專利名稱：帶有多個可變式渦輪增壓器的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種i殳置有多個可變式渦輪增壓器的大型多缸兩沖程柴油 發(fā)動機(jī)，并且具體地涉及多個可變式渦輪增壓器的控制。
背景技術(shù)：
由于兩沖程柴油發(fā)動機(jī)尺寸巨大，所以大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)已經(jīng)設(shè)
置有多個渦輪增壓器。大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)是通常帶有5-14個直列氣 缸的巨型機(jī)器。掃氣箱沿著發(fā)動機(jī)的整個長度延伸，并且能夠比30m還長。
理論上講，這些發(fā)動機(jī)能夠設(shè)置有單個巨型渦輪增壓器。但是，構(gòu)造 一個這種尺寸的渦輪增壓器在技術(shù)上非常困難因此是非常昂貴的。從而， 這些大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)通常設(shè)置有兩個、三個、四個或更多個渦輪增 壓器。這些渦輪增壓器沿著發(fā)動機(jī)的長度均勻地分布。
這些已知的發(fā)動機(jī)設(shè)置有傳統(tǒng)的渦輪增壓器，即這些渦輪增壓器不是 可變類型的?？勺兪綔u輪增壓器的優(yōu)點在于，它們能夠在局部負(fù)載時提供 高掃氣壓力，而不會在高負(fù)載時提供高壓力。渦輪增壓器的速度在高負(fù)載 時被相對減小。該特征類似于廢氣旁路，但是具有更高的效率。結(jié)果是壓 縮機(jī)側(cè)將更接近喘振線而運動，因而必須非常精確地控制以避免喘振和停 轉(zhuǎn)。用于單個可變式渦輪增壓器的合適的控制系統(tǒng)是已知的，但是這些已 知的控制系統(tǒng)不適合于多個并聯(lián)的可變式渦輪增壓器，在發(fā)動機(jī)是大型兩 沖程柴油發(fā)動機(jī)時更不適合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有多個可變式渦輪增壓器的大型兩沖程柴 油發(fā)動機(jī)。
可變式渦輪增壓器能夠在發(fā)動機(jī)的可行的運行條件下高效率運行?？?變式渦輪增壓器的最優(yōu)設(shè)定值通常接近于喘振極限(喘振線)，并且當(dāng)接 近喘4^lFlLil行時渦輪增壓器必須精確地控制以避免停轉(zhuǎn)。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)意識到用在只有一個可變式渦輪增壓器的小型發(fā) 動機(jī)上的現(xiàn)有的控制系統(tǒng)由于以下原因而不能在大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī) 上對多個可變式渦輪增壓器起作用。其中一個原因是多個可變式渦輪增壓 器^^彼此影響，從而改變一個可變式渦輪增壓器的i殳定值將會對于其它可 變式渦輪增壓器的運行具有影響。而且，本發(fā)明人意識到每個可變式渦輪 增壓器的運行M依賴于其沿著發(fā)動機(jī)的位置。沿著發(fā)動機(jī)的這種位置會 對單個可變式渦輪增壓器的運行具有相當(dāng)大的影響，因為在掃氣箱內(nèi)具有 很大的壓力波動。在大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)中，這種波動大到足以對于渦
輪增壓器的運行具有影響壓力波動導(dǎo)致相關(guān)渦輪增壓器的速度發(fā)生波 動。通常，低頻壓力波動在接近掃氣箱的極端時最壞。本發(fā)明A^意識到 多個渦輪增壓器中的各個渦輪增壓器的運行情形彼此都不同，因為通常多 個渦輪增壓器中僅有一個或兩個同時受到檢修。從而，多個渦輪增壓器中 的一些將在近期受到枱4務(wù)，而多個渦輪增壓器中的其它一些將在次佳運行 情形下運行，從而產(chǎn)生了考慮這些差異的控制系統(tǒng)的需要。
本發(fā)明AiE意識到對于可變式渦輪增壓器而言，比傳統(tǒng)的渦輪增壓器 具有更大的^公差。從而多個可變類型的渦輪增壓器中各個渦輪增壓器 之間的差異比傳統(tǒng)的渦輪增壓器的更大。
該目的是通過提供一種大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)實現(xiàn)的，其具有多個 直列設(shè)置的氣釭；多個噴嘴面積可變式渦輪增壓器，所述可變式渦輪增壓 器并聯(lián)于發(fā)動機(jī)的廢氣箱和掃氣箱之間；耦聯(lián)到所述可變式渦輪增壓器的 控制器，所述控制器包括外部壓力回路和內(nèi)部速度回路，外部壓力回路包 括壓力控制器，內(nèi)部i^回路包括速度控制器，所述壓力控制器配置成確 定期望的所有渦輪增壓器^來的總的噴嘴面積，所M度控制器配置成 單獨控制每個渦輪增壓器的速度。
通過提供確保掃氣箱中具有正確壓力的外部控制回路，從而使得用于 每個可變式渦輪增壓器的內(nèi)部速度控制回路穩(wěn)定，并且獲得并聯(lián)到大型兩 沖程柴油發(fā)動機(jī)的掃氣箱上的多個可變式渦輪增壓器的柔性控制系統(tǒng)。
優(yōu)選地，速度控制器配置成使得對于各個可變式渦輪增壓器中的每個 都獲得大致相等的速度。
速度控制器能夠配置成補(bǔ)償其中一個可變式渦輪增壓器的設(shè)定值改變速度控制器能夠配置成補(bǔ)償由掃氣箱中的低頻壓力波的不同影響造成 的速度差異，所述低頻壓力波的不同影響由各個渦輪增壓器位置的不同而 造成。
速度控制器能夠配置成補(bǔ)償各個渦輪增壓器的維護(hù)狀態(tài)。
速度控制器能夠配置成提供用以4M嘗動態(tài)差異的快速控制以及用以補(bǔ) 償永久差異或靜態(tài)差異的慢速控制。
控制器能夠配置成使渦輪增壓器接近設(shè)定值運行，此時它們具有接近 喘^^i限的最高效率。
控制器能夠使用表示例如進(jìn)口溫度和掃氣溫度、廢氣箱壓力、廢氣箱 溫度、出口溫度和/或出口壓力之類的發(fā)動^tii行狀態(tài)的信號，以盡可能精 確地確定各個渦輪增壓器到喘振故限的距離。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于控制多個可變式渦輪增壓器的方 法，所述渦輪增壓器并聯(lián)到具有多個直列設(shè)置的氣釭的大型兩沖程柴油發(fā)
動機(jī)的掃氣箱，該方法包括在掃氣壓力反饋回路中控制所有可變式渦輪 增壓器的總的期望的噴嘴面積，并且在多個可變式渦輪增壓器速M饋回 路中的可變式渦輪增壓器的整個期望的總的噴嘴面積的限制務(wù)降下，控制 各個可變式渦輪增壓器的噴嘴面積。
能夠控制各個渦輪增壓器的噴嘴面積，以使得所有渦輪增壓器獲得一 致的速度。
線性二次型調(diào)節(jié)器能夠用于控制各個渦輪增壓器的噴嘴面積。
當(dāng)工作條件發(fā)生快速變化時，即在強(qiáng)浪(螺旋槳升高超過海平面)的 情況下、在速度快速變化(緊急停止和操縱)及其它情況下，能夠應(yīng)用具 有平衡響應(yīng)的動態(tài)防喘振算法。如果渦輪增壓器的速度有顯著不同或者如 果其中一個渦輪增壓器發(fā)生故障時，這是特別相關(guān)的。
在控制各個可變式渦輪增壓器的噴嘴面積時能夠考慮各個可變式渦輪 增壓器之間的靜態(tài)差異。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)，其具有多 個直列設(shè)置的氣釭；多個噴嘴面積可變式渦輪增壓器，所述可變式渦輪增 壓器并聯(lián)于發(fā)動機(jī)的廢氣箱和掃氣箱之間；耦聯(lián)到所述可變式渦輪增壓器 的控制器，所述控制器被提供有每個可變式渦輪增壓器的速度，所述可變式渴輪增壓器設(shè)置有用于改變它們的噴嘴面積的致動器，并且所述控制器 配置成基于所有可變式渦輪增壓器的速度和未發(fā)生故障的渦輪增壓器的 位置來確定帶有已發(fā)生故障的致動器的可變式渦輪增壓器的實際噴嘴面 積。通過詳細(xì)的說明，根據(jù)本發(fā)明的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)的其它目的、 特征、優(yōu)點和特性以及用于控制大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)的方法將變得明 顯。


在本說明書下面的詳細(xì)部分中，將參照在附圖中示出的示例性實施方式對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的介紹，其中圖l是根據(jù)本發(fā)明實施方式的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)的前視圖； 圖2是圖1的兩沖程柴油發(fā)動機(jī)的側(cè)視圖； 圖3是圖1中的發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的框圖；以及 圖4是用于圖1中發(fā)動機(jī)渦輪增壓器的控制器的方塊圖。
具體實施方式
在下面的詳細(xì)說明中，將通過優(yōu)選實施方式來描述本發(fā)明。圖1-3示出了帶有其進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的十字頭型大型渦輪增壓式兩沖程柴 油發(fā)動機(jī)1。發(fā)動機(jī)1具有掃氣箱2和廢氣箱3。這些箱中的每個都沿著發(fā) 動機(jī)的整個長度延伸。發(fā)動機(jī)具有多個(通常介于5到14個之間)直列設(shè) 置的氣釭。連接到燃燒室的排氣門由4表示。發(fā)動機(jī)l可例如用作遠(yuǎn)洋船 舶中的主發(fā)動機(jī)或者用作發(fā)電站中^f植電^行的固定式發(fā)動機(jī)。該發(fā)動 機(jī)的總體輸出例如可以介于5,000到110,000kW的范圍。發(fā)動機(jī)1通常利 用重燃油運行，因而設(shè)置有重燃油系統(tǒng)，該重燃油系統(tǒng)包括加熱的重燃油 箱和加熱的重燃油管道(未示出)。燃料噴射系統(tǒng)的這些加熱的元件在發(fā) 動機(jī)停止期間也被加熱，因為重燃油在室溫時粘度極其大。而且，重燃油 系統(tǒng)(未示出)設(shè)置有再循環(huán)系統(tǒng)，該再循環(huán)系統(tǒng)在發(fā)動^L停止期間保持 重燃油流經(jīng)重燃油系統(tǒng)的各個部件。這種再循環(huán)確保了重燃油系統(tǒng)的并不 具有其專門加熱裝置的各個部件在發(fā)動機(jī)停止期間保持暖熱，并且這種再 循環(huán)便于重燃油系統(tǒng)的除氣。8掃氣從掃氣箱2流到各個氣缸的掃氣口(未示出)。當(dāng)排氣門4打開時， 廢氣經(jīng)過第一廢氣管道流到廢氣箱3中并向前經(jīng)過第一廢氣管道5到達(dá)多 個可變式渦輪增壓器6的其中一個可變式渦輪增壓器的面積可變式渦輪7 (噴嘴面積可變式渦輪增壓器)，廢氣從該面積可變式渦輪7經(jīng)過第二廢氣 管道20流出。每個面積可變式渦輪7通過軸8驅(qū)動經(jīng)由空氣入口 10供給 的壓縮機(jī)9。壓縮機(jī)9將加壓掃氣傳送到通往掃氣箱2的掃氣管道11。如 圖2可見，可變式渦輪增壓器6在發(fā)動機(jī)1的整個長度上大體均勻地分布。 在本實施方式中，具有三個可變式渦輪增壓器6，但是該個數(shù)僅是示例， 可以存在更少個或更多個的可變式渦輪增壓器。每個可變式渦輪增壓器6設(shè)置有致動器，所i^JL動器控制所述可變式 渦輪增壓器6的噴嘴面積。多個可變式渦輪增壓器6的每個致動器都連接 到控制器50。管道ll的進(jìn)氣流經(jīng)冷卻單元12,用于將離開壓縮機(jī)的大約200t:的增 壓空~掃氣冷卻到36"C到80t:之間。在一個實施方式中冷卻單元12可以 是凈氣器，在凈氣器中大量的水噴射并且蒸發(fā)以使增壓空~掃氣潮濕。已冷卻的并且可能已潮濕的掃氣流經(jīng)由電動馬達(dá)17驅(qū)動的輔助鼓風(fēng) 機(jī)16，該輔助鼓風(fēng)機(jī)在低負(fù)載或部分負(fù)載的情況下使得掃氣流加壓而到達(dá) 掃氣箱2中。在高負(fù)載時，渦輪增壓器的壓縮機(jī)9傳送充足的經(jīng)壓縮的掃 氣，則輔助鼓風(fēng)機(jī)16經(jīng)由止回閥15旁路。每個渦輪增壓器6的面積可變式渦輪7通過致動器耦聯(lián)到控制器50。 控制器50控制面積可變式渦輪7的噴嘴面積，并且控制器50接收與發(fā)動 機(jī)運行狀況相關(guān)的信息。圖4更詳細(xì)地示出控制器50?？刂破?0包括兩個控制回路。第一控 制回路是壓力控制回路，其配置成將掃氣壓力保持在預(yù)定的常值水平，在 附圖中稱為"壓力設(shè)定值"。壓力控制回路是兩個控制回路的外部回路。 而且，控制器50包括可變式渦輪增壓器速度控制回路，該速度控制回M 獨控制每個可變式渦輪增壓器6的相對速度。可變式渦輪增壓器的速度控 制回路是內(nèi)部回路，即其能夠M壓力控制回路設(shè)定的極限范圍內(nèi)運行。壓力控制回路包括壓力控制器，該壓力控制器接收與壓力設(shè)定值和在 掃氣箱2中測得的壓力之間的差值相應(yīng)的信號。該壓力控制器產(chǎn)生一個與 期望的可變式渦輪增壓器的總噴嘴面積相適應(yīng)的信號，該信號被傳送到在速度回路中的可變式渦輪增壓器的速度控制器?？勺兪綔u輪增壓器的速度控制器在反饋控制回路中單獨控制每個可變式渦輪增壓器6的速度。從而，每個可變式渦輪增壓器6是速度控制回路 的一部分，其中相關(guān)的可變式渦輪增壓器6接收來自于可變式渦輪增壓器 的i4JL控制器的用于設(shè)定單個相關(guān)可變式渦輪增壓器6的噴嘴面積的單個 信號，并且速度控制器接M示每個單個可變式渦輪增壓器6的速度的信 號?？勺兪綔u輪增壓器的速度控制器接收多種發(fā)動機(jī)運行M，例如入口 溫度、掃氣溫度、廢氣箱壓力、廢氣箱溫度、出口溫度以及出口壓力，并 且相應(yīng)地調(diào)節(jié)傳遞到各個可變式渦輪增壓器6的控制信號。各個速度控制回路在一個實施方式中可以不包括線性二次型調(diào)節(jié)器而 包括PID (比例沐分/差分)功能，以獲得所需的可變式渦輪增壓器速度?？勺兪綔u輪增壓器的速度控制器確?？勺兪綔u輪增壓器6 ^來的噴 嘴面積等于壓力控制器的輸出信號，以保持所需的掃氣壓力。然而，每個 單獨的可變式渦輪增壓器6的噴嘴面積能夠在這樣的限制條件內(nèi)變化，即， 可變式渦輪增壓器6*來的總面積等于壓力控制器的輸出信號的值。在其中一個可變式渦輪增壓器6的設(shè)定值的變化將對其它渦輪增壓器 6產(chǎn)生影響。例如，如果所有可變式渦輪增壓器6的面積減小，則所有渦 輪增壓器6的可變式渦輪增壓器速度將增大。然而，如果僅有其中一個可 變式渦輪增壓器6減小其噴嘴面積，則這個特定的可變式渦輪增壓器6的 速度將減小，而其它可變式渦輪增壓器6的速度將增加。如果沒有合適的 控制算法，這些影響將導(dǎo)致一種不穩(wěn)定的情形。從而，速度控制器配置成 考慮其中一個渦輪增壓器6的i殳定值的變化對其它渦輪增壓器產(chǎn)生的影 響，并且考慮渦輪增壓器的噴嘴面積同時發(fā)生變化時的影響。到此，可變 式渦輪增壓器的速度控制器在一個實施方式中包括線性二次型調(diào)節(jié)器 (LQR)，以提供一種克服上述影響并穩(wěn)定該系統(tǒng)的控制器?？旌吐刂仆瑫r實施，以實現(xiàn)不同的目的。下面將進(jìn)一步描述的對于 永久性差異進(jìn)行的補(bǔ)償應(yīng)用于慢控制。對于例如劇烈載荷變化之類的動態(tài) 差異進(jìn)行的補(bǔ)償應(yīng)用于快控制?？勺兪綔u輪增壓器的速度控制器通常配置成對于每個可變式渦輪增壓 器6獲得大致相同的速度，因為在所有可變式渦輪增壓器6具有大致相同的速度時，發(fā)動機(jī)l將最有效地運行。然而，對于使所有的可變式渦輪增壓器6以同樣速度運行的原則有一 些例外。其中一個例外涉及掃氣箱2中的壓力波動。在大型掃氣箱2中，在發(fā) 動機(jī)運行期間存在大的低頻駐波。如果渦輪增壓器6精確地位于"眼部" 處，其將不會經(jīng)受由低頻波產(chǎn)生的任何大的壓力波動。然而，實際上可變 式渦輪增壓器6必須沿著發(fā)動機(jī)的長度分布并且僅有其中一些能夠精確地 位于"眼部"處。其余可變式渦輪增壓器6將經(jīng)受大的低頻壓力波動，特 別是它們設(shè)置為靠近長形掃氣箱2的縱向末端的時候^1如此。由于這樣 的設(shè)置，大的低頻壓力波動將對于相關(guān)可變式渦輪增壓器6的運行狀況具 有影響。因此，相關(guān)渦輪增壓器6的速度可能會波動，并M露于非常接 近喘振線的這些低頻壓力波動的相關(guān)渦輪增壓器可能不能運行，因為超過 喘振線以及使相關(guān)渦輪增壓器6停轉(zhuǎn)的風(fēng)險太高，從而，控制器50設(shè)置有設(shè)定值，其使得暴露于大的壓力波動的任何渦 輪增壓器6在距離喘振線還具有較大裕度的情況下運行。通常，這在實際 中意味著暴露于大的低頻壓力波動的可變式渦輪增壓器6以略小于發(fā)動機(jī) 1的其它渦輪增壓器的速度運行。另一因素是各個可變式渦輪增壓器6的入口溫度的差異。入口溫度有 時直接在每個渦輪增壓器6上測量，但是也能夠根據(jù)發(fā)動機(jī)室中的溫度傳 感器結(jié)合發(fā)動機(jī)室中溫度分布的知識來進(jìn)行估算。而且，入口溫度中的該 差異可能涉及到相關(guān)可變式渦輪增壓器6沿著發(fā)動機(jī)的長度的位置，并且 該控制器配置成通過增加渦輪增壓器的速度而增加到喘振線的if巨離。另一件事情也很快發(fā)生，因為渦輪增壓器的速度波動將帶來額外的磨 損，并且因此波動的可變式渦輪增壓器的速度將會減小。這兩個方面迫使 控制在相反的方向上進(jìn)行。然而，對于喘振高于負(fù)載的75%、磨損最嚴(yán)重 的情況下沒有問題，于是控制器配置成在局部負(fù)載時增加速度，在高載荷 時減小速度，從而實現(xiàn)最優(yōu)的過程。對于使所有渦輪增壓器以同樣速度運行的原理的其它一些例外涉及到 維護(hù)各個可變式渦輪增壓器6的狀態(tài)。實際中，通常不會在一個維護(hù)階段 期間檢修發(fā)動機(jī)1的所有渦輪增壓器。這意味著多個可變式渦輪增壓器6 中僅檢修一個或兩個渦輪增壓器，而其它可變式渦輪增壓器6必須等待下一個維護(hù)階段.維護(hù)較少的可變式渦輪增壓器6不能像新#^務(wù)過的滿輪增 壓器6 —樣接近喘振線運行。從而，控制器50被提供有各個渦輪增壓器6 的維護(hù)狀態(tài)，并且使新檢修過的渦輪增壓器在比未^^務(wù)的渦輪增壓器6更 為接近喘振線的狀態(tài)下運行。通常，這意味著實際中最近已經(jīng)檢修過的可 變式渦輪增壓器6在比最近未檢修的渦輪增壓器6略高的速度運行。而且，可變式渦輪增壓器的構(gòu)造誤差相當(dāng)高，因此即使可變式渦輪增 壓器是同一類型的，但是它們的特征一個與另一個都不同?？刂破餮a(bǔ)償這 些差異。在可變式渦輪增壓器6中的機(jī)械誤差的結(jié)果通常是渦輪增壓器速 度的偏差，并且因為控制器配置成平衡可變式渦輪增壓器的速度，所以誤 差效果得以抵消。當(dāng)各個可變式渦輪增壓器6的il^明顯各自不同或者其中一個可變式 渦輪增壓器6已經(jīng)發(fā)生故障時，應(yīng)用具有平衡響應(yīng)的動態(tài)防喘振算法?？刂破?0設(shè)置有故障處理、監(jiān)視和診斷模塊。該模塊包括復(fù)雜運行情 形(緊急停止、強(qiáng)浪等)的最優(yōu)響應(yīng)以及可變式渦輪增壓器致動器發(fā)生故 障時的最優(yōu)響應(yīng)。在其中一個可變式渦輪增壓器6的致動器發(fā)生故障時，其噴嘴位置才艮 據(jù)所有其它可變式渦輪增壓器的速度以及其它可變式渦輪增壓器6的位置 估計。從而，控制器50知道所有可變式渦輪增壓器6^來的噴嘴面積的 總和并且能夠確定未發(fā)生故障的可變式渦輪增壓器6的正確位置。在一個實施方式(未示出)中，其中一個或多個渦輪增壓器6是不可 變類型的，而發(fā)動機(jī)的其余渦輪增壓器是可變類型的。在這種系統(tǒng)中，控 制器知道不可變式渦輪增壓器的噴嘴面積并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)其余可變式渦 輪增壓器的可變面積。在一個實施方式中，該系統(tǒng)具有兩個渦輪增壓器。其中一個是可變的 而另一個是傳統(tǒng)的?？勺兪綔u輪增壓器在二者中通常是較大的一個。在低 負(fù)載時，可變式渦輪增壓器盡可能關(guān)閉(最小化噴嘴面積)以增大廢氣箱 壓力。這將增大傳送到渦輪增壓器的能量的大小(主要傳送到更小的不可 變式渦輪增壓器)，從而掃氣壓力得以增大?？勺兪綔u輪增壓器當(dāng)然應(yīng)該 保持在喘^^l限值的右側(cè)。在高負(fù)載時，目的是避免較小的(傳統(tǒng))的渦 輪增壓器達(dá)到高速，不僅是為了避免超速而且為了避免磨損。上述情況是與現(xiàn)有的可變式渦輪增壓器解決方案相比通過增大噴嘴范12圍而得以改善。同樣的原理能夠用于具有兩個以上渦輪增壓器的系統(tǒng)，另一方面是，當(dāng)一個發(fā)動機(jī)使用多個傳統(tǒng)類型的渦輪增壓器時需要超 大尺寸，因為它們必須是同樣的。這個超大尺寸問題能夠通過混合使用大 型和小型渦輪增壓器而得以避免，這在另一方面僅能夠在這些混合大小的 渦輪增壓器的其中一個是可變類型時才得以實現(xiàn)。上述各種方面能夠單獨或者以各種組合形式使用。本申請的教導(dǎo)優(yōu)選 地通過硬件和軟件的組合實現(xiàn)，但是也能夠以硬件方式實現(xiàn)。本申請的教 導(dǎo)還能夠?qū)崿F(xiàn)為計算機(jī)可讀介質(zhì)上的計算機(jī)可讀代碼。本申請的教導(dǎo)具有多種優(yōu)點。不同實施方式或?qū)崿F(xiàn)可得到下列優(yōu)點的 其中一個或多個。應(yīng)該注意到，這不是窮盡的列舉并且可能具有這里沒有 描述的其它優(yōu)點。本申請的教導(dǎo)的一個優(yōu)點是提供在大型兩沖程柴油發(fā)動 機(jī)中的多個渦輪增壓器的可靠控制.本申請的教導(dǎo)的另一個優(yōu)點是提供一 種能夠考慮單個渦輪增壓器之間的靜態(tài)差異的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)中 的多個渦輪增壓器的可靠控制。本申請的教導(dǎo)的另一個優(yōu)點是提供大型兩 沖程柴油發(fā)動機(jī)的多個可變式渦輪增壓器的緊急和/或復(fù)雜運行情形控制。 本發(fā)明的另 一優(yōu)點是提供可變式渦輪增壓器的大體上均勻的速度，這又提 供最優(yōu)的發(fā)動機(jī)性能和減小的排放，并且減小了磨損。本發(fā)明的另一優(yōu)點 是^^供一種控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)減小了停轉(zhuǎn)的風(fēng)險。本發(fā)明的另一優(yōu)點 是使故障處理得以最優(yōu)化。本發(fā)明的又一優(yōu)點是能夠抵消渦輪增壓器運行 情形中的局部差異。本發(fā)明的還一優(yōu)點是允許最優(yōu)化利用不同大小的可變 式渦輪增壓器。本發(fā)明的再一優(yōu)點是提供具有混合的可變式渦輪增壓器和 不可變式渦輪增壓器的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)的控制，這又允許用于大型 發(fā)動機(jī)的可變式渦輪增壓器的成本降低。盡管已經(jīng)出于解釋的目的詳細(xì)地描述了本申請的教導(dǎo)，但應(yīng)該理解的 是，這些細(xì)節(jié)僅僅是出于解釋目的，并且在不偏離本申請的教導(dǎo)的范圍的 情況下本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出變形。權(quán)利要求中使用的術(shù)語"包括"并不排除其它元件或步驟。權(quán)利要求 中使用的術(shù)語"一"或"一個，，并不排除多個。單個處理器或其它單元可 滿足權(quán)利要求中記載的多個裝置的功能。
權(quán)利要求
1.一種大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)，其具有多個直列設(shè)置的氣缸；多個噴嘴面積可變式渦輪增壓器，所述可變式渦輪增壓器并聯(lián)于所述發(fā)動機(jī)的廢氣箱和掃氣箱之間；耦聯(lián)到所述可變式渦輪增壓器的控制器，所述控制器包括外部壓力回路和內(nèi)部速度回路，所述外部壓力回路包括壓力控制器，所述內(nèi)部速度回路包括速度控制器，所述壓力控制器配置成確定期望的所述渦輪增壓器合起來的總噴嘴面積，所述速度控制器配置成單獨控制每個所述渦輪增壓器的速度。
2.如權(quán)利要求1所述的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)，其中，所iii4度控制 器配置成使得各個所述可變式渦輪增壓器中的每個都獲得大致相等的速 度。
3.如權(quán)利要求1所述的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)，其中，所iiJt度控制 器配置成補(bǔ)償其中一個所述可變式渦輪增壓器的"&定值的改變對其它所 述可變式渦輪增壓器的影響。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)，其中，所 述速度控制器配置成補(bǔ)償由所述掃氣箱中的低頻壓力波的不同影響造成 的速度差異，所述低頻壓力波的不同影響由各個所述渦輪增壓器位置的不 同而造成。
5.如權(quán)利要求l-4中任一項所述的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)，其中，所 M度控制器配置成^M嘗各個所述渦輪增壓器的維護(hù)狀態(tài)。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)，其中，所 述速度控制器提供用以補(bǔ)償動態(tài)差異的快速控制以及用以補(bǔ)償永久差異或靜態(tài)差異的慢速控制。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項所述的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)，其中，所 述控制器配置成使所述渦輪增壓器接近所述設(shè)定值運行，此時它們具有接 近喘椒故限的最高效率。
8. 如權(quán)利要求7所述的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)，其中，所述控制器使 用表示例如進(jìn)口溫度和掃氣溫度、廢氣箱壓力、廢氣箱溫度、出口溫度和 /或出口壓力之類的發(fā)動M行狀態(tài)的信號，以盡可能精確地確定各個所述 渦輪增壓器到所述喘椒&限的距離。
9.一種用于控制多個可變式渦輪增壓器的方法，所述渦輪增壓器并聯(lián) 到具有多個直列設(shè)置的氣缸的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)的掃氣箱，該方法包 括在掃氣壓力反饋回路中控制所有可變式渦輪增壓器的總的期望的噴 嘴面積，并且 在多個可變式渦輪增壓器的速度反饋回路中的所述可變式渦輪增壓 器的整個期望的總噴嘴面積的限制條件下，控制各個所迷可變式渦輪增壓 器的噴嘴面積。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，各個所述渦輪增壓器的噴嘴面積 被控制為使得對于所有所述渦輪增壓器獲得一致的速度。
11. 如權(quán)利要求10所迷的方法，其中，線性二次型調(diào)節(jié)器用于控制各 個所述渦輪增壓器的噴嘴面積。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，當(dāng)各個所述渦輪增壓器的速度 明顯不同或者其中一個所述渦輪增壓器發(fā)生故障時，應(yīng)用具有平衡響應(yīng)的 動態(tài)防喘振算法。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，在控制各個所述可變渦輪^f壓 器的噴嘴面積時考慮各個所述可變式渦輪增壓器之間的靜態(tài)差異。
14.一種大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)，其具有 多個直列設(shè)置的氣缸；多個噴嘴面積可變式渦輪增壓器，所述可變式渦輪增壓器并聯(lián)于所述 發(fā)動機(jī)的廢氣箱和掃氣箱之間；耦聯(lián)到所述可變式渦輪增壓器的控制器，每個所述可變式渦輪增壓器 的速度被提供到所述控制器，所述可變式渦輪增壓器設(shè)置有用于改變它們 的噴嘴面積的致動器，并且所述控制器配置成基于所有所述可變式渦輪增 壓器的速度以及未發(fā)生故障的所述渦輪增壓器的位置來確定帶有已發(fā)生 故障的致動器的所述可變式渦輪增壓器的實際噴嘴面積。
全文摘要
一種帶有多個可變式渦輪增壓器的大型兩沖程柴油發(fā)動機(jī)，其具有多個直列設(shè)置的氣缸；多個噴嘴面積可變式渦輪增壓器，所述可變式渦輪增壓器并聯(lián)于所述發(fā)動機(jī)的廢氣箱和掃氣箱之間；耦聯(lián)到所述可變式渦輪增壓器的控制器，所述控制器包括外部壓力回路和內(nèi)部速度回路，所述外部壓力回路包括壓力控制器，所述內(nèi)部速度回路包括速度控制器，所述壓力控制器配置成確定期望的所述渦輪增壓器合起來的總噴嘴面積，所述速度控制器配置成單獨控制每個所述渦輪增壓器的速度。
文檔編號F02B37/22GK101581249SQ20081012529
公開日2009年11月18日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者莫滕·勞爾森 申請人:曼狄賽爾公司