CN106089407A - 电动废气涡轮增压器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动废气涡轮增压器装置，所述装置包括由高速无刷电机和电机驱动器组成的高速无刷电机模块；高速无刷电机与废气驱动涡轮和压气涡轮相连接；电机驱动器通过控制信号端口与车载电脑系统连接；电机驱动器通过系统供电端口与车载电源相连接。本发明装置巧妙地解决了废气涡轮的迟滞问题，通过合理的工程调校可取消传统废气涡轮增压器装置中的泄压装置，解决问题并优化了结构。

Description

电动废气涡轮增压器装置

技术领域

本发明属于内燃发动机技术领域，特别涉及一种电动废气涡轮增压器装置。

背景技术

随着社会进步发展，生产生活等社会活动中对车辆的环保、性能、驾驶特性等提出越来越高的要求。尤其世界各国迫于环保要求，车辆的排量越做越小，但排量的减小，导致了发动机输出功率也减小。实际需求又需要车辆具有适当大的功率输出，因此涡轮增压被大规模应用。但在发动机低转速时，废气排量有限导致传统废气式涡轮增压器不能进入有效工作状态，待发动机转速上来后，排气量也增加到足以驱动涡轮增压器进入有效工作状态。这个时间段就存在增压不够或无效，并导致车辆排气不畅，业内称之为涡轮“迟滞”现象。

“迟滞”现象的存在，具体表现为，车辆需要加速时，发动机未能有足够的输出功率来支持这个需求，导致驾驶不畅、突然加速和需要车辆加速躲避危险而未加速等不良及不安全因素。

另一类增压器是机械增压，它不存在涡轮迟滞现象，但会消耗掉一部分发动机的动力，在高速状态下，动力损失尤其突出，并且结构复杂、造价高。为了解决发动机在低速到高速大功率输出的平滑性，人们发明了双涡轮增压，它采取废气涡轮增压和机械增压相结合，取长补短。但实际使用中存在工作点交接的问题，车辆的平顺调校很有难度，所以调校难、结构复杂和成本昂贵是其非常大的弱点。

因此，一个能使车辆功率输出强劲而平顺、成本低、结构简单的增压器是当前燃油车辆所需要的。

发明内容

为了解决现有技术中的技术问题，本发明提供了一种电动废气涡轮增压器装置，此发明装置是高速无刷电机和传统废气涡轮增压器的结合，工作时发挥各自的优点，互补缺点。利用高速电机能实时介入工作的特性，当废气涡轮转速不够时，高速电机迅速辅助介入。当涡轮过速时，利用电刹车使涡轮降速，避免涡轮压气侧过压，并把刹车产生的电能回补给车辆供电系统。本发明装置巧妙地解决了废气涡轮的迟滞问题，通过合理的工程调校可取消传统废气涡轮增压器装置中的泄压装置，解决问题并优化了结构。

本发明提供一种电动废气涡轮增压器装置，所述装置包括由高速无刷电机和电机驱动器组成的高速无刷电机模块；高速无刷电机与废气驱动涡轮和压气涡轮相连接；电机驱动器通过控制信号端口与车载电脑系统连接，用于控制高速无刷电机的工作；电机驱动器通过系统供电端口与车载电源相连接。

在一种实施方式中，高速无刷电机与废气驱动涡轮和压气涡轮通过涡轮轴同轴相连接。

在一种实施方式中，高速无刷电机与废气驱动涡轮和压气涡轮非同轴地相连接。

在一种实施方式中，高速无刷电机与废气驱动涡轮和压气涡轮通过皮带或变速齿轮相连接。

在一种实施方式中，高速无刷电机和电机驱动器以分开方式或合成一体地存在。

在一种实施方式中，高速无刷电机内部包含永磁磁钢、绕组和相位传感器。

在一种实施方式中，高速无刷电机中相位传感器的信号是高速无刷电机的电控换向信号，又同时反馈给车载电脑计算压气涡轮的转速。

所述废气驱动涡轮，由车辆废气驱动，转动后驱动同轴另一侧的压气涡轮，压缩新鲜空气，以供汽缸燃油使用。所述压气涡轮为压缩吸入的新鲜空气并压入车辆汽缸以供燃油燃烧使用。所述高速无刷电机为车辆废气不足时辅助提供动力，驱动压气涡轮。

所述电机驱动器为高速无刷电机的控制器，控制电机转速。其控制信号包括车辆电脑计算的控制信号(输入电机驱动器)和涡轮转速信号(反馈给车辆电脑)。

电动废气涡轮增压器装置在车辆需要增压器增压进气却增压不够时，由车载电脑计算并通过驱动器控制高速无刷电机介入工作，有效消除“迟滞”问题。通过检测高速无刷电机内部传感器计算涡轮转速，采取电刹车手段来保护中心转轴，优化后可取消传统增压器的泄压装置，并把电刹车所取得的电能回馈给车辆供电系统。

本发明科学解决了传统“废气涡轮增压器”的“迟滞”问题，利用电机电刹车有效控制涡轮的最高转速，保护中心转轴，优化后可取消“泄压装置”，不仅解决了问题还简化了结构。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是传统的废气涡轮增压器装置的示意图；

图2是本发明的电动废气涡轮增压器装置的示意图；和

图3是本发明电动废气涡轮增压器装置的三种最基本的工作模式图。

具体实施方式

为了使本领域技术领域人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1所示，它是传统的废气涡轮增压器装置的示意图，它主要包括压气涡轮和废气驱动涡轮，两者通过涡轮轴连接；另外，在压气涡轮上设置有泄压阀。

发动机气缸排出的废气，推动废气驱动涡轮旋转。由此便能带动与之相连的另一侧的压气涡轮也同时转动。压气涡轮把空气从进气口强制吸进进气，并经叶片的旋转压缩后，再进入管径越来越小的压缩通道作二次压缩，这些经压缩的空气被注入汽缸内燃烧。被压缩并被冷却后的空气经进气管进入汽缸，参与燃烧做功。燃烧后的废气从排气管排出，进入废气驱动涡轮，推动废气驱动涡轮旋转，然后尾气排出处理。涡轮增压器装置中通常设置冷却系统，以此降低被压缩空气的温度、提高密度，防止发动机产生爆震。

一旦涡轮压缩空气端的增压值达到极限值时，部分涡轮废气直接通过泄压阀排出，使得压气涡轮的涡轮降速，使得压气涡轮进气端进气压力保持一个较稳定的值。

如图2所示，本发明的一种电动废气涡轮增压器，主要包括压气涡轮、高速无刷电机模块和废气驱动涡轮。高速无刷电机模块主要包括高速无刷电机和电机驱动器，并且包含有控制信号端口和系统供电端口。控制信号端口与车载电脑系统连接，用于控制高速无刷电机的工作；系统供电端口与车载电源相连接，例如与车辆DC12V连接。电机驱动器机械和电气与高速无刷电机相连。高速无刷电机与压气涡轮、和废气驱动涡轮通过涡轮轴同轴地相连接，或者通过非同轴地方式相连接，例如皮带或变速齿轮。

工作方式：车辆发动机启动后，车载电脑采集车辆工作数据和驾驶数据，计算数据并通过电机驱动器控制高速无刷电机需要介入工作的强度，到达消除“传统废气涡轮增压器”因发动机处在转速不够时而引起的“迟滞”现象。通过高速无刷电机内部的传感器信号，监测压气涡轮转速，当压气涡轮超速时，高速无刷电机逆向工作，电能回馈到车辆供电系统，实现电刹车，有效保护涡轮轴，延长寿命并减少故障。另外，利用电刹车特点，通过合理的工程调校可取消“传统废气涡轮增压器”的泄压装置，简化了装置，减少了故障点。

本发明在实际应用中，当车辆废气排量足够时，高速无刷电机通过控制信号端口接收控制指令，使电机处于非工作状态或亚工作状态。

如图3所示，本发明装置具有三种最基本的工作模式：M1：电刹车，M2：怠速或待机，M3：按数据介入工作。当车辆启动时，采集车辆工作数据和驾驶数据，选择无刷电机模块的工作模式M1、M2或M3中的一种，通过电机驱动器实现与涡轮增压器连接的高速电机是否电刹车、怠速或待机，或者按数据介入工作。

本发明的无刷电机模块的安装位置，由车辆整体设计、调校决定，无固定或统一方式。本发明装置，在实际应用中还涉及高温隔离问题，传统有效方法在装置的外壳设计相应水道，通过车辆本身的冷却系统进行冷却。当车辆停止工作后，车辆本身的机械冷却系统会停止工作，此时涡轮还处于非常高的温度，此时可由小型电子水泵来参与冷却，以达到保护装置的目的。

应该理解到披露的本发明不仅仅限于描述的特定的方法、方案和物质，因为这些均可变化。还应理解这里所用的术语仅仅是为了描述特定的实施方式方案的目的，而不是意欲限制本发明的范围，本发明的范围仅受限于所附的权利要求。

本领域的技术人员还将认识到，或者能够确认使用不超过常规实验，在本文中所述的本发明的具体的实施方案的许多等价物。这些等价物也包含在所附的权利要求中。

Claims (7)

1.一种电动废气涡轮增压器装置，其特征在于所述装置包括由高速无刷电机和电机驱动器组成的高速无刷电机模块；高速无刷电机与废气驱动涡轮和压气涡轮相连接；电机驱动器通过控制信号端口与车载电脑系统连接，用于控制高速无刷电机的工作；电机驱动器通过系统供电端口与车载电源相连接。

2.根据权利要求1的所述电动废气涡轮增压器装置，其特征在于所述高速无刷电机与废气驱动涡轮和压气涡轮通过涡轮轴同轴相连接。

3.根据权利要求1的所述电动废气涡轮增压器装置，其特征在于所述高速无刷电机与废气驱动涡轮和压气涡轮非同轴地相连接。

4.根据权利要求3的所述电动废气涡轮增压器装置，其特征在于所述高速无刷电机与废气驱动涡轮和压气涡轮通过皮带或变速齿轮相连接。

5.根据权利要求1的所述电动废气涡轮增压器装置，其特征在于所述高速无刷电机和电机驱动器以分开方式或合成一体地存在。

6.根据权利要求1的所述电动废气涡轮增压器装置，其特征在于所述高速无刷电机内部包含永磁磁钢、绕组和相位传感器。

7.根据权利要求6的所述电动废气涡轮增压器装置，其特征在于所述高速无刷电机中相位传感器的信号是高速无刷电机的电控换向信号，又同时反馈给车载电脑计算压气涡轮的转速。