一种涡轮增压器的止推轴承的保护方法和装置论文和设计-张广西

全文摘要

本发明公开了一种涡轮增压器的止推轴承的保护方法和装置，通过获取发动机的进气歧管压力与涡前压力的差值△P，并将该△P与止推轴承的设计承载力所对应的压力阈值P0进行比较；当△P≥P0，则通过控制所述发动机的进排气压力来减小△P，直至△P＜P0。上述保护方法，有效的保证了止推轴承所承受的压力始终保持在其设计的承载力之内，继而实现了对涡轮增压器上的止推轴承的保护作用，从而避免了止推轴承失效。

主设计要求

1.一种涡轮增压器的止推轴承的保护方法，其特征在于，该保护方法包括：检测发动机的当前运行模式，所述当前运行模式包括正常运行模式和排气制动模式；获取所述发动机的进气歧管压力与涡前压力的差值△P；在所述当前运行模式为所述正常运行模式且△P≥P0时，则通过对所述发动机执行限扭操作来减小△P，直至△P＜P0，其中，P0为止推轴承的设计承载力所对应的压力阈值；在所述当前运行模式为所述排气制动模式且△P≥P1时，则通过延长制动蝶阀的关闭时间来减小△P，直至△P＜P1，其中，P1为满足制动需求的预设压力值，且P1≤P0。

设计方案

1.一种涡轮增压器的止推轴承的保护方法，其特征在于，该保护方法包括：

检测发动机的当前运行模式，所述当前运行模式包括正常运行模式和排气制动模式；

获取所述发动机的进气歧管压力与涡前压力的差值△P；

在所述当前运行模式为所述正常运行模式且△P≥P_{0<\/sub>时，则通过对所述发动机执行限扭操作来减小△P，直至△P＜P_{0<\/sub>，其中，P_{0<\/sub>为止推轴承的设计承载力所对应的压力阈值；}}}

在所述当前运行模式为所述排气制动模式且△P≥P_{1<\/sub>时，则通过延长制动蝶阀的关闭时间来减小△P，直至△P＜P_{1<\/sub>，其中，P_{1<\/sub>为满足制动需求的预设压力值，且P_{1<\/sub>≤P_0<\/sub>。}}}}

2.如权利要求1所述的涡轮增压器的止推轴承的保护方法，其特征在于，所述差值△P的获取以及△P与P_{0<\/sub>的比较均为实时进行。}

3.如权利要求1所述的涡轮增压器的止推轴承的保护方法，其特征在于，所述制动蝶阀的关闭时间包括第一预设时间t1和第二预设时间t2，其中t1＜ t2；

在所述当前运行模式为所述排气制动模式下，当△P≥P_{1<\/sub>时，所述制动蝶阀的关闭时间为t2；当△P＜P_{1<\/sub>时，所述制动蝶阀的关闭时间为t1。}}

4.如权利要求3所述的涡轮增压器的止推轴承的保护方法，其特征在于，所述第一预设时间t1为0.2秒，所述第二预设时间t2为0.5秒。

5.如权利要求1所述的涡轮增压器的止推轴承的保护方法，其特征在于，检测所述发动机的当前运行模式的方式为根据发动机的转速变化率、油门变化率和供油量变化率来判断所述当前运行模式为正常运行模式还是排气制动模式。

6.一种涡轮增压器的止推轴承的保护装置，其特征在于，包括检测单元、采集单元、处理单元、指令生成单元和执行单元；

所述检测单元，用于检测发动机的当前运行模式，所述当前运行模式包括正常运行模式和排气制动模式；

所述采集单元，用于采集发动机的进气歧管压力值和涡前压力值；

所述处理单元，用于将所述进气歧管压力值与所述涡前压力值做差以得到二者的差值△P，并将该△P与预设压力阈值进行比较以得到比较结果，并将所述比较结果发送至指令生成单元，且当所述检测单元所检测的当前运行模式为正常运行模式时，所述预设压力阈值为止推轴承的设计承载力所对应的压力阈值P_{0<\/sub>；当所述检测单元所检测的当前运行模式为排气制动模式时，所述预设压力阈值为P_{1<\/sub>，其中P _{1<\/sub>为满足制动需求的预设压力值，且P_{1<\/sub>≤P_0<\/sub>；}}}}

所述指令生成单元，用于向所述执行单元发送指令，所述执行单元包括第一执行单元和第二执行单元；

且当所述指令生成单元收到的比较结果为△P≥P_{0<\/sub>时，所述指令生成单元向所述第一执行单元发送第一执行操作指令，当所述指令生成单元收到的比较结果为△P＜P_{0<\/sub>时，所述指令生成单元向所述第一执行单元发送停止操作指令；}}

当所述指令生成单元收到的比较结果为△P≥P_{1<\/sub>时，所述指令生成单元向所述第二执行单元发送第二执行操作指令，当所述指令生成单元收到的比较结果为△P＜P_{1<\/sub>时，所述指令生成单元向所述第二执行单元发送第三执行操作指令；}}

当所述第一执行单元接到所述第一执行操作指令时，所述第一执行单元通过控制所述发动机的进排气压力来减小△P，直至△P＜P_{0<\/sub>；当所述第一执行单元接到所述停止操作指令时，所述第一执行单元停止操作；}

当所述第二执行单元接到所述第二执行操作指令时，所述第二执行单元通过延长制动蝶阀的关闭时间来减小△P，直至△P＜P_{1<\/sub>；当所述第二执行单元接到所述第三执行操作指令时，所述第二执行单元恢复所述制动蝶阀的原始关闭时间。}

7.如权利要求6所述的涡轮增压器的止推轴承的保护装置，其特征在于，所述检测单元、所述采集单元、所述处理单元、所述指令生成单元和所述执行单元均为实时工作。

设计说明书

技术领域

本发明涉及涡轮增压器技术领域，尤其涉及一种涡轮增压器的止推轴承的保护方法和装置。

背景技术

随着涡轮增压器和排气制动技术的应用日益广泛，越来越多的车辆上会同时装备有涡轮增压器及排气制动装置，而且对涡轮增压器可靠性要求也越来越高。在排气制动工况下，涡轮增压器工作条件与正常工况相比有着很大的不同，随着排气背压的升高，作用在涡轮端的轴向力与正常工况下相比有着很大的不同，另一方面，排气制动作为一种辅助措施需要频繁使用，因此，涡轮增压器经常在正常工况与排气制动工况间切换，工况切换时涡轮增压器轴向载荷有很大的波动，而止推轴承是承担增压器压气机与涡轮气体压力作用的关键部件，该作用力的合力即为转子轴向力。因此，涡轮增压器的轴向载荷对涡轮增压器的转子上设置的止推轴承的可靠性有很大影响，过大的轴向载荷可以造成止推轴承失效。

综上所述，如何有效解决涡轮增压器上的止推轴承存在失效的风险的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种涡轮增压器的止推轴承的保护方法和装置，以解决涡轮增压器上的止推轴承存在失效的风险的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种涡轮增压器的止推轴承的保护方法，该方法包括：

获取发动机的进气歧管压力与涡前压力的差值△P，并将该△P与止推轴承的设计承载力所对应的压力阈值P_{0<\/sub>进行比较；}

当△P≥P_{0<\/sub>，则通过控制所述发动机的进排气压力来减小△P，直至△P＜P_0<\/sub>。}

优选地，所述差值△P的获取以及△P与P_{0<\/sub>的比较均为实时进行。}

优选地，该保护方法还包括：

检测所述发动机的当前运行模式，所述当前运行模式包括正常运行模式和排气制动模式；

在所述当前运行模式为所述正常运行模式且△P≥P_{0<\/sub>时，则通过对所述发动机执行限扭操作来减小△P，直至△P＜P_0<\/sub>；}

优选地，所述制动蝶阀的关闭时间包括第一预设时间t1和第二预设时间t2，其中t1＜ t2；

在所述当前运行模式为所述排气制动模式下，当△P≥P_{1<\/sub>时，所述制动蝶阀的关闭时间为t2；当△P＜P_{1<\/sub>时，所述制动蝶阀的关闭时间为t1。}}

优选地，所述第一预设时间t1为0.2秒，所述第二预设时间t2为0.5秒。

优选地，检测所述发动机的当前运行模式的方式为根据发动机的转速变化率、油门变化率和供油量变化率来判断所述当前运行模式为正常运行模式还是排气制动模式。

相比于背景技术介绍内容，上述涡轮增压器的止推轴承的保护方法，通过获取发动机的进气歧管压力与涡前压力的差值△P，并将该△P与止推轴承的设计承载力所对应的压力阈值P_{0<\/sub>进行比较；当△P≥P_{0<\/sub>，则通过控制所述发动机的进排气压力来减小△P，直至△P＜P_{0<\/sub>。上述保护方法，有效的保证了止推轴承所承受的压力始终保持在其设计的承载力之内，继而实现了对涡轮增压器上的止推轴承的保护作用，从而避免了止推轴承失效。}}}

另外，本发明还提供了一种涡轮增压器的止推轴承的保护装置，包括采集单元、处理单元、指令生成单元和执行单元；

所述采集单元，用于采集发动机的进气歧管压力值和涡前压力值；

所述处理单元，用于将所述进气歧管压力值与所述涡前压力值做差以得到二者的差值△P，并将该△P与止推轴承的设计承载力所对应的压力阈值P_{0<\/sub>进行比较，以得到比较结果，并将所述比较结果发送至指令生成单元；}

所述指令生成单元，用于向所述执行单元发送指令，且当所述比较结果为△P≥P_{0<\/sub>时，所述指令生成单元向所述执行单元发送执行操作指令，当所述比较结果为△P＜P_{0<\/sub>时，所述指令生成单元向所述执行单元发送停止操作指令；}}

当所述执行单元接到所述执行操作指令时，所述执行单元通过控制所述发动机的进排气压力来减小△P；当所述执行单元接到所述停止操作指令时，所述执行单元停止操作。

由于上述涡轮增压器的止推轴承的保护方法具有上述技术效果，而该涡轮增压器的止推轴承的保护装置继承了上述涡轮增压器的止推轴承的保护方法的核心思想，因此该保护装置也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

优选地，所述采集单元、所述处理单元、所述指令生成单元和所述执行单元均为实时工作。

此外，本发明还提供了一种涡轮增压器的止推轴承的保护装置，包括检测单元、采集单元、处理单元、指令生成单元和执行单元；

所述检测单元，用于检测所述发动机的当前运行模式，所述当前运行模式包括正常运行模式和排气制动模式；

所述采集单元，用于采集发动机的进气歧管压力值和涡前压力值；

所述指令生成单元，用于向所述执行单元发送指令，所述执行单元包括第一执行单元和第二执行单元；

当所述第一执行单元接到所述第一执行操作指令时，所述第一执行单元通过控制所述发动机的进排气压力来减小△P，直至△P＜P_{1<\/sub>；当所述第一执行单元接到所述停止操作指令时，所述第一执行单元停止操作；}

优选地，所述检测单元、所述采集单元、所述处理单元、所述指令生成单元和所述执行单元均为实时工作。

附图说明

图1为本发明实施例提供的涡轮增压器的止推轴承的保护方法的工作原理流程图；

图2为本发明实施例提供的涡轮增压器的止推轴承的保护装置的工作原理图；

图3为本发明实施例提供的涡轮增压器轴向载荷分布示意图；

图4为本发明实施例提供的两种不同制动蝶阀关闭时间所对应的轴向载荷变化示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种涡轮增压器的止推轴承的保护方法和装置，以解决涡轮增压器上的止推轴承存在失效的风险的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明实施例提供的一种涡轮增压器的止推轴承的保护方法，该方法包括：

获取发动机的进气歧管压力与涡前压力的差值△P，并将该△P与止推轴承的设计承载力所对应的压力阈值P_{0<\/sub>进行比较；}

当△P≥P_{0<\/sub>，则通过控制发动机的进排气压力来减小△P，直至△P＜P_0<\/sub>。}

上述保护方法，通过获取发动机的进气歧管压力与涡前压力的差值△P，并且当△P≥P_{0<\/sub>，则通过控制发动机的进排气压力来减小△P，直至△P＜P_{0<\/sub>，有效的保证了止推轴承所承受的压力始终保持在其设计的承载力之内，继而实现了对涡轮增压器上的止推轴承的保护作用，从而避免了止推轴承失效。}}

这里需要说明的是，本领域技术人员都应该理解的是，止推轴承是承担增压器压气机与涡轮气体压力作用的关键部件，该作用力的合力即为转子轴向力。而且上述P_{0<\/sub>可以由止推轴承承载轴向力转换而来。}

为了本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合图3对增压器的轴向载荷简要分析如下：

增压器总体轴向载荷可以表示为：

F_{TC<\/sub>=F_{T<\/sub>-F_C<\/sub>}}

式中：F_{TC<\/sub>为增压器总体轴向载荷，F_{T<\/sub>为涡轮级轴向载荷，F_{C<\/sub>为压气机级轴向载荷。}}}

压气机级轴向载荷的计算：

F_{C<\/sub>=F_{C1<\/sub>+F_{C2<\/sub>-F_C3<\/sub>}}}

式中：F_{C1<\/sub>为压气机叶轮进口气体力，F_{C2<\/sub>为压气机叶轮进口外径至出口外径处气体力，F_{C3<\/sub>为压气机叶轮轮背气体力。}}}

涡轮机级轴向载荷的计算：

F_{T<\/sub>=F_{T1<\/sub>+F_{T2<\/sub>-F_T3<\/sub>}}}

式中： F _{T1<\/sub>为涡轮叶轮进口气体力，F_{T2<\/sub>为涡轮叶轮进口外径至出口外径处气体力，F_{T3<\/sub>为涡轮叶轮轮背气体力。}}}

注，以上计算公式中，F_{C3<\/sub>以受力方向为正向，F_{T3<\/sub>受力方向为负向。}}

通过上述推到过程可以看出，叶轮几何结构、叶轮进出口压力及轮背压力分布对增压器轴向载荷起决定作用，所以上述轴向载荷可表示为压端压力P_{C<\/sub>、涡端压力P_{T<\/sub>、轮子截面积A及流量M的函数：}}

F_{TC<\/sub>=f（P_{C<\/sub>,P_{T<\/sub>,A,M）}}}

另外需要说明的是，上述差值△P的获取以及△P与P_{0<\/sub>的比较一般均优选为实时进行的。通过设计成实时进行的方式，使得涡轮增压器的止推轴承能够得到实时的保护状态。当然可以理解的是，也可以采用预设的较短的时间间隔进行，只不过本发明实施例中优选采用实时进行的方式而已。}

在一些具体的实施方案中，上述保护方法还可以包括检测发动机的当前运行模式，而当前运行模式包括正常运行模式和排气制动模式；

继而在当前运行模式为正常运行模式且△P≥P_{0<\/sub>时，则可以通过对发动机执行限扭操作来减小△P，直至△P＜P_{0<\/sub>；需要说明的是，对发动机执行限扭操作仅仅是本发明实施例对于减小△P的一种优选方式而已，实际应用过程中，还可以采用本领域技术人员常用的其他减小△P的方式。}}

在当前运行模式为排气制动模式且△P≥P_{1<\/sub>时，则通过延长制动蝶阀的关闭时间来减小△P，直至△P＜P_{1<\/sub>，其中，P_{1<\/sub>为满足制动需求的预设压力值，且P_{1<\/sub>≤P_0<\/sub>。}}}}

将保护方法设计成上述方式，主要是因为增压器通常在变工况条件下工作，叶轮两侧的压力变化频繁，造成止推轴承承载载荷随之频繁变化，特别是在排气制动工况下。在排气制动工况下，涡轮增压器工作条件与正常工况相比有着很大的不同，随着排气背压的升高，作用在涡轮端的轴向力与正常工况下相比有着很大的不同，另一方面，排气制动作为一种辅助措施需要频繁使用，因此，涡轮增压器经常在正常工况与排气制动工况间切换，工况切换时涡轮增压器轴向载荷有很大的波动。正因为如此，通过根据发动机的当前运行模式，有针对性的将△P控制在有效的范围内，使得止推轴承的保护更加合理。

需要说明的是，此时获取发动机的进气歧管压力与涡前压力的差值△P，可以是在检测发动机的当前运行模式之前进行，也可以在在检测发动机的当前运行模式之后进行，并不会影响本方法的实现，因此不做具体限定。

进一步的实施方案中，上述制动蝶阀的关闭时间包括第一预设时间t1和第二预设时间t2，其中t1＜ t2；在当前运行模式为排气制动模式下，当△P≥P _{1<\/sub>时，制动蝶阀的关闭时间为t2；当△P＜P_{1<\/sub>时，制动蝶阀的关闭时间为t1。通过将制动蝶阀的关闭时间直接设置成两个预设的时间，使得操作执行更加方便且易于实现。}}

其中图4示出了制动蝶阀的两种不同关闭时间所对应的轴向载荷的区别。当然可以理解的是，第一预设时间t1和第二预设时间t2应当均不影响制动系统的制动效果，可以通过试验获取到满足制动效果的最佳时间。比如针对于某类型的发动机，通过大量试验验证，发现一般将第一预设时间t1为0.2秒，第二预设时间t2为0.5秒即可满足要求其各项要求。

更进一步的实施方案中，上述检测发动机的当前运行模式的方式可以是根据发动机的转速变化率、油门变化率和供油量变化率来判断当前运行模式为正常运行模式还是排气制动模式。当然可以理解的是，上述仅仅是本发明实施例对于检测发动机的当前运行模式的方式的优选举例而已，实际应用过程中，还可以采用本领域技术人员常用的其他检测方式。

另外，如图2所示，本发明还提供了一种涡轮增压器的止推轴承的保护装置，该保护装置包括采集单元、处理单元、指令生成单元和执行单元；

其中采集单元，用于采集发动机的进气歧管压力值和涡前压力值，具体实现可以通过在进气歧管的位置和涡轮增压器的对应位置布置压力传感器获得；

处理单元，用于将进气歧管压力值与涡前压力值做差以得到二者的差值△P，并将该△P与止推轴承的设计承载力所对应的压力阈值P_{0<\/sub>进行比较，以得到比较结果，并将比较结果发送至指令生成单元；}

指令生成单元，用于向执行单元发送指令，且当比较结果为△P≥P_{0<\/sub>时，指令生成单元向执行单元发送执行操作指令，当比较结果为△P＜P_{0<\/sub>时，指令生成单元向执行单元发送停止操作指令；}}

当执行单元接到执行操作指令时，执行单元通过控制发动机的进排气压力来减小△P；当执行单元接到停止操作指令时，执行单元停止操作。

这里需要说明的是，上述采集单元、处理单元、指令生成单元和执行单元均优选为实时工作。通过设计成实时工作的方式，使得涡轮增压器的止推轴承能够得到实时的保护状态。当然可以理解的是，也可以采用预设的较短的时间间隔进行工作，只不过本发明实施例中优选采用实时进行的方式而已。

此外，本发明还提供了另外一种涡轮增压器的止推轴承的保护装置，包括检测单元、采集单元、处理单元、指令生成单元和执行单元；

检测单元，用于检测发动机的当前运行模式，当前运行模式包括正常运行模式和排气制动模式；需要说明的是，检测发动机的当前运行模式的方式可以是根据发动机的转速变化率、油门变化率和供油量变化率来判断当前运行模式为正常运行模式还是排气制动模式。当然可以理解的是，上述仅仅是本发明实施例对于检测发动机的当前运行模式的方式的优选举例而已，实际应用过程中，还可以采用本领域技术人员常用的其他检测方式；

采集单元，用于采集发动机的进气歧管压力值和涡前压力值，具体实现可以通过在进气歧管的位置和涡轮增压器的对应位置布置压力传感器获得；

处理单元，用于将进气歧管压力值与涡前压力值做差以得到二者的差值△P，并将该△P与预设压力阈值进行比较以得到比较结果，并将比较结果发送至指令生成单元，且当检测单元所检测的当前运行模式为正常运行模式时，预设压力阈值为止推轴承的设计承载力所对应的压力阈值P_{0<\/sub>；当检测单元所检测的当前运行模式为排气制动模式时，预设压力阈值为P_{1<\/sub>，其中P _{1<\/sub>为满足制动需求的预设压力值，且P_{1<\/sub>≤P_0<\/sub>；}}}}

指令生成单元，用于向执行单元发送指令，执行单元包括第一执行单元和第二执行单元；

且当指令生成单元收到的比较结果为△P≥P_{0<\/sub>时，指令生成单元向第一执行单元发送第一执行操作指令，当指令生成单元收到的比较结果为△P＜P_{0<\/sub>时，指令生成单元向第一执行单元发送停止操作指令；}}

当指令生成单元收到的比较结果为△P≥P_{1<\/sub>时，指令生成单元向第二执行单元发送第二执行操作指令，当指令生成单元收到的比较结果为△P＜P_{1<\/sub>时，指令生成单元向第二执行单元发送第三执行操作指令；}}

当第一执行单元接到第一执行操作指令时，第一执行单元通过控制发动机的进排气压力来减小△P，直至△P＜P_{1<\/sub>；当第一执行单元接到停止操作指令时，第一执行单元停止操作；}

当第二执行单元接到第二执行操作指令时，第二执行单元通过延长制动蝶阀的关闭时间来减小△P，直至△P＜P_{1<\/sub>；当第二执行单元接到第三执行操作指令时，第二执行单元恢复制动蝶阀的原始关闭时间。}

需要说明的是，上述检测单元、采集单元、处理单元、指令生成单元和执行单元均优选为实时工作。通过设计成实时工作的方式，使得涡轮增压器的止推轴承能够得到实时的保护状态。当然可以理解的是，也可以采用预设的较短的时间间隔进行工作，只不过本发明实施例中优选采用实时进行的方式而已。

以上对本发明所提供的涡轮增压器的止推轴承的保护方法和装置进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

设计图

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