[發明專利]電輔助可變噴嘴渦輪增壓系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201610163383.3
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105781716B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 胡云峰;李由;杜樂;陳虹
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F02B37/10
• 分類號: F02B37/10;F02B37/14;F02B37/24
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 白冬冬

一種電輔助可變噴嘴渦輪增壓系統，屬于渦輪增壓器技術領域。本發明的目的是利用電機與渦輪可變噴嘴環對發動機性能的影響，對兩者進行協調配合的電輔助可變噴嘴渦輪增壓系統及其控制方法。本發明的進氣支管和排氣支管之間直接連接柴油機氣缸，進氣管連接在進氣支管上，排氣管連接在排氣支管上，在進氣管上安裝有中冷器，電輔助可變噴嘴渦輪增壓器安裝在進氣管的進口和排氣管的出口處。本發明基于柴油機空燃比和蓄電池狀態，對高速電機進行控制，能夠有效而迅速地調節氣缸進氣量，以配合噴油量的變化，達到油和氣的協調同步，確保柴油機在各種工況下保持合適的空燃比值，同時也保證了電池工作在高效率區域。

技術領域

本發明屬于渦輪增壓器技術領域。

背景技術

如今渦輪增壓技術已被廣泛運用于車用柴油機上，它利用柴油機排出的廢氣能量來驅動渦輪，并帶動同軸的壓氣機葉輪旋轉壓縮新鮮空氣，成為有效提高發動機輸出功率的重要手段。由于柴油機運行具有轉速和負荷變化范圍較大、工況變化頻繁的特點，普通渦輪增壓器與柴油機的匹配將出現以下幾個問題：首先增壓柴油機低速動力性差。柴油機在低速運轉時，廢氣流量較小因而可用能量不足，導致增壓器轉速較低，無法提供足夠的增壓壓力和進氣量，使得發動機的輸出轉矩和功率不足。其次當柴油機在高速工況運轉時，廢氣能量過剩，易造成增壓器超速及發動機增壓壓力過高的后果。另外，渦輪增壓柴油機最突出的一點就是“渦輪遲滯”現象，當柴油機處于急加速等瞬變工況時，噴油量突增，由于增壓器與發動機為氣動聯系及渦輪本身的機械慣性，壓縮機不能立即提供對應的較高進氣壓力，導致空氣的供給明顯滯后于燃油量的供應，空燃比過小，燃燒狀況惡化，甚至出現排氣管短時冒黑煙的現象。

為了解決上述問題，人們提出了多種改善措施。其中的可變噴嘴渦輪增壓系統以其良好的特性而獲得了較廣泛的關注和應用。該技術通過改變噴嘴環葉片角度來改變渦輪噴嘴環流通截面積的大小，導致流經渦輪排氣的流通特性發生變化，以此來調整增壓器的轉速和增壓壓力。在發動機低速時，通過減小渦輪流通截面積而使排氣背壓增大，從而提高渦輪轉速，高速時增大渦輪流通截面積，降低排氣流速，防止增壓過度。然而渦輪流通截面積過小會導致泵氣損失的增加，發動機動力性下降，并且對“渦輪遲滯”的改善程度有限。另一方面，增加流通面積必然會導致廢氣可用能量的浪費。因而此措施并不能徹底解決增壓器與柴油機的匹配問題。為滿足更高的要求，電輔助渦輪增壓技術這種更靈活而有效的措施正逐漸受到越來越多的關注并成為許多企業和高校的研究對象。

專利申請號ZL 200710013120，名稱為“電輔助渦輪增壓器”的專利申請提出了一種電輔助渦輪增壓方案，將輔助增壓電機與渦輪增壓器裝配在一起，通過控制電動機的磁場旋轉速率及電流幅度、換向變換規律，來實現其輔助增壓強度的調節，或者利用過剩廢氣發電蓄能，避免渦輪轉速過高，然而該專利只是關注電機的狀態對渦輪增壓器的作用，并沒有考慮渦輪自身結構的改進。專利申請號ZL 201310343844.1，專利申請名稱為“用于改進渦輪增壓發動機的停止和起動的方法和系統”，在此申請中通過調節渦輪葉片位置，或者由電動機器施加于渦輪增壓器的負轉矩，來增加發動機背壓，以改進渦輪增壓發動機的停止和起動性能。專利申請號ZL 200680041850.x，專利申請名稱為“用于內燃機的控制裝置”，在該專利中提出一種能夠抑制具有多個不同類型的增壓壓力調節致動器的內燃機中發生增壓壓力過調、欠調和振蕩的可能性。根據給渦輪轉動提供電動機助力的大小，改變可變噴嘴開度反饋控制靈敏度，使實際增壓壓力快速而平穩地收斂于目標值。上述的兩個專利只是針對發動機的某個運行工況提出相應的控制方法，并沒有結合電機的各個狀態和可變噴嘴渦輪增壓器的調節，針對發動機不同工況提出較為全面的控制方法。

發明內容

本發明的目的是利用電機與渦輪可變噴嘴環對發動機性能的影響，對兩者進行協調配合的電輔助可變噴嘴渦輪增壓系統及其控制方法。