CN112211717B - 发动机用带电动增压的多级增压柔性空气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发动机用带电动增压的多级增压柔性空气系统，包括电动增压器、发动机、涡轮增压器、储气罐、控制器；进气口通过管道与电动增压器的第一压气机的进气端相连通，进气口通过管道与涡轮增压器的第二压气机的进气端相连通且该管道上设置有单向阀；第一压气机的出气端与第二压气机的进气端通过管道相连通；第二压气机的出气端通过管道经进气中冷器和进气加热器与发动机的进气管相连通；发动机的出气管与涡轮增压器的涡轮进气端相连通；控制器的输出端与电动增压器的电动机电连接；电动机用于驱动第一压气机的运转；涡轮增压器的涡轮通过发动机的出气管的排气能量驱动第二压气机运转。
Description
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种发动机用带电动增压的多级增压柔性空气系统。
背景技术
涡轮增压，是一种利用发动机运行产生的废气驱动空气压缩机的技术。增压的目的是为了在不增加发动机排量的情况下增加发动机进气量，增大发动机等效压缩比，从而增加发动机功率密度和扭矩密度。
发动机工作时，排出的高温高压废气以一定角度高速冲击涡轮叶片，推动涡轮高速旋转，涡轮又带动同轴的压气机叶轮高速旋转，使空气增压进入汽缸。当发动机转速增加时，废气排出速度与涡轮转速同步增加，叶轮压缩更多的空气进入汽缸。空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，就可以增加发动机的平均有效压力。
一般涡轮增压发动机在低转速时由于废气能力不足导致增压压力不足，限制喷油量增加，造成低转速扭矩性能差，这对汽车的动力性能是不利的。
涡轮增压不能同时兼顾低速与高速性能，缩小增压器涡壳会改善低转速性能，但是为了使增压器高转速不超速，采用废气旁通把发动机的一部分排气旁通掉，从而损失一部分废气能量，导致效率下降。另一方面，增大增压器涡壳会改善高转速性能，但会导致低转速时效率和响应性能恶化。
由于涡轮增压器存在气动滞后现象，导致发动机低转速响应迟缓。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种发动机用带电动增压的多级增压柔性空气系统，利用电动增压、整车储气系统供气的快速响应能力，解决涡轮增压器的气动滞后问题，改善发动机动态响应性能。
本发明采用的技术方案是：一种发动机用带电动增压的多级增压柔性空气系统，其特征在于：包括电动增压器、发动机、涡轮增压器、储气罐、控制器；进气口通过管道与电动增压器的第一压气机的进气端相连通，进气口通过管道与涡轮增压器的第二压气机的进气端相连通且该管道上设置有单向阀；第一压气机的出气端与第二压气机的进气端通过管道相连通；储气罐的出气端通过管道与第一压气机的进气端相连通且该管道上设置与压缩空气喷嘴；第二压气机的出气端通过管道经进气中冷器和进气加热器与发动机的进气管相连通；发动机的出气管与涡轮增压器的涡轮进气端相连通；涡轮增压器的出气端与外部空气相连通；控制器的输出端与电动增压器的电动机电连接，用于控制其工作状态；电动机用于驱动第一压气机的运转；涡轮增压器的涡轮通过发动机的出气管的排气能量驱动第二压气机运转；进气中冷器两端并联有中冷旁通阀；发动机的进气管设置有进气温度传感器和压力传感器；涡轮增压器的出气端设置有出气温度传感器；其中压力传感器、进气温度传感器和出气温度传感器与控制器的输入端电连接；控制器的输出端与压缩空气喷嘴、中冷旁通阀和进气加热器电连接，控制器基于车辆状态信息驱动三者工作状态的变化。
上述技术方案中，所述储气罐包括两个，两个储气罐通过管道相连通，且该管道上设置有四回路保护阀。
上述技术方案中，单向阀默认处于常闭位置；当电动增压器不工作时，单向阀入口压力大于出口压力，空气通过单向阀和第二压气机导入发动机；当电动增压器工作时，空气分别通过单向阀和第一压气机后经第二压气机导入发动机；当单向阀出口与入口的压力差大于截止压力时，单向阀全关，空气通过第一压气机直接导入第二压气机。
上述技术方案中，压缩空气喷嘴默认处于常闭位置；控制器根据车辆状态驱动压缩空气喷嘴开启或闭合。
上述技术方案中，压力传感器实时检测发动机进气压力并将压力信息反馈至控制器，控制器根据压力信息对当前的发动机进气量需求信息做出判断。
上述技术方案中，若判断发动机处于急加速等进气量需求快速增大的工况运行，需要辅助进气，则控制器通过发动机转速、加速踏板开度、进气增压中冷后压力信息，依据预先设定好的控制参数，控制电动增压器的电动机在需求转速运行，驱动第一压气机压缩空气；并且控制压缩空气喷嘴进行周期性开启、关闭控制，储气系统按需求气量供气。
上述技术方案中，若控制器判断发动机处于低转速大扭矩的进气量需求大的工况运行，需要增大进气量，则控制器控制电动增压器的电动机运行，驱动第一压气机对进气进行增压。当电动增压器的电动机运行时，若压力传感器检测到发动机的进气压力低于最低阈值，则控制器控制压缩空气喷嘴开启，驱动储气罐供气。
上述技术方案中，中冷旁通阀默认处于常闭位置；进气温度传感器实时检测进气温度并反馈至控制器，排气温度传感器实时检测排气温度并反馈至控制器；控制器根据进气温度和排气温度对当前的发动机进气温度需求信息做出判断，若判断发动机需要提高进气温度，则控制器依据需求的进气温度，闭环调节中冷旁通阀的开度。
上述技术方案中，进气加热器默认处于断电状态；如果中冷旁通阀的开度已达到全开位置，进去温度传感器检测进气温度仍低于需求温度下限值，则控制器驱动进气加热器通电加热进气；当进气温度传感器检测进气温度高于需求温度上限值，控制进气加热器断电。
本发明采用电动增压、整车储气系统供气、废气涡轮增压、中冷旁通阀、进气加热器协同工作，实现发动机进气量和进气温度的柔性控制。
发动机进气量的柔性控制，在发动机低转速低扭矩时，由电动增压和储气系统供气提供大部分的增压压力。随着转速和扭矩的提高，涡轮增压器能使发动机获得更大的功率，与此同时，电动增压器的增压压力逐渐降低，储气系统停止供气。在高转速高扭矩时，由涡轮增压器提供所有的增压压力，此时电动增压器在进气管旁通阀的作用下完全与进气增压系统分离，减小进气阻力。
发动机进气温度的柔性控制，通过中冷旁通阀开度，调节增压后的高温进气与经过进气中冷器冷却后的低温进气的混合比例，控制发动机的进气温度，从而调节发动机排温，有利于提升排气后处理装置转化效率，降低污染物排放。另外，通过进气加热器脉冲式控制，实现加热功率的柔性调节，提升发动机进气温度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的控制方法流程图a；
图3为本发明的控制方法流程图b。
其中，1-发动机，2-单向阀，3-第一压气机，4-电动机，5-储气罐，6-压缩空气喷嘴，7-压力传感器，8-进气中冷器，9-第一压气机，10-中冷旁通阀，11-控制器，12-进气加热器，13-进气温度传感器，14-出气温度传感器，15-涡轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，本发明提供了一种发动机用带电动增压的多级增压柔性空气系统，其特征在于：包括电动增压器、发动机1、涡轮增压器、储气罐5、控制器11；进气口通过管道与电动增压器的第一压气机3的进气端相连通，进气口通过管道与涡轮增压器的第二压气机9的进气端相连通且该管道上设置有单向阀2；第一压气机3的出气端与第二压气机9的进气端通过管道相连通；储气罐5的出气端通过管道与第一压气机3的进气端相连通且该管道上设置与压缩空气喷嘴6；第二压气机9的出气端通过管道经进气中冷器8和进气加热器12与发动机1的进气管相连通；发动机1的出气管与涡轮增压器的涡轮15进气端相连通；涡轮增压器的出气端与外部空气相连通；控制器11的输出端与电动增压器的电动机4电连接，用于控制其工作状态；电动机4用于驱动第一压气机3的运转；涡轮增压器的涡轮15通过发动机1的出气管的排气能量驱动第二压气机9运转；进气中冷器8两端并联有中冷旁通阀10；发动机1的进气管设置有进气温度传感器13和压力传感器7；涡轮增压器的出气端设置有出气温度传感器14；其中压力传感器7、进气温度传感器13和出气温度传感器14与控制器11的输入端电连接；控制器11的输出端与压缩空气喷嘴6、中冷旁通阀10和进气加热器12电连接，控制器基于车辆状态信息驱动三者工作状态的变化。
上述技术方案中，所述储气罐5包括两个，两个储气罐通过管道相连通，且该管道上设置有四回路保护阀。控制器通过控制压缩空气喷嘴6的开闭，从而控制储气罐5中的压缩空气进入电动增压器的第一压气机3。控制器通过驱动电动机4的工作状态，驱动第一压气机3旋转，对进气进行增压。涡轮增压器通过由发动机1的排气能量驱动涡轮旋转，从而带动第二压气机9对进气进行增压。进气中冷器8对通过了压气机9的进气进行冷却。中冷旁通阀10调节通过压气机9的高温进气与通过进气中冷器8的低温进气的混合比例。进气加热器12对进入发动机1的进气进行加热，提高进气温度。
当电动增压器不工作时，单向阀2的入口压力大于出口压力，流经第二压气机9的进气通过单向阀2直接导入。当电动增压器工作时，因第一压气机3对进气进行增压，单向阀2的出口压力逐渐升高，通过第二压气机9的进气来自单向阀2和第一压气机3。当单向阀2出口与入口的压力差大于截止压力时，单向阀2全关，通过了第一压气机3的进气全量进入电动增压器的第二压气机9。
如图2所示，基于上述系统结构，本发明提供一种进气量控制方法，该方法包括以下步骤：
1、压缩空气喷嘴6默认处于常闭位置，气动单向阀2默认处于常闭位置。
2、通过压力传感器7实时检测发动机1进气压力，并由控制器11对当前的发动机进气量需求信息做出判断。若判断发动机处于急加速等进气量需求快速增大的工况运行，需要辅助进气，则控制器11通过发动机转速、加速踏板开度、进气增压中冷后压力等信息，依据预先设定好的控制参数，控制电动增压器的电动机4在需求转速运行，驱动第一压气机3压缩空气；并且控制压缩空气喷嘴6进行周期性开启、关闭控制，储气系统按需求气量供气；
3、若判断发动机处于低转速大扭矩等进气量需求大的工况运行，需要增大进气量，则控制器11控制电动机4运行，驱动第一压气机3对进气进行增压；当电动机4运行时，若压力传感器7检测到进气压力低于最低阈值，则控制压缩空气喷嘴6开启，储气系统按需求气量供气。
如图3所示，基于上述系统结构，本发明提供一种进气温度控制方法，该方法包括以下步骤：
1、中冷旁通阀10默认处于常闭位置，进气加热器12默认处于断电状态。
2、通过进气温度传感器13实时检测进气温度，通过排气温度传感器14实时检测排气温度，并由控制器11对当前的发动机进气温度需求信息做出判断。若判断发动机需要提高进气温度，则控制器11依据需求的进气温度，闭环调节中冷旁通阀10的开度；
3、如果中冷旁通阀10的开度已达到全开位置，进气温度传感器13检测进气温度低于需求温度下限值，则控制进气加热器12通电加热进气；进气温度传感器13检测进气温度高于需求温度上限值，控制进气加热器12断电。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (3)
1.一种发动机用带电动增压的多级增压柔性空气系统，其特征在于：包括电动增压器、发动机、涡轮增压器、储气罐、控制器；进气口通过管道与电动增压器的第一压气机的进气端相连通，进气口通过管道与涡轮增压器的第二压气机的进气端相连通且该管道上设置有单向阀；第一压气机的出气端与第二压气机的进气端通过管道相连通；储气罐的出气端通过管道与第一压气机的进气端相连通且该管道上设置与压缩空气喷嘴；第二压气机的出气端通过管道经进气中冷器和进气加热器与发动机的进气管相连通；发动机的出气管与涡轮增压器的涡轮进气端相连通；涡轮增压器的出气端与外部空气相连通；控制器的输出端与电动增压器的电动机电连接，用于控制其工作状态；电动机用于驱动第一压气机的运转；涡轮增压器的涡轮通过发动机的出气管的排气能量驱动第二压气机运转；进气中冷器两端并联有中冷旁通阀；发动机的进气管设置有进气温度传感器和压力传感器；涡轮增压器的出气端设置有出气温度传感器；其中压力传感器、进气温度传感器和出气温度传感器与控制器的输入端电连接；控制器的输出端与压缩空气喷嘴、中冷旁通阀和进气加热器电连接，控制器基于车辆状态信息驱动三者工作状态的变化；
单向阀默认处于常闭位置；当电动增压器不工作时，单向阀入口压力大于出口压力，空气通过单向阀和第二压气机导入发动机；当电动增压器工作时，空气分别通过单向阀和第一压气机后经第二压气机导入发动机；当单向阀出口与入口的压力差大于截止压力时，单向阀全关，空气通过第一压气机直接导入第二压气机；
中冷旁通阀默认处于常闭位置；进气温度传感器实时检测进气温度并反馈至控制器，出气温度传感器实时检测排气温度并反馈至控制器；控制器根据进气温度和排气温度对当前的发动机进气温度需求信息做出判断，若判断发动机需要提高进气温度，则控制器依据需求的进气温度，闭环调节中冷旁通阀的开度；
压力传感器实时检测发动机进气压力并将压力信息反馈至控制器，控制器根据压力信息对当前的发动机进气量需求信息做出判断；
若判断发动机处于急加速等进气量需求快速增大的工况运行，需要辅助进气，则控制器通过发动机转速、加速踏板开度、进气增压中冷后压力信息，依据预先设定好的控制参数，控制电动增压器的电动机在需求转速运行，驱动第一压气机压缩空气；并且控制压缩空气喷嘴进行周期性开启、关闭控制，储气系统按需求气量供气；
若控制器判断发动机处于低转速大扭矩的进气量需求大的工况运行，需要增大进气量，则控制器控制电动增压器的电动机运行，驱动第一压气机对进气进行增压；
当电动增压器的电动机运行时，若压力传感器检测到发动机的进气压力低于最低阈值，则控制器控制压缩空气喷嘴开启，驱动储气罐供气；
进气加热器默认处于断电状态；如果中冷旁通阀的开度已达到全开位置，进去温度传感器检测进气温度仍低于需求温度下限值，则控制器驱动进气加热器通电加热进气；当进气温度传感器检测进气温度高于需求温度上限值，控制进气加热器断电。
2.根据权利要求1所述的一种发动机用带电动增压的多级增压柔性空气系统，其特征在于：所述储气罐包括两个，两个储气罐通过管道相连通，且该管道上设置有四回路保护阀。
3.根据权利要求1所述的一种发动机用带电动增压的多级增压柔性空气系统，其特征在于压缩空气喷嘴默认处于常闭位置；控制器根据车辆状态驱动压缩空气喷嘴开启或闭合。
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