CN102588087A

CN102588087A - 一种发动机及其电动涡轮增压系统

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Publication number: CN102588087A
Application number: CN2012100726052A
Authority: CN
Inventors: 姜国清; 李建; 吕青山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了一种电动涡轮增压系统，包括依次相连的位置传感器、控制器、驱动电源以及电动涡轮增压装置。其中，位置传感器检测节气门的开度，并生成检测值；控制器接收并根据这一检测值输出相应的控制指令；驱动电源接收上述控制器的控制指令，并根据控制指令输出相应大小的控制电流；电动涡轮增压装置与上述驱动电源相连，即驱动电源输出的控制电流大小能够控制电动涡轮增压装置涡流的强弱。可知，通过上述电动涡流增压系统，能够实现从机械式节气门的开度的大小到电动涡轮增压装置涡流的强弱的对应关系，从而实现了增压系统根据实际工况的需要来自动调整空气的供给量。本发明还公开了一种采用上述电动涡轮增压系统的发动机。

Description

一种发动机及其电动涡轮增压系统

技术领域

本发明涉及发动机进气控制技术领域，特别涉及一种发动机及其电动涡轮增压系统。

背景技术

发动机工作时，燃料必须和吸进的空气成适当的比例，才能形成可以燃烧的混合气，即该混合气中燃料和空气的比就是空燃比。从理论上说，每克燃料完全燃烧所需的最少的空气克数，叫做理论空燃比。

然而，由于自然进气的发动机受到诸多因素的约束，基本上都无法达到理论上14.5的空燃比状态。经验证，发动机在自然进气的状态下，一般进气量只能达到设计所需的65％～90％，因此，发动机也只能发出原设计65％～90％的功率。

因此，为了提高发动机的进气能力，从而有效提高发动机的功率，现有技术中常采用以下几种增压的方法。

1、废气涡轮增压器

以发动机排放的废气为动力源，驱动废气泵带动气压泵工作。这种增压器技术最为成熟，使用最为普遍。最大优点是它可在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高发动机的功率。然而，它的缺点是具有明显的“滞后响应”，即由于叶轮的惯性作用，使得增压器对油门的骤然变化反应迟缓。

2、机械涡轮增压器

该装置设置在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，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岐道里。它的优点是转子的速度与发动机转速是相对应的，所以没有滞后或超前，动力输出更为流畅；它的缺点是由于要消耗部分引擎动力，会导致增压效率不高，不能有效提高发动机的功率。

3、复合涡轮增压器

既采用废气涡轮增压器，又同时应用机械驱动式涡轮增压器来克服废气涡轮增压器的滞后反映。它的效益优于上述两者增压类型，缺点是结构会比上述两者增压器更复杂，造价以及维修费用均更高。

现有一种新型的增压方式，即电动涡轮增压器增压，这种增压器以汽车本身的电力为动力源，采用电机驱动工作。具有体积小、响应速度快，便于安装，成本低等优点，有效地克服了上述三种增压器各自的缺点。然而，电动涡轮增压器采用电机驱动工作，电机的转速是一定的，不能随着气缸需要空气的多少而变速，这样将会出现增压不足或是增压较多的情况。

因此，如何对现有的电动涡轮增压系统进行改进，使得该系统能够根据发动机的工况需要自动调整空气供给量，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供了一种电动涡轮增压系统，该系统能够根据发动机的工况需要自动调整空气供给量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电动涡轮增压系统，包括：

检测节气门开度并将检测结果生成检测值的位置传感器；

接收所述位置传感器的检测值，并根据所述检测值输出控制指令的控制器；

接收所述控制器的控制指令，并根据所述控制指令输出控制电流的驱动电源；

与所述驱动电源连接的电动涡轮增压装置。

优选地，上述电动涡轮增压系统中，所述控制器还包括具有放大功能的控制电路。

优选地，上述电动涡轮增压系统中，所述电动涡轮增压装置包括：

外壳，所述外壳的出气端与发动机的机械式节气门连为一体；

设置在所述外壳的进气端的驱动装置；

设置在所述外壳的出气端且与所述驱动装置相连的叶轮，所述叶轮上设置有导流叶片。

优选地，上述电动涡轮增压系统中，所述驱动装置为主轴与所述叶轮相连的电机。

优选地，上述电动涡轮增压系统中，所述导流叶片的底边与所述叶轮相连且与所述叶轮的中心线成设定夹角。

优选地，上述电动涡轮增压系统中，所述导流叶片为螺旋延伸的弧形叶片。

优选地，上述电动涡轮增压系统中，所述叶轮的头部设置有用于分流的蘑菇头。

与现有技术相比，本发明的技术效果是：

本发明提供的电动涡轮增压系统，包括依次相连的位置传感器、控制器、驱动电源以及电动涡轮增压装置。其中，位置传感器能够根据机械式节气门阀门片开度的大小来检测节气门的开度，并将检测结果生成检测值；控制器则接收该位置传感器的检测值，并根据这一检测值输出相应的控制指令；驱动电源接收上述控制器的控制指令，并根据控制指令输出相应大小的控制电流；电动涡轮增压装置与上述驱动电源相连，即驱动电源输出的控制电流大小能够控制电动涡轮增压装置涡流的强弱。可知，通过上述电动涡流增压系统，能够实现从机械式节气门的开度的大小到电动涡轮增压装置涡流的强弱的对应关系，极大地提高了发动机的进气适应能力和效率，使得在节气门与发动机气缸之间能够获得最佳加速气流。从而实现了增压系统根据实际工况的需要来自动调整空气的供给量。

本发明还提供了一种发动机，包括发动机本体和设置在所述发动机本体的机械式节气门处的电动涡轮增压系统，所述电动涡轮增压系统为上述的电动涡轮增压系统。由于上述电动涡轮增压系统有上述技术效果，包括上述电动涡轮增压系统的发动机也应具备相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的电动涡轮增压系统的工作流程图；

图2为电动涡轮增压装置与机械式节气门配合的结构示意图；

图3为电动涡轮增压装置的叶轮的结构示意图；

图4为导流叶片单片轴向剖面图；

图5为导流叶片单片径向剖面图。

上图中，附图标记和部件名称之间的对应关系为：

1外壳；2机械式节气门；3驱动装置；4叶轮；5导流叶片；6蘑菇头；7主轴。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种电动涡轮增压系统，该系统能够根据发动机的工况需要自动调整空气供给量。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明提供的电动涡轮增压系统的工作流程图。

如图1所示，本发明提供的电动涡轮增压系统，包括依次相连的位置传感器、控制器、驱动电源以及电动涡轮增压装置。其中，位置传感器能够根据机械式节气门阀门片开度的大小来检测节气门的开度，并将检测结果生成检测值；控制器则接收该位置传感器的检测值，并根据这一检测值输出相应的控制指令；驱动电源接收上述控制器的控制指令，并根据控制指令输出相应大小的控制电流；电动涡轮增压装置与上述驱动电源相连，即驱动电源输出的控制电流的大小能够控制电动涡轮增压装置涡流的强弱。可知，通过上述电动涡流增压系统，能够实现从机械式节气门的开度的大小到电动涡轮增压装置涡流的强弱的对应关系，极大地提高了发动机的进气适应能力和效率，使得在节气门与发动机气缸之间能够获得最佳加速气流。从而实现了增压系统根据实际工况的需要来自动调整空气的供给量。

为了进一步优化上述技术方案，上述控制器还包括具有放大功能的控制电路。具体地，上述位置传感器生成的反应机械式节气门开度的检测值为一电压值，这个电压值是一个很小的电信号，控制器接收这一电压值，根据内部具有放大功能的控制电路，将其适当放大，并根据放大后的电压值，向与之相连的驱动电源发出相应的控制指令，控制驱动电源发出相应大小的控制电流。从而通过控制电流控制增压装置涡流的大小。可知，通过增加该具有放大功能的控制电路，可以进一步提高本发明控制的精确性，使控制器发出更为准确的控制指令。

请参考图2和图3，图2为电动涡轮增压装置与机械式节气门配合的结构示意图；图3为电动涡轮增压装置的叶轮的结构示意图。

如图2所示，上述电动涡轮增压装置包括外壳1以及设置在外壳1内的驱动装置3和叶轮4，具体地，所述外壳的出气端能与发动机的机械式节气门2连为一体；驱动装置3设置在外壳1的进气端，叶轮4设置在外壳1的出气端且与驱动装置3相连，且叶轮4上设置有导流叶片5。

可知，在工作时，叶轮4将受到驱动装置3提供的驱动力进行旋转，而驱动装置则受控于上述驱动电源发出的驱动电流，该驱动电流又是控制器根据位置传感器送来的机械式节气门开度信息进行分析得出的，即驱动装置3为叶轮4提供的旋转动力是与实际工况所需动力一一对应的，叶轮4的旋转又带动设置在叶轮4上的导流叶片5的旋转，从而使得从进气端进入的气流形成涡流，增加了发动机单位时间内的进气量，可知，该进气量也是与机械式节气门开度所需的进气量相适应的。

具体地，上述驱动装置3为主轴7与叶轮4相连的电机，电机是依据电磁感应定律实现电能转换的一种电磁装置，俗称马达，它的主要作用是产生驱动转矩，从而作为各种机械的动力源。本发明采用电机作为驱动装置，电机输出扭矩的大小取决与上述驱动电源发出的驱动电流，并通过其主轴7将动力传输至叶轮4。

请参考图4和图5，图4为导流叶片单片轴向剖面图；图5为导流叶片单片径向剖面图。

进一步地，上述导流叶片5的设置方式和形状并不局限，本发明优选为如图3所示的导流叶片5，即，其底边与叶轮4相连，且连接处均与叶轮4的中心线成设定夹角，具体地，单片导流叶片5本身呈螺旋延伸的弧形，其轴向剖面图和径向剖面图分别如图4和图5所示。

为了起到更好的分流作用，本发明在叶轮4的头部还设置有蘑菇头6。工作时，电机通过主轴7驱动叶轮4旋转，叶轮4带动设置在其上的导流叶片5旋转，当空气通过该电动涡流增压装置时，导流叶片5起到了旋转导流的作用，使得空气从导流叶片5中分离出来，并在导流叶片5的后掠边缘上产生分离涡流，在蘑菇头6的作用下，形成对称流态分布，并围绕着电机主轴7的轴线旋转运动，其产生的气流经汇流聚集，生成具有附加升力动能和整体螺旋强脉动的加速气流，经过机械式节气门到发动机气缸这段距离的运行，从而获得最佳气流加速，从而完成其涡流增压效果。

以上对本发明所提供的一种发动机及其电动涡轮增压系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种电动涡轮增压系统，其特征在于，包括：

检测节气门开度并将检测结果生成检测值的位置传感器；

与所述驱动电源连接的电动涡轮增压装置。

2.根据权利要求1所述的增压系统，其特征在于，所述控制器还包括具有放大功能的控制电路。

3.根据权利要求1所述的增压系统，其特征在于，所述电动涡轮增压装置包括：

外壳(1)，所述外壳(1)的出气端与发动机的机械式节气门(2)连为一体；

设置在所述外壳(1)的进气端的驱动装置(3)；

设置在所述外壳(1)的出气端且与所述驱动装置(3)相连的叶轮(4)，所述叶轮(4)上设置有导流叶片(5)。

4.根据权利要求3所述的增压系统，其特征在于，所述驱动装置(3)为主轴(7)与所述叶轮(4)相连的电机。

5.根据权利要求3所述的增压系统，其特征在于，所述导流叶片(5)的底边与所述叶轮(4)相连且与所述叶轮(4)的中心线成设定夹角。

6.根据权利要求5所述的增压系统，其特征在于，所述导流叶片(5)为螺旋延伸的弧形叶片。

7.根据权利要求3所述的增压系统，其特征在于，所述叶轮(4)的头部设置有用于分流的蘑菇头(6)。

8.一种发动机，包括发动机本体和设置在所述发动机本体的机械式节气门处的电动涡轮增压系统，其特征在于，所述电动涡轮增压系统为权利要求1-7任一项所述的电动涡轮增压系统。