CN115341999A - 发动机缸内制动功率的控制系统和控制方法 - Google Patents

发动机缸内制动功率的控制系统和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发动机缸内制动功率的控制系统和控制方法，包括：通过状态控制开关发出缸内制动指令；所述电控单元接收到所述缸内制动指令后，控制缸内制动系统进入缸内制动状态，并控制喷油系统停止喷射燃油；根据路况要求，通过功率设定开关设定缸内制动功率的大小；所述电控单元接收到所述缸内制动预设功率的指令后，将电辅助涡轮增压器的电机的转速调整至与所述缸内制动预设功率对应的转速。本发明将电辅助涡轮增压器与缸内制动系统配合使用，当发动机进入缸内制动状态时，通过电辅助涡轮增压器中的电机，带动压气机工作，从根本上消除了废气能量不足对缸内制动功率所带来的负面影响，提高了行车安全。

Description

发动机缸内制动功率的控制系统和控制方法
技术领域
本发明涉及发动机缸内制动技术领域，尤其涉及一种发动机缸内制动功率的控制系统和控制方法。
背景技术
发动机缸内制动是整车辅助制动的一种形式，发动机正常运行过程中，凸轮轴每旋转360°，发动机就完成进气、压缩、做功及排气四个工作循环。在压缩冲程结束时，燃料在气缸中燃烧，在随后的膨胀冲程中对外做功。发动机缸内制动时，停止燃料供给，压缩冲程发动机对外做负功，在压缩冲程接近上止点时，在发动机缸内制动系统的驱动下，将排气门开启一个小的升程,将气缸内被压缩的高压气体迅速释放，气缸内压力迅速降低，以减小做功冲程的能量，因此在接下来的做功冲程中，发动机基本不对外做功，从而使发动机减速，实现制动目的。
缸内制动功率的大小取决于压缩冲程发动机对外所做负功的大小，所以，提高压缩冲程的负功就可以提升压缩释放的制动功率，而压缩冲程负功的多少与进气冲程中的进气量有直接的联系，进气量越大，压缩时需要克服的负功越大，产生的制动功率越大，所以若要提升制动功率，关键是提高缸内制动状态下气缸的进气量。
涡轮增压器通过增大空气压力和空气密度来增加发动机气缸的进气量，从而可以燃烧更多的燃料，增加发动机的输出功率，因此，由废气驱动的涡轮增压器在发动机上获得了广泛应用。但是，在缸内制动过程中，发动机停止燃料供给，与发动机正常工作时相比，在排气冲程中，发动机排出的驱动涡轮增压器工作的气体量大幅度减少， 增压器几乎不工作，增压器后进气门处的空气压力很低，这时进入气缸内的空气大幅度减少，导致制动功率降低。
为了增强汽车特别是商用车的安全性，发动机的制动功率需要进一步提高，这是行业内的迫切需求。现有技术中，有的是通过发动机转速设定发动机缸内制动时增压器放气阀的开度。还有的是采用可变截面增压器，实质上是涡流截面的导流叶片可调的一种增压器，分为可变喉口增压器、舌形可变截面结构和可变喷嘴环增压器等。在具体工作时，根据控制信号调节导流叶片的导流力度，进而提高发动机气缸的进气量。这些控制方法，在外界条件一定时，进气量是固定的，并不能根据制动需要灵活调整制动功率，进而造成行车安全隐患。而且，上述技术改进方向是如何挖掘废气的潜力，而现实情况却是废气的能量不足。实践表明，上述措施对缸内制动功率的改善效果十分有限。
电辅助涡轮增压器，既可以通过废气能量驱动压气机工作，也可通过高速电机驱动压气机工作，采用电控辅助技术，可提高发动机低工况增压比，拓宽高效工作区域，同时可回收废气中多余的能量。高工况时用蓄电池回收废气的能量，低工况时蓄电池带动电机辅助压气机提高进气压力，改善低工况燃烧质量，提高动力性，提高全工况下发动机的节能、减排指标。
遗憾的是，在现有技术中，并没有出于提高缸内制动功率的目的，而将电辅助涡轮增压器与缸内制动系统相结合的成功案例。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种发动机缸内制动功率的控制系统，将电辅助涡轮增压器与缸内制动系统相结合，在废气能量不足的条件下，也能提高发动机的缸内制动功率，提高行车安全。
作为同一构思，本发明还提供一种发动机缸内制动功率的控制方法。
为解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案是：一种发动机缸内制动功率的控制系统，包括：用户指令输入装置和电控单元，所述用户指令输入装置与所述电控单元通讯连接，所述电控单元通过燃油控制线路与发动机的喷油系统电路连接，所述电控单元通过缸内制动控制线路与所述发动机的缸内制动系统电路连接；所述控制系统还包括电辅助涡轮增压器，所述电辅助涡轮增压器包括同轴传动连接的压气机、涡轮机和电机，所述压气机串接于所述发动机的进气管路中，所述涡轮机串接于所述发动机的排气管路中，所述电机与所述电控单元电连接；所述用户指令输入装置包括状态控制开关和功率设定开关，所述电控单元接收所述状态控制开关发出的缸内制动指令，控制所述缸内制动系统进入缸内制动状态，并控制所述喷油系统停止喷射燃油；所述电控单元接收所述功率设定开关发出的缸内制动预设功率指令，调整所述电机的转速至与所述缸内制动预设功率对应的转速。
其中，所述进气管路设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测所述进气管路中的气体压力并与所述电控单元电连接。
其中，所述进气管路中设置有中冷器，所述压力传感器位于所述中冷器的下游位置。
其中，所述用户指令输入装置与所述电控单元有线通讯连接。
其中，所述状态控制开关包括人机交互控制面板或按钮开关或按键开关。
其中，所述功率设定开关包括人机交互控制面板或旋钮开关或按键开关。
为解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案是：一种发动机缸内制动功率的控制方法，包括：将用户指令输入装置与电控单元通讯连接，所述用户指令输入装置包括状态控制开关和功率设定开关；将所述电控单元通过燃油控制线路与发动机的喷油系统电路连接，将所述电控单元通过缸内制动控制线路与所述发动机的缸内制动系统电路连接；配置电辅助涡轮增压器，所述电辅助涡轮增压器包括同轴传动连接的压气机、涡轮机和电机，将所述压气机串接于所述发动机的进气管路中，将所述涡轮机串接于所述发动机的排气管路中，将所述电机与所述电控单元电连接；通过所述状态控制开关发出缸内制动指令；所述电控单元接收到所述缸内制动指令后，控制所述缸内制动系统进入缸内制动状态，并控制所述喷油系统停止喷射燃油；根据路况要求，通过所述功率设定开关设定缸内制动功率的大小；所述电控单元接收到所述缸内制动预设功率的指令后，将所述电机的转速调整至与所述缸内制动预设功率对应的转速。
其中，所述电机断电时，所述缸内制动功率对应设置为0%，所述电机达到最高转速时，所述缸内制动功率对应设置为100%，通过所述功率设定开关设定的缸内制动功率范围是0%～100%。
其中，将压力传感器设置在所述进气管路中，所述压力传感器用于检测所述进气管路中的气体压力并与所述电控单元电连接；针对发动机的不同转速，预先设定发动机进气安全压力值，记为预设安全压力值，所述压力传感器实际测量的当前压力值记为实测压力值，将所述实测压力值与所述预设安全压力值比较，若所述实测压力值大于所述预设安全压力值，则所述电控单元控制所述电机使转速不再增加。
采用了上述技术方案后，本发明所取得的技术效果是：
本发明所揭示的控制系统和控制方法，将电辅助涡轮增压器与缸内制动系统配合使用，当发动机进入缸内制动状态时，通过电辅助涡轮增压器中的电机，带动压气机工作，在其它条件一定的情况下，电机转速、发动机气缸的进气量以及缸内制动功率三者存在线性关系，提高电机转速即可提高进气量，进而提高缸内制动功率，通过调整电机转速即可调整缸内制动功率的大小。因此，上述方案从根本上消除了废气能量不足对发动机缸内制动功率所带来的负面影响，提高了行车安全。
本发明中，将压力传感器设置在所述进气管路中，针对发动机的不同转速，预先设定发动机进气安全压力值，记为预设安全压力值，所述压力传感器实际测量的当前压力值记为实测压力值，将所述实测压力值与所述与预设安全压力值比较，若所述实测压力值大于所述预设安全压力值，则所述电控单元控制所述电机使转速不再增加，从而进一步增强系统安全性。
附图说明
图1是本发明发动机缸内制动功率的控制系统实施例的原理结构示意图；
图2是图1所示实施例的发动机示功图；
图中：
1、用户指令输入装置；2、电控单元；3、缸内制动系统；4、喷油系统；5、压力传感器；6、中冷器；7、电辅助涡轮增压器；71、涡轮机；72、压气机；73、电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种发动机缸内制动功率的控制系统，用户指令输入装置1与电控单元2通讯连接，优选为有线通讯连接。所述电控单元2通过燃油控制线路与发动机的喷油系统4电路连接，所述电控单元2通过缸内制动控制线路与所述发动机的缸内制动系统3电路连接。
电辅助涡轮增压器7包括同轴传动连接的压气机72、涡轮机71和电机73，所述压气机72串接于所述发动机的进气管路中，压力传感器5用于检测所述进气管路中的气体压力并与电控单元2电连接，所述进气管路中设置有中冷器6，压力传感器5位于所述中冷器6的下游位置。所述涡轮机71串接于所述发动机的排气管路中，所述电机73与所述电控单元2电连接。
所述用户指令输入装置1包括状态控制开关和功率设定开关，所述电控单元2接收所述状态控制开关发出的缸内制动指令，控制所述缸内制动系统3进入缸内制动状态，并控制所述喷油系统4停止喷射燃油；所述电控单元2接收所述功率设定开关发出的缸内制动预设功率指令，调整所述电机73的转速至与所述缸内制动预设功率对应的转速。
优选的，所述状态控制开关包括人机交互控制面板或按钮开关或按键开关。
优选的，所述功率设定开关包括人机交互控制面板或旋钮开关或按键开关。
上述控制系统的本质是将电辅助涡轮增压器与缸内制动系统配合使用，当发动机进入缸内制动状态时，通过电辅助涡轮增压器中的电机，带动压气机工作，在其它条件一定的情况下，电机转速、发动机气缸的进气量以及缸内制动功率三者存在线性关系，提高电机转速即可提高进气量，进而提高缸内制动功率，通过调整电机转速即可调整缸内制动功率的大小。因此，上述方案从根本上消除了废气能量不足对发动机缸内制动功率所带来的负面影响，提高了行车安全。
在应用上述控制系统时，更体现出了一种对发动机缸内制动功率的控制方法，提炼如下：
通过所述状态控制开关发出缸内制动指令；
所述电控单元2接收到所述缸内制动指令后，控制所述缸内制动系统3进入缸内制动状态，并控制所述喷油系统4停止喷射燃油；
根据路况要求，通过所述功率设定开关设定缸内制动功率的大小；
所述电控单元2接收到所述缸内制动预设功率的指令后，将所述电机73的转速调整至与所述缸内制动预设功率对应的转速。
在上述控制方法中，所述电机73断电时，所述缸内制动功率对应设置为0%，所述电机达到最高转速时，所述缸内制动功率对应设置为100%，通过所述功率设定开关设定的缸内制动功率范围是0%～100%。
将压力传感器5设置在所述进气管路中，所述压力传感器5用于检测所述进气管路中的气体压力并与所述电控单元2电连接；针对发动机的不同转速，预先设定发动机进气安全压力值，记为预设安全压力值，所述压力传感器5实际测量的当前压力值记为实测压力值，将所述实测压力值与所述预设安全压力值比较，若所述实测压力值大于所述预设安全压力值，则所述电控单元2控制所述电机73使转速不再增加，从而进一步增强系统安全性。
本发明所取得的技术效果可以通过图2所示的发动机示功图得到说明。
如图2所示，P1为进入气缸的空气在缸内的平均压力，P2为压缩冲程终了缸内的压力，一般发动机（以柴油机为例）的压缩比为12~22，因此，P2>10P1。
图2是按照P2=10P1所做的发动机示功图，W1表示在进气冲程气缸内气压力推动活塞运动对发动机做的功，W2表示在压缩冲程气缸内气压力对活塞做的负功，W2>>W1,由图2可以看出，在缸内制动过程中，通过电辅助涡轮增压器增压后，发动机的缸内制动功率大为增加。
本发明不局限于上述实施例，一切基于本发明的构思、结构、方法和原理所做出的种种改进，都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机缸内制动功率的控制系统，包括：
用户指令输入装置和电控单元，所述用户指令输入装置与所述电控单元通讯连接，所述电控单元通过燃油控制线路与发动机的喷油系统电路连接，所述电控单元通过缸内制动控制线路与所述发动机的缸内制动系统电路连接，其特征在于，
所述控制系统还包括电辅助涡轮增压器，所述电辅助涡轮增压器包括同轴传动连接的压气机、涡轮机和电机，所述压气机串接于所述发动机的进气管路中，所述涡轮机串接于所述发动机的排气管路中，所述电机与所述电控单元电连接；
所述用户指令输入装置包括状态控制开关和功率设定开关，所述电控单元接收所述状态控制开关发出的缸内制动指令，控制所述缸内制动系统进入缸内制动状态，并控制所述喷油系统停止喷射燃油；所述电控单元接收所述功率设定开关发出的缸内制动预设功率指令，调整所述电机的转速至与所述缸内制动预设功率对应的转速。
2.如权利要求1所述的发动机缸内制动功率的控制系统，其特征在于，所述进气管路设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测所述进气管路中的气体压力并与所述电控单元电连接。
3.如权利要求2所述的发动机缸内制动功率的控制系统，其特征在于，所述进气管路中设置有中冷器，所述压力传感器位于所述中冷器的下游位置。
4.如权利要求1所述的发动机缸内制动功率的控制系统，其特征在于，所述用户指令输入装置与所述电控单元有线通讯连接。
5.如权利要求4所述的发动机缸内制动功率的控制系统，其特征在于，所述状态控制开关包括人机交互控制面板或按钮开关或按键开关。
6.如权利要求4所述的发动机缸内制动功率的控制系统，其特征在于，所述功率设定开关包括人机交互控制面板或旋钮开关或按键开关。
7.一种发动机缸内制动功率的控制方法，其特征在于，包括：
将用户指令输入装置与电控单元通讯连接，所述用户指令输入装置包括状态控制开关和功率设定开关；将所述电控单元通过燃油控制线路与发动机的喷油系统电路连接，将所述电控单元通过缸内制动控制线路与所述发动机的缸内制动系统电路连接；配置电辅助涡轮增压器，所述电辅助涡轮增压器包括同轴传动连接的压气机、涡轮机和电机，将所述压气机串接于所述发动机的进气管路中，将所述涡轮机串接于所述发动机的排气管路中，将所述电机与所述电控单元电连接；
通过所述状态控制开关发出缸内制动指令；
所述电控单元接收到所述缸内制动指令后，控制所述缸内制动系统进入缸内制动状态，并控制所述喷油系统停止喷射燃油；
根据路况要求，通过所述功率设定开关设定缸内制动功率的大小；
所述电控单元接收到所述缸内制动预设功率的指令后，将所述电机的转速调整至与所述缸内制动预设功率对应的转速。
8.如权利要求7所述的发动机缸内制动功率的控制方法，其特征在于，所述电机断电时，所述缸内制动功率对应设置为0%，所述电机达到最高转速时，所述缸内制动功率对应设置为100%，通过所述功率设定开关设定的缸内制动功率范围是0%～100%。
9.如权利要求8所述的发动机缸内制动功率的控制方法，其特征在于，将压力传感器设置在所述进气管路中，所述压力传感器用于检测所述进气管路中的气体压力并与所述电控单元电连接；针对发动机的不同转速，预先设定发动机进气安全压力值，记为预设安全压力值，所述压力传感器实际测量的当前压力值记为实测压力值，将所述实测压力值与所述预设安全压力值比较，若所述实测压力值大于所述预设安全压力值，则所述电控单元控制所述电机使转速不再增加。
10.如权利要求9所述的发动机缸内制动功率的控制方法，其特征在于，所述进气管路中设置有中冷器，所述压力传感器位于所述中冷器的下游位置。
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