CN112065571A - 一种增压器主动防喘振的方法和系统 - Google Patents

一种增压器主动防喘振的方法和系统 Download PDF

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CN112065571A CN202010994719.7A CN202010994719A CN112065571A CN 112065571 A CN112065571 A CN 112065571A CN 202010994719 A CN202010994719 A CN 202010994719A CN 112065571 A CN112065571 A CN 112065571A
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武泽军
刘振
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Abstract

本发明公开了一种增压器主动防喘振的方法和系统。该方法包括：当检测到增压器即将发生喘振或已经发生喘振时，通过电磁制动系统产生电磁阻力，以对增压器中心转轴进行制动；当增压器的喘振现象得到缓解或结束后，解除对增压器中心转轴的制动。该系统包括增压器和设置在增压器中心转轴上的电磁制动系统。本发明可以解决当前发动机尤其是燃气发动机等使用进气节流阀时存在的增压器喘振的现象。

Description

一种增压器主动防喘振的方法和系统
技术领域
本发明涉及车辆制造技术领域，特别涉及一种增压器主动防喘振的方法和一种适用该方法的增压器主动防喘振系统。
背景技术
天然气发动机或其他带有进气节流阀的发动机，在大负荷高速运行遇到其他状况需要减速的时候，由于存在电子节气门(即节流阀)节流，即节气门开度迅速减小，此时的增压器仍然是高速转动(例如以100krpm以上的转速高速转动)，但是由于节气门开度减小的原因，极大的空气流无处释放，从而引起增压器发生喘振，导致增压器故障甚至损坏。
因此，如何避免增压器因发生喘振而发生故障和损坏，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种增压器主动防喘振的方法和一种增压器主动防喘振系统，可以解决当前发动机尤其是燃气发动机等使用进气节流阀时存在的增压器喘振的现象。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种增压器主动防喘振的方法，包括如下步骤：
当检测到增压器即将发生喘振或已经发生喘振时，通过电磁制动系统产生电磁阻力，以对增压器中心转轴进行制动；
当所述增压器的喘振现象得到缓解或结束后，解除对所述增压器中心转轴的制动。
可选地，在上述方法中，所述电磁制动系统包括线圈和磁性制动件，以及用于为所述线圈供电的电池，其中：
所述磁性制动件固连设置在所述增压器中心转轴上；
所述线圈通电产生电磁力，所述电磁力作用在所述磁性制动件上，以对所述增压器中心转轴进行制动；
所述线圈断电后，则解除对所述增压器中心转轴的制动。
可选地，在上述方法中，所述磁性制动件为套设在所述增压器中心转轴上且与其固连的磁性套筒结构；
和/或，所述线圈为对称设置在所述磁性制动件两侧的条状线圈；
和/或，所述磁性制动件和所述线圈均设置在所述增压器的压气机的进气口处，以借用空气进行冷却。
可选地，在上述方法中，通过检测系统判断增压器是否发生喘振，所述检测系统的检测过程包括：
通过传感器测量发动机本体的进气管路内的进气压力；
控制器根据所述传感器的测量结果判断所述增压器是否发生喘振，以控制所述电磁制动系统工作。
可选地，在上述方法中，所述传感器包括第一传感器和第二传感器，其中：
所述第一传感器用于测量节流阀前端的进气压力，并将测量结果发送给所述控制器，所述节流阀位于所述发动机本体的进气管路上；
所述第二传感器用于测量所述节流阀后端的进气压力，并将测量结果发送给所述控制器；
若所述控制器检测到所述第一传感器的增压斜率达到或高于第一设定值，并且所述第一传感器的测量结果减去所述第二传感器的测量结果得到的差值达到或高于第二设定值，则判定所述增压器即将发生喘振，并控制所述电磁制动系统产生电磁阻力。
一种增压器主动防喘振系统，所述增压器主动防喘振系统适用于上述增压器主动防喘振的方法，所述增压器主动防喘振系统包括增压器和设置在增压器中心转轴上的电磁制动系统。
可选地，在上述系统中，所述电磁制动系统包括线圈和磁性制动件，以及用于为所述线圈供电的电池，其中，所述磁性制动件固连设置在所述增压器中心转轴上；所述线圈与所述磁性制动件适配；
所述线圈通电后产生电磁力，所述电磁力作用在所述磁性制动件上，以对所述增压器中心转轴进行制动；
所述线圈断电后，则解除对所述增压器中心转轴的制动。
可选地，在上述系统中，所述磁性制动件为套设在所述增压器中心转轴上且与其固连的磁性套筒结构；
和/或，所述线圈为对称设置在所述磁性制动件两侧的条状线圈；
和/或，所述磁性制动件和所述线圈设置在所述增压器的压气机的进气口处，以借用空气进行冷却。
可选地，在上述系统中，还包括用于检测增压器是否发生喘振的检测系统，所述检测系统包括控制器和用于测量发动机本体的进气管路内的进气压力的传感器，所述控制器能够根据所述测量结果判断所述增压器是否发生喘振，并且，所述控制器与所述电磁制动系统连接，以控制所述电磁制动系统工作。
可选地，在上述系统中，所述传感器包括第一传感器和第二传感器，其中：
所述第一传感器用于测量节流阀前端的进气压力，并将测量结果发送给所述控制器，所述节流阀位于所述发动机本体的进气管路上；
所述第二传感器用于测量所述节流阀后端的进气压力，并将测量结果发送给所述控制器；
若所述控制器检测到所述进气压力的增压斜率达到或高于第一设定值，并且所述第一传感器的测量结果减去所述第二传感器的测量结果得到的差值达到或高于第二设定值，则判定所述增压器即将发生喘振，并控制所述电磁制动系统产生电磁阻力。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的增压器主动防喘振的方法和增压器主动防喘振系统，采用了一种可控的、柔和无接触的电磁制动过程，可以有效缓解喘振，同时还可以提高增压器的可靠性，降低喘振引起增压器的故障问题，可以解决当前发动机尤其是燃气发动机等使用进气节流阀时存在的增压器喘振的现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的发动机系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的增压器主动防喘振系统的结构示意图。
其中：
01-空滤器，02-压气机，03-泄压阀，04-中冷器，05-节流阀，06-混合器，
07-发动机本体，08-涡轮机，09-第一传感器，010-第二传感器；
11-线圈，12-磁性制动件，13-增压器中心转轴，14-控制器，15-电池。
具体实施方式
本发明公开了一种增压器主动防喘振的方法和一种增压器主动防喘振系统，可以解决当前发动机尤其是燃气发动机等使用进气节流阀时存在的增压器喘振的现象。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的发动机系统的结构示意图。如图1所示，发动机系统的布置结构为：
在发动机本体07的进气管路上依次设置有空滤器01、压气机02、中冷器03、节流阀05、混合器06，而且，该进气管路上设置有用于检测进气压力的第一传感器09和第二传感器010；
发动机本体07的出气管路连接涡轮机08，压气机02和涡轮机08同轴转动构成增压器；
此外，图1中的虚线是指原有技术中，一般在该位置设置有机械泄压阀03，用以防喘振，但是，机械阀容易在压力变化的过程中出现误放气，导致发动机动力下降，影响驾乘感受。
请参阅图2，图2为本发明实施例提供的增压器主动防喘振系统的结构示意图。如图2所示，本发明实施例提供的增压器主动防喘振的方法所适用的增压器主动防喘振系统中：
压气机02和涡轮机08同轴转动构成增压器；
在压气机02的进气端的增压器中心转轴13上设置有电磁制动系统，该电磁制动系统包括线圈11、磁性制动件12、电池15和控制器14。
第一具体实施例
本发明第一具体实施例提供了一种增压器主动防喘振的方法，该方法主要包括如下步骤：当检测到增压器即将发生喘振或已经发生喘振时，通过电磁制动系统产生电磁阻力，以对增压器中心转轴13进行制动，增压器中心转轴13为增压器的中心转轴；当增压器的喘振现象得到缓解或结束后，则解除对增压器中心转轴13的制动。
可见，本发明第一具体实施例提供的增压器主动防喘振的方法中，通过电磁制动系统产生的电磁阻力来迫使高速转动的增压器中心转轴13降低转速(即强制制动)，以实现防喘振的效果。也就是说，该方法中采用电磁效应来解决增压器的喘振问题。该制动过程中，无接触、无摩擦，从而不会产生摩擦热，也无摩擦损失和热衰退，而且，该制动过程不仅可以有效缓解喘振，同时还可以提高增压器的可靠性。
具体地，上述方法的电磁制动系统包括线圈11和磁性制动件12，以及用于为线圈11供电的电池15，具体可参见图2。其中：磁性制动件12固连设置在增压器中心转轴13上，增压器工作时，磁性制动件12和增压器中心转轴13同轴转动；线圈11设置在磁性制动件12的外侧，线圈11通电则产生电磁力，电磁力作用在磁性制动件12上，即可对增压器中心转轴13进行制动；线圈11断电后，则电磁力消失，从而解除对增压器中心转轴13的制动。
具体地，如图1中所示，磁性制动件12优选为套设在增压器中心转轴13上且与其固连的磁性套筒结构；线圈11为对称设置在磁性制动件12两侧的条状线圈。线圈11通电时形成磁场，增压器中心转轴13上的磁性制动件12旋转切割磁力线，从而产生涡流。磁性制动件12内产生的涡流与线圈11通电形成的磁场相互作用，从而形成制动力矩。
优选地，磁性制动件12和线圈1均设置在增压器的压气机02的进气口处(即进气端，例如设置在压气机02外侧的进气叶轮轴上)。该结构不改变原有增压器的轮系和润滑系统，不会出现密封问题，而且还能直接借用空气冷却线圈11和磁性制动件12，不需要额外增设冷却措施。
具体地，上述电磁制动系统通过压壳改动即可实现，不需要大的变更增压器轮系和润滑密封系统，简单易行。
但是，关于电磁制动系统的具体结构并不局限于此。例如，在其它具体实施例中，可令磁性制动件12和线圈11均采用线圈结构(通电则产生磁场，断电则磁场消失)；或者，可将磁性制动件12改为线圈，将线圈11改为块状磁铁；或者，将磁性制动件12设置成固连在增压器中心转轴13上且与增压器中心转轴13平行的磁条结构；或其它结构形式。
具体地，在上述方法中，通过检测系统判断增压器是否发生喘振，该检测系统的检测过程包括：通过传感器测量发动机本体7的进气管路内的进气压力；控制器14根据传感器的测量结果判断增压器是否发生喘振，以控制电磁制动系统工作。
具体地，控制器14与电磁制动系统中的电池15连接；节流阀05位于发动机本体7的进气管路上；上述传感器包括第一传感器09和第二传感器010。
其中：
第一传感器09用于测量节流阀05前端的进气压力，并将测量结果发送给控制器14；
第二传感器010用于测量节流阀05后端的进气压力，并将测量结果发送给控制器14；
控制器14能够计算第一传感器09的测量结果在单位时间的压力变化率，从而得到第一传感器09的“增压斜率”(或称为“压力增加斜率”)，并且能够计算得到第一传感器09的测量结果减去第二传感器010的测量结果得到的差值，若控制器14检测到第一传感器09的增压斜率达到或高于第一设定值，并且第一传感器09的测量结果减去第二传感器010的测量结果得到的差值达到或高于第二设定值，则判定增压器即将发生喘振，继而控制电池15对线圈11通电，以令电磁制动系统产生电磁阻力，从而对增压器中心转轴13进行制动。
其中，控制器14优选为ECU(Electronic ControlUnit)，即电子控制单元，又称"行车电脑"、"车载电脑"等。或者，也可以针对电磁制动系统设置一个独立工作的控制器。
第二具体实施例
针对上述第一具体实施例中提供的增压器主动防喘振的方法，本发明第二具体实施例提供了一种增压器主动防喘振系统，该系统适用于上述第一具体实施例中提供的增压器主动防喘振的方法。
具体地，本发明第二具体实施例提供的增压器主动防喘振系统包括增压器和设置在增压器中心转轴13上的电磁制动系统。
具体地，如图2所示，该电磁制动系统包括线圈11和磁性制动件12，以及用于为线圈11供电的电池15，其中，磁性制动件12固连设置在增压器中心转轴13上，增压器工作时，磁性制动件12和增压器中心转轴13同轴转动；线圈11与磁性制动件12适配，设置在磁性制动件12的外侧，线圈11通电则产生电磁力，电磁力作用在磁性制动件12上，即可对增压器中心转轴13进行制动；线圈11断电后，则电磁力消失，从而解除对增压器中心转轴13的制动。
具体地，如图1中所示，磁性制动件12优选为套设在增压器中心转轴13上且与其固连的磁性套筒结构；线圈11为对称设置在磁性制动件12两侧的条状线圈。线圈11通电时形成磁场，增压器中心转轴13上的磁性制动件12旋转切割磁力线，从而产生涡流。磁性制动件12内产生的涡流与线圈11通电形成的磁场相互作用，从而形成制动力矩。
优选地，磁性制动件12和线圈1均设置在增压器的压气机02的进气口处(即进气端，例如设置在压气机02外侧的进气叶轮轴上)。该结构不改变原有增压器的轮系和润滑系统，不会出现密封问题，而且还能直接借用空气冷却线圈11和磁性制动件12，不需要额外增设冷却措施。
具体地，上述电磁制动系统通过压壳改动即可实现，不需要大的变更增压器轮系和润滑密封系统，简单易行。
但是，关于电磁制动系统的具体结构并不局限于此。例如，在其它具体实施例中，可令磁性制动件12和线圈11均采用线圈结构(通电则产生磁场，断电则磁场消失)；或者，可将磁性制动件12改为线圈，将线圈11改为块状磁铁；或者，将磁性制动件12设置成固连在增压器中心转轴13上且与增压器中心转轴13平行的磁条结构；或其它结构形式。
具体地，在上述增压器主动防喘振系统中，还包括用于检测增压器是否发生喘振的检测系统。该检测系统包括控制器14和用于测量发动机本体的进气管路内的进气压力的传感器。控制器14能够根据传感器的测量结果判断增压器是否发生喘振，并且，控制器14与电磁制动系统连接，以控制电磁制动系统工作。
具体地，控制器14与电磁制动系统中的电池15连接。
具体地，节流阀05位于发动机本体7的进气管路上；上述传感器包括第一传感器09和第二传感器010。其中：
第一传感器09用于测量节流阀05前端的进气压力，并将测量结果发送给控制器14；
第二传感器010用于测量节流阀05后端的进气压力，并将测量结果发送给控制器14；
控制器14能够计算第一传感器09的测量结果在单位时间的压力变化率，从而得到第一传感器09的“增压斜率”(或称为“压力增加斜率”)，并且能够计算得到第一传感器09的测量结果减去第二传感器010的测量结果得到的差值，若控制器14检测到第一传感器09的增压斜率达到或高于第一设定值，并且第一传感器09的测量结果减去第二传感器010的测量结果得到的差值达到或高于第二设定值，则判定增压器即将发生喘振，继而控制电池15对线圈11通电，以令电磁制动系统产生电磁阻力，从而对增压器中心转轴13进行制动。
其中，控制器14优选为ECU(Electronic ControlUnit)，即电子控制单元，又称"行车电脑"、"车载电脑"等。或者，也可以针对电磁制动系统设置一个独立工作的控制器。
本发明实施例提供的增压器主动防喘振的方法和增压器主动防喘振系统，其工作原理为：当控制器14检测到第一传感器09的压力增加斜率达到或高于第一设定值，并且第一传感器09的测量结果减去第二传感器010的测量结果得到的差值达到或高于第二设定值时，即判定为增压器即将发生喘振，并控制线圈11通电，线圈11产生电磁力，电磁力作用在与增压器中心转轴同轴固连的磁性制动件12上，从而迫使增压器降速；当第一传感器09检测到的压力值降低到第三设定值以内时，控制器14控制线圈11断电，电磁制动系统复位。
综上可见，本发明实施例提供的增压器主动防喘振的方法和增压器主动防喘振系统，采用了一种可控的、柔和无接触的电磁制动过程，可以有效缓解喘振，同时还可以提高增压器的可靠性，降低喘振引起增压器的故障问题，可以解决当前发动机尤其是燃气发动机等使用进气节流阀时存在的增压器喘振的现象。而且，该增压器主动防喘振的方法和系统可以在现有增压器小的改动的前提下实现，具有改动成本低、可行性高、实现容易的优点，可以在产品中广泛推广，可以提升增压器可靠性、减少维修成本。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种增压器主动防喘振的方法，其特征在于，包括如下步骤：
当检测到增压器即将发生喘振或已经发生喘振时，通过电磁制动系统产生电磁阻力，以对增压器中心转轴(13)进行制动；
当所述增压器的喘振现象得到缓解或结束后，解除对所述增压器中心转轴(13)的制动。
2.根据权利要求1所述的增压器主动防喘振的方法，其特征在于，所述电磁制动系统包括线圈(11)和磁性制动件(12)，以及用于为所述线圈(11)供电的电池(15)，其中：
所述磁性制动件(12)固连设置在所述增压器中心转轴(13)上；
所述线圈(11)通电产生电磁力，所述电磁力作用在所述磁性制动件(12)上，以对所述增压器中心转轴(13)进行制动；
所述线圈(11)断电后，则解除对所述增压器中心转轴(13)的制动。
3.根据权利要求2所述的增压器主动防喘振的方法，其特征在于，所述磁性制动件(12)为套设在所述增压器中心转轴(13)上且与其固连的磁性套筒结构；
和/或，所述线圈(1)为对称设置在所述磁性制动件(12)两侧的条状线圈；
和/或，所述磁性制动件(12)和所述线圈(1)均设置在所述增压器的压气机(02)的进气口处，以借用空气进行冷却。
4.根据权利要求1至3所述的增压器主动防喘振的方法，其特征在于，通过检测系统判断增压器是否发生喘振，所述检测系统的检测过程包括：
通过传感器测量发动机本体(7)的进气管路内的进气压力；
控制器(14)根据所述传感器的测量结果判断所述增压器是否发生喘振，以控制所述电磁制动系统工作。
5.根据权利要求4所述的增压器主动防喘振的方法，其特征在于，所述传感器包括第一传感器(09)和第二传感器(010)，其中：
所述第一传感器(09)用于测量节流阀(05)前端的进气压力，并将测量结果发送给所述控制器(14)，所述节流阀(05)位于所述发动机本体(7)的进气管路上；
所述第二传感器(010)用于测量所述节流阀(05)后端的进气压力，并将测量结果发送给所述控制器(14)；
若所述控制器(14)检测到所述第一传感器(09)的增压斜率达到或高于第一设定值，并且所述第一传感器(09)的测量结果减去所述第二传感器(010)的测量结果得到的差值达到或高于第二设定值，则判定所述增压器即将发生喘振，并控制所述电磁制动系统产生电磁阻力。
6.一种增压器主动防喘振系统，其特征在于，所述增压器主动防喘振系统包括增压器和设置在增压器中心转轴(13)上的电磁制动系统。
7.根据权利要求6所述的增压器主动防喘振系统，其特征在于，所述电磁制动系统包括线圈(11)和磁性制动件(12)，以及用于为所述线圈(11)供电的电池(15)，其中，所述磁性制动件(12)固连设置在所述增压器中心转轴(13)上；所述线圈(11)与所述磁性制动件(12)适配；
所述线圈(11)通电后产生电磁力，所述电磁力作用在所述磁性制动件(12)上，以对所述增压器中心转轴(13)进行制动；
所述线圈(11)断电后，则解除对所述增压器中心转轴(13)的制动。
8.根据权利要求7所述的增压器主动防喘振系统，其特征在于，所述磁性制动件(12)为套设在所述增压器中心转轴(13)上且与其固连的磁性套筒结构；
和/或，所述线圈(1)为对称设置在所述磁性制动件(12)两侧的条状线圈；
和/或，所述磁性制动件(12)和所述线圈(1)设置在所述增压器的压气机(02)的进气口处，以借用空气进行冷却。
9.根据权利要求7所述的增压器主动防喘振系统，其特征在于，还包括用于检测增压器是否发生喘振的检测系统，所述检测系统包括控制器(14)和用于测量发动机本体(7)的进气管路内的进气压力的传感器，所述控制器(14)能够根据所述传感器的测量结果判断所述增压器是否发生喘振，并且，所述控制器(14)与所述电磁制动系统连接，以控制所述电磁制动系统工作。
10.根据权利要求9所述的增压器主动防喘振系统，其特征在于，所述传感器包括第一传感器(09)和第二传感器(010)，其中：
所述第一传感器(09)用于测量节流阀(05)前端的进气压力，并将测量结果发送给所述控制器(14)，所述节流阀(05)位于所述发动机本体(7)的进气管路上；
所述第二传感器(010)用于测量所述节流阀(05)后端的进气压力，并将测量结果发送给所述控制器(14)；
若所述控制器(14)检测到所述进气压力的增压斜率达到或高于第一设定值，并且所述第一传感器(09)的测量结果减去所述第二传感器(010)的测量结果得到的差值达到或高于第二设定值，则判定所述增压器即将发生喘振，并控制所述电磁制动系统产生电磁阻力。
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