CN108223107B - 一种机电复合柔性增压发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种机电复合柔性增压发动机，发动机本体通过曲轴与变速机构连接，变速机构通过离合器与压气机连接，所述的压气机转轴同时与电动机/发电机转轴固定连接，压气机进气口与大气连通，压气机排气口与前述发动机进气口通过进气管道连接，所述的电动机/发电机通过离合器与涡轮转轴连接，可所述的电动机/发电机通过电路与驱动器连接，驱动器通过电路与电池组连接，所述涡轮排气口与大气连通，进气口与前述发动机通过可控高温截止阀与发动机排气口连通，发动机排气口的另一支路通过旁通截止阀与大气连通。本发明打破常规涡轮增压转速与发动机工况的固有联系，可根据发动机不同工况切换不同的增压方式，扬长避短，发挥不同增压型式的优势。

Description

一种机电复合柔性增压发动机
技术领域
本发明属于动力与能源领域，尤其是涉及一种机电复合柔性增压发动机。
背景技术
发动机增压是通过提高发动机进气密度，进而实现发动机功率密度提升和发动机小型化。目前在发动机上应用的增压型式主要有涡轮增压、机械增压和电动增压。涡轮增压目前的应用最为广泛，但涡轮增压由于存在“涡轮滞后”现象，会导致发动机瞬态响应性和低速扭矩特性变差，表现为车辆起步或低速行驶时加速缓慢无力；机械增压主要应用于大排量追求性能的乘用车，机械增压克服了涡轮滞后的缺点，但存在高速工况油耗偏高，燃油经济性较差的缺点；电动增压做为一种新型增压方式，目前应用相对较少，目前主要作为涡轮增压的辅助补充手段，主要工作在发动机起动阶段，用于克服涡轮增压的低速工况缺点。
目前存在的发动机增压方式，不是存在瞬态响应性和低速扭矩特性差的问题，就是燃油经济性差的缺点，无法兼顾各自的优点并避免不同增压型式的缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种机电复合柔性增压发动机。通过合理的结构组合，打破常规涡轮增压转速与发动机工况的固有联系，可根据发动机不同工况切换不同的增压方式，扬长避短，发挥不同增压型式的优势。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种机电复合柔性增压发动机，包括发动机、变速机构、第一离合器、压气机、电动机/发电机、第二离合器、电池组、涡轮、高温截止阀、旁通阀止阀、驱动器。所述的发动机本体通过曲轴与变速机构机械连接，所述的变速机构通过第一离合器与压气机连接，可实现变速机构与压气机转轴的结合和脱开，所述的压气机转轴同时与电动机/发电机转轴固定连接，压气机进气口与大气连通，压气机排气口与前述发动机进气口通过进气管道连接，所述的电动机/发电机通过第二离合器与涡轮转轴连接，可实现电动机/发电机与涡轮的结合和脱开，所述的电动机/发电机通过电路与驱动器连接，驱动器通过电路与电池组连接，电动机/发电机既可以能过发电为电池组充电，也可以从电池组获得电能，驱动压气机压缩空气做功，所述涡轮排气口与大气连通，进气口与前述发动机通过可控高温截止阀与发动机排气口连通，同时发动机排气口的另一支路通过旁通截止阀与大气连通。
进一步的，所述的发动机本体包括汽油发动机或柴油发动机。
进一步的，所述的变速机构包括多级齿轮变速机构、行星轮变速机构、带传动或链传动变速机构。变速机构的传动比根据低速工况常规涡轮增压发动机转速与压气机转速的比值确定。
所述的电动机/发电机既可以通过驱动器从电池组获得电能驱动压气机，又可通过涡轮带动实现发电功能，并通过驱动器为电池组充电。
相对于现有技术，本发明所述的机电复合柔性增压发动机具有以下优势：
(1)打破常规涡轮增压转速与发动机工况的固有联系，可根据发动机不同工况切换不同的增压方式，扬长避短，发挥不同增压型式的优势。
(2)在发动机启动阶段，通过控制离合器使电动机/发电机与压气机轴连接，实现电动增压，使起动阶段燃烧充分，改善甚至避免由于传统涡轮增压滞后导致的发动机启动阶段冒黑烟现象。在低速阶段，由曲轴带动压气机实现机械增压，改善涡轮增压低速扭矩不足，加速响应性差的问题；
(3)在中高速断开机械增压，使用涡轮增压，提高发动机废气能量利用率，发挥涡轮增压的燃油经济性和动力优势，在高速排气能量过大时，电机切换为发电工况，回收利用多余的废气能量，并将电能储存在电池组。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的机电复合柔性增压发动机结构示意图。
附图标记说明：
1－发动机本体、2－变速机构、3－第一离合器、4－压气机、5－电动机/发电机、6－第二离合器、7－电池组、8－涡轮、9－高温截止阀、10－旁通阀止阀、11－驱动器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种机电复合柔性增压发动机，如图1所示，包括发动机本体1、变速机构2、第一离合器3、压气机4、电动机/发电机5、第二离合器6、电池组7、涡轮8、高温截止阀9、旁通阀止阀10、驱动器11。所述的发动机本体1通过曲轴与变速机构2机械连接，所述的变速机构2通过第一离合器3与压气机4连接，可实现变速机构2与压气机4转轴的结合和脱开，所述的压气机4转轴同时与电动机/发电机5转轴固定连接，压气机4进气口与大气连通，压气机4排气口与前述发动机本体1进气口通过进气管道连接，所述的电动机/发电机5通过第二离合器6与涡轮8转轴连接，可实现电动机/发电机5与涡轮8的结合和脱开，所述的电动机/发电机5通过电路与驱动器11连接，驱动器11通过电路与电池组7连接，电动机/发电机5既可以能过发电为电池组7充电，也可以从电池组7获得电能，驱动压气机4压缩空气做功，所述涡轮8排气口与大气连通，进气口与前述发动机本体1通过可控高温截止阀9与发动机本体1排气口连通，同时发动机本体1排气口的另一支路通过旁通截止阀10与大气连通。
一种机电复合柔性增压发动机的工作原理为：
在发动机本体1启动阶段，通过控制第一离合器3脱开，使电动机/发电机5与压气机4的轴连接，第二离合器6脱开，高温截止阀9和旁通截止阀10全部打开，此时电池组7通过驱动器11驱动电动机/发电机5工作，实现电动增压，使起动阶段燃烧充分，改善甚至避免由于传统涡轮增压滞后导致的发动机启动阶段冒黑烟现象；
在发动机本体1低速工况阶段，第一离合器3结合，使压气机4通过变速机构2与发动机本体1曲轴连接，第二离合器6保持断开状态，适当调节高温截止阀9和旁通截止阀10，使涡轮8的转速趋近于压气机4的转速，为中高速工况涡轮8与压气机4同步工作做准备。此时发动机本体1的曲轴带动压气机4实现机械增压，改善涡轮增压低速扭矩不足，加速响应性差的问题；
在发动机本体1的中高速工况下，第一离合器3断开，第二离合器6接合，高温截止阀9打开，旁通截止阀10断开。此时发动机本体与压气机无直接机械连接，发动机本体使用涡轮增压，发挥涡轮增压的燃油经济性和动力优势；
在发动机高速工况排气能量过大时，第一离合器3保持断开，第二离合器6保持接合，高温截止阀9保持打开，旁通截止阀10保持断开。此时电动机/发电机5切换为发电工况，回收利用多余的废气能量，并将电能储存在电池组。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种机电复合柔性增压发动机，其特征在于：包括发动机本体(1)、变速机构(2)、第一离合器(3)、压气机(4)、电动机/发电机(5)、第二离合器(6)、电池组(7)、涡轮(8)、高温截止阀(9)、旁通阀止阀(10)、驱动器(11)；
所述的发动机本体(1)通过曲轴与变速机构(2)机械连接，所述的变速机构(2)通过第一离合器(3)与压气机(4)连接，所述的压气机(4)转轴同时与电动机/发电机(5)转轴固定连接，压气机(4)进气口与大气连通，压气机(4)排气口与所述发动机本体(1)进气口通过进气管道连接，所述的电动机/发电机(5)通过第二离合器(6)与涡轮(8)转轴连接，所述的电动机/发电机(5)通过电路与驱动器(11)连接，驱动器(11)通过电路与电池组(7)连接，所述涡轮(8)排气口与大气连通，进气口与所述发动机本体(1)通过可控高温截止阀(9)与发动机(1)排气口连通，且发动机(1)排气口的另一支路通过旁通截止阀(10)与大气连通；所述发动机本体包括汽油发动机或柴油发动机；所述的变速机构(2)包括多级齿轮变速机构、行星轮变速机构、带传动或链传动变速机构。
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