CN104500214A - 带有压缩空气储气装置的发动机增压系统及具有其的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有压缩空气储气装置的发动机增压系统及具有其的车辆，该系统包括：发动机；涡轮增压器，所述涡轮增压器包括涡轮和压气机，所述涡轮与所述发动机的排气管路相连，所述压气机与所述发动机的进气管路相连；压缩空气储气装置，所述压缩空气储气装置与所述进气管路相连且设置成用于收集并储存经所述压气机压缩后的空气、并可将所述空气输送给所述发动机。该带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，通过设置压缩空气储气装置，将废气能量较多时，涡轮增压器产生的多于发动机需要的压缩气体储存至压缩空气储气装置，在发动机加速时，可迅速为发动机提供压缩气体，不仅提高了废气利用率，还提高了发动机的瞬态响应性能。

Description

带有压缩空气储气装置的发动机增压系统及具有其的车辆

技术领域

本发明涉及车辆工程领域，尤其涉及一种带有压缩空气储气装置的发动机增压系统及其具有该系统的车辆。

背景技术

目前，车辆的涡轮增压技术得到了广泛的应用，为使小排量增压发动机最大功率达到与大排量自然吸气式发动机相同的水平，与之匹配的涡轮增压器往往需具有较大的设计流量。当发动机在低转速工作时，由于排气能量不足，涡轮作功能力下降，而且压气机远离其高效区工作，效率较低，且受喘振边界限制，导致压气机提供的压缩空气压力降低，发动机进气量减少，发动机低速扭矩不足。另一方面，由于增压发动机进排气管道较长、增压器叶轮转动惯性导致转速上升滞后，小排量增压发动机瞬态响应性能较差，加速滞后，易出现加速冒黑烟等现象。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种带有压缩空气储气装置的发动机增压系统。所述带有压缩空气储气装置的发动机增压系统可提高车辆排气能量的利用率以及发动机瞬态性能。

此外，本发明还提出了一种应用上述带有压缩空气储气装置的发动机增压系统的车辆。

根据本发明实施例的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，包括：发动机；涡轮增压器，所述涡轮增压器包括涡轮和压气机，所述涡轮与所述发动机的排气管路相连，所述压气机与所述发动机的进气管路相连；压缩空气储气装置，所述压缩空气储气装置与所述进气管路相连且设置成用于收集并储存经所述压气机压缩后的空气、并可将所述空气输送给所述发动机。

根据本发明实施例的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，若发动机转速提高且废气能量不断增大，涡轮增压器提供的进气能量增大，逐渐超过发动机进气所需流量，通过设置空气压缩储气装置，将过量的压缩空气储存到压缩空气储气装置内。若发动机工作在低转速小流量稳态工况，废气能量不足时，或发动机需要加速时，可使压缩空气储气装置中的压缩空气迅速进入气缸燃烧，从而减少废气能量的浪费，提高废气能量的利用率。

另外，根据本发明是实施例的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述压缩空气储气装置包括：储气罐和储气阀门，所述储气罐通过所述储气阀门连接至所述进气管路。在废气能量过多，涡轮增压器产生的压缩空气量多于发动机进气所需流量时，所述储气罐可用于储存过量的压缩空气，从而提高废气能量的利用率。

根据本发明的一些实施例，所述储气阀门包括：储气罐进口阀门和储气罐出口阀门。所述储气罐进口阀门可控制进入储气罐的压缩空气的通断，所述储气罐出口阀门可用于控制储气罐压缩空气输出的通断。从而便于对储气罐压缩空气输入输出的控制。

根据本发明的一些优选实施例，所述储气阀门还包括：气体流量调节阀，所述气体流量调节阀设置在所述储气罐出口阀门的出口端。可适应性调节储气罐输出的压缩空气的流量，从而控制输出给发动机的压缩空气，适应发动机的需要。

根据本发明的一些实施例，所述压缩空气储气装置为多个且并联设置。

根据本发明的一些实施例，所述压缩空气储气装置包括：主压缩空气储气装置和备用压缩空气储气装置，所述主压缩空气储气装置和备用压缩空气储气装置并联设置。主压缩空气储气装置与备用压缩空气储气装置互不干涉，互不影响，在主压缩空气储气装置出现故障时，可立即启用备用压缩空气储气装置。从而保证整个系统的正常运行。

根据本发明的一些实施例，所述进气管路上设置有中冷器，所述储气罐进口阀门和所述储气罐出口阀门连接在位于所述中冷器与所述发动机之间的进气管路部分上。所述中冷器可用于冷却涡轮增压器进入发动机的压缩空气，从而可防止爆燃。

根据本发明的一些实施例，所述带有压缩空气储气装置的发动机增压系统还包括：废气旁通阀，所述废气旁通阀与所述涡轮并联设置。在发动机转速持续提高导致排气背压超过设计上线或储气罐已满时，废气旁通阀逐渐打开，一部分排气通过旁通管道绕过涡轮直接进去下游排气系统，从而降低排气背压，防止增压器超速，避免涡轮增压器的毁坏。

根据本发明的一些实施例，所述废气旁通阀的开度可调。从而可根据增压器需要适应性调节废气旁通阀的开度，调节废气旁通阀的废气流量。从而减少了废气能量的浪费。

根据本发明的一些优选实施例，所述储气阀门为电磁阀。所述电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证，所述电磁阀结构简单，占用空间小，价格较低，且易于安装维护。

根据本发明的一些优选实施例，所述涡轮为固定几何涡轮或可变几何涡轮。

此外，本发明还提出了一种车辆，所述车辆包括上述带有压缩空气储气装置的发动机增压系统。

根据本发明实施例的车辆，通过设置上述带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，有效提高发动机升功率，缩小发动机排量，提高发动机燃油经济性，降低CO2排放，提高了车辆废气能量的利用率，减少了车辆废气的浪费。

附图说明

图1是根据本发明实施例的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统示意图；

图2是发动机工作在低转速小流量稳态工况时系统流通示意图；

图3是发动机工作在大流量稳态工况(充气)系统流通示意图；

图4是发动机工作在大流量稳态工况(涡轮旁通)流通示意图；

图5是发动机工作在加速工况(补气)系统流通示意图。

附图标记：

发动机系统100；

发动机1；

涡轮增压器2，涡轮21，压气机22；

压缩空气储气装置3，储气罐31，储气阀门32，储气罐进口阀门321，储气罐出口阀门322；

中冷器4；

废气旁通阀5.

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统100以及具有该系统的车辆。

首先描述本发明实施例的发动机系统100，根据本发明实施例的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统100可以包括：发动机1、涡轮增压器2和压缩空气储气装置3，该发动机系统100可用于提高废气能量利用率。

发动机1是车辆的动力源，为车辆正常行驶提供动力，发动机1进行能量转换时会产生大量的废气，废气由排气管路进入涡轮增压器2，利用废气惯性冲力推动涡轮增压器2运行工作，同时为发动机1提供压缩空气，配合额外提供的燃油，从而提高了发动机的动力性、燃油经济性，同时实现了对废气能量的部分回收和利用。

如图1所示，涡轮增压器2可以包括涡轮21和压气机22，涡轮21与发动机1的排气管路相连，压气机22与发动机1的进气管相连。发动机1排出的废气由发动机1的排气管路进入涡轮21，利用排出废气惯性冲力来推动涡轮本体旋转，涡轮本体又带动同轴的压气机22，压气机22可用于压缩空气增加发动机1的进气量，调高发动机1的升功率。

涡轮21可以包括涡壳和涡轮本体，涡壳和涡轮本体通过锁片或抱箍连接在中间体上，由于废气温度较高，中间一般有隔热罩隔断，废气由于惯性冲力可带动涡轮本体旋转，涡轮21与压气机22采用同轴连接，可同步旋转，涡轮本体旋转可带动压气机22旋转工作。

压气机22与涡轮21同轴相连，涡轮21旋转带动压气机22叶片转动工作，压气机22可利用高速旋转的叶片以对进入到压气机壳体内的空气进行压缩，增大进气空气密度，压气机22叶片高速旋转，产生的压缩空气温度较高，因此作为可选的实施方式，可以在压气机22与发动机1之间安装中冷器。

本领域技术人员可以理解的是，涡轮增压器的构造并不限于上述实施例中描述的结构。

如图1所示，在进气管路上可设置有中冷器4，压缩空气储气装置3可以连接在中冷器3与发动机1之间的进气管路部分上，压气机22转速较快，提供的压缩空气温度较高，中冷器4可冷却压缩空气，从而增加进气密度。

压缩空气储气装置3与进气管路相连，压缩空气储气装置3可设置成用于收集并储存压气机压缩后的空气，并可将储存的至少部分空气输送给发动机1。

在一些实施例中，压缩空气储气装置3可以包括储气罐31和储气阀门32，储气罐31可用于储存压缩空气，储气阀门32可用于控制压缩空气的输入和输出。

根据本发明的一些实施例，如图1-图5所示，图2是发动机1工作在低转速小流量稳态工况时系统流通示意图，当发动机1在低转速小流量稳态工况时，储气罐进口阀门321、储气罐出口阀门322和废气旁通阀5关闭，废气推动涡轮本体旋转，从而驱动压气机22旋转为发动机1提供压缩空气。

图3是发动机1在大流量稳态工况(充气)时系统流通示意图。当发动机1工作在大流量稳态工况时，储气罐进口阀门321打开，储气罐出口阀门321和废气旁通阀5关闭，在发动机1高转速大流量工况时，废气能量增大，涡轮增压器2提供的进气流量增大，从而可能超过发动机1所需进气流量，由此可打开储气罐进口阀门321，将部分压缩空气储存至储气罐31中，从而充分的利用了废气能量。

图4是发动机1在大流量稳态工况(涡轮旁通)时系统流通示意图。当发动机1工作在大流量稳态工况时，若发动机1转速持续提高导致排气背压超过设计上线或储气罐31已满，废气旁通阀5可逐渐打开，可使一部分废气通过旁通管道绕过涡轮21直接进入下游排气系统，从而降低排气背压，防止涡轮增压器2超速。

图5是发动机1工作在加速工况时系统流通示意图，当发动机1需要加速时，储气罐出口阀门321打开，迅速为发动机1提供压缩空气，从而提高发动机1瞬态响应性能，降低瞬态工况发动机排放。

根据本发明实施例的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统100，在废气流量增大且涡轮增压器2提供给发动机1的进气流量过大时，可将部分压缩空气储存至储气罐31，降低废气能量的浪费，提高废气利用率。当发动机1需要加速时，可迅速为发动机1提供压缩空气，提高发动机1瞬态响应性能。

根据本发明的一些实施例，压缩空气储气装置3可以包括储气罐31和储气阀门32，优选地，其中，储气罐32可为多个，从而可储存更多的压缩空气，进一步提高废气的利用率。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，其中，储气阀门32可以包括储气罐进口阀门321和储气罐出口阀门322，储气罐进口阀门321可设置在储气罐31和中冷器4之间，用于控制压缩空气进入储气罐31，在发动机1处于低转速小流量或者发动机1需要加速稳态工况时，关闭储气罐进口阀门321，在发动机1工作在大流量稳态工作，涡轮增压器2提供的压缩空气量多于发动机1需要流量时，可打开储气罐进口阀门321。

如图1所示，储气罐出口阀门322可设置在储气罐31和发动机1之间，用于控制储气罐31向发动机输送压缩空气，在发动机1需要加速时，打开储气罐出口阀门322，迅速向发动机1提供压缩空气。从而提高发动机1瞬态响应性能。

优选地，在储气罐出口阀门322的出口端可设置气体流量调节阀(未示出)，气体流量调节阀可用于根据发动机1需要适应性调节储气罐31进入发动机的压缩空气的流量。从而实现对储气罐31内压缩空气进入发动机1流量的精确控制。

根据本发明的一些优选实施例，储气阀门32可为电磁阀，电磁阀结构简单，占用空间小，且反应灵敏，易于安装维护，价格较低。从而可实现快速打开关闭阀门，使得压缩空气能够迅速流入发动机1，进一步提高发动机瞬态响应性能，且电磁阀方便控制使用，生产成本小。

根据本发明的一些优选实施例，压缩空气储气装置3可以是多个且并联设置，换言之，多个压缩空气储气装置3可以独立工作，彼此互不影响、互不干涉。例如，每个压缩空气储气装置3均可以独立完成储气和补气动作。特别地，设置多个压缩空气储气装置3后，可以将每个压缩空气储气装置3的体积制作的相对较小，从而便于多个压缩空气储气装置3布置，而且小体积的压缩空气储气装置3能够实现快速储气，达到理想的高压，这样在频繁充气、放气的工况下，采用这种多个压缩空气储气装置3会进一步提高发动机的动力性以及瞬态响应。

压缩空气储气装置3可包括：主压缩空气储气装置和备用压缩空气储气装置(未示出)，主压缩空气储气装置和备用压缩空气储气装置可并联设置，由此，主压缩空气储气装置和备用压缩空气储气装置相互独立，互不干涉，互不影响，在主压缩空气储气装置出现问题时，可立即启用备用压缩空气储气装置，从而保证整个系统的正常运行。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，废气旁通阀5可与涡轮21并联设置。在储气罐31已满时，打开废气旁通阀5，或者在发动机1处于高速工作时，废气能量较大，导致排气背压超过设计上线时，可逐渐打开废气旁通阀5。从而可避免涡轮增压器超速发生损坏。

作为优选实施例，废气旁通阀5的开度可调，换言之，废气旁通阀5排气流量可调节，即在废气能量增多排气背压超过上限时，可调节废气旁通阀5的开度，在保证涡轮增压器2正常工作下，使得废气尽可能多的流入涡轮增压器2，部分废气通过废气旁通阀5排出。从而更进一步提高废气利用率。

上述实施例中的增压系统采用了涡轮21与废气旁通阀5的组合来控制排气背压与进气流量，可选地，涡轮21可以是固定几何涡轮。但本发明并不限于此，在其它实施例中，涡轮还可以是可变几何涡轮(VGT)，采用可变几何涡轮后，可以取消上述实施例中的废气旁通阀5，但不限于此。

此外，本发明实施例还提出了一种车辆，其包括上述带有压缩空气储气装置的发动机增压系统。

根据本发明实施例的车辆，通过安装该发动机系统，有效提高发动机升功率，缩小发动机排量，提高发动机燃油经济性，且提高了废气能量利用率，节约资源，同时也提高了车辆迅速启动和加速的能力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，其特征在于，包括：

发动机；

涡轮增压器，所述涡轮增压器包括涡轮和压气机，所述涡轮与所述发动机的排气管路相连，所述压气机与所述发动机的进气管路相连；

压缩空气储气装置，所述压缩空气储气装置与所述进气管路相连且设置成用于收集并储存经所述压气机压缩后的空气、并可将所述空气输送给所述发动机。

2.根据权利要求1所述的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，其特征在于，所述压缩空气储气装置包括：储气罐和储气阀门，所述储气罐通过所述储气阀门连接至所述进气管路。

3.根据权利要求2所述的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，其特征在于，所述储气阀门包括：储气罐进口阀门和储气罐出口阀门。

4.根据权利要求3所述的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，其特征在于，还包括：气体流量调节阀，所述气体流量调节阀设置在所述储气罐出口阀门的出口端。

5.根据权利要求1所述的用于车辆的发动机系统，其特征在于，所述压缩空气储气装置为多个且并联设置。

6.根据权利要求5所述的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，其特征在于，所述压缩空气储气装置包括：主压缩空气储气装置和备用压缩空气储气装置，所述主压缩空气储气装置和备用压缩空气储气装置并联设置。

7.根据权利要求3所述的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，其特征在于，所述进气管路上设置有中冷器，所述储气罐进口阀门和所述储气罐出口阀门连接在位于所述中冷器与所述发动机之间的进气管路部分上。

8.根据权利要求1所述的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，其特征在于，还包括：废气旁通阀，所述废气旁通阀与所述涡轮并联设置。

9.根据权利要求1所述的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，其特征在于，所述废气旁通阀的开度可调。

10.根据权利要求2所述的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统，其特征在于，所述储气阀门为电磁阀。

11.根据权利要求1所述的用于车辆的发动机系统，其特征在于，所述涡轮为固定几何涡轮或可变几何涡轮。

12.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-11中任一项所述的带有压缩空气储气装置的发动机增压系统。