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CN112627995B - 一种增压汽油机及其调节管路和调节方法 - Google Patents

一种增压汽油机及其调节管路和调节方法 Download PDF

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CN112627995B CN201910905914.5A CN201910905914A CN112627995B CN 112627995 B CN112627995 B CN 112627995B CN 201910905914 A CN201910905914 A CN 201910905914A CN 112627995 B CN112627995 B CN 112627995B
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Abstract

本发明涉及一种增压汽油机及其调节管路和调节方法，其中，增压汽油机的调节管路包括引气管路和设于引气管路的第一调节阀，述第一调节阀与ECU连接，引气管路的一端与三元催化器的催前端连通；当三元催化器的催前端的气体的过量空气系数小于预设值时，ECU控制第一调节阀的开度并通过引气管路向催前端通入空气。在不影响增压器保护以及发动机功率指标的同时，能够保证增压汽油机的三元催化器的处理效率，进而保证该增压汽油机的排放符合标准。

Description

一种增压汽油机及其调节管路和调节方法
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体涉及一种增压汽油机及其调节管路和调节方法。
背景技术
当今内燃机排放和油耗法规越来越严，节能减排是内燃机发展的主流方向。
目前车用汽油机主流后处理装置是三元催化器，但是三元催化器只能处理lambda(过量空气系数)的数值在1附近的废气，如果lambda偏离1过大(如燃油过量、加浓)则三元催化器的处理效率将大大下降。一般由于增压器保护的原因，增压汽油机在高速大负荷一般需要加浓来降低排温，导致三元催化器处理效率降低，气态排放恶化。
GB6b法规加入了RDE(实际驾驶工况)循环要求，RDE循环下，汽油机经常运行到加浓区，此时排放容易超标。通常的应对方法是降低发动机外特性，舍弃加浓区，但这也意味着发动机功率指标的降低。
因此，如何在不影响增压器保护以及发动机功率指标的同时，能够保证增压汽油机的三元催化器的处理效率，进而保证该增压汽油机的排放符合标准，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种增压汽油机及其调节管路和调节方法，在不影响增压器保护以及发动机功率指标的同时，能够保证增压汽油机的三元催化器的处理效率，进而保证该增压汽油机的排放符合标准。
为解决上述技术问题，本发明提供一种增压汽油机的调节管路，其包括引气管路和设于所述引气管路的第一调节阀，述第一调节阀与ECU连接，所述引气管路的一端与三元催化器的催前端连通；当所述三元催化器的催前端的气体的过量空气系数小于预设值时，所述ECU控制所述第一调节阀的开度并通过所述引气管路向所述催前端通入空气。
通过该氧传感器检测催前端的气体中的氧含量，并将该氧含量的检测结果反馈至ECU，ECU根据该氧含量计算过量空气系数的数值(lambda)，然后将该计算结果lambda与预设值相比较，若该lambda小于预设值，则说明催前端的气体中的空气含量(氧含量)不足，燃油过量(加浓)，此时，ECU打开并调节第一调节阀的开度，并通过引气管路向催前端补入空气，然后再根据补入空气后的催前端的气体中的氧含量计算lambda并与预设值相比较，若lambda达到预设值则调节结束，若lambda仍小于预设值，则增大第一调节阀的开度、再次计算lambda并与预设值相比较，直至催前端的气体的lambda达到预设值。
也就是说，增压汽油机在高速大负荷时通过加浓降低排温等原因导致催前端的原气体(推动增压汽油机的涡轮做功后的废气)的lambda小于预设值，即原气体的空气含量不足时，通过引气管路向催前端补入空气，补入的空气和原气体一同由催前端通入三元催化器，可提高通入三元催化器内的气体中的空气含量，氧传感器实时检测催前端的氧含量，ECU实时计算催前端的lambda并逐渐增大第一调节阀的开度，直至催前端的气体的lambda满足预设值时保持第一调节阀的开度即可，进而可有效保证该三元催化器的处理效率。
该增压汽油机的调节管路，在原始增压汽油机的结构基础上，仅通过增设引气管路和第一调节阀，即可在催前端的气体lambda小于预设值时，调节由催前端通入三元催化器的气体lambda使其达到预设值，保证该三元催化器的处理效率，结构简单、便于实现。
可选地，所述引气管路连通于所述催前端和增压器的压后端。
可选地，还包括排气管路和设于所述排气管路的第二调节阀，所述第二调节阀与所述ECU连接，所述排气管路的一端连通于所述压后端；当所述过量空气系数不小于所述预设值且增压汽油机的节气门未全开时，所述ECU控制所述第二调节阀的开度并通过所述排气管路排出所述压后端的空气。
可选地，所述排气管路连通于所述压后端和所述三元催化器的催后端。
可选地，所述调节管路包括三通阀、与所述压后端连通的第一支路、与所述催前端连通的第二支路以及与所述催后端连通的第三支路；所述第一支路和所述第二支路通过所述三通阀串联形成所述引气管路，所述第一支路和所述第三支路通过所述三通阀串联形成所述排气管路；所述第一支路设有调节阀，所述调节阀形成所述第一调节阀和所述第二调节阀。
可选地，所述第一支路设有与所述ECU连通的流量检测单元，用于检测所述引气管路和所述排气管路的通气量。
可选地，所述流量检测单元为设于所述调节阀的两端的压差传感器。
可选地，所述第一支路设有单向阀，所述单向阀的流向由所述第一支路向所述第二支路和第三支路。
本发明还提供了一种增压汽油机，其包括三元催化器、增压器和如上所述的调节管路，所述三元催化器的催前端设有氧传感器。
具有如上所述的调节管路的增压汽油机，其技术效果与上述调节管路的技术效果类似，为节约篇幅，在此不再赘述。
本发明还提供了一种增压汽油机的调节方法，其包括如下步骤：
S1：检测三元催化器的催前端的气体的氧含量；
S2：根据所述氧含量计算过量空气系数；
S3：当所述过量空气系数小于预设值，通过引气管路向所述催前端补充空气，并逐渐增加补充空气量直至所述过量空气系数达到所述预设值。
增压汽油机在高速大负荷时通过加浓降低排温等原因导致催前端的原气体(推动增压汽油机的涡轮做功后的废气)的lambda小于预设值，即原气体的空气含量不足时，通过引气管路向催前端补入空气，所补入的空气和原气体一同由催前端通入三元催化器，可提高通入三元催化器内的气体中的空气含量。
具体的，氧传感器实时检测催前端的氧含量，实时计算催前端的气体的lambda并逐渐增大补充的空气量，直至催前端的气体的lambda满足预设值，进而可有效保证该三元催化器的处理效率。
可选地，在步骤S3中，所述通过引气管路向所述催前端补充空气，是指通过所述引气管路将增压器的压后端的空气引入所述催前端。
可选地，在步骤S2之后还包括步骤S4：当所述过量空气系数不小于预设值且增压汽油机的节气门未全开时，通过排气管路将增压机的压后端的空气排出，逐渐增大排出空气量并同时增大节气门的开度直至所述节气门全开。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的增压汽油机的结构示意图；
图2是本发明实施例所提供的增压汽油机的调节方法的流程框图；
图3是本发明实施例所提供的增压汽油机的调节原理图。
附图1-3中，附图标记说明如下：
1-第一支路；2-第二支路；3-第三支路；4-三通阀；5-调节阀；6-压差传感器；7-单向阀；10-三元催化器，11-催前端，12-催后端；20-增压器，21-压轮，22-涡轮，23-压后端；30-节气门；40-ECU；50-氧传感器。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，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。
请参考图1-3，图1是本发明实施例所提供的增压汽油机的结构示意图；图2是本发明实施例所提供的增压汽油机的调节方法的流程框图；图3是本发明实施例所提供的增压汽油机的调节原理图。
本发明实施例提供了一种增压汽油机及其调节管路，其中，如图1所示，增压汽油机包括增压器20、三元催化器10和上述调节管路，三元催化器10的催前端11设有氧传感器50。
具体的，该增压汽油机的调节管路包括引气管路和设于引气管路的第一调节阀，引气管路的一端与三元催化器10的催前端11连通，用于向催前端11补充空气，第一调节阀与ECU40连接。
本文中，增压器20的压后端23是指增压器20朝向压轮21的一端，即增压后的一端；三元催化器10的催前端11是指未经催化前的一端，即该三元催化器10的进气端；三元催化器10的催后端12是指经过催化后的一端，即三元催化器10的出气端；过量空气系数的预设值可根据增压汽油机的具体结构、参数等进行调节，该预设值可以是一个具体的数值(如1)，也可以是一个数值范围(如0.95-1.05)均可，在此不做具体限制。
氧传感器50用于检测催前端11的气体的氧含量，通过该氧传感器50检测催前端11的气体中的氧含量，并将该氧含量的检测结果反馈至ECU40，ECU40根据该氧含量计算过量空气系数的数值(lambda)，然后将该计算结果lambda与预设值相比较，若该lambda小于预设值，则说明催前端11的气体中的空气含量(氧含量)不足，燃油过量(加浓)，此时，ECU40打开并调节第一调节阀的开度，并通过引气管路向催前端11补入空气，然后再根据补入空气后的催前端11的气体中的氧含量计算lambda并与预设值相比较，若lambda达到预设值则调节结束，若lambda仍小于预设值，则增大第一调节阀的开度、再次计算lambda并与预设值相比较，直至催前端11的气体的lambda达到预设值。
也就是说，增压汽油机在高速大负荷时通过加浓降低排温等原因导致催前端11的原气体(推动增压汽油机的涡轮22做功后的废气)的lambda小于预设值，即原气体的空气含量不足时，通过引气管路向催前端11补入空气，补入的空气和原气体一同由催前端11通入三元催化器10，可提高通入三元催化器10内的气体中的空气含量，氧传感器50实时检测催前端11的氧含量，ECU40实时计算催前端11的lambda并逐渐增大第一调节阀的开度，直至催前端11的气体的lambda满足预设值时保持第一调节阀的开度即可，进而可有效保证该三元催化器10的处理效率。
本实施例所提供的增压汽油机的调节管路，在原始增压汽油机的结构基础上，仅通过增设引气管路和第一调节阀，即可在催前端11的气体lambda小于预设值时，调节由催前端11通入三元催化器10的气体lambda使其达到预设值，保证该三元催化器10的处理效率，结构简单、便于实现。
在上述实施例中，引气管路连通于催前端11和增压器20的压后端23，也就是说，引气管路是将增压后的空气通入催前端11，或者，本实施例中，该引气管路还可以将外部空气补入催前端11，同样可以实现调节催前端11的气体的lambda。
而将引气管路连通于催前端11和增压器20的压后端23时，由于增压后的空气压力增大，使得引气管路朝向压后端23的一侧的压力大于朝向催前端11的一侧的压力，即压后端23和催前端11存在压差，因此，ECU40仅需调节第一调节阀的开度，增压后的空气会在压差的作用下向催前端11一侧流动，无需另设泵等驱动部件，可简化整体结构。
并且，通过引气管路将增压后的气体通入催前端11时，需要适当增大该增压汽轮机的节气门30的开度，如此一来可减少节流损失，降低油耗。
在上述实施例中，调节管路还包括排气管路和设于排气管路的第二调节阀，其中，第二调节阀与ECU40连接，排气管路的一端连通于增压器20的压后端23，用于排出增压后的空气。具体的，当上述lambda不小于预设值且增压汽油机的节气门30未全开时，ECU40控制第二调节阀的开度并通过所述排气管路排出增压器20的压后端23的气体。
详细的讲，当上述lambda不小于预设值时，可保证三元催化器10的处理效率，此时，引气管路无需工作，并且如果此时增压汽油机的节气门30全开，则排气管路也无需工作，如果此时增压汽油机的节气门30未全开，ECU40可同时逐渐增大第二调节阀的开度和节气门30的开度，节气门30的开度增大，则进入则增压器20的进气量增大，而通过排气管路将增压后的空气排出，第二调节阀的开度增大，排气量增大，并且排气开始前(第二调节阀开度和节气门30开度增大之前)和排气开始后(第二调节阀开度和节气门30开度增大之后)的增压汽油机的所需气量不变，因此，通过调节节气门30的开度和第二调节阀的开度，保持进气量的增加和排气量平衡，并且发动机能够维持在原转速/负荷直至节气门30全开。如果中途发动机转速/负荷发生变化则停止，进而保证不会对该增压汽油机的工作情况造成影响。
也就是说，在原始增压汽油机的结构基础上，仅通过增设排气管路和第二调节阀，即可在保证正常工作的基础上，增大该增压汽油机的节气门30的开度，减少节流损失，降低油耗，其结构简单、便于实现。
进一步的，排气管路连通于压后端23和三元催化器10的催后端12，也就是说，排气管路将增压后的空气和三元催化器10处理后的气体一同排出并进入消声器，如此设置，可减少该增压汽油机的出气口，减少对原有结构的改动，简化整体结构。
在上述实施例中，该调节管路包括三通阀4以及分别与该三通阀4连通设置的第一支路1、第二支路2和第三支路3，其中，第一支路1和第二支路2串联形成上述引气管路，第一支路1和第三支路3串联形成上述排气管路。也就是说，第一支路1和压后端23连通，第二支路2与催前端11连通，第三支路3与催后端12连通。
并且，第一支路1设有调节阀5，当第一支路1和第二支路2连通时，该调节阀5为上述第一调节阀，当第一支路1和第三支路3连通时，该调节阀5为上述第二调节阀，也就是说，引气管路和排气管路共用同一调节阀5和第一支路1，可简化整体结构，便于在增压汽油机内部对该调节管路进行布置。
在上述实施例中，第一支路1设有流量监测单元，用于检测引气管路和排气管路的通气量，该流量检测单元与ECU40连通并将其所检测的结果反馈至ECU40，便于获知从压后端23引出的空气，辅助ECU40监控对lambda的调节情况以及节气门30的开度的调节情况。并且该流量检测单元的设置还便于对该调节管路进行监控，避免由于氧传感器50失效等情况导致引气系统异常。
具体的，当引气管路和排气管路为两条相互独立的管路时，引气管路和排气管路可分别设置流量检测单元，而当引气管路和排气管路共用第一支路1时，可在第一支路1设置流量检测单元，以简化整体结构。
进一步的，该流量检测单元为设于调节阀5的两端的压差传感器6，用于检测调节阀5两端的压差，并根据压差计算流经该第一支路1内的空气流量。或者，本实施例中，还可以将流量检测单元设置为压差传感器6相较于空气流量计等其它计量部件来说，经济性好。
在上述实施例中，第一支路1设有单向阀7，该单向阀7的流向由第一支路1向第二支路2和第三支路3，避免催前端11的气体和催后端12的气体倒流至压后端23。
另外，本发明实施例还提供了一种增压汽油机的调节方法，具体的，如图2所示，该增压汽油机的调节方法包括如下步骤：
S1：检测三元催化器10的催前端11的气体的氧含量。
在三元催化器10的催前端11设置氧传感器50，用于检测催前端11的气体的氧含量，即通入三元催化器10的气体的氧含量。
S2：根据上述氧含量计算过量空气系数。
氧传感器50将步骤S1中检测到的氧含量反馈至ECU40，ECU40根据氧含量计算当前的过量空气系数(lambda)。
S3：当过量空气系数小于预设值，通过引气管路向催前端11补充空气，并逐渐增加补充空气量直至过量空气系数达到预设值。
将步骤S2中获得的lambda与预设值相比较，若该lambda小于预设值，则说明气体中的空气含量(氧含量)不足，燃油过量(加浓)，此时，向催前端11补充空气，然后再根据补入空气后的催前端11的气体中的氧含量计算lambda并与预设值相比较，若lambda达到预设值则调节结束，若lambda仍小于预设值，则增大引气管路的第一调节阀(即上述调节阀5)的开度、再次计算lambda并与预设值相比较，直至催前端11的气体的lambda达到预设值。
也就是说，增压汽油机在高速大负荷时通过加浓降低排温等原因导致催前端11的原气体(推动增压汽油机的涡轮22做功后的废气)的lambda小于预设值，即原气体的空气含量不足时，通过引气管路向催前端11补入空气，所补入的空气和原气体一同由催前端11通入三元催化器10，可提高通入三元催化器10内的气体中的空气含量。
具体的，氧传感器50实时检测催前端11的氧含量，实时计算催前端11的气体的lambda并逐渐增大补充的空气量，直至催前端11的气体的lambda满足预设值，进而可有效保证该三元催化器10的处理效率。
在上述实施例中，在步骤S3中，向催前端11补充空气，是指通过引气管路将增压器20的压后端23的空气引入催前端11，也就是说，该引气管路连接于压后端23和催前端11，能够将增压后的空气补入催前端11。或者，本实施例中，该引气管路还可以将外部空气补入催前端11，同样可以实现调节催前端11的气体的lambda。
而将引气管路连通于催前端11和增压器20的压后端23时，由于增压后的空气压力增大，使得引气管路朝向压后端23的一侧的压力大于朝向催前端11的一侧的压力，即压后端23和催前端11存在压差，使得增压后的空气会在压差的作用下向催前端11一侧流动，无需另设泵等驱动部件，可简化整体结构。
并且，通过引气管路将增压后的气体通入催前端11时，需要适当增大该增压汽轮机的节气门30的开度，如此一来可减少节流损失，降低油耗。
在上述实施例中，如图2所示，在步骤S2之后还包括S4：当过量空气系数不小于预设值且增压汽油机的节气门30未全开时，通过排气管路将增压机的压后端23的空气排出，逐渐增大排出空气量并同时增大节气门30的开度直至节气门30全开。
详细的讲，当上述lambda不小于预设值时，可保证三元催化器10的处理效率，引气管路无需工作，此时，如果增压汽油机的节气门30全开，则排气管路无需工作，如果此时增压汽油机的节气门30未全开，可同时逐渐增大排气管路的排气量(增大上述第二调节阀的开度，即调节阀5的开度)和节气门30的开度，使得进入增压器20的进气量增大，同时通过排气管路将增压后的空气排出的排气量增大，并且排气开始前和排气开始后的增压汽油机的所需气量不变，因此，通过调节节气门30的开度和调节阀5的开度，保持进气量的增加和排气量平衡，并且发动机能够维持在原转速/负荷直至节气门30全开。如果中途发动机转速/负荷发生变化则停止，进而保证不会对该增压汽油机的工作情况造成影响。而增大该增压汽油机的节气门30的开度，可减少节流损失，降低油耗。
参考图3，在同一工况下，实时检测并计算催前端11的气体的lambda，当lambda小于预设值时，通过引气管路(第一支路1和第二支路2连通)对该增压汽油机中的三元催化器10的催前端11的气体的空气量进行调节，使得催前端11的lambda达到(不小于)预设值以保证该三元催化器10的处理效率，然后停止调节(保持调节阀5的开度不变)，而当工况改变，则重新检测并计算催前端11的气体的lambda，若lambda小于预设值时，则按照上述方法再次通过引气管路对催前端11补充气体。
若lambda不小于预设值且调节阀5处于关闭状态(即未对催前端11进行补充气体调节)，此时，若节气门30全开，则关闭调节阀5即不做任何调节，若节气门30未全开，则通过排气管路(第一支路1和第三支路3连通)排出增压器20的压后端23的空气，同时增大节气门30的开度直至节气门30全开时停止调节，保持调节阀5的开度不变，节气门30的开度增大可减少节流损失，降低油耗，在逐渐增大调节阀5的开度和节气门30的开度的同时，观察发动机是否能够维持原转速/负荷，若达到发动机维持原转速/负荷的临界值时，停止调节，保持调节阀5的开度不变。
以上仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种增压汽油机的调节管路，其特征在于，包括引气管路和设于所述引气管路的第一调节阀，述第一调节阀与ECU(40)连接，所述引气管路的一端与三元催化器(10)的催前端(11)连通；
当所述三元催化器(10)的催前端(11)的气体的过量空气系数小于预设值时，所述ECU(40)控制所述第一调节阀的开度并通过所述引气管路向所述催前端(11)通入空气；
所述引气管路连通于所述催前端(11)和增压器(20)的压后端(23)；
还包括排气管路和设于所述排气管路的第二调节阀，所述第二调节阀与所述ECU(40)连接，所述排气管路的一端连通于所述压后端(23)；
当所述过量空气系数不小于所述预设值且增压汽油机的节气门(30)未全开时，所述ECU(40)控制所述第二调节阀的开度并通过所述排气管路排出所述压后端(23)的空气。
2.根据权利要求1所述的调节管路，其特征在于，所述排气管路连通于所述压后端(23)和所述三元催化器(10)的催后端(12)。
3.根据权利要求2所述的调节管路，其特征在于，所述调节管路包括三通阀(4)、与所述压后端(23)连通的第一支路(1)、与所述催前端(11)连通的第二支路(2)以及与所述催后端(12)连通的第三支路(3)；
所述第一支路(1)和所述第二支路(2)通过所述三通阀(4)串联形成所述引气管路，所述第一支路(1)和所述第三支路(3)通过所述三通阀(4)串联形成所述排气管路；
所述第一支路(1)设有调节阀(5)，所述调节阀(5)形成所述第一调节阀和所述第二调节阀。
4.根据权利要求3所述的调节管路，其特征在于，所述第一支路(1)设有与所述ECU(40)连通的流量检测单元，用于检测所述引气管路和所述排气管路的通气量。
5.根据权利要求4所述的调节管路，其特征在于，所述流量检测单元为设于所述调节阀(5)的两端的压差传感器(6)。
6.根据权利要求3所述的调节管路，其特征在于，所述第一支路(1)设有单向阀(7)，所述单向阀(7)的流向由所述第一支路(1)向所述第二支路(2)和第三支路(3)。
7.一种增压汽油机，其特征在于，包括三元催化器(10)、增压器(20)和如权利要求1-6任一项所述的调节管路，所述三元催化器(10)的催前端(11)设有氧传感器(50)。
8.一种增压汽油机的调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：检测三元催化器(10)的催前端(11)的气体的氧含量；
S2：根据所述氧含量计算过量空气系数；
S3：当所述过量空气系数小于预设值，通过引气管路向所述催前端(11)补充空气，并逐渐增加补充空气量直至所述过量空气系数达到所述预设值；
在步骤S3中，所述通过引气管路向所述催前端(11)补充空气，是指通过所述引气管路将增压器(20)的压后端(23)的空气引入所述催前端(11)；
在步骤S2之后还包括步骤S4：当所述过量空气系数不小于预设值且增压汽油机的节气门(30)未全开时，通过排气管路将增压机的压后端(23)的空气排出，逐渐增大排出空气量并同时增大节气门(30)的开度直至所述节气门(30)全开。
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