CN106014609B - 采用废气涡轮增压辅助装置的工程车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用废气涡轮增压辅助装置的工程车，所述装置包括与后部进气管密封连通的气体导出管及与排气管密封连通的气体导入管，气体导入管与气体导出管相邻端之间密封连接有流量控制装置，该流量控制装置受一侧的油门踏板控制，当油门踏板放松时、流量控制装置适于将适量气体从气体导出管导入气体导入管；放松油门踏板时，后部进气管内的压缩气体通过管路、流量控制装置被直接导入至排气管内，流量控制装置根据油门踏板的转速调节气体导入量；踩动油门踏板时，送风机根据油门踏板的转速将适量外界空气送入前部进气管内；使发动机的动力随油门踏板的放松立即减弱，减小涡轮时滞。

Description

采用废气涡轮增压辅助装置的工程车

技术领域

本发明涉及一种废气涡轮增压辅助装置、应用该装置的工程车（尤其是采用汽油或柴油发动机的工程车）及降低涡轮时滞的方法，能够减小涡轮时滞效应。

背景技术

目前，随着人们的环保意识增强，节油而动力强的发动机越来越受欢迎，小排量废气涡轮增压发动机成为现今工程车上的主要装备。然而废气废气涡轮增压器具有时滞效应，由于废气涡轮增压器的增压作用主要由位于进气道中的进气涡轮来产生，而进气涡轮由位于排气道中的排气涡轮来驱动，排气涡轮的转速由发动机排气压力决定，当驾驶员突然踩动油门加速时，由于此时发动机排气压力不会立即增大，废气涡轮增压器中的涡轮转速跟不上步调而使增压的压力不能立即增大，发动机的动力不能随着油门踏板的动作而线性增加，其实际过程为当驾驶员突然踩动油门踏板后，随着更多的空气与燃油进入气缸内燃烧后产生更强的排气压力，此排气压力驱动排气涡轮加速，由于进、排气涡轮固定连接，进气涡轮同步加速，从而使进气的增压压力升高，这个过程产生较长的时间延迟，一般为5-8秒；另一方面，当驾驶员突然放松（包括完全松开）油门时，由于进、排气涡轮的转速不会随着油门踏板的放松立即减速，后部进气管内的进气压力及进气量不会立即下降，使得发动机的动力不会随着油门踏板的放松动作而立即减弱。

现有的废气涡轮增压器一般设置于节气门之前，当驾驶员突然放松油门踏板时、节气门的开度会同步变小，如果完全松开油门踏板则节气门的开度会变成最小，此时发动机会处于怠速运行状态，节气门开度减小之前发动机的动力较强，进、排气涡轮的转速较高，然而由于涡轮的转动惯性，当节气门的开度突然变小后，进气涡轮的转速不会迅速减小，进气涡轮的泵气作用不会迅速减弱，由于节气门的开度变小，气体在通过节气门时的阻力增大，因而在废气涡轮增压器与节气门之间的后部进气管内的气压会迅速升高，如果节气门的开度突然变小至怠速状态则会由于过高的气压损坏节气门组件或者造成管道漏气。现有技术中，一般安装有涡轮增压器泄压阀，其功能是当上述后部进气管内的气压超过泄压阀的设定值时，将上述管道内的空气排入外界，从而保护节气门或管道，然而该部分被排入外界的具有一定压力的气体未被充分利用。

发明内容

本发明首要解决的技术问题是提供一种采用废气涡轮增压辅助装置的工程车，使发动机的动力随油门踏板的放松立即减弱，减小涡轮时滞。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用废气涡轮增压辅助装置的工程车，其废气涡轮增压辅助装置包括：与发动机后部进气管密封连通的气体导出管及与发动机的排气管密封连通的气体导入管，气体导入管与气体导出管相邻端之间密封连接有流量控制装置，该流量控制装置受油门踏板控制，当油门踏板由被踩动状态变换至放松状态时，流量控制装置适于将适量气体从气体导出管导入气体导入管。

流量控制装置包括气阀，气阀的一侧设有控制其开度的离心控制器，离心控制器受油门踏板控制。

气阀包括滑动配合于阀壳内的阀芯，阀壳的中上部设有横向对称分布的进、出气口，阀芯上套设有用于密封气阀的所述进、出气口的密封圈，阀芯的顶部与阀壳的内壁顶部之间连接有控制弹簧，控制弹簧适于将阀芯向外推，离心控制器适于驱动阀芯移动；所述进、出气口分别与所述气体导入管与气体导出管相邻端相连。

离心控制器包括小转轮，小转轮与相邻的大转轮之间通过单向离合器一传动连接，大转轮外侧壁上设有多个径向的滑杆，各滑杆上分别套设有滑套且两者之间通过连接弹簧弹性连接，各滑套的外端固定连接有扇形块，各扇形块中心对称分布并构成一个圆柱面；阀芯的外端部始终与各扇形块构成的圆柱面接触配合；与油门踏板共轴旋转的主动轮与小转轮传动连接。各滑套的外端固定连接在扇形块的内侧中央。

部进气管的中部还设有节气门，气体导出管与后部进气管的连通处位于废气涡轮增压器与节气门之间。

本发明的废气涡轮增压辅助装置还包括送风机，送风机的出风口通过送风管与前部进气管密封连通，送风机受油门踏板控制，当油门踏板踩动时、送风机适于向送风管内送入适量外界空气。

送风机包括叶轮，叶轮与相邻的从动轮通过单向离合器二传动连接，从动轮伸出送风机进风口的一端与主动轮传动连接，送风机的出风口处设有单向阀，送风管上与前部进气管的连接端沿切向朝向废气涡轮增压器。

作为流量控制装置的另一种实现方式，流量控制装置包括电动气阀，电动气阀由工程车控制器控制其开度，工程车控制器通过一传感器检测油门踏板的状态，进而控制电动气阀的开度；当工程车控制器测得油门踏板由被踩动状态变换至放松状态时，控制电动气阀将适量气体从气体导出管导入气体导入管。

本发明还提供一种工程车的工作方法，其包括放松油门踏板时，后部进气管内的压缩气体通过管路、流量控制装置被直接导入至排气管内，流量控制装置根据油门踏板的转速调节气体导入量；踩动油门踏板时，送风机根据油门踏板的转速将适量外界空气送入前部进气管内。

相对于现有技术，本发明具有的技术效果是：

（1）当放松油门踏板时，将后部进气管中的适量压缩气体通过气体导出管、流量控制装置、气体导入管直接导入排气管，一方面减小后部进气管内的气压及进入发动机气缸体内的空气量，另一方面提高排气管内的压力，减小排气涡轮两侧的压力差，从而迅速使排气涡轮减速，排气涡轮驱动进气涡轮减速，从而减小进气涡轮的泵气量，进一步减小进入气缸体内的空气量，使发动机的动力迅速减弱，减小涡轮时滞，同时进入排气管中的压缩气体中富含氧气，可以对排气管废气中的未充分燃烧的高温的碳氢化合物进行氧化变成无害的气体。

（2）离心控制器可以根据油门踏板的放松转速来控制气阀的开度，从而调节压缩气体的导入量，能够根据油门踏板的各种松开速度来控制发动机动力下降的幅度。

（3）气阀的阀芯滑动过程中，利用密封圈与进、出气口的重合度来调节气阀的开度，控制弹簧能够使阀芯与离心控制器始终保持接触配合，同时离心控制器可以通过控制阀芯的移动幅度来实现废气流量在设定范围内连续调节。

（4）离心控制器通过滑杆、滑套及连接弹簧来实现离心运动并产生离心力，并通过扇形块来驱动阀芯的移动；同时利用单向离合器一来实现放松油门踏板时、油门踏板与扇形块之间的传力功能，实现根据油门踏板的转速控制阀芯移动量、进而在设定范围内连续调节废气流量的功能。

（5）节气门与废气涡轮增压器之间的后部进气管中的气体被导出，减小了该处后部进气管内的气压，保护了节气门及管路的安全。

（6）当踩动油门踏板时，受油门踏板控制的送风机通过送风管向前部进气管内送入适量外界空气，从而提高进气量，立即提升发动机的输出动力，减小涡轮时滞。

（7）利用单向离合器二来实现踩动油门踏板时、油门踏板与叶轮之间的传力功能，利用油门踏板的踩动转速来控制叶轮的送风量。

（8）单向阀可以防止送风机不工作时、前部进气管内的气流沿送风管逆向进入送风机内。

（9）送风管与前部进气管的连接端沿切向朝向废气涡轮增压器，可以使导入前部进气管中的外界空气与前部进气管中的正常气流方向一致，防止相互干扰造成气流紊乱并形成气阻。

附图说明

为了清楚说明本发明的创新原理及其相比于现有产品的技术优势，下面借助于附图通过应用所述原理的非限制性实例说明可能的实施例。在图中：

图1为本发明的废气涡轮增压辅助装置的结构图；

图2为本发明的气阀及离心控制器的结构放大图；

图3为本发明的送风机的局部放大图；

图4为本发明的单向离合器一的结构图；

图5为本发明的单向离合器二的结构图；

图6为本发明中节气门的局部放大图。

具体实施方式

实施例1

附图1-6中各附图标记对应的部件分别为：前部进气管1，废气涡轮增压器2，进气腔3，排气腔4，进气涡轮5，排气涡轮6，隔板7，排气管8，排气歧管9，后部进气管10，气缸体11，气体导入管12，气阀13，气体导出管14，离心控制器15，皮带一16，油门踏板17，主动轮18，皮带二19，送风机20，单向阀21，送风管22，节气门23；阀壳130，通气口131，控制弹簧132，阀芯133，密封圈134，限位块135，定位块136；外壳150，扇形块151，连接弹簧152，滑套153，滑杆154，大转轮155，小转轮156；机壳200，叶片201，进风口202，从动轮203，叶轮204，单向离合器一157，单向离合器二205；节气门壳231，节气门轴232，翻板233。

工程车的废气涡轮增压器2包括由隔板7密封隔离的进气腔3及排气腔4，进气涡轮5设于进气腔3内，排气涡轮6设于排气腔4内，进、排气涡轮通过穿活动密封设于隔板7内的转轴固定连接，进气腔3的进口设有前部进气管1，排气腔4的出口设有排气管8，进气腔3的出口通过后部进气管10与发动机的气缸体11密封连通，后部进气管10的中部还设有节气门23，由于废气涡轮增压器的作用，后部进气管10内的压力高于前部进气管1；如图6，节气门23包括节气门壳231、节气门轴232及绕节气门轴232转动的翻板233。排气腔4的入口通过排气歧管9与发动机的气缸体11密封连通，气体导入管12的一端与排气管8密封连通，其另一端与气阀13的出气口密封连通，气体导出管14的一端与气阀13的进气口密封连通，其另一端与后部进气管10上的节气门23与废气涡轮增压器2之间的部位密封连通；送风机20的出风口通过送风管22与进气管1密封连通，且该送风管22的出风端部呈圆弧形，并使风流沿该圆弧形的出风端部的切向进入进气腔3，并与进气管1中的气流同向混合进入进气腔3。

驾驶室内的油门踏板17可绕设于其端部的转轴旋转，主动轮18的中心固定配合于所述转轴上并适于与油门踏板17一起绕转轴转动。

气阀13包括阀壳130，阀壳130的两侧壁上分别设有进气口及出气口，所述进、出气口分别与所述气体导入管12与气体导出管14相邻端相连；阀芯133滑动配合于阀壳130内，阀芯133的上部套设有用于密封进气口及出气口的密封圈134，阀芯133的顶部与阀壳130的顶部内壁之间通过控制弹簧132连接，阀芯133的中部外侧壁上设有限位块135，该限位块135的外侧壁与阀壳130的内壁之间滑动密封配合，阀壳130的下部内壁上设有与限位块135相配合的定位块136，阀壳130的顶壁上设有平衡内外气压的通气口131，初始状态时阀芯133在控制弹簧132、限位块135及定位块136作用下、通过密封圈134封闭进、出气口。

气阀13的一侧设有离心控制器15，离心控制器15包括圆形外壳150，外壳150内转动配合有大转轮155，小转轮156与相邻的大转轮155通过单向离合器一157传动连接，其中小转轮156与单向离合器一157的内圈1572固定连接，大转轮155与单向离合器一157的外圈1571固定连接，大转轮155的外侧壁上固定设有三个沿径向的滑杆154，各滑杆154上都套设有滑套153，各滑套153的外端分别固定连接有一扇形块151，各扇形块151中心对称分布并构成一个圆柱面；各滑杆154的外端与滑套153的外端之间通过连接弹簧152弹性连接，相邻扇形块151之间具有设定的间隙。

阀芯133的下端呈弧形并通过外壳150上的通孔伸入外壳150内，阀芯133的下端始终与各扇形块151构成的圆柱面的外壁接触配合；所述小转轮156的伸出外壳150的一端通过皮带一16与主动轮18传动连接。

气阀13的进气口、出气口及控制弹簧132经过设定后，可以控制扇形块151驱动阀芯133移动至极限位置时、经过气阀13的气体流量，即最大气体流量。

所述送风机20包括机壳200，机壳200上设有圆形进风口202，机壳200内转动配合有叶轮204，叶轮204包括多个叶片201，从动轮203与相邻的叶轮204之间通过单向离合器二205传动连接，其中从动轮203与单向离合器二205的内圈2052固定连接，叶轮204与单向离合器二205的外圈2051固定连接，单向离合器二205的工作方向与单向离合器一157相反，从动轮203的外端伸出进风口202并通过皮带二19与主动轮18传动连接，从动轮203的直径小于主动轮18，从而增加从动轮203的转速，机壳200上的出风口与送风管22相连处设有单向阀21，以防止气流从前部进气管1沿送风管22逆向流入送风机20。

废气涡轮增压辅助装置的工作过程包括：

（1）当驾驶员迅速踩油门踏板17时，主动轮18逆时针转动并驱动从动轮203逆时针旋转，从动轮203通过单向离合器二205驱动叶轮204逆时针旋转，叶轮204驱动叶片201旋转，空气从进风口202被吸入后进入送风管22，空气经送风管22进入前部进气管1内，从而踩油门踏板17后立即增加进气量，迅速提高发动机的动力并减小涡轮时滞，由送风机20送入的风量与踏板17的踩动速度成正比；另一方面，踩油门踏板17时，由于小转轮156逆时针旋转，单向离合器一157不传力，因而气阀13封闭其进、出气口。其中，还可通过调整主动轮18、从动轮203之间的传动比，调整所述进气量。

（2）当驾驶员迅速放松油门踏板17时，主动轮18顺时针转动，主动轮18驱动小转轮156顺时针旋转，小转轮156通过单向离合器一157驱动大转轮155顺时针旋转，各扇形块151相对于大转轮155径向滑动，扇形块151驱动阀芯133克服控制弹簧132向上滑动，从而使密封圈134从进、出气口处移开，放松油门踏板17时的顺时针速度决定进、出气口的开度，从而控制从后部进气管10流入排气管8内的气体量，一方面减小后部进气管10内的气压及进入发动机的气缸体11内的空气量，另一方面提高排气管8内的压力（排气涡轮的背压），减小排气涡轮两侧的压力差，从而迅速使排气涡轮减速，排气涡轮驱动进气涡轮减速，从而减小进气涡轮的泵气量，进一步减小进入气缸体11内的空气量，使发动机的动力迅速减弱并可调节动力的下降幅度，减小涡轮时滞；同时，由于节气门与废气涡轮增压器之间的后部进气管10中的气体被导出，减小了该处后部进气管10内的气压，保护了节气门及管路的安全；与此同时，放松油门踏板17时，由于从动轮203顺时针旋转，单向离合器二205不传力，因而送风机20不工作。

（3）稳住或完全松开油门踏板17时，由于主动轮18不转，气阀13处于封闭状态且送风机20不工作。

所述工程车为：重型运输车辆，大型吊车,挖掘机,推土机,压路机,装载车,电力抢修车,工程抢险车,政府专用工程车，越野工程车,电焊工程车,装甲工程车（战斗工程车），氧化剂污水处理工程车等之一。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例存在如下变型：

作为流量控制装置的另一种实现方式，流量控制装置包括电动气阀，电动气阀的进、出气口分别与所述气体导入管12与气体导出管14相邻端相连；电动气阀由工程车控制器控制其开度，工程车控制器（也即控制工程车的中央处理器）通过一传感器检测油门踏板17的状态，进而控制电动气阀的开度；当工程车控制器测得油门踏板17由被踩动状态变换至放松状态时，控制电动气阀将适量气体从气体导出管14导入气体导入管12。放松油门踏板17时的顺时针速度越大，所述电动气阀的开度越大，从而控制从后部进气管10流入排气管8内的气体量。所述传感器为设于油门踏板17的转轴上的转速传感器，其用于检测门踏板17的实时状态。

其他的实施方式是，另外采用一单片机替代所述工程车控制器，以降低工程车控制器的工作符合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种工程车的工作方法，工程车包括发动机、废气涡轮增压辅助装置，其特征在于该装置包括：与发动机的后部进气管（10）密封连通的气体导出管（14）、及与发动机的排气管（8）密封连通的气体导入管（12），气体导入管（12）与气体导出管（14）相邻端之间密封连接有流量控制装置，该流量控制装置受油门踏板（17）控制，当油门踏板（17）由被踩动状态变换至放松状态时，流量控制装置适于将适量气体从气体导出管（14）导入气体导入管（12）；

所述工程车的工作方法，包括：放松油门踏板（17）时，后部进气管（10）内的压缩气体通过管路、流量控制装置被直接导入至排气管（8）内，流量控制装置根据油门踏板（17）的转速调节气体导入量；踩动油门踏板（17）时，送风机（20）根据油门踏板（17）的转速将适量外界空气送入前部进气管（1）内；

流量控制装置包括气阀（13），气阀（13）的一侧设有控制其开度的离心控制器（15），离心控制器（15）受油门踏板（17）控制；

所述气阀（13）包括滑动配合于阀壳（130）内的阀芯（133），阀壳（130）的中上部设有横向对称分布的进、出气口，阀芯（133）上套设有用于密封气阀（13）的所述进、出气口的密封圈（134），阀芯（133）的顶部与阀壳（130）的内壁顶部之间连接有控制弹簧（132），控制弹簧（132）适于将阀芯（133）向外推，离心控制器（15）适于驱动阀芯（133）移动；所述进、出气口分别与所述气体导入管（12）与气体导出管（14）相邻端相连；

离心控制器（15）包括小转轮（156），小转轮（156）与相邻的大转轮（155）之间通过单向离合器一（157）传动连接，大转轮（155）外侧壁上设有多个径向的滑杆（154），各滑杆（154）上分别套设有滑套（153）且两者之间通过连接弹簧（152）弹性连接，各滑套（153）的外端固定连接有扇形块（151），各扇形块（151）中心对称分布并构成一个圆柱面；阀芯（133）的外端部始终与各扇形块（151）构成的圆柱面接触配合；与油门踏板（17）共轴旋转的主动轮（18）与小转轮（156）传动连接；

所述后部进气管（10）的中部还设有节气门（23），气体导出管（14）与后部进气管（10）的连通处位于废气涡轮增压器（2）与节气门（23）之间；

所述的工程车还包括：送风机（20），送风机（20）的出风口通过送风管（22）与前部进气管（1）密封连通，送风机（20）受油门踏板（17）控制，当油门踏板（17）踩动时、送风机（20）适于向送风管（22）内送入适量外界空气；

送风机（20）包括叶轮（204），叶轮（204）与相邻的从动轮（203）通过单向离合器二（205）传动连接，从动轮（203）伸出送风机进风口的一端与主动轮（18）传动连接，送风机（20）的出风口处设有单向阀（21），送风管（22）上与前部进气管（1）的连接端沿切向朝向废气涡轮增压器；

当驾驶员迅速踩油门踏板（17）时，主动轮（18）逆时针转动并驱动从动轮（203）逆时针旋转，从动轮（203）通过单向离合器二（205）驱动叶轮（204）逆时针旋转，叶轮（204）驱动叶片（201）旋转，空气从进风口（202）被吸入后进入送风管（22），空气经送风管（22）进入前部进气管（1）内，从而踩油门踏板（17）后立即增加进气量，迅速提高发动机的动力并减小涡轮时滞，由送风机（20）送入的风量与踏板（17）的踩动速度成正比；另一方面，踩油门踏板（17）时，由于小转轮（156）逆时针旋转，单向离合器一（157）不传力，因而气阀（13）封闭其进、出气口；其中，还可通过调整主动轮（18）、从动轮（203）之间的传动比，调整所述进气量；

当驾驶员迅速放松油门踏板（17）时，主动轮（18）顺时针转动，主动轮（18）驱动小转轮（156）顺时针旋转，小转轮（156）通过单向离合器一（157）驱动大转轮（155）顺时针旋转，各扇形块（151）相对于大转轮（155）径向滑动，扇形块（151）驱动阀芯（133）克服控制弹簧（132）向上滑动，从而使密封圈（134）从进、出气口处移开，放松油门踏板（17）时的顺时针速度决定进、出气口的开度，从而控制从后部进气管（10）流入排气管（8）内的气体量，一方面减小后部进气管（10）内的气压及进入发动机的气缸体（11）内的空气量，另一方面提高排气管（8）内的压力，减小排气涡轮两侧的压力差，从而迅速使排气涡轮减速，排气涡轮驱动进气涡轮减速，从而减小进气涡轮的泵气量，进一步减小进入气缸体（11）内的空气量，使发动机的动力迅速减弱并可调节动力的下降幅度，减小涡轮时滞；同时，由于节气门与废气涡轮增压器之间的后部进气管（10）中的气体被导出，减小了该处后部进气管（10）内的气压，保护了节气门及管路的安全；与此同时，放松油门踏板（17）时，由于从动轮（203）顺时针旋转，单向离合器二（205）不传力，因而送风机（20）不工作；

稳住或完全松开油门踏板（17）时，由于主动轮（18）不转，气阀（13）处于封闭状态且送风机（20）不工作。

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