可变涡轮增压器及其控制方法.pdf

一种可变涡轮增压器及其控制方法，所述可变涡轮增压器包括：涡轮外壳；第一涡管，其与涡轮流体地连通；第二涡管，其沿着第一涡管的外部形成，其中第一涡管和第二涡管布置在所述涡轮外壳中以用于通过涡轮排出废气；分隔单元，其用于选择性地分离第一涡管和第二涡管；和流量控制阀，其布置在废气流入部分并且选择性地联接到所述分隔单元以用于阻碍废气流入第二涡管中。所述可变涡轮增压器可以在低速下防止涡轮迟滞并且在高速下是非常高效的。

1、  一种可变涡轮增压器，包括：
涡轮外壳；
第一涡管，其与涡轮流体地连通；
第二涡管，其沿着第一涡管的外部形成，其中第一涡管和第二涡管布置在所述涡轮外壳中以用于通过涡轮排出废气；
分隔单元，其用于选择性地分离第一涡管和第二涡管；和
流量控制阀，其布置在废气流入部分并且选择性地联接到所述分隔单元以用于阻碍废气流入第二涡管中。

2、  根据权利要求1所述的可变涡轮增压器，其中所述分隔单元包括：
在第一涡管和第二涡管之间选择性地分离所述涡轮外壳的涡管隔板；和
用于驱动所述涡管隔板的隔板控制单元。

3、  根据权利要求2所述的可变涡轮增压器，其中所述隔板控制单元包括：
被配置成引导所述涡管隔板的导向单元；和
与所述涡管隔板连接并且被配置成沿着所述导向单元移动所述涡管隔板的控制连杆。

4、  根据权利要求3所述的可变涡轮增压器，其中所述控制连杆包括：
枢转地联接到所述涡管隔板的第一杠杆；
与第一杠杆连接的第二杠杆；和
与第二杠杆连接的第三杠杆；
其中所述涡管隔板被配置成基于第三杠杆的操作移动。

5、  根据权利要求2所述的可变涡轮增压器，其中所述隔板控制单元包括：
布置在所述涡管隔板之下的倾斜单元；和
沿着所述倾斜单元移动由此导致所述涡管隔板移动的驱动杠杆。

6、  根据权利要求2所述的可变涡轮增压器，其中所述涡管隔板包括用于提供回复力的弹性部分。

7、  根据权利要求2所述的可变涡轮增压器，其中所述隔板控制单元包括：
连接到所述涡管隔板的齿条；和
与所述齿条啮合的驱动齿轮，其中所述驱动齿轮驱动所述齿条。

8、  根据权利要求2所述的可变涡轮增压器，其中所述涡管隔板被布置成使得第一涡管和第二涡管的横截面沿着废气的流入方向减小。

9、  一种乘用车，包括根据权利要求1所述的可变涡轮增压器，其中所述分隔单元包括：
选择性地分离所述涡轮外壳与第一涡管和第二涡管的涡管隔板；和
用于驱动所述涡管隔板的隔板控制单元。

10、  一种用于可变涡轮增压器的控制方法，包括：
检测车辆信息；
基于所述车辆信息确定废气流入模式；
打开/关闭流量控制阀；和
打开/关闭涡管隔板。

11、  根据权利要求10所述的用于可变涡轮增压器的控制方法，其中车辆信息的检测包括检测车辆速度、节流阀开度、加速度和加速器踏板角中的至少一个。

12、  根据权利要求10所述的用于可变涡轮增压器的控制方法，其中废气流入模式包括：
第一模式，在第一模式中废气流过第一涡管；和
第二模式，在第二模式中废气流过第一涡管和第二涡管。

13、  根据权利要求10所述的用于可变涡轮增压器的控制方法，其中流量控制阀的打开/关闭选择性地阻碍废气流入第二涡管中。

14、  根据权利要求10所述的用于可变涡轮增压器的控制方法，其中涡管隔板的打开/关闭选择性地分离第一涡管和第二涡管。

15、  根据权利要求14所述的用于可变涡轮增压器的控制方法，其中涡管隔板的打开/关闭和流量控制阀的打开/关闭同时被执行。

16、  根据权利要求15所述的用于可变涡轮增压器的控制方法，其中由用于打开/关闭涡管隔板的隔板控制单元执行涡管隔板的打开/关闭，进一步地其中所述隔板控制单元包括：
枢转地联接到所述涡管隔板的第一杠杆；
连接到至少第一杠杆的第二杠杆；和
连接到第二杠杆的第三杠杆，
其中通过第三杠杆的旋转打开/关闭所述涡管隔板。

17、  根据权利要求15所述的用于可变涡轮增压器的控制方法，其中由用于打开/关闭涡管隔板的隔板控制单元执行涡管隔板的打开/关闭，进一步地其中所述隔板控制单元包括：
枢转地联接到所述涡管隔板的至少第一杠杆；
与至少第一杠杆枢转地连接的第二杠杆；和
与第二杠杆枢转地连接的第三杠杆，
其中通过第三杠杆的旋转打开/关闭所述涡管隔板。

18、  根据权利要求15所述的用于可变涡轮增压器的控制方法，其中由用于打开/关闭涡管隔板的隔板控制单元执行打开/关闭的涡管隔板，进一步地其中所述隔板控制单元包括：
布置在所述涡管隔板之下的齿条；和
与所述齿条啮合的驱动齿轮，
其中通过所述驱动齿轮的旋转打开/关闭所述涡管隔板。

可变涡轮增压器及其控制方法
与相关申请的交叉引用
【0001】本申请要求2008年2月1日提交的韩国专利申请第10-2008-0010787号的优先权和权益，其全部内容合并于此以便参考。
技术领域
【0002】本发明涉及一种可变涡轮增压器及其控制方法。尤其是，本发明涉及这样一种可变涡轮增压器及其控制方法，其可以在低速下防止涡轮迟滞并且在高速下是非常高效的。
背景技术
【0003】在常规内燃机中，在进气冲程期间生成的负压将空气的混合物引入气缸中。这被称为自然吸气或正常吸气。然而，阀打开时间太短以致于不能充分地吸入空气混合物，因此强制泵送用于增强气缸的体积效应、有效压力比和爆发压力，由此提高输出。这被称为涡轮增压，并且用于涡轮增压的装置被称为涡轮增压器。
【0004】如图1中所示，常规涡轮增压器105包括涡轮101和压缩器103，并且连接到用于接收废气的发动机107的排气歧管109。
【0005】压缩器103通过进气管119从空气净化器111吸入空气，空气在中间冷却器113中被冷却并且通过进气歧管115供应给发动机107。
【0006】涡轮101与排出废气的排气管117连接。
【0007】因此，由发动机107的废气引起的涡轮101的旋转使通过轴121与涡轮101连接的压缩器103转动，并且被冷却和压缩的空气从空气净化器111供应给进气歧管115。
【0008】图2显示了常规涡轮增压器的部分横截面，并且显示了带有入口122的涡轮外壳123，废气流入所述入口中。
【0009】通过轴121与压缩器103连接的涡轮101布置在涡轮外壳123内。
【0010】涡轮101的特性由A/R比确定，其中A指示入口122的横截面，R指示涡轮101的中心与入口122的横截面的中心之间的距离，并且A/R比表示A除以R的值。如果A/R比小，涡轮101对加速度敏感，并且排气阻力倾向于在高速下增加。
【0011】常规A/R比为0.5-1.0，A/R比越低，在低RPM下涡轮增压越快，但是在高RPM下性能变差。
【0012】也就是说，当A/R比高时，在低RPM下可能发生涡轮迟滞，然而在高RPM下输出提高。
【0013】这里的背景技术部分中公开的信息只是为了加强对本发明一般背景技术的理解，不应该作为一种确认或者任何形式的暗示，认为该信息构成本领域技术人员已经公知的现有技术。
发明内容
【0014】本发明的各个方面试图提供一种可变涡轮增压器及其控制方法，其可以在低速下防止涡轮迟滞并且在高速下是非常高效的。
【0015】根据本发明的各个方面的一种可变涡轮增压器可以包括：涡轮外壳；第一涡管(scroll)，其与涡轮流体地连通；第二涡管，其沿着第一涡管的外部形成，其中第一涡管和第二涡管布置在所述涡轮外壳中以用于通过涡轮排出废气；分隔单元，其用于选择性地分离第一涡管和第二涡管；和流量控制阀，其布置在废气流入部分并且选择性地联接到所述分隔单元以用于阻碍废气流入第二涡管中。
【0016】在各个实施例中，所述分隔单元包括在第一涡管和第二涡管之间选择性地分离所述涡轮外壳的涡管隔板，和用于驱动所述涡管隔板的隔板控制单元。所述隔板控制单元可以包括被配置成引导所述涡管隔板的导向单元，和与所述涡管隔板连接并且被配置成沿着所述导向单元移动所述涡管隔板的控制连杆。所述控制连杆可以包括枢转地联接到所述涡管隔板的第一杠杆，与第一杠杆连接的第二杠杆，和与第二杠杆连接的第三杠杆。所述涡管隔板可以被配置成基于第三杠杆的操作移动。
【0017】在各个实施例中，所述隔板控制单元包括布置在所述涡管隔板之下的倾斜单元，和沿着所述倾斜单元移动由此导致所述涡管隔板移动的驱动杠杆。所述涡管隔板可以包括用于提供回复力的弹性部分。所述隔板控制单元可以包括连接到所述涡管隔板的齿条，和与所述齿条啮合的驱动齿轮，其中所述驱动齿轮驱动所述齿条。所述涡管隔板可以被布置成使得第一涡管和第二涡管的横截面沿着废气的流入方向减小。所述分隔单元可以包括选择性地分离所述涡轮外壳与第一涡管和第二涡管的涡管隔板，和用于驱动所述涡管隔板的隔板控制单元。
【0018】本发明的各个方面涉及一种用于可变涡轮增压器的控制方法，其包括检测车辆信息，基于所述车辆信息确定废气流入模式，打开/关闭流量控制阀，和打开/关闭涡管隔板。
【0019】车辆信息的检测可以包括检测车辆速度、节流阀开度、加速度和加速器踏板角中的至少一个。废气流入模式可以包括第一模式和第二模式，在第一模式中废气流过第一涡管，在第二模式中废气流过第一涡管和第二涡管。流量控制阀的打开/关闭可以选择性地阻碍废气流入第二涡管中。涡管隔板的打开/关闭可以选择性地分离第一涡管和第二涡管。涡管隔板的打开/关闭和流量控制阀的打开/关闭可以同时被执行。
【0020】可以由用于打开/关闭涡管隔板的隔板控制单元执行涡管隔板的打开/关闭。所述隔板控制单元可以包括枢转地联接到所述涡管隔板的第一杠杆，连接到至少第一杠杆的第二杠杆，和连接到第二杠杆的第三杠杆。
【0021】其中通过第三杠杆的旋转打开/关闭所述涡管隔板。可以由用于打开/关闭涡管隔板的隔板控制单元执行涡管隔板的打开/关闭。所述隔板控制单元可以包括枢转地联接到所述涡管隔板的至少第一杠杆，与至少第一杠杆枢转地连接的第二杠杆，和与第二杠杆枢转地连接的第三杠杆，其中通过第三杠杆的旋转打开/关闭所述涡管隔板。可以由用于打开/关闭涡管隔板的隔板控制单元执行打开/关闭的涡管隔板。所述隔板控制单元可以包括布置在所述涡管隔板之下的齿条，和与所述齿条啮合的驱动齿轮，其中通过所述驱动齿轮的旋转打开/关闭所述涡管隔板。
【0022】如上所述，提供了根据本发明的各个方面的一种可变涡轮增压器和一种用于可变涡轮增压器的控制方法，其可以在低速下防止涡轮迟滞并且在高速下是非常高效的，并且入口对于废气具有足够的横截面。
【0023】根据本发明的例示性实施方案的可变涡轮增压器和用于可变涡轮增压器的控制方法可以在低速下防止废气泄漏和阻力并且可以在高速下防止浪费能量而不会在涡管中有障碍物。
【0024】本发明的方法和设备具有其他特征和优点，根据附图及后面的具体实施方式这些特征和优点将变得明朗，或者说这些特征和优点在附图及后面的具体实施方式中进行了更具体的说明，附图合并于此，与具体实施方式一起用于解释本发明的特定原理。
附图说明
【0025】图1是常规涡轮增压器的示意图。
【0026】图2是图1的常规涡轮增压器的部分横截面。
【0027】图3显示了根据本发明的一个方面的典型可变涡轮增压器在低速和高速下的操作。
【0028】图4显示了根据本发明的各个方面的典型可变涡轮增压器的部分横截面以用于解释在低速和高速下的操作。
【0029】图5是根据本发明的各个方面的典型可变涡轮增压器的部分分解图。
【0030】图6显示了根据本发明的各个方面的典型可变涡轮增压器的隔板控制单元。
【0031】图7显示了类似于图4的典型可变涡轮增压器的隔板控制单元。
【0032】图8显示了类似于图4的典型可变涡轮增压器的隔板控制单元。
【0033】图9显示了类似于图4的典型可变涡轮增压器的隔板控制单元。
【0034】图10是如图3中所示根据本发明的各个方面的可变涡轮增压器的控制方法的框图。
【0035】图11是用于解释如图3中所示根据本发明的各个方面的典型可变涡轮增压器的控制方法的流程图。
具体实施方式
【0036】现在将具体参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的例子在附图中进行说明并且在下面进行描述。虽然将结合例示性实施方案描述本发明，但是应该理解的是，当前的描述并不是意在将本发明限制在这些例示性实施方案中。相反，本发明意在不仅覆盖例示性实施方案，还覆盖可能包括在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种选择、改变、等价形式和其他实施方案。
【0037】图3显示了根据本发明的一个例示性实施方案的可变涡轮增压器在低速和高速下的操作，并且图4显示了根据本发明的所述例示性实施方案的可变涡轮增压器的部分横截面以用于解释在低速和高速下的操作。
【0038】图5是根据本发明的可变涡轮增压器的部分分解图，并且图6显示了可变涡轮增压器的隔板控制单元。
【0039】如图3至图6中所示，根据本发明的一个例示性实施方案的可变涡轮增压器包括涡轮外壳310，第一涡管314，和围绕第一涡管314形成的第二涡管316，并且第一涡管314和第二涡管316布置在涡轮外壳310中以用于通过涡轮312排出废气。
【0040】可变涡轮增压器也包括用于选择性地分离第一涡管314和第二涡管316的分隔单元330，和流量控制阀320，该流量控制阀布置在废气流入部分311中以用于选择性地阻碍废气流入第二涡管316中。
【0041】分隔单元330包括选择性地插入第一涡管314和第二涡管316之间的涡管隔板332，和用于驱动涡管隔板332的隔板控制单元340。“选择性插入”表示涡管隔板被布置在第一涡管和第二涡管之间使得它可以将所有或部分流量引导到第一涡管或第二涡管中。
【0042】隔板控制单元340包括用于引导涡管隔板332的导向单元342和与涡管隔板332连接以用于涡管隔板332沿着导向单元342移动的控制连杆344。
【0043】控制连杆344包括与涡管隔板332枢转地连接的第一杠杆345，与第一杠杆345连接的第二杠杆346，和与第二杠杆346连接的第三杠杆347，其中涡管隔板332根据第三杠杆347的操作移动。
【0044】提供弹性部分350用于将回复力提供给涡管隔板332。
【0045】涡管隔板332被布置成使得第一涡管314和第二涡管316的横截面沿着废气的流入方向减小。换句话说，沿着第一涡管和第二涡管的流径(flowpath)具有减小的横截面。
【0046】当涡轮312旋转时，与涡轮312连接的压缩器360旋转并且吸入空气。
【0047】其后，参考图3至图6，将解释根据本发明的例示性实施方案的可变涡轮增压器的操作。
【0048】图3(a)和图4(a)示出了根据本发明的例示性实施方案的可变涡轮增压器在低速下的操作。
【0049】在低速下，可变涡轮增压器的流量控制阀320保持在关闭状态，并且涡管隔板332保持在突出状态以用于分离第一涡管314和第二涡管316。
【0050】在低速下，废气的流量较小，并且A/R比较小，原因是废气流入横截面小并且废气的速度快。因此涡轮312的反应快使得可以最小化涡轮迟滞。
【0051】流入废气被防止泄漏使得能量损失被最小化。
【0052】图3(b)和图4(b)示出了根据本发明的例示性实施方案的可变涡轮增压器在高速下的操作。
【0053】在高速下，可变涡轮增压器的流量控制阀320被保持在打开状态，并且在低速下分离第一涡管314和第二涡管316的涡管隔板332被插入导向单元342中。
【0054】在高速下，废气的流量较大，并且A/R比较大，原因是废气流入横截面大使得涡轮312的输出被提高。
【0055】而且，在高速下，涡轮312由废气转动时阻力被最小化，原因是在涡管中没有障碍物。
【0056】图5示出了涡管隔板332，导向单元342，用于支撑涡管隔板332的支撑板348，和盖349。
【0057】图6显示了根据本发明的例示性实施方案的可变涡轮增压器的隔板控制单元。
【0058】第一杠杆345与涡管隔板332枢转地连接或联接，第二杠杆346与第一杠杆345连接，并且第三杠杆347与第二杠杆346连接，其中涡管隔板332根据第三杠杆347的操作移动。
【0059】图7显示了根据本发明的各个实施例的可变涡轮增压器的隔板控制单元。
【0060】图7示出了与涡管隔板441枢转地连接的第一杠杆445，与第一杠杆445连接的第二杠杆446，和与第二杠杆446连接的第三杠杆447。涡管隔板441根据第三杠杆447的操作移动。
【0061】图8显示了根据本发明的各个实施例处于降低状态或升高状态的可变涡轮增压器的隔板控制单元。
【0062】根据本发明的例示性实施方案的可变涡轮增压器包括布置在涡管隔板432之下的齿条456和与齿条456啮合的驱动齿轮457。
【0063】根据本发明的例示性实施方案的可变涡轮增压器通过驱动齿轮457的旋转被运行。
【0064】驱动齿轮457由致动器440操作，并且致动器440可以是马达等。
【0065】图9显示了根据本发明的各个例示性实施方案处于降低状态或升高状态的可变涡轮增压器的隔板控制单元。
【0066】根据本发明的例示性实施方案的可变涡轮增压器包括布置在涡管隔板532之下的倾斜单元540和沿着倾斜单元540移动以用于涡管隔板432移动的驱动杠杆560。
【0067】提供弹性部分550以将回复力提供给涡管隔板532。
【0068】根据本发明的例示性实施方案的可变涡轮增压器根据发动机速度操作，并且低或高速的标准根据发动机性能的要求是可变的。
【0069】图10是根据本发明的各个实施例的可变涡轮增压器的控制方法的框图，并且图11是用于解释根据本发明的以上例示性实施方案的可变涡轮增压器的控制方法的流程图。
【0070】参考图10和图11，将解释根据本发明的例示性实施方案的可变涡轮增压器的控制方法。
【0071】根据本发明的以上例示性实施方案的可变涡轮增压器的控制方法包括检测车辆信息S10，根据所述车辆信息确定废气流入模式S20，打开/关闭流量控制阀S30，和打开/关闭涡管隔板S40。
【0072】检测车辆信息S20使用车辆速度传感器610、节流阀开度传感器620、加速度检测传感器630和加速器踏板传感器640中的至少一个，并且是车辆速度、节流阀开度、加速度和加速器踏板角中的至少一个。
【0073】也就是说，ECU(发动机控制单元)650接收来自传感器的信息，根据车辆信息确定废气流入模式，并且通过隔板控制单元660控制可变涡轮增压器。
【0074】用于确定模式的标准取决于发动机的类型和所需的性能，并且可以由本领域的技术人员根据该详细描述选择和执行，因此将省略详细解释。
【0075】废气流入模式包括第一模式和第二模式，在第一模式中废气流过第一涡管，在第二模式中废气流过第一涡管和第二涡管。
【0076】流量控制阀的打开/关闭S30包括选择性地打开或阻碍废气流入第二涡管中。
【0077】涡管隔板的打开/关闭S40包括选择性地分离第一涡管和第二涡管。
【0078】流量控制阀的打开/关闭S30和涡管隔板的打开/关闭S40可以同时被执行。
【0079】由用于打开/关闭涡管隔板的隔板控制单元执行涡管隔板的打开/关闭S40。所述隔板控制单元包括与所述涡管隔板枢转地连接的第一杠杆，与第一杠杆连接的第二杠杆，和与第二杠杆连接的第三杠杆，其中通过第三杠杆的旋转打开/关闭所述涡管隔板。
【0080】参考图7，在根据本发明的可变涡轮增压器的控制方法中所述隔板控制单元包括与所述涡管隔板枢转地连接的第一杠杆，与第一杠杆枢转地连接的第二杠杆，和与第二杠杆枢转地连接的第三杠杆，其中通过第三杠杆的旋转打开/关闭所述涡管隔板。
【0081】参考图8，在根据本发明的可变涡轮增压器的控制方法中由用于打开/关闭涡管隔板的隔板控制单元执行涡管隔板的打开/关闭S40。所述隔板控制单元包括布置在所述涡管隔板之下的齿条和与所述齿条啮合的驱动齿轮，其中通过所述驱动齿轮的旋转打开/关闭所述涡管隔板。
【0082】参考图9，在根据本发明的可变涡轮增压器的控制方法中由用于打开/关闭涡管隔板的隔板控制单元执行涡管隔板的打开/关闭S40。所述隔板控制单元包括布置在所述涡管隔板之下的倾斜单元和沿着所述倾斜单元移动的驱动杠杆，其中通过所述驱动杠杆的移动打开/关闭所述涡管隔板。
【0083】在根据本发明的各个实施例的可变涡轮增压器的控制方法中，省略了根据本发明的以前例示性实施方案描述的可变涡轮增压器的部件的重复描述。
【0084】为了方便解释和在所附权利要求中精确限定，术语“向上”或“上”、“向下”或“下”、“前”或“后”、“内”等用于参考图中显示的特征的位置描述例示性实施方案的这些特征。
【0085】前面对本发明的具体例示性实施方案的描述是为了说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择例示性实施方案并进行描述以解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的不同例示性实施方案及其不同选择和改变。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。