发动机及其进气系统技术方案

本发明专利技术公开了一种发动机及其进气系统。发动机进气系统包括进气管、进气歧管总管以及设置在进气管上并位于发动机的进气歧管总管之前的辅助进气组件。辅助进气组件包括辅助进气通道，辅助出气通道以及中心通道，空气经由辅助进气通道进入，从辅助出气通道出来并进入中心通道，从而与来自进气管的空气混合。辅助进气组件还可包括至少有一个用于加湿空气的喷嘴，该喷嘴可拆卸地安装于辅助进气组件上，利用管道内压力差将液体抽吸入进气系统主管道，与空气混合后进入发动机气缸。本发明专利技术的发动机及其进气系统能够有效降低排放、降低油耗，提高发动机效率，改善发动机低速扭矩特性，改善发动机低温冷启动效果，抑制发动机出现喘振，并提升换挡平顺性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内燃机，具体涉及以油气混合燃烧为基础的内燃机控制领域，包括汽油发动机控制，柴油发动机控制，天然气及灵活燃料(甲醇，乙醇，二甲醚与汽油的混合等)发动机控制，以及搭载以上发动机的车辆控制及应用。
技术介绍
内燃机增压技术的主要是通过增加内燃机吸入空气的压力，提高气缸在单个燃烧循环的进气量，从而提高发动机的功率和扭矩。空气包括新鲜空气，以及与燃料混合的可燃气体。目前主流的增压方式有涡轮增压(Turbo Boost)，机械增压，电动涡轮增压，以及混合增压系统(双涡轮增压，涡轮增压+机械增压或电动增压)。涡轮增压器主要用于发动机增压，通过压缩空气来增加发动机进气量。其主要原理是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。图1是典型的带有涡轮增压器的发动机进气系统图。空气1由环境空气进气口经过空滤2进入进气管8后，经过涡轮增压器2增压后，气体再经过中冷器3冷却最后通过电子节气门5进入到发动机歧管总管6，然后经过发动机歧管进入发动机气缸10。涡轮增压器的缺点是在发动机低速状态下废气惯性冲力不足无法驱动叶轮导致出现“涡轮响应迟滞”现象。机械增压(又称超级增压器，Super-Charger)的工作原理是通过安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，并且从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气管里，其优点是没有涡轮增压器“迟滞”响应，动力输出更为流畅，但缺点是消耗部分引擎动力，导致增压效率不高，油耗高。电动增压是以电机驱动方式取代废气驱动方式驱动叶片旋转，实现空气压缩。电动涡轮由于响应快，并且压力输出不依赖于发动机转速，因此在发动机控制领域也被越来越被重视，随着电机技术的进步，高可靠性的电动涡轮已经开始批量应用，由于电机转速-扭矩特性，电动增压在发动机高转速大负荷的工况很难满足发动机进气量需求，所以一般作为辅助增压配合其他增压系统使用复合增压系统是以上几种增压系统的组合，目的是改进增压效果，兼顾发动机低速和高速运转下的增压综合表现被逐步应用，如双涡轮增压是针对废气涡轮增压的涡轮迟滞现象，增加一只低速涡轮，在发动机低转速的时候，较少的排气即可驱动这只涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，当发动机转速提升以后，高速涡轮工作继续进入高增压值的状态，提供一个连贯的强劲动力。涡轮增压+机械增压复合增压系统是用来同时解决涡轮增压低速扭矩输出的问题和机械增压高速功率输出的问题，此种复合增压系统的优点是发动机输出功率大、燃油消耗率低，适合发动机全部工况，缺点是结构过于复杂，成本过高。近年来一种新的复合增压系统被提出，该系统使用涡轮增压+电动增压来优化发动机全运行工况的增压控制，传统涡轮增压器只有当发动机运行到较高的转速，废气排放量达到一定程度时，才会达到最强增压效果，产生最强动力。而电动增压器打破了这种对发动机废气的依赖，其电动增压器依靠电池提供的电力，可在发动机低转速工况下，瞬间制造出高增压，从而使发动机释放出高扭矩，而随着发动机转速的增加，废气涡轮逐步接管增压功能，实现最大扭矩，废气涡轮增压+电动增压的功效与废气涡轮增压+机械增压是类似的——在废气涡轮增压不足时，由机械或电力实现快速增压。不同的是，电动增压比机械增压来得更快，而且电动增压的电力可以来自车辆减速、刹车时回收储存的电能，而机械增压要靠发动机做功，因此使用废气涡轮增压+电动增压的复合增压系统比废气涡轮增压+机械增压的复合增压系统更节能。以上几种复合增压系统虽然兼顾了发动机全工况下的运行效果，但由于增压系统零部件增多，导致发动机进排气系统非常复杂，多级增压系统增压切换控制复杂，对发动机控制系统的控制算法和匹配标定提出较高的要求。例如，奥迪的电动增压+涡轮增压复合增压系统，为了实现电动增压和涡轮增压协同工作，将电动增压进气管路与涡轮增压进气管路内并联，并设置一个旁通阀，用于切换进气管道连通电动增压器还是绕过电动增压器。
技术实现思路
本专利技术主要设计了一种独特的并可以极大简化复合增压系统结构的辅助进气组件以及使用该组件的发动机进气系统，使用该辅助进气组件能够有效增加发动机进气量，提高发动机工作效率，提升发动机最大扭矩，并极大简化复合增压系统的管路结构。该辅助进气组件设置在进气管上并位于发动机的进气歧管总管之前。辅助进气组件包括至少一个气体进口，至少一个气体出口以及内部通道，该内部通道的作用用于将气体从至少一个气体进口运输到所述至少一个气体出口。该内部通道在电动增压工作时内部气体堆积形成高压气流，因此该内部通道也称为增压腔。当所述辅助进气组件工作时，导入到辅助进气系统入口的空气被所述辅助进气组件增压后的经过所述辅助进气组件的气流通道导流至所述辅助进气组件的出风口，根据伯努利原理和质量守恒定律，辅助进气组件空气入口处的气流的静压+动压之和与所述辅助进气组件环形间隙出口处的静压+动压之和近似相等，进入辅助进气组件的空气与由辅助进气组件出口排出的空气质量相等，即空气进入辅助进气组件增压腔后，在增压腔内被增压腔内壁改变方向而降低流速进而使得空气在增压腔内静压升高，在增压腔环形出口处由于内外压差使得空气被加速吹出，高速气流与原进气管内气流方向一致的叠加气流，根据伯努利原理流速越大压力越小，因此在环形间隙后部形成低压区域，进而使得原进气管内的空气更多的进入管路补偿低压区域，叠加的空气气流加速向发动机气缸流动，使更多的空气被吸入气缸。所述辅助进气组件的气源主要来自于电动涡轮增压系统，电动涡轮增压从压气机的类型上可分为“轴流式电动涡轮增压器”与“离心式电动涡轮增压器”两种。轴流式电涡轮增压器，通常由安装于进气管的电机和风扇叶片构成，电机驱动风扇叶片转动，使得气体平行于电机轴向流动。离心式电动涡轮增压器的原理与涡轮增压器类似，将涡轮增压器由废气驱动改为由电机驱动，压气机侧保持不变，气体从轴向进入叶轮，气体流经叶轮时改变成径向流出。较佳地，根据发动机排量和所需空气的流量选择使用轴流式电动增压还是离心式电动增压。轴流式电动增压的特点是供应的空气流量大但静压小，空气密度小，对电机性能如转速，功率要求不高，适用于对有辅助进气组件补偿的空气的流量需求较高但对增压压力需求较低的发动机，也可通过多级串联多个轴流式风扇的方式提高静压。离心式电动增压的特点是供应的空气流量比轴流式少，但提供的空气静压大，密度大，对电机性能如转速，功率要求高，适用于对有辅助进气组件补偿的空气的增压压力需求较高对流量要求不高的发动机工况。较佳地，所述离心式电动增压的电机是开关磁阻电机，因电机需要在所述发动机周边工况苛刻的环境中运行，开关磁阻电机在所述发动机进气系统中的应用优势主要表现在：电动机结构简单、成本低、可用于高速运转；功率电路简单可靠；系统可靠性高，鲁棒性好；起动转矩大，起动电流低；适用于发动机进气系统频繁起停的要求；效率高损耗小。较佳地，所述开关磁阻电机由超级电容阵列和直流逆变升压电路驱动，以实现电机快速响应，减少电动增压响应“迟滞”。所述超级电容阵列通过车载电池对所述超级电容阵列充电获得驱动电机的电能，通过直流逆变升压电路释放电能驱动电机旋转。较佳地，所述超级电容阵列配合车辆制动能量回收系统使用，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机进气系统，所述发动机进气系统设有主进气管，其特征在于：所述进气系统的至少一部分主进气管设有辅助进气组件，所述辅助进气组件设有辅助进气通道、辅助出气通道和中心通道，其中所述辅助进气通道与气源连通从而气体经由所述辅助进气通道进入并从所述辅助出气通道流出进入所述中心通道，所述辅助出气通道具有预定长度并朝向所述主进气管的气流行进方向，以及所述中心通道与所述主进气管流体连通从而来自所述辅助进气组件的气体与经由所述主进气管流入的气体混合后一起被吸入发动机的气缸。

【技术特征摘要】
1.一种发动机进气系统，所述发动机进气系统设有主进气管，其特征在于：所述进气系统的至少一部分主进气管设有辅助进气组件，所述辅助进气组件设有辅助进气通道、辅助出气通道和中心通道，其中所述辅助进气通道与气源连通从而气体经由所述辅助进气通道进入并从所述辅助出气通道流出进入所述中心通道，所述辅助出气通道具有预定长度并朝向所述主进气管的气流行进方向，以及所述中心通道与所述主进气管流体连通从而来自所述辅助进气组件的气体与经由所述主进气管流入的气体混合后一起被吸入发动机的气缸。2.根据权利要求1所述的发动机进气系统，其特征在于：所述辅助进气组件还设有气腔，气流经由所述辅助进气通道进入，流经所述气腔，然后从所述辅助出气通道流出。3.根据权利要求2所述的发动机进气系统，其特征在于：所述气腔的形状设置成将来自所述辅助进气通道的气流朝向所述辅助出气通道引导。4.根据权利要求1所述的发动机进气系统，其特征在于：所述辅助进气组件包括内管和外管，所述内管和外管共同界定所述中心通道，所述内管的一端密封地连接于所述外管的一端，所述内管的另一端延伸进入所述外管内部，从而所述内管与所述外管之间形成气腔，其中所述气腔与所述辅助出气通道连通，气流经由所述辅助进气通道进入，流经所述气腔，然后从所述辅助出气通道流出并进入所述中心通道。5.根据权利要求4所述的发动机进气系统，其特征在于：所述内管设有内环形导流部和内环形连接部，且所述外管设有管状主体、外环形导流部以及外环形连接部，其中所述外环形导流部在所述管状主体内侧从所述外环形连接部朝向...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：上海擎掣汽车电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31