CN108571380A - 一种电机启动的气浮式涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮增压器，具体地说是一种电机启动的气浮式涡轮增压器，该发明主要包括离心叶轮、止回阀、空气过滤器、储气罐、减压阀、一对径向轴承、一对止推轴承、向心涡轮、蜗壳、电机、引气管路以及附件等。所述涡轮增压器使用气浮轴承支承向心涡轮、电机以及离心叶轮，气浮轴承的工作工质由压气机罩壳出口的高压空气提供。本发明具有结构简单，高速旋转时运行稳定，启动加速快，可靠性高，寿命长的特点。

Description

一种电机启动的气浮式涡轮增压器

技术领域

本发明涉及一种电机启动的气浮式涡轮增压器，涉及涡轮增压技术领域。

背景技术

现代各种动力装置对动力性能的要求越来越高，这也就是要求发动机的输出功率不断提高。

为了提高发动机的输出功率，增加气缸的进气压力是最主要的途径。发动机增压技术，主要有两大类，一类是机械增压，另一类是涡轮增压。涡轮增压是利用发动机排出的废气的能量驱动涡轮，再由涡轮带动压气机增压的技术，此技术如今在地面的各类内燃机中应用广泛，特别是在汽车发动机领域内，汽车上的涡轮增压器的标识“T”变成了节能高效的标志。

由于涡轮增压具有机械效率高、热效率高、经济效率高等优点，因此涡轮增压技术的应用日益广泛。然而，由于涡轮转子的转速过高，以及涡轮端温度过高，使得涡轮增压器的润滑与密封成为制约涡轮增压器进一步发展的主要技术瓶颈。常规涡轮增压器中，由于涡轮端轴承处于高温下工作，润滑油在高温下容易出现结焦，造成润滑管路的堵塞，最后导致轴承因润滑不足而损坏。此外，对润滑油的密封，防止其泄漏到压气机腔内也增加了结构的复杂度。这种种问题，使得常规涡轮增压器对于润滑油的要求较高，且密封与冷却结构增加了征集结构的复杂性。

此外，涡轮增压的加速性能不如机械增压，其原因主要是由于发动机在启动过程中尾气排出量不足，此时需要涡轮增压提供高压空气提升发动机的功率与转速；而尾气排出量不足导致涡轮增压器转速不足，无法迅速正常工作，提供的高压气体压力不足。两者相互影响，延长了加速时间。

由此可见，目前的涡轮增压技术主要存在两大问题，润滑问题以及加速问题。其中，润滑问题是关系到涡轮增压器效率与寿命的核心问题。

气体润滑是将气体作为润滑剂的一种新型润滑方式。与传统的液体滑动轴承与滚珠轴承相比，气体润滑轴承具有速度高、精度高、功耗低和寿命长的四大优点，使其在高精密支承、高速支承、低功耗低摩擦支承以及特殊工况下的支承这四大领域有着巨大的应用优势。因此本发明采用气体润滑技术来解决涡轮增压器中由于润滑带来的问题。

采用电机驱动后，汽车发动机启动时，电机带动离心叶轮旋转，迅速提升涡轮增压器转速，使涡轮增压器快速正常工作，提供足够的高压气体给发动机，解决了涡轮增压加速慢的问题。同时，采用电机驱动，当涡轮输出功率大于离心叶轮耗功时，电机可以用来发电，能效更高；当涡轮输出功率不足时，电机可以与涡轮共同驱动，使涡轮增压器工作更稳定。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种电机启动的气浮式涡轮增压器，解决涡轮增压器在高温下润滑的稳定性与可靠性问题，润滑工质的密封问题，以及涡轮增压器的加速问题和工作稳定性问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电机启动的气浮式涡轮增压器，其特征在于，包括离心叶轮、压气机罩壳、止回阀、空气过滤器、储气罐、减压阀、一对径向轴承、一对止推轴承、向心涡轮、蜗壳、电机、引气管路以及附件。

其中，空气在所述的一种电机启动的气浮式涡轮增压器中的流动的过程为：

空气在经过离心叶轮压缩后，大部分高压空气通过管路流入汽车气缸中供燃烧使用，小部分高压空气通过一个止回阀，再经过空气过滤器过滤后，流入储气罐中，维持储气罐中的压力稳定；储气罐中的高压空气经由减压阀稳压后流入承载的一对径向气浮轴承和一对止推气浮轴承中。

其中，所述的一种电机启动的气浮式涡轮增压器的启动过程为：

在电机驱动离心叶轮旋转前，首先由储气罐中的高压空气经由减压阀给气浮轴承供气，使得气浮轴承开始工作，此时气浮轴承的静压效果克服转子的径向载荷；气浮轴承正常工作后，启动电机，驱动离心叶轮旋转，压缩空气；当压气机罩壳出口的空气达到一定压力后，高压空气通过止回阀流入储气罐，不断地补充储气罐中消耗的气体，使储气罐中的压力稳定。

其中，所述的一种电机启动的气浮式涡轮增压器的动力源分别为：

在发动机尾气驱动向心涡轮旋转前，由电机驱动离心叶轮旋转；当发动机尾气驱动向心涡轮旋转后，由电机和向心涡轮共同驱动离心叶轮旋转；当汽车尾气提供的涡轮推动功大于离心叶轮所需压缩功时，由涡轮驱动离心叶轮以及电机旋转，此时，电机同时作为发电机使用，为汽车上的其他用电设备供电。

其中，所述的一种电机启动的气浮式涡轮增压器的储气罐的最小体积容量V与离心叶轮出口压力p₁、气浮轴承供气压力p₂的经验关系式为：

其中，R_g＝287J/(kg·K)，为空气的气体常数；T为储气罐中空气温度，单位为K；p₁与p₂的单位为Pa。

(三)有益效果

本发明提供的一种电机启动的气浮式涡轮增压器，具有以下优点：1.本发明无滑油系统，结构简单；2.本发明使用空气为润滑剂，解决了润滑剂密封的问题；3.本发明在高速旋转时运行稳定，可靠性高；4.本发明使用电机启动，加速性能强；5.本发明使用的气浮轴承为非接触轴承，磨损小，寿命长。可以用于各类地面内燃机中提高功率。

附图说明

图1是本发明的一种电机启动的气浮式涡轮增压器的系统图；

图2是本发明的一种电机启动的气浮式涡轮增压器的剖视图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的一种电机启动的气浮式涡轮增压器的工作过程为：空气从压气机罩壳2的进口被吸入，流入离心叶轮1部分；继而空气在离心叶轮1中被压缩，压缩后的空气最终从压气机罩壳2的出口流出；当被压缩的空气达到一定压力时，大部分会流入气缸中供燃烧使用，小部分通过止回阀3，再经过空气过滤器4过滤杂质和水汽后，流入储气罐5中，维持储气罐5中的压力稳定；储气罐5中的高压空气经由减压阀7稳压后流入承载的径向气浮轴承11、径向气浮轴承13和止推气浮轴承10中；而气缸中燃烧后的废气通过蜗壳9的进气口流入向心涡轮8，驱动向心涡轮8转动后，再从蜗壳9的排气口排出。

本发明的一种电机启动的气浮式涡轮增压器的启动过程为：

储气罐5中储存的高压空气经由减压阀7给径向气浮轴承11、径向气浮轴承13和止推气浮轴承10供气，使得上述气浮轴承开始工作，此时上述气浮轴承完全由高压空气克服载荷；径向气浮轴承11、径向气浮轴承13和止推气浮轴承10正常工作后，启动电机12，驱动离心叶轮1旋转，压气机开始压缩空气；当压气机罩壳2出口的高压空气达到一定压力后，小部分高压空气通过止回阀3，再经过空气过滤器4过滤后流入储气罐5，补充储气罐5中消耗的气体，使储气罐5中的压力稳定；当汽车尾气提供给向心涡轮8的推动功大于离心叶轮1所需压缩功时，停止给电机12通电；向心涡轮8同时驱动离心叶轮1与电机12旋转，电机12此时成为一个发电机，给汽车上的电池充电；。至此涡轮增压器完全启动，开始稳定工作。

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 (5)

1.本发明设计一种电机启动的气浮式涡轮增压器，其特征在于，包括离心叶轮、压气机罩壳、止回阀、空气过滤器、储气罐、减压阀、一对径向轴承、一对止推轴承、向心涡轮、蜗壳、电机、引气管路以及附件。

2.如权利要求1所述的一种电机启动的气浮式涡轮增压器，其特征在于，空气在所述的一种电机启动的气浮式涡轮增压器中的流动的过程为：

空气在经过离心叶轮压缩后，大部分高压空气通过管路流入汽车气缸中供燃烧使用，小部分高压空气通过一个止回阀，再经过空气过滤器过滤后，流入储气罐中，维持储气罐中的压力稳定；储气罐中的高压空气经由减压阀稳压后流入承载的一对径向气浮轴承和一对止推气浮轴承中。

3.如权利要求1所述的一种电机启动的气浮式涡轮增压器，其特征在于，其启动过程为：

在电机驱动离心叶轮旋转前，首先由储气罐中的高压空气经由减压阀给气浮轴承供气，使得气浮轴承开始工作，此时气浮轴承的静压效果克服转子的径向载荷；气浮轴承正常工作后，启动电机，驱动离心叶轮旋转，压缩空气；当压气机罩壳出口的空气达到一定压力后，高压空气通过止回阀流入储气罐，不断地补充储气罐中消耗的气体，使储气罐中的压力稳定。

4.如权利要求1所述的一种电机启动的气浮式涡轮增压器，其特征在于，其动力源分别为：

在发动机尾气驱动向心涡轮旋转前，由电机驱动离心叶轮旋转；当发动机尾气驱动向心涡轮旋转后，由电机和向心涡轮共同驱动离心叶轮旋转；当汽车尾气提供的涡轮推动功大于离心叶轮所需压缩功时，由涡轮驱动离心叶轮以及电机旋转，此时，电机同时作为发电机使用，为汽车上的其他用电设备供电。

5.如权利要求1所述的一种电机启动的气浮式涡轮增压器，其特征在于，其储气罐的最小体积容量V与离心叶轮出口压力p₁、气浮轴承供气压力p₂的经验关系式为：

其中，R_g＝287J/(kg·K)，为空气的气体常数；T为储气罐中空气温度，单位为K；p₁与p₂的单位为Pa。