CN101182805A - 内燃机废气涡轮电动压气机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机废气涡轮电动压气机系统，它由废气涡轮子系统和电动压气子系统组成；所述的废气涡轮子系统由废气涡轮机、发电机、蓄电池、废气处理装置组成；所述的电动压气子系统包括有逆变器、变频调速电动机、空气流量计、压气机、滤清器；逆变器的一个输入端分别接蓄电池的正极和负极，逆变器的另一个输入端接空气流量计的输出端，逆变器的输出端接变频调速电动机的电源端；变频调速电动机通过传动装置与压气机相连接，压气机的排气口与内燃机进气管相连接，空气流量计安装在内燃机进气管上，滤清器的出气口接压气机的进气口。本发明的有益效果是结构简单、并且能够大大提高效率、减少排放污染。

Description

内燃机废气涡轮电动压气机系统
技术领域
本发明涉及一种内燃机废气涡轮电动压气机系统，适用于汽车内燃机。
背景技术
为使内燃机在排量不发生变化的情况下，发出更大的功率，一般采取增加进气的方法。进入汽缸的空气量增加，就可以增加供油，从而发出更大的功率。在大气状态下进气量无法提高，只有通过一套机械提高进气压力。利用内燃机排气的能量驱动涡轮机，涡轮机带动压气机，压气机将空气压力提高，将压气机排出的一定压力的空气进入内燃机，就是废气涡轮增压器。目前的汽车内燃机增压系统都是涡轮增压器一体式的，即废气涡轮机与压气机共轴。由于内燃机低速小负荷时，排气较少，涡轮增压器的效率较低。内燃机高速时，涡轮增压器产生的高压气体又过多。当排气量和进气量不平衡时，就必须调整废气涡轮机进口气量和压气机排气量。涡轮能量采用改变喷嘴或放气阀位置控制的方法调整，改变高低速时的效率和输出，存在的不足是造成密封困难和浪费。此外，涡轮增压器的旋转速度高达300,000rmp，在涡轮和压气机叶片处各有一盘滚动轴承作为支撑，轴承受力复杂，寿命短、噪音大、操纵繁琐；采用变喷嘴或放气阀位置控制，必须在旋转部件上增加控制、操纵装置，造成旋转部件的不平衡，高速情况下，操纵困难，旋转惯性力不易平衡，震动增大。制造工艺复杂，大批量生产困难，使用中极易产生故障，给使用和维修带来不便。有的使用钛合金制作叶轮，采用特殊的轴承解决噪音和震动问题，但在结构上仍需改进。特别是产品价格很高，只适合在高档轿车和商务车上使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、能够减少排放污染、提高效率的内燃机废气涡轮电动压气机系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：
本发明由废气涡轮子系统和电动压气子系统组成；所述的废气涡轮子系统由废气涡轮机、发电机、蓄电池、废气处理装置组成，废气涡轮机的进气口与内燃机的排气管相连接，废气涡轮机与发电机通过传动装置相连接，发电机的输出端分别接蓄电池的正极和负极，废气处理装置的进气口与废气涡轮机的废气排气口相连接；所述的电动压气子系统包括有逆变器、变频调速电动机、空气流量计、压气机、滤清器；逆变器的一个输入端分别接蓄电池的正极和负极，逆变器的另一个输入端接空气流量计的输出端，逆变器的输出端接变频调速电动机的电源端；变频调速电动机通过传动装置与压气机相连接，压气机的排气口与内燃机进气管相连接，空气流量计安装在内燃机进气管上，滤清器的出气口接压气机的进气口。
在本发明中，在压气机排气口处的内燃机进气管上还可以安装有中间冷却器。
所述的发电机为内部带有整流器的交流发电机。
所述的传动装置采用下述中的任一种：共轴传动、联轴器、皮带传动、齿轮副、离合器、摩擦轮、蜗轮蜗杆。
所述的废气涡轮机采用可调喷嘴式或带旁通阀式或可变截面蜗壳式。
本发明的工作原理：使用内燃机的排气驱动废气涡轮机，用废气涡轮机带动交流发电机发出电能，发出的交流电经整流后储存在蓄电池中，使用一个由逆变器控制的变频调速电动机带动压气机。逆变器的一个输入端分别接蓄电池的正极和负极，逆变器的另一个输入端受控于空气流量计的输出。逆变器根据内燃机的进气量调整变频调速电动机转速，使压气机排出的气量满足内燃机的要求。发电机由废气涡轮机驱动，充分利用废气的能量，较少损失。
本发明的有益效果如下：
(1)用废气涡轮机带动交流发电机发出电能，使废气涡轮机、发电机构成一个独立的子系统。在废气涡轮机运行过程中，根据内燃机的排气状况调整废气涡轮机的特性，发出的电能供应负载(包括用电器和蓄电池)。无须考虑压气机的需求。
(2)逆变器、变频调速电动机、压气机构成另一个独立的子系统，压气机由变频调速电动机驱动。变频调速电动机由逆变器调整转速，逆变器根据空气流量计的信号调整频率，调整变频调速电动机使压气机的供气压力和供气量适合内燃机的需要。解决了大尺寸废气涡轮机在内燃机高速、排气量大的情况下，能完全满足内燃机的需要后还有多余气体的问题；而在内燃机低速、排气量小的情况下，废气涡轮机不能满足内燃机的需要的问题。解决了小尺寸废气涡轮机在内燃机高速、排气量大的情况下，不能完全满足内燃机的需要的问题；而在内燃机低速、排气量小的情况下，废气涡轮机能满足内燃机的需要的问题。
(3)结构简单、减少了排放污染、提高了效率。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
实施例1：
由图1所示的实施例可知，它由废气涡轮子系统和电动压气子系统组成；所述的废气涡轮子系统由废气涡轮机、发电机、蓄电池、废气处理装置组成，废气涡轮机的进气口与内燃机的排气管相连接，废气涡轮机与发电机通过传动装置相连接，发电机的输出端分别接蓄电池的正极和负极，废气处理装置的进气口与废气涡轮机的废气排气口相连接；所述的电动压气子系统包括有逆变器、变频调速电动机、空气流量计、压气机、滤清器；逆变器的一个输入端分别接蓄电池的正极和负极，逆变器的另一个输入端接空气流量计的输出端，逆变器的输出端接变频调速电动机的电源端；变频调速电动机通过传动装置与压气机相连接，压气机的排气口与内燃机进气管相连接，空气流量计安装在内燃机进气管上，滤清器的出气口接压气机的进气口。
所述的发电机为内部带有整流器的交流发电机。
所述的传动装置采用下述中的任一种：共轴传动、联轴器、皮带传动、齿轮副、离合器、摩擦轮、蜗轮蜗杆。
所述的废气涡轮机采用可调喷嘴式或带旁通阀式或可变截面蜗壳式。
实施例2：
实施例2与实施例1不同的是：在压气机排气口处的内燃机进气管上安装有中间冷却器。
中间冷却器的作用：在压气机中得到提升压力的空气，通过压气机的出气口进入到中间冷却器中，中间冷却器将压缩空气的温度降低，降温后的压缩空气进入到内燃机进气管中。

Claims (5)

1.内燃机废气涡轮电动压气机系统，其特征在于它由废气涡轮子系统和电动压气子系统组成；所述的废气涡轮子系统由废气涡轮机、发电机、蓄电池、废气处理装置组成，废气涡轮机的进气口与内燃机的排气管相连接，废气涡轮机与发电机通过传动装置相连接，发电机的输出端分别接蓄电池的正极和负极，废气处理装置的进气口与废气涡轮机的废气排气口相连接；所述的电动压气子系统包括有逆变器、变频调速电动机、空气流量计、压气机、滤清器；逆变器的一个输入端分别接蓄电池的正极和负极，逆变器的另一个输入端接空气流量计的输出端，逆变器的输出端接变频调速电动机的电源端；变频调速电动机通过传动装置与压气机相连接，压气机的排气口与内燃机进气管相连接，空气流量计安装在内燃机进气管上，滤清器的出气口接压气机的进气口。
2.根据权利要求1所述的内燃机废气涡轮电动压气机系统，其特征在于在压气机排气口处的内燃机进气管上安装有中间冷却器。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机废气涡轮电动压气机系统，其特征在于所述的发电机为内部带有整流器的交流发电机。
4.根据权利要求3所述的内燃机废气涡轮电动压气机系统，其特征在于所述的传动装置采用下述中的任一种：共轴传动、联轴器、皮带传动、齿轮副、离合器、摩擦轮、蜗轮蜗杆。
5.根据权利要求4所述的内燃机废气涡轮电动压气机系统，其特征在于废气涡轮机采用可调喷嘴式或带旁通阀式或可变截面蜗壳式。
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