CN103189627A - 涡轮增压系统 - Google Patents

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Abstract

提供了以下涡轮增压系统：由发动机小型化引起的燃油效率提高和良好的耐冲击负荷的性能这两者是可能的。搭载于具有车载装备的车辆，具备电动辅助涡轮增压器（2）和电动马达控制部（21）。电动辅助涡轮增压器（2）具有：涡轮机（3），配置在发动机（E）的排气通路（6），由排气驱动；压缩机（4），配置在吸气通路（7），由涡轮机（3）的旋转扭矩驱动；以及电动马达（5），辅助压缩机（4）的驱动力。电动马达控制部（21）在驱动车载装备时驱动电动马达（5）。

Description

涡轮增压系统
技术领域
本发明涉及适用于建设机械用车辆等发动机承受冲击性负荷的车辆的涡轮增压系统。
背景技术
近年来，为了提高车辆的燃油效率和降低CO2排出量，积极地进行了以下技术的开发：减小发动机的排气量（发动机小型化），并用涡轮增压器等增压机确保动力性能。
在发动机小型化时使用的涡轮增压器有以下特征：由排气能量驱动，涡轮的旋转体拥有惯性，因而相对于稳态运转，难以在过渡的运转中获得增压压力（升压）。
如图2所示，即使由于发动机小型化而小排气量化，通过搭载涡轮增压器，也能够使发动机扭矩提高而实现与大排气量的发动机同等的动力性能。但是，在怠速运转域等发动机速度为低速的区域（图2中由虚线包围的区域）内，由于排气能量较小而涡轮增压器不工作，因而无法期待扭矩上升。
另外，如图3所示，在由于发动机小型化而小排气量化的发动机系统（实线）中，由于涡轮增压器的增压延迟（称为涡轮延迟），与产生同等发动机扭矩的大排气量的发动机系统（虚线）相比，在发动机扭矩的产生上产生延迟。
此外，作为与本申请的发明相关连的现有技术文献信息，有专利文献1、2和非专利文献1。
在先技术文献
专利文献：
专利文献1：日本特开2006-177171号公报
专利文献2：日本特开2010-209735号公报
非专利文献：
非专利文献1：茨木诚一，其他四人，《电动辅助涡轮增压器“混合动力涡轮”的开发》，三菱重工技报，Vol.43，No.3，2006年，第36-40页。
发明的概要
发明要解决的问题
可是，近年来，在称为挖车或挖掘机的建设机械用车辆中，也推进着通过发动机小型化来提高燃油效率。
然而，在由于发动机小型化而小排气量化的发动机系统中，有以下问题：与现有的大排气量的发动机系统相比，扭矩变动的吸收力变差，耐冲击负荷的性能恶化。
例如，在因发动机小型化而小排气量化的发动机系统中，在挖掘机中铲子与地面冲突等而发动机承受冲击性负荷（冲击扭矩）的情况下，由于由涡轮延迟引起的升压上升的延迟而供给至发动机的氧气不足，在发动机中无法产生充分的扭矩，发动机旋转急剧下降，铲子等的运转变困难。
同样，如果在怠速运转域等发动机速度为低速的区域内承受冲击性负荷，则在发动机中无法产生充分的扭矩，发动机停止等而铲子等的运转变困难。
发明内容
在此，本发明的目的在于，解决上述问题，提供能够兼得由发动机小型化带来的燃油效率提高和良好的耐冲击负荷的性能的涡轮增压系统。
用于解决问题的技术方案
本发明是为了达成上述目的而做出的，一种涡轮增压系统，搭载于具有车载装备的车辆，其特征在于，具备：电动辅助涡轮增压器，具有：涡轮机，配置于发动机的排气通路，由排气驱动；压缩机，配置于吸气通路，由所述涡轮机的旋转扭矩驱动；以及电动马达，对所述压缩机的驱动力进行辅助；以及电动马达控制部，在所述车载装备被驱动时，驱动所述电动马达。
也可以是，所述电动马达控制部在驱动所述车载装备的开关接通时，驱动所述电动马达。
也可以是，所述电动马达控制部在对所述车载装备进行操作的操作装置被操作时，驱动所述电动马达。
也可以是，所述电动马达控制部以对应于发动机速度的转速驱动所述电动马达。
发明的效果
依照本发明，能够提供能够兼得由发动机小型化带来的燃油效率提高和良好的耐冲击负荷的性能的涡轮增压系统。
附图说明
图1是使用本发明的一个实施方式的涡轮增压系统的发动机系统的概略构成图。
图2是表示在现有的涡轮增压系统中发动机扭矩相对于发动机速度的关系的图。
图3是说明现有的涡轮增压系统中的涡轮延迟的图。
具体实施方式
以下，依据附图说明本发明的实施方式。
图1是使用本实施方式的涡轮增压系统的发动机系统的概略构成图。
在此，说明搭载图1的发动机系统的车辆为挖掘机的情况。但是，本发明不限于挖掘机，挖车或推土机等其他建设机械用车辆或者消防车、吸尘车等，只要是具有由发动机驱动的车载装备的车辆即可，在任何车辆中都能够应用。
如图1所示，涡轮增压系统1具备电动辅助涡轮增压器（混合动力涡轮）2，该电动辅助涡轮增压器2具有：涡轮机3，配置于发动机E的排气通路6，由排气驱动；压缩机4，配置于吸气通路7，由涡轮机3的旋转扭矩驱动；以及电动马达5，对压缩机4的驱动力进行辅助（对涡轮机3的旋转扭矩进行辅助）。
电动辅助涡轮增压器2的电动马达5设在涡轮机3与压缩机4之间，更具体而言，一体地设于连结涡轮机3的涡轮机叶轮3a和压缩机4的压缩机叶轮4a的涡轮轴8上。电动马达5由例如DC伺服马达构成。此外，由于电动马达5与涡轮轴8一体地设置，电动马达5的转速与电动辅助涡轮增压器2的转速（涡轮转速）相等。以下，将电动辅助涡轮增压器2简称为涡轮增压器2。
排气通路6的最上游连接至发动机E的排气歧管9，在其下游侧的排气通路6上，依次设有涡轮增压器2的涡轮机3、排气节流阀11、排出气体净化装置12，排气通路6的最下游向大气开放。
在吸气通路7的最上游设有空气过滤器13，在其下游侧的吸气通路7上，依次设有涡轮增压器2的压缩机4、中间冷却器（增压空气冷却器）14、给气节流阀15，吸气通路7的最下游连接至发动机E的吸气歧管10。
另外，在该发动机系统中，进行使从发动机E排出的排出气体的一部分回流至吸气侧的EGR控制。具体而言，为了连接涡轮机3的上游侧的排气通路6和给气节流阀15的下游侧的吸气通路7而设置EGR管18，在该EGR管18上分别设有：EGR阀16，用于调整回流至吸气侧的排出气体的量、即EGR量（或EGR率）；以及EGR冷却器17，将回流至吸气侧的排出气体冷却。
另外，该发动机系统具备作为对车载装备进行驱动的开关的模式开关19。在此，模式开关19构成为能够切换不使用铲子的行驶模式（开关断开）和使用铲子的铲动模式（开关接通）。此外，模式开关19也可使用一直以来存在的开关，关于不具备模式开关19的车辆，也可新置。
涡轮增压系统1具备在对车载装备进行驱动时驱动电动马达5的电动马达控制部21。即，当预测到发动机E承受冲击性负荷（冲击扭矩）时，电动马达控制部21预先驱动电动马达5。电动马达控制部21作为程序装入ECU（Electronical Control Unit，电子控制单元）20。
当模式开关19切换为铲动模式时（开关接通时），由于使用铲子进行作业，因而预测发动机E承受冲击性负荷。于是，电动马达控制部21在模式开关19切换为铲动模式时预先驱动电动马达5。
此外，在此，虽然将电动马达控制部21构成为在模式开关19接通（铲动模式）时驱动电动马达5，但不限于此，也可以是，当对车载装备进行操作的操作装置（例如操作铲子的操作杠杆）被操作时，驱动电动马达5。在此情况下，也可以是，当操作杠杆被操作时，驱动电动马达5，当从操作杠杆不再被操作起经过规定时间时，停止电动马达5。
另外，电动马达控制部21以对应于发动机速度（发动机转速）的转速驱动电动马达5。具体而言，也可将电动马达控制部21构成为：具备按每个发动机速度设定了电动马达5的转速（即涡轮增压器2的转速）的转速映射（未图示），以成为用发动机速度参照转速图获得的转速的方式，控制电动马达5的驱动量（例如控制施加于电动马达5的电压的大小）。
如以上说明，在根据本实施方式的涡轮增压系统1中，具备：电动辅助涡轮增压器2，具有对压缩机4的驱动力进行辅助的电动马达5；以及电动马达控制部21，在对车载装备进行驱动时驱动电动马达5。
由此，例如在工程作业中等预测到发动机E承受冲击性负荷时，能够预先通过电动马达5使涡轮增压器2旋转，在发动机E中拥有富余地送入空气。所以，当实际上承受冲击性负荷时，如果喷射燃料，则瞬时获得较大的发动机扭矩，能够防止发动机旋转的下降，能够提高耐冲击负荷的性能。
另外，在现有的发动机系统中，如果因发动机小型化而小排气量化，则发生以下不良情况：当冲击性负荷加在发动机E上时，发动机旋转急剧下降，铲子等的运转变困难。但是依照本发明，为了能够提高耐冲击负荷的性能，即使因发动机小型化而小排气量化，也能够抑制如上所述的不良情况的发生。所以，进一步的发动机小型化成为可能，能够使燃油效率进一步提高。
即，依照本发明，能够兼得由发动机小型化带来的燃油效率提高和良好的耐冲击负荷的性能。
此外，虽然在驱动电动马达5时由于消耗电力而燃油效率一定程度上恶化，但由发动机小型化引起的低耗油量化的效果比由电动马达5的驱动引起的燃油效率恶化更大。另外，在电动辅助涡轮增压器2中，当在排气能量上有富余时，也能够使用电动马达5作为发电机而获得再生电力。
当然，本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够施加各种变更。
符号说明：
1 涡轮增压系统
2 电动辅助涡轮增压器
3 涡轮机
4 压缩机
5 电动马达
6 排气通路
7 吸气通路
21 电动马达控制部

Claims (4)

1.一种涡轮增压系统，搭载于具有车载装备的车辆，其特征在于，具备：
电动辅助涡轮增压器，具有：涡轮机，配置于发动机的排气通路，由排气驱动；压缩机，配置于吸气通路，由所述涡轮机的旋转扭矩驱动；以及电动马达，对所述压缩机的驱动力进行辅助；以及
电动马达控制部，在所述车载装备被驱动时，驱动所述电动马达。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压系统，其特征在于，
所述电动马达控制部在驱动所述车载装备的开关接通时，驱动所述电动马达。
3.根据权利要求1所述的涡轮增压系统，其特征在于，
所述电动马达控制部在对所述车载装备进行操作的操作装置被操作时，驱动所述电动马达。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的涡轮增压系统，其特征在于，
所述电动马达控制部以对应于发动机速度的转速驱动所述电动马达。
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