第一排气温度将是下列温度:为了防止漆膜沉积而选择的温度,目前相信是至少约175℃的温度;或者为了去除漆膜沉积(例如通过将漆膜沉积转化为碳烟薄层来移除漆膜沉积)而选择的温度,目前相信是至少约350℃的温度。通常,所述较低的第二排气温度将是下列排气温度:即,通过在特殊环境条件下所讨论的特殊发动机运行模式(例如重的发动机负荷或空转下的发动机运行,和/或在高或低的环境温度和压力下)产生该排气温度。能够通过传统上用于执行“加热模式”操作的设备来提高排气温度,该“加热模式”操作用于加热、再生或清洁发动机排气后处理系统部件,或者通过其它已知的提高排气温度的技术来提高排气温度。
在任何相继的循环之间,温度被维持在第一温度下的时间长度和处于较低的第二温度下的时间长度将取决于以下因素,该因素包括在特定环境条件下、以特定运行模式运行的给定发动机中有效进行漆膜积聚控制所需的时间长度。通常地,也将考虑到任何加热循环对其它排气设备或发动机运行的影响来选择下列时间长度:即,温度被维持在第一温度或第二温度下的时间长度。
在排气温度经过多个温度循环、在温度循环之间或在温度升高时段循环之后,可使VGT27的喷嘴33的开口尺寸在较大开口尺寸和较小开口尺寸之间变化。喷嘴33的开口尺寸能够通过多个喷嘴开启和闭合循环在较大开口尺寸和较小开口尺寸之间循环。VGT27的喷嘴33的开口尺寸能够在0%和100%开启尺寸(根据需要,也可以反过来)之间变化,但该开口尺寸可变为小于完全闭合或完全开启的其它一些开口尺寸。
已经发现漆膜积聚控制序列在防止漆膜积聚方面特别有效,该漆膜积聚控制序列涉及当发动机冷却剂温度在预定的发动机冷却剂温度以上时使喷嘴33的开口尺寸保持为预定的开口尺寸。例如,在特定类型的发动机中,当冷却剂温度高于60℃时,VGT可以保持开启,直至冷却剂温度达到更高的温度(如80℃)以促进发动机的预热。然而,特别地,在冷的环境温度下,在VGT开启的情况下,冷却剂温度可能并不或仅缓慢到达更高的温度并且排气温度可能较低,这趋向于导致漆膜沉积的形成。发明人已经发现,当冷却剂温度高于60℃但低于80℃时,使这种车辆中的喷嘴开口尺寸保持为最大开口尺寸的3.6%的开口尺寸对于促进防止漆膜沉积是有用的。对于防止漆膜积聚最有用的开口尺寸和冷却剂温度预期对于不同的发动机类型、运行模式和周围环境运行条件是不同的。
已经发现另一个漆膜积聚控制序列在防止漆膜积聚方面特别有效,该另一个漆膜积聚控制序列涉及包括如下的运行参数,即,等于或低于预定环境温度的环境温度,以及等于或超过预定时间长度的运行时长。例如,已经观察到某些发动机类型在-15℃的环境温度下运行延长的时间会导致漆膜积聚。发明人已经发现,在这些低温下运行持续某一时长(诸如,四个小时)之后开始漆膜积聚控制序列对于防止漆膜积聚是有用的。所述漆膜积聚控制序列能够包括:使排气温度在第一排气温度和较低的第二排气温度之间循环经过多个温度循环。
已经发现另一个漆膜积聚控制序列在防止漆膜积聚方面特别有效,该另一个漆膜积聚控制序列涉及包括发动机在延长的空转下运行持续预定时长的运行参数。例如,发明人已经发现,对于某些发动机类型,在确定发动机已经在延长的空转下运行半小时之后开始漆膜积聚控制序列在防止漆膜积聚方面是有用的。与之相比,在这种相同类型的发动机中,作为碳烟积聚控制方案,在一个小时的延长空转之后,算法自动地开始VGT循环(不升高温度)。
用于控制VGT中的漆膜的漆膜积聚控制序列的最终目的是确保VGT的适当运行、特别是VGT叶片开启和关闭喷嘴的能力不受漆膜积聚的影响。在给定的情形下,漆膜积聚控制序列将通常涉及下列项中的一项或多项:使排气温度在第一排气温度和较低的第二排气温度之间循环经过足够数目的温度循环;以及,使VGT的喷嘴开口在较小开口尺寸和较大开口尺寸之间改变足够多的次数,使得改变VGT中的喷嘴开口尺寸所需的力低于预定值。这可包括:诸如通过电传感器35测量所需的力;以及作为漆膜积聚阻止模式的一部分,当所需的力上升至高于正常水平时开始漆膜积聚控制序列,并且重复所述加热和/或开口尺寸改变循环,直至所需的力返回到正常水平,或者作为漆膜积聚减小或消除模式的一部分,当所需的力上升至高于可接受水平时,开始漆膜积聚控制序列,并且重复所述加热和/或开口尺寸改变循环,直至所需的力恢复到可接受水平。
在本申请中,对术语诸如“包括”的使用是开放性的且意图是具有与术语诸如“包括”相同的意义,并且不排除其它结构、材料或动作的存在。类似地,虽然对术语诸如“能够”或”可以”的使用的意图是开放性的并且意图是反映该结构、材料或动作不是必要的,但是不使用此类术语的意图并不反映该结构、材料、或作用是必要的。在结构、材料、或动作目前被视为必要的程度上,它们本身被识别。
虽然已经根据优选实施例示出并描述了本发明,但是,应该认识到,在不脱离如在权利要求书中阐明的本发明的情况下,可以在本发明中作出变体和变化。
Claims (20)
1.一种用于控制柴油发动机涡轮增压器的可变几何涡轮(VGT)中的漆膜积聚的方法,包括:
确定运行参数是否处于为了开始漆膜积聚控制序列而设立的水平;以及
当确定所述运行参数处于所设立的水平时,开始所述漆膜积聚控制序列,所述序列包括:
将所述VGT上游的排气温度升高至第一排气温度,和
与将所述排气温度升高至所述第一排气温度相关联地,使VGT喷嘴的开口尺寸在较小开口尺寸和较大开口尺寸之间变化。
2.如权利要求1所述的用于控制漆膜积聚的方法,其中,所述运行参数包括以下项中的一个或多个:估算出的漆膜积聚水平、实际的漆膜积聚水平、改变所述VGT中的喷嘴开口尺寸所需的力、发动机运行时长、发动机空转运行时长、环境温度、发动机冷却剂温度、检测到故障硬件、气缸温度、进气歧管温度、喷射压力。
3.如权利要求1-2中的任一项所述的用于控制漆膜积聚的方法,包括:使所述排气温度在所述第一排气温度和较低的第二排气温度之间循环经过多个温度循环。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的用于控制漆膜积聚的方法,包括:在所述排气温度循环经过多个温度循环之后,使所述VGT喷嘴的开口尺寸在所述较小开口尺寸和较大开口尺寸之间变化。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的用于控制漆膜积聚的方法,包括:通过使所述喷嘴在所述较小开口尺寸和较大开口尺寸之间循环经过多个喷嘴开启和闭合循环之后,使所述VGT喷嘴的开口尺寸在所述较小开口尺寸和较大开口尺寸之间变化。
6.如权利要求1-5中的任一项所述的用于控制漆膜积聚的方法,其中,所述第一排气温度是足以使积聚在所述VGT上的、所积聚的漆膜转化为碳烟薄层的温度。
7.如权利要求1-6中的任一项所述的用于控制漆膜积聚的方法,其中,所述第一排气温度约为175℃或更高。
8.如权利要求1-7中的任一项所述的用于控制漆膜积聚的方法,其中,所述第一排气温度约为350℃或更高。
9.如权利要求1-8中的任一项所述的用于控制漆膜积聚的方法,包括:使所述排气温度在所述第一排气温度下维持预定的时长。
10.如权利要求1-9中的任一项所述的用于控制漆膜积聚的方法,包括:使所述VGT喷嘴的开口尺寸在0%和100%开口尺寸之间变化。
11.如权利要求1-10中的任一项所述的用于控制漆膜积聚的方法,包括:当发动机冷却剂温度高于预定的发动机冷却剂温度时,使所述VGT喷嘴的开口尺寸保持在预定的开口尺寸。
12.如权利要求1-11中的任一项所述的用于控制漆膜积聚的方法,其中,所述运行参数包括等于或低于预定环境温度的环境温度以及等于或超过预定时间长度的运行时长,并且其中,所述漆膜积聚控制序列包括:使所述排气温度在所述第一排气温度和较低的第二排气温度之间循环经过多个温度循环。
13.如权利要求1-12中的任一项所述的用于控制漆膜积聚的方法,所述运行参数包括发动机在延长的空转状态下运行,并且其中,当确定发动机已经在延长的空转状态下运行预定时间时,开始所述漆膜积聚控制序列。
14.如权利要求1-13中的任一项所述的用于控制漆膜积聚的方法,包括通过以下项中的一个或多个将排气温度升高至所述第一排气温度:减小VGT喷嘴开口尺寸、延迟喷射定时、减小燃料喷射压力、提高发动机转速、以及经由第七喷射器定量分配。
15.如权利要求1-14中的任一项所述的用于控制漆膜积聚的方法,包括以下项中的一个或多个:使所述排气温度在所述第一排气温度和较低的第二排气温度之间循环经过足够数目的温度循环;以及,使VGT喷嘴的开口尺寸在所述较小开口尺寸和较大开口尺寸之间改变足够多的次数,使得改变所述VGT中的开口尺寸所需的力低于预定值。
16.一种柴油发动机设备,包括:
柴油发动机;
涡轮增压器,所述涡轮增压器包括位于所述发动机下游的可变几何涡轮(VGT);
用于确定运行参数是否处于为了开始漆膜积聚控制序列而设立的水平的装置,用于控制所述VGT上的漆膜积聚;以及
控制器,所述控制器被布置成:当所述确定装置确定所述运行参数处于所设立的水平时,所述控制器开始所述漆膜积聚控制序列,所述漆膜积聚控制序列包括:
将所述VGT上游的排气温度升高至第一排气温度,和
与将所述排气温度升高至所述第一排气温度相关联地,使VGT喷嘴的开口尺寸在较小开口尺寸和较大开口尺寸之间变化。
17.如权利要求16所述的柴油发动机设备,其中,所述运行参数包括以下项中的一个或多个:估算出的漆膜积聚水平、实际的漆膜积聚水平、改变所述VGT喷嘴的开口尺寸所需的力、发动机运行时长、发动机空转运行时长、环境温度、和发动机冷却剂温度。
18.如权利要求16-17中的任一项所述的柴油发动机设备,其中,所述控制器被布置成通过以下项中的一个或多个将排气温度升高至所述第一排气温度:减小VGT喷嘴开口尺寸、延迟喷射定时、减小燃料喷射压力、提高发动机转速、以及经由第七喷射器定量分配。
19.如权利要求16-18中的任一项所述的柴油发动机设备,其中,所述确定装置确定改变所述VGT喷嘴的开口尺寸所需的力是否超过预定值,并且所述控制器被布置成执行以下项中的至少一个:使所述排气温度在所述第一排气温度和较低的第二排气温度之间循环经过足够数目的温度循环;以及,使所述VGT喷嘴的开口尺寸在所述较小开口尺寸和较大开口尺寸之间改变足够多的次数,使得改变所述VGT喷嘴的开口尺寸所需的力改变为低于所述预定值的值。
20.如权利要求16-19中的任一项所述的柴油发动机设备,其中,所述控制器被布置成执行以下项中的至少一项:使所述排气温度从较低的第二排气温度经过足够数目的温度循环而升高到所述第一排气温度;以及,使所述VGT喷嘴的开口尺寸在所述较小开口尺寸和较大开口尺寸之间改变足够多的次数,使得改变所述VGT喷嘴的开口尺寸所需的力保持低于预定值。
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