CN110295993A - 一种进气流可调的涡轮增压器及其控制方法 - Google Patents

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王时光
黄永刚
刘�东
赵福成
王瑞平
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Abstract

一种进气流可调的涡轮增压器，包括涡轮壳、旋转阀、驱动装置；所述旋转阀内置于所述涡轮壳的进气通道中，包括中心轴与旋转叶片；所述驱动装置连接所述中心轴，通过驱动所述中心轴带动所述旋转叶片旋转来调整所述旋转阀开闭状态，以调节进入所述进气通道的进气流。本发明还公开一种上述涡轮增压器的控制方法，包括：控制装置根据预设控制模式，通过所述驱动装置控制所述旋转阀开闭，来调节进入所述进气通道的进气流，调整相应工况点下增压器涡轮特性，实现各个工况点最佳匹配。本发明提供的进气流可调的涡轮增压器及其控制方法，通过在涡轮壳的进气通道中内置旋转阀，来调节进入进气通道的进气流，控制简单、可靠性高、成本低。

Description

一种进气流可调的涡轮增压器及其控制方法
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别是涉及一种进气流可调的涡轮增压器及其控制方法。
背景技术
随着环保法规的日益严格和消费者对燃油经济性的迫切需求，进一步推动了车用涡轮增压器的市场应用。按照智研咨询整理的资料，增压器的年需求量在2020年预计可达5200台，其中绝大部分都是采用废气涡轮增压器。
废气涡轮增压器的原理是利用废气高温高热的能量驱动涡轮叶轮旋转，从而带动同轴的压气机叶轮压缩空气，并将新压缩空气导入到发动机进气通道的装置。
但在实际工作过程中，为了获得更佳的低速性能，一般会采用较为适合低速工作的涡轮机。这种情况下，高速高负荷工况下，增压器的增压压力有可能过高。
传统的废气涡轮增压器都是采用旁通阀结构进行放气。这种增压器一般称为WGT增压器，它可以在增压压力达到一定或设定值后，可以通过气动控制或电子控制的旁通阀将其打开，排除掉一部分废气。但它无法实现在中低转速和负荷下的调节控制。
在这种情况下，一些增压器厂家采用了较为复杂的可变叶片旋转结构(也称为“VGT增压器”)，用于调整增压器涡轮壳的流通特性，适应在不同工况下废气量的需求。VGT增压器采用了较为复杂的可变叶片旋转结构，可以在任意工况下调节涡轮的流通特性。但它结构复杂、组装和装配精度都要求很高，更大的问题是在高温情况下旋转叶片很容易积碳或由于高温变型造成卡滞情况，而且控制复杂、制造和后期维护成本都很高。
前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制简单、可靠性高、成本较低的进气流可调的涡轮增压器及其控制方法。
本发明提供一种进气流可调的涡轮增压器，包括涡轮壳、旋转阀、驱动装置；所述旋转阀内置于所述涡轮壳的进气通道中，包括中心轴与旋转叶片；所述驱动装置连接所述中心轴，通过驱动所述中心轴带动所述旋转叶片旋转来调整所述旋转阀开闭状态，以调节进入所述进气通道的进气流。
进一步地，所述进气通道包括直通道，所述旋转阀位于所述直通道中。
进一步地，所述驱动装置包括动力部件与传动部件，所述传动部件连接所述动力部件与所述中心轴，所述动力部件驱动所述传动部件带动所述中心轴旋转。
进一步地，所述动力部件为电动执行器。
进一步地，所述传动部件包括执行拉杆以及可旋转地连接于所述执行拉杆两端的第一摇臂与第二摇臂，所述第一摇臂固定连接于所述动力部件，所述第二摇臂固定连接于所述中心轴，通过所述动力部件旋转所述第一摇臂，带动所述执行拉杆移动，进而带动所述第二摇臂和所述中心轴旋转。
进一步地，还包括控制装置，所述控制装置连接所述驱动装置。
进一步地，所述控制装置为电子控制单元。
本发明还提供一种进气流可调的涡轮增压器的控制方法，所述涡轮增压器包括涡轮壳、旋转阀、驱动装置、控制装置；所述旋转阀内置于所述涡轮壳的进气通道中，包括中心轴与旋转叶片；所述驱动装置连接所述中心轴，通过驱动所述中心轴带动所述旋转叶片旋转来调整所述旋转阀开闭状态，以调节进入所述进气通道的进气流，所述控制装置连接所述驱动装置；所述控制方法包括：所述控制装置根据预设控制模式，通过所述驱动装置控制所述旋转阀开闭，来调节进入所述进气通道的进气流，调整相应工况点下增压器涡轮特性，实现各个工况点最佳匹配。
进一步地，所述控制模式为：在发动机未启动直到怠速阶段，所述旋转阀设定为全开状态；从车辆启动后，增压器开始工作，到增压器达到设定增压压力期间，所述旋转阀设定为从最大关闭角状态到全开之间过渡；车辆从较高的增压压力向低速低负荷移动，所述旋转阀设定从最大开度向最小开度过渡。
本发明提供的进气流可调的涡轮增压器及其控制方法，通过在涡轮壳的进气通道中内置旋转阀，来调节进入进气通道的进气流，控制简单、可靠性高、成本低。
附图说明
图1为本发明一种进气流可调的涡轮增压器实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本实施例中，进气流可调的涡轮增压器包括涡轮壳1、旋转阀2、驱动装置3、控制装置(未图示)。
涡轮壳1的进气通道包括相连的弯曲通道(未图示)与直通道11，直通道11位于末端。旋转阀2内置于涡轮壳1的进气通道的直通道11中，以方便安装与开闭操作。当然，在其他实施例中，根据需要，也可以设于弯曲通道中。
旋转阀2包括中心轴21与旋转叶片22，通过旋转叶片22旋转来调整旋转阀2开闭状态，以调节进入进气通道的进气流。
驱动装置3包括动力部件31与传动部件32，传动部件32连接动力部件31与中心轴21，动力部件31驱动传动部件32带动中心轴21旋转。
本实施例中，动力部件31为电动执行器。传动部件32包括执行拉杆321以及可旋转地连接于执行拉杆321两端的第一摇臂322与第二摇臂323。可旋转地连接方式可采用轴与轴套的方式，再在轴的轴套两侧位置卡设卡环324来对轴进行限位。第一摇臂322固定连接于动力部件31，第二摇臂323固定连接于中心轴21，固定连接可采用销等方式。动作时，动力部件31旋转第一摇臂322，带动执行拉杆321移动，进而带动第二摇臂323和中心轴21旋转。
控制装置通过接插线束等方式连接驱动装置3，用以控制驱动装置3。本实施例中，控制装置为电子控制单元(ECU)，由车辆已有的电子控制单元(ECU)来直接驱动。
本实施例进气流可调的涡轮增压器的控制方法包括：控制装置根据预设控制模式，通过驱动装置3控制旋转阀2开闭，来调节进入进气通道的进气流，调整相应工况点下增压器涡轮特性，实现各个工况点最佳匹配。具体而言，根据发动机实时工况的需求，ECU计算出此时需要的增压器进气模型，对应确定相应的增压压力，进而修正进入增压器的涡轮流量模型，从而控制驱动装置3拉杆调节其位置，连接的第二摇臂323驱动中心轴21实现不同角度的开合。
本实施例中，其控制模式如下。
1)在发动机未启动直到怠速阶段，废气能量较少，本旋转阀应通过ECU控制设定处于全开状态(即旋转阀片与进气通道垂直)，保证较低的排气背压，不牺牲此工况下油耗指标。
2)从车辆启动后，增压器开始工作，到增压器达到设定增压压力(基于发动机标定边界，如发动机平均有效压力、增压器转速、涡后温度等)期间，废气能量逐步提升，旋转阀将从最大关闭角(标定设定的最小工作开启角度)状态到全开之间过渡，为了满足加速废气流速、调节涡轮动量功、提升涡轮响应性的需求，根据目标增压压力进行旋转阀开度位置的标定，确定最佳动力和经济性工作输入。
3)车辆如果从较高的增压压力向低速低负荷移动，比如车辆逐渐减速，这时旋转阀又开始从最大开度向最小开度过渡，保持增压器有较高的转速，较定通道涡轮有更好的利用废气能力的性能。
本实施例与WGT旁通阀式增压器相比，有以下优点。
1)与WGT增压器对低速低负荷工况完全无调节的缺点相比，本发明可以改善涡轮响应性，提升发动机低速性能。同时，提升低速工况下增压器涡轮特性，可有效降低对应工作区域的油耗。
2)通过控制阀门旋转位置，可调整相应工况点下增压器涡轮特性，实现各个工况点最佳匹配。
与VGT可变截面增压器相比，有以下优点：
1)结构简单，布置容易，成本较可变截面增压器有很大的优势；
2)更高的可靠性；
3)在车辆紧急工况下，可以通过控制模式设定，完全关闭阀门，瞬时提升排气阻力，有效帮助发动机关闭，在极端情况下保护发动机避免飞车。
在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种进气流可调的涡轮增压器，其特征在于，包括涡轮壳、旋转阀、驱动装置；所述旋转阀内置于所述涡轮壳的进气通道中，包括中心轴与旋转叶片；所述驱动装置连接所述中心轴，通过驱动所述中心轴带动所述旋转叶片旋转来调整所述旋转阀开闭状态，以调节进入所述进气通道的进气流。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述进气通道包括直通道，所述旋转阀位于所述直通道中。
3.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述驱动装置包括动力部件与传动部件，所述传动部件连接所述动力部件与所述中心轴，所述动力部件驱动所述传动部件带动所述中心轴旋转。
4.如权利要求3所述的涡轮增压器，其特征在于，所述动力部件为电动执行器。
5.如权利要求3所述的涡轮增压器，其特征在于，所述传动部件包括执行拉杆以及可旋转地连接于所述执行拉杆两端的第一摇臂与第二摇臂，所述第一摇臂固定连接于所述动力部件，所述第二摇臂固定连接于所述中心轴，通过所述动力部件旋转所述第一摇臂，带动所述执行拉杆移动，进而带动所述第二摇臂和所述中心轴旋转。
6.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置连接所述驱动装置。
7.如权利要求6所述的涡轮增压器，其特征在于，所述控制装置为电子控制单元。
8.一种进气流可调的涡轮增压器的控制方法，其特征在于，所述涡轮增压器包括涡轮壳、旋转阀、驱动装置、控制装置；所述旋转阀内置于所述涡轮壳的进气通道中，包括中心轴与旋转叶片；所述驱动装置连接所述中心轴，通过驱动所述中心轴带动所述旋转叶片旋转来调整所述旋转阀开闭状态，以调节进入所述进气通道的进气流，所述控制装置连接所述驱动装置；所述控制方法包括：所述控制装置根据预设控制模式，通过所述驱动装置控制所述旋转阀开闭，来调节进入所述进气通道的进气流，调整相应工况点下增压器涡轮特性，实现各个工况点最佳匹配。
9.如权利要求8所述的涡轮增压器的控制方法，其特征在于，所述控制模式为：在发动机未启动直到怠速阶段，所述旋转阀设定为全开状态；从车辆启动后，增压器开始工作，到增压器达到设定增压压力期间，所述旋转阀设定为从最大关闭角状态到全开之间过渡；车辆从较高的增压压力向低速低负荷移动，所述旋转阀设定从最大开度向最小开度过渡。
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