涡轮增压器及涡轮增压器的废气泄气方法与流程

1.本发明涉及增压发动机技术领域，特别是涉及一种涡轮增压器及涡轮增压器的废气泄气方法。


背景技术：

2.发动机的排气是不连续的，因此，如果发动机的排气排到同一个通道中将会使得各个汽缸间产生排气干扰，从而影响汽缸换气性能，同时也会导致排气能量品质下降。为了提高对排气能量的利用，也为了避免排气干扰，可以设计为双流道涡轮增压器的形式(即涡轮进口设计成两个入口的形式)，其每一个入口可以连接两个或三个发动机汽缸，使两个通道中的脉冲气流在流入叶轮之前尽量不产生相互干扰，以便更好地利用发动机排气脉冲能量提高响应性能，同时保证各缸的有效扫气。
3.目前，现有的双流道涡轮增压器的蜗壳流道为两个，两个蜗壳流道分别连接2个或3个发动机气缸，为了避免增压器过增压，每个蜗壳流道均设计有废气泄气通道，通过泄气阀机构控制两个泄气通道同时开启或同时关闭，这种泄气方式比较单一。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的是提供一种涡轮增压器及涡轮增压器的废气泄气方法，其除了避免现有涡轮增压器泄气方式单一的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种涡轮增压器，包括涡轮机，所述涡轮机设有第一蜗壳主流道、第二蜗壳主流道、第一泄气流道和第二泄气流道；所述第一蜗壳主流道的入口和所述第二蜗壳主流道的入口分别用于输入不同汽缸排出的废气；所述第一泄气流道的入口与所述第一蜗壳主流道连通，所述第二泄气流道的入口与所述第二蜗壳主流道连通；
6.所述涡轮机还设有泄气阀和驱动装置，当所述驱动装置驱动所述泄气阀移动至第一位置时，所述泄气阀关闭所述第一泄气流道和所述第二泄气流道的出口，同时阻断所述第一泄气流道和所述第二泄气流道的连通；
7.当所述驱动装置驱动所述泄气阀移动至第二位置时，所述泄气阀关闭所述第一泄气流道和所述第二泄气流道的出口，同时连通所述第一泄气流道和所述第二泄气流道，以使所述第一泄气流道和所述第二泄气流道内的废气进行交换；
8.当所述驱动装置驱动所述泄气阀移动至第三位置时，所述泄气阀打开所述第一泄气流道和所述第二泄气流道的出口，以使所述第一泄气流道和所述第二泄气流道内的废气泄气。
9.作为优选方案，所述第一泄气流道和所述第二泄气流道通过分隔壁隔开，分隔壁末端的中部向内凹陷，所述泄气阀包括凸起部，所述凸起部上设有凹槽，所述凹槽与所述分隔壁末端相匹配；
10.在所述泄气阀移动至所述第一位置时，所述凸起部与所述第一泄气流道和所述第
二泄气流道的出口内壁紧密贴合，同时所述凹槽与所述分隔壁末端处于啮合状态，以阻断所述第一泄气流道和所述第二泄气流道的连通；
11.在所述泄气阀移动至所述第二位置时，所述凸起部与所述第一泄气流道和所述第二泄气流道的出口内壁紧密贴合，同时所述凹槽与所述分隔壁末端处于非啮合状态，以使所述第一泄气流道和所述第二泄气流道内的废气进行交换；
12.在所述泄气阀移动至所述第三位置时，所述凸起部与所述第一泄气流道和所述第二泄气流道的内壁分离，以使所述第一泄气流道和所述第二泄气流道内的废气泄气。
13.作为优选方案，所述泄气阀能在所述驱动装置的驱动下做圆周运动，以转动至所述第一位置、所述第二位置或所述第三位置。
14.作为优选方案，所述驱动装置包括电机、推杆、摇臂和轴套；所述涡轮机壳体上设有安装孔，所述轴套安装在所述安装孔上，所述泄气阀还包括连杆，所述连杆的一端与所述凸起部连接，所述连杆的另一端通过所述轴套与所述摇臂的一端连接，所述摇臂的另一端可转动地连接在所述推杆的一端上，所述推杆的另一端与所述电机的输出轴连接。
15.作为优选方案，所述凸起部为曲面结构，所述第一泄气流道和所述第二泄气流道的出口内壁为与所述凸起部相匹配的曲面结构。
16.为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种涡轮增压器的废气泄气方法，适用于所述的涡轮增压器，包括：
17.根据当前的整车扭矩需求，确定目标增压压力和目标涡前压力；
18.获取当前增压压力；
19.获取所述第一蜗壳主流道的入口压力和所述第二蜗壳主流道的入口压力，并将所述第一蜗壳主流道的入口压力和所述第二蜗壳主流道的入口压力中的较大值作为当前涡前压力；
20.根据所述目标增压压力、所述当前增压压力、所述目标涡前压力和所述当前涡前压力，控制所述驱动装置驱动所述泄气阀移动至所述第一位置、所述第二位置或所述第三位置。
21.作为优选方案，所述根据所述目标增压压力、所述当前增压压力、所述目标涡前压力和所述当前涡前压力，控制驱动装置驱动所述泄气阀移动至所述第一位置、所述第二位置或所述第三位置，具体包括：
22.判断所述当前增压压力是否小于所述目标增压压力；
23.当所述当前增压压力大于等于所述目标增压压力时，控制所述驱动装置驱动所述泄气阀移动至第三位置；
24.重新获取当前的增压压力，并判断当前的增压压力是否等于所述目标增压压力；
25.在当前的增压压力不等于所述目标增压压力时，返回至所述当所述当前增压压力大于等于所述目标增压压力时，控制所述驱动装置驱动所述泄气阀移动至第三位置步骤，直到当前的增压压力等于所述目标增压压力为止。
26.作为优选方案，在所述判断所述当前增压压力是否小于所述目标增压压力之后，还包括：
27.当所述当前增压压力小于所述目标增压压力时，控制所述驱动装置驱动所述泄气阀关闭所述第一泄气流道和所述第二泄气流道的出口；
28.判断当前涡前压力是否小于所述目标涡前压力；
29.在当前涡前压力小于所述目标涡前压力时，控制所述驱动装置驱动所述泄气阀移动至所述第一位置，否则控制所述驱动装置驱动所述泄气阀移动至所述第二位置；
30.重新获取当前的增压压力；
31.重新获取所述第一蜗壳主流道的入口压力和所述第二蜗壳主流道的入口压力，并将重新获取的所述第一蜗壳主流道的入口压力和所述第二蜗壳主流道的入口压力中的较大值作为当前的涡前压力；
32.在当前的增压压力不等于所述目标增压压力且所述当前的涡前压力大于等于所述目标涡前压力时，控制所述驱动装置驱动所述泄气阀移动至所述第二位置并返回至所述重新获取当前的增压压力步骤，直到当前的增压压力等于所述目标增压压力或所述当前的涡前压力小于所述目标涡前压力为止。
33.作为优选方案，所述获取所述第一蜗壳主流道的入口压力和所述第二蜗壳主流道的入口压力，并将所述第一蜗壳主流道的入口压力和所述第二蜗壳主流道的入口压力中的较大值作为当前涡前压力，具体包括：
34.通过背压模型计算得到所述第一蜗壳主流道的入口压力和所述第二蜗壳主流道的入口压力，并将所述第一蜗壳主流道的入口压力和所述第二蜗壳主流道的入口压力中的较大值作为当前涡前压力。
35.作为优选方案，所述涡轮增压器还包括压气机，从所述第一蜗壳主流道和第二蜗壳主流道输入的废气用于驱动所述涡轮机带动所述压气机压缩空气，以使所述压气机将压缩后的空气通过发动机进气歧管输入汽缸，所述发动机进气歧管内设有压力传感器；
36.则所述获取当前增压压力，具体包括：
37.获取所述压力传感器检测的当前增压压力。
38.实施本发明实施例，具有如下有益效果：
39.本发明实施例提供了一种涡轮增压器及涡轮增压器的废气泄气方法，涡轮增压器的第一泄气流道和第二泄气流道用于对第一蜗壳主流道和第二蜗壳主流道的废气进行泄气，由于第一蜗壳主流道和第二蜗壳主流道输入的废气来自不同的汽缸，因此两个泄气流道的压力不同，该涡轮增压器除了通过泄气阀将两个泄气流道同时关闭或同时开启之外，还能够在涡轮增压器不向涡轮后泄气的情况下连通两个泄气流道，使两个泄气流道进行气体交换，以降低涡前压力，有利于降低泵气损失，从而降低油耗，提高废气能量利用率。
附图说明
40.图1是本发明实施例中的涡轮增压器在泄气阀处于b状态的示意图；
41.图2是本发明实施例中的涡轮增压器在泄气阀处于b状态的另一个角度的示意图；
42.图3是本发明实施例中的涡轮增压器在泄气阀处于c状态的局部剖视图；
43.图4是本发明实施例中的涡轮增压器在泄气阀处于c状态的另一个角度的局部剖视图；
44.图5是本发明实施例中的涡轮增压器在泄气阀处于a状态的示意图；
45.图6是本发明实施例中的涡轮增压器的废气泄气方法的流程图；
46.图7是本发明实施例中的涡轮增压器的废气泄气方法的控制框图；
47.其中，1、第一蜗壳主流道；11、第一泄气流道；2、第二蜗壳主流道；21、第二泄气流道；3、分隔壁；4、泄气阀；41、凸起部；42、凹槽；43、连杆；5、电机；6、推杆；7、摇臂；8、轴套。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.结合图1至图5所示，本发明优选实施例的一种涡轮增压器，包括涡轮机，所述涡轮机设有第一蜗壳主流道1、第二蜗壳主流道2、第一泄气流道11和第二泄气流道21；所述第一蜗壳主流道1的入口和所述第二蜗壳主流道2的入口分别用于输入不同汽缸排出的废气；所述第一泄气流道11的入口与所述第一蜗壳主流道1连通，所述第二泄气流道21的入口与所述第二蜗壳主流道2连通；
50.所述涡轮机还设有泄气阀4和驱动装置，当所述驱动装置驱动所述泄气阀4移动至第一位置时，所述泄气阀4关闭所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21的出口，同时阻断所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21的连通；
51.当所述驱动装置驱动所述泄气阀4移动至第二位置时，所述泄气阀4关闭所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21的出口，同时连通所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21，以使所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21内的废气进行交换；
52.当所述驱动装置驱动所述泄气阀4移动至第三位置时，所述泄气阀4打开所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21的出口，以使所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21内的废气泄气。
53.在本发明实施例中，第一泄气流道11和第二泄气流道21用于对第一蜗壳主流道1和第二蜗壳主流道2的废气进行泄气，由于第一蜗壳主流道1和第二蜗壳主流道2输入的废气来自不同的汽缸，因此两个泄气流道的压力不同，该涡轮增压器除了通过泄气阀4将两个泄气流道同时关闭或同时开启之外，还能够在涡轮增压器不向涡轮后泄气的情况下连通两个泄气流道，使两个泄气流道进行气体交换，以降低涡前压力，有利于降低泵气损失，从而降低油耗，提高废气能量利用率。
54.需要说明的是，所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置具体可以是特定的位置点，还可以是具体的某个位置区域范围等，比如，泄气阀4打开时，所述第三位置可以是一个位置区域范围，泄气阀4的不同开度对应该位置区域范围内的不同位置，在此不做更多的赘述。
55.在具体实施当中，涡轮机包括两个蜗壳，通过中间隔板隔开，形成两个蜗壳主流道通向涡轮叶轮，在其两个蜗壳主流道上有两个泄气通道，以连通蜗壳主流道和涡轮后(也称为涡后或涡轮叶片后)，从而让废气绕过涡轮的流道进行泄气。由于向涡后泄气会让一部分气体不做功而浪费排气能量，因此，在两个泄气流道均打开泄压之前，不用急于打开两个泄气流道向涡后泄气，而让彼此连通能够起到降低涡前压力的作用。具体地，当两个泄气流道连通之前，一个通道压力很高，另一个通道压力较低，这样每个时刻总会有一个涡前压力很高，而当彼此连通后则通道压力高的泄气流道会降低压力，从而有利于降低泵气损失，降低
油耗。
56.在一种可选的实施方式中，所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21通过分隔壁3(即分隔板)隔开，分隔壁3末端的中部向内凹陷，所述泄气阀4包括凸起部41，所述凸起部41上设有凹槽42，所述凹槽42与所述分隔壁末端相匹配；所述分隔壁末端是指所述分隔壁3靠近所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21的出口的一端；
57.在所述泄气阀4移动至所述第一位置时，所述凸起部41与所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21的出口内壁紧密贴合，同时所述凹槽42与所述分隔壁末端处于啮合状态，以阻断所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21连通；
58.在所述泄气阀4移动至所述第二位置时，所述凸起部41与所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21的出口内壁紧密贴合，同时所述凹槽42与所述分隔壁末端处于非啮合状态，以使所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21内的废气进行交换；
59.在所述泄气阀4移动至所述第三位置时，所述凸起部41与所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21的内壁分离，以使所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21内的废气泄气。
60.在本实施例中，所述凹槽42与所述分隔壁末端相匹配，即凸起部41上开设的凹槽42能与分隔壁末端相啮合。当泄气阀4移动至第一位置时，凸起部41与第一泄气流道11和第二泄气流道21的出口内壁紧密贴合，以密封两个泄气流道的出口，使得两个泄气流道不泄气，同时凹槽42与分隔壁末端处于啮合状态，以阻断两个泄气流道连通；当泄气阀4移动至第二位置时，所述凸起部41与所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21的出口内壁紧密贴合，以密封两个泄气流道的出口，使得两个泄气流道不泄气，同时凹槽42与分隔壁末端处于非啮合状态，以使两个泄气流道内的废气进行交换；在泄气阀4移动至第三位置时，凸起部41与两个泄气流道的内壁分离，即泄气阀4打开，以使两个泄气流道内的废气泄气。
61.在一种可选的实施方式中，所述泄气阀4能在所述驱动装置的驱动下做圆周运动，以转动至所述第一位置、所述第二位置或所述第三位置。
62.在现有技术中，驱动装置一般通过驱动泄气阀直线移动来实现泄气阀的开启和关闭，但是在涡轮增压器中布置这种直线移动的执行机构的难度比较大。本发明实施例通过使泄气阀4做圆周运动来简化推动泄气阀4的执行机构，使其较容易实现量产化。此外，本发明实施例利用泄气阀4在一定圆周行程中的密封作用不变的条件，使泄气阀4凸起部41中间凹槽42与分隔壁3的啮合与非啮合，实现不泄气前提下两个泄气流道的气体交换。
63.具体地，结合图2至图5所示，所述驱动装置包括电机5、推杆6、摇臂7和轴套8；所述涡轮机壳体上设有安装孔，所述轴套8安装在所述安装孔上，所述泄气阀4还包括连杆43，所述连杆43的一端与所述凸起部41连接，所述连杆43的另一端通过所述轴套8与所述摇臂7的一端连接，所述摇臂7的另一端可转动地连接在所述推杆6的一端上，所述推杆6的另一端与所述电机5的输出轴连接。
64.在具体实施当中，电机5与推杆6相连，通过推杆6推动摇臂7旋转，摇臂7与泄气阀4的连杆43相连，使泄气阀4进行相应的旋转，泄气阀4可被推动从最大开度位置旋转进蜗壳泄气流道并与蜗壳配合进行密封。示例性地，所述电机5可以是直线型电机、也可以是旋转型电机等，所述推杆6为柱状或者条状杆，所述摇臂7为片状，用于将电机5推力输出给泄气阀4，而轴套8为圆桶型，用于支撑泄气阀4的连杆43。
65.具体地，所述凸起部41为曲面结构，所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21的出口内壁为与所述凸起部41相匹配的曲面结构。泄气阀凸起部41为曲面形状，泄气流道与泄气阀凸起部配合面也相应为曲面形状，其密封作用为线密封，通过控制泄气阀4做圆周运动加上泄气阀4的线密封形式得以实现泄气阀4在一定圆周行程中能够密封住泄气流道的全部气体而不泄气。
66.在本发明实施例中，将所述泄压阀位于第一位置时的泄气状态记为a状态，将所述泄压阀位于第三位置时的泄气状态记为b状态，将所述泄压阀位于第二位置时的泄气状态记为c状态。下面结合a状态、b状态和c状态对本发明实施例提供的涡轮增压器的工作原理进行详细描述。
67.a状态：当发动机需要快速响应时，电机5通过执行机构推动泄气阀4从开启位置旋转至泄气流道密封位置，同时使泄气阀4的凸起部中间凹槽42与泄气流道分隔壁3相啮合，使蜗壳两个泄气流道同时关闭，此时发动机排气全部流经涡轮做功，如图5所示；
68.b状态：当发动机性能足够时，为避免增压压力过高导致发动机爆震，电机5通过执行机构推动泄气阀4旋转，使泄气阀4离开与泄气流道相密封的位置，使蜗壳两个泄气流道同时打开向涡轮后泄气，如图1、图2所示；
69.c状态：当发动机需要在保证足够增压压力，同时需要降低涡前压力来降低泵气损失时，电机5通过执行机构推动泄气阀4的凸起部中间凹槽42离开与泄气流道分隔壁啮合处，而仍保持泄气阀4的凸起部41与泄气流道凹陷曲面相密封，让两个泄气流道连通进行气体交换而不向涡轮后泄气，如图3、图4所示。
70.请参阅图6所示，相应地，本发明实施例还提供一种涡轮增压器的废气泄气方法，适用于所述的涡轮增压器，包括：
71.步骤s101，根据当前的整车扭矩需求，确定目标增压压力和目标涡前压力；
72.步骤s102，获取当前增压压力；
73.步骤s103，获取所述第一蜗壳主流道1的入口压力和所述第二蜗壳主流道2的入口压力，并将所述第一蜗壳主流道1的入口压力和所述第二蜗壳主流道2的入口压力中的较大值作为当前涡前压力；
74.步骤s104，根据所述目标增压压力、所述当前增压压力、所述目标涡前压力和所述当前涡前压力，控制所述驱动装置驱动所述泄气阀4移动至所述第一位置、所述第二位置或所述第三位置。
75.在具体实施当中，所述步骤s101中的目标增压压力和目标涡前压力都需要在发动机和整车上预先标定好，在油门响应后，生成扭矩需求，可根据扭矩需求确定目标增压压力和目标涡前压力，在实际增压压力达到目标增压压力后，即达到目标扭矩。
76.在本发明实施例中，所述涡轮增压器还包括压气机，从所述第一蜗壳主流道1和第二蜗壳主流道2输入的废气用于驱动所述涡轮机带动所述压气机压缩空气，以使所述压气机将压缩后的空气通过发动机进气歧管输入汽缸，所述发动机进气歧管内设有压力传感器；所述步骤s102“获取当前增压压力”，具体包括：获取所述压力传感器检测的当前增压压力。
77.在具体实施当中，涡轮机利用废气做功，涡轮与压气机叶轮同轴连接，以便将废气功传递给压气机叶轮，压气机叶轮压缩进气实现进气的增压，这个压力叫做增压压力，实际
增压压力可以通过安装在进气歧管上的压力传感器直接测得。
78.在一种可选的实施方式中，所述步骤s103“获取所述第一蜗壳主流道1的入口压力和所述第二蜗壳主流道2的入口压力，并将所述第一蜗壳主流道1的入口压力和所述第二蜗壳主流道2的入口压力中的较大值作为当前涡前压力”，具体包括：
79.通过背压模型计算得到所述第一蜗壳主流道1的入口压力和所述第二蜗壳主流道2的入口压力，并将所述第一蜗壳主流道1的入口压力和所述第二蜗壳主流道2的入口压力中的较大值作为当前涡前压力。
80.在具体实施当中，由于所述第一蜗壳主流道1的入口和所述第二蜗壳主流道2的入口用于输入发动机排出的废气，因此温度极高，若采用价格高昂的耐高温压力传感器检测入口压力，将大大增加成本。而本发明实施例采用ecu软件的背压模型进行计算，无需在蜗壳主流道的入口设置压力传感器，通过ecu软件的背压模型计算两个蜗壳主流道的入口压力的具体方法属于现有技术，在此不做更多的赘述。
81.结合图6和图7所示，在一种可选的实施方式中，所述步骤s104“根据所述目标增压压力、所述当前增压压力、所述目标涡前压力和所述当前涡前压力，控制驱动装置驱动所述泄气阀4移动至所述第一位置、所述第二位置或所述第三位置”，具体包括：
82.判断所述当前增压压力是否小于所述目标增压压力；
83.当所述当前增压压力大于等于所述目标增压压力时，控制所述驱动装置驱动所述泄气阀4移动至第三位置；
84.重新获取当前的增压压力，并判断当前的增压压力是否等于所述目标增压压力；
85.在当前的增压压力不等于所述目标增压压力时，返回至所述当所述当前增压压力大于等于所述目标增压压力时，控制所述驱动装置驱动所述泄气阀4移动至第三位置步骤，直到当前的增压压力等于所述目标增压压力为止。
86.请参阅图7所示，进一步地，在所述判断所述当前增压压力是否小于所述目标增压压力之后，还包括：
87.当所述当前增压压力小于所述目标增压压力时，控制所述驱动装置驱动所述泄气阀4关闭所述第一泄气流道11和所述第二泄气流道21的出口；
88.判断当前涡前压力是否小于所述目标涡前压力；
89.在当前涡前压力小于所述目标涡前压力时，控制所述驱动装置驱动所述泄气阀4移动至所述第一位置，否则控制所述驱动装置驱动所述泄气阀4移动至所述第二位置；
90.重新获取当前的增压压力；
91.重新获取所述第一蜗壳主流道1的入口压力和所述第二蜗壳主流道2的入口压力，并将重新获取的所述第一蜗壳主流道1的入口压力和所述第二蜗壳主流道2的入口压力中的较大值作为当前的涡前压力；
92.在当前的增压压力不等于所述目标增压压力且所述当前的涡前压力大于等于所述目标涡前压力时，控制所述驱动装置驱动所述泄气阀4移动至所述第二位置并返回至所述重新获取当前的增压压力步骤，直到当前的增压压力等于所述目标增压压力或所述当前的涡前压力小于所述目标涡前压力为止。
93.综上，本发明实施例提供了一种涡轮增压器及涡轮增压器的废气泄气方法，涡轮增压器的第一泄气流道11和第二泄气流道21用于对第一蜗壳主流道1和第二蜗壳主流道2
的废气进行泄气，由于第一蜗壳主流道1和第二蜗壳主流道2输入的废气来自不同的汽缸，因此两个泄气流道的压力不同，该涡轮增压器除了通过泄气阀4将两个泄气流道同时关闭或同时开启之外，还能够在涡轮增压器不向涡轮后泄气的情况下连通两个泄气流道，使两个泄气流道进行气体交换，以降低涡前压力，有利于降低泵气损失，从而降低油耗，提高废气能量利用率。
94.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。