发动机及其增压系统

文档序号:888886 发布日期:2021-03-23 浏览:24次 >En<

阅读说明:本技术 发动机及其增压系统 (Engine and supercharging system thereof ) 是由 陈栋栋 彭丽娟 杜星新 张萍 王新校 于 2020-12-01 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种发动机及其增压系统,其中,发动机的增压系统包括进气管道、排气管道、旁通管道和旁通阀。进气管道连接压气机和发动机本体,排气管道连接发动机本体和涡轮机。旁通管道进气端与进气管道连接,出气端与排气管道连接。旁通阀设置在旁通管道上,且控制旁通管道通气量。本申请通过在合适的工况下根据需求适当打开某一开度,让增压后的进气在压差作用下旁通到排气侧,旁通后将使得排气流量及能量增加,这将使得涡轮机输出功率增加,由于发动机喘振余量增加、空燃比增加,发动机便可增加喷油量从而获取到更高的扭矩输出,且不会造成增压器喘振的问题,进而增压器的可靠性提高。(The invention discloses an engine and a supercharging system thereof, wherein the supercharging system of the engine comprises an air inlet pipeline, an exhaust pipeline, a bypass pipeline and a bypass valve. The air inlet pipeline is connected with the air compressor and the engine body, and the air outlet pipeline is connected with the engine body and the turbine. The inlet end of the bypass pipeline is connected with the inlet pipeline, and the outlet end of the bypass pipeline is connected with the exhaust pipeline. The bypass valve is arranged on the bypass pipeline and controls the ventilation volume of the bypass pipeline. This application is through properly opening a certain aperture according to the demand under suitable operating mode, lets the air intake after the pressure boost bypass to the exhaust side under the pressure differential effect, will make behind the bypass exhaust flow and energy increase, this will make turbine output increase, because engine surge allowance increases, air-fuel ratio increases, thereby the engine alright increase oil spout volume acquires higher torque output, and can not cause the problem of booster surge, and then the reliability of booster improves.)

发动机及其增压系统

技术领域

本发明涉及发动机技术领域,特别涉及一种发动机的增压系统。本发明还涉及一种包括上述增压系统的发动机。

背景技术

进气旁通技术是通过在增压器的压气机进气下游到涡轮机排气上游连接一个旁通管,并增加相应的加热装置、电控阀门,达到从进气旁通到排气并进行加热的目的。

然而对旁通的进气进行加热,目的在于给涡轮机提供更多的能量,但实际应用过程中,很多工况会造成涡轮机过热的问题,这对于增压器的可靠性非常不利,进而导致增压器的可靠性降低。

因此,如何提高增压器的可靠性,是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机的增压系统,以提高增压器的可靠性。本发明的另一目的是提供一种包括上述增压系统的发动机。

为实现上述目的,本发明提供一种发动机的增压系统,包括:

连接压气机和发动机本体的进气管道;

连接发动机本体和涡轮机的排气管道;

进气端与所述进气管道连接,出气端与所述排气管道连接的旁通管道;

设置在所述旁通管道上,且控制所述旁通管道通气量的旁通阀。

优选地,所述旁通管道用于向所述排气管道输送经过中冷器气体。

优选地,所述中冷器包括设置在所述进气管道上的主中冷器及安装在所述旁通管道上的旁通中冷器,所述旁通管道的进气口位于所述主中冷器的上游。

优选地,所述旁通中冷器位于所述旁通阀的上游。

优选地,还包括用于启闭所述旁通中冷器的开关阀。

优选地,所述中冷器位于所述进气管道上,且所述旁通管道的进气口位于所述中冷器的下游。

优选地,还包括控制所述旁通阀启闭的控制器。

优选地,所述旁通阀包括为气动阀,还包括连接所述旁通阀和所述控制器的电气调压阀。

优选地,当发动机转速和/或喷油量超过预设值时,所述控制器控制所述旁通阀打开预设角度。

优选地,当排气平均温度与增压后温度的温差与目标温差存在差值时,所述控制器通过PI算法调节所述旁通阀的开度,直至实际温差等于目标温差,完成闭环控制。

一种发动机,包括增压系统,所述增压系统为上述任一项所述的增压系统。

在上述技术方案中,本发明提供的发动机的增压系统包括进气管道、排气管道、旁通管道和旁通阀。进气管道连接压气机和发动机本体,排气管道连接发动机本体和涡轮机。旁通管道进气端与进气管道连接,出气端与排气管道连接。旁通阀设置在旁通管道上,且控制旁通管道通气量。

通过上述描述可知,在本申请提供的发动机的增压系统中,通过在合适的工况下根据需求适当打开某一开度,让增压后的进气在压差作用下旁通到排气侧,旁通后将使得排气流量及能量增加,这将使得涡轮机输出功率增加,由于压气机消耗的功率就是涡轮机输出的功率(去掉机械损失后),也就是说此时压气机功率相应增加,将使得进气流量增大,即发动机在压气机特性曲线上的工况落点向着进气流量更大的远离喘振的方向移动,由于此时发动机喘振余量增加、空燃比增加,发动机便可增加喷油量从而获取到更高的扭矩输出,且不会造成增压器喘振的问题,进而增压器的可靠性提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的增压系统的结构示意图;

图2为本发明实施例所提供的另一种增压系统的结构示意图;

其中图1-2中:1、发动机本体;2、主中冷器;3、旁通中冷器;4、增压器;4-1、压气机;4-2、涡轮机;5、旁通阀;6、电气调压阀;7、进气管道;8、排气管道;9、控制器。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种发动机的增压系统,以提高增压器的可靠性。本发明的另一核心是提供一种包括上述增压系统的发动机。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2。

在一种具体实施方式中,本发明具体实施例提供的发动机的增压系统包括进气管道7、排气管道8、旁通管道和旁通阀5。其中,该增压系统可用于柴油发动机中。进气管道7连接压气机4-1和发动机本体1,排气管道8连接发动机本体和涡轮机4-2。旁通管道进气端与进气管道7连接,出气端与排气管道8连接。旁通阀5设置在旁通管道上,且控制旁通管道通气量,其中,旁通阀5具体可以为电磁阀。

为了避免气体回流,旁通管道上设有单向阀,使得位于旁通管道内的气体尽可流向排气管道8。

发动机在具体工作时,可以根据当发动机平均有效压力小于预设值或者进气管道7内气压高于排气管道8气压预设值时旁通阀5打开预设角度。其中旁通阀5打开的角度根据实际发动机工作需求而定,本申请不做具体限定。

通过上述描述可知,在本申请具体实施例所提供的发动机的增压系统中,通过在合适的工况下根据需求旁通阀5适当打开某一开度,让增压后的进气在压差作用下旁通到排气管道8,旁通后将使得排气流量及能量增加,这将使得涡轮机4-2输出功率增加,由于压气机4-1消耗的功率就是涡轮机4-2输出的功率(去掉机械损失后),即此时压气机4-1功率相应增加,将使得进气流量增大,即发动机在压气机4-1特性曲线上的工况落点向着进气流量更大的远离喘振的方向移动,由于此时发动机喘振余量增加、空燃比增加,发动机便可增加喷油量从而获取到更高的扭矩输出,能够有效提升发动机低速大扭矩,且不会造成增压器4喘振的问题,进而增压器4的可靠性提高。

为了进一步提高发动机排气系统可靠性,优选,旁通管道用于向排气管道8输送经过中冷器气体。过旁通温度可控的新鲜空气还能够适当降低排温,进而达到提升排气系统可靠性的目的。

在一种具体实施方式中,中冷器包括设置在进气管道7上的主中冷器2及安装在旁通管道上的旁通中冷器3,旁通管道的进气口位于主中冷器2的上游。

具体的,旁通中冷器3位于旁通阀5的上游。

进一步,该增压系统还包括用于启闭旁通中冷器3的开关阀。从增压器4的压气机4-1进气下游旁通到涡轮机4-2排气上游。其中旁通中冷器3的目的在于对旁通的气体进行冷却降温,这样有利于适当降低流入涡轮机4-2的总排气的温度,确保涡轮机4-2不过热。通过设置开关阀,旁通中冷器3可以根据实际情况选择启用或者关闭。

在另一种实施方式中,中冷器位于进气管道7上,且旁通管道的进气口位于中冷器的下游。如下所示,这种布置方式省掉了旁通管道上单独设置中冷器的情况,更容易布置,经济性更优。

为了实现自动控制,优选,该增压系统还包括控制旁通阀5启闭的控制器9。

具体的,旁通阀5包括为气动阀,还包括连接旁通阀5和控制器9的电气调压阀6,控制器9驱动电气调压阀6,进而控制旁通阀5的开度。

具体的,当发动机转速或喷油量超过预设值时,控制器9控制旁通阀5打开预设角度。当然,控制器9控制旁通阀5打开时可以根据发动机转速和喷油量超过预设值同时满足对应预设值。

进一步,当排气平均温度与增压后温度的温差与目标温差存在差值时,控制器9通过PI算法调节旁通阀5的开度,直至实际温差等于目标温差,即完成闭环控制。

本申请提出开环以及基于温差闭环的ECU软件控制策略,以发动机运行的工况(转速、喷油量)进行开环(前馈)控制,以运行过程中的温差(涡前温度与增压后的温度差值)进行闭环控制,当发动机运行到需要进气旁通的工况时,首先以开环开度打开旁通阀5,同时以温差为目标进行PI闭环控制,直至温差达到目标值得到相应的旁通阀5最终开度。

以某工况(A100)为例,当旁通阀5全关时,此时平均有效压力为2.9MPa,增压后压力为200kPa,排气平均压力为100kPa,增压后温度为165℃,排气平均温度为550℃,进气流量为1700kg/h;当给定旁通阀5中15%开度并重新标定喷油量后,此时平均有效压力为4.3MPa,增压后压力为300kPa,排气平均压力为200kPa,增压后温度为230℃,排气平均温度为830℃,进气流量为2300kg/h;若此时的喘振余量、平均有效压力均满足设计要求,则对应的旁通阀5开度15%即为开环控制的最终定型结果。

闭环控制条件及具体步骤:仍以某工况(A100)为例,如上参数所示,旁通阀5从关闭到开15%并标定喷油量,温差由385℃(550减165)变为600℃(830减230),将以此温差作为闭环目标,以开环开度作为前馈,当实际温差与目标温差出现偏差,将通过PI算法调节旁通阀5的开度,直至实际温差等于目标温差,完成闭环控制,闭环控制的目标主要是解决开环控制可能存在的一致性较差的问题。闭环控制的过程中将开环开度作为前馈,将使得一致性控制更合理。

其中,在发动机具体工作过程中,旁通阀5的最终开度并不局限于15%,而是根据发动机具体需求而定。

本申请提供的一种发动机,包括增压系统,其中增压系统为上述任一种增压系统。前文叙述了关于增压系统的具体结构,本申请包括上述增压系统,同样具有上述技术效果。

具体的,该发动机可以为柴油发动机。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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