一種汽油機負荷調節的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種汽油機負荷調節的裝置，包括汽油機、汽油機進氣管上安裝的節氣門、以及與汽油機連通的EGR回路，所述EGR回路包括依次連接的EGR閥以及EGR冷卻器，EGR閥的入口與汽油機的排氣管連通，EGR冷卻器的出口與汽油機的進氣管連通，在汽油機進氣歧管上安裝有用于測量混合氣體溫度的混合氣溫度傳感器；在EGR冷卻器的進液口與出液體之間連接有用于控制冷卻水水流量的EGR冷卻器電子循環水泵；在汽油機總進氣管的前端安裝有用于測量空氣質量流量的空氣流量計；所述節氣門、混合氣溫度傳感器、EGR冷卻器電子循環水泵、EGR閥、空氣流量計均與邏輯控制單元連接。本實用新型能夠改善汽油機部分負荷時的經濟性。
【專利說明】一種汽油機負荷調節的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及機械領域，尤其涉及一種汽油機負荷調節裝置。
【背景技術】
[0002]汽油機相比于柴油機經濟性差，其原因除了汽油燃料固有的抗爆性差使得汽油機壓縮比低外，另一方面是由于汽油機是量調節，即通過節氣門限制進氣量的方式控制來發動機的負荷，而這種控制汽油機負荷的方式會造成汽油機在部分負荷時有很大的進氣節流損失，而進氣節流損失會導致燃油消耗增加，燃油消耗增加就會導致部分負荷的經濟性差。廢氣再循環(Exhaust Gas Recycling,以下簡稱:EGR)技術被認為是一種改善汽油機部分負荷性能的技術途徑，部分負荷時引入廢氣，可以補充節流減少的體積空間，相對增大節氣門開度，從而可以降低泵氣損失。但這種改善是有限的，因為當EGR率過高時，火焰傳播和著火穩定性都受到很大程度影響，燃燒變的惡化，經濟性開始變差。
[0003]另外，研究表明，臨界爆震可以強化燃燒，改善發動機的動力性和經濟性，也就是說，只要不發生爆震，爆震指數越大的工況，其燃油經濟性越好，而汽油機最容易發生爆震的工況是全負荷，部分負荷由于進氣量少，燃燒壓力波對末端混合氣的壓縮以及燃燒火焰的熱輻射程度低，因而不會發生爆震，也就是說部分負荷時燃油并沒有發揮出最大的做功性能，因此可以適度提高部分負荷時的爆震指數以強化燃燒，從而改善汽油機部分負荷的動力性和經濟性，以提高燃油經濟性。但涉及這方面成熟實用的技術應用并不多，而且車載汽油機的負荷率較低，大部分工作時間在部分負荷，所以如何提高汽油機部分負荷時的燃油做功能力，將對實現汽車行業的節能減排具有重要意義。
[0004]綜上所述，除了節流損失對汽油機部分負荷的經濟性產生影響之外，部分負荷時燃油的做功能力對循環熱效率也有一定的影響，也即影響部分負荷時的燃油經濟性。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在于解決上述現有技術存在的缺陷，提供一種即能夠解決在汽油機部分負荷時因節流損失造成的經濟性變差的技術問題、又能夠解決部分負荷時燃油做功能力低、燃油經濟性差的技術問題。
[0006]一種汽油機負荷調節的裝置，包括汽油機、汽油機進氣管上安裝的節氣門、以及與汽油機連通的EGR回路，所述EGR回路包括依次連接的EGR閥以及EGR冷卻器，EGR閥的入口與汽油機的排氣管連通，EGR冷卻器的出口與汽油機的進氣管連通，在汽油機進氣歧管上安裝有用于測量混合氣體溫度的混合氣溫度傳感器；在EGR冷卻器的進液口與出液體之間連接有用于控制冷卻水水流量的EGR冷卻器電子循環水泵；在汽油機總進氣管的前端安裝有用于測量空氣質量流量的空氣流量計；所述節氣門、混合氣溫度傳感器、EGR冷卻器電子循環水泵、EGR閥、空氣流量計均與邏輯控制單元連接。
[0007]進一步地，如上所述的汽油機負荷調節的裝置，所述汽油機可以為增壓發動機，也可以為非增壓發動機。[0008]進一步地，如上所述的汽油機負荷調節的裝置，在在節氣門之前安裝有用于測量進入汽油機的氣體溫度的進氣溫度傳感器；在EGR冷卻器的出口與進氣管的交匯處安裝有用于測量進入汽油機的廢氣溫度的EGR入口溫度傳感器。
[0009]與現有技術相比本實用新型的有益效果是:
[0010]1.本實用新型通過調整EGR引入量和EGR溫度的方式實現了部分負荷的無節氣門調節和節氣門輔助調節，可以最大程度的減少部分負荷時的進氣節流損失，提高部分負荷時的燃油經濟性。
[0011]2.本實用新型實現了 EGR引入溫度可控，提高了部分負荷時混合氣的進氣溫度，強化了燃燒過程，進而提高了部分負荷燃油的做功能力。
[0012]3.本實用新型利用相對較高的混合氣溫度可以增大定質量流量下的新鮮空氣體積，擴大部分負荷節氣門輔助調節時的節氣門開度，進一步降低部分負荷時的進氣節流損失。
[0013]4.本實用新型利用相對較高的混合溫度可以減小定體積流量下EGR的質量，相比于冷EGR的負荷控制方式可以降低EGR率，擴大EGR控制負荷的范圍。
[0014]5.本實用新型較高的混合氣進氣溫度可以促進燃油分子和空氣分子的混合，提高著火穩定性，減少循環變動，提高發動機的EGR容忍度；同時，燃油霧化加強以后還能在一定程度上減少直噴汽油機存在的機油稀釋問題。
[0015]6.本實用新型結構簡單，對現有的EGR裝置不需做太大的改動，發動機布置方便。【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型汽油機負荷調節裝置結構示意圖；
[0017]圖2為本實用新型汽油機負荷調節方法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0019]本實用新型的目的就是改進汽油機的經濟性，也即改善如何使汽油機在不同工況下能夠使用最少的耗油量來啟動工作。而為了達到最少耗油量，本實用新型采取了以下措施:
[0020]圖1為本實用新型汽油機負荷調節裝置結構示意圖，如圖1所示，本實用新型汽油機負荷調節的裝置，包括汽油機10、汽油機10進氣管14上安裝的節氣門3、以及與汽油機10連通的EGR回路6，所述EGR回路6包括依次連接的EGR閥9以及EGR冷卻器8，EGR閥9的入口與汽油機10的排氣管12連通，EGR冷卻器8的出口與汽油機10的進氣管14連通，在汽油機10進氣歧管11上安裝有用于測量混合氣體溫度的混合氣溫度傳感器5 ;在EGR冷卻器8的進液口與出液體之間連接有用于控制冷卻水水流量的EGR冷卻器電子循環水泵7 ；在汽油機10總進氣管的前端安裝有用于測量空氣質量流量的空氣流量計13 ;所述節氣門3、混合氣溫度傳感器5、EGR冷卻器電子循環水泵7、EGR閥9、空氣流量計13均與邏輯控制單元I連接。
[0021]進一步地，在節氣門3之前安裝有用于測量進入汽油機10的氣體溫度的進氣溫度傳感器2 ;在EGR冷卻器8的出口與進氣管13的交匯處安裝有用于測量進入汽油機10的廢氣溫度的EGR入口溫度傳感器4。
[0022]具體地，參考圖1，所述的邏輯控制單元I為本實用新型策略實現的控制中樞，負責數據存儲、信號采集、邏輯計算、控制執行，相當于發動機的控制電腦。
[0023]所述的進氣溫度傳感器2安裝在進氣管上，節氣門3之前，主要用于測量進氣溫度，采集的溫度信號輸出給邏輯控制單元1，量程在0-150°C即可。
[0024]所述的節氣門3為普通發動機用節氣門，通過邏輯控制單元的輸出信號控制其開度大小，主要作用是限制進氣流量。
[0025]所述的EGR入口溫度傳感器4安裝在EGR回路6的末端與進氣管的交匯處，主要用于測量EGR回路中的廢氣溫度，采集信號輸出給邏輯控制單元1，量程要能夠滿足較高的廢氣溫度，控制在600 °C以上。
[0026]所述的混合氣溫度傳感器5安裝在發動機進氣歧管上，用于測量EGR和新鮮空氣混合之后的溫度，測量信號反饋輸出給邏輯控制單元1，測量量程在0-300°C即可。
[0027]所述的EGR回路6用于連接汽油機的排氣管和進氣管，作為廢氣的引流管，材料一般為鑄鐵件。具體的，為保證增壓發動機能夠正常引入EGR，利用渦前壓力與節氣門后的壓力差，EGR回路采取由渦前引到節氣門后的高壓EGR回路。
[0028]所述的EGR冷卻器電子循環水泵7為邏輯控制單元I的執行元件，可以實現由O到最大轉速的連續變化，EGR冷卻器電子循環水泵7入水口接發動機的冷卻循環水路，出水口接EGR冷卻器8的入水口，主要作用是通過邏輯控制單元I的信號調節冷卻水流量大小，冷卻控制EGR的引入溫度；由于從汽油機排出的廢氣溫度極高，若直接通過EGR回路6引入汽油機會引起點燃汽油機內汽油的狀況，本實用新型為了根據需要調整混合氣的溫度，需要將廢氣利用EGR冷卻器電子循環水泵7進行降溫處理。
[0029]所述的EGR冷卻器8串聯在EGR回路6中，主要用于冷卻廢氣，EGR冷卻器8要求有較好的換熱效果，能夠將流通廢氣降低到所要求的預定溫度。
[0030]所述的EGR閥9為普通汽油機用EGR閥，由邏輯控制單元I控制，主要用于控制EGR的流量。
[0031]所述的汽油機10既可以為增壓發動機，也可以為非增壓發動機。
[0032]所述的空氣流量計13為普通車用熱模式空氣流量計，安裝在總進氣管的前端，用于測量新鮮空氣的質量流量，采集信號輸出給邏輯控制單元I。
[0033]本實用新型通過節氣門3、EGR冷卻器電子循環水泵7和EGR閥9的聯合控制，實現對EGR和新鮮空氣進氣量以及混合氣進氣溫度的控制，從而實現對發動機負荷的調節以改善汽油機在當前工況下的經濟性。其具體實施策略如下:
[0034](I)當發動機工作在全負荷工況時，節氣門3全開，EGR閥9關閉，不引入EGR，進氣道內完全是新鮮空氣，保證發動機全負荷時的最大進氣量。
[0035](2)純EGR調節:當發動機由全負荷過度到部分負荷時，節氣門3仍保持為全開，而EGR閥9逐漸打開，同時EGR冷卻器電子循環水泵7開始工作，通過EGR閥3的開度和EGR的引入溫度聯合控制發動機負荷的大小。
[0036]具體地，由于發動機不是時時工作在全負荷的狀態下，而是大多情況下工作在部分負荷的工況下，而當汽油機處于部分負荷工況時，為了提高汽油機的經濟性，本實用新型從兩個方面來提高發動機的經濟性，一方面是通過引入廢氣改善汽油機的節流損失；另一方面改變是汽油機混合氣的溫度，使改變溫度后的混合氣的溫度值接近爆震的溫度值，則能夠提高部分負荷時的爆震指數以強化燃燒，從而改善汽油機部分負荷的動力性和經濟性，以提高燃油經濟性。
[0037](3)節氣門輔助調節:當發動機所需負荷進一步降低，同時當EGR的引入量開始對發動機經濟性帶來負面影響時，節氣門3、EGR閥9和EGR冷卻器電子循環水泵7開始聯合工作，在保證合適的混合氣進氣溫度前提下，同時減小節氣門和EGR閥開度，降低新鮮空氣進氣量和EGR引入量，從而繼續降低負荷(節氣門輔助調節應該有個最優值，節氣門輔助調節是相同進氣量下，油耗最少的開度配合)。
[0038]具體的說，決定發動機負荷變化的直接影響因素是新鮮空氣的進氣質量，本實用新型實例是通過調節EGR閥9開度大小改變引入進氣管的EGR量來限制新鮮空氣的進氣質量的。EGR閥9開度越大，進氣管內廢氣量越多新鮮空氣量越少，負荷也就越低；EGR閥9開度越小，進氣管中廢氣量越少新鮮空氣量越多，負荷也就越高。
[0039]研究表明，臨界爆震可以強化燃燒，改善發動機的動力性和經濟性，也就是說，只要不發生爆震，爆震指數越大的工況，其燃油經濟性越好。汽油機最容易發生爆震的工況是全負荷，部分負荷由于進氣量少，燃燒壓力波對末端混合氣的壓縮以及燃燒火焰的熱輻射程度低，因而不會發生爆震，也就是說部分負荷時燃油并沒有發揮出最大的做功性能，因此可以適度提高部分負荷時的爆震指數以強化燃燒改善汽油機部分負荷的動力性和經濟性，為使發動機不同負荷都能達到或接近臨界爆震狀態，不同負荷應具有不同的最高混合進氣溫度，為達到該目的，本實用新型通過EGR引入溫度的高低調整發動機混合進氣溫度，而EGR弓丨入溫度則是通過EGR冷卻器冷卻調節的，EGR冷卻器電子循環水泵7轉速越高，EGR冷卻器通過的冷卻循環水越多，EGR引入溫度也就越低，混合進氣溫度也就越低；EGR冷卻器電子循環水泵轉速越低，EGR冷卻器通過的冷卻循環水越少，EGR引入溫度也就越高，混合進氣溫度也就越高。在發動機不爆震的情況下，混合進氣溫度越高，點火時刻缸內的平均溫度也越高，燃燒強化越劇烈，循環熱效率也就越高，部分負荷時的燃油做功能力也就越強。
[0040]利用EGR熱量加熱EGR與新鮮空氣的混合氣相比于冷EGR的引入方式，不僅可以加熱混合氣到預定溫度，而且熱的混合氣溫度可以擴大新鮮空氣定質量流量情況下的體積流量，進一步增大節氣門開度。而對于EGR來說，EGR控制負荷歸根結底是用EGR的體積填補了本來需要用節氣門限制的新鮮空氣體積，利用的是EGR的體積量，而熱的混合氣溫度可以使廢氣在定體積流量前提下相對減少質量流量，從而降低EGR率，在不影響燃燒的情況下，擴大EGR控制負荷的范圍。此外，熱EGR的引入方式可以使混合氣在火花點火之后有更高的溫度，使分子之間的擴散運動更加劇烈，促進火焰傳播，強化燃燒，提高EGR容忍度。
[0041]下面結合附圖1具體介紹本實用新型發動機改善燃油經濟性的策略:
[0042]一種汽油機負荷調節的方法，包括以下步驟:
[0043]步驟101:獲取汽油機10在當前負荷工況下的油門信號與汽油機的轉速信號；
[0044]—方面，根據油門信號就可知道發動機需要多大負荷，根據多大負荷就可獲知需要多少新鮮空氣，本實用新型就是通過汽油機不同負荷和不同轉速獲知需要的新鮮空氣量的；另一方面，由于汽油機的轉速影響進氣速度，進氣速度影響燃燒狀態，因此，汽油機的轉速不一樣，燃燒狀態也不一樣，所以發生爆震的概率也不同，從而導致發生爆震的臨界溫度也不一致。
[0045]步驟102、邏輯控制單元I根據獲取的汽油機油門信號與汽油機的轉速信號查詢存儲值以確定出汽油機在當前負荷下所需的新鮮空氣量與混合氣溫度值；直到當前負荷工況下汽油機內的新鮮空氣量值與混合氣溫度值均在在存儲值的范圍內。
[0046]具體地，所述存儲值中新鮮空氣量的測定方法為:固定汽油機的轉速和當前負荷，同時利用爆震傳感器檢測汽油機的爆震狀態，然后逐漸升高汽油機內氣體的溫度，直到爆震傳感器檢測到爆震發生，則此時的溫度為最高臨界溫度；存儲值存儲的溫度值為最高臨界溫度的下偏值，偏差范圍不超過最高臨界溫度值的3%，即所述存儲值存儲的溫度值是一個區間的數值，只要汽油機內的混合器溫度值在最高臨界溫度值的下偏值的3%范圍內均可；然后改變汽油機的轉速和當前負荷，使用同樣的方法檢測出此時的最高臨界溫度，然后存儲值存儲的溫度值為該最高臨界溫度的下偏差范圍不超過此時的最高臨界溫度值的3%值范圍內的值；依次類推，就得到若干組與發動機負荷與轉速對應的混合氣溫度區間范圍。
[0047]所述存儲值中混合氣溫度值的測定方法為:先確定全負荷(汽油機內全部進空氣)時的扭矩大小，然后通過單純控制節氣門來調節汽油機的進氣量，從最大進氣量到最小進氣量，檢測扭矩的變化，得出相應空氣量所對應的扭矩大小，存儲值里存儲的就是在當前扭矩下(負荷下)所對應的新鮮空氣量值，該測出的新鮮空氣量值為一個理想值，存儲值存儲的是偏差范圍在該新鮮空氣量值3%以內的值，即所述存儲值存儲的空氣量是一個區間的數值，只要汽油機內的新鮮空氣量值在理想值偏差3%的范圍內均可。
[0048]步驟103:邏輯控制單元I根據查詢結果判斷是否需要開啟EGR調節，若是，則入步驟105 ;否則，進入步驟104 ；
[0049]所述判斷是否需要開啟EGR調節的方法包括以下步驟:
[0050]①、計算單純開啟節氣門時的燃油耗油量為Q3、計算純EGR調節方式的燃油消耗量為Q1，節氣門輔助調節方式的燃油消耗量為Q2 (Q1，Q2，Q3的計算是當前負荷的扭矩下，即相同扭矩下，看純EGR調節和節氣門輔助調節哪個汽油消耗的少，具體的通過油耗儀測量出來的，即三種模式都調到同一扭矩下，看哪個油耗少)；
[0051]@比較以、02、03、若Q3小于Ql和Q2，則只需通過開啟節氣門來調節汽油機的負荷
[0052]步驟104:邏輯控制單元I控制開啟節氣門3，通過調節節氣門3的開度來調節進入汽油機10的新鮮空氣量。
[0053]步驟105:邏輯控制單元I根據查詢結果判斷純EGR控制是否影響在當前負荷工況下的經濟性，若是，則進入步驟106 ;否則，進入步驟107;
[0054]步驟106:節氣門輔助調節方式，即邏輯控制單元I控制開啟EGR閥9、EGR冷卻器電子循環水泵7、節氣門3，通過調節EGR閥9的開度來調節進入汽油機的廢氣量；通過調節EGR冷卻器電子循環水泵7的轉速來調節進入汽油機10內的廢氣溫度；通過調節節氣門3的開度來調節進入汽油機10的新鮮空氣量；同時邏輯控制單元I通過混合氣溫度傳感器5和空氣流量計13分別采集的混合氣溫度信號和新鮮空氣質量流量信號，根據采集到的信號反復調節EGR閥9、EGR冷卻器電子循環水泵7、節氣門3，直到當前負荷工況下汽油機內的新鮮空氣量值與混合氣溫度值均在存儲值的范圍內；
[0055]步驟107:純EGR調節，即邏輯控制單元I控制開啟EGR閥9、EGR冷卻器電子循環水泵7，通過調節EGR閥9的開度來調節進入汽油機的廢氣量；通過調節EGR冷卻器電子循環水泵7的轉速來調節進入汽油機10內的廢氣溫度；同時邏輯控制單元I通過混合氣溫度傳感器5和空氣流量計13分別采集的混合氣溫度信號和新鮮空氣質量流量信號，根據采集到的信號反復調節EGR閥9、EGR冷卻器電子循環水泵7，直到當前負荷工況下汽油機內的新鮮空氣量值與混合氣溫度值均在存儲值的范圍內；
[0056]所述判斷純EGR控制是否影響在當前負荷工況下的經濟性包括以下步驟:
[0057]①、計算純EGR調節方式的燃油消耗量為Q1，節氣門輔助調節方式的燃油消耗量為Q2 ；
[0058]②、比較Ql和Q2，若Q1>Q2，則純EGR控制影響在當前負荷工況下的經濟性；若Q2≥Q1，則純EGR控制不影響在當前負荷工況下的經濟性。
[0059]圖2為本實用新型發汽油機負荷調節方法流程示意圖，結合圖1與圖2，邏輯控制單元I首先采集發動機當前油門信號和轉速信號，然后查詢邏輯控制單元I內存儲的發動機在該預定工況下的存儲值，之后邏輯控制單元I根據采集到的新鮮空氣和EGR的溫度信號結合當前發動機預定工況下所要求的新鮮空氣量和混合氣溫度，控制EGR閥、節氣門、電子水泵等執行器執行，使新鮮空氣量和混合氣溫度在存儲值的范圍內。在執行器響應過程中，如若當前負荷所需新鮮空氣量能夠在不影響燃油經濟性的前提下通過純EGR調節方式調節，則節氣門保持全開，只通過EGR閥開度和電子水泵調節新鮮空氣進氣量和混合氣溫度；如若當前負荷所需空氣量通過純EGR方式調節會使發動機燃油經濟性變差，則使用節氣門輔助調節方式，通過EGR閥、節氣門和電子水泵聯合控制。同時，執行器執行過程中并不能完全通過執行器一次動作達到預定要求，因此需要采集時時混合氣溫度信號和新鮮空氣流量信號反饋給控制單元與存儲值進行對比:若新鮮空氣質量不足，則純EGR調節時單獨減小EGR閥開度或者節氣門輔助調節時同時減小EGR閥開度和增大節氣門開度；若新鮮空氣質量過多，則純EGR調節時增大EGR閥開度或者節氣門輔助調節時同時增大EGR閥開度和減小節氣門開度；若混合氣溫度低于預定值，則減小電子水泵轉速；若混合氣溫度高于預定值，則增大電子水泵轉速，最后通過不斷的反饋調節對負荷控制進行維穩。
[0060]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種汽油機負荷調節的裝置，包括汽油機(10)、汽油機(10)進氣管(14)上安裝的節氣門(3)、以及與汽油機(10)連通的EGR回路(6)，所述EGR回路(6)包括依次連接的EGR閥(9)以及EGR冷卻器(8)，EGR閥(9)的入口與汽油機(10)的排氣管(12)連通，EGR冷卻器(8)的出口與汽油機(10)的進氣管(14)連通，其特征在于，在汽油機(10)進氣歧管(11)上安裝有用于測量混合氣體溫度的混合氣溫度傳感器(5);在EGR冷卻器(8)的進液口與出液體之間連接有用于控制冷卻水水流量的EGR冷卻器電子循環水泵(7);在汽油機(10)總進氣管的前端安裝有用于測量空氣質量流量的空氣流量計(13);所述節氣門(3)、混合氣溫度傳感器(5)、EGR冷卻器電子循環水泵(7)、EGR閥(9)、空氣流量計(13)均與邏輯控制單元(I)連接。
2.根據權利要求1所述的汽油機負荷調節的裝置，其特征在于，所述汽油機(10)可以為增壓發動機，也可以為非增壓發動機。
3.根據權利要求1所述的汽油機負荷調節的裝置，其特征在于，在在節氣門(3)之前安裝有用于測量進入汽油機(10)的氣體溫度的進氣溫度傳感器(2);在EGR冷卻器(8)的出口與進氣管(14)的交匯處安裝有用于測量進入汽油機(10)的廢氣溫度的EGR入口溫度傳感器(4)。
【文檔編號】F02D43/00GK203717140SQ201420067132
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年2月14日 優先權日:2014年2月14日
【發明者】韓林沛, 洪偉, 解方喜, 蘇巖, 許允, 李小平, 楊俊偉, 楊萬里 申請人:吉林大學