CN103615324B - 一种量调节式增压内燃机的进排气端双节气门控制方法及其实现机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机领域，尤其是涉及内燃机蜗轮增压的调节方法，具体是一种量调节式增压内燃机的进排气端双节气门控制方法及其实现机构，机构主要包括有进气系统中设置的压气机，压气机连接内燃机的进气口，内燃机的出气口连接排气管，所述排气管上串联涡轮增压器，涡轮增压器带动压气机，在所述内燃机排气管上设有排气管节气门；排气管节气门与涡轮增压器并联设置，可旁通掉进入涡轮前排气管中的废气；排气管节气门由行车电脑系统ECU连接控制。并提一种供控制调节方法，能有效降低内燃机泵气损失，提高燃油经济性。

Description

一种量调节式增压内燃机的进排气端双节气门控制方法及其实现机构

技术领域

本发明涉及内燃机领域，尤其是涉及内燃机蜗轮增压的调节方法，具体是一种量调节式增压内燃机的进排气端双节气门控制方法及其实现机构。

背景技术

当前全球面临严峻的能源与环境危机，节能与环保技术成为内燃机研发的热点。涡轮增压技术因其能够有效提高内燃机强化水平和燃油经济性而得到广泛应用。从内燃机工况调节方式来分，增压内燃机可以分为质调节式和量调节式。现阶段，尽管采用缸内直喷（GDI）、均质压燃（HCCI）等质调节技术的增压内燃机逐年增加，但量调节式增压内燃机仍占有很大比例。因此，研究提高量调节式增压内燃机热效率的技术具有重要意义。

量调节式增压内燃机的工作原理如图1所示。在进气系统上布置有节气门，通过节气门的开度来控制内燃机进气量以调节内燃机工况；经过节气门后进入压气机，在压气机中被压缩；随后压缩气体进入内燃机气缸燃烧；燃烧完成后产生的高温高压废气再通过涡轮膨胀做功以驱动压气机工作；废气经过涡轮后排向大气。

量调节式增压内燃机在部分负荷工况存在增压和节流两种互相抑制的作用，会降低内燃机燃油经济性。当内燃机负荷逐渐降低时，需要通过减小节气门开度对进气进行节流以增大进气阻力，减小进气量；另一方面，废气仍然在涡轮端膨胀做功以驱动压气机提高进气压力，造成了进气系统存在节气门的节流和压气机的增压两种完全相反的作用，二者相互抑制，会增大泵气损失，降低内燃机热效率和燃油经济性。

当前许多量调节式增压内燃机的涡轮增压器设置了废气旁通阀，在大负荷工况时废气放气阀会打开，一定程度上降低了上述节气门与压气机相互反作用造成的热效率损失。但是，这种废气放气阀主要是为了抑制增压压力、避免内燃机爆震和减小气缸内的最大爆发压力，并没有主动的去控制废气放气阀与节气门相互协调作用以消除前述的增压-节流作用。并且增压器内置的放气阀开度有限，而且不能实现全工况开启，因此，涡轮的废气放气阀虽然客观上一定程度的降低了油耗，但作用并不明显。

发明内容

本发明的目的，就是为解决现有技术存在的问题，而设计了一种量调节式增压内燃机的进排气端双节气门控制方法及其实现机构，能有效降低内燃机泵气损失，提高燃油经济性。

本发明的技术方案为：一种量调节式增压内燃机的进排气端双节气门控制实现机构，在带有涡轮增压器的量调节式内燃机进排气系统中，进气通过空气滤清器后进入涡轮增压器的压气机，压气机将进气进行压缩，压气机出口下游管路上设有节气门，进气通过节气门之后进入发动机进气歧管，通过歧管进入气缸参与燃烧，燃烧完成的废气通过涡轮增压器的涡轮排出，废气通过涡轮时膨胀做功，带动压气机旋转压缩进气，在进气管路上以及排气管路上均布置有节气门；所述排气管路上的节气门两端分别连接涡轮入口管路与出口管路。

进排气端两个节气门均为电磁阀控制，通过ECU将两个节气门组合成一个节气门系统，通过ECU来判断发动机运行工况并协同调整两个排气门的联动状态以控制发动机输出扭矩及转速。

所述控制方法包括发动机运行工况状态的判断方法、发动机负荷状态的判断方法、进排气端节气门联动状态的控制方法。

其中发动机运行工况状态的判断方法为：由ECU控制读取发动机在当前运行时间之前0.1s内进气端节气门及排气端节气门的位置变化幅度，如果任何一个位置变化幅度超过所设置阈值，则认为发动机处于瞬态工况。

其中发动机负荷状态的判断方法为：通过ECU读取进排气端节气门的开度，如果进气端节气门开度≥a%且排气端节气门全关，则发动机为满负荷状态；如果进气端节气门开度≥a%且排气端节气门为开启状态，则发动机为大负荷状态；如果进气端节气门开度<a%且排气端节气门开度为100%，则发动机为小负荷状态。

确定所述进气端节气门开度的具体方法为：其中a%为进气端节气门开度临界值，将排气端节气门强制为完全打开状态，逐渐减小进气端节气门开度，通过仪器检测进气端节气门前后压力，当进气端节气门开度不断降低直到进气端节气门前后压力有明显降低时，记录下此时进气端节气门开度，此开度即为权利要求5中所述临界值a%。

其中进排气端节气门联动控制方法为：

①判断发动机运行状态;

②当发动机为瞬态工况时，关闭排气端节气门，通过ECU控制进气端节气门开度来控制发动机；

③当发动机为稳态工况时，

a)如需要降低发动机输出功率时，首先判断发动机负荷状态，如果发动机处于满负荷状态，则应当逐渐关闭进气端节气门；如果发动机处于大负荷状态，则应当维持进气端节气门开度不变，逐渐打开排气端节气门；如果发动机处于小负荷状态，则维持排气端节气门开度不变，逐渐关闭进气端节气门。

b)如需要提高发动机输出功率时，首先判断发动机负荷状态，如果发动机处于满负荷状态，则应当逐渐打开进气端节气门；如果发动机处于大负荷状态，则应当维持进气端节气门开度不变，逐渐关闭排气端节气门；如果发动机处于小负荷状态，则维持排气端节气门开度不变，逐渐打开进气端节气门。

本发明的有益效果可通过上述方案得出：由于这种新的控制系统在排气管路上新增加了一个排气端阀门，称为排气管节气门。排气管节气门两端分别连接涡轮前排气管与涡轮后排气管，可以实现0-90°的开启。当该节气门完全关闭时，废气将完全流过涡轮膨胀做功；当该节气门开启时，流过涡轮的废气被旁通，从而降低增压压力。

由此可见，本发明与现有技术相比具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明：

图1为传统内燃机系统布置示意图；

图2为本发明中内燃机系统布置示意图

其中，1为进气管节气门，2为排气管节气门，3为涡轮增压器，4为压气机，5为内燃机。

具体实施方式：

为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。

具体实施方式：如图2所示，一种量调节式增压内燃机的进排气端双节气门控制方法及其实现机构，包括有设置在内燃机5的进气系统，进气系统中设有压气机4，压气机4连接内燃机5的进气口，所述进气管上设有进气管节气门1。内燃机5的出气口连接排气管，所述排气管上串联涡轮增压器3，涡轮增压器3带动压气机4，在所述内燃机5排气管上设有排气管节气门2；所述排气管节气门2两端分别连接涡轮前排气管与涡轮后排气管，具有0-90°的开启连通的任意角度，可旁通掉进入涡轮前排气管中的废气；排气管节气门2由行车电脑系统ECU连接控制。

本发明的具体控制方法为：

进排气端两个节气门均为电磁阀控制，通过ECU将两个节气门组合成一个节气门系统，通过ECU来判断发动机运行工况并协同调整两个排气门的联动状态以控制发动机输出扭矩及转速，该控制方法包括发动机运行工况状态的判断方法（稳态或瞬态）、发动机负荷状态的判断方法、进排气端节气门联动状态的控制方法。

其中发动机运行工况状态的判断方法为：由ECU控制读取发动机在当前运行时间之前0.1s内进气端节气门及排气端节气门的位置变化幅度，如果任何一个位置变化幅度超过所设置阈值，则认为发动机处于瞬态工况。

其中发动机负荷状态的判断方法为：通过ECU读取进排气端节气门的开度，如果进气端节气门开度≥a%且排气端节气门全关，则发动机为满负荷状态；如果进气端节气门开度≥a%且排气端节气门为开启状态，则发动机为大负荷状态；如果进气端节气门开度<a%且排气端节气门开度为100%，则发动机为小负荷状态。

确定所述进气端节气门开度的具体方法为：其中a%为进气端节气门开度临界值，将排气端节气门强制为完全打开状态，逐渐减小进气端节气门开度，通过仪器检测进气端节气门前后压力，当进气端节气门开度不断降低直到进气端节气门前后压力有明显降低时，记录下此时进气端节气门开度，此开度即为权利要求4中所述临界值a%。

所述进排气端节气门联动控制方法为：

①按权利要求3所示方法判断发动机运行状态;

②当发动机为瞬态工况时，关闭排气端节气门，通过ECU控制进气端节气门开度来控制发动机；

③当发动机为稳态工况时，

a)如需要降低发动机输出功率时，首先判断发动机负荷状态，如果发动机处于满负荷状态，则应当逐渐关闭进气端节气门；如果发动机处于大负荷状态，则应当维持进气端节气门开度不变，逐渐打开排气端节气门；如果发动机处于小负荷状态，则维持排气端节气门开度不变，逐渐关闭进气端节气门。

b)如需要提高发动机输出功率时，首先判断发动机负荷状态，如果发动机处于满负荷状态，则应当逐渐打开进气端节气门；如果发动机处于大负荷状态，则应当维持进气端节气门开度不变，逐渐关闭排气端节气门；如果发动机处于小负荷状态，则维持排气端节气门开度不变，逐渐打开进气端节气门。

上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种量调节式增压内燃机的进排气端双节气门控制方法，其特征在于：所述控制方法包括发动机运行工况状态的判断方法、发动机负荷状态的判断方法、进排气端节气门联动状态的控制方法；其中发动机运行工况状态的判断方法为：由ECU控制读取发动机在当前运行时间之前0.1s内进气端节气门及排气端节气门的位置变化幅度，如果任何一个位置变化幅度超过所设置阈值，则认为发动机处于瞬态工况；其中发动机负荷状态的判断方法为：通过ECU读取进排气端节气门的开度，如果进气端节气门开度≥a%且排气端节气门全关，则发动机为满负荷状态；如果进气端节气门开度≥a%且排气端节气门为开启状态，则发动机为大负荷状态；如果进气端节气门开度<a%且排气端节气门开度为100%，则发动机为小负荷状态；确定所述进气端节气门开度的具体方法为：其中a%为进气端节气门开度临界值，将排气端节气门强制为完全打开状态，逐渐减小进气端节气门开度，通过仪器检测进气端节气门前后压力，当进气端节气门开度不断降低直到进气端节气门前后压力有明显降低时，记录下此时进气端节气门开度，此开度即为上述临界值a%。

2.如权利要求1所述量调节式增压内燃机的进排气端双节气门控制方法，其特征在于：其中进排气端节气门联动控制方法为：

①判断发动机运行状态;

②当发动机为瞬态工况时，关闭排气端节气门，通过ECU控制进气端节气门开度来控制发动机；

③当发动机为稳态工况时，

a)如需要降低发动机输出功率时，首先判断发动机负荷状态，如果发动机处于满负荷状态，则应当逐渐关闭进气端节气门；如果发动机处于大负荷状态，则应当维持进气端节气门开度不变，逐渐打开排气端节气门；如果发动机处于小负荷状态，则维持排气端节气门开度不变，逐渐关闭进气端节气门；

b)如需要提高发动机输出功率时，首先判断发动机负荷状态，如果发动机处于满负荷状态，则应当逐渐打开进气端节气门；如果发动机处于大负荷状态，则应当维持进气端节气门开度不变，逐渐关闭排气端节气门；如果发动机处于小负荷状态，则维持排气端节气门开度不变，逐渐打开进气端节气门。