CN107965387A - 一种增压器进气调节装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种增压器进气调节装置及控制方法，包括伺服电机、蜗杆、壳体、联动环、可调导向叶片从动锥齿轮、可调导向叶片、整流叶片，伺服电机与蜗杆连接，在壳体上设置联动环，蜗杆与联动环的锥齿圈啮合，联动环的锥齿圈与可调导向叶片从动锥齿轮啮合，在壳体内设置可调导向叶片、整流叶片；发动机进气流量既增压器压气机的进气流量和叶轮转速发生改变；ECU根据进气流量和增压器叶轮转速的输入信号对伺服电机控制单元发送控制指令，根据标定程序调整导向叶片旋转一定角度，调整增压器入口流场至最佳空气动力学性能。该发明优化增压器的进气流场，改善增压器工作时的噪声，提升发动机的性能，应用于汽车发动机技术领域中。
Description
技术领域
本发明涉及汽车发动机技术领域中的一种增压器进气调节装置及控制方法。
背景技术
目前，随着人们生活水平的提升，汽车已成为大众商品走入了千家万户。而国内汽车产能的日趋扩大使各大整车厂商之间的竞争越来越激烈。在这样的市场环境下，汽车的性能提升、成本控制成了制造商争相关注的焦点。通过涡轮增压器可以对小排量发动机进行强化从而输出更多的功率，现有对增压器的控制策略多为在涡轮端通过废气旁通阀、可变入口截面、双流道进行控制，由于涡轮端高温、高压的恶劣工作状态，而涡轮端的控制对材料耐温属性、结构设计有着十分苛刻的要求，从而增加了产品成本。因此，研发一种增压器进气调节装置及控制方法一直是急待解决的新课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增压器进气调节装置及控制方法，该发明是一种可以在工作条件相对温和的压气机端的控制方法，降低对材料性能的要求，降低生产成本，根据发动机工况的变化，动态的调节增压器入口流场至最优状态的装置，装置一端连接增压器压气机端入口，另一端连接空滤后进气管路，伺服电机控制单元与ECU（发动机控制单元）相连，ECU根据标定程序提供伺服电机驱动指令，动力通过蜗轮蜗杆装置传递给联动环，使其旋转一定的角度，联动环带动与其啮合的六个可调导向叶片从动锥齿轮转动，使六个可调导向叶片同时旋转一定角度，通过可调导向叶片的转动，根据不同工况调整增压器入口气流速度的切向分量和轴向分量，优化增压器的进气流场，降低增压器在发动机低速工况下诱发喘振的几率，改善增压器工作时的噪声，提升发动机的性能。
本发明的目的是这样实现的：一种增压器进气调节装置，包括伺服电机、蜗杆、壳体、联动环、可调导向叶片从动锥齿轮、可调导向叶片、整流叶片，伺服电机与蜗杆连接，在壳体上设置联动环，蜗杆与联动环的锥齿圈啮合，联动环的锥齿圈与可调导向叶片从动锥齿轮啮合，在壳体内设置可调导向叶片、整流叶片；
所述的一种增压器进气调节装置的控制方法，增压器进气调节装置可作为增压器总成的一个选配部件；当发动机工况改变时，发动机进气流量既增压器压气机的进气流量和叶轮转速发生改变；ECU根据进气流量和增压器叶轮转速的输入信号对伺服电机控制单元发送控制指令，根据标定程序调整导向叶片旋转一定角度，调整增压器入口流场至最佳空气动力学性能；根据传感器的输入信号对可变导向叶片进行实时、动态的控制，可提高响应速度，齿轮和蜗轮蜗杆传动方式可保证控制精度；首先，需对增压器匹配发动机运行图中编入压气机效率、压比、叶轮转速、流量等参数随攻角变化的特性曲线；其次，将对应的发动机转速、进气流量、叶轮转速等数据信息与发动机各个运行点下的最佳攻角所对应的联动环、蜗轮蜗杆位置信息编入ECU；发动机在不同工况下工作时，ECU通过收集进气流量、发动机转速、增压器叶轮转速的实时数据，根据预先标定的控制程序，确认当前工况下的增压器入口流场的情况，并通过增压器匹配发动机运行曲线图相应给出该工况下的最佳进气攻角，ECU向电机输出工作指令，使联动环旋转至该状态时最佳攻角所对应的位置，完成一个控制循环；一种增压器进气调节装置一端连接增压器压气机端入口，另一端连接空滤后进气管，伺服电机的控制单元与ECU相连，ECU根据标定程序提供伺服电机驱动指令，动力通过蜗杆传递给联动环使其旋转一定的角度，联动环带动与其啮合的六个可调导向叶片从动锥齿轮转动，使六个可调导向叶片同时旋转一定角度，其目的是通过可调导向叶片的转动，根据不同工况调整增压器入口气流速度的切向分量和轴向分量，优化增压器的进气流场，降低增压器在发动机低速工况下诱发喘振的几率、改善增压器工作时的噪声，提升发动机的性能；壳体通过法兰紧固或卡箍的形式与增压器进行连接，通过卡扣或者螺栓紧固的方式使装置闭合，并为伺服电机、可调导向叶片提供固定和定位；伺服电机通过螺栓与增压器压气机端壳体进行紧固定位；蜗杆、联动环、可调导向叶片从动锥齿轮在装配时需要对初始啮合位置进行确认；
所述的一种增压器进气调节装置的工作原理是：由转子叶片工作时速度三角形可知，在相对坐标系下，相对速度ω、气流绝对速度c、叶高线速度u的构成封闭矢量三角形，在当前汽车领域中，增压器压气机入口为轴向、无预旋进气，进气绝对速度矢量c垂直于叶高线速度矢量u；相对速度ω与叶片几何进气线的夹角i称为进气攻角，进气攻角对叶轮机械工作时内部流场的空气动力学性能的影响意义重大，i大幅偏离几何进气线会加剧进气气流流经叶轮流道时在叶片表面的分离作用引起流动损失增大、压气机效率下降并产生气动噪声，严重可导致叶轮损坏。增压器低速时的喘振高速时的流道阻塞等失效模式就是由于攻角过大导致流道内部流动恶化所致；随着发动机在不同工况下对进气量的需求的不同，通过该装置实时、动态的调整进气气流速度的切向、轴向分量，为增压器入口流场提供合理的进气攻角，达到优化增压器入口空气动力学性能的目的；当发动机工况改变引起进气量发生较大变化时，既进口气流速度改变，此时压气机入口流场结构发生变化，一些工况下可能会造成较大的进气攻角i1，由图8所述，在此进气状态下有可能诱发压气机喘振，造成压气机效率下降，发动机的输出响应延迟；当发动机转速、叶轮转速、进气流量的信息输入ECU后，ECU输出控制指令使可调导向叶片旋转一定角度，改变进气速度c1的切向分量和轴向分量，使进气入射角变为α2，根据叶轮机械工作原理可知：气流流经叶片加速c2＞c1，此时与叶轮转速u有期望合成相对速度ω2，将进气攻角调整为i2；一种增压器进气调节装置通过对进气气流施加特定预旋的方式优化增压器压气机的进气流场，提高增压器压气机效率，改善发动机的功率和扭矩输出；一种增压器进气调节装置与控制方法可作为增压器总成的一个选配部件，当发动机工况改变时，发动机进气流量既增压器压气机的进气流量和叶轮转速发生改变；ECU根据进气流量和增压器叶轮转速的输入信号对伺服电机的控制单元发送控制指令，根据标定程序调整导向叶片旋转一定角度，调整增压器入口流场至最佳空气动力学性能，根据传感器的输入信号对可变导向叶片进行实时、动态的控制，可提高响应速度，齿轮和蜗轮蜗杆传动方式可保证控制精度。
本发明的要点在于它的结构、工作原理及控制方法。
一种增压器进气调节装置及控制方法与现有技术相比，具有通过可调导向叶片的转动，根据不同工况调整增压器入口气流速度的切向分量和轴向分量，优化增压器的进气流场，降低增压器在发动机低速工况下诱发喘振的几率，改善增压器工作时的噪声，提升发动机的性能等优点，将广泛地应用于汽车发动机技术领域中。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的立体图。
图3是本发明的系统图。
图4是叶轮机械入口速度矢量图。
图5是增压器入口气流示意图。
图6是压气机进气攻角示意图。
图7是压气机喘振状态下的流场图。
图8是本发明的对压气机控制前后的入口速度矢量图。
具体实施方式
参照附图，一种增压器进气调节装置，包括伺服电机1、蜗杆2、壳体3、联动环4、可调导向叶片从动锥齿轮5、可调导向叶片6、整流叶片7，伺服电机1与蜗杆2连接，在壳体3上设置联动环4，蜗杆2与联动环4的锥齿圈啮合，联动环4的锥齿圈与可调导向叶片从动锥齿轮5啮合，在壳体3内设置可调导向叶片6、整流叶片7。
所述的一种增压器进气调节装置的控制方法，增压器进气调节装置可作为增压器总成的一个选配部件；当发动机工况改变时，发动机进气流量既增压器压气机的进气流量和叶轮转速发生改变；ECU根据进气流量和增压器叶轮转速的输入信号对伺服电机1的控制单元发送控制指令，根据标定程序调整导向叶片旋转一定角度，调整增压器入口流场至最佳空气动力学性能；根据传感器的输入信号对可变导向叶片进行实时、动态的控制，可提高响应速度，齿轮和蜗轮蜗杆传动方式可保证控制精度；首先，需对增压器匹配发动机运行图中编入压气机效率、压比、叶轮转速、流量等参数随攻角变化的特性曲线；其次，将对应的发动机转速、进气流量、叶轮转速等数据信息与发动机各个运行点下的最佳攻角所对应的联动环、蜗轮蜗杆位置信息编入ECU；发动机在不同工况下工作时，ECU通过收集进气流量、发动机转速、增压器叶轮转速的实时数据，根据预先标定的控制程序，确认当前工况下的增压器入口流场的情况，并通过增压器匹配发动机运行曲线图相应给出该工况下的最佳进气攻角，ECU向电机输出工作指令，使联动环旋转至该状态时最佳攻角所对应的位置，完成一个控制循环；一种增压器进气调节装置一端连接增压器压气机端入口，另一端连接空滤后进气管，伺服电机1的控制单元与ECU相连，ECU根据标定程序提供伺服电机驱动指令，动力通过蜗杆2传递给联动环4使其旋转一定的角度，联动环4带动与其啮合的六个可调导向叶片从动锥齿轮5转动，使六个可调导向叶片6同时旋转一定角度，其目的是通过可调导向叶片6的转动，根据不同工况调整增压器入口气流速度的切向分量和轴向分量，优化增压器的进气流场，降低增压器在发动机低速工况下诱发喘振的几率、改善增压器工作时的噪声，提升发动机的性能；壳体3通过法兰紧固或卡箍的形式与增压器进行连接，通过卡扣或者螺栓紧固的方式使装置闭合，并为伺服电机1、可调导向叶片6提供固定和定位；伺服电机1通过螺栓与增压器压气机端壳体进行紧固定位；蜗杆2、联动环4、可调导向叶片从动锥齿轮5在装配时需要对初始啮合位置进行确认。
所述的一种增压器进气调节装置的工作原理是：由转子叶片工作时速度三角形可知，在相对坐标系下，相对速度ω、气流绝对速度c、叶高线速度u的构成封闭矢量三角形（图4），在当前汽车领域中，增压器压气机入口为轴向、无预旋进气（进气入射角α=90°图5），进气绝对速度矢量c垂直于叶高线速度矢量u；相对速度ω与叶片几何进气线（前缘点处叶片中心线的切线）的夹角i称为进气攻角（图5），进气攻角对叶轮机械工作时内部流场的空气动力学性能的影响意义重大，i大幅偏离几何进气线（图5，图6，图8中虚线）会加剧进气气流流经叶轮流道时在叶片表面的分离作用引起流动损失增大、压气机效率下降并产生气动噪声，严重可导致叶轮损坏。增压器低速时的喘振（图6、图7）高速时的流道阻塞等失效模式就是由于攻角过大导致流道内部流动恶化所致；随着发动机在不同工况下对进气量的需求的不同，通过该装置实时、动态的调整进气气流速度的切向、轴向分量，为增压器入口流场提供合理的进气攻角，达到优化增压器入口空气动力学性能的目的；当发动机工况改变引起进气量发生较大变化时，既进口气流速度改变，此时压气机入口流场结构发生变化，一些工况下可能会造成较大的进气攻角（图8）i1，由图8所述，在此进气状态下有可能诱发压气机喘振，造成压气机效率下降，发动机的输出响应延迟；当发动机转速、叶轮转速、进气流量的信息输入ECU后，ECU输出控制指令使可调导向叶片6旋转一定角度，改变进气速度c1的切向分量和轴向分量，使进气入射角变为α2，根据叶轮机械工作原理可知：气流流经叶片加速c2＞c1，此时与叶轮转速u有期望合成相对速度ω2，将进气攻角调整为i2；一种增压器进气调节装置通过对进气气流施加特定预旋的方式优化增压器压气机的进气流场，提高增压器压气机效率，改善发动机的功率和扭矩输出；一种增压器进气调节装置与控制方法可作为增压器总成的一个选配部件，当发动机工况改变时，发动机进气流量既增压器压气机的进气流量和叶轮转速发生改变；ECU根据进气流量和增压器叶轮转速的输入信号对伺服电机1的控制单元发送控制指令，根据标定程序调整导向叶片旋转一定角度，调整增压器入口流场至最佳空气动力学性能，根据传感器的输入信号对可变导向叶片进行实时、动态的控制，可提高响应速度，齿轮和蜗轮蜗杆传动方式可保证控制精度。
图3中D表示传感器输入ECU信号；E表示反馈信号；F表示ECU输出控制信号。
Claims (3)
1.一种增压器进气调节装置，包括伺服电机、蜗杆、壳体、联动环、可调导向叶片从动锥齿轮、可调导向叶片、整流叶片，其特征在于：伺服电机与蜗杆连接，在壳体上设置联动环，蜗杆与联动环的锥齿圈啮合，联动环的锥齿圈与可调导向叶片从动锥齿轮啮合，在壳体内设置可调导向叶片、整流叶片。
2.根据权利要求1所述的一种增压器进气调节装置的控制方法，其特征在于：所述的一种增压器进气调节装置的控制方法，增压器进气调节装置可作为增压器总成的一个选配部件；当发动机工况改变时，发动机进气流量既增压器压气机的进气流量和叶轮转速发生改变；ECU根据进气流量和增压器叶轮转速的输入信号对伺服电机控制单元发送控制指令，根据标定程序调整导向叶片旋转一定角度，调整增压器入口流场至最佳空气动力学性能；根据传感器的输入信号对可变导向叶片进行实时、动态的控制，可提高响应速度，齿轮和蜗轮蜗杆传动方式可保证控制精度；首先，需对增压器匹配发动机运行图中编入压气机效率、压比、叶轮转速、流量等参数随攻角变化的特性曲线；其次，将对应的发动机转速、进气流量、叶轮转速等数据信息与发动机各个运行点下的最佳攻角所对应的联动环、蜗轮蜗杆位置信息编入ECU；发动机在不同工况下工作时，ECU通过收集进气流量、发动机转速、增压器叶轮转速的实时数据，根据预先标定的控制程序，确认当前工况下的增压器入口流场的情况，并通过增压器匹配发动机运行曲线图相应给出该工况下的最佳进气攻角，ECU向电机输出工作指令，使联动环旋转至该状态时最佳攻角所对应的位置，完成一个控制循环；一种增压器进气调节装置一端连接增压器压气机端入口，另一端连接空滤后进气管，伺服电机的控制单元与ECU相连，ECU根据标定程序提供伺服电机驱动指令，动力通过蜗杆传递给联动环使其旋转一定的角度，联动环带动与其啮合的六个可调导向叶片从动锥齿轮转动，使六个可调导向叶片同时旋转一定角度，其目的是通过可调导向叶片的转动，根据不同工况调整增压器入口气流速度的切向分量和轴向分量，优化增压器的进气流场，降低增压器在发动机低速工况下诱发喘振的几率、改善增压器工作时的噪声，提升发动机的性能；壳体通过法兰紧固或卡箍的形式与增压器进行连接，通过卡扣或者螺栓紧固的方式使装置闭合，并为伺服电机、可调导向叶片提供固定和定位；伺服电机通过螺栓与增压器压气机端壳体进行紧固定位；蜗杆、联动环、可调导向叶片从动锥齿轮在装配时需要对初始啮合位置进行确认。
3.根据权利要求1所述的一种增压器进气调节装置，其特征在于：所述的一种增压器进气调节装置的工作原理是：由转子叶片工作时速度三角形可知，在相对坐标系下，相对速度ω、气流绝对速度c、叶高线速度u的构成封闭矢量三角形，在当前汽车领域中，增压器压气机入口为轴向、无预旋进气，进气绝对速度矢量c垂直于叶高线速度矢量u；相对速度ω与叶片几何进气线的夹角i称为进气攻角，进气攻角对叶轮机械工作时内部流场的空气动力学性能的影响意义重大，i大幅偏离几何进气线会加剧进气气流流经叶轮流道时在叶片表面的分离作用引起流动损失增大、压气机效率下降并产生气动噪声，严重可导致叶轮损坏；增压器低速时的喘振高速时的流道阻塞等失效模式就是由于攻角过大导致流道内部流动恶化所致；随着发动机在不同工况下对进气量的需求的不同，通过该装置实时、动态的调整进气气流速度的切向、轴向分量，为增压器入口流场提供合理的进气攻角，达到优化增压器入口空气动力学性能的目的；当发动机工况改变引起进气量发生较大变化时，既进口气流速度改变，此时压气机入口流场结构发生变化，一些工况下可能会造成较大的进气攻角i1，由图8所述，在此进气状态下有可能诱发压气机喘振，造成压气机效率下降，发动机的输出响应延迟；当发动机转速、叶轮转速、进气流量的信息输入ECU后，ECU输出控制指令使可调导向叶片旋转一定角度，改变进气速度c1的切向分量和轴向分量，使进气入射角变为α2，根据叶轮机械工作原理可知：气流流经叶片加速c2＞c1，此时与叶轮转速u有期望合成相对速度ω2，将进气攻角调整为i2；一种增压器进气调节装置通过对进气气流施加特定预旋的方式优化增压器压气机的进气流场，提高增压器压气机效率，改善发动机的功率和扭矩输出；一种增压器进气调节装置与控制方法可作为增压器总成的一个选配部件，当发动机工况改变时，发动机进气流量既增压器压气机的进气流量和叶轮转速发生改变；ECU根据进气流量和增压器叶轮转速的输入信号对伺服电机的控制单元发送控制指令，根据标定程序调整导向叶片旋转一定角度，调整增压器入口流场至最佳空气动力学性能，根据传感器的输入信号对可变导向叶片进行实时、动态的控制，可提高响应速度，齿轮和蜗轮蜗杆传动方式可保证控制精度。
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