CN111219242B - 利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置，包括设置于散热器与前进气格栅之间的进气增压装置、控制器和车速传感器，进气增压装置包括导流端盖、导流罩上壳体、导流罩下壳体、风扇、前轴、离合联轴装置、增速齿轮副和压气机，导流罩上、下壳体形成前后开口的筒状腔体，压气机设置在筒状腔体内，风扇和前轴位于筒状腔体前方，前轴的后端通过离合联轴装置与增速齿轮副的输入轴连接进而连接压气机，控制器根据汽车车速控制发动机的进气与压气机的连接通路。本发明还公开了利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置的控制方法。本发明能够适时地将空气的动能部分转化为风扇的旋转机械能对发动机进气增压，降低能耗且便于拆卸维护。

Description

利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种汽车发动机增压装置及控制方法，特别是涉及一种利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置及控制方法。
背景技术
汽车在行驶过程中，为了车身内部换气及冷却，需要从进气栅格引入部分气流。通过前格栅进入发动机舱的空气对散热器起到冷却作用，同时产生了内循环空气阻力。在有些情况下，发动机冷却液温度可能会较低，这时进入发动机舱的空气对散热器的持续冷却作用是一种浪费，此时对车辆而言存在动力阻力同时又不能产生更多的有益效果，因此考虑通过对从前格栅进入发动机舱的空气的动能加以利用，以达到节能的效果。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置，利用空气动能对发动机进气进行增压以降低汽车能耗并便于进气增压装置的维护保养。本发明的目的是提供一种利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置的控制方法。
本发明的技术方案是这样的：一种利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置，包括设置于散热器与前进气格栅之间的进气增压装置、控制器和车速传感器，所述进气增压装置包括导流端盖、导流罩上壳体、导流罩下壳体、风扇、前轴、离合联轴装置、增速齿轮副和压气机，所述导流罩下壳体固定连接于汽车的底盘，所述导流罩上壳体与所述导流罩下壳体固定连接形成前后开口的筒状腔体，所述压气机设置在所述筒状腔体内，所述导流端盖固定于所述导流罩上壳体和所述导流罩下壳体的前端，所述导流端盖设有轴向通孔，所述轴向通孔与所述筒状腔体连通，所述导流端盖内设有轴承座，所述轴承座通过锥度轴承连接前轴，所述风扇设置在所述导流端盖内并与所述前轴连接，所述前轴的后端通过所述离合联轴装置与所述增速齿轮副的输入轴连接，所述离合联轴装置包括离合器爪、离合器卡盘、内套筒、套筒式后轴和压紧弹簧，所述离合器爪与所述前轴的后端固定连接，所述离合器卡盘与所述离合器爪相啮合匹配，所述离合器卡盘与所述内套筒的前端固定连接，所述内套筒与套筒式后轴的前端套叠构成伸缩结构，所述内套筒与所述套筒式后轴之间设置所述压紧弹簧，所述增速齿轮副的输出轴与所述压气机的输入轴连接，所述压气机的出气管与发动机的进气歧管连接，所述筒状腔体内设有进气总管，所述进气总管通过三通阀分别连接所述压气机的进气管和所述压气机的出气管，所述车速传感器和所述三通阀与所述控制器电连接，所述车速传感器用于测量汽车车速，所述控制器根据所述汽车车速控制所述三通阀使所述进气总管与所述压气机的进气管和所述压气机的出气管择一连通。
进一步地，所述进气总管的入口端设有进气滤清器。
进一步地，包括节气门开度传感器，所述节气门开度传感器与所述控制器电连接，所述节气门开度传感器用于测量节气门开度，所述控制器根据所述节气门开度和所述汽车车速控制所述三通阀使所述进气总管与所述压气机的进气管和所述压气机的出气管择一连通。
为了方便进气增压装置的拆解维护，并利于风扇转动时前轴与后轴的自由啮合，进一步地，所述离合器爪设有若干轴向凸起的棘爪，所述棘爪为三角爪，所述三角爪的顺着所述风扇转动方向的一侧垂直于所述离合器爪的转动平面，所述三角爪的背着所述风扇转动方向的一侧是从所述三角爪的顶端向相邻的三角爪的底部连接的坡面。
进一步地，包括温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电连接，所述温度传感器用于测量发动机冷却液温度，所述进气增压装置和所述散热器之间设有可打开或关闭的活动格栅，所述控制器根据所述发动机冷却液温度控制所述活动格栅的打开和关闭。
进一步地，所述活动格栅包括格栅叶片、拉线、回位弹簧和拉线卷绕电机，所述格栅叶片呈横向设置并设有若干片，所述格栅叶片的后端与发动机舱铰接，所述格栅叶片的前端与所述拉线连接，所述拉线呈竖直方向设置，所述拉线的一端由所述拉线卷绕电机卷绕，所述拉线的另一端连接所述回位弹簧。
一种利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置的控制方法，所述控制方法基于上述利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置进行，设置车速阈值，当所述汽车车速大于所述车速阈值时，所述控制器控制所述三通阀使所述进气总管与所述压气机的进气管连通，当所述汽车车速小于等于所述车速阈值时，所述控制器控制所述三通阀使所述进气总管与所述压气机的出气管连通。
进一步地，设置节气门开度阈值，当所述汽车车速大于所述车速阈值时且所述节气门开度大于所述节气门开度阈值时，所述控制器控制所述三通阀使所述进气总管与所述压气机的进气管连通；当所述汽车车速小于等于所述车速阈值或所述节气门开度小于等于所述节气门开度阈值时，所述控制器控制所述三通阀使所述进气总管与所述压气机的出气管连通。
进一步地，设置第一温度阈值和第二温度阈值，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值，当所述发动机冷却液温度小于所述第一温度阈值时，所述控制器控制所述活动格栅关闭，当所述发动机冷却液温度大于所述第二温度阈值时，所述控制器控制所述活动格栅打开。
本发明所提供的技术方案的优点在于，在前格栅与发动机及散热器之间设置了前、后轴可分离的进气增压装置，通过进气增压装置的三通阀控制发动机是否通过压气机增压进气，以达到汽车的节能，利用前、后轴的分离便于拆解维护；通过该进气增压装置利用了进入发动机舱的空气的多余动能，使得散热过程控制更为灵活，配合可开闭的格栅则进一步增加了散热可调性，有利于降低汽车能耗。
附图说明
图1为利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置结构示意图。
图2为压气机局部结构放大示意图。
图3为图1的B-B剖面结构示意图。
图4为图1的C-C剖面结构示意图。
图5为风扇与前轴连接局部示意图。
图6为离合联轴装置局部放大示意图。
图7为图6的A-A剖面结构示意图。
图8为导流罩上壳体的俯视示意图。
具体实施方法
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
请结合图1至图8所示，本发明实施例涉及的利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置的具体结构包括设置于散热器17与前进气格栅2之间的进气增压装置、控制器23、车速传感器19和温度传感器22。进气增压装置和散热器17之间设有可打开或关闭的活动格栅，活动格栅包括格栅叶片13、拉线12、回位弹簧10和拉线卷绕电机15。格栅叶片13呈横向设置并设有若干片，格栅叶片13的后端通过铰链14与发动机舱的进气口的内侧面铰接。拉线卷绕电机15设置在格栅叶片13的上方，拉线卷绕电机15上绕有拉线12。拉线12顺次连接格栅叶片13上，拉线12尾端与回位弹簧10连接，回位弹簧10连接在汽车底盘上。
进气增压装置包括导流端盖4、导流罩上壳体24、导流罩下壳体7、风扇3、前轴37、增速齿轮副25、压气机和离合联轴装置。导流罩下壳体7、散热器17、发动机13通过底盘支撑架9与汽车底盘刚性连接。导流罩上壳体24的下母线位置与导流罩下壳体7的上母线位置通过凸凹形榫头32上下配合，前部再与导流端盖4通过螺纹连接装配固定形成前后开口的筒状腔体。压气机设置在筒状腔体内，导流端盖4设有轴向通孔，锥度轴承6的内圈装配在带锥度的前轴37上，锥度轴承6的外圈装配在与导流端盖4一体连接的轴承座5内，轴承座5通过支撑筋与导流端盖4连接。风扇3设置在导流端盖4内并通过螺盖43固定套装在前轴37上并与前轴37同步转动。
前轴37的后端通过离合联轴装置与增速齿轮副25的输入轴连接。离合联轴装置包括离合器爪38、离合器卡盘39、内套筒41、套筒式后轴40和压紧弹簧42。离合器爪38是由非铁磁性材料制造，离合器爪38与前轴37的后端固定连接。离合器爪38设有若干轴向凸起的棘爪38A，棘爪38A为三角爪，三角爪的顺着风扇3转动方向的一侧垂直于离合器爪38的转动平面，三角爪的背着风扇3转动方向的一侧是三角爪的顶端向相邻的三角爪的底部连接的坡面。
离合器卡盘39由铁磁性材料制造，离合器卡盘39与离合器爪38相啮合匹配，离合器卡盘39与内套筒41的前端固定连接。套筒式后轴40的前端设在内套筒41的外侧并可滑动，为可伸缩的两级套筒，截面为方角形结构，便于传递转矩，也可伸缩。在内套筒41与套筒式后轴40的前端套叠构成的伸缩结构内设置压紧弹簧42，压紧弹簧42位于内套筒41与套筒式后轴40之间，即位于离合器卡盘39和套筒式后轴40之间。增速齿轮副25的输入轴与套筒式后轴40的末端刚性连接。增速齿轮副25的输出轴与压气机的输入轴26连接，压气机的出气管30与发动机16的进气歧管8连接，进气歧管8通过导流罩上壳体24的顶部的U形槽从筒状腔体伸入与发动机16的进气道连接，发动机16进气道还设置进气口压力传感器34和喷油器18。筒状腔体内设有进气总管35，进气总管35的入口端设有进气滤清器36以过滤进入压气机的空气。进气总管35通过三通阀31分别连接压气机的进气管29和压气机的出气管30，三通阀31与压气机的出气管30之间由旁通管33连接，三通阀31受控制器23控制使进气总管35与压气机的进气管29和压气机的出气管30择一连通。
在发动机舱内还设有大气压力传感器20，大气压力传感器20用于检测大气气压。温度传感器22用于测量发动机冷却液温度。在节气门位置设置节气门开度传感器21用于检测节气门开度。车速传感器19用于检测汽车车速。车速传感器19、大气压力传感器20、进气口压力传感器34、喷油器18、节气门开度传感器21、温度传感器22以及三通阀31都与控制器23电连接。控制器23根据汽车车速、节气门开度控制三通阀31的开关方向，根据发动机冷却液温度控制活动格栅，还控制喷油器18的喷油速率，具体的控制方式如下：
车速过低时会发生压气机喘振，进气量反而会下降。当车速传感器19检测到汽车车速大于车速阈值(不妨设25km/h≤车速阈值≤35km/h，这里车速阈值取30km/h)且节气门开度传感器21检测到节气门开度大于节气门开度阈值(节气门开度阈值可以是节气门最大开度*0.2)时，控制器23给三通阀31发送信号，三通阀31顺时针旋转至关闭旁通管33，增压通道开启。此时从进气总管35进入的空气经压气机的进气管29流入压气机内，压气机叶轮28的旋转机械能转化为空气的压力能。压缩后的空气被抛向压气机叶轮罩27的外缘，然后导入到压气机的出气管30，顺着进气歧管8，流入发动机16的气缸，参与燃烧。
当车速传感器19检测到汽车车速小于等于车速阈值或当节气门开度传感器21检测到节气门开度小于等于节气门开度阈值时，控制器23给三通阀31发送信号，三通阀31逆时针旋转至关闭压气机的进气管29，增压通道关闭。此时从进气总管35流入的空气直接流入进气歧管8，再到发动机16的进气道，最后进入气缸参与燃烧。
在上述控制过程中，当温度传感器22检测到发动机冷却液温度低于T0(不妨设65℃≤T0≤75℃，这里取T0＝70℃)时，控制器23给拉线卷绕电机15发送信号，拉线卷绕电机15逆时针旋转，松开拉线12，回位弹簧10将格栅叶片13向下拉动，格栅叶片13闭合，确保散热器不会过度冷却。当温度传感器22检测到发动机冷却液温度高于T1(不妨设75℃≤T1≤85℃，这里取T1＝80℃)时，控制器23给拉线卷绕电机15发送信号，拉线卷绕电机15顺时针旋转，拉紧拉线12克服回位弹簧10的弹力，将格栅叶片13向上拉动，格栅叶片13开启，确保散热器强制冷却。
控制器23还控制喷油器18喷油速率，修正系数为K＝P/P0，其中P为进气口压力传感器34检测的压力，P0为大气压力传感器20检测的压力。控制器23给喷油器18循环喷油速率为φ’＝Kφ，其中φ为喷油器18循环喷油速率，单位为mg/cycle。
当需要手工清洁风扇3及锥度轴承6等易脏部件时，掀开引擎盖1，拧松螺盖43并取下，然后拆下风扇3，拧开并同时取下导流端盖4和锥度轴承6，取下导流罩上壳体24，拆掉带锥度的前轴37，清洗完毕之后反序装配。

Claims (8)

1.一种利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置，其特征在于，包括设置于散热器与前进气格栅之间的进气增压装置、控制器和车速传感器，所述进气增压装置包括导流端盖、导流罩上壳体、导流罩下壳体、风扇、前轴、离合联轴装置、增速齿轮副和压气机，所述导流罩下壳体固定连接于汽车的底盘，所述导流罩上壳体与所述导流罩下壳体固定连接形成前后开口的筒状腔体，所述压气机设置在所述筒状腔体内，所述导流端盖固定于所述导流罩上壳体和所述导流罩下壳体的前端，所述导流端盖设有轴向通孔，所述轴向通孔与所述筒状腔体连通，所述导流端盖内设有轴承座，所述轴承座通过锥度轴承连接前轴，所述风扇设置在所述导流端盖内并与所述前轴连接，所述前轴的后端通过所述离合联轴装置与所述增速齿轮副的输入轴连接，所述离合联轴装置包括离合器爪、离合器卡盘、内套筒、套筒式后轴和压紧弹簧，所述离合器爪与所述前轴的后端固定连接，所述离合器卡盘与所述离合器爪相啮合匹配，所述离合器卡盘与所述内套筒的前端固定连接，所述内套筒与套筒式后轴的前端套叠构成伸缩结构，所述内套筒与所述套筒式后轴之间设置所述压紧弹簧，所述增速齿轮副的输出轴与所述压气机的输入轴连接，所述压气机的出气管与发动机的进气歧管连接，所述筒状腔体内设有进气总管，所述进气总管通过三通阀分别连接所述压气机的进气管和所述压气机的出气管，所述车速传感器和所述三通阀与所述控制器电连接，所述车速传感器用于测量汽车车速，所述控制器根据所述汽车车速控制所述三通阀使所述进气总管与所述压气机的进气管和所述压气机的出气管择一连通。
2.根据权利要求1所述的利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置，其特征在于，所述进气总管的入口端设有进气滤清器。
3.根据权利要求1所述的利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置，其特征在于，包括节气门开度传感器，所述节气门开度传感器与所述控制器电连接，所述节气门开度传感器用于测量节气门开度，所述控制器根据所述节气门开度和所述汽车车速控制所述三通阀使所述进气总管与所述压气机的进气管和所述压气机的出气管择一连通。
4.根据权利要求1所述的利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置，其特征在于，所述离合器爪设有若干轴向凸起的棘爪，所述棘爪为三角爪，所述三角爪的顺着所述风扇转动方向的一侧垂直于所述离合器爪的转动平面，所述三角爪的背着所述风扇转动方向的一侧是从所述三角爪的顶端向相邻的三角爪的底部连接的坡面。
5.根据权利要求1所述的利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置，其特征在于，包括温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电连接，所述温度传感器用于测量发动机冷却液温度，所述进气增压装置和所述散热器之间设有可打开或关闭的活动格栅，所述控制器根据所述发动机冷却液温度控制所述活动格栅的打开和关闭。
6.根据权利要求5所述的利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置，其特征在于，所述活动格栅包括格栅叶片、拉线、回位弹簧和拉线卷绕电机，所述格栅叶片呈横向设置并设有若干片，所述格栅叶片的后端与发动机舱铰接，所述格栅叶片的前端与所述拉线连接，所述拉线呈竖直方向设置，所述拉线的一端由所述拉线卷绕电机卷绕，所述拉线的另一端连接所述回位弹簧。
7.一种利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法基于权利要求1所述的利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置进行，设置车速阈值，当所述汽车车速大于所述车速阈值时，所述控制器控制所述三通阀使所述进气总管与所述压气机的进气管连通，当所述汽车车速小于等于所述车速阈值时，所述控制器控制所述三通阀使所述进气总管与所述压气机的出气管连通。
8.一种利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法基于权利要求3所述的利用进气内循环风进行汽车发动机增压的装置进行，设置车速阈值和节气门开度阈值，当所述汽车车速大于所述车速阈值时且所述节气门开度大于所述节气门开度阈值时，所述控制器控制所述三通阀使所述进气总管与所述压气机的进气管连通；当所述汽车车速小于等于所述车速阈值或所述节气门开度小于等于所述节气门开度阈值时，所述控制器控制所述三通阀使所述进气总管与所述压气机的出气管连通。
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