內(nèi)燃機(jī)兩級(jí)渦輪脈沖流動(dòng)控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)和葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種內(nèi)燃機(jī)兩級(jí)渦輪脈沖流動(dòng)控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)能減排的需求推動(dòng)著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，其中，內(nèi)燃機(jī)渦輪增壓技術(shù)是提高傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)效率、降低能源消耗的關(guān)鍵技術(shù)。渦輪增壓技術(shù)通過(guò)渦輪回收發(fā)動(dòng)機(jī)排氣能量，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣進(jìn)行壓縮，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率密度和動(dòng)力性能，國(guó)際各大汽車公司均致力于增壓技術(shù)的研發(fā)。發(fā)動(dòng)機(jī)縮小排量和變工況性能的要求使增壓技術(shù)從最初的固定幾何渦輪增壓，發(fā)展到廢氣旁通渦輪技術(shù)、變幾何渦輪技術(shù)及兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)。除渦輪增壓技術(shù)以外，渦輪復(fù)合技術(shù)也是降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗的重要技術(shù)之一。在渦輪復(fù)合技術(shù)中，動(dòng)力渦輪與增壓渦輪串聯(lián)布置，動(dòng)力渦輪回收的排氣能量用于發(fā)電或者輸出到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣能量的充分利用。由此可見(jiàn)，兩級(jí)渦輪系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用將越加廣泛，提高兩級(jí)渦輪系統(tǒng)的整體效率將對(duì)內(nèi)燃機(jī)的節(jié)能減排有重大貢獻(xiàn)。
[0003]目前，內(nèi)燃機(jī)與兩級(jí)渦輪系統(tǒng)的協(xié)同工作存在一個(gè)重要問(wèn)題。由于內(nèi)燃機(jī)為往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其排氣為脈沖式排氣，其壓力、溫度均隨排氣門的快速開(kāi)啟和關(guān)閉而大幅度變化，這對(duì)基于穩(wěn)態(tài)工況設(shè)計(jì)的兩級(jí)渦輪性能產(chǎn)生巨大的影響。通過(guò)研宄發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力波波峰傳播到渦輪前時(shí)，兩級(jí)渦輪均運(yùn)行在較高效率點(diǎn)工況；當(dāng)壓力波波谷傳播到渦輪前時(shí)，由于兩級(jí)渦輪的膨脹比均比較低，導(dǎo)致兩級(jí)渦輪的效率均產(chǎn)生顯著下降。傳統(tǒng)的渦輪控制技術(shù)，包括廢氣旁通和變幾何渦輪技術(shù)等，其調(diào)整是基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況固定時(shí)，則不需要對(duì)渦輪進(jìn)行控制。然而，盡管發(fā)動(dòng)機(jī)工況固定，渦輪前的氣流狀態(tài)仍然是脈動(dòng)的，因此廢氣旁通、變幾何渦輪等技術(shù)不能克服發(fā)動(dòng)機(jī)脈沖排氣所帶來(lái)的負(fù)面影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。
[0005]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種內(nèi)燃機(jī)兩級(jí)渦輪脈沖流動(dòng)控制裝置，該裝置能夠提高兩級(jí)渦輪系統(tǒng)對(duì)內(nèi)燃機(jī)脈沖排氣能量的利用率，從而提高系統(tǒng)總利用率，改善燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提出了一種內(nèi)燃機(jī)兩級(jí)渦輪脈沖流動(dòng)控制裝置，其中，所述內(nèi)燃機(jī)為兩級(jí)增壓內(nèi)燃機(jī)或渦輪復(fù)合內(nèi)燃機(jī)，具有高壓級(jí)渦輪和低壓級(jí)渦輪，所述兩級(jí)渦輪脈沖流動(dòng)控制裝置包括:壓力傳感器，所述壓力傳感器用于檢測(cè)所述高壓級(jí)渦輪的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力和/或所述低壓渦輪的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力；旁通閥，所述旁通閥與所述低壓級(jí)渦輪并聯(lián)連接；控制器，所述控制器與所述壓力傳感器相連，用于在所述高壓級(jí)渦輪的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力和/或所述低壓級(jí)渦輪的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力低于第一壓力閾值時(shí)，發(fā)送開(kāi)啟所述旁通閥的控制信號(hào)至執(zhí)行器，以及在所述高壓級(jí)渦輪的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力和/或所述低壓級(jí)渦輪的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力高于第二壓力閾值時(shí)，發(fā)送關(guān)閉所述旁通閥的控制信號(hào)至所述執(zhí)行器；以及所述執(zhí)行器，分別與所述控制器和所述旁通閥相連，用于根據(jù)所述控制器發(fā)送的控制信號(hào)控制所述旁通閥開(kāi)啟或關(guān)閉。
[0007]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)兩級(jí)渦輪脈沖流動(dòng)控制裝置，兩級(jí)渦輪為串聯(lián)布置，低壓級(jí)渦輪并聯(lián)連接一個(gè)快速響應(yīng)的旁通閥，該旁通閥可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)氣缸排氣脈沖壓力值的大小快速開(kāi)啟或關(guān)閉，動(dòng)態(tài)調(diào)整兩級(jí)渦輪的負(fù)荷分配，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖排氣能量利用的最大化。例如當(dāng)氣缸瞬時(shí)排氣壓力低于第一壓力閾值時(shí)，控制旁通閥立即開(kāi)啟，使排氣能量主要分配到高壓級(jí)渦輪，避免其由于負(fù)荷過(guò)低而導(dǎo)致效率下降；當(dāng)氣缸瞬時(shí)排氣壓力大于第二壓力閾值時(shí)，控制旁通閥立即關(guān)閉，此時(shí)排氣能量合理地分配到兩級(jí)渦輪中，使兩級(jí)渦輪均達(dá)到較高的效率。因此，該裝置可顯著提高兩級(jí)渦輪系統(tǒng)對(duì)內(nèi)燃機(jī)脈沖排氣能量的利用率，從而提高系統(tǒng)總效率，改善燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0008]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)兩級(jí)渦輪脈沖流動(dòng)控制裝置還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0009]在一些示例中，所述壓力傳感器包括第一壓力傳感器和第二壓力傳感器，所述第一壓力傳感器設(shè)置在所述高壓級(jí)渦輪的進(jìn)氣口，所述第二壓力傳感器設(shè)置在所述低壓級(jí)渦輪的進(jìn)氣口。
[0010]在一些示例中，所述內(nèi)燃機(jī)的排氣口輸出周期性變化的脈沖氣流。
[0011]在一些示例中，所述旁通閥的開(kāi)啟或關(guān)閉頻率與所述內(nèi)燃機(jī)輸出的脈沖氣流的頻率一致。
[0012]在一些示例中，所述內(nèi)燃機(jī)為往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0013]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0014]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)兩級(jí)渦輪脈沖流動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的旁通閥開(kāi)度的控制方法示意圖；
[0017]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的旁通閥控制方法對(duì)兩級(jí)渦輪膨脹比影響的示意圖；
[0018]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的旁通閥控制方法對(duì)高壓級(jí)渦輪瞬時(shí)效率的影響示意圖；
[0019]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的旁通閥控制方法對(duì)低壓級(jí)渦輪瞬時(shí)效率的影響不意圖；以及
[0020]圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的旁通閥控制方法對(duì)兩級(jí)渦輪總功率輸出的影響示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0022]以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)兩級(jí)渦輪脈沖流動(dòng)控制裝置。
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)兩級(jí)渦輪脈沖流動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，內(nèi)燃機(jī)為往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)，包括依次相連的內(nèi)燃機(jī)氣缸1、高壓級(jí)渦輪2和低壓級(jí)渦輪3。
[0024]具體地，高壓級(jí)渦輪2的進(jìn)氣口與內(nèi)燃機(jī)氣缸I的出氣口相連，低壓級(jí)渦輪3的進(jìn)氣口與高壓級(jí)渦輪2的出氣口相連。換言之，即高壓級(jí)渦輪2和低壓級(jí)渦輪3串聯(lián)連接。內(nèi)燃機(jī)氣缸I的出氣口輸出周期性變化的脈沖氣流，會(huì)對(duì)高壓級(jí)渦輪2及低壓級(jí)渦輪3的性能產(chǎn)生巨大影響，使其性能惡化。
[0025]如圖1所示，該兩級(jí)渦輪脈沖流動(dòng)控制裝置包括:壓力傳感器10(圖中未示出)、旁通閥4、控制器6和執(zhí)行器5。
[0026]壓力傳感器10用于檢測(cè)高壓級(jí)渦輪2的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力和/或低壓渦輪3的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力。具體地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖1所示，壓力傳感器10包括第一壓力傳感器7和第二壓力傳感器8。其中，第一壓力傳感器7設(shè)置在高壓級(jí)渦輪2的進(jìn)氣口，用于檢測(cè)高壓級(jí)渦輪2的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力。第二壓力傳感器8設(shè)置在低壓級(jí)渦輪3的進(jìn)氣口，用于檢測(cè)低壓級(jí)渦輪3的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力。
[0027]在一些示例中，壓力傳感器10還可以包括第三壓力傳感器9，如圖1所示，第三壓力傳感器9設(shè)置在低壓級(jí)渦輪3的出氣口，用于檢測(cè)低壓級(jí)渦輪3的出氣口的瞬時(shí)壓力。控制器6根據(jù)第一壓力傳感器7、第二壓力傳感器8和第三壓力傳感器9的檢測(cè)值決定旁通閥4的開(kāi)啟或關(guān)閉，這樣，可以提高控制精確度。需要說(shuō)明的是，出于降低系統(tǒng)復(fù)雜性和成本的考慮，第三壓力傳感器9也可以去除。
[0028]旁通閥4與低壓級(jí)渦輪3并聯(lián)連接，例如圖1所示。
[0029]控制器6與壓力傳感器10相連，更為具體地，控制器6分別與第一壓力傳感器7和第二壓力傳感器8相連，用于在高壓級(jí)渦輪2的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力和/或低壓級(jí)渦輪3的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力低于第一壓力閾值時(shí)，發(fā)送開(kāi)啟旁通閥4的控制信號(hào)至執(zhí)行器5，以及在高壓級(jí)渦輪2的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力和/或低壓級(jí)渦輪3的進(jìn)氣口的瞬時(shí)壓力高于第二壓力閾值時(shí)，發(fā)送關(guān)閉旁通閥4的控制信號(hào)至執(zhí)行器5。其中，第一壓力閾值和第二壓力閾值例如根據(jù)實(shí)際工況而設(shè)定。
[0030]執(zhí)行器5分別與控制器6和旁通閥4相連，用于根據(jù)控制器6發(fā)送的控制信號(hào)控制旁通閥4開(kāi)啟或關(guān)閉。具體地，當(dāng)控制器6發(fā)送開(kāi)啟旁通閥4的控制信號(hào)時(shí)，執(zhí)行器5控制旁通閥4開(kāi)啟，當(dāng)控制器6發(fā)送關(guān)閉旁通閥4的控制信號(hào)時(shí)，執(zhí)行器5控制旁通閥4關(guān)閉。
[0031]作為具體地例子，如圖2所示，展示了旁通閥4的狀態(tài)隨高壓級(jí)渦輪2的進(jìn)氣口瞬時(shí)壓力P/變化的示意圖。當(dāng)高壓級(jí)渦輪2的進(jìn)氣口瞬時(shí)壓力P i小于第一壓力閾值時(shí)，控制芳通閥4完全打開(kāi)(對(duì)應(yīng)圖2中的60mm狀態(tài))，此時(shí)，尚壓級(jí)禍輪2的負(fù)荷將顯者提尚，而低壓級(jí)渦輪3將沒(méi)有能量輸出。當(dāng)高壓級(jí)渦輪2的進(jìn)氣口瞬時(shí)壓力P1高于第二壓力閾值時(shí)，