CN101245730B - 用于混合动力汽车的均质压燃汽油机进气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于混合动力汽车的均质压燃汽油机进气系统，压气机的出气口同时连接一条热通道和一条冷通道，热通道经过电气驱动装置、均质压燃汽油机、冷却水热交换器、发动机排气热交换器和节流阀与均质压燃汽油机的气缸相连接，冷通道通过另一个节流阀直接与气缸相连接。热通道中设有至少一个用于排空的旁通阀。充分利用混合动力车中电气驱动装置和均质压燃汽油机的特点，使它们在技术上形成互补，通过一个统一的空气流动系统，既满足电气驱动装置的散热要求，又能够控制发动机气缸的进气温度，从而克服了混合动力车中均质压燃汽油发动机因经常停机所带来的维持温度水平的困难。结合控制策略，可以较低成本进一步降低汽车平均油耗和排放。

Description

用于混合动力汽车的均质压燃汽油机进气系统
技术领域
本发明涉及混合动力汽车领域，具体涉及一种以均质压燃汽油机作为发动机的混合动力汽车的发动机进气系统。
背景技术
在混合动力汽车上使用均质压燃(HCCI)汽油机是很多汽车公司在考虑的选择方案。由于均质压燃汽油机具有大幅度提高发动机热效率的潜力，它的使用有可能进一步降低混合动力汽车的平均油耗。同时，由于均质压燃汽油机的氮氧化物排放极低，仅为常规汽油机排放的1-2％，使混合动力汽车排气后处理的负担大为减轻。否则在稀燃情况下，氮氧化物的后处理是个困难的任务。
均质压燃汽油机有很多不同的方案，节油效果也不同。专利号为US6295973B1的美国专利公开了一种优化动力型(OKP)均质压燃汽油机系统。通过单缸发动机台架实验证明，这种优化动力汽油机在一个典型的部分负荷工况(1500转/分，制动平均有效压力2.62bar)其燃油效率比常规电喷汽油机提高近50％。理论分析也证明，优化动力汽油机已接近活塞式发动机部分负荷热效率在技术上的上限。因此，在混合动力汽车上采用优化动力均质压燃汽油机可以进一步降低汽车平均油耗。
均质压燃的燃烧是当缸内混合气温度达到自燃温度时发生的。因此，所有的均质压燃发动机都需要设法使混合气在上止点附近达到自燃温度。例如，一种称为可控自燃型(CAI)均质压燃汽油机利用进、排气阀开启和关闭时间的改变来大幅度增加缸内残余废气量，使混合气温度增高，压缩后可达到自燃温度。而优化动力型汽油机对燃烧的控制是建立在对进气进行快速热管理的基础上。其进气有两个通道。一个空气通道经过发动机冷却水热交换器和发动机排气热交换器以后，再通往气缸。流经此“热通道”的空气被加热。另一个空气通道直接通往气缸，流经此“冷通道”的空气未被加热。用气道中的阀门控制流经两个通道气流的比例可以改变进气的温度，使混合气能在上止点附近发生自燃，并能调整自燃的时间。从上述两种均质压燃汽油机的燃烧控制可以看出，温度对均质压燃发动机的燃烧非常重要。
由于温度和对温度的控制对均质压燃燃烧非常重要，均质压燃汽油机适合于连续工作来维持发动机的温度水平。但混合动力汽车上的发动机常需要暂时停机来减少油耗。这给在混合动力汽车上采用均质压燃技术带来的困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于混合动力汽车的均质压燃汽油机进气系统，它能使混合动力汽车中的均质压燃汽油机在经常停机的情况下维持合适的温度水平。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于混合动力汽车的均质压燃汽油机进气系统，所述混合动力汽车包括电气驱动装置、均质压燃汽油机、冷却水热交换器、发动机排气热交换器和一台压气机，所述压气机的出气口同时连接一条热通道和一条冷通道，所述热通道经过电气驱动装置、冷却水热交换器、发动机排气热交换器和节流阀与均质压燃汽油机的气缸相连接，所述冷通道通过另一个节流阀直接与均质压燃汽油机的气缸相连接。
其中，所述电气驱动装置包括电动机和电池。
优选地，所述热通道依次经过电气驱动装置、冷却水热交换器、发动机排气热交换器和节流阀与均质压燃汽油机的气缸相连接。
作为对上述技术方案的改进，所述热通道中设有至少一个用于排空的旁通阀。
进一步地，在冷却水热交换器之前，并尽可能靠近冷却水热交换器的位置设有第一旁通阀。
进一步地，在所述发动机排气热交换器的后面还设有第二旁通阀。
本发明设置了一条热通道，可以利用混合动力车的发热部件对发动机进气进行预热，使均质压燃汽油机在经常停机的情况下维持合适的温度水平。控制该热通道的进气与另一条冷通道的进气比例，可以控制进气的平均温度，使混合气能在上止点附近发生自燃，并能调整自燃的时间。本发明充分利用混合动力车中电气驱动装置和均质压燃汽油机的特点，使两种技术能够互补，一方面解决了在混合动力汽车中均质压燃汽油机经常需要暂时停机所带来的维持温度水平的困难，另一方面使得在混合动力汽车上可以采用比较简单的均质压燃汽油机，用较低的成本来进一步提高混合动力汽车的燃油经济性。
本发明另外要解决的技术问题是提供了上述进气系统的控制策略，具体方案如下。
首先在上述进气系统中，可以通过节流阀控制由冷、热通道进入均质压燃汽油机气缸的两股气流的比例，来最终控制进气的平均温度，实现对燃烧的控制。
另外，在上述设有第一旁通阀和第二旁通阀的进气系统中，根据混合动力汽车的运转和对发动机进行控制的情况，控制上述旁通阀的启闭，从而控制通道内各区段的温度随时间变化。
其中，在发动机暂时停机后，热起动之前，先开启第二旁通阀而关闭第一旁通阀，使空气管道内迅速充满热空气。
其中，在发动机冷起动前，关闭所有旁通阀，使从热通道进入的热空气预热燃烧室壁面，然后用电动机拖动发动机起动。
在上述进气系统中，对所述压气机的压力进行控制，满足均质压燃汽油机在不同工况下的进气压力要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明用于混合动力汽车的均质压燃汽油机进气系统的结构框图。
图中：1、压气机    2、电气驱动装置    3、第一旁通阀    4、冷却水热交换器
5、发动机排气热交换器    6、节流阀    7、第二旁通阀
8、均质压燃汽油发动机的气缸    9、节流阀
具体实施方式
混合动力车一般由电气驱动装置和发动机装置共同驱动，其中的电气驱动装置包括电动机、电池等电气发热部件，因此往往需要用压气机强制空气流动来冷却这些发热部件。本发明在采用均质压燃汽油发动机与电动机的混合动力车中，将电气驱动装置所需要的空气流动系统和均质压燃汽油发动机的进气系统作为一个系统来设计，其方案如图1所示：空气流经压气机1后分为两个通道，其中一个通道先流经电气驱动装置2，吸收一些热量后，再流经一个冷却水热交换器4吸收冷却水中的部分热量，然后流经发动机排气热交换器5吸收发动机排气中的部分热量，最后进入均质压燃汽油发动机的气缸8内，该通道为热通道；另一空气通道不经过任何加热装置，由进气管道可直接进入发动机气缸8，该通道为冷通道。两个通道中各设有一个节流阀6、9，流经这两个通道的空气流都由节流阀来控制，通过控制两股气流的比例来最终控制进入气缸空气的平均温度，实现对燃烧的控制。对混合动力车所用压气机的出气压力进行控制，满足均质压燃汽油机在不同工况下对进气压力的要求。
在热通道中电气驱动装置2的下游至少设置一个旁通阀，以使通道中的空气可以泻出至大气中。这是为了在发动机运转时能够控制流经电气驱动装置的空气流量，以及在发动机停机时仍能维持空气流经电气驱动装置。在本实施例中，在冷却水热交换器4之前、并尽可能靠近冷却水热交换器4的位置设置第一旁通阀3，以便使热通道内的空气保持较高温度，同时避免在发动机停机时空气流对冷却水的冷却作用；为加快发动机热起动时的响应速度，在发动机排气热交换器5的后面、并尽可能接近发动机进气阀的位置设有第二旁通阀7。
通过对上述旁通阀3、7开启关闭的控制策略，根据混合动力汽车的运转和对发动机进行控制的情况，可以控制气道内各区段的温度随时间变化。上述控制策略包括：在发动机暂时停机后，热起动之前，先开启最靠近发动机的第二旁通阀而关闭上游的第一旁通阀，使热通道内迅速充满热空气。在发动机冷起动前，关闭所有旁通阀，使从热通道进入的热空气预热气缸燃烧室壁面，然后用电动机拖动发动机起动。
本发明充分利用了混合动力车中电气驱动装置和均质压燃汽油发动机的特点，使它们相互结合，在技术上形成互补，通过一个统一的空气流动系统，既满足了电气驱动装置的散热要求，又能够控制发动机气缸的进气温度，从而解决了混合动力车中均质压燃汽油发动机因经常停机所带来的维持温度水平的困难的问题。通过本发明的进气系统和控制策略，使得在混合动力汽车上可以采用比较简单的均质压燃汽油发动机，以较低成本进一步降低汽车平均油耗和排放。

Claims (7)

1.一种用于混合动力汽车的均质压燃汽油机进气系统，所述混合动力汽车包括电气驱动装置、均质压燃汽油机、冷却水热交换器、发动机排气热交换器和一台压气机，其特征是：所述压气机的出气口同时连接一条热通道和一条冷通道，所述热通道经过电气驱动装置、冷却水热交换器、发动机排气热交换器和节流阀与均质压燃汽油机的气缸相连接，所述冷通道通过另一个节流阀直接与均质压燃汽油机的气缸相连接，所述热通道中设有至少一个用于排空的旁通阀。
2.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的均质压燃汽油机进气系统，其特征是：所述电气驱动装置包括电动机和电池。
3.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的均质压燃汽油机进气系统，其特征是：在冷却水热交换器之前，并尽可能靠近冷却水热交换器的位置设有第一旁通阀。
4.根据权利要求3所述的用于混合动力汽车的均质压燃汽油机进气系统，其特征是：在所述发动机排气热交换器的后面还设有第二旁通阀。
5.一种权利要求1所述均质压燃汽油机进气系统的控制方法，其特征是：根据混合动力汽车的运转和对发动机进行控制的情况，控制上述旁通阀的启闭，从而控制通道内各区段的温度随时间变化。
6.一种权利要求4所述均质压燃汽油机进气系统的控制方法，其特征是：在发动机暂时停机后，热起动之前，先开启第二旁通阀而关闭第一旁通阀，使空气管道内迅速充满热空气。
7.一种权利要求1所述均质压燃汽油机进气系统的控制方法，其特征是：在发动机冷起动前，关闭所有旁通阀，使从热通道进入的热空气预热燃烧室壁面，然后用电动机拖动发动机起动。
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