CN112031924A - 发动机用电动增压后置的多级混合增压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,其特征在于:包括电动增压器、发动机、涡轮增压器、储气罐、控制器;进气口通过管道分别与涡轮增压器的第一压气机的进气端相连通,第一压气机的出气端与第二压气机的进气端通过管道相连通;储气罐的出气端通过管道与第二压气机的进气端相连通且该管道上设置与压缩空气喷嘴;第二压气机的出气端与发动机的进气管相连通,第一压气机的出气端通过管道与发动机的进气管相连通且该管道上设置有单向阀;发动机的出气管与涡轮增压器的涡轮进气端相连通;涡轮增压器的出气端与外部空气相连通。
Description
技术领域
本发明属于发动机技术领域,具体涉及一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统。
背景技术
涡轮增压,是一种利用发动机运行产生的废气驱动空气压缩机的技术。增压的目的是为了在不增加发动机排量的情况下增加发动机进气量,增大发动机等效压缩比,从而增加发动机功率密度和扭矩密度。
发动机工作时,排出的高温高压废气以一定角度高速冲击涡轮叶片,推动涡轮高速旋转,涡轮又带动同轴的压气机叶轮高速旋转,使空气增压进入汽缸。当发动机转速增加时,废气排出速度与涡轮转速同步增加,叶轮压缩更多的空气进入汽缸。空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料,就可以增加发动机的平均有效压力。
一般涡轮增压发动机在低转速时由于废气能力不足导致增压压力不足,限制喷油量增加,造成低转速扭矩性能差,这对汽车的动力性能是不利的。
涡轮增压不能同时兼顾低速与高速性能,缩小增压器涡壳会改善低转速性能,但是为了使增压器高转速不超速,采用废气旁通把发动机的一部分排气旁通掉,从而损失一部分废气能量,导致效率下降。另一方面,增大增压器涡壳会改善高转速性能,但会导致低转速时效率和响应性能恶化。
由于涡轮增压器存在气动滞后现象,导致发动机低转速响应迟缓。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足,提供一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,利用电动增压、整车储气系统供气的快速响应能力,解决涡轮增压器的气动滞后问题,改善发动机动态响应性能。
本发明采用的技术方案是:一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,其特征在于:包括电动增压器、发动机、涡轮增压器、储气罐、控制器;进气口通过管道分别与涡轮增压器的第一压气机的进气端相连通,第一压气机的出气端与第二压气机的进气端通过管道相连通;储气罐的出气端通过管道与第二压气机的进气端相连通且该管道上设置与压缩空气喷嘴;第二压气机的出气端与发动机的进气管相连通,第一压气机的出气端通过管道与发动机的进气管相连通且该管道上设置有单向阀;发动机的出气管与涡轮增压器的涡轮进气端相连通;涡轮增压器的出气端与外部空气相连通;控制器的输出端分别与电动增压器的电动机和压缩空气喷嘴电连接,用于控制两者的工作状态;电动机用于驱动第二压气机的运转;涡轮增压器的涡轮通过发动机的出气管的排气能量驱动第一压气机运转。
上述技术方案中,还包括进气中冷器,涡轮增压器的第一压气机的出气端经进气中冷器与发动机的进气管相连通,进气中冷器对通过了第一压气机的进气进行冷却。
上述技术方案中,所述储气罐包括两个,两个储气罐通过管道相连通,且该管道上设置有四回路保护阀。
上述技术方案中,单向阀默认处于常闭位置;当电动增压器不工作时,单向阀入口压力大于出口压力,空气通过第一压气机和单向阀导入发动机;当电动增压器工作时,空气经第一压气机厚分别通过单向阀和第二压气机导入发动机;当单向阀出口与入口的压力差大于截止压力时,单向阀全关,空气通过第一压气机直接导入第二压气机。
上述技术方案中,压缩空气喷嘴默认处于常闭位置;控制器根据车辆状态驱动压缩空气喷嘴开启或闭合。
上述技术方案中,第二压气机的进气端内设置有压力传感器;压力传感器的信号输出端与控制器的输入端电连接;压力传感器实时检测第二压气机进气端的进气压力并将压力信息反馈至控制器,控制器根据压力信息对当前的发动机进气需求信息做出判断。
上述技术方案中,控制器通过发动机转速、加速踏板开度、进气增压中冷后压力信息,依据预先设定好的控制参数,对当前的发动机进气需求信息做出判断。
上述技术方案中,若控制器判断发动机处于急加速的进气量需求快速增大的工况运行,需要辅助进气,则控制器控制压缩空气喷嘴开启,驱动储气罐供气。控制电动增压器的电动机在需求转速运行,驱动第二压气机压缩空气,同时控制压缩空气喷嘴进行周期性开启、关闭控制,驱动储气罐供气。
上述技术方案中,若控制器判断发动机处于低转速大扭矩的进气量需求大的工况运行,需要增大进气量,则控制器控制电动增压器的电动机运行,驱动第二压气机对进气进行增压。
上述技术方案中,当电动增压器的电动机运行时,若压力传感器检测到第二压气机进气端的进气压力低于最低阈值,则控制器控制压缩空气喷嘴开启,驱动储气罐供气。
本发明采用电动增压、整车储气系统供气和废气涡轮增压并用。电动增压和储气系统供气增大低转速时的发动机进气量,有助于低转速时的扭矩输出。同时本发明可通过增大涡轮增压器涡壳提升高速的功率输出,从而实现低转速与高转速性能兼顾;由于电动增压器和储气系统供气均使用外部能量,不依赖于发动机废气能量,从而避免了涡轮增压器气动滞后的影响,改善发动机低转速响应性。
在发动机低转速低扭矩工况时,由电动增压和储气系统供气提供大部分的增压压力。随着转速和扭矩的提高,涡轮增压器能使发动机获得更大的功率,与此同时,电动增压器的增压压力逐渐降低,储气系统停止供气。在高转速高扭矩工况时,由涡轮增压器提供所有的增压压力。
由于电动增压器经常处于高温下工作,电动增压器的运转本身也产生热量,因此为了保证电动增压器的正常工作,电动增压、整车储气系统供气协同工作显得尤为重要。通过汽车储气系统在电动增压器进气口提供高压进气,一定程度降低了电动增压器的需求功率,从而降低其驱动电机的发热量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
其中,1-发动机,2-单向阀,3-第二压气机,4-电动机,5-储气罐,6-压缩空气喷嘴,7-压力传感器,8-进气中冷器,9-第一压气机,10-涡轮,11-控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明,便于清楚地了解本发明,但它们不对本发明构成限定。
如图1所示,本发明提供了一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,其特征在于:包括电动增压器、发动机1、涡轮增压器、储气罐5、控制器11;进气口通过管道分别与涡轮增压器的第一压气机9的进气端相连通,第一压气机9的出气端与第二压气机3的进气端通过管道相连通;储气罐5的出气端通过管道与第二压气机3的进气端相连通且该管道上设置与压缩空气喷嘴6;第二压气机3的出气端与发动机1的进气管相连通,第一压气机9的出气端通过管道与发动机1的进气管相连通且该管道上设置有单向阀2;发动机1的出气管与涡轮增压器的涡轮10进气端相连通;涡轮增压器的出气端与外部空气相连通;控制器的输出端11分别与电动增压器的电动机4和压缩空气喷嘴6电连接,用于控制两者的工作状态;电动机4用于驱动第二压气机3的运转;涡轮增压器的涡轮10通过发动机1的出气管的排气能量驱动第一压气机9运转。
上述技术方案中,还包括进气中冷器8,涡轮增压器的第一压气机9出气端经进气中冷器与发动机1的进气管相连通,进气中冷器对通过了第一压气机的进气进行冷却,降低发动机的发热量。
控制器通过控制压缩空气喷嘴6的开闭,从而控制储气罐5中的压缩空气进入电动增压器的第二压气机3。控制器通过驱动电动机4的工作状态,驱动第二压气机3旋转,对进气进行增压。涡轮增压器通过由发动机1的排气能量驱动涡轮旋转,从而带动第一压气机9对进气进行增压。进气中冷器8对通过了压气机9的进气进行冷却。
当电动增压器不工作时,单向阀2的入口压力大于出口压力,流经第一压气机9的进气通过单向阀2直接导入。当电动增压器工作时,因第二压气机3对进气进行增压,单向阀2的出口压力逐渐升高,通过了第二压气机9的进气分别通过单向阀2和第一压气机3导入发动机1。当单向阀2出口与入口的压力差大于截止压力时,单向阀2全关,通过了第一压气机9的进气全量进入电动增压器的第二压气机3。
基于上述系统结构,本发明提供一种混合增压系统的控制方法,该方法包括以下步骤:
1.压缩空气喷嘴6默认处于常闭位置,单向阀2默认处于常闭位置。
2.压力传感器7实时检测第二压气机3的进气压力并将压力信息反馈至控制器,并由控制器11对当前的发动机进气需求信息做出判断。
3.若控制器判断发动机处于急加速等进气量需求快速增大的工况运行,需要辅助进气,则控制器11控制压缩空气喷嘴6开启,储气系统开始供气;
4.若判断发动机处于低转速大扭矩等进气量需求大的工况运行,需要增大进气量,则控制器11控制电动机4运行,驱动第二压气机3对进气进行增压;
5.当电动机4运行时,若压力传感器7检测到发动机1的进气压力低于最低阈值,则控制压缩空气喷嘴6开启,储气系统按需求气量供气向第二压气机3供气,第二压气机3的空气来源包括第一压气机9和储气罐。
6.若不属上述各类情况,则电动增压器不运行,储气系统不供气,涡轮增压器正常运行。
本发明中,压力传感器7可以取消,则控制器11通过发动机转速、加速踏板开度、进气增压中冷后压力等信息,依据预先设定好的控制参数对压缩空气喷嘴6进行开环控制。
本发明中,压缩空气喷嘴6可以配设在电动增压器的第二压气机3进气口侧,即从涡轮增压器第一压气机9出口至第二压气机3入口的进气管路;或者也可以配设在电动增压器的压气机3出气口侧,即从第二压气机3出口至发动机1进气管入口的进气管路。
本发明利用电动增压、整车储气系统供气和废气涡轮增压协同工作,改善发动机高转速涡轮增压效率,同时使发动机低转速进气量与废气能量解耦,提升发动机低转速进气充量,拓宽发动机低转速区间的扭矩范围。本发明利用电动增压、整车储气系统供气的快速响应能力,解决涡轮增压器的气动滞后问题,改善发动机动态响应性能。本发明在电动增压器进气口侧或出气口侧喷入高压空气(整车储气罐供气),可降低电动增压器的供气量需求,降低其驱动电机功率(减小工作电流),从而降低电机发热量。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,其特征在于:包括电动增压器、发动机、涡轮增压器、储气罐、控制器;进气口通过管道分别与涡轮增压器的第一压气机的进气端相连通,第一压气机的出气端与第二压气机的进气端通过管道相连通;储气罐的出气端通过管道与第二压气机的进气端相连通且该管道上设置与压缩空气喷嘴;第二压气机的出气端与发动机的进气管相连通,第一压气机的出气端通过管道与发动机的进气管相连通且该管道上设置有单向阀;发动机的出气管与涡轮增压器的涡轮进气端相连通;涡轮增压器的出气端与外部空气相连通;控制器的输出端分别与电动增压器的电动机和压缩空气喷嘴电连接,用于控制两者的工作状态;电动机用于驱动第二压气机的运转;涡轮增压器的涡轮通过发动机的出气管的排气能量驱动第一压气机运转。
2.根据权利要求1所述的一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,其特征在于:还包括进气中冷器,涡轮增压器的第一压气机的出气端经进气中冷器与发动机的进气管相连通,进气中冷器对通过了第一压气机的进气进行冷却。
3.根据权利要求2所述的一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,其特征在于:所述储气罐包括两个,两个储气罐通过管道相连通,且该管道上设置有四回路保护阀。
4.根据权利要求1所述的一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,其特征在于单向阀默认处于常闭位置;当电动增压器不工作时,单向阀入口压力大于出口压力,空气通过第一压气机和单向阀导入发动机;当电动增压器工作时,空气经第一压气机厚分别通过单向阀和第二压气机导入发动机;当单向阀出口与入口的压力差大于截止压力时,单向阀全关,空气通过第一压气机直接导入第二压气机。
5.根据权利要求1所述的一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,其特征在于压缩空气喷嘴默认处于常闭位置;控制器根据车辆状态驱动压缩空气喷嘴开启或闭合。
6.根据权利要求1所述的一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,其特征在于第二压气机的进气端内设置有压力传感器;压力传感器的信号输出端与控制器的输入端电连接;压力传感器实时检测第二压气机进气端的进气压力并将压力信息反馈至控制器,控制器根据压力信息对当前的发动机进气需求信息做出判断。
7.根据权利要求1所述的一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,其特征在于控制器通过发动机转速、加速踏板开度、进气增压中冷后压力信息,依据预先设定好的控制参数,对当前的发动机进气需求信息做出判断。
8.根据权利要求6或7任一项所述的一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,其特征在于若控制器判断发动机处于急加速的进气量需求快速增大的工况运行,需要辅助进气,则控制器控制压缩空气喷嘴开启,驱动储气罐供气。控制电动增压器的电动机在需求转速运行,驱动第二压气机压缩空气,同时控制压缩空气喷嘴进行周期性开启、关闭控制,驱动储气罐供气。
9.根据权利要求8任一项所述的一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,其特征在于若控制器判断发动机处于低转速大扭矩的进气量需求大的工况运行,需要增大进气量,则控制器控制电动增压器的电动机运行,驱动第二压气机对进气进行增压。
10.根据权利要求9所述的一种发动机用电动增压后置的多级混合增压系统,其特征在于当电动增压器的电动机运行时,若压力传感器检测到第二压气机进气端的进气压力低于最低阈值,则控制器控制压缩空气喷嘴开启,驱动储气罐供气。
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