CN111894770B - 一种发动机进气装置、发动机及进气方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种发动机进气装置、发动机及进气方法，涉及发动机技术领域，其包括主进气装置、电子控制单元、进气流量计、补气流量计和辅助进气链路，主进气装置与气缸进气歧管连通，辅助进气链路包括与气缸进气歧管依次连通的补气电磁阀、中冷器、冷却管路、电动压气机，其中，进气流量计、补气流量计、补气电磁阀和电动压气机均与电子控制单元电连接；当发动机动力不足需增加进气量时，电子控制单元开启电动压气机和补气电磁阀，使电动压气机中的压缩空气直接对准气缸进气歧管为发动机供气，该进气方式距离最短、时间最快，且辅助主进气装置为发动机供气，其可提升发动机的实际进气量并改善因主进气装置所导致的加速性能不佳的问题。

Description

一种发动机进气装置、发动机及进气方法
技术领域
本申请涉及发动机技术领域，特别涉及一种发动机进气装置、发动机及进气方法。
背景技术
汽车行驶在高原地区时，其动力会随着海拔的升高而减弱，原因在于高原地区的海拔高、气压低，使发动机进气量减少，燃油燃烧不充分，进而直接导致汽车动力下降、油耗增高；而且随着海拔高度的增加，气压逐渐降低，空气密度越来越小，导致发动机进气量会越来越少，动力性越来越低，其中，海拔高度每增加1000m，大气压力下降约11.5％，空气密度减小约9％，汽车功率就会下降10％左右。而由于发动机功率下降，汽车动力性能下降，因此，发动机需要长时间满负荷工作，从而容易导致发动机产生过热现象，而过热又会使得发动机机油变稀，使机油润滑性能下降，加剧发动机内部机件的磨损，进而缩短发动机的使用寿命。
在中国实用新型专利说明书CN209067339U中公开了一种高原动力性能提高的柴油发动机，该柴油发动机的发动机进气歧管布设在柴油发动机的进气侧，该发动机进气歧管的一端分别与柴油发动机的各缸连通，另一端与发动机进气总管连通，增压器出气端与发动机进气总管连接，进气端与空气滤清器连通，其中，增压装置包括电控打气装置和电控单元，电控打气装置的出气端连接在增压器和空气滤清器之间，电控打气装置的进气端与空气滤清器连通，但是，该电控打气装置的出气口距离发动机进气阀存在一段距离，对急加速的响应性不够，且该柴油发动机中的增压器为气动系统，其是通过发动机的尾气驱动涡轮，涡轮带动压气机对空气进行压缩，存在不可避免的延迟，从而导致发动机的加速性能不佳。
发明内容
本申请实施例提供一种发动机进气装置、发动机及进气方法，以解决相关技术中电控打气装置的出气口距离发动机进气阀存在一段距离以及增压器存在不可避免的延迟而导致的发动机的加速性能不佳的问题。
第一方面，提供了一种发动机进气装置，该发动机进气装置用于设在气缸进气歧管上，包括：主进气装置、电子控制单元、进气流量计、补气流量计和辅助进气链路，所述主进气装置与所述气缸进气歧管连通；
所述辅助进气链路包括：依次连通的电动压气机、冷却管路、中冷器、补气电磁阀，所述补气电磁阀与所述气缸进气歧管连通；
所述补气流量计与所述补气电磁阀连通，用于测量所述补气电磁阀通入所述气缸进气歧管的第二气体流量；
所述进气流量计与主进气装置连通，用于测量所述主进气装置通入所述气缸进气歧管的第一气体流量；
所述电子控制单元内预设有标准气体流量，其分别与电动压气机、补气电磁阀、补气流量计和进气流量计电连接，所述电子控制单元用于分别获取补气流量计上的第二气体流量和进气流量计上的第一气体流量，并将第一气体流量和第二气体流量与标准气体流量进行对比，若第一气体流量小于标准气体流量，则开启电动压气机和补气电磁阀；若第一气体流量和第二气体流量之和等于或大于标准气体流量，则关闭补气电磁阀和电动压气机。
一些实施例中，所述辅助进气链路还包括储气箱以及与储气箱连通的出气电磁阀，所述储气箱的进气端与所述电动压气机的出气端连通；出气电磁阀与所述电子控制单元电连接，其出气端与所述冷却管路的进气端连通。
所述辅助进气链路还包括蓄电池，所述蓄电池与所述电动压气机连接。
所述辅助进气链路还包括空气滤清器，所述空气滤清器与所述电动压气机的进气端连接。
所述进气流量计和所述补气流量计均为空气流量传感器。
第二方面，提供了一种发动机，包括前述的发动机进气装置。
第四方面，提供了一种发动机进气装置的进气方法，包括以下步骤：
使电子控制单元开启；
进气流量计测量主进气装置通入气缸进气歧管中的第一气体流量，并将第一气体流量传输至所述电子控制单元；
所述电子控制单元将第一气体流量与预设通入气缸进气歧管的标准气体流量进行比较，若第一气体流量小于标准气体流量，则开启电动压气机和补气电磁阀，使电动压气机中的压缩空气通过补气电磁阀通入气缸进气歧管；
补气流量计测量所述补气电磁阀通入气缸进气歧管中的第二气体流量，并将第二气体流量传输至所述电子控制单元；
所述电子控制单元将所述第一气体流量与所述第二气体流量进行相加并得到相加值，待所述相加值大于或等于所述标准气体流量时，所述电子控制单元关闭电动压气机和补气电磁阀。
一些实施例中，所述使电子控制单元开启还包括以下步骤：电子控制单元开启电动压气机，使电动压气机向补气电磁阀和冷却管路之间通入预设流量的压缩空气；待所述预设流量的压缩空气全部通入补气电磁阀和冷却管路之间时，电子控制单元关闭电动压气机。
所述电子控制单元开启电动压气机还包括以下步骤：电子控制单元控制电动压气机向储气箱通入预设流量的压缩空气，待所述预设流量的压缩空气全部通入所述储气箱时，所述电子控制单元关闭所述电动压气机。
所述电子控制单元开启电动压气机和补气电磁阀还包括以下步骤：所述电子控制单元开启出气电磁阀，使所述储气箱中的压缩空气通过出气电磁阀通入冷却管路中。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：可提升高原环境下发动机的实际进气量和整车的加速性能。
本申请实施例提供了一种发动机进气装置、发动机及进气方法，包括主进气装置、电子控制单元、进气流量计、补气流量计和辅助进气链路，辅助进气链路包括与气缸进气歧管依次连通的补气电磁阀、中冷器、冷却管路、电动压气机；进气流量计、补气流量计、补气电磁阀和电动压气机分别与电子控制单元电连接，进气流量计用于测量主进气装置通入气缸进气歧管的第一气体流量，补气流量计用于测量补气电磁阀通入气缸进气歧管的第二气体流量，电子控制单元控制补气电磁阀向气缸进气歧管通气并控制电动压气机向冷却管路通气。当发动机动力不足需增加进气量时，电子控制单元通过进气流量计检测到进气流量不足，开启电动压气机和补气电磁阀，使电动压气机中的压缩空气可直接对准气缸进气歧管为发动机供气，该进气方式距离最短、时间最快，且辅助主进气装置为发动机供气，可在最大程度上改善因采用增压器存在空气供应响应延迟所导致的加速性能不佳的问题，并为发动机燃烧提供补充进气量，使发动机具有足够的空气进行燃烧，因此，本申请可提升高原环境下发动机的实际进气量和整车的加速性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种发动机进气装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种进气方法的流程示意图。
图中：1-发动机，2-气缸进气歧管，3-主进气装置，4-电子控制单元，5-进气流量计，6-补气流量计，7-补气电磁阀，8-中冷器，9-冷却管路，10-电动压气机，11-储气箱，12-出气电磁阀，13-蓄电池，14-空气滤清器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种发动机进气装置、发动机及进气方法，其能解决相关技术中电控打气装置的出气口距离发动机进气阀存在一段距离以及增压器存在不可避免的延迟而导致的发动机的加速性能不佳的问题。
实施例1：
图1是本申请提供的一种发动机进气装置的结构示意图，发动机进气装置包括主进气装置3、电子控制单元4、进气流量计5、补气流量计6和辅助进气链路，其用于向发动机1通气，发动机1的各缸上均设有气缸进气歧管2，主进气装置3上设有多个出气端，多个出气端分别对应与多根气缸进气歧管2的进气端连通，并通过气缸进气歧管2向各缸通入压缩空气；辅助进气链路包括与气缸进气歧管2依次连通的补气电磁阀7、中冷器8、冷却管路9和电动压气机10，其中，进气流量计5与电子控制单元4电连接，并与主进气装置3连通，用于测量主进气装置3通入气缸进气歧管2的第一气体流量(压缩空气流量)，并将第一气体流量传输至电子控制单元4；补气流量计6与电子控制单元4电连接，并与补气电磁阀7连通，用于测量补气电磁阀7通入气缸进气歧管2的第二气体流量(压缩空气流量)，并将第二气体流量传输至电子控制单元4；补气电磁阀7与电子控制单元4电连接，其进气端与中冷器8的出气端连通，出气端与气缸进气歧管2的进气端连通，优选的，补气电磁阀7与气缸进气歧管2的连通接口尽量靠近气缸进气歧管的进气阀，使预存的压缩空气以最短的距离快速为发动机1补气，可最大程度提升加速响应性；中冷器8的进气端与冷却管路9的出气端连通；冷却管路9的进气端与电动压气机10的出气端连通，电动压气机10与电子控制单元4电连接，电子控制单元可控制电动压气机10是否向冷却管路9通入压缩空气。优选的，电动压气机10进气端设有空气滤清器14，可以保证进入发动机1中的压缩空气的清洁度。
具体的，电子控制单元4内预设有标准气体流量，其分别获取补气流量计6上的第二气体流量和进气流量计5上的第一气体流量，并将第一气体流量和第二气体流量与标准气体流量进行对比，若第一气体流量小于标准气体流量，则开启电动压气机10和补气电磁阀7，使电动压气机10中的压缩空气通入气缸进气歧管2；若第一气体流量和第二气体流量之和等于或大于标准气体流量，则关闭补气电磁阀7。
优选的，辅助进气链路还包括蓄电池13，蓄电池13与电动压气机10连接，在电动压气机10的电量不足时进行充电，以保证电动压气机10的工作性能；蓄电池13还与发动机1中自带的发电机连接，利用自带发电机为蓄电池13充电，可进一步保证电动压气机10的工作性能。
优选的，进气流量计5和补气流量计6均为空气流量传感器，其体积更小、精度更高，有利于减小辅助进气链路安装所需占用的空间，并保证进气流量监测的精度，使补充进发动机1中的压缩空气流量更为准确，进而提高发动机1的加速性能。
在发动机1动力充足时，电子控制单元4可控制电动压气机10预先将压缩空气存储进补气电磁阀7和冷却管路9之间，当发动机1动力不足需增加进气量时，电子控制单元4会通过进气流量计5检测到进气流量不足，并开启电动压气机10和补气电磁阀7，使预存的压缩空气直接对准气缸进气歧管2为发动机1供气，该进气方式距离最短、时间最快，不存在时间延迟，可在最大程度上改善因采用增压器存在空气供应响应延迟所导致的加速性能不佳的问题，并为发动机1燃烧提供补充进气量，与现有主进气装置3的压缩空气汇合，使发动机1具有足够的空气进行燃烧。
本申请采用单独的进气管路为发动机1补充进气量，对现有主进气装置3管路不产生任何影响。在高原地区，本发动机进气装置作为对现有主进气装置3的良好补充，可以很好地弥补因为环境空气密度减少所导致的发动机功率和功率提升响应降低，使得整车高原动力性(最高车速/加速性能/最大爬坡坡度)与平原地区相当。此外，本发动机进气装置还可以用于进一步改善平原地区的加速性能，由于匹配WGT(废气旁通阀增压器)的发动机1的加速性能差于匹配VGT(可变截面涡轮增压器)的发动机1，因此本发动机进气装置对匹配WGT的发动机1的加速性能具有较好的改善效果。
实施例2：
在实施例1的基础上：
辅助进气链路还包括储气箱11以及与储气箱11连通的出气电磁阀12，储气箱11的进气端与电动压气机10的出气端连通；出气电磁阀12与电子控制单元4电连接，其出气端与冷却管路9的进气端连通，电子控制单元4控制电动压气机10将压缩空气通入储气箱11中进行储存，当发动机1动力不足需增加进气量时，预存在补气电磁阀7与电动压气机10之间的压缩空气以及储气箱11中的压缩空气在冷却管路9汇合，第一时间为发动机1提供更多的补气量，以最大程度提升加速响应性。
实施例3：
在实施例1的基础上：
本申请实施例还提供一种发动机，该发动机上安装有前述的发动机进气装置，该发动机进气装置中预存的压缩空气可直接对准气缸进气歧管2为发动机1供气，不存在时间延迟，并与现有主进气装置3的压缩空气汇合，使发动机1具有足够的空气进行燃烧，可在最大程度上提高发动机1的加速性能。因此，发动机无需长时间进行满负荷工作，降低了发动机产生过热问题的可能性，进而可减少发动机内部机件的磨损，可在一定程度上延长发动机的使用寿命。
实施例4：
在实施例3的基础上：
本申请实施例还提供一种车辆，该车辆上安装有前述的发动机，由于该发动机的实际进气量和加速性能得到较大提升(甚至达到与平原环境下相当的水平)，其可进一步提升车辆在高原环境下的加速性能。
实施例5：
在实施例1的基础上：
本申请实施例还提供一种发动机进气装置的进气方法，包括以下步骤：
S1：使电子控制单元4开启。
S2：进气流量计5测量主进气装置3通入气缸进气歧管2中的第一气体流量，并将第一气体流量传输至电子控制单元4。
S3：电子控制单元4将第一气体流量与预设通入气缸进气歧管2的标准气体流量进行比较，若第一气体流量小于标准气体流量，电子控制单元4开启电动压气机10和补气电磁阀7，使电动压气机10中的压缩空气通过补气电磁阀7通入气缸进气歧管2。
S4：补气流量计6测量补气电磁阀7通入气缸进气歧管2中的第二气体流量，并将第二气体流量传输至电子控制单元4。
S5：电子控制单元4将第一气体流量与第二气体流量进行相加并得到相加值，待相加值大于或等于标准气体流量时，电子控制单元4关闭电动压气机10和补气电磁阀7。
实施例6：
在实施例5的基础
使电子控制单元4开启后，电子控制单元4开启电动压气机10，并控制电动压气机10向补气电磁阀7和冷却管路9之间通入预设流量的压缩空气；待预设流量的压缩空气全部通入补气电磁阀7和冷却管路9之间时，电子控制单元4关闭电动压气机10。即在发动机1动力充足时，预先在补气电磁阀7和冷却管路9之间存储压缩空气，当发动机1动力不足需增加进气量时，预存的压缩空气可在第一时间直接对准气缸进气歧管2为发动机1供气，不存在时间延迟，可进一步提高发动机1的加速性能。
优选的，电子控制单元4开启电动压气机10还包括以下步骤：电子控制单元4控制电动压气机10向储气箱11通入预设流量的压缩空气，待预设流量的压缩空气全部通入储气箱11时，电子控制单元4关闭电动压气机10；进气流量计5测量主进气装置3通入气缸进气歧管2中的第一气体流量，并将第一气体流量传输至电子控制单元4；电子控制单元4将第一气体流量与预设通入气缸进气歧管2的标准气体流量进行比较，若第一气体流量小于标准气体流量，电子控制单元4开启电动压气机10、出气电磁阀12和补气电磁阀7，使中冷器8中的压缩空气通过补气电磁阀7通入气缸进气歧管2，并使储气箱11中的压缩空气通过出气电磁阀12通入冷却管路9中。
其中，可在电子控制单元4内预先标定好平原的标准气体流量表(该标准气体流量表包括了发动机1在平原时对于不同的转速和油门开度需通入的标准气体流量)和电动压气机10的标准气体流量表(该标准气体流量表包括了电动压气机10在平原和不同海拔时对于不同的转速需要输出的标准气体流量)；电子控制单元4通过进气流量计5对高原第一气体流量(实际进气流量)进行实时监控，并与平原的标准气体流量进行对比，当高原的实际进气流量小于标准气体流量时，激活辅助进气链路。
具体的，发动机1每次启动后，电子控制单元4会启动电动压气机10(补气电磁阀7和出气电磁阀12默认为关闭状态)，并控制电动压气机10向冷却管路9和储气箱11中分别通入预设的压缩空气；汽车在行驶过程中，高原的实际进气流量小于标准气体流量时，电子控制单元4同时打开电动压气机10、出气电磁阀12和补气电磁阀7；.冷却管路9和储气箱11中预先储存的压缩空气会首先第一时间通入发动机1参与燃烧，以最大程度提高发动机1的响应性；同时利用补气流量计6对补气电磁阀7输出的第二气体流量(辅助发动机进气装置实际向发动机通入的气体量)进行实时监控，当第一气体流量和第二气体流量之和小于标准气体流量时，对电动压气机10的转速进行补偿(以一个可标定的步长增加转速)，以减少实际环境的影响。其中，电动压气机10的控制是基于电动压气机10的标准气体流量表进行的，将进气流量计5测量到的数据与标准气体流量进行相减，根据所得到的差值反查电动压气机10的标准气体流量表即可得到电动压气机10所对应的转速，该转速作为电动压气机10的目标转速。
当进气流量计5测量到的第一气体流量与补气流量计6测量到的第二气体流量之和等于对应工况的标准气体流量时，经过一个可标定的延迟时间后，首先关闭出气电磁阀12和补气电磁阀7，以保证储气箱11和冷却管路9内再次充满空气，然后经过一个可标定延迟时间后关闭电动压气机10；在延迟时间内，若激活条件满足，则按照前面的步骤再次激活辅助进气链路。
其中，补气电磁阀7和出气电磁阀12均为PWM型，通过电子控制单元4内预先标定的平原的标准气体流量表和电动压气机的标准气体流量表可对电磁阀进行占空比控制，保证通入发动机1中的压缩空气流量等于发动机1所需补充的进气量。但是，由于标准气体流量表内的数值标定是在实验室环境下进行的，其为标准工况，与实际环境往往差异较大，因此，可根据通入发动机1中的压缩空气流量和发动机1所需补充的进气量之差，对电磁阀占空比进行实时调整。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，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，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种发动机进气装置，该进气装置用于设在气缸进气歧管(2)上，其特征在于，包括：主进气装置(3)、电子控制单元(4)、进气流量计(5)、补气流量计(6)和辅助进气链路，所述主进气装置(3)与所述气缸进气歧管(2)连通；
所述辅助进气链路包括：依次连通的电动压气机(10)、冷却管路(9)、中冷器(8)、补气电磁阀(7)，以及蓄电池(13)、储气箱(11)、与储气箱(11)连通的出气电磁阀(12)，所述储气箱(11)的进气端与所述电动压气机(10)的出气端连通；出气电磁阀(12)的出气端与所述冷却管路(9)的进气端连通，所述蓄电池分别与电动压气机(10)、发动机(1)中的发电机连接，所述补气电磁阀(7)与所述气缸进气歧管(2)连通；
所述补气流量计(6)与所述补气电磁阀(7)连通，用于测量所述补气电磁阀(7)通入所述气缸进气歧管(2)的第二气体流量；
所述进气流量计(5)与主进气装置(3)连通，用于测量所述主进气装置(3)通入所述气缸进气歧管(2)的第一气体流量；
所述电子控制单元(4)内预设有标准气体流量，其分别与电动压气机(10)、补气电磁阀(7)、出气电磁阀(12)、补气流量计(6)和进气流量计(5)电连接，所述电子控制单元(4)用于分别获取补气流量计(6)上的第二气体流量和进气流量计(5)上的第一气体流量，并将第一气体流量和第二气体流量与标准气体流量进行对比，若第一气体流量小于标准气体流量，则开启电动压气机(10)、出气电磁阀(12)和补气电磁阀(7)；若第一气体流量和第二气体流量之和等于或大于标准气体流量，则关闭补气电磁阀(7)和电动压气机(10)。
2.如权利要求1所述的一种发动机进气装置，其特征在于：所述辅助进气链路还包括空气滤清器(14)，所述空气滤清器(14)与所述电动压气机(10)的进气端连接。
3.如权利要求1所述的一种发动机进气装置，其特征在于：所述进气流量计(5)和所述补气流量计(6)均为空气流量传感器。
4.一种发动机，其特征在于，包括：如权利要求1至3中任一项所述的发动机进气装置。
5.一种采用如权利要求1所述的发动机进气装置的进气方法，其特征在于，包括以下步骤：
使电子控制单元(4)开启；
进气流量计(5)测量主进气装置(3)通入气缸进气歧管(2)中的第一气体流量，并将第一气体流量传输至所述电子控制单元(4)；
所述电子控制单元(4)将第一气体流量与预设通入气缸进气歧管(2)的标准气体流量进行比较，若第一气体流量小于标准气体流量，则开启电动压气机(10)、出气电磁阀(12)和补气电磁阀(7)，使电动压气机(10)中的压缩空气通过补气电磁阀(7)通入气缸进气歧管(2)，使所述储气箱(11)中的压缩空气通过出气电磁阀(12)通入冷却管路(9)中；
补气流量计(6)测量所述补气电磁阀(7)通入气缸进气歧管(2)中的第二气体流量，并将第二气体流量传输至所述电子控制单元(4)；
所述电子控制单元(4)将所述第一气体流量与所述第二气体流量进行相加并得到相加值，待所述相加值大于或等于所述标准气体流量时，所述电子控制单元(4)关闭电动压气机(10)和补气电磁阀(7)。
6.如权利要求5所述的一种进气方法，其特征在于：所述使电子控制单元(4)开启还包括以下步骤：电子控制单元(4)开启电动压气机(10)，使电动压气机(10)向补气电磁阀(7)和冷却管路(9)之间通入预设流量的压缩空气；待所述预设流量的压缩空气全部通入补气电磁阀(7)和冷却管路(9)之间时，电子控制单元(4)关闭电动压气机(10)。
7.如权利要求6所述的一种进气方法，其特征在于：所述电子控制单元(4)开启电动压气机(10)还包括以下步骤：所述电子控制单元(4)控制电动压气机(10)向储气箱(11)通入预设流量的压缩空气，待所述预设流量的压缩空气全部通入所述储气箱(11)时，所述电子控制单元(4)关闭所述电动压气机(10)。
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