CN112031929B - 发动机用双电压的多级增压系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机用双电压的多级增压系统，进气口通过管道分别与电动增压器的第一压气机和涡轮增压器的第二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；第二压气机的出气端与发动机的进气管相连通，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；发动机的进气管内设置有压力传感器；压力传感器信号输出端与控制器的输入端电连接；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；电动机用于驱动第一压气机的运转；涡轮增压器的涡轮通过发动机的排气能量驱动而第二压气机运转。

Description

发动机用双电压的多级增压系统

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双电压的多级增压系统。

背景技术

发动机工作时，采用涡轮增压装置在不增加发动机排量的情况下增加发动机输出扭矩。汽车供电通过发动机驱动发电机发电，输出恒定电压为车载用电器提供电能，当发电机功率不足时，由蓄电池参与提供电能。汽车制动时，由机械制动系统提供制动力，汽车动能通过摩擦片转化成热量耗散到空气中。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。汽车加速时由燃油燃烧提供的能量转化为汽车动能，汽车制动时其动能转化为热量耗散到空气中，从能量角度来说，这部分燃油是损失了。

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，提供一种发动机用双电压的多级增压系统，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：一种发动机用双电压的多级增压系统，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、EBS控制器、高压蓄电池、低压蓄电池、DC/DC转换器、发电机；进气口通过管道分别与电动增压器的第一压气机和涡轮增压器的第二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；进气口与第二压气机相连通的管道上设置有单向阀；储气罐的出气端通过管道与第一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，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；发动机的进气管内设置有压力传感器；压力传感器信号输出端与控制器的输入端电连接；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；电动机用于驱动第一压气机的运转；涡轮增压器的涡轮通过发动机的排气能量驱动而第二压气机运转；控制器与EBS控制器电连接，用于接收制动状态信号并判断汽车制动状态；控制器与高压蓄电池、低压蓄电池电连接，用于检测高压蓄电池、低压蓄电池电压，并通过电池电量模型判断蓄电池的剩余电量；发电机的输入端与发动机的输出端电连接；发电机的输出端经DC/DC转换器分别与电动机的电源输入端和高压蓄电池的输入端电连接；发电机的输出端经继电器与低压蓄电池的输入端电连接；控制器分别与继电器和DC/DC转换器的控制端电连接，用于控制两者的工作状态；发电机、低压蓄电池、高压蓄电池的输出端分别与电动机的电源输入端电连接。

上述技术方案中，还包括进气中冷器，涡轮增压器的第二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二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，空气通过单向阀直接导入第二压气机；当电动增压器工作时，空气分别通过单向阀和第一压气机导入第二压气机，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。

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，压力传感器实时检测发动机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对当前的发动机进气需求信息做出判断；

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，则控制器通过发动机转速、加速踏板开度、压力信息，依据预先设定的控制参数，控制电动增压器的电动机在需求转速运行，驱动第一压气机压缩空气，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；

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，驱动第一压气机对进气进行增压；

当电动增压器的电动机运行时，若压力传感器检测到发动机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。

上述技术方案中，当控制器判断汽车处于制动状态、发动机处于倒拖状态时，如果低压蓄电池的剩余电量处于允许充电状态时，控制器控制继电器闭合；发动机使发电机处于发电状态，为低压蓄电池充电；如果同时判断高压蓄电池的剩余电量处于允许充电状态时，同时控制DC/DC转换器处于电能输出状态，发电机向高压蓄电池充电；此时，发电机由制动扭矩驱动。

上述技术方案中，当控制器判断电动增压器的电动机处于需求工作状态且高压蓄电池的剩余电量处于允许放电状态时，控制器驱动高压蓄电池为电动机供电。

上述技术方案中，当控制器判断电动增压器的电动机处于需要工作状态且高压蓄电池的剩余电量处于不允许放电状态时，控制器控制继电器闭合，发动机驱动发电机处于发电状态，控制DC/DC转换器处于电能输出状态，发电机的输出电压经DC/DC转换器升压为电动机供电并为高压蓄电池充电；如果发电机供电能力不足，则控制器驱动低压蓄电池参与为电动机供电；如果DC/DC转换器输出电能不足，则由高压蓄电池参与发动机和低压蓄电池为电动动机供电。

上述技术方案中，当控制器判断低压蓄电池的剩余电量处于需要充电状态时，控制器控制继电器闭合，使发电机处于发电状态，向低压蓄电池充电；当控制器判断低压蓄电池的剩余电量高于停止充电限值时，控制器控制继电器断开，使发电机处于非发电状态；

当控制器判断高压蓄电池的剩余电量处于需要充电状态时，控制器控制继电器闭合，使发电机处于发电状态，控制DC/DC处于电能输出状态，向高压蓄电池充电；当高压蓄电池的剩余电量高于停止充电限值时，控制器控制继电器断开，使发电机处于非发电状态。

本发明利用发电机、低压蓄电池、DC/DC转换器、高压蓄电池、电动增压器、EBS系统协同工作，实现制动能量的回收、存储与利用。本发明的多级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。在汽车制动时，通过控制器判断EBS制动状态信号，利用发动机倒拖工况控制发电机发电，从而降低通过发动机主动做功发电比例，降低油耗；通过控制器判断汽车储气罐压力，利用发动机倒拖工况控制离合器式空压机压缩空气，从而降低通过发动机主动做功压缩空气的比例，降低油耗。本发明利用高压蓄电池向电动增压器供电，通过提高电压降低电动增压器工作电流，从而降低电动增压系统工作电流的设计指标。控制器控制电动增压器工作时，判断蓄电池SOC，控制发电机发电，通过DC/DC转换成高压电，直接向电动增压器供电，从而避免这部分电量的充放电损耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的能量回收功能控制方法流程图；

图3为本发明的电动增压系统控制方法流程图；

图4为本发明的蓄电池充电控制方法流程图；

其中，1-发动机，2-单向阀，3-第一压气机，4-电动机，5-储气罐，6-压缩空气喷嘴，7-压力传感器，8-高压蓄电池，9-DC/DC转换器，10-低压蓄电池，11-控制器，12-EBS控制器，13-继电器，14-电压调节器，15-发电机，16-第二压气机，17-涡轮。

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，一种发动机用双电压的多级增压系统，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、EBS控制器12、高压蓄电池8、低压蓄电池10、DC/DC转换器9、发电机；进气口通过管道分别与电动增压器的第一压气机3和涡轮增压器的第二压气机16的进气端相连通，第一压气机3的出气端与第二压气机16的进气端通过管道相连通；进气口与第二压气机16相连通的管道上设置有单向阀2；储气罐5的出气端通过管道与第一压气机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16的出气端与发动机1的进气管相连通，发动机1的出气管与涡轮增压器的涡轮17进气端相连通；涡轮增压器的出气端与外部空气相连通；发动机1的进气管内设置有压力传感器7；压力传感器7信号输出端与控制器11的输入端电连接；控制器11的输出端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用于驱动第一压气机3的运转；涡轮增压器的涡轮17通过发动机1的排气能量驱动而第二压气机16运转；控制器11与EBS控制器12电连接，用于接收制动状态信号并判断汽车制动状态；控制器11与高压蓄电池10、低压蓄电池8电连接，用于检测高压蓄电池、低压蓄电池电压，并通过电池电量模型判断蓄电池的剩余电量；发电机15的输入端与发动机1的输出端电连接；发电机1的输出端经DC/DC转换器9分别与电动机4的电源输入端和高压蓄电池8的输入端电连接；发电机15的输出端经继电器13与低压蓄电池10的输入端电连接；控制器11分别与继电器13和DC/DC转换器9的控制端电连接，用于控制两者的工作状态；发电机15、低压蓄电池10、高压蓄电池8的输出端分别与电动机4的电源输入端电连接。

上述技术方案中，还包括进气中冷器，涡轮增压器的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二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一压气机3。控制器通过驱动电动机4的工作状态，驱动第一压气机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，从而带动第二压气机16对进气进行增压。进气中冷器对通过了第二压气机16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，流经第二压气机16的进气通过单向阀2直接导入。当电动增压器工作时，因第一压气机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16的进气分别通过单向阀2和第一压气机3导入。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。

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.第一压力传感器7实时检测发动机1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计算电动机的需求转速，并控制电动增压器的电动机4在需求转速运行，驱动第一压气机3压缩空气，第一压气机将压缩后的空气送入第二压气机16；并且控制器控制压缩空气喷嘴6进行周期性开启、关闭，储气系统按需求气量向第一压气机3供气，第一压气机3的空气来源包括外部环境和储气罐；

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，驱动第一压气机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一压气机3供气，第一压气机3的空气来源包括外部环境和储气罐。

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。

如图2所示，基于上述系统结构，本发明实施例提供一种该系统能量回收功能的控制方法。

该方法包括以下步骤：

1、控制器11从EBS控制器12接收制动状态信号，判断汽车制动状态。

2、控制器11通过检测低压蓄电池10、高压蓄电池8的电压，并通过电池电量模型分别判断蓄电池10、高压蓄电池8的SOC。

3、当汽车处于制动状态、发动机1处于倒拖状态，如果判断低压蓄电池10的SOC处于允许充电状态时，控制器11控制继电器13闭合，使发电机15处于发电状态，向低压蓄电池10充电；如果判断高压蓄电池8的SOC处于允许充电状态时，控制器11控制继电器13闭合，使发电机15处于发电状态，同时控制DC/DC转换器9处于电能输出状态，向高压蓄电池8充电。此时，发电机15由制动扭矩驱动，从而实现制动能量的转换与回收。

如图3所示，基于上述系统结构，本发明实施例提供一种电动增压系统控制方法。

该方法包括以下步骤：

1、通过压力传感器7实时检测压气机3进气口之前的空气压力，并由控制器11对当前的发动机进气需求信息做出判断。

2、控制器11通过检测高压蓄电池8电压，并通过电池电量模型判断高压蓄电池8的SOC。

3、当电动增压器处于需求工作状态、并且高压蓄电池8的SOC处于允许放电状态时，控制器11控制电动增压器的电动机4按需求转速工作，压缩进气。此时，电动机4由高压蓄电池8供电。

4、当电动增压器处于需要工作状态、并且高压蓄电池8的SOC处于不允许放电状态时，控制器11控制继电器13闭合，使发电机15处于发电状态，同时控制DC/DC转换器9处于电能输出状态，控制电动增压器的电动机按需求转速工作，压缩进气。电动机4由发电机15通过DC/DC转换器9升压供电，如果发电机15供电能力不足导致DC/DC转换器9输入电能不足，则由低压蓄电池10参与供电；如果DC/DC转换器9输出电能不足，则由高压蓄电池8参与供电。

如图4所示，基于上述系统结构，本发明实施例提供一种蓄电池充电控制方法。

该方法包括以下步骤：

1、控制器11通过检测低压蓄电池10、高压蓄电池8的电压，并通过电池电量模型分别判断低压蓄电池10、高压蓄电池8的SOC。

2、当低压蓄电池10的SOC处于需要充电状态时，控制器11控制继电器13闭合，使发电机15处于发电状态，向低压蓄电池10充电；当低压蓄电池10的SOC高于停止充电限值时，控制器11控制继电器13断开，使发电机15处于非发电状态。

3、当高压蓄电池8的SOC处于需要充电状态时，控制器11控制继电器13闭合，使发电机15处于发电状态，控制DC/DC转换器处于电能输出状态，向高压蓄电池8充电；当高压蓄电池8的SOC高于停止充电限值时，控制器11控制继电器13断开，使发电机15处于非发电状态。

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 (6)

1.一种发动机用双电压的多级增压系统，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、EBS控制器、高压蓄电池、低压蓄电池、DC/DC转换器、发电机；进气口通过管道分别与电动增压器的第一压气机和涡轮增压器的第二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；进气口与第二压气机相连通的管道上设置有单向阀；储气罐的出气端通过管道与第一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，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；发动机的进气管内设置有压力传感器；压力传感器信号输出端与控制器的输入端电连接；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；电动机用于驱动第一压气机的运转；涡轮增压器的涡轮通过发动机的排气能量驱动而第二压气机运转；控制器与EBS控制器电连接，用于接收制动状态信号并判断汽车制动状态；控制器与高压蓄电池、低压蓄电池电连接，用于检测高压蓄电池、低压蓄电池电压，并通过电池电量模型判断蓄电池的剩余电量；发电机的输入端与发动机的输出端电连接；发电机的输出端经DC/DC转换器分别与电动机的电源输入端和高压蓄电池的输入端电连接；发电机的输出端经继电器与低压蓄电池的输入端电连接；控制器分别与继电器和DC/DC转换器的控制端电连接，用于控制两者的工作状态；发电机、低压蓄电池、高压蓄电池的输出端分别与电动机的电源输入端电连接；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，空气通过单向阀直接导入第二压气机；当电动增压器工作时，空气分别通过单向阀和第一压气机导入第二压气机，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；

当控制器判断汽车处于制动状态、发动机处于倒拖状态时，如果低压蓄电池的剩余电量处于允许充电状态时，控制器控制继电器闭合；发动机使发电机处于发电状态，为低压蓄电池充电；如果同时判断高压蓄电池的剩余电量处于允许充电状态时，同时控制DC/DC转换器处于电能输出状态，发电机向高压蓄电池充电；此时，发电机由制动扭矩驱动；

当控制器判断电动增压器的电动机处于需求工作状态且高压蓄电池的剩余电量处于允许放电状态时，控制器驱动高压蓄电池为电动机供电；

当控制器判断电动增压器的电动机处于需要工作状态且高压蓄电池的剩余电量处于不允许放电状态时，控制器控制继电器闭合，发动机驱动发电机处于发电状态，控制DC/DC转换器处于电能输出状态，发电机的输出电压经DC/DC转换器升压为电动机供电并为高压蓄电池充电；如果发电机供电能力不足，则控制器驱动低压蓄电池参与为电动机供电；如果DC/DC转换器输出电能不足，则由高压蓄电池参与发动机和低压蓄电池为电动机供电。

2.根据权利要求1所述的一种发动机用双电压的多级增压系统，其特征在于：还包括进气中冷器，涡轮增压器的第二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二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双电压的多级增压系统，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双电压的多级增压系统，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。

5.根据权利要求4所述的一种发动机用双电压的多级增压系统，其特征在于压力传感器实时检测发动机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对当前的发动机进气需求信息做出判断；

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，则控制器通过发动机转速、加速踏板开度、压力信息，依据预先设定的控制参数，控制电动增压器的电动机在需求转速运行，驱动第一压气机压缩空气，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；

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，驱动第一压气机对进气进行增压；

当电动增压器的电动机运行时，若压力传感器检测到发动机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。

6.根据权利要求1所述的一种发动机用双电压的多级增压系统，其特征在于当控制器判断低压蓄电池的剩余电量处于需要充电状态时，控制器控制继电器闭合，使发电机处于发电状态，向低压蓄电池充电；当控制器判断低压蓄电池的剩余电量高于停止充电限值时，控制器控制继电器断开，使发电机处于非发电状态；

当控制器判断高压蓄电池的剩余电量处于需要充电状态时，控制器控制继电器闭合，使发电机处于发电状态，控制DC/DC处于电能输出状态，向高压蓄电池充电；当高压蓄电池的剩余电量高于停止充电限值时，控制器控制继电器断开，使发电机处于非发电状态。

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