CN104879211B - 非对称流道涡轮增压器的控制装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非对称流道涡轮增压器的控制装置和控制方法，涡轮增压器包括连通发动机排气口的小流道和大流道，发动机的EGR阀连通所述小流道与所述排气口之间的第一排气管路，所述控制装置包括：电控放气阀，设有进口和出口，进口连通第一排气管路，出口能够导通至外部；压力检测元件，用于检测所述小流道的进气压力；控制器，所述控制器根据所述小流道的进气压力，控制所述电控放气阀启闭。当发动机高速运转时，能够开启电控放气阀而分流部分废气，减小小流道的废气流速，避免涡轮增压器失速，延长其使用寿命，保证增压效率，相应地，也降低了发动机排气背压，减少泵气损失，提升发动机性能。

Description

非对称流道涡轮增压器的控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种非对称流道涡轮增压器的控制装置和控制方法。

背景技术

目前，存在一种发动机系统，在其排气管路上设置有涡轮增压器，发动机排出的废气进入涡轮增压器的涡轮端，废气压力驱动涡轮旋转，从而驱动与之连接的压缩端进行压缩动作，外部的新鲜空气进入压缩端被压缩后进入发动机的进气管。即，利用废气能量协助新鲜空气进入进气管。

另外，基于废气再循环的应用，发动机的部分废气还会与新鲜空气混合进入发动机的进气口，参与燃烧。

而为了保证EGR率，即保证废气具备一定的压力以进入进气管与新鲜空气混合，现有的涡轮增压器设计为非对称流道增压器。具体结构是，涡轮增压器设有一大一小两个流道，均与发动机的排气口连通，小流道设计为小截面，大流道为相对的大截面。发动机所有气缸的排气口，部分连通小流道，部分连通大流道。

发动机系统设有废气进气管路，其进口连通小流道和排气口之间的管路，废气进气管路的出口连通发动机的进气管，废气进气管路设有EGR阀，以控制废气进入进气管的进气量，而小流道的小截面设计即保证了小流道与排气口之间管路内的废气压力能够经过驱动EGR阀而进入进气管内。

上述技术方案存在下述技术问题：

一、当发动机高速运转时，由于小流道的小截面设计，废气经过小流道后流速非常高，从而可能导致尤其驱动的涡轮增压器超速运转，造成超速风险，影响涡轮增压器的使用寿命和性能；

二、当发动机高速运转时，由于小流道的小截面设计，会导致小流道与排气口之间的管路背压升高，即排气背压升高，则泵气损失增加，发动机性能变差。

有鉴于此，如何兼顾EGR率和涡轮增压器使用寿命、发动机性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种非对称流道涡轮增压器的控制方法、控制装置，该装置和方法能够兼顾EGR率和涡轮增压器、发动机性能。

本发明提供的非对称流道涡轮增压器的控制装置，涡轮增压器包括连通发动机排气口的小流道和大流道，发动机的EGR阀连通所述小流道与所述排气口之间的第一排气管路，所述控制装置包括：

电控放气阀，设有进口和出口，进口连通第一排气管路，出口能够导通至外部；

压力检测元件，用于检测所述小流道的进气压力；

控制器，所述控制器根据所述小流道的进气压力，控制所述电控放气阀启闭。

可选地，所述电控放气阀的所述出口直接连通发动机的排气管，以连通外部。

可选地，所述电控放气阀包括驱动电机和放气阀，所述控制器输出PWM占空比信号控制所述驱动电机动作，以驱动所述放气阀开度比例变化。

可选地，还包括机械式旁通阀，所述机械式旁通阀的进口连通所述大流道与所述排气口之间的第二排气管路，当增压压力超出预定值时，能够推动所述机械式旁通阀开启，以导通其出口与外部。

可选地，所述控制器为所述发动机的ECU。

本发明还提供一种非对称流道涡轮增压器的控制方法，增压器包括连通发动机排气口的小流道和大流道，发动机的EGR阀连通所述小流道与所述排气口之间的第一排气管路，所述控制方法包括下述步骤：

预存进气压力设定值，

检测所述小流道的进气压力实际值；

当进气压力实际值超出所述进气压力设定值时，控制所述第一排气管路内废气能够通过电控放气阀向外部排出。

可选地，输出PWM占空比信号控制所述电控放气阀开度比例变化。

可选地，

还预存前馈开度值；

进气压力实际值超出所述进气设定压力值时，将二者偏差与所述前馈开度值相加作为目标开度，根据目标开度输出对应的PWM占空比信号。

基于上述控制装置和控制方法，当实际进气压力过高时，打开电控放气阀，则部分废气可经电控放气阀排出，排出量的控制，要求既能满足驱动EGR阀，又不至于产生过大的背压和驱动涡轮端超速运转。因此，当发动机高速运转时，能够开启电控放气阀而分流部分废气，以减小单位时间内通向小流道的进气量，减小小流道的废气流速，避免涡轮增压器失速，延长其使用寿命，保证增压效率，相应地，也降低了发动机排气背压，减少泵气损失，提升发动机性能。可见，本发明提供的涡轮增压器控制方法和控制装置，兼顾了EGR率和涡轮增压器、发动机的性能。

附图说明

图1为本发明所提供一种发动机涡轮增压系统的结构示意图；

图2为图1中涡轮增压器控制装置的控制流程图；

图3为图2中具体控制电控放气阀开度的流程框图；

图4为图1中设置的机械式旁通阀的结构示意图，该图示出开启状态。

图1、4中

100发动机、101第一排气管路、102第二排气管路、200涡轮增压器、201涡轮端、202增压端、201a小流道、202b大流道、300中冷器、400EGR冷却器、500EGR阀、600ECU、700电控放气阀、800机械式旁通阀、801出口封盖、802摇臂、803联动推杆、804弹簧、805膜片、806控制腔、800a旁通出口、800b阀体、900进气管

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。为便于理解和简洁描述，下面结合涡轮增压器的控制装置和控制方法进行描述，有益效果不再重复论述。

请参考图1，图1为本发明所提供一种发动机涡轮增压系统的结构示意图；图2为图1中涡轮增压器控制装置的控制流程图。

该实施例中发动机100的排气管上设置有涡轮增压器200，发动机100排出的废气进入涡轮增压器200的涡轮端201，废气具有一定的压力，能够驱动涡轮旋转，从而驱动与涡轮端201连接的增压端202进行压缩动作，外部的新鲜空气进入增压端202被压缩后进入发动机100的进气管900。为了避免进入发动机100气缸内的气体温度过高，还设有中冷器300，以冷却新鲜空气。

该涡轮增压器200为非对称流道增压器，设有连通发动机100排气口的小流道201a和大流道202b，如图1所示，该发动机100具体为六缸发动机100，右侧的三缸排气口连通小流道201a，发动机系统的EGR阀500连通小流道201a与的对应排气口之间的第一排气管路101；另外位于左侧的三缸排气口连通大流道202b，大流道202b与对应排气口之间设有第二排气管路102。此处的“大”、“小”为相对关系，即大流道202b的截面面积大于小流道201a的截面面积，以形成文中所述的具有“非对称”流道的涡轮增压器200。第一排气管路101和第二排气管路102为涡轮增压器200上游的排气管段。

此外，该发动机涡轮增压系统包括涡轮增压器200的控制装置，控制装置具体包括电控放气阀700、压力检测元件以及控制器。

电控放气阀700，设有进口和出口，进口连通第一排气管路101，出口能够导通至外部。则第一排气管路101的废气共有三条路径，废气经排气口排出后，可经小流道201a流出以驱动涡轮端201旋转，也可经EGR阀500进入进气管900与新鲜空气混合(同样，为了避免温度较高的废气进入气缸，在EGR阀500的下游设有EGR冷却器400)，也可经电控放气阀700直接排出至外部。此处，电控放气阀700的出口可以直接连通涡轮增压器200下游的发动机100排气管，以连通外部，从而直接排出废气。当然，专门设置一连通电控放气阀700出口的排气管路也是可行的，只是直接连通至排气管，结构紧凑，便于布置，且实现统一排放。

压力检测元件，用于检测小流道201a的进气压力，比如压力传感器，可以将其设于第一排气管路101，或者设于小流道201a的进气前端位置，均能检测出小流道201a的进气压力。

控制器，可以根据小流道201a的进气压力，控制电控放气阀700启闭。控制器可以为发动机100的ECU600(电子控制单元)，直接采集压力检测元件的压力信号即可，且ECU600本身即会采集EGR阀500开度信号以及其他的发动机100参数信号，便于综合判断并进行相应的控制。

具体地，该控制装置的控制方法如下：

S1、预存进气压力设定值；

处于进气压力设定值时，涡轮增压器200将会存在超速风险，发动机100排气背压偏高。显然，该值根据不同的发动机型号、涡轮增压器型号可能会有不同，本领域技术人员可以在ECU600内设定，该设定值可以根据试验或是模拟确定。

S2、检测小流道201a的进气压力实际值；

S3、判断进气压力实际值是否超出进气压力设定值，是，则进入步骤S4,否，则返回步骤S3；

S4、控制第一排气管路101内部分废气能够通过电控放气阀700向外部排出。

则当实际进气压力过高时(通常对应于发动机100高速工况)，打开电控放气阀700，则部分废气可经电控放气阀700排出，排出量的控制，要求既能满足驱动EGR阀500，又不至于产生过大的背压和驱动涡轮端201超速运转。

如此，可以理解，本实施例的控制装置及其控制方法达到了如下技术效果：

提供了一种在发动机100高速运转时，能够开启电控放气阀700而分流部分废气，以减小单位时间内通向小流道201a的进气量，减小小流道201a的废气流速，避免涡轮增压器200失速，延长其使用寿命，保证增压效率，相应地，也降低了发动机100排气背压，减少泵气损失，提升发动机100性能。可见，本实施例的涡轮增压器200控制方法和控制装置，兼顾了EGR率和涡轮增压器200、发动机100的性能。

上述实施例中，电控放气阀700可以包括驱动电机和放气阀，控制器(可为ECU)输出对应的PWM占空比信号控制电控放气阀700，图3中，控制器控制驱动电机转动产生驱动力，控制放气阀开度比例变化。由驱动电机驱动的放气阀开度可调，以便根据小流道201a进气压力值的变化，调整电控放气阀700开度，则排气调整更为灵活以符合各种压力工况。

请参考图3，图3为图2中具体控制电控放气阀开度的流程框图。

首先，预存前馈开度值，即需要控制电控放气阀700开启时，先使其置于预定的一开度，该开度即前馈开度值；

然后，进气压力实际值超出所述进气设定压力值时，PID控制器(比例-微分-积分控制器)将二者偏差与前馈开度值相加作为目标开度，根据目标开度输出对应的PWM占空比信号。

前馈开度值的设定，使得电控放气阀700能够预置于一预定开度处，然后根据目标开度逐渐调整，相较于从零开度调整，该种控制方式使得电控放气阀700的响应速度更快。

此处，目标开度和PWM占空比信号之间的对应关系为电控放气阀700的特性，控制器可以预先存储该对应关系，通常表现为图表，控制器根据目标开度直接查表获得对应的PWM占空比并输出即可。

上述实施例中，还可以设置机械式旁通阀800，如图4所示，图4为图1中设置的机械式旁通阀800的结构示意图，该图示出开启状态。

如图1所示，机械式旁通阀800的旁通阀进口连通大流道202b与排气口之间的第二排气管路102，机械式旁通阀800的旁通阀出口800a能够导通至外部。同样，旁通阀出口800a可以直接连通涡轮增压器200下游的排气管上，实现统一排放。

且，该机械式旁通阀800为机械控制阀，当第二排气管路102的压力超出预定值时，能够推动机械式旁通阀800开启。如图4所示，机械式旁通阀800的控制腔806连通涡轮增压器200的出口，控制腔806内设有膜片805、联动推杆803、摇臂802、出口封盖801，出口封盖801能够封堵旁通阀出口800a，联动推杆803的一端连接至膜片805，另一端铰接于摇臂802的一端，摇臂802还铰接于机械式旁通阀800的阀体800b，铰接轴线均平行，摇臂802的另一端连接上述的出口封盖801。弹簧804设于膜片805和控制腔806的腔壁之间，施加于增压压力方向相反的力。

则增压压力作用于膜片805并能够克服弹簧804弹力时，即可推动膜片805移动，图4即推动膜片805左移，从而带动联动推杆803左移，则摇臂802实现联动，绕与阀体800b的铰接轴线转动，从而带动出口封盖801移动，解除对旁通阀出口800a的封闭，则废气可经旁通阀出口800a排出。

如上所述，小流道201a的设置主要是为了驱动EGR阀500，以保证EGR率，涡轮增压器200的驱动主要依靠大流道201b的废气压力，当增压压力过高时，使得第二排气管路102的废气能够分流一部分直接排出，其余的进入大流道201b，可控制控制增压器转速的上升，保证增压器效率。

以上对本发明所提供的一种非对称流道涡轮增压器的控制装置和控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种非对称流道涡轮增压器的控制装置，涡轮增压器(200)包括连通发动机(100)排气口的小流道(201a)和大流道(201b)，发动机(100)的EGR阀(500)连通所述小流道(201a)与所述排气口之间的第一排气管路(101)，其特征在于，所述控制装置包括：

电控放气阀(700)，设有进口和出口，进口连通第一排气管路(101)，出口能够导通至外部；

压力检测元件，用于检测所述小流道(201a)的进气压力；

控制器，所述控制器根据所述小流道(201a)的进气压力，控制所述电控放气阀(700)启闭；

还包括机械式旁通阀(800)，所述机械式旁通阀(800)的进口连通所述大流道(201b)与所述排气口之间的第二排气管路(102)，当增压压力超出预定值时，能够推动所述机械式旁通阀(800)开启，以导通其出口与外部。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述电控放气阀(700)的所述出口直接连通发动机(100)的排气管，以连通外部。

3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述电控放气阀(700)包括驱动电机和放气阀，所述控制器输出PWM占空比信号控制所述驱动电机动作，以驱动所述放气阀(700)开度比例变化。

4.如权利要求1-3任一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制器为所述发动机(100)的ECU。

5.一种非对称流道涡轮增压器的控制方法，涡轮增压器(200)包括连通发动机(100)排气口的小流道(201a)和大流道(201b)，发动机(100)的EGR阀(500)连通所述小流道(201a)与所述排气口之间的第一排气管路(101)，其特征在于，所述控制方法包括下述步骤：

预存进气压力设定值，

检测所述小流道(201a)的进气压力实际值；

当进气压力实际值超出所述进气压力设定值时，控制所述第一排气管路(101)内废气能够通过电控放气阀(700)向外部排出。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，输出PWM占空比信号控制所述电控放气阀(700)开度比例变化。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，

还预存前馈开度值；

进气压力实际值超出所述进气设定压力值时，将二者偏差与所述前馈开度值相加作为目标开度，根据目标开度输出对应的PWM占空比信号。