CN112855363B - 增程器、控制方法及车辆 - Google Patents

Abstract

一种增程器、控制方法及车辆，该增程器包括发动机、飞轮、可变传动比增速器、发电机及控制单元，发动机的输出轴依次通过飞轮及可变传动比增速器与发电机相连。发动机被设置为在改变影响因素的参数的情况下，可使发动机的万有特性曲线内的低油耗高效区得以扩展，控制单元根据增程器的工况需求对发动机的实时转速和扭矩进行控制，并对发动机的万有特性曲线的影响因素的参数进行控制，使发动机的实时转速和扭矩落于发动机的低油耗高效区内，控制单元根据发动机的实时转速对可变传动比增速器进行控制，使得发动机经过可变传动比增速器输出的转速与发电机最高效率转速相同。该增程器能够始终工作于高效区内，且发电机始终能够运行于最高效率转速。

Description

增程器、控制方法及车辆

技术领域

本发明涉及车辆动力***技术领域，尤其是一种增程器、控制方法及车辆。

背景技术

现如今，增程式电动车辆是新能源车辆动力的主流技术路线之一。增程器的工作点原则上选择在增程器的高效区内，但实际上效率并非是唯一的考虑因素：为兼顾车辆NVH性能和司乘人员的主观感受，增程式电动汽车常将“车速-转速-功率”进行关联，即除转速、功率外，车速也是增程器工作点的选择依据之一；此外，增程式车辆中动力电池SOC值的高低也是决定增程器运行工作点的因素。因此，增程器不可避免地存在低转速区的工作点，而如图1所示，发动机的高效低排放区大多处于中等转速-中高负荷区域，这使得在低转速区间时，发动机的工作点(如图1中的点)不可能都在发动机的低油耗高效区间，同样地这使得增程器的工作点(图2中的点)也不可能都处于高效低排放区内。受成本、体积及重量的限制，增程器中发电机的额定转速往往较高，致使发电机的高效率区偏向高转速-高负荷，这与发动机有明显的不同。在增程器工作时，虽然可尽量选用低速电机(如最高转速约4000rpm)，但发动机与发电机的高效区一般不会恰好重合，导致增程器高效区狭窄，最高效率不够高。

为提高增程器的效率，除了选用高效率的发动机与发电机外，还应该使发动机与发电机两者的高效区相重合。在现有技术中，可在发动机与发电机之间设置增速器，如发动机的转速通过齿轮增速器增速，使之与发电机的高效区相匹配。

但现有的齿轮增速方案中，由于齿轮增速器的传动比固定不可变，不可能使得发动机转速与增速器配合后能够恰好始终与发电机的高效区重合，无法保证增程器始终运行于高效区内；即使发动机转速与增速器增速进行配合后达到发电机高效率区间的转速，但是却不能够保证发电机以最高效率转速进行工作。

发明内容

本发明提供了一种增程器、控制方法及车辆，该增程器能够始终工作于高效区内，且发电机始终能够以最高效率转速进行工作。

本发明提供一种增程器，包括发动机、飞轮、可变传动比增速器、发电机及控制单元，所述发动机的输出轴依次通过所述飞轮及所述可变传动比增速器与所述发电机相连，所述控制单元与所述发动机、所述可变传动比增速器及所述发电机电性相连，所述发动机被设置为在改变影响因素的参数的情况下，可使发动机的万有特性曲线内的低油耗高效区得以扩展，所述控制单元根据所述增程器的工况需求对所述发动机的实时转速和扭矩进行控制，并对所述发动机的万有特性曲线的影响因素的参数进行控制，使所述发动机的实时转速和扭矩落于所述发动机的低油耗高效区内，所述控制单元根据所述发动机的实时转速对所述可变传动比增速器进行控制，使得所述发动机经过所述可变传动比增速器输出的转速与所述发电机最高效率转速相同。

进一步地，所述发动机包括活塞，所述活塞上设置有滑动槽及设置于所述滑动槽内的电控滑块，所述电控滑块在所述滑动槽内上下运动，以改变燃烧室的容积，所述控制单元通过对所述发动机燃烧室的容积的控制，以改变所述发动机的万有特性。

进一步地，所述发动机包括设置于缸盖上的第一喷油器及设置于进气道内的第二喷油器，所述控制单元通过对所述第一喷油器及所述第二喷油器喷射同种或不同种特性的燃料，以改变所述发动机的万有特性。

进一步地，所述控制单元内存储有发动机的影响因素的不同参数与所述发动机的低油耗高效区的对应数据集。

进一步地，所述可变传动比增速器包括输入轴、输出轴、传动带及驱动装置，所述输入轴及所述输出轴均为锥形轴，且二者的轴线相互平行，所述传动带设置于所述输入轴及所述输出轴之间，所述驱动装置带动所述传动带在所述输入轴及所述输出轴上运动。

本发明还提供了一种增程器的控制方法，该控制方法包括如下步骤：

S1：获取车辆实时的车速及扭矩需求；

S2：根据所述的车速及扭矩需求控制发动机的实时转速和扭矩，根据所述发动机的实时转速和扭矩，改变所述发动机的低油耗高效区，使所述发动机的实时转速和扭矩落于低油耗高效区内；

S3：根据发电机的最高效率转速及所述发动机的实时转速，改变可变传动比增速器的传动比，使得所述发动机经过所述可变传动比增速器后输出的转速与所述发电机的最高效率转速相同。

本发明还提供了一种车辆，该车辆包括上述的增程器。

综上所述，在本发明中，通过发动机低油耗高效区的扩展，以及可变传动比增速器传动比的控制，能够使得发动机始终在低油耗高效区进行工作，在发动机及发电机二者结合后，增程器中的所有工作点均可以落在增程器的低油耗高效区内，发电机始终能够在最高效率转速进行工作。这能够显著地提高增程器的效率，减少排放，减少增程器的排放后处理器成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为现有技术中发动机万有特性曲线图。

图2所示为现有技术中增程器的万有特性曲线图。

图3所示本发明第一实施例提供的增程器的结构示意图。

图4所示为图3中发动机的万有特性曲线图。

图5所示为图3中发电机的万有特性曲线图。

图6所示为本发明提供的增程器的万有特性曲线图。

图7所示为可变压缩比的发动机的结构示意图。

图8所示为可变传动比增速器的结构示意图。

图9所示为本发明第二实施例中多喷油器发动机的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如下。

本发明提供了一种增程器、控制方法及具有其的车辆，该增程器能够始终工作于高效区内，且发电机始终能够以最高效率转速进行工作。

图3所示为本发明第一实施例提供的增程器的结构示意图，图4所示为图3中发动机的万有特性曲线图，图5所示为图3中发电机的万有特性曲线图，图6所示为本发明提供的增程器的万有特性曲线图。如图3至图6所示，本发明提供的增程器包括发动机10、飞轮20、可变传动比增速器30、发电机40及控制单元50，发动机10的输出轴依次通过飞轮20及可变传动比增速器30与发电机40相连，控制单元50与发动机10、可变传动比增速器30及发电机40电性相连，在本实施例中，发动机10被设置为在改变影响因素的参数的情况下发动机10的万有特性曲线内的低油耗高效区可得以扩展；控制单元50根据增程器的工况对发动机10的实时转速和扭矩进行控制，并对发动机10万有特性曲线的影响因素的参数进行控制，使得发动机10的实时转速和扭矩进入发动机10低油耗高效区；控制单元50继而根据发动机10的实时转速对可变传动比增速器30的传动比进行控制，使得发动机10经过可变传动比增速器30输出的转速与发电机40最高效率转速相同。

发动机10的万有特性曲线是依据自身的各项参数而定的，一般而言，发动机10的各项参数确定后，其万有特性曲线就不会再发生改变。在本实施例中，通过将发动机10设置为其在改变影响因素的参数的情况下万有特性曲线内的低油耗高效区可得以扩展，这就可以在发动机10的影响因素的参数进行改变的情况下，改变发动机10低油耗高效区对应的转速和扭矩的范围。也即，在改变影响因素的参数后，不同的参数会使发动机10的低油耗高效区具有不同的转速和扭矩范围。图4即显示了多个参数对应的低油耗高效区进行叠加后的万有曲线图，从图4可以看出，通过改变影响因素的参数，发动机10即使在低速低扭矩的情况下，也能够落入某一参数对应的低油耗高效区内。也即，这实际上相当于发动机10的低油耗高效区向低转速低扭矩区域扩展。如图4所示，代表发动机10工况的点均落入发动机10的低油耗高效区内，这就能够表明本实施例提供的增程器不管在任何工况下，均能够使得发动机10在发动机10自身的低油耗高效区内进行工作。优选地，对影响因素的参数的控制结果，使得在该发动机10的万有特性曲线中，发动机10的低油耗高效区对应的转速明显扩展(如至少跨越1000rpm～3500rpm)，以使发动机10在低转速的工况下仍然能够落入发动机10的低油耗高效区内。

进一步地，如图5所示，在同一个增程器内，发电机40的高效区是确定的，因此，发电机40的最高效率转速也是一个确定的转速，图5中的虚线代表了发动机10最高效率转速对应的扭矩区间，在确定发动机10的转速后，控制单元50可以通过对可变传动比增速器30的传动比进行改变，使得发动机10与可变传动比增速器30结合后输出的转速与发电机40最高效率转速相同，这使得发电机40始终能够以最高效转速进行工作。更进一步地，由于发动机10及可变传动比增速器30输出的转速可控，发电机40就不需要再刻意地选择低速发电机40，可以采用更加节能、体积更小的高速发电机40。在本实施例中，发电机40的高效区对应的转速较高(如4000rpm-10000rpm)，其最高效率转速大致在7000rpm-8000rpm，优选为7500rpm。

也即，通过发动机10低油耗高效区的扩展，以及可变传动比增速器30传动比的控制，能够使得发动机10始终在低油耗高效区进行工作，在发动机10及发电机40二者结合后，如图6所示，增程器中的所有工作点均可以落在增程器的低油耗高效区内，发电机始终能够在最高效率转速进行工作。这能够显著地提高增程器的效率，减少排放，减少增程器的排放后处理器成本。

图7所示为可变压缩比的发动机的结构示意图，如图7所示，在本实施例中，发动机10万有特性曲线改变的影响因素可以为压缩比，与之相应地，该发动机10为可变压缩比发动机10。具体而言，该发动机10包括活塞61，在活塞61上设置有滑动槽63及设置于滑动槽63内的电控滑块62，电控滑块62可以在滑动槽63内上下运动，以改变燃烧室的容积。

对于发动机10的低转速、低扭矩工况点，通过提高其压缩比而提高发动机10效率。对于高转速、高扭矩工况点，其压缩比维持不变或略微提高，可保证发动机10高效率的同时抑制爆震(高转速、高扭矩工况下压缩比过高容易发生爆震)，从而实现发动机10全工况的爆震抑制和效率提升。

发动机10改变压缩比的工作原理为：当发动机10需要增大压缩比时，其活塞61内的电控滑块62在控制单元50的控制下沿滑动槽63向上移动一定距离，从而缩小压缩终点(上止点)时的燃烧室的容积。同理，当发动机10需要降低压缩比时，电控滑块62可由其控制单元50控制沿滑动槽63向下移动一定距离，从而增大活塞61压缩终点时刻的燃烧室的容积。

图8所示为可变传动比增速器的结构示意图。如图8所示，可变传动比增速器30包括输入轴31、输出轴32、传动带33及驱动装置34，输入轴31及输出轴32均为锥形轴，且其轴线平行设置，传动带33设置于输入轴31及输出轴32之间，驱动装置34带动传动带33在输入轴31及输出轴32上运动。在驱动装置34的带动下，可以改变传动带33在输入轴31及输出轴32上的位置，以改变其传动比。可以理解地，由于其为增速器30，通过对传动带33的移动范围的控制，其传动比可始终大于1。

控制单元50在获得发动机10的实时转速后，可以根据发电机40最高效率转速及发动机10的实时转速，得到传动比可变增速器30的传动比，并控制驱动装置对其传动比进行改变，以使发动机10与传动比可变增速器30结合后输出的转速与发电机40最高效率转速相同。

进一步地，在本实施例中，飞轮20可以为双质量飞轮，也可以为单质量飞轮，当其为单质量飞轮时，飞轮20还可以包括扭转减振器。

图9所示为本发明第二实施例中多喷油器发动机的结构示意图，如图9所示，本发明的第二实施例与第一实施例基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，发动机10万有特性曲线改变的影响因素可以是喷射燃料的种类和喷射策略，与之相应地，该发动机10包括设置于发动机10缸盖上的第一喷油器71，以及设置于进气道73内的第二喷油器72。可以理解地，第二喷油器72可以有多个，在本实施例中，可以有一个或两个。

在对发动机10万有特性曲线进行改变时，可以进行同一种燃料或不同燃料的喷射。当喷射不同燃料时，控制单元50控制第一喷油器71及第二喷油器72分别喷射不同特性的燃料，如第一喷油器71喷射高辛烷值的燃料，第二喷油器72喷射高十六烷值的燃料。在发动机10工作时，如在中低转速、中低负荷时，采用第一喷油器71和第二喷油器72的混合喷油策略，兼具进气道73喷射和缸内直喷两者的优点，可降低发动机10油耗，并使发动机10的高效区向低速低扭矩区域明显拓展，降低中低转速下的颗粒物排放。

可以理解地，在其它实施例中，发动机10可以同时兼具第一实施例及第二实施例内的两种结构。

本发明还提供了一种基于上述增程器的控制方法，该方法包括如下步骤：

S1：获取车辆实时的车速及扭矩需求；

S2：根据车辆的车速及扭矩需求控制发动机10的实时转速和扭矩，根据发动机10的实时转速和扭矩，改变发动机10的低油耗高效区，使发动机10的实时转速和扭矩落于低油耗高效区内；

S3：根据发电机40的最高效率转速及发动机10的实时转速，改变可变传动比增速器30的传动比，使得发动机10经可变传动比增速器30后输出的转速与发电机40的最高效率转速相同。

在本实施例中，发动机10的低油耗高效区的改变可以通过对发动机10万有特性曲线影响因素的参数的改变而完成。而万有特性影响因素的参数与低油耗高效区的对应数据集可以通过事先的试验而得到，并存储于控制单元50内。

同样地，发电机40的万有特性曲线也可以事先通过试验而得到，并存储与控制单元50内，以备使用时进行调用。

本发明还提供了一种车辆，该车辆包括上述的增程器，关于该车辆的其它技术特征，请参见现有技术，在此不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种增程器，其特征在于：包括发动机、飞轮、可变传动比增速器、发电机及控制单元，所述发动机的输出轴依次通过所述飞轮及所述可变传动比增速器与所述发电机相连，所述控制单元与所述发动机、所述可变传动比增速器及所述发电机电性相连，所述发动机被设置为在改变影响因素的参数的情况下，可使发动机的万有特性曲线内的低油耗高效区得以扩展，所述控制单元根据所述增程器的工况需求对所述发动机的实时转速和扭矩进行控制，并对所述发动机的万有特性曲线的影响因素的参数进行控制，使所述发动机的实时转速和扭矩落于所述发动机的低油耗高效区内，所述控制单元根据所述发动机的实时转速对所述可变传动比增速器进行控制，使得所述发动机经过所述可变传动比增速器输出的转速与所述发电机最高效率转速相同。

2.根据权利要求1所述的增程器，其特征在于：所述发动机包括活塞，所述活塞上设置有滑动槽及设置于所述滑动槽内的电控滑块，所述电控滑块在所述滑动槽内上下运动，以改变燃烧室的容积，所述控制单元通过对所述发动机燃烧室的容积的控制，以改变所述发动机的万有特性。

3.根据权利要求1所述的增程器，其特征在于：所述发动机包括设置于缸盖上的第一喷油器及设置于进气道内的第二喷油器，所述控制单元通过对所述第一喷油器及所述第二喷油器喷射同种或不同种特性的燃料，以改变所述发动机的万有特性。

4.根据权利要求1所述的增程器，其特征在于：所述控制单元内存储有发动机的影响因素的不同参数与所述发动机的低油耗高效区的对应数据集。

5.根据权利要求1所述的增程器，其特征在于：所述可变传动比增速器包括输入轴、输出轴、传动带及驱动装置，所述输入轴及所述输出轴均为锥形轴，且二者的轴线相互平行，所述传动带设置于所述输入轴及所述输出轴之间，所述控制单元通过驱动装置带动所述传动带在所述输入轴及所述输出轴上运动，以改变增速器的传动比。

6.如权利要求1-5任一项所述增程器的控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：

S1：获取车辆实时的车速及扭矩需求；

S2：根据所述的车速及扭矩需求控制发动机的实时转速和扭矩，根据所述发动机的实时转速和扭矩，改变所述发动机的低油耗高效区，使所述发动机的实时转速和扭矩落于低油耗高效区内；

S3：根据发电机的最高效率转速及所述发动机的实时转速，改变可变传动比增速器的传动比，使得所述发动机经过所述可变传动比增速器后输出的转速与所述发电机的最高效率转速相同。

7.一种车辆，其特征在于：包括权利要求1至5中任意一项所述的增程器。

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