汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法及裝置，所述裝置包括壓氣機(jī)葉輪、渦輪葉輪、壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)、渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)、渦輪端閥門、壓氣機(jī)端閥門、輔助控制電路和軸承體；所述控制方法是根據(jù)汽油機(jī)與渦輪增壓器壓氣機(jī)匹配特性圖進(jìn)行的。本發(fā)明所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法及裝置的優(yōu)越效果在于：（1）壓氣機(jī)端閥門直接將壓氣機(jī)出氣口端的氣體回流到壓氣機(jī)進(jìn)氣口端，反應(yīng)迅速，實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)；（2）汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法采用電子控制方法實(shí)現(xiàn)自動控制與連續(xù)可調(diào)；（3）汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法通過協(xié)調(diào)渦輪端和壓氣機(jī)端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
【專利說明】汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車輛動力機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種調(diào)節(jié)汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與防止壓氣機(jī)喘振的控制方法及裝置，通過該裝置能在汽油機(jī)工況發(fā)生變化時(shí)，通過電子控制使渦輪端和壓氣機(jī)端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制渦輪端和壓氣機(jī)端閥門快速反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對增壓壓力與壓氣機(jī)喘振的調(diào)節(jié)與控制。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪增壓器利用汽油機(jī)排出的廢氣能量驅(qū)動渦輪、渦輪帶動同軸的壓氣機(jī)對空氣做功，將壓縮空氣送入汽油機(jī)氣缸。渦輪增壓具有提高發(fā)動機(jī)動力性能、改善燃油經(jīng)濟(jì)性、降低廢氣排放和實(shí)現(xiàn)高原功率補(bǔ)償?shù)淖饔?。渦輪增壓器在柴油機(jī)上已普遍使用，但由于汽油機(jī)相比于柴油機(jī)燃燒機(jī)理不同，汽油機(jī)增壓后，使壓縮終點(diǎn)的壓力及溫度，以及燃燒室受熱零件的熱負(fù)荷都趨于升高，對傳統(tǒng)的化油器式汽油機(jī)，其壓縮工質(zhì)是可燃混合氣，發(fā)動機(jī)沒點(diǎn)火之前和火焰?zhèn)鞑ツ┒藲怏w未到達(dá)之前易發(fā)生自燃，即易引起爆震，這是不允許的。同時(shí)，汽油機(jī)轉(zhuǎn)速比柴油機(jī)高，使得汽油機(jī)渦輪增壓器流量范圍更寬，汽油機(jī)排氣溫度高于柴油機(jī)等等，這樣使得汽油機(jī)渦輪增壓技術(shù)較柴油機(jī)難度加大。故渦輪增壓汽油機(jī)需采用較低的壓縮比，準(zhǔn)確控制增壓壓力。此外，汽油機(jī)轉(zhuǎn)速范圍寬使得渦輪增壓器流量范圍寬、增壓壓力低，使得壓氣機(jī)容易發(fā)生喘振，如何防止喘振現(xiàn)象的發(fā)生也是必須解決的問題。
[0003]目前，主要采用廢氣旁通渦輪增壓器來解決以上提到的問題，其控制方法是在渦輪進(jìn)氣端(一般布置在渦輪殼上)安裝廢氣旁通閥，當(dāng)增壓壓力達(dá)到規(guī)定值時(shí)，放氣閥打開，把部分廢氣排放到渦輪后排氣管中，減少輸送給渦輪的能量，從而降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、降低做功能力，減少壓氣機(jī)對空氣做功，降低了增壓壓力。這種調(diào)節(jié)方式適合于限制與控制最高增壓壓力，優(yōu)點(diǎn)是“自動控制”，容易通過廢氣旁通閥彈簧剛度大小調(diào)節(jié)增壓壓力大小。但調(diào)節(jié)滯后、存在能量浪費(fèi)。另外一種方式是通過在壓氣機(jī)端安裝進(jìn)氣泄壓閥控制增壓壓力。這種方法是在增壓器壓氣機(jī)出口或發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管上安裝泄壓閥或者減壓閥，以控制增壓壓力大小。當(dāng)增壓壓力達(dá)到規(guī)定值時(shí)，泄壓閥被打開，把部分增壓氣體釋放出去。這種調(diào)節(jié)方式響應(yīng)快、調(diào)節(jié)迅速，但放掉增壓空氣、造成了能量的浪費(fèi)。目前對柴油機(jī)和汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力及喘振的控制都是采取對渦輪端或壓氣機(jī)端的單一控制，不能進(jìn)行壓氣機(jī)端和渦輪端的協(xié)同控制，調(diào)控精度受到限制，不是最優(yōu)的控制方法。
[0004]為了解決這一問題，可以將廢氣旁通閥和進(jìn)氣泄壓閥同時(shí)分別安裝于渦輪端和壓氣機(jī)端，并將壓氣機(jī)端的出口端與廢氣旁通閥和進(jìn)氣泄壓閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室相連，實(shí)現(xiàn)兩端的協(xié)同控制。但由于氣體的可壓縮性，使調(diào)節(jié)過程存在滯后。
[0005]中國已有的申請專利中涉及設(shè)計(jì)不同閥體的居大多數(shù)。中國采用進(jìn)氣放氣閥控制增壓壓力的方案中，對渦輪調(diào)節(jié)的廢氣旁通結(jié)構(gòu)尚未實(shí)現(xiàn)電子控制，普遍采用機(jī)械式氣動控制的方案。為使汽油機(jī)在各種工況下都能達(dá)到最佳的綜合性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制的快速性和精準(zhǔn)性，采用增壓放氣實(shí)施精確電控已成為一種趨勢。國外已申請的專利中對汽油機(jī)渦輪增壓器的增壓壓力和喘振的控制方法是對壓氣機(jī)端或渦輪端的單一控制。[0006]《一種閥門及用于渦輪增壓器再循環(huán)的系統(tǒng)》(200710125531.3)涉及一種汽油機(jī)渦輪增壓器泄壓閥，還涉及一種閥門用于汽油機(jī)渦輪增壓器再循環(huán)的系統(tǒng)?！兑环N基于單片機(jī)的渦輪增壓器壓力控制裝置》(201120476697.1)涉及一種基于單片機(jī)的渦輪增壓器壓力控制裝置?！稁в蟹来窆δ艿牟裼蜋C(jī)相繼增壓結(jié)構(gòu)》(201210469116.0)涉及一種相繼增壓發(fā)動機(jī)。基本原理是采用多個(gè)渦輪增壓器消除基本增壓器的喘振現(xiàn)象?！对鰤浩饔每煽仉p線性流量放氣閥裝置》(201120010109.5)涉及到增壓器用可控雙線性流量放氣閥裝置，通過電機(jī)控制放氣閥的開度，利用放氣閥和放氣閥座的特殊幾何形狀，實(shí)現(xiàn)放氣閥流量的雙線性控制。《Turbocharger having ant1-surge valve》(US2012/0073287A1)涉及了一種防喘振的方法，即將壓氣機(jī)端的出氣口的壓力回流到進(jìn)氣口。上述發(fā)明專利中均涉及到不同的渦輪增壓器控制裝置，但只實(shí)現(xiàn)單一控制而非壓氣機(jī)和渦輪的協(xié)同控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法及裝置，具體是汽油機(jī)在工況發(fā)生變化引起壓比和進(jìn)氣量的變化時(shí)，渦輪和壓氣機(jī)由于沒能及時(shí)做出反應(yīng)而產(chǎn)生增壓壓力過高和喘振現(xiàn)象，本發(fā)明提供了一種快速而精確的汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法及裝置，所述控制方法能夠控制調(diào)節(jié)汽油機(jī)渦輪增壓器的增壓壓力過高，防止壓氣機(jī)發(fā)生喘振。
[0008]本發(fā)明所述控制方法是根據(jù)汽油機(jī)與渦輪增壓器壓氣機(jī)匹配特性圖進(jìn)行的，所述特性圖表示經(jīng)過標(biāo)定的避免增壓器增壓壓力過大和防止發(fā)生喘振時(shí)的渦輪端最優(yōu)廢氣排出量和壓氣機(jī)端最優(yōu)氣體回流量。當(dāng)渦輪增壓器壓比過高和將要發(fā)生喘振時(shí)，渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，打開渦輪端閥門使部分廢氣直接排出，渦輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降低，使得壓氣機(jī)進(jìn)氣量降低，壓比降低。壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，打開壓氣機(jī)端閥門，使壓氣機(jī)出口的氣體回流到壓氣機(jī)的進(jìn)氣口中，使壓比降低。已發(fā)明專利中均涉及的是不同的渦輪增壓器控制裝置，而且只能實(shí)現(xiàn)單一控制而非壓氣機(jī)和渦輪的協(xié)同控制。本發(fā)明提及的方法通過協(xié)調(diào)控制渦輪端廢氣排出量和壓氣機(jī)端氣體回流量實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。應(yīng)用電控制協(xié)調(diào)渦輪端和壓氣機(jī)端的工作使調(diào)節(jié)迅速、準(zhǔn)確。
[0009]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置，包括壓氣機(jī)葉輪、渦輪葉輪、壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)、渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)、渦輪端閥門、壓氣機(jī)端閥門、輔助控制電路和軸承體，所述壓氣機(jī)葉輪設(shè)置在軸承體的左端，所述渦輪葉輪設(shè)置在軸承體的右端，所述壓氣機(jī)葉輪與壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，所述壓氣機(jī)葉輪上設(shè)有壓氣機(jī)端閥門；所述渦輪葉輪與渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，所述渦輪葉輪上設(shè)有渦輪端閥門，所述渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)與壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)都與輔助控制電路的電控單元連接；所述軸承體左側(cè)設(shè)有進(jìn)氣管，所述軸承體右側(cè)設(shè)有出氣管。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括三通閥和氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0012]更進(jìn)一步地，所述渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電執(zhí)行器。
[0013]更進(jìn)一步地，所述渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動執(zhí)行器。
[0014]渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)由PCM閥和氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用負(fù)壓的形式來控制渦輪端閥門工作。[0015]更進(jìn)一步地，所述渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)還能由多種不同的電磁閥代替三通閥。
[0016]所述渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一端連接輔助控制電路中的電控單元(E⑶)，另一端連接控制渦輪端閥門。
[0017]進(jìn)一步地，所述壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括三通閥和氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0018]更進(jìn)一步地，所述壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電執(zhí)行器。
[0019]更進(jìn)一步地，所述壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動執(zhí)行器。
[0020]更進(jìn)一步地，所述壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)還能由多種不同的電磁閥代替三通閥。
[0021]所述壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一端連接輔助控制電路中的電控單元(E⑶)，另一端連接控制壓氣機(jī)端閥門。
[0022]所述渦輪端閥門控制渦輪端的廢氣排出。渦輪端閥門位于連接渦輪端進(jìn)氣口與排氣口的通道中，控制該通道的通與斷，從而控制渦輪端的廢氣排出量。
[0023]所述壓氣機(jī)端閥門控制壓氣機(jī)端的氣體回流。壓氣機(jī)端閥門位于連接壓氣機(jī)端進(jìn)氣口與出氣口的通道中，控制該通道的通與斷，從而控制壓氣機(jī)端的氣體回流量。
[0024]進(jìn)一步地，所述輔助控制電路包括:執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電控單元(E⑶)、壓力傳感器、速度傳感器和電源模塊。其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制渦輪端的廢氣排出量和壓氣機(jī)端的氣體回流量；電控單元(ECU)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作；壓力傳感器安裝于壓氣機(jī)出氣口，采集壓氣機(jī)出氣口的壓力值；轉(zhuǎn)速傳感器的測量盤安裝在渦輪轉(zhuǎn)子的曲軸上，讀數(shù)盤安裝在曲軸的機(jī)殼上，測量盤和讀數(shù)盤成90度，采集轉(zhuǎn)速信息；電源模塊提供電能。
[0025]汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法，具體為:
[0026]第一，所述控制方法是根據(jù)汽油機(jī)與渦輪增壓器壓氣機(jī)匹配特性圖進(jìn)行的，汽油機(jī)與渦輪增壓器進(jìn)行匹配后，通過模擬軟件進(jìn)行建模分析和理論計(jì)算，通過對壓比和轉(zhuǎn)速的測定值來標(biāo)定汽油機(jī)渦輪增壓器壓比過大和即將發(fā)生喘振狀態(tài)下渦輪端的轉(zhuǎn)速、流量和增壓比，即得到汽油機(jī)與渦輪增壓器匹配特性圖；
[0027]第二，壓力傳感器和速度傳感器將采集的信息傳遞給電控單元，電控單元將壓力傳感器檢測到壓力信息轉(zhuǎn)換成壓比信息，并通過持續(xù)的壓比和轉(zhuǎn)速信息判斷目前汽油機(jī)渦輪增壓器的工作狀態(tài)；如果檢測到汽油機(jī)渦輪增壓器的增壓壓力過大或即將發(fā)生喘振時(shí)，電控單元在特性圖中獲得渦輪端和壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最優(yōu)控制參數(shù)，即轉(zhuǎn)速、流量和增壓比；
[0028]第三，所述電控單元將在特性圖中獲取的參數(shù)信息傳遞給渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)和壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制它們的工作；渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)和壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別控制渦輪端閥門和壓氣機(jī)端閥門工作，通過閥門的開閉控制渦輪端的廢氣排出量和壓氣機(jī)端的增壓空氣量，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制過程。
[0029]優(yōu)選為，所述控制方法采用GT-POWER與MATLAB/SMULINK模擬軟件進(jìn)行建模分析和理論計(jì)算。
[0030]輔助控制電路能夠通過傳感器實(shí)時(shí)獲得壓比和轉(zhuǎn)速的信息，對渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)和壓氣機(jī)端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合控制，所述渦輪增壓器分為調(diào)節(jié)增壓壓比過高和喘振兩種工作狀態(tài)，其具體工作過程如下:
[0031]壓比過高狀態(tài):當(dāng)汽油機(jī)工作時(shí)，壓氣機(jī)端壓力傳感器持續(xù)檢測壓氣機(jī)出口壓力，將信號傳遞給電控單元，當(dāng)壓力達(dá)到汽油機(jī)所能承受的最大值時(shí)，電控單元通過增壓器轉(zhuǎn)速信號和壓比，在特性圖中獲得渦輪端和壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最優(yōu)控制參數(shù)，電控單元控制渦輪端閥門和壓氣機(jī)端閥門按執(zhí)行機(jī)構(gòu)給出的信號工作，從而實(shí)現(xiàn)對壓比過大的調(diào)節(jié)。
[0032]喘振狀態(tài):當(dāng)汽油機(jī)工作時(shí)，壓氣機(jī)端壓力傳感器持續(xù)檢測壓氣機(jī)出口壓力波動，將信號傳遞至電控單元，當(dāng)壓力波動超過一定閾值時(shí)，電控單元通過增壓器轉(zhuǎn)速信號和壓t匕，在特性圖中獲得渦輪端和壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最優(yōu)控制參數(shù)，電控單元控制渦輪端閥門和壓氣機(jī)端閥門按執(zhí)行機(jī)構(gòu)給出的信號工作，避免壓氣機(jī)喘振。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法的優(yōu)越效果在于:
[0034](I)汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法的裝置中壓氣機(jī)端閥門直接將壓氣機(jī)出氣口端的氣體回流到壓氣機(jī)進(jìn)氣口端，反應(yīng)迅速，實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)。
[0035](2)汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法采用電子控制方法實(shí)現(xiàn)自動控制與連續(xù)可調(diào)。
[0036](3)汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法通過協(xié)調(diào)渦輪端和壓氣機(jī)端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法原理圖；
[0038]圖2為本發(fā)明所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置結(jié)構(gòu)圖一；
[0039]圖3為本發(fā)明所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置結(jié)構(gòu)圖二 ；
[0040]圖4為本發(fā)明所述氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖5為本發(fā)明所述電執(zhí)行器原理圖；
[0042]圖6為本發(fā)明所述輔助控制電路結(jié)構(gòu)圖；
[0043]圖7為本發(fā)明所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法流程圖；
[0044]圖8為本發(fā)明所述汽油機(jī)與渦輪增壓器壓氣機(jī)匹配特性圖。
[0045]附圖標(biāo)記說明如下:
[0046]1-渦輪端閥門、2-渦輪葉輪、3-速度傳感器、4-壓氣機(jī)葉輪、5-壓氣機(jī)端閥門、6-壓力傳感器、7-電磁控制閥、8-壓氣機(jī)葉輪、9-廢氣旁通閥、10-旁通閥控制器、11-進(jìn)氣循環(huán)閥、12-電控單元、13-PCM閥、14-真空泵、15-執(zhí)行器進(jìn)氣管、16-執(zhí)行器氣室、17-執(zhí)行器彈簧、18-彈簧座、19-拉桿、20-軸承體。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合附圖1-8對本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0048]實(shí)施例一
[0049]如圖2所示，汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置，包括壓氣機(jī)葉輪4、渦輪葉輪2、壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)、渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)、渦輪端閥門1、壓氣機(jī)端閥門5、輔助控制電路和軸承體20，所述壓氣機(jī)葉輪4設(shè)置在軸承體20的左端，所述渦輪葉輪2設(shè)置在軸承體20的右端，所述壓氣機(jī)葉輪4與壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，所述壓氣機(jī)葉輪4上設(shè)有壓氣機(jī)端閥門；所述渦輪葉輪2與渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，所述渦輪葉輪2上設(shè)有渦輪端閥門1，所述渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)與壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)都與輔助控制電路的電控單元12連接；所述軸承體20左側(cè)設(shè)有進(jìn)氣管，所述軸承體20右側(cè)設(shè)有出氣管。
[0050]所述渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)和壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是由三通閥和氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
[0051]如圖4所不,氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由執(zhí)行器進(jìn)氣管15、執(zhí)行器氣室16、執(zhí)行器彈簧17、彈簧座18、拉桿19組成。彈簧座18與執(zhí)行器氣室16相接觸；執(zhí)行器彈簧17安裝在執(zhí)行器氣室16的彈簧座18上；執(zhí)行器進(jìn)氣管15與執(zhí)行器氣室16管路連接；從執(zhí)行器進(jìn)氣管15向執(zhí)行器氣室16充入空氣時(shí),執(zhí)行器氣室16隨壓力增大體積逐漸變大，同時(shí)壓縮執(zhí)行器彈簧17，拉桿19伸長，拉桿19做上行直線運(yùn)動，旁通閥(圖中未示)逐漸開啟；當(dāng)執(zhí)行器氣室16內(nèi)壓力逐漸減小時(shí)，執(zhí)行器氣室16體積減小，被壓縮的執(zhí)行器彈簧17逐漸伸長恢復(fù)原狀，從而帶動拉桿19做下行直線運(yùn)動，所述旁通閥逐漸關(guān)閉。
[0052]由渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)和壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制渦輪葉輪2和壓氣機(jī)的閥門動作，其中三通閥分別與壓氣機(jī)端進(jìn)氣口、壓氣機(jī)端出氣口和氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣管相連，三通閥的信號線與ECU相連。
[0053]如圖6所示，輔助控制電路包括:執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電控單元(E⑶)12、壓力傳感器6、速度傳感器3和電源模塊(圖中未示)。其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制渦輪葉輪2和壓氣機(jī)葉輪4的閥門；電控單元(ECU)12控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作；壓力傳感器6安裝于壓氣機(jī)出氣口，采集壓氣機(jī)出氣口的壓力值；速度傳感器3的測量盤(圖中未示)安裝在渦輪葉輪2轉(zhuǎn)子的曲軸(圖中未示)上，讀數(shù)盤安裝在曲軸的機(jī)殼上，測量盤和讀數(shù)盤成90度，采集轉(zhuǎn)速信息；電源模塊提供電倉泛。
[0054]如圖7、8所示，汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法流程圖，輔助控制電路能夠通過壓力傳感器6和速度傳感器3實(shí)時(shí)獲得壓比和轉(zhuǎn)速的信息，對渦輪葉輪2和壓氣機(jī)葉輪4的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合控制。
[0055]所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置有調(diào)節(jié)增壓壓比過高和喘振兩種工作狀態(tài)，其具體工作過程如下:
[0056]壓比過高狀態(tài):當(dāng)汽油機(jī)工作時(shí)，壓氣機(jī)端壓力傳感器6持續(xù)檢測壓氣機(jī)出口壓力，將信號傳遞給電控單元12，當(dāng)壓力達(dá)到汽油機(jī)所能承受的最大值時(shí)，電控單元12通過增壓器轉(zhuǎn)速信號和壓比，在特性圖中獲得渦輪廢氣排出量和壓氣機(jī)氣體回流量的最優(yōu)控制參數(shù)，電控單元12控制渦輪葉輪2和壓氣機(jī)葉輪4的三通閥，通過氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制渦輪端和壓氣機(jī)端的閥門工作，從而實(shí)現(xiàn)對壓比過大的調(diào)節(jié)。
[0057]喘振狀態(tài):當(dāng)汽油機(jī)工作時(shí)，壓氣機(jī)端壓力傳感器6持續(xù)檢測壓氣機(jī)出口壓力波動，將信號傳遞至電控單元12，當(dāng)壓力波動超過一定閾值時(shí)，電控單元12通過增壓器轉(zhuǎn)速信號和壓比，在特性圖中獲得渦輪廢氣排出量和壓氣機(jī)氣體回流量的最優(yōu)控制參數(shù)，電控單元12控制渦輪端和壓氣機(jī)端的三通閥，通過氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制渦輪端和壓氣機(jī)端的閥門工作，避免壓氣機(jī)喘振。
[0058]實(shí)施例二
[0059]如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一的主要區(qū)別是，渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用PCM閥13和負(fù)壓氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PCM閥13分別與真空泵14和氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣管相連，所述PCM閥13與設(shè)有與外部空氣連通的進(jìn)氣管，PCM閥13的信號線與電控單元12相連。采用負(fù)壓氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在汽油機(jī)正常工作時(shí)PCM閥13使真空泵14與氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)氣管相通，當(dāng)發(fā)生動作時(shí)，PCM閥13使外部空氣進(jìn)氣管與氣動執(zhí)行器進(jìn)氣管15相通，控制閥門動作。采用負(fù)壓氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)使反應(yīng)更加迅速。
[0060]輔助控制電路的控制流程如圖7所示，輔助控制電路能夠通過速度傳感器3、壓力傳感器6實(shí)時(shí)獲得壓比和轉(zhuǎn)速的信息，對渦輪端和壓氣機(jī)端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合控制。該渦輪增壓器分為調(diào)節(jié)增壓壓比過高和喘振兩種工作狀態(tài)，其具體工作過程如下:
[0061]壓比過高狀態(tài):當(dāng)汽油機(jī)工作時(shí)，壓氣機(jī)端壓力傳感器6持續(xù)檢測壓氣機(jī)出口壓力，將信號傳遞給電控單元12，當(dāng)壓力達(dá)到汽油機(jī)所能承受的最大值時(shí)，電控單元12通過增壓器轉(zhuǎn)速信號和壓比，在特性圖中獲得渦輪端廢氣排出量和壓氣機(jī)氣體回流量的最優(yōu)控制參數(shù)，電控單元12控制渦輪端的PCM閥13和壓氣機(jī)端的三通閥，通過氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制渦輪端和壓氣機(jī)端的閥門工作，從而實(shí)現(xiàn)對壓比過大的調(diào)節(jié)。
[0062]喘振狀態(tài):當(dāng)汽油機(jī)工作時(shí)，壓氣機(jī)端壓力傳感器6持續(xù)檢測壓氣機(jī)出口壓力波動，將信號傳遞至電控單元12，當(dāng)壓力波動超過一定閾值時(shí)，電控單元12通過增壓器轉(zhuǎn)速信號和壓比，在特性圖中獲得渦輪端廢氣排出量和壓氣機(jī)氣體回流量的最優(yōu)控制參數(shù)，電控單元12控制渦輪端的PCM閥13和壓氣機(jī)端的三通閥，通過氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制渦輪端和壓氣機(jī)端的閥門工作，避免壓氣機(jī)喘振。
[0063]實(shí)施例三
[0064]本實(shí)施例與實(shí)施例一的主要區(qū)別是，渦輪端與壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)均采用電執(zhí)行器。電執(zhí)行器包括電子控制單元、直流電機(jī)、齒輪箱和角位移傳感器。所述電執(zhí)行器的原理圖如圖5所示，電執(zhí)行器以16位單片機(jī)為核心，電控單元12通過PWM通信線向執(zhí)行器發(fā)送目標(biāo)位置參數(shù)和控制信號，單片機(jī)根據(jù)電控單元12的控制信號和角位移傳感器提供的信號，控制直流電機(jī)的運(yùn)行，通過齒輪箱將運(yùn)動傳遞到輸出軸，輸出軸直接控制閥的工作狀態(tài)，不經(jīng)過氣動執(zhí)行結(jié)構(gòu)，避免了氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的滯后性，使反應(yīng)較實(shí)施例一、二更加迅速。
[0065]如圖7所示，輔助控制電路能夠通過速度傳感器3、壓力傳感器6實(shí)時(shí)獲得壓比和轉(zhuǎn)速的信息，對渦輪端和壓氣機(jī)端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合控制。該渦輪增壓器分為調(diào)節(jié)增壓壓比過高和喘振兩種工作狀態(tài)，其具體工作過程如下:
[0066]壓比過高狀態(tài):當(dāng)汽油機(jī)工作時(shí)，壓氣機(jī)端的壓力傳感器6持續(xù)檢測壓氣機(jī)出口壓力，將信號傳遞給電控單元12，當(dāng)壓力達(dá)到汽油機(jī)所能承受的最大值時(shí)，電控單元12通過增壓器轉(zhuǎn)速信號和壓比，在特性圖中獲得渦輪端廢氣排出量和壓氣機(jī)氣體回流量的最優(yōu)控制參數(shù)，電控單元12控制渦輪端和壓氣機(jī)端的電執(zhí)行器，通過電執(zhí)行器直接控制渦輪端和壓氣機(jī)端的閥門工作，從而實(shí)現(xiàn)對壓比過大的調(diào)節(jié)。
[0067]喘振狀態(tài):當(dāng)汽油機(jī)工作時(shí)，壓氣機(jī)端的壓力傳感器6持續(xù)檢測壓氣機(jī)出口壓力波動，將信號傳遞至電控單元12，當(dāng)壓力波動超過一定閾值時(shí)，電控單元12通過增壓器轉(zhuǎn)速信號和壓比，在特性圖中獲得渦輪端廢氣排出量和壓氣機(jī)氣體回流量的最優(yōu)控制參數(shù)，電控單元12控制渦輪端和壓氣機(jī)端的電執(zhí)行器，通過電執(zhí)行器直接控制渦輪端和壓氣機(jī)端的閥門工作，避免壓氣機(jī)喘振。
[0068]以上控制方法僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，其中渦輪端與壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)可采用多種不同的電磁閥，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置，其特征在于，包括壓氣機(jī)葉輪、渦輪葉輪、壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)、渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)、渦輪端閥門、壓氣機(jī)端閥門、輔助控制電路和軸承體，所述壓氣機(jī)葉輪設(shè)置在軸承體的左端，所述渦輪葉輪設(shè)置在軸承體的右端，所述壓氣機(jī)葉輪與壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，所述壓氣機(jī)葉輪上設(shè)有壓氣機(jī)端閥門；所述渦輪葉輪與渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，所述渦輪葉輪上設(shè)有渦輪端閥門，所述渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)與壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)都與輔助控制電路的電控單元連接；所述軸承體左側(cè)設(shè)有進(jìn)氣管，所述軸承體右側(cè)設(shè)有出氣管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置，其特征在于，所述渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括三通閥和氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電執(zhí)行器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置，其特征在于，所述渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動執(zhí)行器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置，其特征在于，所述渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)還能由多種不同的電磁閥代替三通閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置，其特征在于，所述壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括三通閥和氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電執(zhí)行器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置，其特征在于，所述壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動執(zhí)行器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置，其特征在于，所述壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)還能由多種不同的電磁閥代替三通閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置，其特征在于，所述輔助控制電路包括:執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電控單元、壓力傳感器、速度傳感器和電源模塊。
9.汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法，運(yùn)用了權(quán)利要求1所述的汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制裝置，其特征在于: 第一，所述控制方法是根據(jù)汽油機(jī)與渦輪增壓器壓氣機(jī)匹配特性圖進(jìn)行的，汽油機(jī)與渦輪增壓器進(jìn)行匹配后，通過模擬軟件建模分析和理論計(jì)算，通過對壓比和轉(zhuǎn)速的測定值來標(biāo)定汽油機(jī)渦輪增壓器壓比過大和即將發(fā)生喘振狀態(tài)下渦輪端的的轉(zhuǎn)速、流量和增壓t匕，即得到汽油機(jī)與渦輪增壓器匹配特性圖； 第二，壓力傳感器和速度傳感器將采集的信息傳遞給電控單元，電控單元將壓力傳感器檢測到壓力信息轉(zhuǎn)換成壓比信息，并通過持續(xù)的壓比和轉(zhuǎn)速信息判斷目前汽油機(jī)渦輪增壓器的工作狀態(tài)；如果檢測到汽油機(jī)渦輪增壓器的增壓壓力過大或即將發(fā)生喘振時(shí)，電控單元在特性圖中獲得渦輪端和壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最優(yōu)控制參數(shù)，即轉(zhuǎn)速、流量和增壓比； 第三，所述電控單元將在特性圖中獲取的參數(shù)信息傳遞給渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)和壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制它們的工作；渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)和壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別控制渦輪端閥門和壓氣機(jī)端閥門工作，通過閥門的開閉控制渦輪端的廢氣排出量和壓氣機(jī)端的增壓空氣量，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制過程。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述汽油機(jī)渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法，其特征在于: 輔助控制電路能夠通過傳感器實(shí)時(shí)獲得壓比和轉(zhuǎn)速的信息，對渦輪端執(zhí)行機(jī)構(gòu)和壓氣機(jī)端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合控制，所述渦輪增壓器分為調(diào)節(jié)增壓壓比過高和喘振兩種工作狀態(tài)，其具體工作過程如下: 壓比過高狀態(tài):當(dāng)汽油機(jī)工作時(shí)，壓氣機(jī)端壓力傳感器持續(xù)檢測壓氣機(jī)出口壓力，將信號傳遞給電控單元，當(dāng)壓力達(dá)到汽油機(jī)所能承受的最大值時(shí)，電控單元通過增壓器轉(zhuǎn)速信號和壓比，在特性圖中獲得渦輪端和壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最優(yōu)控制參數(shù)，電控單元控制渦輪端閥門和壓氣機(jī)端閥門按執(zhí)行機(jī)構(gòu)給出的信號工作，從而實(shí)現(xiàn)對壓比過大的調(diào)節(jié)； 喘振狀態(tài):當(dāng)汽油機(jī)工作時(shí)，壓氣機(jī)端壓力傳感器持續(xù)檢測壓氣機(jī)出口壓力波動，將信號傳遞至電控單元，當(dāng)壓力波動超過一定閾值時(shí)，電控單元通過增壓器轉(zhuǎn)速信號和壓比，在特性圖中獲得渦輪端和壓氣機(jī)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最優(yōu)控制參數(shù)，電控單元控制渦輪端閥門和壓氣機(jī)端閥門按執(zhí)行機(jī)構(gòu)給出的信號工作，避免壓氣機(jī)喘振。
【文檔編號】F02B37/12GK103670679SQ201310658848
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】黃若, 甄姍姍, 白曉松, 張威力 申請人:北京理工大學(xué)