CN109944683A - 柔性电动复合涡轮增压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供柔性电动复合涡轮增压系统，包括发动机、涡轮、压气机、电动机/发电机，发动机分别连通进气管和排气管，压气机通过中冷器连接进气管，涡轮连接排气管，涡轮转轴一端与压气机转轴通过第一液力耦合器相连，涡轮转轴另一端与电动机/发电机通过第二液力耦合器相连，电动机/发电机与发动机曲轴通过第三液力耦合器相连，电动机/发电机通过控制器连接电池组，控制器分别连接第一液力耦合器、第二液力耦合器和第三液力耦合器。本发明可以有效地改善低工况，优化高工况，提高发动机热效率，降低全工况燃油消耗量。

Description

柔性电动复合涡轮增压系统
技术领域
本发明涉及的是一种发动机，具体地说是发动机增压系统。
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。在发动机上应用的增压型式主要有涡轮增压和电动增压等。涡轮增压目前的应用最为广泛，但由于涡轮增压器与柴油机之间只有气动连接并无机械连接，因此增压柴油机在低转速段运行时其涡轮增压器效率低，导致进入气缸的空气量跟不上喷油量的变化，造成废气中碳烟颗粒浓度过高，出现冒黑烟的现象。同时并存的还有排气温度过高、扭矩不足、经济性能变差以及瞬态响应差等问题；电动增压作为一种新型增压方式，目前应用相对较少，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。
柴油机怠速或低速时，发动机排气量以及排温都不高，即排气能量有限。但是增压器匹配一般都匹配在中高速区，所以低工况时，如果装有涡轮增压器，对于进气来讲，影响不大，但也有一定影响，效率极低，压气机叶片基本是阻碍作用。对于涡轮来讲,问题就更大了,阻力特别大，阻碍排气，增加排气背压，影响发动机缸内燃烧，不利于发动机工作，所以怠速或低工况时，将进排气管路顺畅比增压更重要。
发明内容
本发明的目的在于提供可以有效改善低工况，优化高工况，提高发动机热效率以及降低全工况燃油消耗量的柔性电动复合涡轮增压系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明柔性电动复合涡轮增压系统，其特征是：包括发动机、涡轮、压气机、电动机/发电机，发动机分别连通进气管和排气管，压气机通过中冷器连接进气管，涡轮连接排气管，涡轮转轴一端与压气机转轴通过第一液力耦合器相连，涡轮转轴另一端与电动机/发电机通过第二液力耦合器相连，电动机/发电机与发动机曲轴通过第三液力耦合器相连，电动机/发电机通过控制器连接电池组，控制器分别连接第一液力耦合器、第二液力耦合器和第三液力耦合器。
本发明还可以包括：
1、在发动机处于怠速或低工况时，电动机/发电机通过电池组中获得电能驱动涡轮进而带动压气机，控制器通过提高第一液力耦合器和第二液力耦合器输出轴的转速，提高压气机转速；在发动机处于高工况时，调整第二液力耦合器使得涡轮中多余废气能量通过第二液力耦合器传递给电动机/发电机，通过控制第三液力耦合器使得发动机多余能量通过曲轴输出给电动机/发电机，进而将产生的电能通过控制器储存在电池组中。
本发明的优势在于：当发动机处于怠速或低工况时，电动机通过控制器从电池组中获得电能驱动涡轮进而带动压气机，减少进气阻力，使发动机进气更顺畅，整机效率更高；当发动机处于高工况时，通过液力耦合器Ⅰ调节压气机转速，实现柴油机与涡轮增压器的全工况匹配，相对于柔性增压系统，通过液力耦合器Ⅱ可将涡轮剩余能量输出给发电机，为电池组充电，避免涡轮高速空转，负载小，提高其效率。采用柔性电动复合增压系统，可以有效地改善低工况，优化高工况，提高发动机热效率，降低全工况燃油消耗量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明包括发动机12、发动机进气管11、发动机排气管13、中冷器3、空气滤清器1、压气机2、涡轮5、电动机/发动机7、控制器8、电池组9、液力耦合器Ⅰ4、液力耦合器Ⅱ6、液力耦合器Ⅲ10等。涡轮5通过排气管13连接发动机12,空气通过空气滤清器1进入压气机2，压气机2通过进气管11连接发动机12,进气管11上安装中冷器3。发动机12通过曲轴与液力耦合器Ⅲ10和电动机/发电机7连接；涡轮5转轴一端和压气机2转轴通过液力耦合器Ⅰ4相连，另一端通过液力耦合器Ⅱ6同时与电动机/发电机7转轴固定连接；电动机/发电机7通过电路与控制器8连接，控制器8通过电路与电池组9、液力耦合系统Ⅰ4、液力耦合系统Ⅱ6、液力耦合系统Ⅲ10连接。
涡轮增压器中涡轮5与压气机2通过液力耦合器Ⅰ4柔性连接，有助于通过柔性调节压气机的压力或转速，实现柴油机与废气涡轮增压器的全工况优化匹配；涡轮与电动机/发电机7通过液力耦合器Ⅱ6柔性连接，利于灵活调整涡轮增压器工作状态；电动机/发电机7与发动机12通过液力耦合器Ⅲ10柔性连接，可以实现通过曲轴灵活输出功。
发动机包括汽油机或柴油机。
涡轮增压器的进出口均与大气相连。
图1中的实心箭头方向为气体流动的方向，空心箭头方向为能量传递方向，闭合箭头方向为电能传递方向。
本发明一方面利用液力耦合器的柔性连接，改变涡轮增压器的增压压力和调整涡轮增压器工作状态，液力耦合器也称液力联轴器，是一种以液体为工作介质的一种非刚性联轴器。液力耦合器的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上，涡轮装在输出轴上。液力耦合器靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。液力耦合器输入轴与输出轴间靠液体联系，工作构件间不存在刚性联接。液力耦合器的特点是:能消除冲击和振动；输出转速低于输入转速,两轴的转速差随载荷的增大而增加；过载保护性能和起动性能好，载荷过大而停转时输入轴仍可转动，不致造成动力机的损坏；当载荷减小时，输出轴转速增加直到接近于输入轴的转速,使传递扭矩趋于零。
另一方面，在发动机12处于怠速或低工况时，电动机7通过控制器8电池组中获得电能驱动涡轮5进而带动压气机2，此时控制器8通过提高液力耦合器Ⅱ6和液力耦合器Ⅰ4输出轴的转速，提高了压气机2转速，减少进气阻力，使发动机进气更顺畅，整机效率更高；在发动机处于高工况时，调整液力耦合器Ⅱ6使得涡轮5中多余废气能量通过曲轴传递给发电机7，控制液力耦合器Ⅲ10使得发动机12多余能量通过曲轴输出给发电机6，进而将产生的电能通过控制器8储存在电池组9。

Claims (2)

1.柔性电动复合涡轮增压系统，其特征是：包括发动机、涡轮、压气机、电动机/发电机，发动机分别连通进气管和排气管，压气机通过中冷器连接进气管，涡轮连接排气管，涡轮转轴一端与压气机转轴通过第一液力耦合器相连，涡轮转轴另一端与电动机/发电机通过第二液力耦合器相连，电动机/发电机与发动机曲轴通过第三液力耦合器相连，电动机/发电机通过控制器连接电池组，控制器分别连接第一液力耦合器、第二液力耦合器和第三液力耦合器。
2.根据权利要求1所述的柔性电动复合涡轮增压系统，其特征是：在发动机处于怠速或低工况时，电动机/发电机通过电池组中获得电能驱动涡轮进而带动压气机，控制器通过提高第一液力耦合器和第二液力耦合器输出轴的转速，提高压气机转速；在发动机处于高工况时，调整第二液力耦合器使得涡轮中多余废气能量通过第二液力耦合器传递给电动机/发电机，通过控制第三液力耦合器使得发动机多余能量通过曲轴输出给电动机/发电机，进而将产生的电能通过控制器储存在电池组中。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114183238A (zh) * 2021-12-10 2022-03-15 哈尔滨工程大学 一种增压器与电机配套的控制系统
CN114294105A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 可提供增压补偿和扭矩辅助的动力涡轮系统及其利用方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013004595A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 Kasi Technologies Ab Hybrid system comprising a supercharging system and method for operation
EP2886824A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-24 FPT Motorenforschung AG Improved turbocompound scheme, in particular in the field of industrial vehicles
CN105569825A (zh) * 2016-03-15 2016-05-11 哈尔滨工程大学 柴油机柔性增压系统及其控制方法
DE102016123845A1 (de) * 2016-12-08 2018-06-14 Ron Habermann System mit Verbrennungsmotor, Verdichter und Abgasturbine
CN108223107A (zh) * 2017-12-08 2018-06-29 中国北方发动机研究所(天津) 一种机电复合柔性增压发动机
CN207660681U (zh) * 2017-11-23 2018-07-27 常熟理工学院 发动机废能驱动的发电机工作装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013004595A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 Kasi Technologies Ab Hybrid system comprising a supercharging system and method for operation
EP2886824A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-24 FPT Motorenforschung AG Improved turbocompound scheme, in particular in the field of industrial vehicles
CN105569825A (zh) * 2016-03-15 2016-05-11 哈尔滨工程大学 柴油机柔性增压系统及其控制方法
DE102016123845A1 (de) * 2016-12-08 2018-06-14 Ron Habermann System mit Verbrennungsmotor, Verdichter und Abgasturbine
CN207660681U (zh) * 2017-11-23 2018-07-27 常熟理工学院 发动机废能驱动的发电机工作装置
CN108223107A (zh) * 2017-12-08 2018-06-29 中国北方发动机研究所(天津) 一种机电复合柔性增压发动机

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114294105A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 可提供增压补偿和扭矩辅助的动力涡轮系统及其利用方法
CN114183238A (zh) * 2021-12-10 2022-03-15 哈尔滨工程大学 一种增压器与电机配套的控制系统

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