帶有渦輪增壓器的汽車的製作方法

2023-06-02 16:26:51

專利名稱：帶有渦輪增壓器的汽車的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有渦輪增壓器的汽車，該渦輪增壓器帶有可變的幾何形狀，所述汽車帶有用於控制這種渦輪增壓器的裝置。
背景技術：
幾何形狀可變的渦輪增壓器，通常帶有可調的導向葉片，使得能夠改變廢氣流量和渦輪轉速之間的關係，並且以這種方式即便在較低的發動機轉速時也能提供良好的壓縮功率。為了實現所需的壓縮功率，可能需要這樣調節導向葉片，使得渦輪以接近所允許的最大轉速運轉，儘管廢氣流量還沒有達到其最大值。廢氣流量的突然增加，尤其是結合汽車的變速器降擋時的內燃機轉速突然增加，會導致渦輪超過最大允許的轉速並因此導致渦輪增壓器的損壞。尤其帶有自動變速器或者自動化的變速器的汽車允許非常迅速的降擋過程， 這可能會導致超過極限值。該問題在汽車在較稀薄的空氣中使用時，也就是在較高的山區中行駛時尤其尖銳，因為這些地方的低氣壓減小了由渦輪增壓器的壓氣機每轉吸入的空氣品質並且相應也減小了每轉由壓氣機壓縮壓到吸入的空氣上的功，所以渦輪增壓器比在窪地中的高氣壓下行駛時更難減速。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種帶有渦輪增壓器的汽車，其中，超過渦輪增壓器最大允許的轉速的危險得以消除或者至少得以減小。該技術問題由此解決，S卩，在帶有內燃機和變速器以及具有可變的幾何形狀的、 預壓縮用於內燃機的燃燒空氣的渦輪增壓器和用於改變渦輪增壓器幾何形狀的渦輪增壓器-控制單元的汽車中這樣設置渦輪增壓器-控制單元，使得在變速器降擋之前將渦輪增壓器的幾何形狀朝減小渦輪增壓器的轉速的方向改變。為了非不必要地限制渦輪增壓器的功率，所述渦輪增壓器-控制單元優選設計為，只有在降擋時當渦輪增壓器超過轉速臨界值時，才監測渦輪增壓器的轉速並且然後朝減小轉速的方向改變幾何形狀。該轉速臨界值通常小於渦輪增壓器的最大允許的轉速。因為環境氣壓越低，渦輪增壓器在變速器降擋時不希望的轉速上升的危險越高， 相宜的是，作為環境氣壓的函數預先給出轉速臨界值和最大允許的轉速之間的差。為了能夠及時地在變速器降擋之前改變渦輪增壓器的幾何形狀，渦輪增壓器-控制單元可以與變速器的控制單元連接，以便接收來自該控制單元的信號，或者渦輪增壓器-控制單元可以連接在轉速傳感器或者汽車的速度計上，以便自動識別變速器降擋條件的存在。當渦輪增壓器-控制單元能夠識別降擋的條件時，該渦輪增壓器-控制單元相宜地也能夠承擔變速器的控制單元的功能。而控制單元優選設計為，在渦輪增壓器的轉速低於轉速臨界值時，使變速器在低於換擋臨界值時相宜地立即降擋，如果轉速高於轉速臨界值，則首先朝減小轉速的方向改變渦輪增壓器的幾何形狀，並且接著才使變速器降擋。換句話說，當渦輪增壓器轉速足夠低時，在存在降擋的前提條件時使變速器立即換擋，反之，如果渦輪增壓器轉速高於轉速臨界值，延遲變速器的降擋，以便事先實現渦輪增壓器的轉速降低。改變渦輪增壓器幾何形狀和變速器的降擋之間的時間延遲優選可以根據汽車所處的環境氣壓或海拔高度規定。防止超過最大允許的渦輪增壓器轉速的另一種可能性是，如果轉速高於轉速臨界值，控制單元開始監測高於原來的換擋臨界值的輔助換擋臨界值，並且在低於輔助換擋臨界值時就已經朝減小轉速的方向改變渦輪增壓器的幾何形狀。因此，當內燃機的轉速達到原來的換擋臨界值時，渦輪增壓器的轉速降低可以已經發生，因此，降擋可以沒有延遲地進行。本發明的主題還包括一種用於控制汽車中的變速器和具有可變的幾何形狀的渦輪增壓器的方法，該方法包括以下步驟-判斷變速器是否需要降擋；-如果發現需要降擋，在降擋之前朝減小渦輪增壓器的轉速的方向改變渦輪增壓器的形狀。另一發明主題是帶有程序代碼-介質的電腦程式產品，該程序代碼-介質使計算機能夠作為汽車中的渦輪增壓器-控制單元如上所述地工作，或者實施上述方法，以及一種計算機可讀的數據載體，在該數據載體上存儲有程序指令，所述程序指令使得計算機能夠作為渦輪增壓器-控制單元如上所述地工作或者實施上述方法。


本發明其它的特徵和優點由以下參照附圖對實施例的說明得出。在附圖中示出圖1是按本發明的汽車的示意圖；圖2示出了降擋的條件以及按本發明的第一種設計的降擋過程執行的圖表；圖3示出了氣壓或海拔高度與降擋時間延遲之間的關係；以及圖4是類似於圖2的圖表的子圖表，用於示出對按本發明的第二種設計的降擋條件的監測。
具體實施例方式圖1是按本發明的汽車的示意圖。具有可變的幾何形狀的已知渦輪增壓器1向內燃機2供應預壓縮的燃燒空氣。內燃機2通過變速器3驅動汽車的車輪4。基於微處理器的電子控制單元5與加速踏板6連接，以便根據加速踏板6的位置控制內燃機2的燃料計量和渦輪增壓器1的渦輪中的葉片的位置。控制單元5在附圖中也示出為與變速器3連接並且設計為，控制分別在變速器3中掛入的擋位。此外，控制單元5 在此與環境壓力傳感器7連接，該環境壓力傳感器使得控制單元能夠評估由渦輪增壓器1 吸入的燃燒用空氣的密度。作為替代方案，考慮GPS或者類似的導航系統的接收器作為評估環境氣壓的裝置，所述裝置設置為，根據接收到的信號計算汽車的海拔高度並且根據該高度計算出或者由表格讀出空氣壓力。控制單元5根據汽車速度和加速踏板6的位置確定分別在變速器3中掛入的檔位。圖2的三個圖表中的最上面的圖表在二維圖表中示出了降擋閾值8的典型曲線(例如用於從第三擋降到第二擋)，其橫坐標軸是汽車速度V，而其縱坐標軸是加速踏板的位置 θ。在加速踏板6操縱很少時，臨界速度(低於該臨界速度會導致降擋)與加速踏板位置無關。在加速踏板受到較強的操縱時，該臨界速度逐漸增加。箭頭9標示汽車的工作點移動，該汽車在高負載的情況下逐漸變慢，例如當汽車以及連接的掛車駛上斜坡時。在此，加速踏板6幾乎100%被操縱。在臨界速度vs時，箭頭9與降擋閾值8相交。當汽車的速度降到值vs時，控制單元5因此會發現，需要從第三擋降低到第二擋。汽車的這種變慢在圖 2最下面的圖表中對應於內燃機1的轉速Ω在時間段t0到tl的連續下降，其通過曲線16 示出。如圖2的第二個子圖表所示，在低於速度vs時，非按本發明的控制單元在時間點 tl立即向變速器3的促動器發出降擋命令10 (參見該圖表中的虛線矩形)。該降擋導致內燃機2的轉速Ω跳躍式地增加(通過第三子圖表中的虛線曲線17示出)，並且因此內燃機 2的空氣流量也增加，並且提高的廢氣排放又使得渦輪增壓器1加速。如果其轉速Qci由於高負載在降擋之前就已經在允許的最高轉速ω_附近，則會由於降擋超過允許的最高轉速 ω_(如通過圖2的第三個子圖表中虛線曲線11所示)。與之相反，如果渦輪增壓器1的轉速ω同時超過臨界值ω *，按本發明的控制單元5在時間點tl首先通過調整渦輪增壓器1中的渦輪葉片對低於臨界速度vs作出反應。 如在第三子圖表中通過實線曲線12所示，這種調整導致渦輪增壓器1的轉速ω的降低。渦輪增壓器1為達到新的穩定轉速所需的時間與結構類型有關並且是已知的。在該時間快過去之前，控制裝置5以相對低於臨界速度vs的時間差At在時間點t2向變速器3發出降擋命令13。在此，降擋也導致渦輪增壓器1的加速，然而這種加速與通過調整導致的渦輪葉片導致的變慢疊加，因此轉速上升比曲線11的情況下慢，並且因為轉速上升從低於的初始值Q1出發，所以渦輪增壓器1在換擋之後形成的穩定轉速較小。相宜地分別這樣規定葉片調整的程度，使得渦輪如之前一樣在降擋之後再次形成同樣的轉速《『渦輪增壓器1的臨界值ω *和允許的最高轉速ω_之間的差至少與轉速在降擋時的波動幅度一樣大，也就是和Qci與曲線11或12的極值之間的差一樣大。渦輪增壓器1在葉片調整之後改變速度ω的速度與渦輪增壓器1在壓縮用於內燃機2的燃燒用空氣時連續產生的功率有關。為簡單起見，假定渦輪增壓器1的每轉將相同的空氣體積壓縮相同的預定係數，那麼就會發現，該功率必然與燃燒用空氣的出口壓力成比例，也就是與環境氣壓成比例。如果汽車在低海拔高度區域中行駛，壓縮功率可以如此高，使得通過曲線11示出的轉速上升被壓制或者減小到這樣的程度，使得不會超過ω_。 在這種情況下，At可以等於零。環境氣壓越低，其對於渦輪增壓器1的減速效應越小，並且在渦輪葉片的調整和降擋之間所需的時間延遲At越大，以便防止超過ω_。圖3根據曲線14示出了這種實際特性，該曲線14示出了環境氣壓ρ (或者汽車的海拔高度h)與延遲時間At的關係。在圖的左邊區域中，在高壓ρ或者低高度h時，延遲時間At恆定為零，在中壓或者中等高度的範圍內，延遲時間隨著壓力的降低或高度的增加成線性地增加， 以及最後在高的高度h或低環境氣壓ρ時再次呈現出恆定值。圖4根據類似於圖2的第一子圖表的圖表示出了本發明的第二種設計方案。圖表的坐標軸又分別表示汽車速度ν和加速踏板位置θ。降擋閾值8的變化曲線與在圖2中一樣。圖中示出一個相鄰於該降擋閾值8曲線平移到較高速度的輔助換擋閾值15曲線。在結合圖2看的汽車示例情況下，汽車與連接的掛車一起駛上斜坡，其速度ν降低，箭頭9首先與輔助換擋閾值15交叉。在出現這種情況時，控制單元5首先調整渦輪增壓器1的葉片， 以便減小渦輪增壓器的速度ω。如果汽車速度ν繼續降低，並且箭頭9最後在速度vs與降擋閾值8交叉時，渦輪增壓器1的速度ω已經降低到這樣的程度，使得變速器3能夠沒有延遲地被降擋。反之，如果在跨過輔助換擋閾值15之後，汽車的速度ν再次上升，使得降擋被證明是多餘的，一旦汽車的工作點在圖4的圖表中朝速度上升的方向跨過輔助換擋閾值，可以撤銷對於渦輪增壓器葉片的調整。為了保證在跨過輔助換擋閾值15和跨過降低閾值8之間有足夠用於渦輪增壓器 1進行所需的轉速減小的時間間隔At，控制單元5要麼藉助於加速度傳感器要麼通過對車速裡程表信號求時間導數來監測汽車的加速度a。換擋閾值8，15之間的速度差Δν按照Δν = aAt,動態地重新確定，其中，At是上面參照圖3說明的與氣壓或高度有關的時間延遲。換句話說，在用於變速器3各對擋位的各降擋閾值8的位置預先確定並且不變時，輔助換擋閾值15的位置按照需要，尤其是在加速度a每次顯著改變時重新確定。附圖標記清單
1渦輪增壓器
2內燃機
3變速器
4車輪
5控制單元
6加速踏板
7環境壓力傳感器
8降擋閾值
9箭頭
10降擋命令
11曲線
12曲線
13降擋命令
14曲線
15輔助降擋閾值
16曲線
17曲線
權利要求
1.一種汽車，帶有內燃機( 和變速器(3)以及對所述內燃機O)的燃燒用空氣進行預壓縮的、具有可變幾何形狀的渦輪增壓器(1)和用於改變所述渦輪增壓器的幾何形狀的渦輪增壓器-控制單元(5)，其特徵在於，所述渦輪增壓器-控制單元( 設置為，在所述變速器(3)降擋之前朝減小所述渦輪增壓器(1)的轉速(ω)的方向改變所述渦輪增壓器 (1)的幾何形狀。
2.如權利要求1所述的汽車，其特徵在於，所述渦輪增壓器-控制單元(5)設置為，監測所述渦輪增壓器(1)的轉速(ω)，並且僅當所述轉速(ω)超過轉速臨界值(ω*)時朝減小所述轉速(ω)的方向改變所述幾何形狀。
3.如權利要求1或2所述的汽車，其特徵在於，所述渦輪增壓器-控制單元(5)同時作為所述變速器(3)的控制單元工作。
4.如權利要求1、2或3所述的汽車，其特徵在於，所述渦輪增壓器-控制單元(5)設置為，監測汽車的速度(ν)或者所述內燃機O)的轉速(Ω)是否低於換擋臨界值(8，vs)。
5.如權利要求2或4所述的汽車，其特徵在於，所述控制單元(5)設置為，在低於所述換擋臨界值⑶時，如果所述渦輪增壓器⑴的轉速(ω)高於所述轉速臨界值(ω*)，首先朝減小所述轉速(ω)的方向改變所述渦輪增壓器(1)的幾何形狀並接著將所述變速器(3) 降擋，以及，如果所述轉速(ω)低於所述轉速臨界值(ω*)，將所述變速器C3)立即降擋。
6.如權利要求1至5之一所述的汽車，其特徵在於，所述渦輪增壓器-控制單元(5)設置為，在改變渦輪增壓器幾何形狀之後分別以預定的時間延遲(At)進行所述變速器(3) 的降擋。
7.如權利要求6所述的汽車，其特徵在於，根據環境空氣壓力(ρ)或者海拔高度(h)預先規定在改變所述渦輪增壓器幾何形狀和降擋之間的時間延遲(At)。
8.如權利要求2或4所述的汽車，其特徵在於，所述渦輪增壓器-控制單元(5)設置為，如果所述轉速(ω)超過轉速臨界值(ω)，監測輔助換擋臨界值(15)，並且在低於所述輔助換擋臨界值(1 的情況下朝減小轉速的方向改變所述渦輪增壓器(1)的幾何形狀。
9.如權利要求8所述的汽車，其特徵在於，根據環境氣壓(ρ)或者海拔高度(h)預先給定所述換擋臨界值(8)和所述輔助換擋臨界值(1 之間的差。
10.一種用於控制汽車中的變速器C3)和帶有可變的幾何形狀的渦輪增壓器(1)的方法，包括以下步驟-確定是否需要對變速器(3)降擋；-如果發現需要降擋，在降擋之前朝減小所述渦輪增壓器(1)的轉速(ω)的方向改變所述渦輪增壓器(1)的幾何形狀。
11.一種帶有程序代碼-介質的電腦程式產品，該程序代碼-介質使得計算機能夠作為渦輪增壓器-控制單元(5)在按權利要求1至9之一所述的汽車中工作或者實施如權利要求10所述的方法。
12.—種計算機可讀的數據載體，其特徵在於，在該數據載體上存儲有程序指令，所述程序指令使得計算機能夠作為渦輪增壓器-控制單元( 在按權利要求1至9之一所述的汽車中工作或者實施如權利要求10所述的方法。
全文摘要
本發明涉及一種汽車，帶有內燃機(2)和變速器(3)以及對所述內燃機(2)的燃燒用空氣進行預壓縮的、具有可變幾何形狀的渦輪增壓器(1)和用於改變所述渦輪增壓器幾何形狀的渦輪增壓器-控制單元(5)，其中，所述渦輪增壓器-控制單元(5)設置為，在所述變速器(3)降擋(t2；13)之前朝減小所述渦輪增壓器(1)的轉速(ω)的方向改變所述渦輪增壓器(1)的幾何形狀。
文檔編號F02B37/24GK102261278SQ20111013833
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月26日 優先權日2010年5月26日
發明者託馬斯.斯託克, 格諾特.貝克, 馬丁.金泰爾 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司