CN103452601A - 一种涡轮增压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮增压系统，属于汽车发动机技术领域。该涡轮增压系统包括涡轮机、空气滤清器、压气机、中冷器、发电机和电动机；其中，涡轮机与排气歧管连接，发电机与涡轮机连接，空气滤清器的出口连接压气机的入口，压气机的出口连接中冷器的入口，中冷器的出口连接到发动机节气门中；此外，压气机还与电动机连接。本发明不需要依靠排气量，直接通过电动机驱动压气机，且电动机由ECU控制，响应精确快速；不用顾及压气机的喘振和堵塞，涡轮的叶片设计相对简单；空气滤清器和压气机就近布置在进气侧，大大缩短了进气的管路；不需要废气旁通阀和压力保护阀，结构简单且匹配容易，大大缩短了发动机的开发周期。

Description

一种涡轮增压系统

技术领域

本发明属于汽车发动机技术领域，涉及一种涡轮增压系统。

背景技术

随着各项节能、环保法规的实施，涡轮增压技术的应用越来越广泛。如图1所示为传统的涡轮增压系统的结构示意图，该系统包括与排气歧管101连接的涡轮机301、与涡轮机301相连的压气机401以及与压气机401连接的空气滤清器501和中冷器601；其中，空气滤清器501的出口连接压气机401，中冷器601的另一端连接节气门701。

工作时，涡轮机301通过中间轴带动压气机401的叶片，新鲜空气从空气滤清器501经过压气机401压缩，再经过中冷器601冷却，然后通过节气门701进入进气歧管201。该过程中发动机的废气利用由涡轮机301的机械能直接转化为压气机401叶轮的机械能。

综上可知传统的涡轮增压系统在冷启动或者发动机低速时，由于排气量少，涡轮机的响应性差，从而影响发动机的进气；同时其压气机容易发生喘振和堵塞，对压气机的叶轮和涡轮机的叶片设计和选型要求很高，涡轮机匹配困难且试验复杂；此外，在排气侧要布置涡轮机和空气滤清器，新鲜空气要从排气侧经过中冷器绕到进气侧，管路太长，布置紊乱，在狭小的发动机仓内布置困难。通常，为了防止进气压力过大，涡轮机上还要有废气旁通阀和压力保护阀，结构复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应精确快速且结构简单的涡轮增压系统。

为了达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种涡轮增压系统，包括涡轮机、空气滤清器、压气机、中冷器、发电机和电动机；其中，所述涡轮机与排气歧管连接，所述发电机与所述涡轮机连接，所述空气滤清器的出口连接所述压气机的入口，所述压气机的出口连接所述中冷器的入口，所述中冷器的出口连接到节气门中；所述压气机还与所述电动机连接。

所述发电机为轴驱发电机。

所述系统还包括电子控制单元，所述电子控制单元与所述电动机连接，以控制所述电动机的工作。

所述电子控制单元集成于车辆已有电子控制单元上。

所述发电机与所述电动机连接，为所述电动机提供能量来源。

所述系统还包括补充能源部件，所述电动机与所述补充能源部件连接；其中，所述补充能源部件为电源。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：本发明的涡轮增压系统将排气侧的废气转化为电能，而进气侧通过电动机驱动压缩机进气并对其进行压缩，使得冷启动或者发动机低速时不需要依靠排气量，而直接通过电动机驱动压气机，且电动机由ECU控制，响应精确快速；由于涡轮机的运动不再驱动压气机，在设计涡轮叶片时不用顾及涡轮对压气机的喘振和堵塞，只需要考虑涡轮驱动发电机带轮，从而转化为电能，使得涡轮的叶片设计相对简单；同时该系统中空气滤清器和压气机就近布置在进气侧，新鲜空气不需要从排气侧绕到进气侧，大大缩短了进气的管路，结构简单；此外，该系统不需要废气旁通阀和压力保护阀，结构简单且匹配容易，大大缩短了发动机的开发周期。

附图说明

图1传统涡轮增压系统；

图2本发明实施例中的涡轮增压系统。

附图中：101、进气歧管；201、排气歧管；301、涡轮机；401、压气机；501、空气滤清器；601、中冷器；701、节气门；102、进气歧管；202、排气歧管；302、涡轮机；402、发电机；502、空气滤清器；602、压气机；702、电动机；802、中冷器；902、节气门。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

传统的发动机涡轮增压系统在排气侧安装涡轮机，利用废气的能量驱动压气机吸入新鲜空气，节能的同时增加了发动机的进气动力。如图1所示为传统发动机涡轮增压系统的结构示意图，从中可知该系统包括与排气歧管101连接的涡轮机301、与涡轮机301相连的压气机401以及与压气机401连接的空气滤清器501和中冷器601；其中，空气滤清器501的出口连接压气机401，中冷器601的另一端连接节气门701。工作时，进气依次经过空气滤清器501、压气机401、中冷器601之后通过到达节气门701，再进入进气歧管201中。这种涡轮增压系统在发动机废气排量小时响应性差，且工作时压气机容易发生喘振和堵塞，同时进气管道太长导致结构复杂，布置困难。针对上述种种问题，本发明提出了一种响应快速、控制精确且结构简单的发动机涡轮增压系统。

如图2所示为本发明涡轮增压系统的结构示意图，从中可以看出该系统包括涡轮机302、发电机402、空气滤清器502、压气机602、电动机702和中冷器802、电子控制单元ECU。其中，涡轮机302与发动机排气歧管102的出口连接，同时也与发电机402连接；空气滤清器502的出口连接压气机602的入口；压气机602的出口连接中冷器802的入口，中冷器802的出口连接到节气门902上；此外，压气机602还与电动机702连接，而电动机702与电子控制单元ECU连接并在其控制下工作。该系统中，发电机402为轴驱发电机，在与涡轮机302连接的中间轴的旋转运动的作用下将机械能转换成电能。

发电机402的输出端可以连接到车辆的各个用电部件为其供电，同样也可与电动机702连接，作为驱动电动机702工作的能量来源。同时，考虑到在发动机排气量较小时，废气的能量较小，在发电机402中转换成的电能也不大，有可能不足以为发动机的进气即电动机702的工作提供足够的能量，此时电动机702所需电能可以由车辆上其他的能够提供电能的能源部件作为补充，因此电动机702也应与车辆的其他能源部件连接。

该系统在工作时，从发动机的排气歧管102中排出的废气进入涡轮机302中，经过后处理排出，同时涡轮机302带动中间轴转动，从而带动发电机402的转子转动，转子相对定子切割磁感应线进而产生电流，至此即将废气的能量转换成了电能。该电流经过整流和滤波后，输出稳定的直流电，输送到汽车各个电器件工作。

在进气端，ECU控制电动机702驱动压气机602，在其作用下新鲜空气经过空气滤清器502吸入压气机602，经其压缩后进入中冷器802中冷却，从中冷器802中出来后即可通过节气门902到达进气歧管202。

该过程中由于由ECU直接控制电动机702，能够在发动机不同的工况下精确、快速调节电动机速度，从而控制压气机602的压缩程度，进而控制进气量。为了精简结构，该ECU可以集成于车辆已有的其他ECU上。

本发明的涡轮增压系统将排气侧的废气转化为电能，而进气侧通过电动机驱动压气机压缩进气，使得冷启动或者发动机低速时不需要依靠排气量，而直接通过电机驱动压气机，且电机由ECU控制，响应精确快速；由于涡轮机的运动不再驱动压气机，在设计涡轮叶片时不用顾及涡轮对压气机的喘振和堵塞，只需要考虑涡轮驱动发电机带轮，从而转化为电能，涡轮的叶片设计相对简单；同时该系统中空气滤清器和压气机就近布置在进气侧，新鲜空气不需要从排气侧绕到进气侧，大大缩短了进气的管路，结构简单；此外，该系统不需要废气旁通阀和压力保护阀，结构简单且匹配容易，大大缩短了发动机的开发周期。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种涡轮增压系统，包括涡轮机、空气滤清器、压气机以及中冷器，其特征在于：所述系统还包括发电机和电动机；其中，所述涡轮机与排气歧管连接，所述发电机与所述涡轮机连接，所述空气滤清器的出口连接所述压气机的入口，所述压气机的出口连接所述中冷器的入口，所述中冷器的出口连接到发动机节气门中；所述压气机还与所述电动机连接。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压系统，其特征在于：所述发电机为轴驱发电机。

3.根据权利要求1所述的涡轮增压系统，其特征在于：所述系统还包括电子控制单元，所述电子控制单元与所述电动机连接，以控制所述电动机的工作。

4.根据权利要求3所述的涡轮增压系统，其特征在于：所述电子控制单元集成于车辆已有电子控制单元上。

5.根据权利要求1所述的涡轮增压系统，其特征在于：所述发电机与所述电动机连接，为所述电动机提供能量来源。

6.根据权利要求1所述的涡轮增压系统，其特征在于：所述系统还包括补充能源部件，所述电动机与所述补充能源部件连接。

7.根据权利要求6所述的涡轮增压系统，其特征在于：所述补充能源部件为电源。

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