CN110259571A - 一种车辆及其增压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆及其增压系统，增压系统包括涡轮机、阀门组件、执行器；其中，涡轮机的蜗壳内部设有用于与发动机排气口密封连接的涡轮机流道，涡轮机流道的数量至少为两个，且各个涡轮机流道相互独立；阀门组件与涡轮机连接，阀门组件用于控制涡轮机流道的通断，以改变涡轮机的通流截面积；执行器与阀门组件连接、用于控制阀门组件动作，以使发动机低工况时的通流截面积小于发动机高工况时的通流截面积。本申请提供的增压系统能够通过阀门组件改变涡轮机的通流截面积，涡轮机在发动机高工况时流通能力较强、在发动机低工况时增压压力较大，实现了优化发动机性能的效果。

Description

一种车辆及其增压系统

技术领域

本发明涉及内燃机增压技术领域，更具体地说，涉及一种增压系统。此外，本发明还涉及一种包括上述增压系统的车辆。

背景技术

涡轮增压技术目前是改善内燃机燃油经济性、排放特性及动力性能必备的技术之一。由于内燃机是往复式动力机械，其运行范围较宽，而涡轮增压器是旋转式机械，高效运行范围较窄。因此传统的涡轮增压器与内燃机匹配时，只能保证内燃机在一定工况范围内具有较好的效果，当发动机处于高工况或低工况时，由于增压器匹配性能不理想，常出现发动机性能恶化的问题。

综上所述，如何提高增压器与发动机的匹配性、优化发动机的性能，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种增压系统，其能够使发动机在全工况下具有稳定的工作性能。本发明的另一目的是提供一种包括上述增压系统的车辆。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种增压系统，包括：

涡轮机，所述涡轮机的蜗壳内部设有用于与发动机排气口密封连接的涡轮机流道，所述涡轮机流道的数量至少为两个，且各个所述涡轮机流道相互独立；

阀门组件，所述阀门组件与所述涡轮机连接，所述阀门组件用于控制所述涡轮机流道的通断，以改变所述涡轮机的通流截面积；

执行器，所述执行器与所述阀门组件连接、用于控制所述阀门组件动作，以使发动机低工况时的所述通流截面积小于发动机高工况时的所述通流截面积。

优选的，所述阀门组件包括端部与所述涡轮机的进气口密封连接、管状的连接头，所述连接头的内部设有分流气道，所述分流气道与所述涡轮机流道一一对应，每个所述分流气道均从所述连接头的一端延伸至另一端，至少一个所述分流气道内中设有用于控制气体通断的阀芯，所述阀芯与所述执行器连接。

优选的，所述阀芯包括推杆和可旋转的挡板，所述挡板设于所述分流气道中、且所述挡板固定连接有贯穿所述连接头侧壁的转轴，所述推杆设于所述连接头外部，所述推杆一端与所述转轴固定、另一端与所述执行器连接。

优选的，所述分流气道的数量为两个，且两个所述分流气道的截面积不等。

优选的，所述阀芯的数量为一个，且所述阀芯设于截面积小的所述分流气道中。

优选的，所述涡轮机的进气口设有涡轮机进口法兰，所述连接头的端部设有与所述涡轮机进口法兰固定连接的阀门组件出口法兰。

优选的，还包括排气管，所述排气管包括用于与发动机气缸连接的支管、与各个所述支管连接的总管，所述总管的端部设有排气管出口，且所述排气管出口与所述阀门组件的进口密封连接。

优选的，所述排气管出口设有排气管出口法兰，所述连接头远离所述涡轮机的一端设有阀门组件进口法兰，且所述排气管出口法兰与所述阀门组件进口法兰固定连接。

优选的，还包括气体流道与发动机进气道连通的压气机，所述压气机的叶轮与所述涡轮机的叶轮同轴连接。

一种车辆，包括发动机和上述任意一种增压系统。

本发明提供的增压系统包括涡轮机、阀门组件和执行器；其中，涡轮机的蜗壳内部设有至少两个相互独立的涡轮机流道；阀门组件用于控制涡轮机流道的通断、以改变涡轮机的通流截面积；执行器能够控制阀门组件动作，从而使发动机低工况时的通流截面积小于发动机高工况时的通流截面积。

在工作过程中，涡轮机内部具有相互独立的涡轮机流道，且执行器控制阀门组件动作，来切换部分或者全部涡轮机流道的通断状态。

当发动机处于高工况时，在执行器和阀门组件的控制下，涡轮机的通流截面积增大，因此涡轮机的通流能力较强，发动机排气背压降低，排气阻力减小，残余废气量减小，从而提升了发动机的燃油经济性、降低排气温度。

当发动机处于低工况时，发动机排出的废气集中流入处于通路的涡轮机流道中。由于此时涡轮机的通流截面积减小，因此涡轮机前压力提升，废气流动速度加快，废气具有更大的动能，提高了涡轮机的扭矩，使得涡轮机在发动机废气量不足的情况下仍具有较强的动力，从而带动同轴连接的压气机吸入更多的空气，提高发动机的压缩比，改善发动机低工况的性能。

因此，本申请提供的增压系统能够根据发动机工况调整涡轮机的通流截面积，进而使发动机和增压器匹配良好，实现了优化发动机性能的效果。

本申请还提供了一种车辆，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种增压系统的结构示意图；

图2为本发明所提供的涡轮机与压气机配合的结构示意图；

图3为本发明所提供的涡轮机的结构示意图；

图4为本发明所提供的局部蜗壳的剖视图；

图5为本发明所提供的连接头的结构示意图；

图6为本发明所提供的连接头第一种工作状态的剖面图；

图7为本发明所提供的连接头第二种工作状态的剖面图；

图8为本发明所提供的排气管的结构示意图；

图9为本发明所提供的排气管的剖面图。

图1～9中的附图标记为：

排气管1、阀门组件2、执行器3、涡轮机4、压气机5；

排气管进口11、排气管出口12；连接头21、挡板22、分流气道23、推杆24、阀门组件进口法兰25、阀门组件出口法兰26；蜗壳41、涡轮机流道42、主流道421、副流道422、涡轮机进口法兰43、涡轮机壳排气口44。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种增压系统，其能够使发动机在全工况下具有稳定的工作性能。本发明的另一核心是提供一种包括上述增压系统的车辆。

请参考图1～9，图1为本发明所提供的一种增压系统的结构示意图；图2为本发明所提供的涡轮机与压气机配合的结构示意图；图3为本发明所提供的涡轮机的结构示意图；图4为本发明所提供的局部蜗壳的剖视图；图5为本发明所提供的连接头的结构示意图；图6为本发明所提供的连接头第一种工作状态的剖面图；图7为本发明所提供的连接头第二种工作状态的剖面图；图8为本发明所提供的排气管的结构示意图；图9为本发明所提供的排气管的剖面图。

本申请提供了一种增压系统，包括涡轮机4、阀门组件2、执行器3；其中，涡轮机4的蜗壳41内部设有用于与发动机排气口密封连接的涡轮机流道42，涡轮机流道42的数量至少为两个，且各个涡轮机流道42相互独立；阀门组件2与涡轮机4连接，阀门组件2用于控制涡轮机流道42的通断，以改变涡轮机4的通流截面积；执行器3与阀门组件2连接、用于控制阀门组件2动作，以使发动机低工况时的通流截面积小于发动机高工况时的通流截面积。

具体的，增压系统包括增压器，常用的增压器通常包括涡轮机4和压气机5，涡轮机4的进气口与发动机的排气口相连，涡轮机4的叶轮与压气机5的叶轮同轴固定；压气机5的气体流道与发动机进气道连通。在工作过程中，发动机排出的废气进入蜗壳41内部的涡轮机流道42、并推动涡轮机4的叶轮转动，压气机5的叶轮在涡轮机4的带动下同步转动，从而压缩发动机进气道的气体，提高发动机的进气量。

涡轮机4的进气口位于蜗壳41外周侧壁、且沿蜗壳41的切向延伸，涡轮机壳排气口44位于蜗壳41的中部。蜗壳41内部采用多流道结构，即蜗壳41内部设置有至少两个涡轮机流道42，各个涡轮机流道42通过隔板保持独立状态。需要说明的是，受蜗壳41自身结构影响，各个涡轮机流道42相互独立，但是全部涡轮机流道42的尾端可以在涡轮机壳排气口44进行汇总。

阀门组件2设置在涡轮机4的进气口或者涡轮机流道42内部，在工作过程中，阀门组件2可以对每一涡轮机流道42的通断进行控制、也可以仅对部分涡轮机流道42的通断进行控制，其能够对一部分涡轮机流道42的通断状态进行切换、从而改变蜗壳41的通流截面积即可。

执行器3用于根据发动机的当前工况控制阀门组件2动作。在工作过程中，执行器3可以与控制系统或传感元件保持连接，从而获取发动机的当前转速或者当前功率等能够体现发动机当前工况的工作参数。执行器3根据发动机转速调整涡轮机4的通流截面积，使涡轮机4的通流截面积和发动机转速呈正相关。即：若执行器3根据工作参数判定发动机处于高工况，则控制阀门组件2动作、使蜗壳41具有较大的通流截面积；若执行器3根据工作参数判定发动机处于低工况，则控制阀门组件2动作、使蜗壳41具有较小的通流截面积。

需要说明的是，本申请对涡轮机4通流截面积的调节为分级调节、而非连续调节。另外，在实际工作过程中，发动机可以按照功率、从高至低划分为多种工况，本申请涉及的高工况、低工况仅指代两种工况的相对关系，高工况、低工况的具体划分需要根据实际情况具体确定。

本申请提供的增压系统在工作过程中能够根据发动机工况对涡轮机4的通流截面积进行调整。当发动机处于低工况时，排气量较少，涡轮机4的通流截面积减小，此时部分涡轮机流道42被封堵、废气集中流入处于流通状态的涡轮机流道42中，因此涡轮机4前压力提升，废气流动速度加快，废气具有更大的动能，更具动能的废气会有效提高涡轮机4的扭矩，使得涡轮机4在废气量不足的情况下仍具有较强的动力，从而带动同轴连接的压气机5吸入更多的空气，提高增压压力，改善发动机低工况的性能。当发动机处于高工况时，处于流通状态的涡轮机流道42的数量更多，涡轮机4的通流截面积较大，因此涡轮机4的通流能力较强，发动机排气背压降低，排气阻力减小，残余废气量减小，从而提升发动机的燃油经济性、降低排气温度。

综上，本申请提供的增压系统通过调整涡轮机4的通流截面积，使发动机在全工况下均能够与增压器匹配良好，实现了提高发动机工作性能的效果。

可选的，阀门组件2与涡轮机4的蜗壳41可以集成为一体式结构，而为了方便蜗壳41的加工制作，本实施例优选阀门组件2与涡轮机4分体设置。因此，本实施例中，阀门组件2包括端部与涡轮机4的进气口密封连接、管状的连接头21，连接头21的内部设有分流气道23，分流气道23与涡轮机流道42一一对应，每个分流气道23均从连接头21的一端延伸至另一端，至少一个分流气道23内中设有用于控制气体通断的阀芯，阀芯与执行器3连接。

具体的，分流气道23与涡轮机流道42一一对应指二者的位置对应、截面形态一致、截面规格相当；相应的，分流气道23间的隔板与涡轮机流道42间的隔板一一对应。另外，各个分流气道23基本平行分布。

阀芯的数量以及安装位置可以按照需求灵活设置，例如，可以在每个分流气道23中均可以设置有阀芯，也可以仅在部分的分流气道23中设置阀芯。对于设置有阀芯的分流气道23，若阀芯开启，则发动机排出的废气通过分流气道23进入对应的涡轮机流道42；若阀芯关闭，则阀芯将分流气道23封堵、从而将后端的涡轮机流道42关断。

在实际装配过程中，涡轮机4的蜗壳41与阀门组件2的连接头21可以通过焊接的方式进行固定，二者也可以通过法兰连接，例如，涡轮机4的进气口设有涡轮机进口法兰43，连接头21的端部设置阀门组件出口法兰26，涡轮机进口法兰43与阀门组件出口法兰26贴合、并通过螺栓固定。

可选的，本申请提供的一种阀芯结构的实施例中，阀芯包括推杆24、转轴和可旋转的挡板22；其中，挡板22设于分流气道23中；转轴贯穿连接头21的侧壁、并与挡板22固定连接，同时转轴与连接头21的侧壁保持密封；推杆24设于连接头21外部，推杆24一端与转轴固定、另一端与执行器3连接。具体的，执行器3用于控制阀芯开闭，执行器3可以为气动执行器，也可以为电动执行器。阀芯采用旋转式结构，在发动机运行过程中，挡板22处于与开启或闭合的状态，挡板22开启状态如图6所示，挡板22关闭状态如图7所示。

进一步的，本申请提供的一种实施例中，分流气道23的数量为两个，相应的，涡轮机流道42的数量为两个，且二者的截面积不等。具体的，为方便区分，两个涡轮机流道42分别为主流道421和副流道422，主流道421的截面积记为A1、副流道422的截面积记为A2，A1与A2的比值大于或等于1。

可选的，可以在主流道421、副流道422中各设置一个阀芯，通过两个阀芯的配合使涡轮机4具有不同的通流截面积。可选的，若增压器的主流道421能够与发动机常用工况匹配良好，也可以仅在副流道422中设置阀芯，此时阀门组件2仅对副流道422的通断进行控制。

在实际控制过程中，当发动机的当前功率大于预设功率时阀芯开启、当前功率小于或等于预设功率时阀芯关闭。对于额定功率W的发动机，优选预设功率为_{[A2/(A1+A2)]*W}。可以理解的，预设功率的选择并不是绝对的，其可以通过计算或实验方法根据实际需要进行调整，以使发动机与增压器的配合运行达到最佳状态。

可选的，本实施例中，增压系统还包括排气管1，排气管1包括支管和总管。排气管进口11位于支管端部，支管用于与发动机气缸一一对应连接；总管与各个支管连接、并将支管中的废气进行汇总，同时总管端部的排气管出口12与阀门组件2的进口密封连接。

在实际装配的过程中，排气管1的总管与阀门组件2之间通过法兰固定，即排气管出口12设有排气管出口法兰，连接头21远离涡轮机4的一端设有阀门组件进口法兰25，排气管出口法兰与阀门组件进口法兰25固定连接。可以理解的，二者也可以通过焊接或其他方式固定。排气管1的支管也可以通过法兰与发动机排气口连接。

值得注意的是，本申请中的各个实施例以单个增压器为例进行了说明，但是增压系统中可以集成两台以上增压器。另外，本申请附图所示的排气管1设有四个排气管进口11和一个排气管出口12，其适用于四缸发动机和单个增压器，排气管1的支管、总管的数量可以分别根据发动机出气口数量、增压器数量进行调整。

除了上述增压系统，本发明还提供一种包括上述增压系统的车辆，该车辆由于使用了上述增压系统，其发动机能够在全工况保持稳定良好的工作性能。该车辆的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的车辆及其增压系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种增压系统，其特征在于，包括：

涡轮机(4)，所述涡轮机(4)的蜗壳(41)内部设有用于与发动机排气口密封连接的涡轮机流道(42)，所述涡轮机流道(42)的数量至少为两个，且各个所述涡轮机流道(42)相互独立；

阀门组件(2)，所述阀门组件(2)与所述涡轮机(4)连接，所述阀门组件(2)用于控制所述涡轮机流道(42)的通断，以改变所述涡轮机(4)的通流截面积；

执行器(3)，所述执行器(3)与所述阀门组件(2)连接、用于控制所述阀门组件(2)动作，以使发动机低工况时的所述通流截面积小于发动机高工况时的所述通流截面积。

2.根据权利要求1所述的增压系统，其特征在于，所述阀门组件(2)包括端部与所述涡轮机(4)的进气口密封连接、管状的连接头(21)，所述连接头(21)的内部设有分流气道(23)，所述分流气道(23)与所述涡轮机流道(42)一一对应，每个所述分流气道(23)均从所述连接头(21)的一端延伸至另一端，至少一个所述分流气道(23)内中设有用于控制气体通断的阀芯，所述阀芯与所述执行器(3)连接。

3.根据权利要求2所述的增压系统，其特征在于，所述阀芯包括推杆(24)和可旋转的挡板(22)，所述挡板(22)设于所述分流气道(23)中、且所述挡板(22)固定连接有贯穿所述连接头(21)侧壁的转轴，所述推杆(24)设于所述连接头(21)外部，所述推杆(24)一端与所述转轴固定、另一端与所述执行器(3)连接。

4.根据权利要求2所述的增压系统，其特征在于，所述分流气道(23)的数量为两个，且两个所述分流气道(23)的截面积不等。

5.根据权利要求4所述的增压系统，其特征在于，所述阀芯的数量为一个，且所述阀芯设于截面积小的所述分流气道(23)中。

6.根据权利要求5所述的增压系统，其特征在于，所述涡轮机(4)的进气口设有涡轮机进口法兰(43)，所述连接头(21)的端部设有与所述涡轮机进口法兰(43)固定连接的阀门组件出口法兰(26)。

7.根据权利要求6所述的增压系统，其特征在于，还包括排气管(1)，所述排气管(1)包括用于与发动机气缸连接的支管、与各个所述支管连接的总管，所述总管的端部设有排气管出口(12)，且所述排气管出口(12)与所述阀门组件(2)的进口密封连接。

8.根据权利要求7所述的增压系统，其特征在于，所述排气管出口(12)设有排气管出口法兰，所述连接头(21)远离所述涡轮机(4)的一端设有阀门组件进口法兰(25)，且所述排气管出口法兰与所述阀门组件进口法兰(25)固定连接。

9.根据权利要求8所述的增压系统，其特征在于，还包括气体流道与发动机进气道连通的压气机(5)，所述压气机(5)的叶轮与所述涡轮机(4)的叶轮同轴连接。

10.一种车辆，包括发动机，其特征在于，还包括权利要求1至9任意一项所述的增压系统。