CN107060990B - 电磁式两轴串并联耦合进气增压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁式两轴串并联耦合进气增压系统，其发动机的排气管上设置有排气旁通阀，通过两个管口排出废气，其中一个管口连接的排气管内设置有涡轮，所述发动机的一个进气管内依次设置有第一叶轮和第二叶轮，另一个所述进气管内设置有第三叶轮，所述涡轮和所述第一叶轮设置在主动轴的两端，所述第二叶轮和第三叶轮设置在从动轴上，所述从动轴上设置有两个离合机构，所述主动轴上设置的驱动齿轮与所述从动轴上设置的从动齿轮相啮合，所述电控喷油器、排气旁通阀、两个离合机构分别与控制器连接。本发明通过自动选择三个叶轮运行模式和排气旁通，优化利用进气能量和排气能量，提高发动机的性能、降低发动机污染排放。

Description

电磁式两轴串并联耦合进气增压系统

技术领域

本发明涉及一种发动机的进气增压系统，特别是涉及一种电磁式两轴叶轮串联、并联耦合进气增压系统。

背景技术

能源危机日趋严重，大气环境越来越受到关注，发动机节能减排技术也越来越受到关注。发动机的性能主要取决于发动机气缸内燃油与空气的混合、燃烧过程，发动机气缸内每循环的燃烧受发动机气缸内空气量的制约，因此提高每循环进入发动机气缸内的空气量可以提高发动机的性能。传统的涡轮增压系统中涡轮与叶轮同轴，发动机排出的废气推动涡轮高速旋转，同轴的叶轮以同样的转速旋转，对外界环境中的新鲜空气进行压缩，使每个循环进入发动机气缸内的空气量增加，从而提高发动机的性能，降低发动机的污染排放。传统涡轮增压装置中采取涡轮和叶轮单轴固定连接，增压性能完全取决于涡轮的转速，涡轮转速一定，增压后的发动机进气量一定，无法根据发动机各种转速工况进行自我调节，因而无法满足发动机各种工况对进气增压的要求，达到发动机性能的全面优化。例如传统的涡轮增压系统在发动机低速运行时，发动机的转速较低，废气排出的速度较低，涡轮的转速也较低，增压效果不理想，进入发动机气缸内的空气量增加不明显，因此无法满足大空气量的要求。

经过对现有技术文献和专利的检索发现，发明专利名称排气管容积连续可调式涡轮增压系统，申请号201110335059.2，该发明专利包括：气缸、排气管、涡轮、容积腔、套体、档板和弹性部件，当发动机处于低速工况时，套体后壁向着靠近档板的方向移动，排气管容积相对较小，脉冲能量可以充分利用，发动机进气压力较高；当发动机处于高速工况时，套体后壁向着远离档板的方向移动，排气管容积相对较大，泵气损失较小。但该发明只是针对排气系统设计的排气管容积连续调节，未涉及到进气系统调节设计；而且通过套体后壁移动来调节排气管容积时，受到排气管长度的限制，套体后壁移动位移十分有限，排气管容积调节能力有限，无法大幅度调节排气管容积；因此每循环进入发动机气缸内的空气量仍然受到转速的限制，增压效果不显著。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对上述现有技术的不足，设计一种结构简单、调节方法简易可靠，能够根据发动机的进气流量和进气压力自适应调节的电磁式两轴串并联耦合进气增压系统。

本发明的技术方案是：

一种电磁式两轴串并联耦合进气增压系统，包括发动机，所述发动机设置有进气门、排气门和电控喷油器，所述排气门与排气管连通，所述排气管上设置有排气旁通阀，所述排气旁通阀的一个管口直接排出废气，所述排气旁通阀的另一个管口连接的排气管内设置有涡轮，所述进气门与两个进气管连通，一个所述进气管内依次设置有第一叶轮和第二叶轮，另一个所述进气管内设置有第三叶轮，所述涡轮和所述第一叶轮设置在主动轴的两端，所述第二叶轮和第三叶轮设置在从动轴上，并且，所述从动轴上设置有第一离合机构和第二离合机构，所述主动轴上设置的驱动齿轮与所述从动轴上设置的从动齿轮相啮合，所述电控喷油器、排气旁通阀、第一离合机构和第二离合机构分别与控制器连接。

所述进气管上设置有空气流量传感器和空气压力传感器，所述排气管上设置有废气压力传感器，所述空气流量传感器、空气压力传感器和废气压力传感器均分别与所述控制器连接。

两个所述进气管上分别设置有空气冷却器和空气滤清器，所述驱动齿轮和从动齿轮为增速齿轮组。

本发明的有益效果是：

1、本发明中控制器根据发动机的进气流量和进气压力情况，自动从单路进气增压模式、单路串联进气增压模式、双路并联进气增压模式和双路串并联进气增压模式中选择最优的增压模式：当进气流量和进气压力正常能够满足需要时，采取单路进气增压模式。当进气压力较小，不能满足需要时，采取单路串联进气增压模式。当进气流量较小，不能满足需要时，采取双路并联进气增压模式。当进气流量和进气压力均较小，在双路并联进气增压模式时仍然不能满足需要，采取双路串并联进气增压模式。四种模式可以单一增大或同时增大进气流量和进气压力，从而提高发动机的动力性，降低发动机污染排放。

2、根据发动机不同工况下每个循环喷入发动机气缸内的燃油量和最优燃空比，计算出当前气缸内所需的空气量，从四种进气增压模式提供中选择最合适的增压模式保证最优的进气流量和进气压力，使气缸内燃油与空气混合、燃烧性能最优，改善发动机的性能，降低发动机的污染排放。

3、本发明中进气增压系统切换不同的进气增压模式时，控制器依靠电磁力控制离合机构实现结合、分离动作，驱动第一叶轮、第二叶轮和第三叶轮单独工作或联合工作，切换前后叶轮运动平稳，噪声小，进气增压稳定，进气压力波动小。通过自动选择三个叶轮运行模式和排气旁通，优化利用进气能量和排气能量，提高发动机的动力性和燃油经济性、改善排放。

4、本发明结构简单和调节方法简易可行，且工作可靠性高，可以在全工况范围内满足发动机进气增压的要求，应用范围广，推广后具有良好的经济效益和减排效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

实施例：参见图1，图中，1-发动机，2-排气门，3-排气旁通阀，4-涡轮， 5-驱动齿轮，6-从动齿轮，7-第一离合机构，8-第一空气滤清器，9-第一叶轮，10-第二叶轮，11-第一空气冷却器，12-进气门，13-第二空气滤清器，14-第三叶轮，15-第二空气冷却器，16-第二离合机构，17-空气流量传感器，18-空气压力传感器，19-电控喷油器，20-废气压力传感器，21-控制器，22-主动轴，23-从动轴。图中箭头所示为气体流动方向，虚线为控制线路。

电磁式两轴串并联耦合进气增压系统包括排气旁通阀3，涡轮4，驱动齿轮5，从动齿轮6，第一离合机构7，第一空气滤清器8，第一叶轮9，第二叶轮10，第一空气冷却器11，第二空气滤清器13，第三叶轮14，第二空气冷却器15，第二离合机构16，空气流量传感器17，空气压力传感器18，废气压力传感器20，控制器21，主动轴22，从动轴23。主动轴22上依次安装有涡轮4、驱动齿轮5、第一叶轮9。涡轮4、驱动齿轮5、第一叶轮9内部均开有花键槽，与主动轴22花键连接保持相同转速转动，而且涡轮4、驱动齿轮5、第一叶轮9左右两侧均装有限位装置，不能沿主动轴22左右移动。从动轴23上依次安装有从动齿轮6、第一离合机构7、第二叶轮10、第二离合机构16、第三叶轮14。从动齿轮6、第一离合机构7、第二离合机构16内部均开有花键槽，与从动轴23花键连接保持相同转速转动，其中从动齿轮6左右两侧均装有限位装置，不能沿从动轴23左右移动，第一离合机构7、第二离合机构16可以沿从动轴23左右移动。第二叶轮10、第三叶轮14内部均装有滚动轴承，安装在从动轴23上，可以相对于从动轴23自由转动，不能沿从动轴23左右移动。

一路进气增压：第一空气滤清器8经过第一叶轮9、第二叶轮10与第一空气冷却器11的入口相连，第一空气冷却器11的出口经进气门12与发动机1的入口相连，发动机1的出口经排气门2、排气旁通阀3与涡轮4相连。

另一路进气增压：第二空气滤清器13经过第三叶轮14与第二空气冷却器15的入口相连，第二空气冷却器15的出口经进气门12与发动机1的入口相连，发动机1的出口经排气门2、排气旁通阀3与涡轮4相连。

第一空气滤清器8、第二空气滤清器13保证了进入发动机1气缸内参与燃烧的新鲜空气的纯净。第一空气冷却器11、第二空气冷却器15对增压后的新鲜空气进行冷却。

空气流量传感器17、空气压力传感器18安装在进气门12与第一空气冷却器11、第二空气冷却器15之间的管路上，测量冷却后进入气缸内空气的流量和空气的压力。废气压力传感器20安装在排气旁通阀3与涡轮4之间的管路上，测量推动涡轮4旋转的废气压力。

排气旁通阀3、第一离合机构7、第二离合机构16、空气流量传感器17、空气压力传感器18、电控喷油器19、废气压力传感器20均与控制器21连接。

发动机1排出的废气经过排气门2、排气旁通阀3推动涡轮4旋转，涡轮4驱动主动轴22保持相同转速转动。废气压力传感器20测量推动涡轮4旋转的废气压力，当废气压力过高时，控制器21控制排气旁通阀3开启，一部分废气经过排气旁通阀3排出，另一部分废气推动涡轮4旋转，驱动主动轴22转动。当废气压力正常时，控制器21控制排气旁通阀3关闭，全部废气都用来推动涡轮4旋转。当废气压力过低时，控制器21控制排气旁通阀3完全开启，全部废气经排气旁通阀3排出，涡轮4停止旋转，停止增压。

发动机1运转时，空气流量传感器17检测通过进气门12进入到发动机1气缸内的进气流量，空气压力传感器18检测通过进气门12进入到发动机1气缸内的进气压力，分别将进气流量信息、进气压力信息发送给控制器21。同时控制器21根据电控喷油器19的喷油量和最优空气与燃油比例，计算出此时发动机气缸内所需要的空气量。

单路进气增压模式：当进气压力和进气流量正常能够满足需要时，控制器21发出单路进气增压指令。控制器21同时发出断电指令给第一离合机构7和第二离合机构16，第一离合机构7和第二离合机构16均处于分离状态停止工作，此时发动机1排出的废气推动涡轮4旋转，驱动主动轴22转动，驱动齿轮5与主动轴22保持同样转速旋转，驱动齿轮5驱动从动齿轮6和从动轴23旋转，此时第一叶轮9与主动轴22保持同样转速旋转，第二叶轮10和第三叶轮14保持静止。新鲜空气经第一空气滤清器8过滤后，被旋转的第一叶轮9压缩，压缩后的空气流经静止的第二叶轮10，进入第一空气冷却器11冷却，然后增压冷却后的空气经进气门12进入到发动机1的气缸内，增压冷却后的新鲜空气与电控喷油器19喷出的燃油以最优空燃比混合、燃烧做功，燃烧后的废气从发动机1的气缸内经排气门2流出，推动涡轮4旋转。

单路串联进气增压模式：当进气压力较低，不能满足需要时，控制器21发出单路串联进气增压指令。控制器21发出上电指令给第一离合机构7，发出断电指令给第二离合机构16，第一离合机构7处于结合状态开始工作，第二离合机构16处于分离状态停止工作。此时，第一叶轮9与主动轴22保持同样转速旋转，第二叶轮10与从动轴23保持同样转速旋转，第三叶轮14保持静止。此时新鲜空气经第一空气滤清器8过滤后，被旋转的第一叶轮9压缩，压缩后的空气再经旋转的第二叶轮10进一步压缩，经两级压缩加压后的新鲜空气进入第一空气冷却器11冷却，然后增压冷却后的新鲜空气经进气门12进入到发动机1的气缸内。

双路并联进气增压模式：当进气流量较小，不能满足需要时，控制器21发出双路并联进气增压指令。控制器21发出断电指令给第一离合机构7，发出上电指令给第二离合机构16，第一离合机构7处于分离状态停止工作，第二离合机构16处于结合状态开始工作。此时，第一叶轮9与主动轴22保持同样转速旋转，第二叶轮10保持静止，第三叶轮14与从动轴23保持同样转速旋转。此时一路新鲜空气经第一空气滤清器8过滤后，被旋转的第一叶轮9压缩，压缩后的空气经过静止的第二叶轮10进入第一空气冷却器11冷却，然后增压冷却后的新鲜空气经进气门12进入到发动机1的气缸内。另一路新鲜空气经第二空气滤清器13过滤后，被旋转的第三叶轮14压缩，压缩后的空气进入第二空气冷却器15中冷却，经过增压冷却后的新鲜空气经进气门12进入到发动机1的气缸内。

双路串并联进气增压模式：当进气流量和进气压力均较小，在双路并联进气增压模式时仍然不能满足需要，控制器21发出双路串并联进气增压指令。控制器21同时发出上电指令给第一离合机构7和第二离合机构16，第一离合机构7和第二离合机构16均处于结合状态开始工作。此时，第一叶轮9与主动轴22保持同样转速旋转，第二叶轮10和第三叶轮14均与从动轴23保持同样转速旋转。此时一路新鲜空气经第一空气滤清器8过滤后，被旋转的第一叶轮9压缩，压缩后的空气再经旋转的第二叶轮10进一步压缩，经两级压缩加压后的新鲜空气进入第一空气冷却器11冷却，然后经两级增压冷却后的新鲜空气经进气门12进入到发动机1的气缸内。另一路新鲜空气经第二空气滤清器13过滤后，被旋转的第三叶轮14压缩，压缩后的空气进入第二空气冷却器15冷却，然后经增压冷却后的新鲜空气经进气门12也进入到发动机1的气缸内。

与传统的发动机进气增压系统相比，本发明具有两个显著特点：第一，可以根据发动机的具体进气压力、进气流量情况，自适应的从单路进气增压、单路串联进气增压、双路并联进气增压和双路串并联进气增压四种模式中选择最优的运行模式。当进气流量和进气压力正常能够满足需要时，采取单路进气增压模式。当进气压力较小，不能满足需要时，采取单路串联进气增压模式。当进气流量较小，不能满足需要时，采取双路并联进气增压模式。当进气流量和进气压力均较小，在双路并联进气增压模式时仍然不能满足需要，采取双路串并联进气增压模式。四种模式可以单一增大或同时增大进气流量和进气压力，从而提高发动机的动力性，改善发动机性能、降低污染排放。第二，可以根据发动机不同工况下每个循环喷入发动机气缸内的燃油量和最优燃空比，计算出当前气缸内所需要的空气量，从四种进气增压模式提供中选择最合适的增压模式，提供最合适的进气流量和进气压力，改善发动机的性能，降低发动机污染排放。第三，控制器可以根据当前的废气压力，控制排气旁通阀关闭、部分开启、完全开启，决定由全部废气或部分废气推动涡轮旋转进行增压，还是停止增压，优化利用排气能量，提高发动机的性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种电磁式两轴串并联耦合进气增压系统，包括发动机，所述发动机设置有进气门、排气门和电控喷油器，其特征是：所述排气门与排气管连通，所述排气管上设置有排气旁通阀，所述排气旁通阀的一个管口直接排出废气，所述排气旁通阀的另一个管口连接的排气管内设置有涡轮，所述进气门与两个进气管连通，一个所述进气管内依次设置有第一叶轮和第二叶轮，另一个所述进气管内设置有第三叶轮，所述涡轮和所述第一叶轮设置在主动轴的两端，所述第二叶轮和第三叶轮设置在从动轴上，并且，所述从动轴上设置有第一离合机构和第二离合机构，所述主动轴上设置的驱动齿轮与所述从动轴上设置的从动齿轮相啮合，所述电控喷油器、排气旁通阀、第一离合机构和第二离合机构分别与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的电磁式两轴串并联耦合进气增压系统，其特征是：所述进气管上设置有空气流量传感器和空气压力传感器，所述排气管上设置有废气压力传感器，所述空气流量传感器、空气压力传感器和废气压力传感器均分别与所述控制器连接。

3.根据权利要求1所述的电磁式两轴串并联耦合进气增压系统，其特征是：两个所述进气管上分别设置有空气冷却器和空气滤清器，所述驱动齿轮和从动齿轮为增速齿轮组。

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