專利名稱：用于混合動力汽車的均質壓燃汽油機進氣系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及混合動力汽車領域，具體涉及一種以均質壓燃汽油機作為發動機的混合動力汽 車的發動機進氣系統。
背景技術：
在混合動力汽車上使用均質壓燃(HCCI)汽油機是很多汽車公司在考慮的選擇方案。由于 均質壓燃汽油機具有大幅度提高發動機熱效率的潛力，它的使用有可能進一步降低混合動力 汽車的平均油耗。同時，由于均質壓燃汽油機的氮氧化物排放極低，僅為常規汽油機排放的 1-2%，使混合動力汽車排氣后處理的負擔大為減輕。否則在稀燃情況下，氮氧化物的后處理 是個困難的任務。均質壓燃汽油機有很多不同的方案，節油效果也不同。專利號為US6295973B1的美國專利 公開了一種優化動力型(0KP)均質壓燃汽油機系統。通過單缸發動機臺架實驗證明，這種優 化動力汽油機在一個典型的部分負荷工況(1500轉/分，制動平均有效壓力2.62bar)其燃油 效率比常規電噴汽油機提高近50%。理論分析也證明，優化動力汽油機已接近活塞式發動機部 分負荷熱效率在技術上的上限。因此，在混合動力汽車上采用優化動力均質壓燃汽油機可以 進一步降低汽車平均油耗。均質壓燃的燃燒是當缸內混合氣溫度達到自燃溫度時發生的。因此，所有的均質壓燃發動 機都需要設法使混合氣在上止點附近達到自燃溫度。例如， 一種稱為可控自燃型(CAI)均質 壓燃汽油機利用進、排氣閥開啟和關閉時間的改變來大幅度增加缸內殘余廢氣量，使混合氣 溫度增高，壓縮后可達到自燃溫度。而優化動力型汽油機對燃燒的控制是建立在對進氣進行 快速熱管理的基礎上。其進氣有兩個通道。 一個空氣通道經過發動機冷卻水熱交換器和發動 機排氣熱交換器以后，再通往氣缸。流經此"熱通道"的空氣被加熱。另一個空氣通道直接 通往氣缸，流經此"冷通道"的空氣未被加熱。用氣道中的閥門控制流經兩個通道氣流的比 例可以改變進氣的溫度，使混合氣能在上止點附近發生自燃，并能調整自燃的時間。從上述 兩種均質壓燃汽油機的燃燒控制可以看出，溫度對均質壓燃發動機的燃燒非常重要。由于溫度和對溫度的控制對均質壓燃燃燒非常重要，均質壓燃汽油機適合于連續工作來維 持發動機的溫度水平。但混合動力汽車上的發動機常需要暫時停機來減少油耗。這給在混合 動力汽車上采用均質壓燃技術帶來的困難。發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種用于混合動力汽車的均質壓燃汽油機進氣系統，它能 使混合動力汽車中的均質壓燃汽油機在經常停機的情況下維持合適的溫度水平。為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案 一種用于混合動力汽車的均質壓燃汽 油機進氣系統，所述混合動力汽車包括電氣驅動裝置、均質壓燃汽油機、冷卻水熱交換器、 發動機排氣熱交換器和一臺壓氣機，所述壓氣機的出氣口同時連接一條熱通道和一條冷通道， 所述熱通道經過電氣驅動裝置、冷卻水熱交換器、發動機排氣熱交換器和節流閥與均質壓燃 汽油機的氣缸相連接，所述冷通道通過另一個節流閥直接與均質壓燃汽油機的氣缸相連接。其中，所述電氣驅動裝置包括電動機和電池。優選地，所述熱通道依次經過電氣驅動裝置、冷卻水熱交換器、發動機排氣熱交換器和節 流閥與均質壓燃汽油機的氣缸相連接。作為對上述技術方案的改進，所述熱通道中設有至少一個用于排空的旁通閥。進一步地，在冷卻水熱交換器之前，并盡可能靠近冷卻水熱交換器的位置設有第一旁通閥。進一步地，在所述發動機排氣熱交換器的后面還設有第二旁通閥。本發明設置了一條熱通道，可以利用混合動力車的發熱部件對發動機進氣進行預熱，使均 質壓燃汽油機在經常停機的情況下維持合適的溫度水平。控制該熱通道的進氣與另一條冷通 道的進氣比例，可以控制進氣的平均溫度，使混合氣能在上止點附近發生自燃，并能調整自 燃的時間。本發明充分利用混合動力車中電氣驅動裝置和均質壓燃汽油機的特點，使兩種技 術能夠互補， 一方面解決了在混合動力汽車中均質壓燃汽油機經常需要暫時停機所帶來的維 持溫度水平的困難，另一方面使得在混合動力汽車上可以采用比較簡單的均質壓燃汽油機， 用較低的成本來進一步提高混合動力汽車的燃油經濟性。本發明另外要解決的技術問題是提供了上述進氣系統的控制策略，具體方案如下。首先在上述進氣系統中，可以通過節流閥控制由冷、熱通道進入均質壓燃汽油機氣缸的兩 股氣流的比例，來最終控制進氣的平均溫度，實現對燃燒的控制。另外，在上述設有第一旁通閥和第二旁通闊的進氣系統中，根據混合動力汽車的運轉和對 發動機進行控制的情況，控制上述旁通閥的啟閉，從而控制通道內各區段的溫度隨時間變化。其中，在發動機暫時停機后，熱起動之前，先開啟第二旁通閥而關閉第一旁通閥，使空氣 管道內迅速充滿熱空氣。其中，在發動機冷起動前，關閉所有旁通闊，使從熱通道進入的熱空氣預熱燃燒室壁面， 然后用電動機拖動發動機起動。在上述進氣系統中，對所述壓氣機的壓力進行控制，滿足均質壓燃汽油機在不同工況下的 進氣壓力要求。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。圖1是本發明用于混合動力汽車的均質壓燃汽油機進氣系統的結構框圖。圖中1、壓氣機 2、電氣驅動裝置 3、第一旁通閥 4、冷卻水熱交換器5、發動機排氣熱交換器 6、節流閥7、第二旁通閥8、均質壓燃汽油發動機的氣缸 9、節流閥具體實施方式
混合動力車一般由電氣驅動裝置和發動機裝置共同驅動，其中的電氣驅動裝置包括電動 機、電池等電氣發熱部件，因此往往需要用壓氣機強制空氣流動來冷卻這些發熱部件。本發 明在采用均質壓燃汽油發動機與電動機的混合動力車中，將電氣驅動裝置所需要的空氣流動系統和均質壓燃汽油發動機的進氣系統作為一個系統來設計，其方案如圖1所示空氣流經壓氣機l后分為兩個通道，其中一個通道先流經電氣驅動裝置2，吸收一些熱量后，再流經一 個冷卻水熱交換器4吸收冷卻水中的部分熱量，然后流經發動機排氣熱交換器5吸收發動機排氣中的部分熱量，最后進入均質壓燃汽油發動機的氣缸8內，該通道為熱通道；另一空氣通道不經過任何加熱裝置，由進氣管道可直接進入發動機氣缸8，該通道為冷通道。兩個通道 中各設有一個節流閥6、 9，流經這兩個通道的空氣流都由節流閥來控制，通過控制兩股氣流 的比例來最終控制進入氣缸空氣的平均溫度，實現對燃燒的控制。對混合動力車所用壓氣機 的出氣壓力進行控制，滿足均質壓燃汽油機在不同工況下對進氣壓力的要求。在熱通道中電氣驅動裝置2的下游至少設置一個旁通閥，以使通道中的空氣可以瀉出至大 氣中。這是為了在發動機運轉時能夠控制流經電氣驅動裝置的空氣流量，以及在發動機停機 時仍能維持空氣流經電氣驅動裝置。在本實施例中，在冷卻水熱交換器4之前、并盡可能靠 近冷卻水熱交換器4的位置設置第一旁通閥3，以便使熱通道內的空氣保持較高溫度，同時避 免在發動機停機時空氣流對冷卻水的冷卻作用；為加快發動機熱起動時的響應速度，在發動 機排氣熱交換器5的后面、并盡可能接近發動機進氣閥的位置設有第二旁通閥7。通過對上述旁通閥3、 7開啟關閉的控制策略，根據混合動力汽車的運轉和對發動機進行 控制的情況，可以控制氣道內各區段的溫度隨時間變化。上述控制策略包括在發動機暫時停機后，熱起動之前，先開啟最靠近發動機的第二旁通閥而關閉上游的第一旁通闊，使熱通 道內迅速充滿熱空氣。在發動機冷起動前，關閉所有旁通閥，使從熱通道進入的熱空氣預熱 氣缸燃燒室壁面，然后用電動機拖動發動機起動。本發明充分利用了混合動力車中電氣驅動裝置和均質壓燃汽油發動機的特點，使它們相互 結合，在技術上形成互補，通過一個統一的空氣流動系統，既滿足了電氣驅動裝置的散熱要 求，又能夠控制發動機氣缸的進氣溫度，從而解決了混合動力車中均質壓燃汽油發動機因經 常停機所帶來的維持溫度水平的困難的問題。通過本發明的進氣系統和控制策略，使得在混 合動力汽車上可以采用比較簡單的均質壓燃汽油發動機，以較低成本進一步降低汽車平均油耗和排放。
權利要求
1.一種用于混合動力汽車的均質壓燃汽油機進氣系統，所述混合動力汽車包括電氣驅動裝置、均質壓燃汽油機、冷卻水熱交換器、發動機排氣熱交換器和一臺壓氣機，其特征是所述壓氣機的出氣口同時連接一條熱通道和一條冷通道，所述熱通道經過電氣驅動裝置、冷卻水熱交換器、發動機排氣熱交換器和節流閥與均質壓燃汽油機的氣缸相連接，所述冷通道通過另一個節流閥直接與均質壓燃汽油機的氣缸相連接。
2. 根據權利要求l所述的用于混合動力汽車的均質壓燃汽油機進氣系統，其特征是所述電 氣驅動裝置包括電動機和電池。
3. 根據權利要求l所述的用于混合動力汽車的均質壓燃汽油機進氣系統，其特征是所述熱 通道依次經過電氣驅動裝置、冷卻水熱交換器、發動機排氣熱交換器和節流閥與均質壓燃 汽油機的氣缸相連接。
4. 根據權利要求3所述的用于混合動力汽車的均質壓燃汽油機進氣系統，其特征是所述熱 通道中設有至少一個用于排空的旁通閥。
5. 根據權利要求4所述的用于混合動力汽車的均質壓燃汽油機進氣系統，其特征是在冷卻 水熱交換器之前，并盡可能靠近冷卻水熱交換器的位置設有第一旁通閥。
6. 根據權利要求5所述的用于混合動力汽車的均質壓燃汽油機進氣系統，其特征是在所述 發動機排氣熱交換器的后面還設有第二旁通閥。
7. —種權利要求1所述均質壓燃汽油機進氣系統的控制策略，其特征是通過節流閥控制由 冷、熱通道進入均質壓燃汽油機氣缸的兩股氣流的比例，來最終控制進氣的平均溫度，實 現對燃燒的控制。
8. —種權利要求5所述均質壓燃汽油機進氣系統的控制策略，其特征是根據混合動力汽車 的運轉和對發動機進行控制的情況，控制上述旁通閥的啟閉，從而控制通道內各區段的溫 度隨時間變化。
9. 根據權利要求7所述的控制策略，其特征是在發動機暫時停機后，熱起動之前，先開啟 第二旁通閥而關閉第一旁通閥，使空氣管道內迅速充滿熱空氣。
10. 根據權利要求7所述的控制策略，其特征是在發動機冷起動前，關閉所有旁通閥，使從 熱通道進入的熱空氣預熱燃燒室壁面，然后用電動機拖動發動機起動。
11. 一種權利要求1所述均質壓燃汽油機進氣系統的控制策略，其特征是對所述壓氣機的壓 力進行控制，滿足均質壓燃汽油機在不同工況下的進氣壓力要求。
全文摘要
本發明公開了一種用于混合動力汽車的均質壓燃汽油機進氣系統，壓氣機的出氣口同時連接一條熱通道和一條冷通道，熱通道經過電氣驅動裝置、均質壓燃汽油機、冷卻水熱交換器、發動機排氣熱交換器和節流閥與均質壓燃汽油機的氣缸相連接，冷通道通過另一個節流閥直接與氣缸相連接。熱通道中設有至少一個用于排空的旁通閥。充分利用混合動力車中電氣驅動裝置和均質壓燃汽油機的特點，使它們在技術上形成互補，通過一個統一的空氣流動系統，既滿足電氣驅動裝置的散熱要求，又能夠控制發動機氣缸的進氣溫度，從而克服了混合動力車中均質壓燃汽油發動機因經常停機所帶來的維持溫度水平的困難。結合控制策略，可以較低成本進一步降低汽車平均油耗和排放。
文檔編號F02B31/08GK101245730SQ20081003503
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月24日 優先權日2008年3月24日
發明者楊嘉林, 方 稅 申請人:上海汽車集團股份有限公司