CN108386270A - 一种集成化气动机械增压控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集成化气动机械增压控制装置，包括：外壳，其上设置有第一大气接口、第二大气接口、低压气体接口、增压气体接口、进气旁通入口和进气旁通出口；气缸；比例电磁阀，其上设置有第一通气道、第二通气道、第三通气道、第四通气道、第五通气道和第六通气道，所述第一通气道与低压气体接口连通，所述第二通气道与第二大气接口连通，所述第三通气道与上气室连通，所述比例电磁阀能够选择性的将第一通气道或第二通气道与第三通气道连通；所述比例电磁阀能够选择性的将第四通气道或第五通气道与第六气道连通。本发明还提供了一种集成化气动机械增压控制方法。

Description

一种集成化气动机械增压控制装置及其控制方法

技术领域

本发明属于汽车发动机机械增压控制装置技术领域，特别涉及一种集成化气动机械增压控制装置及其控制方法。

背景技术

机械增压技术中进气旁通阀的主要作用是防止进气管路内压力突增，将增压后到节气门之间进气管道内的压力控制在极限值以下，这个极限值既要考虑到发动机的需要，也要考虑进气组件所能承受的压力范围，当急收油门的时候，节气门关闭，但增压器并没有停止工作，空气仍然被源源不断地压缩进入进气管路，如果在进气管中这部分高压空气不能被及时排走，就会使进气管内压力迅速升高，有可能造成节气门损坏或进气管爆裂。目前机械增压器主要采用的进气旁通阀将增压后与增压器进口处连接起来，在非全负荷工况下进行泄压，保证节气门前的气体压力稳定，根据发动机的扭矩需要调节机械增压器的增压比(对于增压发动机，指压气机出口的压力与正常进气时进气口压力的比值)和流量。此外，在低速和低负荷工况时，降低增压器功耗十分重要。根据罗茨式机械增压器的效率特性图，在同一转速曲线下，随着增压比的增大，机械增压器温升增加，工作效率下降；而随着增压比的下降，增压器功耗减小。同时对于离心式压气机，如果在流量较小时仍保持较大的增压比，就会出现气流沿压气机轴线方向发生的低频率、高振幅的气流振荡现象(压气机喘振)，要避免这种情况的发生，同时减小较低负荷时增压器的功耗，关键就在于减小低负荷工况下的增压比。通过利用节气门后的负压控制旁通阀开启，可以达到这一目的，从而降低功耗，提高效率，控制燃油消耗率。

传统方案必须通过两个阀门才能实现控制压力和小负荷泄压的功能，并且需要根据不同的目标增压压力和目标真空度选择软硬程度不同的弹簧。而且，进气旁通阀在进行增压压力控制时，在不同的增压压力下，弹簧被压缩的程度不同，进气旁通阀开启的程度不同，旁通流量不同，无法实现增压压力的精确确控制。

发明内容

本发明的目的是解决现有增压控制装置需要使用两个进气旁通阀实现增压压力控制和小负荷泄压，集成度低的缺陷，提供了一种集成化气动机械增压控制装置及其控制方法。

本发明提供的技术方案为：

一种集成化气动机械增压控制装置，包括：

外壳，其顶部设置有第一大气接口、第二大气接口、低压气体接口和增压气体接口，所述外壳底部设置有进气旁通入口，侧壁设置有进气旁通出口；

气缸，其设置在所述外壳内，所述气缸包括相固定的活塞杆和活塞头，所述活塞头上方设置有主弹簧，所述活塞杆下端能够将进气旁通入口密封；所述活塞头上表面与外壳内部空间组成上气室，所述活塞头下表面与气缸缸体空间组成下气室；

比例电磁阀，其设置在所述气缸上方，所述比例电磁阀包括上部的真空电磁阀和下部的增压电磁阀，所述比例电磁阀上设置有第一通气道、第二通气道、第三通气道、第四通气道、第五通气道和第六通气道，所述第一通气道与低压气体接口连通，所述第二通气道与第二大气接口连通，所述第三通气道与上气室连通，所述真空电磁阀能够选择性的将第一通气道或第二通气道与第三通气道连通；所述第四通气道与第一大气接口连通，所述第五通气道与增压气体接口相连通，所述第六通气道与下气室连通，所述增压电磁阀能够选择性的将第四通气道或第五通气道与第六气道连通。

优选的是，所述比例电磁阀包括电磁阀壳体，其内设置有第一空腔和第二空腔，所述真空电磁阀设置在第一空腔内，所述增压电磁阀设置在第二空腔内；

所述真空电磁阀包括自上而下依次设置有第一动铁芯、第一弹簧和第一静铁芯，所述第一空腔内还设置有第一线圈；所述第一通气道一端位于第一空腔顶部中心处，所述第一动铁芯上表面能够将第一通气道密封；所述第二通气道一端位于第一静铁芯中心处，所述第一动铁芯下表面能够将第二通气道密封；所述第三通气道开设置在第一静铁芯的偏离中心处；

所述增压电磁阀包括自上而下依次设置有第二动铁芯、第二弹簧和第二静铁芯，所述第二空腔内还设置有第二线圈；所述第四通气道一端位于第二空腔顶部中心处，所述第二动铁芯上表面能够将第四通气道密封；所述第五通气道一端位于第二静铁芯中心处，所述第二动铁芯下表面能够第五通气道密封；所述第六通气道开设置在第二静铁芯的偏离中心处。

优选的是，所述第一空腔内顶部设置有第一导轨，所述第一导轨与第一动铁芯上部相配合，以使第一动铁芯能够上下直线移动。

优选的是，所述第二空腔内顶部设置有第二导轨，所述第二导轨与第二动铁芯上部相配合，以使第二动铁芯能够上下直线移动。

优选的是，所述外壳包括上外壳和下外壳，所述上外壳的下部和下外壳的上部均设置有安装法兰，所述上外壳和下外壳通过螺栓和螺母固定在一起；所述上外壳和下外壳之间还设置有密封垫片。

优选的是，所述外壳顶部设置有电磁阀线束接插件，所述比例电磁阀上设置有导线槽，所述第一线圈和第二线圈的导线从所述导线槽穿出到外壳外部并于所述电磁阀线束接插件电连接。

优选的是，所述活塞头与所述第二静铁芯的下部滑动连接，所述活塞头与活塞杆通过螺纹固定连接；所述上部设置有导气孔，以使第二静铁芯下部的第六通气道与下气室连通。

优选的是，所述进气旁通入口为锥形孔，所述活塞杆下端为圆锥形，所述活塞杆下端能够将所述进气旁通入口密封；所述进气旁通入口和活塞杆下端之间设置有密封圈。

优选的是，所述电磁阀壳体包括电磁阀上壳体和电磁阀下壳体，所述电磁阀上壳体上部通过螺钉固定在外壳内的顶部；所述电磁阀上壳体和电磁阀下壳体通过螺栓和螺母固定连接在一起，所述电磁阀上壳体和电磁阀下壳体之间设置有密封垫片。

一种集成化气动机械增压控制方法，包括如下步骤：

步骤一、通过发动机转速传感器获取发动机的转速n，通过节气门位置传感器获取节气门开度TP；

步骤二、控制真空电磁阀供电的占空比D₁，使D₁满足：

步骤三、控制增压电磁阀供电的占空比D₂，使D₂满足：

其中，P₀为进气旁通入口和进气旁通出口接通时活塞头上下表面的压力差，P_a为大气压力，k为调节系数，所述调节系数k满足：

当5000<n≤7000：

TP≤25％，则k＝6；25％<TP≤60％，则k＝7；TP>60％，则k＝8；

当7000<n≤9000时：

TP≤20％，则k＝5；30％<TP≤70％，则k＝6；TP>70％，则k＝7。

本发明的有益效果体现在以下方面：本发明通过一个进气旁通阀就能同时实现控制压力和小负荷泄压的功能；同时可以根据不同的目标增压压力和目标真空度，利用电磁比例阀，采用电控气动的方法使旁通阀开启，从而精确控制增压压力和进气歧管真空度，降低增压器的功耗，同时保护进气管路。

附图说明

图1为本发明所述的集成化气动机械增压控制装置外形结构示意图。

图2为本发明所述的集成化气动机械增压控制装置剖视图。

图3为本发明所述的电磁比例阀正剖视图。

图4为本发明所述的电磁比例阀侧剖视图。

图5为本发明所述的电磁比例阀30度半剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、图2所示，本发明提供了一种集成化气动机械增压控制装置，包括上外壳6和下外壳10。在上外壳6的下部和下外壳10的上部均设置有安装法兰，通过使用螺栓7和螺母9能够将上外壳6和下外壳10紧密固定在一起。在所述上外壳6和下外壳10之间设置有密封垫片8，用于保证上外壳6和下外壳10连接处的密封性。

在所述下外壳10的下部设置有安装螺纹孔11，用于将整个集成化气动机械增压控制装置与其他设备进行连接。在所述上外壳6顶部设置有第一大气接口1、第二大气接口3、低压气体接口2、增压气体接口4以及电磁阀线束接插件5。所述下外壳10的侧壁上设置有进气旁通出口13，在所述下外壳10的下表面中心设置有进气旁通入口12。

所述集成化气动机械增压控制装置安装在汽车发动机的供气系统中，所述低压气体接口2与节气门后低压气体接口连接，增压气体接口4与进气管路中的增压器后增压气体接口连接，进气旁通入口12与增压器后的进气管路上的增压气体接口连接，进气旁通出口13与增压器前气体接口连接。

在所述上外壳6和下外壳10内设置有电磁比例阀15和气缸14。所述电磁比例阀15设置在气缸14的上方。

所述电磁比例阀15的顶部通过6个螺钉20紧固在上外壳6上。电磁比例阀15的顶部与上外壳6之间设置有密封垫片21，用于提高密封性。

所述气缸14的缸体嵌入到上外壳6和下外壳10内部的凹槽中，所述气缸14还包括活塞杆16和活塞头17，所述活塞杆16的顶部设置有外螺纹，所述活塞头17中部设置有内螺纹，活塞杆16和活塞头17通过螺纹配合固定在一起。所述活塞杆16从气缸14的缸体底部中心的通孔穿过，所述气缸14的缸体底部中心的通孔上设置有密封圈18，用于提高活塞杆16与气缸14缸体的密封性。所述进气旁通入口12为锥形孔，所述活塞杆16的底部也为锥形，当活塞杆16运动到最下端时能够将进气旁通入口12完全密封。所述活塞杆16底部与进气旁通入口12之间设置有密封圈19。所述活塞头17上表面有上外壳6之间形成上气室，所述活塞头17下表面有气缸14缸体之间形成下气室。

在所述活塞头17与电磁比例阀15之间设置有主弹簧23，主弹簧23为活塞头17施加向下的弹力。

如图3-5所示，所述电磁比例阀15由两个单独的电磁比例阀集合而成，上部为真空电磁阀，下部为增压电磁阀。

所述电磁比例阀15包括电磁阀上壳体24和电磁阀下壳体34，所述电磁阀上壳体24和电磁阀下壳体34通过螺栓37和螺母38固定连接在一起。在电磁阀上壳体24和电磁阀下壳体34之间设置有密封垫片39。通过电磁阀上壳体24和电磁阀下壳体34共同组成电磁阀的外壳。

在电磁阀外壳上部设置有第一空腔，真空电磁阀设置在第一空腔内。在第一空腔的底部固定设置有第一静铁芯32，并且第一静铁芯32与电磁阀下壳体34中间有密封圈36。在第一静铁芯32上方设置有第一动铁芯26，所述第一动铁芯26和第一静铁芯32之间还设置有第一弹簧28，在第一空腔内还设置有第一导轨25，所述第一导轨25与第一动铁芯26的上部相配合，用于限制第一动铁芯26只能沿竖直方向直线移动。在所述第一空腔内还设置有第一线圈挡板29和第一线圈30，第一线圈挡板29将第一线圈30固定在第一动铁芯26的外侧，线圈导线沿着电磁阀上壳体24上的导线槽31穿出壳体。

在所述电磁阀上壳体24的顶部中心处开设置有第一通气道27，当第一动铁芯26位于最顶端位置时，第一动铁芯26的上表面能够将第一通气道27密封住。所述第一通气道27与低压气体接口2连通。在所述第一静铁芯32的中心处开设置有第二通气道33，并且所述第二通气道33与第二大气接口3连通。当第一线圈30通电时能够使第一动铁芯26克服第一弹簧28的弹力向下运动，进而通过第一动铁芯26的下表面能够将第二通气道33密封。在所述第一静铁芯32的偏离中心处开设置有第三通气道35，所述上外壳6和活塞头17之间形成上气室，所述第三通气道35与上气室相连通。

在电磁阀外壳下部设置有第二空腔，增压电磁阀设置在第二空腔内。在第二空腔的底部设置有第二静铁芯46，第二静铁芯46通过6个螺钉47固定在电磁阀下壳体34上。在第二静铁芯46与电磁阀下壳体34中间设置有密封垫片48。在所述第二静铁芯46的上部设置有第二动铁芯41，所述第二静铁芯46与第二动铁芯41之间设置有第二弹簧42。在所述第二空腔内还设置有第二导轨40，所述第二导轨40与第二动铁芯41的上部相配合，用于限制第二动铁芯41只能沿竖直方向直线移动。在所述第二空腔内还设置有第二线圈44和第二线圈挡板43，第二线圈挡板43将第二线圈44固定在第二动铁芯41的外侧，第二线圈44的导线沿着电磁阀上壳体24上的导线槽31穿出壳体，和真空电磁阀导线一同并入电磁阀接插件5，通过电磁阀接插件5能够为电磁阀供电。

在所述电磁阀上壳体24和电磁阀下壳体34上开设置有第四通气道45，所述第四通气道45一端与第一大气接口1连通，另一端位于第二动铁芯41的正上方，当第二动铁芯41位于最上方位置时，第二动铁芯41的上表面能够将第四通气道45密封。所述第二静铁芯46的中心处开设置有第五通气道50，所述第五通气道50与增压气体接口4相连通。当第二线圈44通电时，能够使第二动铁芯41克服第二弹簧弹簧42弹力向下运动，进而通过第二动铁芯41的下表面能够将第五通气道50密封。在所述第二静铁芯46的偏离中心处开设置有第六通气道49。所述第二静铁芯46的下端与活塞头17滑动连接，第二静铁芯46与活塞头17连接处设置有密封圈22。第六通气道49与活塞头17和活塞杆16上的导气孔连通，进而使第六通气道49与气缸14和活塞头17组成的下气室相通。

当发动机处于大负荷工况时，节气门后气体压力较大，真空电磁阀不通电，上气室与大气接通，上气室压力恒定，此时根据目标增压压力对增压电磁阀输入不同占空比的PWM信号，信号为低电平时，增压电磁比例阀不通电，下气室与增压气体相通，信号为高电平时，增压电磁比例阀通电，下气室与大气相通，通过调节PWM信号占空比调节目标增压压力，使得气体在达到主弹簧预紧力时将活塞顶起，进气旁通入口12和进气旁通出口13接通，即增压后的气体与机械增压器入口接通，保证进气管内的压力为目标增压压力。在相同主弹簧预紧力时，也能通过占空比的变化，达到不同的增压压力，做到了精确控制增压压力，保证节气门前的气体压力稳定，使用户可以根据发动机的扭矩需要调节机械增压器的压比和流量。

当发动机处于小负荷工况时，连续的进气行程使节气门后出现真空度，增压电磁比例阀不通电，下气室口与大气接通，下气室压力恒定，此时根据目标真空压力对真空电磁阀输入不同占空比的PWM信号，信号为低电平时，真空电磁比例阀不通电，上气室与大气相通，信号为高电平时，真空电磁比例阀通电，上气室与节气门后低压气体相通，通过调节PWM信号占空比调小负荷泄压压力，下气室与上气室压力差在达到弹簧预紧力时将活塞顶起，进气旁通入口12和进气旁通出口13接通，即增压后的气体与机械增压器入口接通。在相同主弹簧预紧力时，也能通过占空比的变化，在不同真空度时使进气旁通入口12和进气旁通出口13接通，做到了精确控制歧管真空度，小负荷时降低增压比，从而降低增压器功耗，提高效率，控制燃油消耗率。

本发明还提供了一种集成化气动机械增压控制方法，使用本发明提供的集成化气动机械增压控制装置，通过对真空电磁阀的占空比进行控制，来调节目标增压压力。

所述集成化气动机械增压控制方法具体步骤如下：

步骤一、通过发动机转速传感器获取发动机的转速n，通过节气门位置传感器获取节气门开度TP。

步骤二、根据节气门开度TP的大小，来控制真空电磁阀供电的占空比D₁，使D₁满足：

步骤三、根据发动机的转速n和节气门开度TP的大小，来控制增压电磁阀供电的占空比D₂，使D₂满足：

其中，P₀为在当前主弹簧预紧力下，进气旁通入口12和进气旁通出口13接通时活塞头17上下表面的压力差，只与弹簧预紧力和弹簧刚度有关，在同一个集成化的机械增压控制装置中，P₀为定值；P_a为大气压力，k为调节系数，所述调节系数k满足：

当5000<n≤7000时，TP≤25％，则k＝6；25％<TP≤60％，k＝7；TP>60％，则k＝8；

当7000<n≤9000时，TP≤20％，则k＝5；30％<TP≤70％，k＝6；TP>70％，则k＝7。

在上式中，取P₀为130kPa，P_a取100kPa。n为发动机转速，单位为转每分钟，发动机选取稳定运行的转速范围在1500-9000RPM的一款发动机。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种集成化气动机械增压控制装置，其特征在于，包括：

外壳，其顶部设置有第一大气接口、第二大气接口、低压气体接口和增压气体接口，所述外壳底部设置有进气旁通入口，侧壁设置有进气旁通出口；

气缸，其设置在所述外壳内，所述气缸包括相固定的活塞杆和活塞头，所述活塞头上方设置有主弹簧，所述活塞杆下端能够将进气旁通入口密封；所述活塞头上表面与外壳内部空间组成上气室，所述活塞头下表面与气缸缸体空间组成下气室；

比例电磁阀，其设置在所述气缸上方，所述比例电磁阀包括上部的真空电磁阀和下部的增压电磁阀，所述比例电磁阀上设置有第一通气道、第二通气道、第三通气道、第四通气道、第五通气道和第六通气道，所述第一通气道与低压气体接口连通，所述第二通气道与第二大气接口连通，所述第三通气道与上气室连通，所述真空电磁阀能够选择性的将第一通气道或第二通气道与第三通气道连通；所述第四通气道与第一大气接口连通，所述第五通气道与增压气体接口相连通，所述第六通气道与下气室连通，所述增压电磁阀能够选择性的将第四通气道或第五通气道与第六气道连通。

2.根据权利要求1所述的集成化气动机械增压控制装置，其特征在于，所述比例电磁阀包括电磁阀壳体，其内设置有第一空腔和第二空腔，所述真空电磁阀设置在第一空腔内，所述增压电磁阀设置在第二空腔内；

所述真空电磁阀包括自上而下依次设置有第一动铁芯、第一弹簧和第一静铁芯，所述第一空腔内还设置有第一线圈；所述第一通气道一端位于第一空腔顶部中心处，所述第一动铁芯上表面能够将第一通气道密封；所述第二通气道一端位于第一静铁芯中心处，所述第一动铁芯下表面能够将第二通气道密封；所述第三通气道开设置在第一静铁芯的偏离中心处；

所述增压电磁阀包括自上而下依次设置有第二动铁芯、第二弹簧和第二静铁芯，所述第二空腔内还设置有第二线圈；所述第四通气道一端位于第二空腔顶部中心处，所述第二动铁芯上表面能够将第四通气道密封；所述第五通气道一端位于第二静铁芯中心处，所述第二动铁芯下表面能够第五通气道密封；所述第六通气道开设置在第二静铁芯的偏离中心处。

3.根据权利要求2所述的集成化气动机械增压控制装置，其特征在于，所述第一空腔内顶部设置有第一导轨，所述第一导轨与第一动铁芯上部相配合，以使第一动铁芯能够上下直线移动。

4.根据权利要求2所述的集成化气动机械增压控制装置，其特征在于，所述第二空腔内顶部设置有第二导轨，所述第二导轨与第二动铁芯上部相配合，以使第二动铁芯能够上下直线移动。

5.根据权利要求3或4所述的集成化气动机械增压控制装置，其特征在于，所述外壳包括上外壳和下外壳，所述上外壳的下部和下外壳的上部均设置有安装法兰，所述上外壳和下外壳通过螺栓和螺母固定在一起；所述上外壳和下外壳之间还设置有密封垫片。

6.根据权利要求5所述的集成化气动机械增压控制装置，其特征在于，所述外壳顶部设置有电磁阀线束接插件，所述比例电磁阀上设置有导线槽，所述第一线圈和第二线圈的导线从所述导线槽穿出到外壳外部并于所述电磁阀线束接插件电连接。

7.根据权利要求6所述的集成化气动机械增压控制装置，其特征在于，所述活塞头与所述第二静铁芯的下部滑动连接，所述活塞头与活塞杆通过螺纹固定连接；所述上部设置有导气孔，以使第二静铁芯下部的第六通气道与下气室连通。

8.根据权利要求7所述的集成化气动机械增压控制装置，其特征在于，所述进气旁通入口为锥形孔，所述活塞杆下端为圆锥形，所述活塞杆下端能够将所述进气旁通入口密封；所述进气旁通入口和活塞杆下端之间设置有密封圈。

9.根据权利要求8所述的集成化气动机械增压控制装置，其特征在于，所述电磁阀壳体包括电磁阀上壳体和电磁阀下壳体，所述电磁阀上壳体上部通过螺钉固定在外壳内的顶部；所述电磁阀上壳体和电磁阀下壳体通过螺栓和螺母固定连接在一起，所述电磁阀上壳体和电磁阀下壳体之间设置有密封垫片。

10.一种集成化气动机械增压控制方法，其特征在于，使用如权利要求1-10中任一项所述的集成化气动机械增压控制装置，并包括如下步骤：

步骤一、通过发动机转速传感器获取发动机的转速n，通过节气门位置传感器获取节气门开度TP；

步骤二、控制真空电磁阀供电的占空比D₁，使D₁满足：

步骤三、控制增压电磁阀供电的占空比D₂，使D₂满足：

其中，P₀为进气旁通入口和进气旁通出口接通时活塞头上下表面的压力差，P_a为大气压力，k为调节系数，所述调节系数k满足：

当5000<n≤7000：

TP≤25％，则k＝6；25％<TP≤60％，则k＝7；TP>60％，则k＝8；

当7000<n≤9000时：

TP≤20％，则k＝5；30％<TP≤70％，则k＝6；TP>70％，则k＝7。