用于涡轮增压系统的尾气利用装置及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于涡轮增压系统的尾气利用装置及其控制方法，尾气利用装置包括涡壳、涡轮、尾气进口管，其特征在于：设有有尾气流量调节机构，所述尾气流量调节机构包括具有外壁和弹性内壁的调节管，调节管弹性内壁内形成的管道一端连通尾气进口管，另一端连通涡壳，外壁和弹性内壁间构成调节腔，与所述调节腔连通设有活塞腔，活塞腔内设有活塞，所述调节腔内和调节腔至活塞之间填充有液体，与所述活塞连接设有活塞双向运动驱动机构。通过调节腔中的液体，改变调节管内壁管径，实现尾气利用控制。本发明尾气流动损失小；可以连续控制，涡轮与发动机匹配更优秀。
【专利说明】用于涡轮增压系统的尾气利用装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涡轮增压系统，具体涉及一种用于涡轮增压系统的尾气利用装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]发动机的涡轮增压系统的主要作用是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩。其中的一种形式是，利用发动机排出尾气的惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压缩由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，尾气排出速度与祸轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。
[0003]为满足不同工况下发动机的性能和排放要求，现有技术中通常采用双流道式涡轮，连接尾气的两个流道并列布置，在低速模式下，使用一个流道，在高速模式下使用两个流道。这种结构存在以下缺陷:(I)并列布置的两个流道会增大尾气与管道的接触面积，导致流动损失增大；(2)控制模式上只能实现低速和高速两种模式，影响涡轮与发动机匹配性能；(3)采用阀门控制流道通断，由于尾气内含有较多杂质，易导致阀门故障，甚至因此造成发动机损坏。
[0004]中国发明专利申请CN101985897A公开了 一种可变截面复合涡轮装置，在双流道涡轮蜗壳上设有两个气流通道，双流道涡轮蜗壳上设有与气流通道连通的蜗壳出气口和蜗壳进气口，在双流道涡轮蜗壳内设有复合涡轮叶轮，所述复合涡轮叶轮由两个涡轮叶轮复合而成，两个涡轮叶轮与两个气流通道一一对应。在发动机低速时，进气调节阀关闭，所有排气全部进入小流道，在发动机中高转速时，进气调节阀打开，阀门控制机构控制进气调节阀的开度，合理分配进入大小流道的气体流量。该技术方案通过控制进气调节阀的开度，增加涡轮与发动机的匹配性，但是同样不能解决前述(I)、(3)两点问题。
【发明内容】
[0005]本发明的发明目的是提供一种用于涡轮增压系统的尾气利用装置，以增加涡轮与发动机的匹配性能，同时减小流动损失，降低故障发生率；本发明的另一个发明目的是提供这种尾气利用装置的控制方法。
[0006]为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是:一种用于涡轮增压系统的尾气利用装置，包括涡壳、涡轮、尾气进口管，设有有尾气流量调节机构，所述尾气流量调节机构包括具有外壁和弹性内壁的调节管，调节管弹性内壁内形成的管道一端连通尾气进口管，另一端连通涡壳，外壁和弹性内壁间构成调节腔，与所述调节腔连通设有活塞腔，活塞腔内设有活塞，所述调节腔内和调节腔至活塞之间填充有液体，与所述活塞连接设有活塞双向运动驱动机构。
[0007]进一步的技术方案，所述外壁和弹性内壁之间设有弹簧。
[0008]优选地，所述弹簧为拉伸弹簧。[0009]优选的技术方案，所述活塞双向运动驱动机构包括双向转动电机及其控制电路、齿传动系统，所述齿传动系统传动连接双向转动电机的输出轴与活塞杆。
[0010]本发明的用于涡轮增压系统的尾气利用装置的控制方法，包括下列步骤:
(1)获取发动机工况参数，计算要求增压压力理论值；
(2)检测当前增压压力；
(3)如果要求增压压力理论值等于当前增压压力，返回步骤(I);如果要求增压压力理论值大于当前增压压力，活塞双向运动驱动机构控制活塞动作，使调节腔中的液体向活塞腔流动，增大调节管内壁管径；如果要求增压压力理论值小于当前增压压力，活塞双向运动驱动机构控制活塞动作，使活塞腔中的液体向调节腔流动，减小调节管内壁管径；
(4)重复步骤⑵和(3)。
[0011]上述技术方案中，所述发动机工况参数为发动机转速和发动机负荷，调节管内壁管径随发动机转速和发动机负荷的变化进行调整。调节管内壁管径b与发动机转速Ld、发动机负荷Ne的关系可以表达为b=f (Ne，Ld)，通过实验标定可以得到需求的最佳增压压力，做成map图表，如附图4所示。
[0012]通常，从调节管内壁管径与发动机工况的关系可以得到，当发动机转速一定，发动机负荷增加时，增大调节管内壁管径；当发动机转速一定，发动机负荷减小时，减小调节管内壁管径；当发动机负荷一定，发动机转速增大时，增大调节管内壁管径；当发动机负荷一定，发动机转速减小时，减小调节管内壁管径。
[0013]本发明的工作原理是，在要求大进气量时，通过控制液体流动使调节管内壁管径尺寸变大，进气量瞬间增加，尾气利用率增加，涡轮效率提高，在高转速稳定时，进气量相比而言增加，充分地利用尾气使用效率。
[0014]在减速降到低速时，控制液体反向流动使调节管内壁管径尺寸减小，此时可以利用尾气的动能，使涡轮响应提前。
[0015]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
1.本发明只需要设置一个尾气流道，与现有的双流道并列布置结构相比，尾气与管道接触面积小，流动损失减小。
[0016]2.本发明通过设置弹性内壁，并用液压控制内壁的管径，实现了连续实时可控，与现有技术中低速和高速两种模式相比，本发明可以连续控制，涡轮与发动机匹配更优秀。
[0017]3.本发明不需要使用阀门控制，避免了尾气污损阀门导致故障的情况发生。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是实施例中的使用状态示意图；
图3是实施例中的控制流程图；
图4是不同工况的最适增压压力map图表。
[0019]其中:1、涡壳；2、涡轮；3、尾气进口管；4、外壁；5、弹性内壁；6、弹簧；7、调节腔；
8、活塞腔；9、活塞；10、齿传动系统；11、双向转动电机；12、继电器；13、继电器；14、叶轮。
【具体实施方式】[0020]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
实施例一:参见图1和图2所示，一种用于涡轮增压系统的尾气利用装置，包括涡壳1、涡轮2、尾气进口管3，涡轮2与叶轮14同轴设置。设有有尾气流量调节机构，所述尾气流量调节机构包括具有外壁4和弹性内壁5的调节管，所述外壁4和弹性内壁5之间设有弹簧6，调节管弹性内壁5内形成的管道一端连通尾气进口管3，另一端连通涡壳1，外壁和弹性内壁间构成调节腔7，与所述调节腔7连通设有活塞腔8，活塞腔8内设有活塞9，所述调节腔7内和调节腔7至活塞9之间填充有液体，与所述活塞连接设有活塞双向运动驱动机构。
[0021]本实施例中，所述弹簧6为拉伸弹簧，以绕内壁周向均匀布置为宜，用于保证弹性内壁的均匀复位。
[0022]所述活塞双向运动驱动机构包括双向转动电机11及其控制电路、齿传动系统10，所述齿传动系统10传动连接双向转动电机的输出轴与活塞杆。为控制电机的正反转动，本实施例中设置了两个继电器12、13，分别控制电机正转和电机反转。
[0023]本发明的设计构思是，增压压力与管径的大小相关，因此，通过调节管径的大小，可以调整增压压力，并通过检测反馈比较实现控制。
[0024]管径b和增压压力Pt的具体关系推导如下:
流通面积
【权利要求】
1.一种用于涡轮增压系统的尾气利用装置，包括涡壳、涡轮、尾气进口管，其特征在于:设有有尾气流量调节机构，所述尾气流量调节机构包括具有外壁和弹性内壁的调节管，调节管弹性内壁内形成的管道一端连通尾气进口管，另一端连通涡壳，外壁和弹性内壁间构成调节腔，与所述调节腔连通设有活塞腔，活塞腔内设有活塞，所述调节腔内和调节腔至活塞之间填充有液体，与所述活塞连接设有活塞双向运动驱动机构。
2.根据权利要求1所述的用于涡轮增压系统的尾气利用装置，其特征在于:所述外壁和弹性内壁之间设有弹簧。
3.根据权利要求2所述的用于涡轮增压系统的尾气利用装置，其特征在于:所述弹簧为拉伸弹黃。
4.根据权利要求1所述的用于涡轮增压系统的尾气利用装置，其特征在于:所述活塞双向运动驱动机构包括双向转动电机及其控制电路、齿传动系统，所述齿传动系统传动连接双向转动电机的输出轴与活塞杆。
5.权利要求1至4中任一所述用于涡轮增压系统的尾气利用装置的控制方法，其特征在于，包括下列步骤: (1)获取发动机工况参数，计算要求增压压力理论值； (2)检测当前增压压力； (3)如果要求增压压力理论值等于当前增压压力，返回步骤(I);如果要求增压压力理论值大于当前增压压力，活塞双向运动驱动机构控制活塞动作，使调节腔中的液体向活塞腔流动，增大调节管内壁管径；如果要求增压压力理论值小于当前增压压力，活塞双向运动驱动机构控制活塞动作，使活塞腔中的液体向调节腔流动，减小调节管内壁管径； (4)重复步骤(2)和(3)。
6.根据权利要求5所述的用于涡轮增压系统的尾气利用装置的控制方法，其特征在于:所述发动机工况参数为发动机转速和发动机负荷，调节管内壁管径随发动机转速和发动机负荷的变化进行调整。
7.根据权利要求6所述的用于涡轮增压系统的尾气利用装置的控制方法，其特征在于:当发动机转速一定，发动机负荷增加时，增大调节管内壁管径；当发动机转速一定，发动机负荷减小时，减小调节管内壁管径；当发动机负荷一定，发动机转速增大时，增大调节管内壁管径；当发动机负荷一定，发动机转速减小时，减小调节管内壁管径。
【文档编号】F02B37/22GK103883389SQ201410112617
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】王桂林 申请人:日立汽车部件（苏州）有限公司