[發明專利]一種內燃機兩級渦輪負荷動態控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201810704112.3
• 申請日: 2018-06-30
• 公開（公告）號: CN108825359B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 趙榮超;諸葛偉林;張揚軍
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F02B37/013
• 分類號: F02B37/013;F02B37/12
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;黃海波

本發明公開了一種內燃機兩級渦輪負荷動態控制裝置，所述內燃機具有高壓級渦輪和低壓級渦輪，包括：動態壓力傳感器，設置于高壓級渦輪的進口，用于檢測高壓級渦輪進口瞬時壓力值；節流器，設置于低壓級渦輪轉子進口，其開度可進行動態控制；執行器，用于接收電子控制單元的控制信號，并對節流器的開度進行控制調節；電子控制單元，用于接收動態壓力傳感器返回的信號，并向執行器發出控制信號。本發明還公開了一種內燃機兩級渦輪負荷動態控制方法。本發明可根據內燃機脈沖壓力值動態調整兩級渦輪負荷，從而提高兩級渦輪總體性能，同時兩級渦輪在脈沖周期內的平均負荷基本保持不變，對發動機的背壓沒有影響，從而不需要重新設計匹配兩級渦輪。

技術領域

本發明涉及內燃機與葉輪機械技術領域，尤其涉及到一種內燃機廢氣渦輪增壓技術領域，具體為一種內燃機兩級渦輪負荷動態控制裝置及方法。

背景技術

渦輪增壓技術是應用于車用內燃機的一種成熟技術，為了滿足日益嚴格的排放和油耗法規，汽車內燃機向著兩級渦輪增壓和渦輪復合等方向發展，在兩級渦輪增壓和渦輪復合內燃機中，均存在兩級渦輪。內燃機廢氣依次流經高、低壓兩級渦輪，并膨脹做功，實現廢氣能量的回收利用。

目前，兩級渦輪的負荷調節主要是根據發動機的工況進行調節，也就是根據發動機的負荷和轉速來調節兩級渦輪的負荷分配，調節的具體手段是通過增加廢氣旁通閥或者采用可變幾何渦輪技術，這兩種技術都是渦輪增壓領域成熟使用的技術。通過舉一個例子可以更加明確傳統兩級渦輪負荷的條件方法和手段，如在串聯的高低壓兩級渦輪中，高、低壓渦輪均采用廢氣旁通渦輪。在發動機低轉速工況，高壓級旁通閥關閉，低壓級渦輪旁通閥開啟，這時候廢氣主要在高壓級渦輪中膨脹，因此高壓級渦輪負荷大而低壓級渦輪負荷小；在內燃機高轉速工況時，由于廢氣流量大，這時候要打開高壓級旁通閥，減小高壓級渦輪的負荷以避免超速，而低壓級渦輪的旁通閥要關閉，提高低壓級渦輪的做功能力。對于采用可變幾何渦輪技術的兩級渦輪系統而言，噴嘴環的開度可根據發動機的工況進行調節，從而使兩級渦輪的負荷分配隨發動機工況而變化。

廢氣旁通技術或者可變幾何渦輪技術的共同特征都是根據內燃機工況進行調節，當內燃機工況固定時，廢氣旁通閥的開啟狀態或者可變幾何渦輪的開度保持不變。

然而，盡管內燃機處于固定工況，內燃機排氣是周期性波動的，因此兩級渦輪的負荷實際上是周期性變化的，脈沖排氣導致兩級渦輪內部流動是非定常的，使總體性能較定常來流時下降，而傳統的控制方法不能針對排氣脈沖的特征進行動態調節。

發明內容

針對上述技術問題，本發明旨在提供一種可以根據內燃機脈沖排氣特征來動態調節兩級渦輪負荷的方法和裝置，采用該方法和裝置后，可以使兩級渦輪的負荷在一個脈沖周期內進行調節，使渦輪系統工作于一個更高效的區域，進而提高兩級渦輪系統的排氣能量利用率。

本發明采用如下技術方案實現：

一種內燃機兩級渦輪負荷動態控制裝置，所述內燃機為兩級渦輪增壓內燃機或渦輪復合內燃機，具有高壓級渦輪和低壓級渦輪，包括：

動態壓力傳感器，設置于高壓級渦輪的進口，用于檢測高壓級渦輪進口瞬時壓力值；

節流器，設置于低壓級渦輪轉子進口，其開度(即等效流動截面積)可進行動態控制；

執行器，用于接收電子控制單元的控制信號，并對節流器的開度進行控制調節；

電子控制單元，用于接收動態壓力傳感器返回的信號，并向執行器發出控制信號。

一種基于所述裝置的內燃機兩級渦輪負荷動態控制方法，包括步驟：

步驟1、在第m個排氣脈沖周期內，動態壓力傳感器以一定的采樣頻率獲得該脈沖周期T內的瞬時壓力值p(t)；

步驟2、通過計算獲得第m個脈沖周期內的平均壓力然后計算隨時間t變化的系數