CN109252942A - 一种发动机电动辅助增压控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机电动辅助增压控制方法，该方法是在废气压气机与进气歧管之间的进气通路上设置一单向阀和与该单向阀并接的进气支路，并将辅助压气机设于进气支路上，根据实际的发动机参数控制辅助压气机以平滑变化的转速运行。本发明还公开了一种与所述方法对应的发动机电动辅助增压控制系统。本发明能避免压缩空气推动辅助压气机的叶轮转动、降低辅助压气机的设计和使用成本、保证发动机工作性能。

Description

一种发动机电动辅助增压控制方法及系统
技术领域
本发明涉及发动机增压控制技术领域，更具体地说，它涉及一种发动机电动辅助增压控制方法及系统。
背景技术
传统的涡轮增压器利用发动机排出的废气能量推动涡轮，涡轮带动同轴的压气机叶轮，叶轮将经过空气滤清器的空气进行压缩，并将压缩后的空气送入发动机气缸。当发动机转速提升时，发动机排出的废气加速推动涡轮的运转，此时，压气机叶轮也同步加速，以压缩更多的空气进入气缸。进入气缸内的空气压力越大，意味着气缸内的空气密度越大，氧含量也随之增加，从而可以使更多的燃料进行充分的燃烧，而更多的燃烧能量能增加发动机的输出功率。但是当发动机处于低速工况时，由于废气的能量较低，无法推动涡轮进行及时增压，从而使驾驶者有一种油门响应不及时的感觉，这就是传统废气涡轮增压器特有的低速段响应迟滞问题。
目前常用方法的是在废气涡轮增压器与发动机之间增加电动辅助增压器，电动辅助增压器的辅助压气机与废气涡轮增压器的废气压气机在同一条进气通路上，根据进气通路内的压力值控制辅助压气机工作，当压力值低于预定的压力值时，启动辅助压气机工作，当压力值达到预定的压力值时，停止辅助压气机工作。这种方法有以下缺点：由于辅助压气机与废气涡轮增压器的压气机在同一条进气通路上，废气涡轮增压器的压缩空气经过辅助压气机的叶轮时会推动叶轮转动，因此辅助压气机的设计使用寿命需要与废气涡轮增压器的设计使用寿命相一致，设计和使用成本高；辅助压气机在启动或停止瞬间可能会产生压力突变，影响发动机性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供了一种能避免压缩空气推动辅助压气机的叶轮转动、降低辅助压气机的设计和使用成本、保证发动机工作性能的发动机电动辅助增压控制方法。
本发明的目的二是提供了一种能避免压缩空气推动辅助压气机的叶轮转动、降低辅助压气机的设计和使用成本、保证发动机工作性能的发动机电动辅助增压控制系统。
为实现上述目的一，本发明提供了一种发动机电动辅助增压控制方法，该方法是在废气压气机与进气歧管之间的进气通路上设置一单向阀和与该单向阀并接的进气支路，并将辅助压气机设于进气支路上，根据实际的发动机参数控制辅助压气机以平滑变化的转速运行。
作为进一步地改进，所述的发动机参数包括转速、喷油量、冷却液温度、进气压力，根据转速、喷油量制作压力脉谱，根据冷却液温度制作液温修正曲线，根据进气压力制作气压修正曲线，通过转速、喷油量、冷却液温度、进气压力分别查询压力脉谱、液温修正曲线、气压修正曲线并计算得到压力目标值，根据压力目标值－进气压力的压力差值、转速制作转速脉谱，控制辅助压气机运行包括步骤如下，
S1、检测发动机的转速、喷油量、冷却液温度、进气压力，若转速小于预设的辅助增压转速或辅助压气机正在运行，则进行步骤S2；否则继续进行步骤S1；
S2、根据转速、喷油量查询压力脉谱得到压力基础值，根据冷却液温度查询液温修正曲线得到液温修正因子，根据进气压力查询气压修正曲线得到气压修正因子，压力基础值依次乘以液温修正因子、气压修正因子得到压力目标值；
S3、根据转速、压力差值查询转速脉谱得到增压转速基础值，根据压力差值进行PID闭环调节得到PID调节值，增压转速基础值加上PID调节值得到平滑变化的转速目标值，根据转速目标值控制辅助压气机运行，进行步骤S1。
进一步地，在步骤S1中，所述的辅助增压转速为30％·发动机最大转速～50％·发动机最大转速。
进一步地，在步骤S1中，所述的进气压力为发动机的进气歧管内的气体压力。
进一步地，在步骤S3中，当所述的转速目标值小于预设的最低增压转速时，停止辅助压气机运行。
为实现上述目的二，本发明提供了一种发动机电动辅助增压控制系统，包括废气压气机、废气涡轮机，废气压气机通过进气通路连接发动机的进气歧管，废气涡轮机通过排气通路连接发动机的排气歧管，所述废气压气机与进气歧管之间的进气通路上分别设有单向阀、与所述单向阀并接的进气支路，所述的进气支路上设有辅助压气机和驱动所述辅助压气机的电机，所述电机的控制端连接ECU。
作为进一步地改进，还包括分别与所述ECU连接的转速检测单元、喷油量检测单元、冷却液温度检测单元、进气压力检测单元。
进一步地，所述电机的输出轴与所述辅助压气机的驱动轴为同一轴。
进一步地，所述的电机为24V直流电机，所述电机的电源端可与汽车的24V电源连接。
进一步地，所述的进气压力检测单元位于所述发动机的进气歧管内。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有的优点为：
1、通过将辅助压气机设置在进气支路上，当废气压气机完全取代辅助压气机进行增压后，压缩空气全部通过单向阀进入进气歧管，辅助压气机完全停止，能避免压缩空气推动辅助压气机的叶轮转动，可根据实际情况适当调整辅助压气机的设计使用寿命，降低辅助压气机的设计和使用成本；
2、通过转速、喷油量查询压力脉谱得到压力基础值，压力基础值经液温修正因子、气压修正因子得到压力目标值，再通过转速、压力差值查询转速脉谱和进行PID调节修正得到平滑变化的转速目标值，辅助压气机以转速目标值运行，能避免出现压力突变，能有效满足发动机实际的运行工况，保证发动机工作性能，提高发动机工作稳定性，防止冷却液温度过低或过高时造成发动机损伤。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中计算压力目标值的方框图；
图3为本发明中计算转速目标值的方框图。
其中，1-废气压气机、2-进气歧管、3-进气通路、4-单向阀、5-进气支路、6-辅助压气机、7-废气涡轮机、8-发动机、9-排气通路、10-排气歧管、11-电机、12-ECU、13-转速检测单元、14-喷油量检测单元、15-冷却液温度检测单元、16-进气压力检测单元、17-24V电源、18-空气滤清器、19-后处理装置。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图1-3，一种发动机电动辅助增压控制方法，该方法是在废气压气机1与进气歧管2之间的进气通路3上设置一单向阀4和与该单向阀4并接的进气支路5，并将辅助压气机6设于进气支路5上，根据实际的发动机参数控制辅助压气机6以平滑变化的转速运行；通过将辅助压气机6设置在进气支路5上，当废气压气机1完全取代辅助压气机6进行增压后，压缩空气全部通过单向阀4进入进气歧管2，辅助压气机6完全停止，能避免压缩空气推动辅助压气机6的叶轮转动，可根据实际情况适当调整辅助压气机6的设计使用寿命，降低辅助压气机6的设计和使用成本。
发动机参数包括转速、喷油量、冷却液温度、进气压力，根据转速、喷油量制作压力脉谱MAP1，根据冷却液温度制作液温修正曲线CUR1，根据进气压力制作气压修正曲线CUR2，通过转速、喷油量、冷却液温度、进气压力分别查询压力脉谱MAP1、液温修正曲线CUR1、气压修正曲线CUR2并计算得到压力目标值，根据压力目标值－进气压力的压力差值、转速制作转速脉谱MAP2，控制辅助压气机6运行包括步骤如下，
S1、检测发动机的转速、喷油量、冷却液温度、进气压力，若转速小于预设的辅助增压转速或辅助压气机6正在运行，则进行步骤S2；否则继续进行步骤S1；
S2、根据转速、喷油量查询压力脉谱MAP1得到压力基础值，根据冷却液温度查询液温修正曲线CUR1得到液温修正因子，根据进气压力查询气压修正曲线CUR2得到气压修正因子，压力基础值依次乘以液温修正因子、气压修正因子得到压力目标值；冷却液温度过低时，发动机8的润滑状态不佳，冷却液温度过高时，发动机8的散热状态不佳，冷却液温度过低或过高时给发动机8快速增压可能造成发动机8损伤，液温修正因子可以有效对压力基础值进行修正，从而保护发动机8，气压修正因子可以提高压力目标值的精度，使压力目标值更符合当前发动机8的运行工况；
S3、根据转速、压力差值查询转速脉谱MAP2得到增压转速基础值，根据压力差值进行PID闭环调节得到PID调节值，增压转速基础值加上PID调节值得到转速目标值，根据转速目标值控制辅助压气机6运行，进行步骤S1；PID闭环调节实时性高，控制精度高，能很好地适应发动机各种瞬态或突变的工况，满足发动机实际的运行工况。
在步骤S1中，辅助增压转速为30％·发动机最大转速～50％·发动机最大转速，保证给发动机8供应充足的压缩空气；例如，普通的柴油机最大转速为2300～2500转/分，当转速小于1000转/分时，需要对柴油机进行辅助增压以保证柴油机的工作性能；进气压力为发动机的进气歧管2内的气体压力，最能体表进入气缸的压缩空气的压力，保证控制的准确性。
在步骤S3中，当转速目标值小于预设的最低增压转速时，停止辅助压气机6运行；由于废气压气机1与辅助压气机6同时工作，当废气压气机1压缩的空气冲开单向阀4时，废气压气机1的转速越高，计算得到的转速目标值越小，当转速目标值较小时，辅助压气机6对压缩空气的贡献较小，可以忽略，此时停止辅助压气机6运行可以节省电能，还可以延长辅助压气机6的工作寿命，在本实施例中，最低增压转速为0～5％·发动机最大转速。
压力脉谱MAP1是通过发动机台架试验得到，液温修正曲线CUR1是在发动机根据压力脉谱MAP1运行的基础上通过发动机台架试验得到，气压修正曲线CUR2是在发动机根据压力脉谱MAP1、液温修正曲线CUR1运行的基础上通过发动机台架试验得到，转速脉谱MAP2是在发动机根据压力脉谱MAP1、液温修正曲线CUR1、气压修正曲线CUR2运行的基础上通过发动机台架试验得到。
通过转速、喷油量查询压力脉谱MAP1得到压力基础值，压力基础值经液温修正因子、气压修正因子得到压力目标值，再通过转速、压力差值查询转速脉谱MAP2和进行PID调节修正得到平滑变化的转速目标值，辅助压气机6以转速目标值运行，能避免出现压力突变，能有效满足发动机实际的运行工况，保证发动机工作性能，防止冷却液温度过低或过高时造成发动机损伤。
一种发动机电动辅助增压控制系统，包括废气压气机1、废气涡轮机7，废气压气机1通过进气通路3连接发动机8的进气歧管2，废气涡轮机7通过排气通路9连接发动机8的排气歧管10，废气压气机1与进气歧管2之间的进气通路3上分别设有单向阀4、与单向阀4并接的进气支路5，进气支路5上设有辅助压气机6和驱动辅助压气机6的电机11，电机11的控制端连接ECU12，用于控制电机11驱动辅助压气机6工作；还包括分别与ECU12连接的转速检测单元13、喷油量检测单元14、冷却液温度检测单元15、进气压力检测单元16，分别用于检测发动机8的转速、喷油量、冷却液温度、进气压力；ECU12用于保存压力脉谱MAP1、液温修正曲线CUR1、气压修正曲线CUR2、转速脉谱MAP2，根据获取的发动机的转速、喷油量、冷却液温度、进气压力进行查询并计算得到转速目标值，根据转速目标值控制辅助压气机6运行。
电机11的输出轴与辅助压气机6的驱动轴为同一轴，当需要电机11在短时间内输出较大的转速或扭矩时，能有效地保证辅助压气机6的实时响应性，克服了传统技术方案中使用电磁离合器会出扭矩传递不及时的缺点，消除了电磁离合器打滑的风险；电机11为24V直流电机，电机11的电源端可与汽车的24V电源17连接，实现了电机11的通用化，也降低了蓄电池的设计和使用成本；进气压力检测单元16位于发动机8的进气歧管2内，能有效检测进气压力，检测稳定性高。
本系统结构简单，可靠性高，对辅助压气机6的扭矩控制更直接，工作效率高。
本系统具体的进气增压及排气过程的如下：
1、新鲜空气首先经过空气滤清器18，然后流过废气压气机1；
2、当发动机8的转速小于预设的辅助增压转速时，ECU12控制电机11驱动辅助压气机6运行，废气压气机1也一起转动，由于废气能量不足，因此被压缩的空气将主要通过辅助压气机6进入发动机8的进气歧管2，同时，因为单向阀4的两端会产生压力差，所以单向阀4处于关闭的状态；
3、当发动机8的转速大于预设的辅助增压转速时，废气能量逐渐增大，并能推动废气涡轮机7进行高速运转，此时，废气压气机1将逐渐介入进气的压缩过程，单向阀4被废气压气机1压缩的空气冲开，ECU12控制电机11减速运行，废气压气机1和辅助压气机6同时压缩空气，废气涡轮机7的转速越高，则电机11的转速越低，直至废气压气机1完全取代辅助压气机6，辅助压气机6将停止运行，压缩的空气全部通过单向阀4进入发动机8的进气歧管2；
4、经过燃烧后产生的废气将经过发动机8的排气歧管10到达废气涡轮机7，并推动废气涡轮机7工作，最终废气将通过后处理装置19处理后排放到大气中。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (10)

1.一种发动机电动辅助增压控制方法，其特征在于：该方法是在废气压气机(1)与进气歧管(2)之间的进气通路(3)上设置一单向阀(4)和与该单向阀(4)并接的进气支路(5)，并将辅助压气机(6)设于进气支路(5)上，根据实际的发动机参数控制辅助压气机(6)以平滑变化的转速运行。
2.根据权利要求1所述的一种发动机电动辅助增压控制方法，其特征在于：所述的发动机参数包括转速、喷油量、冷却液温度、进气压力，根据转速、喷油量制作压力脉谱(MAP1)，根据冷却液温度制作液温修正曲线(CUR1)，根据进气压力制作气压修正曲线(CUR2)，通过转速、喷油量、冷却液温度、进气压力分别查询压力脉谱(MAP1)、液温修正曲线(CUR1)、气压修正曲线(CUR2)并计算得到压力目标值，根据压力目标值－进气压力的压力差值、转速制作转速脉谱(MAP2)，控制辅助压气机(6)运行包括步骤如下，
S1、检测发动机的转速、喷油量、冷却液温度、进气压力，若转速小于预设的辅助增压转速或辅助压气机(6)正在运行，则进行步骤S2；否则继续进行步骤S1；
S2、根据转速、喷油量查询压力脉谱(MAP1)得到压力基础值，根据冷却液温度查询液温修正曲线(CUR1)得到液温修正因子，根据进气压力查询气压修正曲线(CUR2)得到气压修正因子，压力基础值依次乘以液温修正因子、气压修正因子得到压力目标值；
S3、根据转速、压力差值查询转速脉谱(MAP2)得到增压转速基础值，根据压力差值进行PID闭环调节得到PID调节值，增压转速基础值加上PID调节值得到转速目标值，根据转速目标值控制辅助压气机(6)运行，进行步骤S1。
3.根据权利要求2所述的一种发动机电动辅助增压控制方法，其特征在于：在步骤S1中，所述的辅助增压转速为30％·发动机最大转速～50％·发动机最大转速。
4.根据权利要求2所述的一种发动机电动辅助增压控制方法，其特征在于：在步骤S1中，所述的进气压力为发动机的进气歧管(2)内的气体压力。
5.根据权利要求2所述的一种发动机电动辅助增压控制方法，其特征在于：在步骤S3中，当所述的转速目标值小于预设的最低增压转速时，停止辅助压气机(6)运行。
6.一种发动机电动辅助增压控制系统，包括废气压气机(1)、废气涡轮机(7)，废气压气机(1)通过进气通路(3)连接发动机(8)的进气歧管(2)，废气涡轮机(7)通过排气通路(9)连接发动机(8)的排气歧管(10)，其特征在于：所述废气压气机(1)与进气歧管(2)之间的进气通路(3)上分别设有单向阀(4)、与所述单向阀(4)并接的进气支路(5)，所述的进气支路(5)上设有辅助压气机(6)和驱动所述辅助压气机(6)的电机(11)，所述电机(11)的控制端连接ECU(12)。
7.根据权利要求6所述的一种发动机电动辅助增压控制系统，其特征在于：还包括分别与所述ECU(12)连接的转速检测单元(13)、喷油量检测单元(14)、冷却液温度检测单元(15)、进气压力检测单元(16)。
8.根据权利要求6所述的一种发动机电动辅助增压控制系统，其特征在于：所述电机(11)的输出轴与所述辅助压气机(6)的驱动轴为同一轴。
9.根据权利要求6所述的一种发动机电动辅助增压控制系统，其特征在于：所述的电机(11)为24V直流电机，所述电机(11)的电源端可与汽车的24V电源(17)连接。
10.根据权利要求6所述的一种发动机电动辅助增压控制系统，其特征在于：所述的进气压力检测单元(16)位于所述发动机(8)的进气歧管(2)内。
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