CN103089343B - 涡轮增压器控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮增压器控制系统及控制方法，其利用压力控制机构控制涡轮增压器的废气阀，压力控制机构包括设置在控制管路中的压缩介质源、关断阀、先导泄压阀、第一调压阀及第二调压阀，其中：关断阀设置在压缩介质源的出口处，用于开通和切断压缩介质源的输出；先导泄压阀和第一调压阀依次设置在关断阀的下游，先导泄压阀上设置有第一压力计且在压缩介质的压力过高时降低压力，第一调压阀上设置有第二压力计；第二调压阀连通第一调压阀的下游管路以及外部环境，控制管路的下游连接废气阀的机械执行机构。这种控制系统及方法适用于涡轮增压发动机的开发试验中，易于对发动机的增压压力进行精确而稳定的控制，并且设计巧妙、制造成本低。

Description

涡轮增压器控制系统及其控制方法

【技术领域】

概括地说，本发明涉及汽车内燃发动机的试验阶段的控制；具体地说，本发明涉及适于汽车内燃发动机试验阶段的一种涡轮增压器控制系统及其控制方法。 

【背景技术】

近年来，随着中国汽车业的发展，带涡轮增压的发动机的车越来越多，包括国产车、中级车尤其是这样。 

众所周知，发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制。如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力来实现。因此，在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。一般来说，发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器的相比可增加大约40％，甚至更多。另外，发动机在采用了增压技术后，还能提高燃油经济性和降低尾气排放。 

涡轮增压装置主要是由涡轮室和增压器组成。首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，涡轮室的排气口则接在排气管上。增压器的进气口与空气滤清器管道相连，其排气口接在发动机的进气歧管上。涡轮室和增压器内分别装有涡轮和叶轮，二者同轴刚性联接。 

一般来说，涡轮增压发动机的增压压力是通过发动机电子控制单元(ECU)来控制的：安装在发动机上的各种传感器将关于发动机运行状态的信号传递给电子控制单元，电子控制单元根据存储在内部芯片中的程序、按照所获得的信号，通过计算发出针对各种执行器的动 作指令，以此方式控制发动机的运转。 

上述通过发动机电子控制单元进行控制的控制方式在一些应用场合，例如试验阶段，是不适用的；处于初期、试验阶段的涡轮增压发动机往往不具备匹配良好的电子控制单元，也就难以精确、稳定地控制增压压力。 

【发明内容】

本发明旨在提供一种涡轮增压器控制系统及控制方法，其能够适在涡轮增压发动机的开发试验中实现良好的控制效果，并且设计巧妙、制造成本低。 

根据本发明的第一方面提供了一种涡轮增压器控制系统，其中，所述控制系统利用压力控制机构控制所述涡轮增压器的废气阀， 

所述压力控制机构包括设置在控制管路中的压缩介质源、关断阀、先导泄压阀、第一调压阀及第二调压阀，其中： 

所述关断阀设置在所述压缩介质源的出口处，用于开通和切断所述压缩介质源的输出； 

所述先导泄压阀和所述第一调压阀依次设置在所述关断阀的下游，所述先导泄压阀上设置有第一压力计且在压缩介质的压力过高时降低压力，而所述第一调压阀上设置有第二压力计； 

所述第二调压阀连通所述第一调压阀的下游管路以及外部环境，所述控制管路的下游连接涡轮增压器废气阀的机械执行机构。 

可选地，在如前所述的涡轮增压器控制系统中，所述压缩介质为压缩气，所述外部环境为大气。 

可选地，在如前所述的涡轮增压器控制系统中，所述压缩介质为压缩液。 

可选地，在如前所述的涡轮增压器控制系统中，所述关断阀为球阀。 

可选地，在如前所述的涡轮增压器控制系统中，所述第一压力计的量程为0～6barG。 

可选地，在如前所述的涡轮增压器控制系统中，所述第二压力计 的量程为0～0.5barG。 

可选地，在如前所述的涡轮增压器控制系统中，所述先导泄压阀的出口压力范围为0.4～10barG。 

可选地，在如前所述的涡轮增压器控制系统中，所述第一调压阀及所述第二调压阀的出口压力范围为0.14～4barG。 

可选地，在如前所述的涡轮增压器控制系统中，所述机械执行机构包括压力腔和推杆组件，所述压力腔中的压缩介质来自所述控制管路从而推动所述推杆组件、进而推杆组件推动和控制废气阀。 

根据本发明的另一方面提供了一种控制涡轮增压器的方法，其通过如前述中的任一项所述的控制系统控制所述涡轮增压器。 

本发明的优点在于提出了一种新的控制涡轮增压器的系统及方法；其尤其适用于涡轮增压发动机的开发试验中，易于对发动机的增压压力进行精确而稳定的控制，并且设计巧妙、制造成本低。 

【附图说明】

参照附图，本发明的公开内容将更加显然。应当了解，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在限制本发明的保护范围。图中： 

图1示出了根据本发明的涡轮增压器控制器的第一局部即压力控制机构的示意图；以及 

图2示出了根据本发明的涡轮增压器控制器的第二局部即机械执行机构的示意图。 

部件及标号列表 

1	压缩介质源
		2	关断阀
3	第一压力计
		4	先导泄压阀
5	第二压力计
		6	第一调压阀

7	第二调压阀
		8	废气阀
9	压力腔
		10	推杆
11	摇臂

【具体实施方式】

下面参照附图详细地说明本发明的具体实施方式。如下的说明仅是说明性、示例性的。 

图1示出了根据本发明的涡轮增压器控制系统的第一局部即压力控制机构的示意图。从图中可以看出，该压力控制机构包括设置在控制管路中的压缩介质源1、关断阀2、先导泄压阀4、第一调压阀6及第二调压阀7。 

压缩介质源1以流体作为工作介质，利用流体的静压为压力控制机构提供动力，其不仅设计制造方便，并且使用寿命长、操纵控制简便。在具体的实施方式中，压缩介质可以选为压缩气或者压缩液，例如液化油、乳化液等。关断阀2设置在压缩介质源1的出口处，用于开通和切断压缩介质源1向控制管路的输出。考虑到球阀的操作迅速、结构简单，比较适用于作用关断阀，所以关断阀2可以选为球阀。先导泄压阀4和第一调压阀6依次设置在控制管路上、关断阀2的下游，并且这两个阀上分别设置有压力计。先导泄压阀4上设置有第一压力计3，该第一压力计3可以对来自压缩介质源1、经过关断阀2的压缩介质进行初步的压力调节，即，在该第一压力计3测得压缩介质的压力过高时降低压力。第一调压阀6上设置有第二压力计5，压缩介质经过该第二压力计5后被调整到适合于致动涡轮增压器废气阀的机械执行机构(见图2)以控制和推动废气阀8的压力。第二调压阀7设置在第一调压阀6的下游及压力腔9的上游的控制管路上，能够将该控制管路与外部环境连通或断开以调节控制管路的压力；控制管路的下游连接涡轮增压器废气阀的机械执行机构。可以了解，在具体的 实施方式中，本发明的压缩介质可以选为压缩气，则相应地外部环境为外界大气；压缩介质也可以选为压缩液，例如液化油、乳化液等，则相应的外部环境可以选为液槽等。 

图2示出了根据本发明的涡轮增压器控制系统的第二局部即机械执行机构的示意图，同时示出了涡轮增压器的部分结构。从图中可以看出，压力腔9的推杆组件10、11(包括推杆10和摇臂11)连接废气阀8，所以，当压力腔9受控制管路中液压介质的致动而推动推杆组件时，控制了废气阀8的动作。这样，当废气阀8打开时，排气歧管排出的高温、高速废气经涡轮机入口进入增压器，一部分高温、高速废气直接经废气阀8直接排出，另一部分废气驱动涡轮机高速转动，由于涡轮机与压气机同轴，大量空气由压气机吸入经中冷器后进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，来增加发动机的输出功率。 

如上结合图1和图2详细说明了压力控制机构和机械执行机构，根据本发明的涡轮增压器控制系统即利用上述压力控制机构、通过上述机械执行机构控制涡轮增压器的废气阀而实现控制。 

下面以压缩空气作为压缩介质为例来说明本发明的控制步骤。 

首先，压缩介质源1释放压缩空气，压缩空气通过关断阀2的开启到达先导泄压阀4和第一压力计3以进行保压，例如，其中先导泄压阀4的出口压力范围可以设为0.4～10barG，第一压力计3的量程可以设为0～6barG；压缩气体再经过第一调压阀6和第二压力计5的调压，其中，第二压力计5的量程可以为0～0.5barG，第一调压阀6及第二调压阀7的出口压力范围可以设为0.14～10barG；此时，具有合适压力压缩空气被送入涡轮增压器的压力腔9，推动推杆组件10、11从而开启废气阀8，使发动机排气歧管排出的一部分高温高速废气直接经过废气阀8排出，另一部未直接排出的废气推动涡轮室的涡轮，来调节涡轮增压器压气机的转速，进而调节发动机的进气量，控制发动机达到合理的功率、扭矩，避免因发动机转速过高，增压压力过大而损坏发动机。 

根据以上内容再结合图1、2可以看出，上述的压缩介质源1、关断阀2、先导泄压阀4、第一调压阀6及第二调压阀7等一系列部件形成压力控制机构，并最终推动涡轮增压器废气阀8的机械执行机构(包括压力腔9、推杆组件10、11等)，即，来自压缩介质源1的压缩介质经过各个阀2、4、6、7的调节和控制，以可控的形式达到机械执行机构以对涡轮增压器废气阀进行控制。 

在一个具体的实施方式中可以按照如下步骤进行：在发动机运行时，以压缩气体为例，打开关断阀2，压缩气体经先导泄压阀4调整后使第一压力计3显示2bar压力，再经过第一调压阀6后使第二压力计5显示0.08bar压力，该压力进入增压器废气阀控制压力腔9，推开废气阀8。第二压力计5显示的压力大小即反映处废气阀开度，根据发动机工作情况调整出最适合发动机的废气阀开度使发动机状态最佳。 

如上所述，根据附图对本发明的优选实施方式进行了详细的描述。所属技术领域的技术人员可以了解，上述说明已经揭示了本发明的技术方案的基本原理。毫无疑问，上述优选实施方式的等同技术方案也将落入由本发明的权利要求书所限定的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种用于汽车内燃发动机试验阶段的涡轮增压器控制系统，其特征在于，所述控制系统利用压力控制机构控制所述涡轮增压器的废气阀，

所述压力控制机构包括设置在控制管路中的压缩介质源、关断阀、先导泄压阀、第一调压阀及第二调压阀，其中：

所述压缩介质源利用静压为所述压力控制机构提供动力；

所述关断阀设置在所述压缩介质源的出口处，用于开通和切断所述压缩介质源的输出；

所述先导泄压阀和所述第一调压阀依次设置在所述关断阀的下游，所述先导泄压阀上设置有第一压力计且在压缩介质的压力过高时降低压力，而所述第一调压阀上设置有第二压力计；

所述第二调压阀连通所述第一调压阀的下游管路以及外部环境，所述控制管路的下游连接涡轮增压器废气阀的机械执行机构。

2.如权利要求1所述的涡轮增压器控制系统，其特征在于，所述压缩介质为压缩气，所述外部环境为大气。

3.如权利要求1所述的涡轮增压器控制系统，其特征在于，所述压缩介质为压缩液。

4.如前述权利要求中的任一项所述的涡轮增压器控制系统，其特征在于，所述关断阀为球阀。

5.如权利要求1至3中的任一项所述的涡轮增压器控制系统，其特征在于，所述第一压力计的量程为0~6barG。

6.如权利要求1至3中的任一项所述的涡轮增压器控制系统，其特征在于，所述第二压力计的量程为0~0.5barG。

7.如权利要求1至3中的任一项所述的涡轮增压器控制系统，其特征在于，所述先导泄压阀的出口压力范围为0.4~10barG。

8.如权利要求1至3中的任一项所述的涡轮增压器控制系统，其特征在于，所述第一调压阀及所述第二调压阀的出口压力范围为0.14~4barG。

9.如权利要求1至3中的任一项所述的涡轮增压器控制系统，其特征在于，所述机械执行机构包括压力腔和推杆组件，所述压力腔中的压缩介质来自所述控制管路从而推动所述推杆组件、进而推杆组件推动和控制废气阀。

10.一种控制用于汽车内燃发动机试验阶段的涡轮增压器的方法，其特征在于，通过如前述权利要求1至9中的任一项所述的控制系统控制所述涡轮增压器。