專利名稱：帶有脈沖調寬閥的渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)及控制增壓壓力的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及汽油發(fā)動機渦輪增壓器技術領域，特別是一種帶有脈沖調寬閥的渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)及采用脈沖調寬閥控制進入執(zhí)行器增壓壓力的方法。
背景技術：
根據汽車行業(yè)數據統(tǒng)計，歐洲汽油發(fā)動機渦輪增壓技術市場份額從2004年開始逐年穩(wěn)步增長。2004年渦輪增壓汽油發(fā)動機的市場份額只有10 %，經過短短4年時間，2008 年渦輪增壓汽油發(fā)動機的市場份額已經猛增至21%，預計到2011年將增加到30%。這表明渦輪增壓汽油發(fā)動機在市場上已經逐漸替代自然吸氣式汽油發(fā)動機，成為發(fā)動機技術發(fā)
展的主流。傳統(tǒng)的渦輪增壓汽油發(fā)動機是將渦輪增壓器追加在現有汽油發(fā)動機上，以提高輸出功率，為了提高汽油發(fā)動機低速性能和加速性，防止渦輪增壓器的運轉超速，渦輪增壓器采用了廢氣旁通技術。傳統(tǒng)的采用廢氣旁通技術的渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)如附圖1所示，整個系統(tǒng)包括渦輪增壓器壓氣機進氣管1、空氣濾清器2、渦輪增壓器壓氣機出氣管3、中冷器4、節(jié)氣門 5、發(fā)動機進氣歧管6、發(fā)動機燃燒室7、發(fā)動機排氣歧管8、放氣閥門9、發(fā)動機排氣總管10、 增壓器渦輪箱11、渦輪轉子13和執(zhí)行器14。在渦輪廢氣進口處設有一個廢氣旁通孔12，放氣閥門9安裝在廢氣旁通孔12處，控制廢氣旁通孔12的廢氣流量。執(zhí)行器14的進氣口與渦輪增壓器壓氣機出氣管3相聯，放氣閥門9的開啟、關閉由執(zhí)行器14控制。執(zhí)行器14是正壓控制，執(zhí)行器14預緊力施加反向力控制執(zhí)行器推桿關閉放氣閥門9，進入執(zhí)行器14的增壓壓力和排氣背壓施加正向力共同作用執(zhí)行器14推桿開啟放氣閥門9。但在實際工作中，執(zhí)行器14的預緊力是一個定值且大于排氣背壓，放氣閥門9的開啟、關閉主要受渦輪增壓器壓氣機出氣管增壓壓力的控制。當渦輪增壓器壓氣機出氣管增壓壓力超過一個壓力值時，即當執(zhí)行器14所受的正向力大于反向力時，執(zhí)行器14推桿正向移動開啟放氣閥門9，發(fā)動機部分廢氣不通過增壓器渦輪轉子13而直接排入大氣，使進入渦輪轉子的廢氣能量減少，渦輪增壓器轉速下降，從而使壓氣機出口增壓壓力P。得到控制。當渦輪增壓器壓氣機出氣管增壓壓力低于一個壓力值時，即執(zhí)行器14所受的正向力小于反向力時，執(zhí)行器14推桿反向移動關閉放氣閥門9，發(fā)動機廢氣全部通過增壓器渦輪，推動渦輪轉子13做功。廢氣旁通技術的特點是放氣閥門9的開啟、關閉是根據渦輪增壓器壓氣機出氣管增壓壓力的大小進行控制的，執(zhí)行器13內部為彈性控制結構，造成執(zhí)行器13的控制方式近似為線性控制方式，執(zhí)行器推桿的行程隨增壓壓力加大而增加。采用廢氣旁通技術的優(yōu)點是發(fā)動機在低速和大扭矩工況時放氣閥門關閉，充分利用廢氣能量提高渦輪增壓器的轉速，保證發(fā)動機所需的空氣量和壓比；發(fā)動機在高轉速、額定工況時放氣閥門開啟旁通部分廢氣能量，保證渦輪增壓器不超速。柴油機是壓燃式，壓縮比比汽油發(fā)動機高，發(fā)動機轉速在700rpm 3500 rpm，使用廢氣旁通技術保證了渦輪增壓器與發(fā)動機的良好匹配。汽油發(fā)動機是點燃式，壓縮比在8 12左右；汽油發(fā)動機的轉速在700rpm 6500 rpm，空氣流量變化范圍大，汽油發(fā)動機增壓后由于進氣壓力和溫度都升高，這使得壓縮終了時溫度升高，使爆震傾向加劇。汽油發(fā)動機采用渦輪增壓引起爆震的諸因素中，增壓壓力的影響最大，因此，必須對增壓壓力進行控制?，F階段，最高壓比控制在1. 8 2. 0范圍可有效的抑制爆震。汽油發(fā)動機渦輪增壓后，直接采用廢氣旁通技術對增壓壓力進行控制出現的主要問題如下
1、采用廢氣旁通技術對增壓壓力的控制近似為線性控制方式，增壓壓力隨發(fā)動機從低速點、扭矩點、額定點的工況逐步升高。汽油發(fā)動機為防止增壓壓力過高引起爆震，最高壓比控制在1. 8 2. 0范圍，現有執(zhí)行器的預緊力偏低，不能將最高壓比嚴格控制在1. 8 2. 0范圍。
2、在標定中扭矩點部分工況的增壓壓力會與額定點增壓壓力接近，甚至比額定點增壓壓力高，廢氣旁通技術不能根據發(fā)動機設計點對渦輪增壓壓力進行柔性控制，不能滿足整個工況點的扭矩需求，只能降低發(fā)動機動力性、經濟性指標，影響渦輪增壓技術在汽油發(fā)動機上的推廣。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有技術的上述不足而提供一種帶有脈沖調寬閥的渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)及采用脈沖調寬閥控制進入執(zhí)行器增壓壓力的方法。本發(fā)明的技術方案是一種帶有脈沖調寬閥的渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)，它包括渦輪增壓器壓氣機進氣管、空氣濾清器、渦輪增壓器壓氣機出氣管、中冷器、節(jié)氣門、發(fā)動機進氣歧管、發(fā)動機燃燒室、發(fā)動機排氣歧管、放氣閥門、發(fā)動機排氣總管、增壓器渦輪箱、渦輪轉子、執(zhí)行器和發(fā)動機ECU。在渦輪廢氣進口處設有一個廢氣旁通孔，放氣閥門安裝在廢氣旁通孔處，控制廢氣旁通孔的廢氣流量。執(zhí)行器的進氣口與渦輪增壓器壓氣機出氣管相聯，放氣閥門的開啟、關閉由執(zhí)行器控制。本發(fā)明的發(fā)明點是在傳統(tǒng)的采用廢氣旁通技術的渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)中增加一個兩位三通的脈沖調寬閥，增加的兩位三通脈沖調寬閥有a、b、c三個氣路接口和一個電信號接口 d，a端氣路接口與渦輪增壓器壓氣機出氣管聯通，b端氣路接口與執(zhí)行器進氣口聯通，c端氣路接口與渦輪增壓器壓氣機進氣管聯通，電信號接口 d與發(fā)動機ECU信號輸出端相聯，發(fā)動機ECU通過數據線與中冷壓力傳感器、中冷溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機轉速傳感器、發(fā)動機排氣溫度傳感器、發(fā)動機排氣總管氧含量傳感器相聯。本發(fā)明還提供了一種采用脈沖調寬閥控制進入執(zhí)行器增壓壓力的方法，其控制方法如下
發(fā)動機ECU通過接收中冷壓力傳感器、中冷溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機轉速傳感器、發(fā)動機排氣溫度傳感器、發(fā)動機排氣總管氧含量傳感器的檢測信號，再發(fā)送占空比信號到脈沖調寬閥，控制進入執(zhí)行器的增壓壓力，達到廢氣旁通量的可調，控制渦輪增壓器的轉速，最終達到增壓壓力可根據發(fā)動機具體工況的需求進行柔性調整，避免因增壓壓力過高引起發(fā)動機爆震，提高汽油發(fā)動機的動力性能和經濟性能。當脈沖調寬閥占空比信號為0%時，脈沖調寬閥的c端堵塞，a端與b端聯通，a端輸入壓力為79kPa，渦輪增壓器壓氣機出氣管的增壓壓力是通過a端從b端進入執(zhí)行器，推動執(zhí)行器推桿行程最大，此時，放氣閥門開度最大，旁通廢氣量較大。當脈沖調寬閥占空比信號為100%時，脈沖調寬閥的a端堵塞，渦輪增壓器壓氣機出氣管的增壓壓力不能進入b端，b端與c端聯通，執(zhí)行器內原有的增壓壓力通過b端和端 c泄出，執(zhí)行器推桿回位，此時，放氣閥門關閉，廢氣不旁通。當脈沖調寬閥占空比信號為中間值時，與脈沖調寬閥的a端相聯的渦輪增壓器壓氣機出氣管的增壓壓力按比例分配到b端進入執(zhí)行器，推動執(zhí)行器推桿移動，此時，放氣閥門開度適中，旁通部分廢氣。本發(fā)明提供的采用脈沖調寬閥控制進入執(zhí)行器增壓壓力的方法還包括對基本增壓壓力的標定、發(fā)動機性能的標定和發(fā)動機工況點的標定，其具體操作步驟如下
A、基本增壓壓力標定做發(fā)動機外特性試驗，確定發(fā)動機在各工況點的初始增壓壓力。 將脈沖調寬閥占空比信號設定為0%時，脈沖調寬閥的c端堵塞，a端與b端聯通，渦輪增壓器壓氣機出氣管的增壓壓力可直接從a端通過b端進入執(zhí)行器，使增壓壓力最低，增壓器和發(fā)動機處于較為安全的運行狀態(tài)。B、發(fā)動機性能標定在發(fā)動機各工況點逐點標定每個工況點的脈沖調寬閥占空比值，發(fā)動機ECU依據增壓壓力值、壓縮氣體溫度、節(jié)氣門工作位置、發(fā)動機轉速、發(fā)動機歧管排氣溫度、發(fā)動機排氣總管氧含量參數通過控制模型計算得到對脈沖調寬閥進行控制的占空比信號MAP圖。C、發(fā)動機工況點的標定通過調整脈沖調寬閥占空比信號MAP圖的標定，得到設計所需的增壓壓力，實現增壓壓力的大小根據各工況需求進行柔性調整，最高壓比控制在 1. 8 2. 0范圍，避免因增壓壓力過高引起發(fā)動機爆震，提高汽油發(fā)動機的動力性能和經濟性能。本發(fā)明與現有技術相比具有如下特點
本發(fā)明提供的一種帶有脈沖調寬閥的渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)及通過脈沖調寬閥控制進入執(zhí)行器增壓壓力的方法克服了上述現有技術存在的問題，在傳統(tǒng)的采用廢氣旁通技術的渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)中增加一個兩位三通的脈沖調寬閥，并根據發(fā)動機ECU的標定數據得到非線性的占空比信號，再用占空比信號控制脈沖調寬閥，由脈沖調寬閥控制進入執(zhí)行器的增壓壓力，使得放氣閥門的開度可根據工況點的實際需求進行調節(jié)，從而控制渦輪增壓器的轉速，得到所需的增壓壓力，以達到渦輪增壓器與發(fā)動機的良好匹配，滿足了汽油發(fā)動機的動力性能和經濟性能。以下結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步描述。


附圖1為傳統(tǒng)的采用廢氣旁通技術的渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)示意圖，附圖中的空心箭頭表示排氣背壓，實心箭頭表示增壓壓力；
附圖2為本實用新型提供的帶有脈沖調寬閥的渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)示意圖，附圖
6中的空心箭頭表示排氣背壓，實心箭頭表示增壓壓力；
附圖3為不同占空比條件下，脈沖調寬閥b端輸出壓力(執(zhí)行器控制壓力)曲線圖，附圖中縱向為脈沖調寬閥b端輸出的壓力，橫向為占空比；
附圖4為兩位三通脈沖調寬閥結構示意圖，附圖中a、b、c為兩位三通脈沖調寬閥的三個氣路接口，d為兩位三通脈沖調寬閥電信號接口。
具體實施例方式一種帶有脈沖調寬閥的渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)，它包括渦輪增壓器壓氣機進氣管1、空氣濾清器2、渦輪增壓器壓氣機出氣管3、中冷器4、節(jié)氣門5、發(fā)動機進氣歧管6、發(fā)動機燃燒室7、發(fā)動機排氣歧管8、放氣閥門9、發(fā)動機排氣總管10、增壓器渦輪箱11、渦輪轉子13、執(zhí)行器14和發(fā)動機ECU16。在渦輪廢氣進口處設有一個廢氣旁通孔12，放氣閥門 9安裝在廢氣旁通孔12處，控制廢氣旁通孔12的廢氣流量。執(zhí)行器14的進氣口與渦輪增壓器壓氣機出氣管3相聯，放氣閥門9的開啟、關閉由執(zhí)行器14控制。在渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)中增加一個兩位三通的脈沖調寬閥15，增加的兩位三通脈沖調寬閥15有a、b、c三個氣路接口和一個電信號接口 d，a端氣路接口與渦輪增壓器壓氣機出氣管3聯通，b端氣路接口與執(zhí)行器進氣口聯通，c端氣路接口與渦輪增壓器壓氣機進氣管1聯通，電信號接口 d與發(fā)動機ECU16信號輸出端相聯。發(fā)動機ECU16通過數據線與中冷壓力傳感器、中冷溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機轉速傳感器、發(fā)動機排氣溫度傳感器、發(fā)動機排氣總管氧含量傳感器相聯。采用脈沖調寬閥控制進入執(zhí)行器增壓壓力的方法如下
發(fā)動機ECU16通過接收中冷壓力傳感器、中冷溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機轉速傳感器、發(fā)動機排氣溫度傳感器、發(fā)動機排氣總管氧含量傳感器的檢測信號17，再發(fā)送占空比信號到脈沖調寬閥15，控制進入執(zhí)行器14的增壓壓力，達到廢氣旁通量的可調，控制渦輪增壓器的轉速，最終達到增壓壓力可根據發(fā)動機具體工況的需求進行柔性調整，避免因增壓壓力過高引起發(fā)動機爆震，提高汽油發(fā)動機的動力性能和經濟性能。當脈沖調寬閥15占空比信號為0%時，脈沖調寬閥15的c端堵塞，a端與b端聯通，a端輸入壓力為79kPa，渦輪增壓器壓氣機出氣管3的增壓壓力是通過a端從b端進入執(zhí)行器14，推動執(zhí)行器推桿行程最大，此時，放氣閥門9開度最大，旁通廢氣量較大。當脈沖調寬閥15占空比信號為100%時，脈沖調寬閥15的a端堵塞，渦輪增壓器壓氣機出氣管3的增壓壓力不能進入b端，b端與c端聯通，執(zhí)行器14內原有的增壓壓力通過b端和端c泄出，執(zhí)行器推桿回位，此時，放氣閥門9關閉，廢氣不旁通。當脈沖調寬閥15占空比信號為中間值時，與脈沖調寬閥15的a端相聯的渦輪增壓器壓氣機出氣管3的增壓壓力按比例分配到b端進入執(zhí)行器14，推動執(zhí)行器推桿移動，此時，放氣閥門9開度適中，旁通部分廢氣。本實施例提供的控制汽油發(fā)動機渦輪增壓器增壓壓力的方法還包括對基本增壓壓力的標定、發(fā)動機性能的標定和發(fā)動機工況點的標定，其具體操作步驟如下
A、基本增壓壓力標定做發(fā)動機外特性試驗，確定發(fā)動機在各工況點的初始增壓壓力。 將脈沖調寬閥15占空比信號設定為0%時，脈沖調寬閥15的c端堵塞，a端與b端聯通，渦輪增壓器壓氣機出氣管3的增壓壓力可直接從a端通過b端進入執(zhí)行器14，使增壓壓力最低，增壓器和發(fā)動機處于較為安全的運行狀態(tài)。B、發(fā)動機性能標定在發(fā)動機各工況點逐點標定每個工況點的脈沖調寬閥15占空比值，發(fā)動機ECU16依據增壓壓力值、壓縮氣體溫度、節(jié)氣門工作位置、發(fā)動機轉速、發(fā)動機歧管排氣溫度、發(fā)動機排氣總管氧含量參數通過控制模型計算得到對脈沖調寬閥15進行控制的占空比信號MAP圖。C、發(fā)動機工況點的標定通過調整脈沖調寬閥15占空比信號MAP圖的標定，得到設計所需的增壓壓力，實現增壓壓力的大小根據各工況需求進行柔性調整，最高壓比控制在1. 8 2. 0范圍，避免因增壓壓力過高引起發(fā)動機爆震，提高汽油發(fā)動機的動力性能和經濟性能。
權利要求
1.一種帶有脈沖調寬閥的渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)，它包括渦輪增壓器壓氣機進氣管、空氣濾清器、渦輪增壓器壓氣機出氣管、中冷器、節(jié)氣門、發(fā)動機進氣歧管、發(fā)動機燃燒室、發(fā)動機排氣歧管、放氣閥門、發(fā)動機排氣總管、增壓器渦輪箱、渦輪轉子、執(zhí)行器和發(fā)動機ECU，在渦輪廢氣進口處設有一個廢氣旁通孔，放氣閥門安裝在廢氣旁通孔處，控制廢氣旁通孔的廢氣流量，執(zhí)行器的進氣口與渦輪增壓器壓氣機出氣管相聯，放氣閥門的開啟、 關閉由執(zhí)行器控制；其特征是渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)中增加一個兩位三通的脈沖調寬閥，增加的兩位三通脈沖調寬閥有a、b、c三個氣路接口和一個電信號接口 d，a端氣路接口與渦輪增壓器壓氣機出氣管聯通，b端氣路接口與執(zhí)行器進氣口聯通，c端氣路接口與渦輪增壓器壓氣機進氣管聯通，電信號接口 d與發(fā)動機ECU信號輸出端相聯，ECU通過數據線與中冷壓力傳感器、中冷溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機轉速傳感器、發(fā)動機排氣溫度傳感器、發(fā)動機排氣總管氧含量傳感器相聯。
2.一種采用脈沖調寬閥控制進入執(zhí)行器增壓壓力的方法，其特征是ECU通過接收中冷壓力傳感器、中冷溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機轉速傳感器、發(fā)動機排氣溫度傳感器、發(fā)動機排氣總管氧含量傳感器的檢測信號，再發(fā)送占空比信號到脈沖調寬閥，控制進入執(zhí)行器的增壓壓力，達到廢氣旁通量的可調，控制渦輪增壓器的轉速，最終達到增壓壓力可根據發(fā)動機具體工況的需求進行柔性調整，避免因增壓壓力過高引起發(fā)動機爆震，提高汽油發(fā)動機的動力性能和經濟性能；當脈沖調寬閥占空比信號為0%時，脈沖調寬閥的c端堵塞，a端與b端聯通，a端輸入壓力為79kPa，渦輪增壓器壓氣機出氣管的增壓壓力是通過a端從b端進入執(zhí)行器，推動執(zhí)行器推桿行程最大，此時，放氣閥門開度最大，旁通廢氣量較大；當脈沖調寬閥占空比信號為100%時，脈沖調寬閥的a端堵塞，渦輪增壓器壓氣機出氣管的增壓壓力不能進入b端，b端與c端聯通，執(zhí)行器內原有的增壓壓力通過b端和端c泄出，執(zhí)行器推桿回位，此時，放氣閥門關閉，廢氣不旁通；當脈沖調寬閥占空比信號為中間值時，與脈沖調寬閥的a端相聯的渦輪增壓器壓氣機出氣管的增壓壓力按比例分配到b端進入執(zhí)行器，推動執(zhí)行器推桿移動，此時，放氣閥門開度適中，旁通部分廢氣。
3.根據權利要求2所述的一種采用脈沖調寬閥控制進入執(zhí)行器增壓壓力的方法，其特征是它包括對基本增壓壓力的標定、發(fā)動機性能的標定和發(fā)動機工況點的標定，其具體操作步驟如下A、基本增壓壓力標定做發(fā)動機外特性試驗，確定發(fā)動機在各工況點的初始增壓壓力， 將脈沖調寬閥占空比信號設定為0%時，脈沖調寬閥的c端堵塞，a端與b端聯通，渦輪增壓器壓氣機出氣管的增壓壓力可直接從a端通過b端進入執(zhí)行器，使增壓壓力最低，增壓器和發(fā)動機處于較為安全的運行狀態(tài)；B、發(fā)動機性能標定在發(fā)動機各工況點逐點標定每個工況點的脈沖調寬閥占空比值， ECU依據增壓壓力值、壓縮氣體溫度、節(jié)氣門工作位置、發(fā)動機轉速、發(fā)動機歧管排氣溫度、 發(fā)動機排氣總管氧含量參數通過控制模型計算得到對脈沖調寬閥進行控制的占空比信號 MAP 圖；C、發(fā)動機工況點的標定通過調整脈沖調寬閥占空比信號MAP圖的標定，得到設計所需的增壓壓力，實現增壓壓力的大小根據各工況需求進行柔性調整，最高壓比控制在·1. 8 2. 0范圍，避免因增壓壓力過高引起發(fā)動機爆震，提高汽油發(fā)動機的動力性能和經濟性能。
全文摘要
一種帶有脈沖調寬閥的渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)及控制增壓壓力的方法，它是通過在渦輪增壓汽油發(fā)動機系統(tǒng)中增加一個脈沖調寬閥來控制進入執(zhí)行器的增壓壓力，增加的脈沖調寬閥有a、b、c三個氣路接口和一個電信號接口d，a端氣路接口與渦輪增壓器壓氣機出氣管聯通，b端氣路接口與執(zhí)行器進氣口聯通，c端氣路接口與渦輪增壓器壓氣機進氣管聯通，電信號接口d與發(fā)動機ECU信號輸出端相聯。發(fā)動機ECU通過接收中冷壓力傳感器、中冷溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機轉速傳感器、發(fā)動機排氣溫度傳感器、發(fā)動機排氣總管氧含量傳感器的檢測信號，再發(fā)送占空比信號到脈沖調寬閥，控制進入執(zhí)行器的增壓壓力，達到調節(jié)廢氣旁通量的目的。
文檔編號F02D23/00GK102278194SQ201110188938
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權日2011年7月7日
發(fā)明者周崢, 張愛明, 李文軍, 胡遼平 申請人:湖南天雁機械有限責任公司