CN111927617A - 一种发动机进气量调节装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机进气量调节装置及其控制方法，该发动机进气量调节装置包括发动机的排气歧管，排气歧管依次连接有第一排气总管和第二排气总管，第一排气总管位于第二排气总管的上游，第一排气总管和第二排气总管之间连通设置有排气增压装置，第一排气总管的一侧连通设置有排气旁通管路，排气旁通管路的另一端与第二排气总管连通，第一排气总管上与排气旁通管路的连接处设置有调节阀门，调节阀门用于控制第一排气总管上游进入第一排气总管下游的排气量和控制第一排气总管上游进入排气旁通管路的放气量，排气旁通管路上连通设置有能量回收装置，本发明通过调节阀门能够调整发动机的进气量，排气旁通管路上的能量回收装置能够发电。

Description

一种发动机进气量调节装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种发动机进气量调节装置及其控制方法，具体的说，涉及一种结构简单,能够随意调整发动机的进气量，且能够对发动机废气的能量进行回收的发动机进气量调节装置及其控制方法，属于发动机技术领域。

背景技术

当今时代下的汽车工业技术水平有限,汽车发动机汽油燃烧所释放出的能量只有三分之一左右能被有效利用,其它的能量均已各种形式散发到外界中不能被汽车所利用,这不仅造成了能源的浪费更导致了环境的严重污染。

为解决上述问题，市面上出现了一种发动机废气排放控制装置，如专利号为：201920419563.2，公开了一种废气排放控制系统，该系统为：与涡轮增压发动机的压端的主管路连通的第一旁通管路，与涡端的主管路连通的第二旁通管路。在第一旁通管路中设置第一节流阀，在压端的主管路中设置第三节流阀。在第二旁通管路中设置第四节流阀。在涡端的主管路中设置第二节流阀。分别设置与第一旁通管路连通的增压装置和与第二旁通管路连通的增压及能量回收装置。控制电机与增压装置、增压及能量回收装置、第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀和第四节流阀连接。

上述该类废气排放控制系统，通过控制节流阀的开度，以及控制增压装置和增压及能量回收装置的状态，从而控制废气排放温度和进行能量回收。

但是该类废气排放控制系统采用放气阀或排气节流阀进行控制废气的排放，该技术方案的排气节流阀，容易对发动机的废气进行强行憋排气，造成很大的换气损失，能量损失较大，并且该排气节流阀只能简单的控制发动机排放废气的走向，进而能量回收效率低，热量损失严重。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是提供一种结构简单,能够随意调整发动机的进气量，且能够对发动机废气的能量进行回收的发动机进气量调节装置。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种发动机进气量调节装置，包括发动机的排气歧管，排气歧管依次连接有第一排气总管和第二排气总管，第一排气总管位于第二排气总管的上游，第一排气总管和第二排气总管之间连通有排气增压装置，第一排气总管的一侧连通有排气旁通管路，排气旁通管路的另一端与第二排气总管连通，第一排气总管上与排气旁通管路的连接处设置有调节阀门，调节阀门用于控制第一排气总管上游进入第一排气总管下游的排气量和控制第一排气总管上游进入排气旁通管路的放气量，排气旁通管路上连通有能量回收装置。

以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：

调节阀门的工作状态包括关闭极限位、开启极限位和调节位，关闭极限位为调节阀门处于全关状态，开启极限位为调节阀门处于全开状态，调节位为调节阀门处于关闭极限位和开启极限位之间。

进一步优化：排气增压装置由涡轮和压气机构成，涡轮的中心轴和压气机的中心轴传动连接，涡轮的进气端与第一排气总管的下游连通，涡轮的出气端与第二排气总管的进气端连通，压气机的进气端与外部大气连通，压气机的出气端与发动机的进气歧管连通。

进一步优化：能量回收装置包括发电涡轮和发电机，发电涡轮设置在排气旁通管路中，且发电涡轮位于排气旁通管路的下游。

进一步优化：发电机设置在排气旁通管路的外侧，发电机与发电涡轮通过传动轴传动连接。

进一步优化：发动机上连接有用于检测发动机转动速度的转速传感器和用于检测发动机的水温的温度传感器，转速传感器、温度传感器分别与控制器相连，控制器获取由转速传感器检测得到的发动机的工作转速数据，以及由温度传感器检测得到的发动机工作时的水温数据。

进一步优化：控制器分别与排气增压装置、能量回收装置和调节阀门电性连接，控制器用于控制调节阀门的工作状态。

进一步优化：控制器为ECU。

一种发动机进气量调节装置的控制方法，基于上述发动机进气量调节装置；该控制方法包括：

S1、检测发动机的工作状态；

S2、在发动机需要的进气量大时，控制器用于控制调节阀门处于开启极限位，此时第一排气总管的上游和下游完全连通，并且调节阀门将排气旁通管路关闭，并且启动排气增压装置，此时发动机的进气量为最大；

S3、在发动机需要的进气量少时，控制器用于控制调节阀门处于调节位，此时调节阀门打开一个开度，使第一排气总管的上游和下游连通，且使排气旁通管路与第一排气总管连通，以使第一排气总管上游的废气一部分进入第一排气总管的下游，另一部分废气通过调节阀门进入排气旁通管路，此时能量回收装置吸收废气能量；

S4、当发动机需要更进一步降低进气量时，控制器用于控制调节阀门处于关闭极限位，此时第一排气总管的上游和下游完全不连通，并且调节阀门将排气旁通管路打开，此时第一排气总管上游的废气全部经过排气旁通管路进入能量回收装置内，此时能量回收装置吸收废气能量。

以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：

该控制方法还包括：

S5、当发动机处于倒拖工况时，此时发动机不喷油，并且控制器用于控制调节阀门处于关闭极限位，此时第一排气总管的上游和下游不连通，调节阀门将排气旁通管路打开，使第一排气总管上游的废气全部进入排气旁通管路，并且启动能量回收装置，使发电机反向驱动发电涡轮转动，排气旁通管路内产生排气阻力，进而降低发动机的排气，降低后处理的冷却。

本发明采用上述技术方案，构思巧妙，结构合理，通过调节阀门可以控制第一排气总管的气量从100%-0%变化，而排气旁通管路的气量可以从0%-100%变化，从而能够在很大范围内调整发动机的进气量，并且排气旁通管路上设置有发电涡轮和发电机，通过排气旁通管路输送的废气可以用来发电，进一步吸收废气能量，并且当发动机倒拖时，为尽可能减少对后处理冷却，发电涡轮可以在发电机的作用下反转，阻碍排气，极大减少排气量。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的总体结构示意图；

图2为本发明实施例中调节阀门处于关闭极限位时的结构示意图；

图3为本发明实施例中调节阀门处于开启极限位时的结构示意图。

图中：1-发动机；2-调节阀门；21-阀片；3-第一排气总管；4-压气机；5-涡轮；6-排气旁通管路；7-发电涡轮；8-发电机；9-第二排气总管；10-进气总管。

具体实施方式

实施例：如图1所示，一种发动机进气量调节装置，其应用于发动机1，所述发动机1的排气歧管依次连接有第一排气总管3和第二排气总管9，所述第一排气总管3位于第二排气总管9的上游，第一排气总管3和第二排气总管9之间连通有排气增压装置，第一排气总管3的一侧连通有排气旁通管路6，第一排气总管3上与排气旁通管路6的连接处设置有调节阀门2，所述调节阀门2用于控制第一排气总管3上游进入第一排气总管3下游的排气量和控制第一排气总管3上游进入排气旁通管路6的放气量，所述排气旁通管路6上连通有能量回收装置。

所述排气旁通管路6的另一端与第二排气总管9连通。

如图3所示，所述发动机1工作排出的废气通过排气歧管进入第一排气总管3内，而后通过调节阀门2控制该废气进入下游的第一排气总管3和排气旁通管路6，并且通过调节阀门2的开度可控制该气量，进而实现通过调节阀门2控制两个下游管路的气量，实现对气量的控制。

当发动机1需要较多进气时，调节阀门2完全打开，此时第一排气总管3的上游和下游完全连通，并且调节阀门2将排气旁通管路6关闭，切断排气旁通管路6与第一排气总管3的连通，此时进气量最多。

如图1所示，当发动机1不需要这多气量时，调节阀门2自动调节开度，使排气旁通管路6与第一排气总管3连通，此时第一排气总管3上游内的废气一部分进入第一排气总管3内，另一部分废气进入排气旁通管路6，排气旁通管路6内的废气进入能量回收装置，能量回收装置吸收尾气的能量，并且能够降低排气增压装置的做功。

如图2所示，当发动机1需要进一步降低气量时，调节阀门2完全关闭，此时第一排气总管3的上游和下游完全不连通，并且调节阀门2将排气旁通管路6打开，此时第一排气总管3全部关闭，第一排气总管3上游的废气全部经过排气旁通管路6进入能量回收装置内，进而使发动机1的进气量大幅减少。

如图2所示，当发动机1处于倒拖工况时，此时发动机1不喷油，后处理冷却较快，为了尽可能降低对于后处理的冷却，调节阀门2完全关闭，使第一排气总管3上游的废气全部进入排气旁通管路6，并且能量回收装置反向作用，使排气旁通管路6内产生排气阻力，进而降低发动机1的排气，降低后处理的冷却。

如图1所示，所述调节阀门2为现有技术，可以由市面上直接购买获得。

所述调节阀门2的具体结构包括包括阀片21，所述阀片21转动设置在第一排气总管3与排气旁通管路6的连接处，所述阀片21转动用于控制第一排气总管3上游进入第一排气总管3下游的排气量和控制第一排气总管3上游进入排气旁通管路6的放气量，所述阀片21由驱动组件驱动转动。

所述驱动组件设置在第一排气总管3的外侧。

所述驱动组件用于驱动阀片21进行自动化转动，所述驱动组件为现有技术可以为驱动电机，驱动组件也可以为发动机1中的控制电机，所述控制电机与阀片21传动连接。

如图1所示，所述排气增压装置由涡轮5和压气机4构成，涡轮5的进气端与第一排气总管3的下游连通，所述涡轮5的出气端与第二排气总管9的进气端连通。

所述涡轮5的中心轴和压气机4的中心轴传动连接。

所述压气机4的进气端与外部大气连通，所述压气机4的出气端通过进气总管10与发动机1的进气歧管连通。

这样设计，当发动机1工作排出的废气通过排气歧管进入第一排气总管3内，而后通过调节阀门2的控制使一部分废气进入下游的涡轮5内，另一部分气体进入排气旁通管路6内，所述进入涡轮5内的废气通过第二排气总管9排出，并且进入涡轮5内的废气可驱动涡轮5转动，其涡轮5转动带动压气机4转动用于对发动机1进行进气。

如图1所示，所述能量回收装置包括发电涡轮7和发电机8，所述发电涡轮7设置在排气旁通管路6中，且发电涡轮7位于排气旁通管路6的下游。

所述发电机8设置在排气旁通管路6的外侧，所述发电机8与发电涡轮7通过传动轴传动连接。

这样设计，当发动机1工作排出的废气通过排气歧管进入第一排气总管3内，而后通过调节阀门2的控制使一部分废气进入下游的涡轮5内，另一部分废气进入排气旁通管路6内，进入排气旁通管路6内的废气驱动发电涡轮7转动，发电涡轮7转动带动发电机8工作，此时排气旁通管路6内废气的能量被发电涡轮7和发电机8吸收，并将该能量转变成电能。

同时发电机8可以根据发动机1的状态和需求调整发电涡流7吸收的功率。此时发动机1相当于一个自然吸气发动机，进气量大幅减少。

所述发动机1上连接有用于检测发动机1转动速度的转速传感器和用于检测发动机1的水温的温度传感器。

所述转速传感器、温度传感器分别与控制器电性连接，所述控制器分别与排气增压装置、能量回收装置和调节阀门2电性连接，所述控制器用于控制调节阀门2的工作状态。

所述控制器为ECU。

所述控制器控制调节阀门2工作，所述调节阀门2的工作状态包括关闭极限位、开启极限位和调节位。

所述关闭极限位为调节阀门2处于全关状态，所述开启极限位为调节阀门2处于全开状态，所述调节位为调节阀门2处于关闭极限位和开启极限位之间。

如图1-3所示，本发明还公开了一种发动机进气量调节装置的控制方法，基于上述发动机进气量调节装置，所述该控制方法包括：

S1、检测发动机1的工作状态。

所述步骤S1中，检测发动机1的工作状态包括：控制器获取由转速传感器检测得到的发动机1的工作转速数据，以及控制器获取由温度传感器检测得到的发动机1工作时的水温数据。

S2、在发动机1的工作状态不满足预定条件且发动机1需要的进气量大时，控制器用于控制调节阀门2处于开启极限位，此时第一排气总管3的上游和下游完全连通，并且调节阀门2将排气旁通管路6关闭，并且启动排气增压装置，此时发动机1的进气量为最大。

S2、在发动机1的工作状态满足预定条件且发动机1需要的进气量少时，控制器用于控制调节阀门2处于调节位，此时调节阀门2打开一个开度，使第一排气总管3的上游和下游连通，且使排气旁通管路6与第一排气总管3连通，以使第一排气总管3上游的废气一部分进入第一排气总管3的下游，另一部分废气通过调节阀门2进入排气旁通管路6，此时能量回收装置吸收废气能量。

S3、当发动机1需要更进一步降低进气量时，控制器用于控制调节阀门2处于关闭极限位，此时第一排气总管3的上游和下游完全不连通，并且调节阀门2将排气旁通管路6打开，此时第一排气总管3上游的废气全部经过排气旁通管路6进入能量回收装置内，此时能量回收装置吸收废气能量。

S4、当发动机1处于倒拖工况时，此时发动机1不喷油，并且控制器用于控制调节阀门2处于关闭极限位，此时第一排气总管3的上游和下游完全不连通，并且调节阀门2将排气旁通管路6打开，使第一排气总管3上游的废气全部进入排气旁通管路6，并且启动能量回收装置，使发电机8反向驱动发电涡轮7反向转动，使排气旁通管路6内产生排气阻力，进而降低发动机1的排气，降低后处理的冷却。

所述发动机1的工作状态满足预定条件包括：发动机1转速处于设定转速范围，且发动机1水温处于设定温度范围。

所述发动机1的工作状态不满足预定条件包括：发动机1转速不处于设定转速范围，且发动机1水温不处于设定温度范围。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机进气量调节装置，包括发动机（1）的排气歧管，排气歧管依次连接有第一排气总管（3）和第二排气总管（9），第一排气总管（3）位于第二排气总管（9）的上游，其特征在于：第一排气总管（3）和第二排气总管（9）之间连通有排气增压装置，第一排气总管（3）的一侧连通有排气旁通管路（6），排气旁通管路（6）的另一端与第二排气总管（9）连通，第一排气总管（3）上与排气旁通管路（6）的连接处设置有调节阀门（2），调节阀门（2）用于控制第一排气总管（3）上游进入第一排气总管（3）下游的排气量和控制第一排气总管（3）上游进入排气旁通管路（6）的放气量，排气旁通管路（6）上连通有能量回收装置，能量回收装置包括发电涡轮（7）和发电机（8）。

2.根据权利要求1所述的一种发动机进气量调节装置，其特征在于：调节阀门（2）的工作状态包括关闭极限位、开启极限位和调节位，关闭极限位为调节阀门（2）处于全关状态，开启极限位为调节阀门（2）处于全开状态，调节位为调节阀门（2）打开一个开度。

3.根据权利要求2所述的一种发动机进气量调节装置，其特征在于：排气增压装置由涡轮（5）和压气机（4）构成，涡轮（5）的中心轴和压气机（4）的中心轴传动连接，涡轮（5）的进气端与第一排气总管（3）的下游连通，涡轮（5）的出气端与第二排气总管（9）的进气端连通，压气机（4）的进气端与外部大气连通，压气机（4）的出气端与发动机（1）的进气歧管连通。

4.根据权利要求3所述的一种发动机进气量调节装置，其特征在于：发电涡轮（7）与排气旁通管路（6）连通，且发电涡轮（7）设置在排气旁通管路（6）的下游。

5.根据权利要求4所述的一种发动机进气量调节装置，其特征在于：发电机（8）设置在排气旁通管路（6）的外侧，发电机（8）与发电涡轮（7）通过传动轴传动连接。

6.根据权利要求5所述的一种发动机进气量调节装置，其特征在于：发动机（1）上连接有用于检测发动机（1）转动速度的转速传感器和用于检测发动机（1）的水温的温度传感器，转速传感器、温度传感器分别与控制器相连，控制器获取由转速传感器检测得到的发动机（1）的工作转速数据，以及由温度传感器检测得到的发动机（1）工作时的水温数据。

7.根据权利要求6所述的一种发动机进气量调节装置，其特征在于：控制器分别与排气增压装置、能量回收装置和调节阀门（2）电性连接，控制器用于控制调节阀门（2）的工作状态。

8.根据权利要求7所述的一种发动机进气量调节装置，其特征在于：控制器为ECU。

9.一种发动机进气量调节装置的控制方法，其特征在于，基于权利要求1-8任一项所述的发动机进气量调节装置；该控制方法包括：

S1、检测发动机（1）的工作状态；

S2、在发动机（1）需要的进气量大时，控制器用于控制调节阀门（2）处于开启极限位，此时第一排气总管（3）的上游和下游完全连通，并且调节阀门（2）将排气旁通管路（6）关闭，并且启动排气增压装置，此时发动机（1）的进气量为最大；

S3、在发动机（1）需要的进气量少时，控制器用于控制调节阀门（2）处于调节位，此时调节阀门（2）打开一个开度，使第一排气总管（3）的上游和下游连通，且使排气旁通管路（6）与第一排气总管（3）连通，以使第一排气总管（3）上游的废气一部分进入第一排气总管（3）的下游，另一部分废气通过调节阀门（2）进入排气旁通管路（6），此时能量回收装置吸收废气能量；

S4、当发动机（1）需要更进一步降低进气量时，控制器用于控制调节阀门（2）处于关闭极限位，此时第一排气总管（3）的上游和下游完全不连通，并且调节阀门（2）将排气旁通管路（6）打开，此时第一排气总管（3）上游的废气全部经过排气旁通管路（6）进入能量回收装置内，此时能量回收装置吸收废气能量。

10.根据权利要求9所述的一种发动机进气量调节装置的控制方法，其特征在于：该控制方法还包括：

S5、当发动机（1）处于倒拖工况时，此时发动机（1）不喷油，并且控制器用于控制调节阀门（2）处于关闭极限位，此时第一排气总管（3）的上游和下游不连通，调节阀门（2）将排气旁通管路（6）打开，使第一排气总管（3）上游的废气全部进入排气旁通管路（6），并且启动能量回收装置，使发电机（8）反向驱动发电涡轮（7）转动，排气旁通管路（6）内产生排气阻力，进而降低发动机（1）的排气，降低后处理的冷却。

Images