CN109306898B - 一种发动机、涡轮增压器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机、涡轮增压器及其控制方法，该涡轮增压器包括：涡壳喉管，设有沿进气方向横截面逐渐缩小的进气通道；伸缩隔件，所述伸缩隔件沿进气方向可伸缩地设置在所述进气通道内、且将所述进气通道分隔为第一半通道和第二半通道；用于控制所述伸缩隔板伸缩的控制装置。如此设置，本发明提供的发动机的涡轮增压器，其一方面能够解决低速下涡轮迟滞的问题，另一方面能够解决高速下叶轮转速不稳的问题。

Description

一种发动机、涡轮增压器及其控制方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，更具体地说，涉及一种发动机、涡轮增压器及其控制方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，涡轮增压技术已日趋成熟并在汽车领域得到了广泛应用，涡轮增压技术主要利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸，通过压缩空气来增加发动机进气量，提高燃料燃烧效率从而使提高发动机扭矩功率，其进气压缩能力直接影响到发动机的整机性能。

废气涡轮增压器对发动机进气增压主要有两种方式，即定压增压和脉冲增压。

请参考图1和图2，图1为现有技术中定压增压系统示意图，图2为现有技术中定压增压式涡轮增压器示意图。定压增压是指排气管道涡轮前的压力几乎是恒定不变的，尽管各个气缸是交替排气的，但由于脉冲叠加和排气管的稳压作用，涡轮入口处的压力几乎是不变的，在高转速工况下利用恒压的高速大流量气体推动涡轮工作。该种增压方式，在全负荷状态下时排气能量非常可观，但当发动机转速较低时，排气能量却非常小，此时涡轮增压器就会由于驱动力不足而无法达到工作转速，这样造成的结果就是，在低转速时，涡轮增压器并不能发挥作用，这时候涡轮增压发动机的动力表现甚至会小于一台同排量的自然吸气发动机，这就是“涡轮迟滞”现象。

请参考图3和图4，图3为现有技术中脉冲增压系统示意图，图4为现有技术中脉冲增压式涡轮增压器示意图。脉冲增压是通过各个气缸不同时刻地排出废气而形成脉冲，涡轮前的压力是发生变化的，压力波以脉冲的方式驱动涡轮。

以四缸发动机为例，如图3中所示，四个气缸的排气歧管分别为第一排气歧管1、第二排气歧管2、第三排气歧管3和第四排气歧管4，脉冲增压式涡轮增压器将点火相邻两个气缸排气管道两两分开，第一排气歧管1和第四排气歧管4一组、第二排气歧管2和第三排气歧管3一组，这样当第三气缸完成做功进行排气时，第一气缸是进入进气行程，由于第一气缸和第三气缸的排气歧管不相连，因此第三气缸的排气不会影响第一气缸的进气效果(其它同理)，这样点火相邻的两个缸的进排气不受干涉影响，能提高各个气缸的进排气量，从而有效提高发动机的效率。当发动机负荷改变时，排气温度和压力的变化可以很快传递到涡轮机，并由涡轮直接反映到压气机，从而使增压器较快响应发动机负荷的变化，这样就能较好地改善发动机的加速特性和扭矩特性，脉冲增压特别是在转速较低时可实现涡轮增压器的快速响应特性，因为这个时候的脉冲最强，而在定压增压模式下的涡轮前后压力差比较小。但该种结构在高温气体反复冲击下散热不良较易发生开裂情况，材料选用要求高且造价高昂，不易维护，且在高速工况下会出现涡前脉冲效应明显，高温气体压力不稳定的情况，进而造成叶轮转速不稳定，整车驾驶性不良的情况。

因此，如何能够同时解决现有技术中的低速下涡轮增压器涡轮迟滞的问题和高速下叶轮转速不稳的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种发动机的涡轮增压器，其一方面能够解决低速下涡轮迟滞的问题，另一方面能够解决高速下叶轮转速不稳的问题。本发明的目的还在于提供一种包括上述涡轮增压器的发动机和上述涡轮增压器的控制方法。

本发明提供的一种发动机的涡轮增压器，包括：

涡壳喉管，设有沿进气方向横截面逐渐缩小的进气通道；

伸缩隔件，所述伸缩隔件沿进气方向可伸缩地设置在所述进气通道内、且将所述进气通道分隔为第一半通道和第二半通道；

用于控制所述伸缩隔板伸缩的控制装置。

优选地，所述伸缩隔件的内部为空腔结构，所述伸缩隔件靠近所述进气通道的入口的一端与所述涡壳喉管固定连接、靠近所述进气通道的出口的一端为自由端，所述控制装置包括能够向所述空腔结构内提供高压气体的空压机，当所述空压机向所述空腔结构提供高压气体时，所述伸缩隔件的自由端能够沿所述进气通道的进气方向伸出。

优选地，所述伸缩隔件包括多个可伸缩地套在一起的梯形板，各个所述梯形板伸出时两侧边均与所述进气通道的侧壁接触；各个所述梯形板内部为长方体空腔，且相邻的两个所述梯形板的长方体空腔相连通，所述长方体空腔的侧壁与其内部的梯形板可相对滑动地密闭接触。

优选地，所述进气通道的内侧壁设有与所述伸缩隔件相配合的滑槽。

优选地，所述第一半通道和所述第二半通道的横截面积相等。

优选地，所述第一涡壳喉管的侧壁设有与最底层的所述梯形板的长方体空腔相连通的空气管，所述空气管与所述空压机相连。

本发明还提供了一种涡轮增压器的控制方法，用于控制如上任一项所述的涡轮增压器，包括步骤：

在低速工况需要涡轮增压器介入的时，则控制所述伸缩隔件沿所述进气通道的进气方向伸出；

在高速工况时，则控制所述伸缩隔件沿与所述进气通道的进气方向相反的方向缩回。

本发明还提供了一种发动机，设有涡轮增压器，所述涡轮增压器为如上任一项所述的涡轮增压器。

优选地，所述发动机为四缸发动机，其依次设置有第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸，其中，第一气缸和第四气缸的排气歧管与所述第一半通道连通，第二气缸和第三气缸的排气歧管和第二半通道连通。

本发明提供的技术方案中，涡壳喉管与涡轮相连通，用于导流高压气体使涡轮产生转动，其设有横截面逐渐缩小的进气通道。伸缩隔件将涡壳喉管分隔为第一半通道和第二半通道，比如，当本发明中的涡轮增压器用于四缸发动机上时，其中第一半通道可以与第一气缸和第四气缸的排气歧管连通，第二半通道与第二气缸和第三气缸的排气歧管相连通。需要说明的是，伸缩隔件能够沿进气通道的进气方向伸出，也能够沿进气方向相反的方向缩回，当伸缩隔件沿进气通道的进气方向伸出时，由于涡轮喉管为沿进气方向逐渐缩小的结构，而且第一半通道和第二半通道不仅被分隔开的长度较长，而且出气端的开口较小，相当于以脉冲增压的方式提高涡轮低速响应及低速扭矩，避免涡轮迟滞的问题。当在高速工况时，高温气体能力足以推动涡轮做功，这时需要稳定气压的高温气体持续做功，故可以控制伸缩隔件向进气方向相反的方向缩回，由于第一半通道和第二半通道的隔开长度较短，而且隔开位置的通道截面较大，可以视为二者为两个相互连通的通道，相当于定压增压的方式进行涡轮增压，进而可以提供稳定压力气体推动涡轮做功，同时涡前压力相应降低，利于缸内排气，提升高速时的功率及稳定性。本方案就是通过可变流道方案将两种增压方式结合起来，在低速工况采用脉冲增压以提高低速发动机低速响应性及提高扭矩，在高速工况采用定压增压方式以提升发动机功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中定压增压系统示意图；

图2为现有技术中定压增压式涡轮增压器示意图；

图3为现有技术中脉冲增压系统示意图；

图4为现有技术中脉冲增压式涡轮增压器示意图；

图5为本发明实施例中涡轮增压器示意图；

图6为本发明实施例中涡轮增压器内部示意图；

涡壳喉管—11、伸缩隔件—12、第一半通道—13、第二半通道—14、梯形板—15、空压机—16。

具体实施方式

本具体实施方式的目的在于提供一种发动机的涡轮增压器，其一方面能够解决低速下涡轮迟滞的问题，另一方面能够解决高速下叶轮转速不稳的问题。本具体实施方式的目的还在于提供一种包括上述涡轮增压器的发动机和上述涡轮增压器的控制方法。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

请参考图5和图6，本发明提供的发动机的涡轮增压器，包括涡壳喉管11和设置在涡壳喉管11内的伸缩隔件12。

涡壳喉管11与涡轮相连通，用于导流高压气体使涡轮产生转动，涡壳喉管11设有横截面逐渐缩小的进气通道，进气通道用于与气缸的排气喉管相连。

伸缩隔件12将涡壳喉管11分隔为第一半通道13和第二半通道14，比如，当本发明中的涡轮增压器用于四缸发动机上时，其中第一半通道13可以与第一气缸和第四气缸的排气歧管连通，第二半通道14与第二气缸和第三气缸的排气歧管相连通。当然，本实施例中，涡轮增压器也可以用在其它类型的发动机上，比如，三缸发动机、六缸发动机等，具体设置方式可以与现有技术中的脉冲增压式涡轮增压器设置方式相类似。

需要说明的是，伸缩隔件12能够沿进气通道的进气方向伸出，也能够沿与进气方向相反的方向缩回，当伸缩隔件12沿进气通道的进气方向伸出时，由于涡轮喉管为沿进气方向逐渐缩小的结构，而且第一半通道13和第二半通道14不仅被分隔开的长度较长，而且出气端的开口较小，相当于以脉冲增压的方式提高涡轮低速响应及低速扭矩，避免涡轮迟滞的问题。

当在高速工况时，高温气体能力足以推动涡轮做功，这时需要稳定气压的高温气体持续做功，故可以控制伸缩隔件12向进气方向相反的方向缩回，由于第一半通道13和第二半通道14的隔开长度较短，而且隔开位置的通道截面较大，可以视为二者为两个相互连通的通道，相当于定压增压的方式进行涡轮增压，进而可以提供稳定压力气体推动涡轮做功，同时涡前压力相应降低，利于缸内排气，提升高速时的功率及稳定性。

本方案就是通过可变流道方案将两种增压方式结合起来，在低速工况采用脉冲增压以提高低速发动机低速响应性及提高扭矩，在高速工况采用定压增压方式以提升发动机功率。

本实施例的优选方案中，上述伸缩隔件12是指隔件本体能够自身伸长或缩短，具体可如下所述设置。

伸缩隔件12的内部为空腔结构，伸缩隔件12靠近进气通道的入口的一端与涡壳喉管11固定连接、靠近进气通道的出口的一端为自由端。用于控制伸缩隔件12伸缩的控制装置包括能够向空腔结构内提供高压气体的空压机16，当空压机16向所述空腔结构提供高压气体时，伸缩隔件12的自由端能够沿进气通道的进气方向伸出。

通过空压机16提供高压气体，高压气体充入到伸缩隔件12内部时，在高压气体的压力作用下，伸缩隔件12的自由端能够沿进气通道的进气方向伸出，进而可以增加第一半通道13和第二半通道14的隔开距离，当空压机16提供负压气体时，在负压气体的作用下，能够使伸缩隔件12的自由端缩回。

伸缩隔件12可以包括多个可伸缩地套在一起的梯形板15，各个梯形板15伸出时两侧边均与进气通道的侧壁接触，如此设置，当各个梯形板15都伸展开来时，形成一个整体梯形结构，该整体梯形结构的两侧与涡壳喉管11的内侧壁接触，进而可以将进气通道分隔成第一半通道13和第二半通道14。

另外，为了保证高压气体能够使梯形板15能够伸缩，各个梯形板15内部为长方体空腔，且相邻的两个梯形板15的长方体空腔相连通，长方体空腔的侧壁与其内部的梯形板15可相对滑动地密闭接触。长方体空腔的宽度与其内部的梯形板15的底边的宽度相等。

为了防止梯形板15相互脱离，在长方体空腔内可以设有供气内部的梯形板15的底边的两端滑动的滑槽，而且滑槽的两端封闭，当梯形板15伸缩至最高位置或最低位置时，梯形板15的底边与滑槽的封闭端相抵，避免脱离。

进一步地，进气通道的内侧设有与伸缩隔件12相配合的滑槽。这样，能够保证伸缩隔件12沿滑槽的方向进行伸缩，保证了伸缩隔件12伸缩过程中的稳定性。

本实施例中，第一半通道13和第二半通道14的横截面可以相等，当然，在其它实施例中，也可根据实际情况具体设定，比如，对于单数气缸的发动机，第一半通道13和第二半通道14的横截面积可以根据与排气歧管的连通数量进行设定。

本实施例中，第一涡壳喉管11的侧壁设有与最底层的梯形板15的长方体空腔相连通的空气管，空气管与空压机16相连。

空压机16通过空气管与最底层的梯形板15的长方体空腔相连，向最底层的梯形板15提供高压气体，进而便于将梯形板15由下至上逐层推出。

本实施例还提供了一种用于控制如上实施例中所述的涡轮增压器，包括步骤：

在低速工况需要涡轮增压器介入的时，则控制伸缩隔件12沿进气通道的进气方向伸出；

在高速工况时，则控制伸缩隔件12沿与进气通道的进气方向相反的方向缩回。

具体控制过程可以通过行车电脑来控制，且低速工况和高速工况的具体设置参数可以根据实际情况具体设定。

本实施例还提供了一种发动机，设有涡轮增压器，该涡轮增压器为如上实施例中所述的涡轮增压器。如此设置，本实施例提供的发动机，其一方面能够解决低速下涡轮迟滞的问题，另一方面能够解决高速下叶轮转速不稳的问题。该有益效果的推导过程与上述涡轮增压器所带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

本具体实施方式采用递进方式对各个实施例进行了展开介绍，各个实施例可以为单独的实施例，也可相互叠加，本文不再进行一一说明。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种发动机的涡轮增压器，其特征在于，包括：

涡壳喉管，设有沿进气方向横截面逐渐缩小的进气通道；

伸缩隔件，所述伸缩隔件沿进气方向可伸缩地设置在所述进气通道内、且将所述进气通道分隔为第一半通道和第二半通道；

用于控制所述伸缩隔板伸缩的控制装置；

所述伸缩隔件的内部为空腔结构，所述伸缩隔件靠近所述进气通道的入口的一端与所述涡壳喉管固定连接、靠近所述进气通道的出口的一端为自由端，所述控制装置包括能够向所述空腔结构内提供高压气体的空压机，当所述空压机向所述空腔结构提供高压气体时，所述伸缩隔件的自由端能够沿所述进气通道的进气方向伸出。

2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述伸缩隔件包括多个可伸缩地套在一起的梯形板，各个所述梯形板伸出时两侧边均与所述进气通道的侧壁接触；各个所述梯形板内部为长方体空腔，且相邻的两个所述梯形板的长方体空腔相连通，所述长方体空腔的侧壁与其内部的梯形板可相对滑动地密闭接触。

3.如权利要求2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述进气通道的内侧壁设有与所述伸缩隔件相配合的滑槽。

4.如权利要求1所述涡轮增压器，其特征在于，所述第一半通道和所述第二半通道的横截面积相等。

5.如权利要求2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述涡壳喉管的侧壁设有与最底层的所述梯形板的长方体空腔相连通的空气管，所述空气管与所述空压机相连。

6.一种发动机，设有涡轮增压器，其特征在于，所述涡轮增压器为如权利要求1-5任一项所述的涡轮增压器。

7.如权利要求6所述的发动机，其特征在于，所述发动机为四缸发动机，其依次设置有第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸，其中，第一气缸和第四气缸的排气歧管与所述第一半通道连通，第二气缸和第三气缸的排气歧管和第二半通道连通。

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