CN202914175U - 一种发动机排气旁通控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发动机排气旁通控制系统，旨在克服现有技术存在旁通废气量无法精确控制的问题。所述的一种发动机排气旁通控制系统包括发动机、涡轮机、压气机、进气压力传感器、排气压力传感器、排气旁通电磁阀、旁通控制器、发动机转速传感器、油门踏板位置传感器与空气流量计。进气压力传感器与排气压力传感器布置在发动机的进气总管与排气总管上，排气旁通电磁阀连接于发动机的排气总管与涡轮机的涡后排气管之间，空气流量计串接在压气机的进气管上，排气旁通电磁阀的信号输入端与旁通控制器的信号输出端电线连接，进气压力传感器、排气压力传感器、发动机转速传感器与油门踏板位置传感器的信号输出端与旁通控制器的信号输入端电线连接。

Description

一种发动机排气旁通控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种提高发动机充气效率的系统，确切地说，本实用新型涉及一种发动机排气旁通控制系统。

背景技术

废气涡轮增压为利用发动机排气能量对发动机进气进行增压，是提高发动机动力性、经济性、降低排放的有效方法。涡轮增压已经成为提高发动机升功率、实现发动机轻量化的必备手段。与机械增压相比，涡轮增压不额外消耗发动机的功率，转速较高时效果显著，增压效率高。发动机排出的废气引入涡轮机，利用高温高压废气的能量推动涡轮机旋转，由此驱动与涡轮机同轴的压气机旋转实现增压。由于压气机存在低俗喘振区和高速堵塞区，如何匹配发动机和涡轮增压器使发动机在更大的转速范围内实现更好的充气效率是当前研究涡轮增压的重要课题。为了改善发动机低速性能，往往把涡轮增压器中涡轮机的转子设计得较小，但是这会导致发动机高转速大负荷时涡轮增压器的超速超压现象。当前广泛应用的带废气旁通阀的涡轮增压器可以有效改善涡轮增压器超速超压现象，但不能精确控制旁通废气的流量以实现发动机充气效率的最优化。可变几何涡轮增压器一定程度上兼顾了低速与高速区域，但其成本较高，推广使用困难。

参阅图1，图中所示为目前广泛采用的发动机涡轮增压系统示意图。发动机7主要包括开设有气缸1的机体2，其进气总管4中的气体通过进气歧管3进入气缸1，经过燃烧反应后，高温高压废气经过排气歧管5和排气总管6进入涡轮机9中，涡轮机9中的叶轮受高温高压废气推动旋转，并通过涡轮机轴10带动压气机11转动，从涡轮机9中排出的废气经涡后排气管8进入尾气后处理系统或大气环境，新鲜气体经进气管12进入压气机11，新鲜气体经压气机11压缩后进入发动机7的进气总管4。为了改善发动机7低速性能，往往把涡轮增压器转子设计得较小，但在发动机7高速大负荷时，会使涡轮增压器超速超压工作，并且还会导致发动机7排气背压升高，影响充气效率。即使是带有旁通阀的涡轮增压器，旁通废气的量也无法精确控制以最大化地提高发动机7的充气效率。

发动机的充气效率和进排气压力直接相关，理想情况下，增大进气压力同时降低排气背压可以提高发动机的充气效率。涡轮增压器有效提高了发动机7的进气压力，但也使发动机7的排气背压升高。使部分排气不通过涡轮增压器直接旁通到排气管可以降低排气背压，但此时涡轮增压器的压气机11的出口压力也会降低。因此存在一个最佳的排气旁通量使得发动机7在该工况下有最优的充气效率。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有技术存在旁通废气的量无法精确控制的问题，提供了一种发动机排气旁通控制系统。

为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：所述的发动机排气旁通控制系统包括发动机、涡轮增压器、进气压力传感器、排气压力传感器、排气旁通电磁阀、旁通控制器、发动机转速传感器、油门踏板位置传感器与空气流量计。其中：涡轮增压器由涡轮机与压气机构成。

进气压力传感器布置在发动机的进气总管上，排气压力传感器布置在发动机的排气总管上，排气旁通电磁阀串接于排气旁通管中，排气旁通管一端接在涡轮机入口的排气总管上，另一端与涡轮机出口的涡后排气管相连，排气旁通电磁阀的信号输入端与旁通控制器中的排气旁通电磁阀驱动电路的信号输出端电线连接，进气压力传感器、排气压力传感器、发动机转速传感器与油门踏板位置传感器的信号输出端与旁通控制器中的单片机的4个A/D端口电线连接，空气流量计串接在压气机的进气管上。

技术方案中所述的旁通控制器包括单片机与排气旁通电磁阀驱动电路。单片机的42号引脚与排气旁通电磁阀驱动电路的信号输入端电线连接。

技术方案中所述的进气压力传感器（13）、排气压力传感器（14）、发动机转速传感器（18）与油门踏板位置传感器（19）的信号输出端与旁通控制器（17）中的单片机（21）的4个A/D端口电线连接是指：单片机的79号引脚、77号引脚、75号引脚与73号引脚依次和进气压力传感器、排气压力传感器、发动机转速传感器与油门踏板位置传感器的输出端电线连接。

技术方案中所述的进气压力传感器与排气压力传感器结构相同，皆采用型号为PTG500的压力传感器；所述的排气旁通电磁阀采用型号为HX-EGRA001的电磁阀；所述的涡轮增压器采用型号为JP44EF1的涡轮增压器；所述的空气流量计采用型号为0280218132的空气流量计；所述的旁通控制器中的单片机采用型号为MC9S12的单片机；发动机转速传感器采用型号为SZCB-01的电磁感应式转速传感器；油门踏板位置传感器采用型号为TLE4997的油门踏板位置传感器。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型所述的一种发动机排气旁通控制系统通过控制排气旁通量的多少可以调节发动机进排气压力大小，从而提高发动机的充气效率。

2.本实用新型所述的一种发动机排气旁通控制系统解决了发动机超速超压问题，改善发动机低速响应能力。

3.本实用新型所述的一种发动机排气旁通控制系统由于使用了排气旁通电磁阀控制废气旁通量，当增压器超压超速时，废气旁通更快，反应更灵敏。

4.本实用新型所述的一种发动机排气旁通控制系统使部分高温高压废气不流经涡轮增压器，从而降低增压器的工作负荷，提高其使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1为目前广泛采用的发动机涡轮增压系统示意图；

图2为本实用新型所述的一种发动机排气旁通控制系统的示意图；

图3为本实用新型所述的一种发动机排气旁通控制系统中所采用的旁通控制器的结构示意框图；

图中：1.发动机气缸，2.缸体，3.进气歧管，4.进气总管，5.排气歧管，6.排气总管，7.发动机，8.涡后排气管，9.涡轮机，10.涡轮机轴，11.压气机，12.进气管，13.进气压力传感器，14.排气压力传感器，15.排气旁通电磁阀，16.排气旁通管，17.旁通控制器，18.发动机转速传感器，19.油门踏板位置传感器，20.空气流量计，21.单片机，22.排气旁通电磁阀驱动电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

参阅图2，本实用新型实现了精确控制发动机7的排气旁通量，最优地提高发动充气效率。为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型技术方案，下面结合附图和对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型所述的一种发动机排气旁通控制系统包括发动机7、涡后排气管8、涡轮机9、涡轮机轴10、压气机11、进气管12、进气压力传感器13、排气压力传感器14、排气旁通电磁阀15、排气旁通管16、旁通控制器17、发动机转速传感器18、油门踏板位置传感器19、空气流量计20、单片机21与排气旁通电磁阀驱动电路22。

所述的发动机7包括发动机气缸1、缸体2、进气歧管3、进气总管4、排气歧管5、排气总管6。发动机7为电控发动机即可，本实例中采用的发动机7为四缸2.0L高压共轨柴油机。

所述的进气压力传感器13、排气压力传感器14、发动机转速传感器18，油门踏板位置传感器19构成检测单元。进气压力传感器13和排气压力传感器14分别布置在发动机7的进气总管4和排气总管6上，用来实时测量发动机7的进气总管4和排气总管6内部的气体压力，并将进气压力信号和排气压力信号传送给旁通控制器17中的单片机21；所述的进气压力传感器13与排气压力传感器14可以采用电压型或频率型压力传感器，本实用新型的实施例中采用的是型号为PTG500的压力传感器。所述的发动机转速传感器18用来测量发动机7转速，可以采用当前绝大部分发动机7上使用的电磁感应式转速传感器，本实用新型实施例中采用的是SZCB-01型电磁感应式转速传感器；所述的油门踏板位置传感器19用来检测发动机7负荷，所述油门踏板位置传感器19可以是当前发动机上常用的霍尔传感器，本实用新型实施例中使用的是TLE4997型油门踏板位置传感器；发动机转速传感器18将发动机转速信号传送给旁通控制器17中的单片机21，油门踏板位置传感器19将油门踏板位置信号传送给旁通控制器17中的单片机21。

参阅图3，所述的旁通控制器17为存储有排气旁通脉谱图和排气旁通处理程序的电子控制单元。图中为旁通控制器17的结构示意框图。旁通控制器17包括单片机21与排气旁通电磁阀驱动电路22。

单片机21的4个A/D端口依次与进气压力传感器13、排气压力传感器14、发动机转速传感器18与油门踏板位置传感器19的输出端电线连接，单片机21的I/O端口与排气旁通电磁阀驱动电路22的信号输入端电线连接。单片机21接收由进气压力传感器13、排气压力传感器14、发动机转速传感器18与油门踏板位置传感器19传送来的进气压力信号、排气压力信号、发动机转速信号与油门踏板位置信号，单片机21将接收到的信号与自身存储的排气旁通脉谱图进行对比，计算排气旁通电磁阀15开闭大小信号，将计算结果传送给排气旁通电磁阀驱动电路22。所述的单片机21可以采用目前常用的带有A/D端口的16位单片机，本实用新型实施例中选用的是型号为MC9S12的单片机，进气压力传感器13、排气压力传感器14、发动机转速传感器18与油门踏板位置传感器19依次与型号为MC9S12的单片机的79、77、75、73号引脚电线连接，型号为MC9S12的单片机的42号引脚与排气旁通电磁阀驱动电路22的信号输入端电线连接；排气旁通电磁阀驱动电路22根据单片机21传送的排气旁通电磁阀开闭大小信号控制排气旁通电磁阀15的开闭或开闭大小。

存储在旁通控制器17中的排气旁通脉谱图是通过对一种发动机排气旁通控制系统标定得到。标定时，发动机7在某一工况下运行，调节排气旁通电磁阀15的开度大小，当空气流量计20显示的进气量为当前工况最大时，记录此时的发动机转速、油门踏板位置、排气旁通电磁阀15开启大小以及进排气压力，绘制排气旁通电磁阀15开度随发动机转速、油门踏板位置变化的排气旁通电磁阀15开度脉谱图，进气压力随发动机转速、油门踏板位置变化的进气压力脉谱图，排气压力随转速、油门踏板位置变化的排气压力脉谱图。

所述的排气旁通电磁阀15是一个可以连续调节管路开闭大小的比例式电磁阀。排气旁通电磁阀15串接于排气旁通管16上，排气旁通管16一端接在涡轮机9入口的排气总管6上，另一端与涡轮机9出口的涡后排气管8相连。所述的排气旁通电磁阀15可以是市场上常用的比例式电磁阀，电磁阀的流通截面积应与排气总管6的截面积相当，本实用新型选用的是型号为HX-EGRA001的电磁阀。排气旁通电磁阀15的信号输入端与旁通控制器17的排气旁通电磁阀驱动电路22的信号输出端电线连接。

涡轮机9与压气机11构成涡轮增压器，涡轮机9通过涡轮机轴10驱动压气机11。本实用新型实施例中采用的涡轮增压器为某企业生产的型号为JP44EF1的涡轮增压器。涡轮机9的入口与排气总管6相连，涡轮机9的出口与涡后排气管8相连，压气机11入口与进气管12相连，压气机11出口与进气总管4相连。

本实用新型所述的一种发动机排气旁通控制系统通过精确控制旁通的废气量来调节进排气压力差，使发动机达到最大充气效率值。工作时，从发动机7的气缸1经排气歧管5排出的高温高压废气通过排气总管6进入涡轮机9。高温高压废气推动涡轮机9中的叶轮旋转做功之后由涡轮机9进入涡后排气管8，再通向尾气后处理系统或者大气环境。涡轮机9通过涡轮机轴10带动压气机11旋转，将进入压气机11的新鲜空气压缩。压缩后的空气由压气机11出口进入发动机7进气总管4，再由进气歧管3进入各个结构相同的发动机气缸1参于燃烧做功。一种发动机排气旁通控制系统工作时，旁通控制器17根据转速传感器18和油门踏板位置传感器19传来的信号判断发动机7当前运行工况，并根据运行工况查询排气旁通脉谱图，得到排气旁通电磁阀15的基本开启量，该脉谱图是通过对一种发动机排气旁通控制系统标定得到并存储在旁通控制器17内。发动机7运行时，进气压力传感器13和排气压力传感器14分别实时检测进排气压力并将检测的信号传送给旁通控制器17。旁通控制器17利用进气压力传感器13和排气压力传感器14输入的信号与储存在脉谱图上的原始进排气压力信号比对，并据此对上述排气旁通电磁阀15的基本开启量进行修正，当排气压力高于系统标定排气压力时，增大排气旁通电磁阀15开启量，反之减小；当进气压力高于系统标定进气压力时，减小排气旁通电磁阀15开启量，反之增加，最终确定排气旁通电磁阀15的开启量。旁通控制器17将最终确定的排气旁通电磁阀15的开启信号传送给排气旁通电磁阀15，精确控制旁通电磁阀15的开启大小。排气旁通电磁阀15开启时，部分废气不通过涡轮机9直接通过排气旁通管16流向涡后排气管8。

空气流量计20串接在进气管12上，空气流量计20用来测量通过涡轮增压器进入发动机的空气流量，可以使一种热线式或热膜式空气流量计，本实用新型实例采用的是某公司生产的型号为0280218132的空气流量计。

一种发动机排气旁通控制系统操作流程：

1.搭建试验台架，接通各项测试仪器电源。

2.设置系统标定点，发动机转速由1000r/m至4000r/m每增加100r/min设置一个标定点，发动机输出功率由0至85kw每5kw设置一个标定点。

3.对每一个工况标定点，发动机运行稳定后，调节排气旁通阀15的开度大小使空气流量计20显示的空气流量达到最大，记录此时的转速、油门踏板位置、电磁阀开启大小以及进排气压力等数值。

4.重复步骤3使发动机各工况点标定完成，根据步骤3记录的排气旁通电磁阀15的开度、进排气压力和油门踏板位置绘制排气旁通电磁阀15开度随转速、油门踏板位置变化的排气旁通电磁阀15开度脉谱图，进气压力随转速、油门踏板位置变化的进气压力脉谱图，排气压力随转速、油门踏板位置变化的排气压力脉谱图。并输入旁通控制器17。

5.系统标定完成，关闭实验各测试设备电源。

6.发动机7实际工作时，发动机的旁通控制器17根据当前工况查询排气旁通脉谱图确定排气旁通电磁阀15的基本开启量。

7.进气压力传感器13和排气压力传感器14实时检测发动机7的进排气压力，并将检测信号传至旁通控制器17。

8.旁通控制器17将进气压力传感器13和排气压力传感器14传来的信号与该工况下旁通控制器17存储的进排气压力脉谱图信号对比，进行排气旁通电磁阀15开启量修正。当前排气压力高于系统标定压力时，增大排气旁通电磁阀15的开启量，反之减小；当前进气压力高于系统标定压力时，减小排气旁通电磁阀15开启量，反之增加。

9.旁通控制器17将修正过后的排气旁通电磁阀15开度信号传给排气旁通电磁阀15，精确控制其开度大小。

10.进气压力传感器13和排气压力传感器14继续检测发动机7进排气压力，将检测信号传至旁通控制器17，并重复步骤8和步骤9。

Claims (4)

1.一种发动机排气旁通控制系统，包括发动机（7）与涡轮增压器，涡轮增压器由涡轮机（9）与压气机（11）构成，其特征在于，所述的一种发动机排气旁通控制系统还包括进气压力传感器（13）、排气压力传感器（14）、排气旁通电磁阀（15）、旁通控制器（17）、发动机转速传感器（18）、油门踏板位置传感器（19）与空气流量计（20）；

进气压力传感器（13）布置在发动机（7）的进气总管（4）上，排气压力传感器（14）布置在发动机（7）的排气总管（6）上，排气旁通电磁阀（15）串接于排气旁通管（16）中，排气旁通管（16）一端接在涡轮机（9）入口的排气总管（6）上，另一端与涡轮机（9）出口的涡后排气管（8）相连，排气旁通电磁阀（15）的信号输入端与旁通控制器（17）中的排气旁通电磁阀驱动电路（22）的信号输出端电线连接，进气压力传感器（13）、排气压力传感器（14）、发动机转速传感器（18）与油门踏板位置传感器（19）的信号输出端与旁通控制器（17）中的单片机（21）的4个A/D端口电线连接，空气流量计（20）串接在压气机（11）的进气管（12）上。

2.按照权利要求1所述的一种发动机排气旁通控制系统，其特征在于，所述的旁通控制器（17）包括单片机（21）与排气旁通电磁阀驱动电路（22）；

单片机（21）的42号引脚与排气旁通电磁阀驱动电路（22）的信号输入端电线连接。

3.按照权利要求1所述的一种发动机排气旁通控制系统，其特征在于，所述的进气压力传感器（13）、排气压力传感器（14）、发动机转速传感器（18）与油门踏板位置传感器（19）的信号输出端与旁通控制器（17）中的单片机（21）的4个A/D端口电线连接是指：

单片机（21）的79号引脚、77号引脚、75号引脚与73号引脚依次和进气压力传感器（13）、排气压力传感器（14）、发动机转速传感器（18）与油门踏板位置传感器（19）的输出端电线连接。

4.按照权利要求1所述的一种发动机排气旁通控制系统，其特征在于，所述的进气压力传感器（13）与排气压力传感器（14）结构相同，皆采用型号为PTG500的压力传感器；所述的排气旁通电磁阀（15）采用型号为HX-EGRA001的电磁阀；所述的涡轮增压器采用型号为JP44EF1的涡轮增压器；所述的空气流量计（20）采用型号为0280218132的空气流量计；所述的旁通控制器（17）中的单片机（21）采用型号为MC9S12的单片机；发动机转速传感器（18）采用型号为SZCB-01的电磁感应式转速传感器；油门踏板位置传感器（19）采用型号为TLE4997的油门踏板位置传感器。

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