CN102003312A

CN102003312A - 一种涡轮增压发动机的氧气供给方法

Info

Publication number: CN102003312A
Application number: CN 201010609872
Authority: CN
Inventors: 隆武强; 杨庆刚; 杜宝国
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2011-04-06

Abstract

一种涡轮增压发动机的氧气供给方法，属于通过进气喷氧提高涡轮增压发动机在低速大扭矩、加速、加扭矩工况的动力性，降低涡轮迟滞性的技术领域。当发动机在运行时，控制单元根据踏板信号，适时开启控制阀，使得由附加进气管流入的氧气与由进气管进入的空气在进气总管前端混合，再进入发动机各缸燃烧室参与燃油的混合与燃烧。相对于发动机工作时一直持续供给氧气的方法，本方法只在加速、加扭矩、低速大扭矩工况喷氧，既起到改善燃油燃烧、提高动力性、降低碳烟排放的作用，又能节省大量氧气，降低了成本、增加了氧气的续驶里程。当发动机在空气稀薄的高原运行时，也可采用这种方法补充氧气。该方法简单易行，发动机易于改装，成本低。

Description

一种涡轮增压发动机的氧气供给方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种涡轮增压发动机的氧气供给方法，属于通过进气喷氧提高涡轮增压发动机在低速大扭矩、加速、加扭矩工况的动力性，降低涡轮迟滞性的技术领域。

背景技术

[0002] 废气涡轮增压器是由同轴涡轮机和压气机两大部分组成，利用发动机排出的废气能量来驱动涡轮机，从而带动压气机。增压后的空气经冷却，顺利进入发动机的气缸，增加了空气密度，提高了进气含氧量，与适当的燃料混合，形成更多的能充分燃烧的可燃混合气，从而提高发动机功率，降低了油耗，减少了CO和HC的排放。但是，涡轮增压发动机在加速、加扭矩时，需要很大的进气量来提高发动机的动力输出，而此时涡轮叶片需要一定的时间才能提高其转速，增大进气，尽管时间不长，但驾驶起来会有明显的滞后感。由于压气机进气响应速度与喷油泵的燃油供给速度不同步，导致了发动机瞬时提不上速度和在加速过程排气污染严重等问题。另外，涡轮增压通常要发动机超过一定转速后才介入，不利于发动机的起步加速。当发动机处于低速大扭矩工况时，此刻转速较低，喷油量大，涡轮增压器仍不能提供充足进气量，造成发动机燃烧不充分，动力不足、碳烟排放量加大等问题。当发动机运行于高原工况下时，发动机进气质量会随着海拔高度的升高而递减，导致燃烧过程恶化，燃烧持续期延长，冒烟加重，动力性呈一定的规律性下降。因此，仅凭涡轮增压技术仍不能满足发动机在特殊工况下，对动力性、排放的要求。目前提高发动机动力性，降低涡轮增压迟滞性、特殊工况下的排气污染的方法通常有：（一）减小涡轮尺寸、减低涡轮重量。但这样会降低涡轮的做功能力，使得发动机功率提升幅度变小。（二）采用双涡轮、双涡管或者机械涡轮双增压来解决。此方法发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，但结构过于复杂，而且制造成本昂贵。（三）可变压缩比配合涡轮增压技术。发动机运转负荷较小时，采用高压缩比，可以保证可燃混合气燃烧更加充分；发动机处在大负荷运转状态时，压缩比会自动降低，配合涡轮增压技术，保证发动机大功率和高扭矩的输出。但这一技术难度较大，国内目前难以实现。鉴于此，一种提升发动机特殊工况下的动力性、提升涡轮响应性，改善发动机加速、加扭矩、低速大扭矩工况燃烧、排放性能，且结构简单、价格低廉的技术十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涡轮增压发动机的氧气供给方法，以提高涡轮增压发动机在低速大扭矩工况、加速、加扭矩工况的动力性，降低涡轮增压发动机涡轮迟滞性、碳烟、CO排放。该方法应简单易行，发动机易于改装成本低。

本发明采用的技术方案是：一种涡轮增压发动机的氧气供给方法，在进气总管前端并联一附加进气管，附加进气管上依次串接流量计、控制阀、减压阀、氧气瓶；控制阀开闭时刻、大小，由控制单元根据加速踏板位置传感器、负荷传感器、进气流量传感器、转速传感器、流量计信号控制。所述氧气供给采用下列方法：

1）当发动机加速、加扭矩时，油门踏板上的加速踏板位置传感器接收到加速、加扭矩信号，传给控制单元，控制单元开启控制阀，使得由附加进气管流入的氧气与由进气管进入的空气在进气总管前端开始混合，然后进入发动机各缸燃烧室参与燃油的混合与燃烧；

2）当发动机转速低于40%标定转速，且扭矩大于75%最大扭矩时，控制单元开启控制阀补充氧气。

所述控制单元、控制阀、流量计组成闭环控制，控制单元根据加速踏板位置传感器、进气流量传感器、转速传感器、负荷传感器传递的信号综合分析，根据流量计调节控制阀的开度。

本发明的有益效果是：这种涡轮增压发动机的氧气供给方法采取有目的间断供氧，提高了涡轮增压发动机低速大扭矩工况、加速、加扭矩工况的动力性。由于进气中氧含量的提高，CO、碳烟问题也得到了改善。速度储备系数与原机相比增大5%以上，CO排放降低10%以上。

附图说明

图1为一种涡轮增压发动机的氧气供给方法示意图。

图2为控制策略流程图。

图中：1、进气管，2、空气滤清器，3、附加进气管，4、流量计，5、控制阀，6、减压阀，7、氧气瓶，8、加速踏板位置传感器，9、控制单元，10、进气流量传感器，11、转速传感器，12、负荷传感器，13、发动机，14、进气总管，15、排气总管,16、涡轮增压器，17、中冷器。

具体实施方式

图1示出了一种涡轮增压发动机的氧气供给系统，如图所示，该系统由传递涡轮增压发动机运转信息的加速踏板位置传感器8、负荷传感器12、转速传感器11、进气流量传感器10，接收这些信号的控制单元9、控制氧气供给的流量计4、控制阀5，减压阀6以及氧气瓶7等组成。

当发动机加速、加扭矩时，油门踏板上的加速踏板位置传感器8接收到信号，传给控制单元9。控制单元9首先对信号进行判断，当传递信号在增大且大于某一设定值A时，适当开启控制阀5，氧气经减压阀6、控制阀5、流量计4，经附加进气管3，与由进气管1流入的空气在进气总管14前端充分混合，然后进入发动机13各缸燃烧室，参与燃油的混合与燃烧。

发动机运行一段时间后，加速、加扭矩过程结束，也即加速踏板位置传感器8传递的信号变化率为负值（可认为减速、减扭矩），或是变动很小（可认为稳态工况），控制单元9接着会根据转速传感器11、负荷传感器12传递的信号做出判断：若是此刻转速低于40%标定转速，且扭矩仍大于75%最大扭矩（可认为是低速大扭矩工况），控制单元9会开启控制阀5提供氧气，以补充由于涡轮增压作用降低而造成的进气量不足，使发动机燃烧更充分、功率增大、碳烟降低；若是扭矩、转速任意一项不满足上述工况，此时进气完全由涡轮增压器16提供，控制单元9会将控制阀5关闭，以节省氧气的使用、增加氧气的续驶里程。

实施例：

1.按照图1所示，在某型车用涡轮增压发动机上做了相关实验研究。电控单元主要由AVR单片机组成，用以采集发动机转速、进气流量、扭矩、加速度等信号，并由此对发动机运行状况作出判断，来开启或是关闭氧气瓶控制阀。

2.运行此发动机，获得发动机的低速扭矩特性曲线，然后将发动机扭矩固定为525N??m，踩下油门踏板，让转速从800r/min加速到2000r/min。实验机与原机结果相比，扭矩储备系数从1.12增大到了1.18；固定工况下油耗降低3%，排气烟度降低32%，CO下降了11.7%。

Claims

1.一种涡轮增压发动机的氧气供给方法，在进气总管（14）前端并联一附加进气管（3），附加进气管（3）上依次串接流量计（4）、控制阀（5）、减压阀（6）、氧气瓶（7）；控制阀（5）开闭时刻、大小，由控制单元（9）根据加速踏板位置传感器（8）、负荷传感器（12）、进气流量传感器（10）、转速传感器（11）、流量计（4）信号控制；其特征在于：所述氧气供给采用下列方法：

1）当发动机（13）加速、加扭矩时，油门踏板上的加速踏板位置传感器（8）接收到加速、加扭矩信号，传给控制单元（9），控制单元（9）开启控制阀（5），使得由附加进气管（3）流入的氧气与由进气管（1）进入的空气在进气总管（14）前端开始混合，然后进入发动机（13）各缸燃烧室参与燃油的混合与燃烧；

2）当发动机（13）转速低于40%标定转速，且扭矩大于75%最大扭矩时，控制单元（9）开启控制阀（5）补充氧气。

2.根据权利要求1所述的一种涡轮增压发动机的氧气供给方法，其特征在于：所述控制单元（9）、控制阀（5）、流量计（4）组成闭环控制，控制单元（9）根据加速踏板位置传感器（8）、进气流量传感器（10）、转速传感器（11）、负荷传感器（12）传递的信号综合分析，根据流量计（4）调节控制阀（5）的开度。