CN108590840A - 一种汽车发动机的涡轮增压器冷却系统 - Google Patents

一种汽车发动机的涡轮增压器冷却系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种汽车发动机的涡轮增压器冷却系统，属于汽车发动机技术领域。它解决了如何保证喷水适量以提高排气降温效率和增压效率的问题。本冷却系统包括发动机ECU和用于向涡壳内腔喷水的喷水装置，还包括用于检测油门开度的油门开度传感器和用于检测发动机进气歧管压力的气压传感器，发动机ECU分别与喷水装置、油门开度传感器、气压传感器电连接，且能够根据接收到的油门开度信号和发动机进气歧管压力信号来控制喷水装置喷出的实时喷水量。本冷却系统中喷水装置的喷水量根据发动机实时工况进行精准调节控制，能够保证喷水装置能够喷水适量，大大提高了排气降温效率和涡轮增压器的增压效率。

Description

一种汽车发动机的涡轮增压器冷却系统
技术领域
本发明属于汽车发动机技术领域，涉及一种汽车发动机的涡轮增压器冷却系统。
背景技术
涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。增压器通常与发动机配合工作，它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增大，废气排出速度与涡轮转速也同步增加，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，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发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。
在发动机上，为了防止排气温度过高引起零件失效，在进行标定时会对排气温度进行控制，一般的控制方式为在燃烧室内喷入燃油或者纯水，利用燃油或者纯水的汽化过程吸热达到降低排气温度的目的。如中国专利【申请号201510270960.4】中公开了一种带有喷水装置的增压器涡轮，包括涡轮涡壳、涡轮叶片、增压器轴，安装在增压器轴上的涡轮叶片设置在涡轮涡壳里，涡轮涡壳上设置涡轮进口，在涡轮进口处设置喷水器，增压器轴旁设置转速传感器，涡轮涡壳的涡轮进口处设置温度传感器，喷水器、转速传感器和温度传感器均连接控制器，控制器根据判定转速传感器和温度传感器的信号是否超出限定值控制喷水器的开闭。当发现超速和超温时，控制器控制喷水器开启，将高压水喷入涡轮进气道内，吸收废气能量，水变成水蒸气，从而降低了整个废气的温度；当温度和转速低于限制值时，控制器控制喷水器关闭，不再向涡轮入口喷水，使废气能尽量多做功，提高增压器效率。
但是上述现有技术中，其中控制器只能根据温度和转速两个上下限制值来控制喷水装置开启或者关闭，具体上下限制值之间的喷水量都是定量的，也就是说，其喷水装置的喷水量不能根据实际工况进行实时控制调节，在某些工况下可能会喷水过多，影响增压效率；或者在某些工况下可能喷水过少，影响排气降温效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种汽车发动机的涡轮增压器冷却系统，本发明解决的技术问题是如何保证喷水适量以提高排气降温效率和增压效率。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种汽车发动机的涡轮增压器冷却系统，所述涡轮增压器包括涡壳，所述冷却系统包括发动机ECU和用于向涡壳内腔喷水的喷水装置，其特征在于，还包括用于检测油门开度的油门开度传感器和用于检测发动机进气歧管压力的气压传感器，所述发动机ECU分别与喷水装置、油门开度传感器、气压传感器电连接，且能够根据接收到的油门开度信号和发动机进气歧管压力信号来控制喷水装置喷出的实时喷水量。
本汽车发动机的涡轮增压器冷却系统的工作原理如下：本系统中的喷水装置喷出的喷水量通过发动机ECU根据实时工况进行实时控制，具体来说，通过设计用于检测油门开度信号的油门开度传感器和用于检测发动机进气歧管压力信号的气压传感器，使得发动机的实时工况得到检测，并将上述信号传递到发动机ECU中，然后发动机ECU根据检测到的反映实时工况的上述信号参数进行计算处理来控制喷水量，从而使得喷水装置喷出的喷水量可以根据实际工况实时可控，从而保证喷水装置能够喷水适量，一方面不会过少，进而达到提高了排气降温效率；另一方面也不会过多，进而提高涡轮增压器的增压效率。
在上述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统中，所述喷水装置喷出的喷水量为Cxy；
Cxy＝{(Bd-By)[AbCac-AaCbc+Ax(Cbc-Cac)]+(By-Bc)[AbCad-AaCbd+Ax(Cbd-Cad)]}/[(Ab-Aa)(Bd-Bc)]
式中，Ax为气压传感器检测到的实时发动机进气歧管压力值；By为油门开度传感器检测到的实时油门开度值；Aa和Ab为存储在发动机ECU中的发动机进气歧管预设压力值数据库中的两个最接近Ax的发动机进气歧管预设压力值，且Aa<Ax<Ab；Bc和Bd为存储在发动机ECU中的油门开度预设值数据库中的两个最接近By的油门开度预设值，且Bc<By<Bd；Cac为存储在发动机ECU中并与Aa和Bc对应的预设喷水量；Cbc为存储在发动机ECU中并与Ab和Bc对应的预设喷水量；Cad为存储在发动机ECU中并与Aa和Bd对应的预设喷水量；Cbd为存储在发动机ECU中并与Ab和Bd对应的预设喷水量。发动机ECU根据以上计算公式，使得发动机ECU能够根据实时检测到的发动机进气歧管压力信号和油门开度信号来精确计算出所需喷水量，从而使得喷水装置能够根据发动机实时工况喷出适量冷却水，达到提高排气降温效率和增压效率的目的。
在上述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统中，所述存储在发动机ECU中的发动机进气歧管预设压力值数据库为A1，A2，……，Am，A1至Am依次增大，所述存储在发动机ECU中的油门开度预设值数据库为B1，B2，……，Bn，从B1至Bn依次增大，当油门开度值为A1，发动机进气歧管压力值为B1，此时模拟测试所得喷水量为C11，当油门开度值为A2，发动机进气歧管压力值为B1，此时模拟测试所得喷水量为C21；以此类推，得到油门开度值从A1至最大值Am，发动机进气歧管压力值从B1至最大值Bn时，对应的喷水量为C11，C12，C13，……C1n，C21，C22，C23，……C2n,……Cm1，Cm2，Cm3，……Cmn。上述数据库中，以(A1,B1,C11)这一组数据为例，C11为所在当前工况下，即当油门开度值为A1，发动机进气歧管压力值为B1时，经过多次反复试验所得的最佳喷水量数值；这样能够保证ECU调取数据库中的参数运用到上述公式中计算出来的喷水量极为精准，从而达到保证喷水适量以提高排气降温效率和增压效率的目的。
在上述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统中，所述喷水装置包括电控针阀喷头和高压水泵，所述高压水泵通过水管与电控针阀喷头相连，所述电控针阀喷头与发动机ECU电连接。在实际使用过程中，高压水泵为电控针阀喷头提供水源，而发动机ECU则通过控制针阀的占空比来调节电控针阀喷头的开度，从而达到了控制喷水量以使喷水量适量的目的；作为替代方案，上述喷水装置包括喷头、高压水泵、使喷头和高压水泵相连通的水管和设置在水管上的流量调节电磁阀，流量调节电磁阀与发动机ECU电连接。
在上述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统中，所述涡壳内具有进气道，所述电控针阀喷头朝向进气道的进气口。通过以上对喷头喷射放向的设计，能够优先对进入进气口处的最高温排气进行冷却，有利于提高排气降温效率。
在上述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统中，所述进气道的宽度由进气口向内逐渐减小。通过以上对进气道的形状设计，使得排气和水蒸汽的混合气体更易聚集地对涡壳内的涡轮做功，从而有利于提高增压效率。
在上述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统中，所述进气道呈弯弧状，所述电控针阀喷头位于进气道的中段弯折处。由于进气道呈弯弧状，而喷头又位于中段弯折处，再结合上述喷射方向设计，使得冷却水能够在进气道的前段形成面积较大的冷却区域，从而有利于提高排气降温效率。
在上述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统中，所述涡壳的外表面上具有向外凸出的安装座，所述电控针阀喷头穿设且固定在安装座内。通过以上设计，使得电控针阀喷头安装可靠稳固。
与现有技术相比，本汽车发动机的涡轮增压器冷却系统具有以下优点：本冷却系统中喷水装置的喷水量根据发动机实时工况进行精准调节控制，能够保证喷水装置能够喷水适量，大大提高了排气降温效率和涡轮增压器的增压效率。
附图说明
图1是本汽车发动机的涡轮增压器冷却系统的结构示意简图。
图2是本汽车发动机的涡轮增压器冷却系统的控制原理图。
图中，1、涡壳；11、安装座；1a、进气道；1a1、进气口；2、发动机ECU；3、油门开度传感器；4、气压传感器；5、电控针阀喷头；6、高压水泵。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
具体来说，如图1所示，本汽车发动机的涡轮增压器冷却系统包括发动机ECU2、用于向涡轮增压器的涡壳1内腔喷水的喷水装置、用于检测油门开度的油门开度传感器3和用于检测发动机进气歧管压力的气压传感器4。发动机ECU2分别与喷水装置、油门开度传感器3、气压传感器4电连接。
其中，喷水装置包括电控针阀喷头5和高压水泵6，涡壳1的外表面上具有向外凸出的安装座11，电控针阀喷头5穿设且固定在安装座11内。高压水泵6通过水管与电控针阀喷头5相连，电控针阀喷头5与发动机ECU2电连接。涡壳1内具有呈弯弧状的进气道1a，进气道1a的宽度由进气口1a1向内逐渐减小，电控针阀喷头5位于进气道1a的中段弯折处，且电控针阀喷头5朝向进气道1a的进气口1a1。
如图2所示，发动机ECU2能够根据接收到的油门开度信号和发动机进气歧管压力信号来控制电控针阀喷头5喷出的实时喷水量。其中，电控针阀喷头5喷出的喷水量为Cxy；Cxy＝{(Bd-By)[AbCac-AaCbc+Ax(Cbc-Cac)]+(By-Bc)[AbCad-AaCbd+Ax(Cbd-Cad)]}/[(Ab-Aa)(Bd-Bc)]
式中，Ax为气压传感器4检测到的实时发动机进气歧管压力值；By为油门开度传感器3检测到的实时油门开度值；Aa和Ab为存储在发动机ECU2中的发动机进气歧管预设压力值数据库中的两个最接近Ax的发动机进气歧管预设压力值，且Aa<Ax<Ab；Bc和Bd为存储在发动机ECU2中的油门开度预设值数据库中的两个最接近By的油门开度预设值，且Bc<By<Bd；Cac为存储在发动机ECU2中并与Aa和Bc对应的预设喷水量；Cbc为存储在发动机ECU2中并与Ab和Bc对应的预设喷水量；Cad为存储在发动机ECU2中并与Aa和Bd对应的预设喷水量；Cbd为存储在发动机ECU2中并与Ab和Bd对应的预设喷水量。
更具体地，上述存储在发动机ECU2中的发动机进气歧管预设压力值数据库为A1，A2，……，Am，A1至Am依次增大，存储在发动机ECU2中的油门开度预设值数据库为B1，B2，……，Bn，从B1至Bn依次增大，当油门开度值为A1，发动机进气歧管压力值为B1，此时模拟测试所得喷水量为C11，当油门开度值为A2，发动机进气歧管压力值为B1，此时模拟测试所得喷水量为C21；以此类推，得到油门开度值从A1至最大值Am，发动机进气歧管压力值从B1至最大值Bn时，对应的喷水量为C11，C12，C13，……C1n，C21，C22，C23，……C2n,……Cm1，Cm2，Cm3，……Cmn。同时，上述发动机进气歧管预设压力值数据库和油门开度预设开度值数据库中预设值所保留的小数位数和实时所测Ax和By所保留的小数位数不同。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了涡壳1、安装座11、进气道1a、进气口1a1、发动机ECU2、油门开度传感器3、气压传感器4、电控针阀喷头5、高压水泵6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种汽车发动机的涡轮增压器冷却系统，所述涡轮增压器包括涡壳(1)，所述冷却系统包括发动机ECU(2)和用于向涡壳(1)内腔喷水的喷水装置，其特征在于，还包括用于检测油门开度的油门开度传感器(3)和用于检测发动机进气歧管压力的气压传感器(4)，所述发动机ECU(2)分别与喷水装置、油门开度传感器(3)、气压传感器(4)电连接，且能够根据接收到的油门开度信号和发动机进气歧管压力信号来控制喷水装置喷出的实时喷水量。
2.根据权利要求1所述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统，其特征在于，所述喷水装置喷出的喷水量为Cxy；
Cxy＝{(Bd-By)[AbCac-AaCbc+Ax(Cbc-Cac)]+(By-Bc)[AbCad-AaCbd+Ax(Cbd-Cad)]}/[(Ab-Aa)(Bd-Bc)]
式中，Ax为气压传感器(4)检测到的实时发动机进气歧管压力值；By为油门开度传感器(3)检测到的实时油门开度值；Aa和Ab为存储在发动机ECU(2)中的发动机进气歧管预设压力值数据库中的两个最接近Ax的发动机进气歧管预设压力值，且Aa<Ax<Ab；Bc和Bd为存储在发动机ECU(2)中的油门开度预设值数据库中的两个最接近By的油门开度预设值，且Bc<By<Bd；Cac为存储在发动机ECU(2)中并与Aa和Bc对应的预设喷水量；Cbc为存储在发动机ECU(2)中并与Ab和Bc对应的预设喷水量；Cad为存储在发动机ECU(2)中并与Aa和Bd对应的预设喷水量；Cbd为存储在发动机ECU(2)中并与Ab和Bd对应的预设喷水量。
3.根据权利要求2所述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统，其特征在于，所述存储在发动机ECU(2)中的发动机进气歧管预设压力值数据库为(A1，A2，……，Am)，A1至Am依次增大，所述存储在发动机ECU(2)中的油门开度预设值数据库为(B1，B2，……，Bn)，从B1至Bn依次增大，当油门开度值为A1，发动机进气歧管压力值为B1，此时模拟测试所得喷水量为C11，当油门开度值为A2，发动机进气歧管压力值为B1，此时模拟测试所得喷水量为C21；以此类推，得到油门开度值从A1至最大值Am，发动机进气歧管压力值从B1至最大值Bn时，对应的喷水量为(C11，C12，C13，……C1n，C21，C22，C23，……C2n,……Cm1，Cm2，Cm3，……Cmn)。
4.根据权利要求1或2或3所述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统，其特征在于，所述喷水装置包括电控针阀喷头(5)和高压水泵(6)，所述高压水泵(6)通过水管与电控针阀喷头(5)相连，所述电控针阀喷头(5)与发动机ECU(2)电连接。
5.根据权利要求4所述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统，其特征在于，所述涡壳(1)内具有进气道(1a)，所述电控针阀喷头(5)朝向进气道(1a)的进气口(1a1)。
6.根据权利要求5所述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统，其特征在于，所述进气道(1a)的宽度由进气口(1a1)向内逐渐减小。
7.根据权利要求6所述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统，其特征在于，所述进气道(1a)呈弯弧状，所述电控针阀喷头(5)位于进气道(1a)的中段弯折处。
8.根据权利要求4所述的汽车发动机的涡轮增压器冷却系统，其特征在于，所述涡壳(1)的外表面上具有向外凸出的安装座(11)，所述电控针阀喷头(5)穿设且固定在安装座(11)内。
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