[發明專利]汽油機渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201310658848.9
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103670679A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 黃若;甄姍姍;白曉松;張威力
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F02B37/12
• 分類號: F02B37/12;F02B37/18
• 代理公司: 北京中海智圣知識產權代理有限公司 11282
• 代理人: 白鳳武

技術領域

本發明屬于車輛動力機械領域，具體涉及一種調節汽油機渦輪增壓器增壓壓力與防止壓氣機喘振的控制方法及裝置，通過該裝置能在汽油機工況發生變化時，通過電子控制使渦輪端和壓氣機端的執行機構控制渦輪端和壓氣機端閥門快速反應，實現對增壓壓力與壓氣機喘振的調節與控制。

背景技術

渦輪增壓器利用汽油機排出的廢氣能量驅動渦輪、渦輪帶動同軸的壓氣機對空氣做功，將壓縮空氣送入汽油機氣缸。渦輪增壓具有提高發動機動力性能、改善燃油經濟性、降低廢氣排放和實現高原功率補償的作用。渦輪增壓器在柴油機上已普遍使用，但由于汽油機相比于柴油機燃燒機理不同，汽油機增壓后，使壓縮終點的壓力及溫度，以及燃燒室受熱零件的熱負荷都趨于升高，對傳統的化油器式汽油機,其壓縮工質是可燃混合氣，發動機沒點火之前和火焰傳播末端氣體未到達之前易發生自燃，即易引起爆震，這是不允許的。同時，汽油機轉速比柴油機高，使得汽油機渦輪增壓器流量范圍更寬，汽油機排氣溫度高于柴油機等等，這樣使得汽油機渦輪增壓技術較柴油機難度加大。故渦輪增壓汽油機需采用較低的壓縮比，準確控制增壓壓力。此外，汽油機轉速范圍寬使得渦輪增壓器流量范圍寬、增壓壓力低，使得壓氣機容易發生喘振，如何防止喘振現象的發生也是必須解決的問題。

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氣端（一般布置在渦輪殼上）安裝廢氣旁通閥，當增壓壓力達到規定值時，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，從而降低轉子轉速、降低做功能力，減少壓氣機對空氣做功，降低了增壓壓力。這種調節方式適合于限制與控制最高增壓壓力，優點是“自動控制”，容易通過廢氣旁通閥彈簧剛度大小調節增壓壓力大小。但調節滯后、存在能量浪費。另外一種方式是通過在壓氣機端安裝進氣泄壓閥控制增壓壓力。這種方法是在增壓器壓氣機出口或發動機進氣管上安裝泄壓閥或者減壓閥，以控制增壓壓力大小。當增壓壓力達到規定值時，泄壓閥被打開，把部分增壓氣體釋放出去。這種調節方式響應快、調節迅速，但放掉增壓空氣、造成了能量的浪費。目前對柴油機和汽油機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端的單一控制，不能進行壓氣機端和渦輪端的協同控制，調控精度受到限制，不是最優的控制方法。

為了解決這一問題，可以將廢氣旁通閥和進氣泄壓閥同時分別安裝于渦輪端和壓氣機端，并將壓氣機端的出口端與廢氣旁通閥和進氣泄壓閥的執行機構的氣室相連，實現兩端的協同控制。但由于氣體的可壓縮性，使調節過程存在滯后。

中國已有的申請專利中涉及設計不同閥體的居大多數。中國采用進氣放氣閥控制增壓壓力的方案中，對渦輪調節的廢氣旁通結構尚未實現電子控制，普遍采用機械式氣動控制的方案。為使汽油機在各種工況下都能達到最佳的綜合性能指標，實現調節控制的快速性和精準性，采用增壓放氣實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渦輪增壓器的增壓壓力和喘振的控制方法是對壓氣機端或渦輪端的單一控制。

《一種閥門及用于渦輪增壓器再循環的系統》（200710125531.3）涉及一種汽油機渦輪增壓器泄壓閥，還涉及一種閥門用于汽油機渦輪增壓器再循環的系統。《一種基于單片機的渦輪增壓器壓力控制裝置》（201120476697.1）涉及一種基于單片機的渦輪增壓器壓力控制裝置。《帶有防喘振功能的柴油機相繼增壓結構》（201210469116.0）涉及一種相繼增壓發動機。基本原理是采用多個渦輪增壓器消除基本增壓器的喘振現象。《增壓器用可控雙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，實現放氣閥流量的雙線性控制。《Turbocharger?having?anti-surge?valve》(US2012/0073287A1)涉及了一種防喘振的方法，即將壓氣機端的出氣口的壓力回流到進氣口。上述發明專利中均涉及到不同的渦輪增壓器控制裝置，但只實現單一控制而非壓氣機和渦輪的協同控制。

發明內容

為了克服現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供汽油機渦輪增壓器增壓壓力與喘振控制方法及裝置，具體是汽油機在工況發生變化引起壓比和進氣量的變化時，渦輪和壓氣機由于沒能及時做出反應而產生增壓壓力過高和喘振現象，本發明提供了一種快速而精確的汽油機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節汽油機渦輪增壓器的增壓壓力過高，防止壓氣機發生喘振。