CN103266948B - 一种废气涡轮增压器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废气涡轮增压器及方法，涉及汽车动力设备领域。所述废气涡轮增压器包括：用于压缩空气并通过压缩机的出气口将压缩后的一部分空气通过发动机进气歧管送入气缸的压缩机；通过涡轮的转动带动同轴的叶轮对空气进行压缩的涡轮室；接收并存储压缩机产生的另一部分压缩空气、排出压缩空气到涡轮室的储气装置；控制压缩机和储气装置间管道通断的第一电磁阀和控制储气装置和涡轮室间管道通断的第二电磁阀；决定第一、第二电磁阀的通断的控制器。此设计能改善传统废气涡轮增压器低速响应、泄流阀产生噪音等相关问题。

Description

一种废气涡轮增压器及方法

技术领域

本发明涉及汽车动力设备领域，尤其是一种废气涡轮增压器及方法。

背景技术

众所周知，发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。

目前的技术条件下，要使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率，需要一种对空气进行压缩并送入气缸的机械装置。

废气涡轮增压器就是这样一种装置，其是通过压缩空气来增加发动机的进气量。涡轮增压装置主要是由涡轮室和增压器组成。首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上。然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，出气口接在进气歧管上，最后涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。

其原理如下：利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

废气涡轮增压器的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和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器相比，可增加大约20%～30%甚至更多。

诚然，废气涡轮增压器的确能够提升发动机的动力，但其仍有如下缺点：

一、动力输出反应滞后，也就是响应迟滞（turbolag）。由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，也就是说从大脚踩油门加大马力，到叶轮转动将更多空气压进发动机获得更大动力之间存在一个时间差，一般经过改良的涡轮增压需要2秒左右来增加或者减少发动机动力输出。如果突然加速的话，瞬间会有提不上速度的感觉。

二、传统方案中的废气涡轮增压器由泄流阀，当压缩机压缩后的空气压力过大可能产生危险时，泄流阀会打开排掉一部分空气。在这个过程中，不仅造成了能量损失，也会产生分贝较高且尖锐刺耳的声音。

综上，现有技术中的废气涡轮增压器除了存在响应迟滞及能量浪费的缺陷外，在汽车的NVH（Noise、Vibration、Harshness）方面也存在很大的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种废气涡轮增压器及方法，以达到改变增压器低速响应、改善泄流阀引起的NVH相关问题的目的。

为了达到此目的，本发明提供了一种废气涡轮增压器，包括：

压缩机，所述压缩机的进气口与空气滤清管道连接，用于：对空气进行压缩，并通过所述压缩机的出气口将压缩空气通过发动机进气歧管送入气缸；

涡轮室，所述涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，所述涡轮室的排气口与汽车排气管相连，所述涡轮室内的涡轮与所述压缩机的叶轮通过连杆连接，用于：通过所述涡轮的转动带动同轴的所述叶轮对空气进行压缩；

储气装置，通过第一管道与所述压缩机连接，通过第二管道与所述涡轮室连接，用于：接收并存储所述压缩空气、排出压缩空气到所述涡轮室；

第一电磁阀，设置于所述第一管道，用于控制所述第一管道的通断；

第二电磁阀，设置于所述第二管道，用于控制所述第二管道的通断；

控制器，用于：控制所述第一电磁阀、所述第二电磁阀的通断。

优选的，所述的废气涡轮增压器还包括：压力传感器，安装于所述压缩机及所述储气装置，用于：检测经所述压缩机压缩后空气的第一压力及所述储气装置内的空气的第二压力；油门踏板位移传感器，用于：检测油门踏板高度变化，当高度升高，发出第一信号，当高度降低，发出第二信号；

所述控制器具体用于：当收到所述第一信号，且所述第一压力大于第一压力阈值及所述第二压力时，开启所述第一电磁阀，关闭所述第二电磁阀；当收到所述第二信号，且所述第一压力小于所述第一压力阈值时，关闭所述第一电磁阀，开启所述第二电磁阀。

优选的，所述压缩机出气口、所述第一管道靠近压缩机的端口、所述发动机进气歧管与所述压缩机连接的端口通过三向接头连接。

优选的，所述的废气涡轮增压器还包括：单向阀，安装于所述第一管道及所述第二管道，用于：防止空气回流。

优选的，所述储气装置为高压储气罐。

优选的，所述控制器为单片机控制器。

优选的，所述控制器集成于ECU上。

本发明还提供了一种废气涡轮增压方法，包括:

步骤一，在废气涡轮增压器外设置一储气装置，在压缩机及所述储气装置间设置第一管道，所述压缩机的出气口连接发动机进气歧管管道及所述第一管道；在所述储气装置及涡轮室间设置第二管道；

步骤二，在所述第一管道上设置第一电磁阀，所述第二管道上设置第二电磁阀；

步骤三，控制器控制所述第一电磁阀、所述第二电磁阀的通断。

优选的，所述步骤二后，还包括：检测经所述压缩机压缩后空气的第一压力及所述储气装置内的空气的第二压力;检测油门踏板高度变化，当高度升高，发出第一信号，当高度降低，发出第二信号;

所述步骤三具体为：当收到第一信号，且第一压力大于第一压力阈值及第二压力时，开启第一电磁阀，关闭第二电磁阀；当收到第二信号，且第一压力小于第一压力阈值时，关闭第一电磁阀，开启第二电磁阀。

与现有技术相比，上述技术方案至少具有如下技术效果：

1)本发明提供了一种废气涡轮增压器，包括压缩机、涡轮室、储气装置、电磁阀、控制器。

这种设计使得当压缩机压缩的空气过多时，可以将多余的空气排入储气罐存储；在为涡轮提供动力的废气排放量不足时，储气装置可以放出空气，为涡轮旋转提供动力。这样不仅避免了能量的浪费，使得压缩机能够时刻供应充足的压缩空气给气缸，避免了响应迟滞问题；也由于一部分高压气体引入储气罐，减少了泄流阀的使用，降低了对泄流阀的要求，进而改善了泄流阀引起的噪声、振动与舒适性问题。

2）在本发明中，所述控制器还用于：当收到第一信号，且第一压力大于第一压力阈值及第二压力时，开启第一电磁阀，关闭第二电磁阀；当收到第二信号，且第一压力小于第一压力阈值时，关闭第一电磁阀，开启第二电磁阀。

这种设计使得当储气罐中空气压力小于第一管道中空气压力且第一管道中空气压力大于压力阈值时，第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，将压缩空气送入储气装置储存。这样使得压缩机压缩的空气过多导致空气压力过大且储气罐尚有空余储气余地，而汽车处于减速状态尚不需要太多空气时，将一部分压缩空气送入储气装置存储。减少了泄流阀在高压下放气的情况发生的机率。

当汽车处于加速状态且第一管道中的空气压力小于压力阈值时，此时关闭第一电磁阀，开启第二电磁阀。这样使得汽车由加速需求时，压缩机压缩的空气全部送入气缸中，而非向储气装置分流，储气装置向涡轮放气，对涡轮起到推动作用，从而带动与涡轮刚性同轴连接的压缩机的叶片，为气缸压缩更多空气，避免了动力输出反应滞后的情况的发生。

3）在本发明中，可以在第一管道及第二管道单向阀。这种设计起到了防止空气回流的作用。

4）在本发明中，所述控制器可以集成在ECU上。这样就无需再为实现本发明所述功能而多增加一个控制单元。

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，而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它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明所述的废气涡轮增压器的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明所述的废气涡轮增压器的一个实施例的部分组件与汽车其他组件的连接关系示意图；

图3为本发明所述的废气涡轮增压器的另一个实施例的结构示意图；

附图标记说明如下：

压缩机101涡轮室102

储气装置103第一管道104

第二管道105第一电磁阀106

第二电磁阀107控制器108

压力传感器109油门踏板位移传感器110

空气滤清管道201发动机进气歧管202

气缸203发动机排气歧管204

汽车排气管205

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细阐述。

图1为本发明所述的废气涡轮增压器的一个实施例的结构示意图。在图1所示的实施例中，本发明提供了一种废气涡轮增压器，包括：

压缩机101，所述压缩机101的进气口与空气滤清管道201连接，用于：对空气进行压缩，并通过所述压缩机101的出气口将压缩空气通过发动机进气歧管202送入气缸203；

涡轮室102，所述涡轮室102的进气口与发动机排气歧管204相连，所述涡轮室102的排气口与汽车排气管205相连，所述涡轮室102内的涡轮与所述压缩机101的叶轮通过连杆连接，用于：通过所述涡轮的转动带动同轴的所述叶轮对空气进行压缩；

储气装置103，通过第一管道104与所述压缩机101连接，通过第二管道105与所述涡轮室102连接，用于：接收并存储所述压缩空气、排出压缩空气到所述涡轮室102；

第一电磁阀106，设置于所述第一管道104，用于控制所述第一管道104的通断；

第二电磁阀107，设置于所述第二管道105，用于控制所述第二管道105的通断；

控制器108，用于：控制所述第一电磁阀106、所述第二电磁阀107的通断。

这种设计使得当压缩机101压缩的空气过多时，可以将多余的空气排入储气装置103存储；在为涡轮提供动力的废气排放量不足时，储气装置103可以放出空气，为涡轮旋转提供动力。这样不仅避免了能量的浪费，使得压缩机101能够时刻供应充足的压缩空气给气缸203，避免了响应迟滞问题；也由于一部分高压气体引入储气装置103，减少了泄流阀的使用，降低了对泄流阀的要求，进而改善了泄流阀引起的噪声、振动与舒适性问题。

图2为本发明所述的废气涡轮增压器的一个实施例的部分组件与汽车其他组件的连接关系示意图。由图2可以很清楚地看出本发明所述的废气涡轮增压器在汽车中的相对位置和连接关系。

在图2所述的实施例中，空气经空气滤清管道201过滤杂质后进入压缩机101，在压缩机101的出口通过三向接头连接第一管道104和发动机进气歧管202，即所述压缩机101出气口、所述第一管道104靠近压缩机101的端口、所述发动机进气歧管202与所述压缩机101连接的端口通过三向接头连接。

第一管道104连接储气装置103，发动机进气歧管202连接气缸203，从压缩机101出来的压缩空气可以进入储气装置103储存或者进入气缸203燃烧。

气缸203燃烧后的废气通过发动机排气歧管204进入涡轮室102，推动涡轮转动，储气罐也可放出压缩空气，通过第二管道105将压缩空气放入涡轮室102内，推动涡轮。所述涡轮室102内的涡轮与所述压缩机101的叶轮通过连杆连接，通过所述涡轮的转动带动同轴的所述叶轮对空气进行压缩；为气缸203和储气罐提供更多压缩空气。储气装置103通过第二管道105放出的压缩空气和气缸203通过发动机排气歧管204排出的废气在涡轮室102推动涡轮旋转后，从汽车排气管205排出。

图3为本发明所述的废气涡轮增压器的另一个实施例的结构示意图。在图3所述的实施例中，所述的废气涡轮增压器除了图1的装置，还包括了：安装于所述压缩机101及所述储气装置103的压力传感器109和油门踏板位移传感器110。

在图3所述的实施例中，所述压力传感器109用于：检测经所述压缩机101压缩后空气的第一压力及所述储气装置103内的空气的第二压力；所述油门踏板位移传感器110用于：检测油门踏板高度变化，当高度升高，发出第一信号，当高度降低，发出第二信号；

所述控制器108具体用于：当收到所述第一信号，且所述第一压力大于第一压力阈值及所述第二压力时，开启所述第一电磁阀106，关闭所述第二电磁阀107；当收到所述第二信号，且所述第一压力小于所述第一压力阈值时，关闭所述第一电磁阀106，开启所述第二电磁阀107。

这种设计使得当储气罐中空气压力小于第一管道104中空气压力且第一管道104中空气压力大于压力阈值时，第一电磁阀106开启，第二电磁阀107关闭，将压缩空气送入储气装置103储存。这样使得压缩机101压缩的空气过多导致空气压力过大且储气装置103尚有空余储气余地，而汽车处于减速状态尚不需要太多空气时，将一部分压缩空气送入储气装置103存储。这样减少了泄流阀在高压下放气情况发生的机率。

这种设计也使得当汽车处于加速状态且第一管道104中的空气压力小于压力阈值时，关闭第一电磁阀106，开启第二电磁阀107。这样使得汽车有加速需求时，压缩机101压缩的空气全部送入气缸203中，而非向储气装置103分流，储气装置103向涡轮放气，对涡轮起到推动作用，从而带动与涡轮刚性同轴连接的压缩机101的叶片，为气缸203压缩更多空气，避免了动力输出反应滞后情况的发生。

在本发明的一个实施例中，所述的废气涡轮增压器还包括：单向阀，安装于所述第一管道104及所述第二管道105，用于：防止空气回流。这种设计很大程度上避免了空气回流情况的发生。

在本发明的一个实施例中，所述储气装置103为高压储气罐。

在本发明的另一个实施例中，所述控制器108为单片机控制器108。

在本发明的一个实施例中，所述控制器108集成于ECU上。这样就无需再为实现本发明所述功能而多增加一个控制单元。

本发明还提供了一种废气涡轮增压方法，包括:

步骤一，在废气涡轮增压器外设置一储气装置103，在压缩机101及所述储气装置103间设置第一管道104，所述压缩机101的出气口连接发动机进气歧管202管道及所述第一管道104；在所述储气装置103及涡轮室102间设置第二管道105；

步骤二，在所述第一管道104上设置第一电磁阀106，所述第二管道105上设置第二电磁阀107；

步骤三，控制器108控制所述第一电磁阀106、所述第二电磁阀107的通断。

在本发明的另一个实施例中，在所述步骤二后，还包括：检测经所述压缩机101压缩后空气的第一压力及所述储气装置103内的空气的第二压力;检测油门踏板高度变化，当高度升高，发出第一信号，当高度降低，发出第二信号;

所述步骤三具体为：当收到第一信号，且第一压力大于第一压力阈值及第二压力时，开启第一电磁阀106，关闭第二电磁阀107；当收到第二信号，且第一压力小于第一压力阈值时，关闭第一电磁阀106，开启第二电磁阀107。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种废气涡轮增压器，其特征在于，包括：

压缩机(101)，所述压缩机的进气口与空气滤清管道(201)连接，用于：对空气进行压缩，并通过所述压缩机的出气口将压缩空气通过发动机进气歧管(202)送入气缸(203)；

涡轮室(102)，所述涡轮室的进气口与发动机排气歧管(204)相连，所述涡轮室的排气口与汽车排气管(205)相连，所述涡轮室内的涡轮与所述压缩机的叶轮通过连杆连接，用于：通过所述涡轮的转动带动同轴的所述叶轮对空气进行压缩；

储气装置(103)，通过第一管道(104)与所述压缩机连接，通过第二管道(105)与所述涡轮室连接，用于：接收并存储所述压缩空气、排出压缩空气到所述涡轮室；

第一电磁阀(106)，设置于所述第一管道，用于控制所述第一管道的通断；

第二电磁阀(107)，设置于所述第二管道，用于控制所述第二管道的通断；

压力传感器(109)，安装于所述压缩机及所述储气装置，用于：检测经所述压缩机压缩后空气的第一压力及所述储气装置内的空气的第二压力；

油门踏板位移传感器(110)，用于：检测油门踏板高度变化，当高度升高，发出第一信号，当高度降低，发出第二信号；

控制器(108)，用于：

当收到所述第一信号，且所述第一压力大于第一压力阈值及所述第二压力时，开启所述第一电磁阀，关闭所述第二电磁阀；

当收到所述第二信号，且所述第一压力小于所述第一压力阈值时，关闭所述第一电磁阀，开启所述第二电磁阀。

2.如权利要求1所述的废气涡轮增压器，其特征在于，所述压缩机出气口、所述第一管道靠近压缩机的端口、所述发动机进气歧管与所述压缩机连接的端口通过三向接头连接。

3.如权利要求1所述的废气涡轮增压器，其特征在于，还包括：

单向阀，安装于所述第一管道及所述第二管道，用于：防止空气回流。

4.如权利要求1至2中任意一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于，所述储气装置为高压储气罐。

5.如权利要求4所述的废气涡轮增压器，其特征在于，所述控制器为单片机控制器。

6.如权利要求1至2中任意一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于，所述控制器集成于ECU上。

7.一种废气涡轮增压方法，其特征在于，包括:

步骤一，在废气涡轮增压器外设置一储气装置(103)，在压缩机(1011)及所述储气装置间设置第一管道(104)，所述压缩机的出气口连接发动机进气歧管管道及所述第一管道；在所述储气装置及涡轮室(102)间设置第二管道(105)；

步骤二，在所述第一管道上设置第一电磁阀(106)，所述第二管道上设置第二电磁阀(107)；

步骤三，控制器(108)控制所述第一电磁阀、所述第二电磁阀的通断；

其中，所述步骤二后，还包括：

检测经所述压缩机压缩后空气的第一压力及所述储气装置内的空气的第二压力；检测油门踏板高度变化，当高度升高，发出第一信号，当高度降低，发出第二信号；

所述步骤三具体为：

当收到第一信号，且第一压力大于第一压力阈值及第二压力时，开启第一电磁阀，关闭第二电磁阀；

当收到第二信号，且第一压力小于第一压力阈值时，关闭第一电磁阀，开启第二电磁阀。