CN111042910A - 一种发动机用增压系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于发动机增压技术领域，涉及一种发动机用增压系统及控制方法；增压系统包括电子增压器压气机、电子增压器执行器、进气旁通阀、进气旁通阀执行器；电子增压器压气机的叶片与电子增压器执行器中的电机同轴连接，进气旁通阀执行器控制进气旁通阀的阀门开度，电子增压器压气机与进气旁通阀并联后接入废气涡轮增压器压气机前，电子增压器执行器和进气旁通阀执行器通过CAN通讯，由发动机控制单元ECU联合控制；控制方法包括外特性扭矩提升模式和瞬态加速响应提升模式控制方法；本发明对原发动机改动较小，可以实现原发动机的外特性扭矩提升，降低油耗，拓宽发动机匹配范围；解决了废气涡轮增压器存在的迟滞和加速响应性差的问题，提升驾驶舒适感。

Description

一种发动机用增压系统及控制方法
技术领域
本发明属于发动机增压技术领域，涉及一种发动机用增压系统及控制方法。
背景技术
现有的发动机增压系统主要为单级废气涡轮增压。随着油耗和排放法规的不断加严，以及驾驶员对车辆驾驶感的舒适要求越来越高，对发动机增压技术的要求也越来越高。传统的单级废气涡轮增压器能在一定程度上提升进气量，增加动力性。但是由于机械结构的限制性以及低速废气能量不足，单极废气涡轮增压器存在涡轮迟滞及瞬态响应性差的问题；且在发动机增压器选型匹配的过程中，不能兼顾低速和高速两种运行工况，效率较差。与此同时，单级增压的增压压力有限，对油耗及排放的影响也受到了限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的涡轮迟滞、瞬态响应性差、增压压力有限等问题，提供了一种发动机用增压系统及控制方法。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：
本发明中的增压系统主要是针对现有常见的增压方案提出改进，在传统发动机的单级废气涡轮增压器前增加了电子增压器压气机8、电子增压器执行器9、进气旁通阀10、进气旁通阀执行器11，具体的位置连接关系参照图1。其中，电子增压器压气机8与电子增压器执行器9中的电机同轴连接，电子增压器执行器9控制电子增压器压气机8的叶片转速，进气旁通阀执行器11控制进气旁通阀10的阀门开度，电子增压器压气机8与进气旁通阀10并联后接入废气涡轮增压器压气机7前，电子增压器执行器9和进气旁通阀执行器11通过CAN(控制器局域网)通讯，由发动机控制单元(ECU)13联合控制。
电子增压器由电子增压器压气机8和电子增压器执行器9组成。
废气涡轮增压器由废气旁通阀5、废气涡轮增压器涡轮机6、废气涡轮增压器压气机7组成。
一种发动机用增压系统，包括电子增压器压气机8、电子增压器执行器9、、进气旁通阀10、进气旁通阀执行器11；所述电子增压器压气机8的叶片与电子增压器执行器9中的电机同轴连接，所述电子增压器执行器9控制电子增压器压气机8的叶片转速，所述进气旁通阀执行器11控制进气旁通阀10的阀门开度，电子增压器压气机8与进气旁通阀10并联后接入废气涡轮增压器压气机7前，电子增压器执行器9和进气旁通阀执行器11通过CAN通讯，由发动机控制单元ECU13联合控制。
一种发动机用增压系统进行控制的控制方法，包括外特性扭矩提升模式控制方法，具体控制方法如下：
发动机通过转速和油门输入信号查询目标扭矩需求MAP，确定需求扭矩；
在通过目标扭矩与转速信号确定当前发动机所处的运行区域；
当判断发动机运行在A区域时，发动机控制单元ECU13控制进气旁通阀执行器11打开进气旁通阀10，新鲜空气直接由旁通管路进入废气涡轮增压器压气机7前，实现单级增压，发动机控制单元ECU13的控制参数保持不变；
当判断发动机运行在B区域时，发动机控制单元ECU13控制进气旁通阀执行器11关闭进气旁通阀10，新鲜空气进过电子增压器压气机8后进入废气涡轮增压器压气机7前，通过目标扭矩查询油量MAP确定目标油量，确定电子增压器目标增压压力，通过查询标定的电子增压器目标增压压力与电子增压器执行器9的控制参数MAP，确定电子增压器控制参数，实现电子增压器与废气涡轮增压器的两级增压，提高进气压比和进气量，增加喷油量，从而实现扭矩提升。
一种用发动机用增压系统进行控制的控制方法，包括瞬态加速响应提升模式控制方法，具体控制方法如下：
在A区域中，通过油门信号输入判断当前发动机是否处于急加速状态；
当油门加速度≤30％时，判定发动机当前处于稳态或者缓慢加速状态，发动机控制单元ECU13控制进气旁通阀执行器11打开进气旁通阀10，电子增压器执行器9断电，电子增压器不工作；
当油门加速度＞30％时，判定发动机处于急加速状态，发动机控制单元ECU13控制进气旁通阀执行器11关闭进气旁通阀10，通过转速和油门信号确定目标需求扭矩，通过扭矩与油门信号确定目标油量需求，查询油量与目标增压压力MAP确定进气目标增压压力P1，由P1与发动机进气总管上的TMAP传感器压力信号输入P2差值得到ΔP；
当ΔP＝0时，发动机控制单元ECU13控制进气旁通阀执行器11打开进气旁通阀10，电子增压器执行器9断电；
当ΔP≠0时，通过控制电子增压器执行器9实现电子增压器PID调节，使ΔP趋向于0，当ΔP＝0时，发动机控制单元ECU13控制进气旁通阀执行器11打开进气旁通阀10，电子增压器执行器9断电；
瞬态加速响应提升模式下，在于电子增压器随着目标增压压力与TMAP传感器所测实际增压压力差值的PID动态调整；
当两者之间出现差值的时候ΔP≠0，进气旁通阀10关闭，电子增压器工作，与废气涡轮增压器联合运行，用于弥补废气涡轮增压器延迟所带来的压力建立迟滞，提升瞬态响应性；
当目标增压压力与TMAP传感器所测实际增压压力一致时ΔP＝0，进气旁通阀10打开，电子增压器断电，由单级废气涡轮增压器工作。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1、本发明的改进方案对原发动机改动较小，有利于空间的结构布置；
2、本发明中的外特性扭矩提升模式的控制方法，可以实现原发动机的外特性扭矩提升，在对原发动机改动较小的情况下，增加发动机动力，发动机可实现小型化，降低油耗，同时可拓宽发动机针对车型的匹配范围，延长发动机生命周期；
3、本发明中的瞬态加速响应提升模式可以有效的解决现有技术中废气涡轮增压器存在的迟滞和加速响应性差的问题，提升驾驶员的驾驶舒适感；
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述发动机用增压系统整机布置方案示意图；
图2为发动机运行全工况MAP图；
图3为外特性扭矩提升模式控制方法流程图；
图4为瞬态加速响应提升模式控制方法流程图；
图5为本发明实施例示意图；
图中：
1、发动机；2、中冷器；3、进气总管TMAP传感器；4、EGR阀；5、废气旁通阀；6、废气涡轮增压器涡轮机；7、废气涡轮增压器压气机；8、电子增压器压气机；9、电子增压器执行器；10、进气旁通阀；11、进气旁通阀执行器；12、后处理总成；13、发动机控制单元ECU。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
参阅图5，是针对该增压方案给出的一个实施例。
本实施例提出的改进方案的部分，参阅图1、图5，包括的零部件有废气涡轮增压器涡轮机6、废气涡轮增压器压气机7、电子增压器压气机8、电子增压器执行器9、进气旁通阀10、进气旁通阀执行器11。
电子增压器由电子增压器压气机8和电子增压器执行器9组成。
废气涡轮增压器由废气旁通阀5、废气涡轮增压器涡轮机6、废气涡轮增压器压气机7组成。
其中，废气涡轮增压器涡轮机6的叶片与废气涡轮增压器压气机7的叶片同轴连接，电子增压器压气机8的叶片与电子增压器执行器9的电机同轴连接，进气旁通阀执行器11控制进气旁通阀10的阀门开度，电子增压器压气机8与进气旁通阀10并联后接入废气涡轮增压器压气机7。
控制模式与上述专利中所阐述的两种控制模式相同，即外特性扭矩提升模式和瞬态加速响应提升模式，具体的控制方法参阅图3和图4所示。
一种发动机用增压系统的控制方法，该种控制方法包含两种工作控制模式控制方法：
1、外特性扭矩提升模式控制方法，提升原机外特性扭矩，增加发动机动力，发动机可实现小型化，降低油耗，同时可拓宽发动机针对车型的匹配范围，延长发动机生命周期；
该模式主要针对稳态运行工况；参阅图2，针对发动机全工况MAP(图形，泛指发动机运行时所提供的工况运行图形)主要分为两个区域：A区域和B区域。
A区域中，即发动机原机全工况，此区域中，进气旁通阀10打开，新鲜空气由进气旁通管路直接进入废气涡轮增压器压气机7前，进气状态与控制参数与原机保持一致，不做改动。
B区域中，即在原机外特性扭矩基础上提升的扭矩区域，该区域进气旁通阀10关闭，电子增压器(电子增压器由电子增压器压气机8和电子增压器执行器9组成，电子增压器执行器9控制电子增压器压气机8，实现电子增压器的工作)开启，与废气涡轮增压器(废气涡轮增压器由废气旁通阀5、废气涡轮增压器涡轮机6、废气涡轮增压器压气机7组成，其中气涡轮增压器涡轮机6和废气涡轮增压器压气机7的叶片同轴连接。废气涡轮增压器在正常工作状态下，废气涡轮增压器涡轮机6吸收废气能量带动废气涡轮增压器压气机7工作，废气旁通阀5只在废气涡轮增压器涡轮机6和废气涡轮增压器压气机7的叶片超速状态下才开启，起到保护作用，正常状态下不工作)一同工作实现两级增压，提高进气压比和进气量，增加喷油量，从而实现扭矩提升，具体的控制方法如图3所示。
发动机通过转速和油门输入信号查询目标扭矩需求MAP，确定需求扭矩；
在通过目标扭矩与转速信号确定当前发动机所处的运行区域。
当判断发动机运行在A区域时，发动机控制单元(ECU)13控制进气旁通阀执行器11打开进气旁通阀10，新鲜空气直接由旁通管路进入废气涡轮增压器压气机7前，实现单级增压，发动机控制单元(ECU)13的控制参数保持不变，即与原机状态保持一致；
当判断发动机运行在B区域时，发动机控制单元(ECU)13控制进气旁通阀执行器11关闭进气旁通阀10，新鲜空气进过电子增压器压气机8后进入废气涡轮增压器压气机7前，通过目标扭矩查询油量MAP确定目标油量，确定目标增压压力，进一步确定电子增压器目标增压压力，通过查询标定的电子增压器目标增压压力与电子增压器执行器9的控制参数MAP，确定电子增压器控制参数，实现电子增压器与废气涡轮增压器的两级增压，提高进气压比和进气量，增加喷油量，从而实现扭矩提升。
通过该模式的控制，可以实现原机外特性扭矩提升，该模式的优势在于：原机改动较小，所配车型范围增加，实现发动机的小型化，得以降低油耗。
2、瞬态加速响应提升模式控制方法，该模式控制方法主要针对瞬态运行工况，提升驾驶员驾驶的舒适感。
此模式主要针对发动机运行过程中的瞬态过程。传统的增压发动机，由于废气涡轮增压器存在迟滞效应，尤其是低速下(A区域中)废气能量不足，动态响应性差。本发明提出的改进增压方案可以很好的解决低速时的延迟问题，提升驾驶员的驾驶感受。具体的控制方法见图4所示。
主要针对发动机在A区域中低速状态下排气能量不足，造成的废气涡轮增压器存在迟滞情况，瞬态加速响应性差，具体表现为：在A区域中，通过油门信号输入判断当前发动机是否处于急加速状态。
当油门加速度≤30％时，判定发动机当前处于稳态或者缓慢加速状态，发动机控制单元(ECU)13控制进气旁通阀执行器11打开进气旁通阀10，电子增压器执行器9断电，电子增压器不工作；
当油门加速度＞30％时，判定发动机处于急加速状态，发动机控制单元(ECU)13控制进气旁通阀执行器11关闭进气旁通阀10，通过转速和油门信号确定目标需求扭矩，通过扭矩与油门信号确定目标油量需求，查询油量与目标增压压力MAP确定进气目标增压压力P1，由P1与发动机进气总管上的TMAP传感器(在发动机领域，TMAP传感器是一种测量温度和压力的传感器)压力信号输入P2差值得到ΔP。
当ΔP＝0时，发动机控制单元(ECU)13控制进气旁通阀执行器11打开进气旁通阀10，电子增压器执行器9断电；
当ΔP≠0时，通过控制电子增压器执行器9实现电子增压器PID调节，(PID是比例-积分-微分的英文缩写，这种PID调节指的是工业领域中常见的一种调节控制方法)，电子增压器的PID调节指的是通过该种控制方法来控制电子增压器执行器9，进一步通过电子增压器执行器9控制电子增压器压气机8，使ΔP趋向于0，当ΔP＝0时，发动机控制单元(ECU)13控制进气旁通阀执行器11打开进气旁通阀10，电子增压器执行器9断电。
瞬态加速响应提升模式下，在于电子增压器随着目标增压压力与TMAP传感器所测实际增压压力差值的PID动态调整。当两者之间出现差值的时候(ΔP≠0)，进气旁通阀10关闭，电子增压器工作，与废气涡轮增压器联合运行，用于弥补废气涡轮增压器延迟所带来的压力建立迟滞，提升瞬态响应性。当目标增压压力与TMAP传感器所测实际增压压力一致时(ΔP＝0)，进气旁通阀10打开，电子增压器断电(此处指的是电子增压器执行器9断电)，由单级废气涡轮增压器(废气涡轮增压器是组件名称，由废气旁通阀5、废气涡轮增压器涡轮机6、废气涡轮增压器压气机7组成；单级废气涡轮增压器可以理解为一个废气涡轮增压器，前面的描述过程中，用到单级废气涡轮增压器时是需要强调一个废气涡轮增压器时的状态)工作。

Claims (3)

1.一种发动机用增压系统，其特征在于：包括电子增压器压气机(8)、电子增压器执行器(9)、进气旁通阀(10)、进气旁通阀执行器(11)；所述电子增压器压气机(8)的叶片与电子增压器执行器(9)中的电机同轴连接，所述电子增压器执行器(9)控制电子增压器压气机(8)的叶片转速，所述进气旁通阀执行器(11)控制进气旁通阀(10)的阀门开度，电子增压器压气机(8)与进气旁通阀(10)并联后接入废气涡轮增压器压气机(7)前，电子增压器执行器(9)和进气旁通阀执行器(11)通过CAN通讯，由发动机控制单元ECU(13)联合控制。
2.一种用权利要求1所述的发动机用增压系统进行控制的控制方法，其特征在于，包括外特性扭矩提升模式控制方法，具体控制方法如下：
发动机通过转速和油门输入信号查询目标扭矩需求MAP，确定需求扭矩；
在通过目标扭矩与转速信号确定当前发动机所处的运行区域；
当判断发动机运行在A区域时，发动机控制单元ECU(13)控制进气旁通阀执行器(11)打开进气旁通阀(10)，新鲜空气直接由旁通管路进入废气涡轮增压器压气机(7)前，实现单级增压，发动机控制单元ECU(13)的控制参数保持不变；
当判断发动机运行在B区域时，发动机控制单元ECU(13)控制进气旁通阀执行器(11)关闭进气旁通阀(10)，新鲜空气进过电子增压器压气机(8)后进入废气涡轮增压器压气机(7)前，通过目标扭矩查询油量MAP确定目标油量，确定电子增压器目标增压压力，通过查询标定的电子增压器目标增压压力与电子增压器执行器(9)的控制参数MAP，确定电子增压器控制参数，实现电子增压器与废气涡轮增压器的两级增压，提高进气压比和进气量，增加喷油量，从而实现扭矩提升。
3.一种用权利要求1所述的发动机用增压系统进行控制的控制方法，其特征在于，包括瞬态加速响应提升模式控制方法，具体控制方法如下：
在A区域中，通过油门信号输入判断当前发动机是否处于急加速状态；
当油门加速度≤30％时，判定发动机当前处于稳态或者缓慢加速状态，发动机控制单元ECU(13)控制进气旁通阀执行器(11)打开进气旁通阀(10)，电子增压器执行器(9)断电，电子增压器不工作；
当油门加速度＞30％时，判定发动机处于急加速状态，发动机控制单元ECU(13)控制进气旁通阀执行器(11)关闭进气旁通阀(10)，通过转速和油门信号确定目标需求扭矩，通过扭矩与油门信号确定目标油量需求，查询油量与目标增压压力MAP确定进气目标增压压力P1，由P1与发动机进气总管上的TMAP传感器压力信号输入P2差值得到ΔP；
当ΔP＝0时，发动机控制单元ECU(13)控制进气旁通阀执行器(11)打开进气旁通阀(10)，电子增压器执行器(9)断电；
当ΔP≠0时，通过控制电子增压器执行器(9)实现电子增压器PID调节，使ΔP趋向于0，当ΔP＝0时，发动机控制单元ECU(13)控制进气旁通阀执行器(11)打开进气旁通阀(10)，电子增压器执行器(9)断电；
瞬态加速响应提升模式下，在于电子增压器随着目标增压压力与TMAP传感器所测实际增压压力差值的PID动态调整；
当两者之间出现差值的时候ΔP≠0，进气旁通阀(10)关闭，电子增压器工作，与废气涡轮增压器联合运行，用于弥补废气涡轮增压器延迟所带来的压力建立迟滞，提升瞬态响应性；
当目标增压压力与TMAP传感器所测实际增压压力一致时ΔP＝0，进气旁通阀(10)打开，电子增压器断电，由单级废气涡轮增压器工作。
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