CN113931733A - 一种电动发电涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

一种电动发电涡轮增压器，其包括电动发电机、离合器和涡轮增压器，离合器设于电动发电机和涡轮增压器之间，电动发电机设于涡轮增压器的压气机的入口端，离合器设于涡轮增压器的压气机壳体内，电动发电机的转子轴和涡轮增压器的转子轴通过离合器连接，所述离合器控制所述电动发电机的转子轴和所述涡轮增压器的转子轴之间连接或断开，本发明在车辆起步阶段显著提高发动机的扭矩响应和涡轮增压器的提速效率，可一定程度上避免涡轮增压器的迟滞现象，而当发动机处于高负荷工况下也能对发动机富余的排气能量进行回收利用。

Description

一种电动发电涡轮增压器
技术领域
本发明涉及汽车涡轮增压器技术领域，尤其涉及一种电动发电涡轮增压器。
背景技术
涡轮增压器是发动机中的常见部件，其通过利用发动机排出的废气驱动涡轮，利用压气机压缩空气并将压缩空气输入发动机气缸，增加发动机的进气量，提高发动机的燃烧效率。涡轮增压器内部分为压气机等多个部件，只有各个部件都能与发动机之间实现良好的匹配，才能证明发动机与涡轮增压器匹配良好。
然而涡轮增压器在匹配过程中，很难同时兼顾低速扭矩与高速功率，尤其是车辆处于低速起步阶段时，发动机转速低，排气量低，废气能量不足以推动涡轮旋转产生进气压力，导致涡轮的迟滞现象。目前各个厂商都在尝试为这个问题寻找解决方案，但大都效果不佳。另外，除了涡轮增压器中普遍存在的迟滞现象，当发动机处于高速工况时，废气能量充盈，常见的涡轮增压器对部分溢出的废气能量的整体利用率也不高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种能够显著改善迟滞现象并且对溢出的废气能量进行回收利用的电动发电涡轮增压器。
本发明提供的一种电动发电涡轮增压器，包括电动发电机、离合器和涡轮增压器，离合器设于电动发电机和涡轮增压器之间，电动发电机设于涡轮增压器的压气机入口端，电动发电机的转子轴和涡轮增压器的转子轴通过离合器连接，离合器控制电动发电机的转子轴和涡轮增压器的转子轴之间连接或断开。
进一步地，电动发电涡轮增压器还包括主动轴、从动轴和涡轮轴，主动轴设于从动轴的一端，涡轮轴设于从动轴上与主动轴相对的另一端，离合器控制主动轴与从动轴之间连接或断开，从动轴与涡轮轴紧固一体。
进一步地，主动轴为电动发电机的转子轴，其设于电动发电机内并由电动发电机驱动，涡轮轴为涡轮增压器的转子轴，其设于涡轮增压器内并由涡轮增压器驱动。
进一步地，从动轴设于离合器内并且沿电动发电涡轮增压器的轴向与主动轴同轴。
进一步地，电动发电机包括电机壳体、电机轴承、电机线圈和电机永磁体，电机轴承、电机线圈和电机永磁体均设于电机壳体内，主动轴插设于电机轴承内并由电机轴承支撑，电机线圈设于电机永磁体外。
进一步地，离合器包括磁流变液和离合器线圈，离合器线圈设于磁流变液的外周，离合器线圈通过其通电与否控制磁流变液的形态变化为固体或流体，磁流变液通过形态变化为固体或流体控制电动发电机的转子轴和涡轮增压器的转子轴之间连接或断开。
进一步地，涡轮增压器包括压气机壳体和压气机叶轮，压气机壳体沿电动发电涡轮增压器的轴向设于电动发电涡轮增压器的前部，压气机叶轮设于压气机壳体内，压气机叶轮热嵌于涡轮轴上，电机壳体固定于压气机壳体的入口端。
进一步地，涡轮增压器还包括中间轴承壳体和半浮动轴承，中间轴承壳体沿电动发电涡轮增压器的轴向设于电动发电涡轮增压器的中部，压气机壳体沿电动发电涡轮增压器的轴向紧固于中间轴承壳体的前端，半浮动轴承设于中间轴承壳体内，涡轮轴插设于半浮动轴承内并由半浮动轴承支撑。
进一步地，涡轮增压器还包括涡轮壳体、涡轮和隔热罩，涡轮设于涡轮壳体内，涡轮壳体沿电动发电涡轮增压器的轴向设于电动发电涡轮增压器的后部，涡轮壳体沿电动发电涡轮增压器的轴向紧固于中间轴承壳体的后端，涡轮与涡轮轴焊接固定，隔热罩设于中间轴承壳体和涡轮壳体之间并卡固于中间轴承壳体的后端。
进一步地，离合器设于压气机壳体内。
本发明通过将电动发电机和涡轮增压器集成一体，使电动发电机的转子轴与涡轮增压器的转子轴耦合，使用离合器控制电动发电机的转子轴和涡轮增压器之间的连接和断开，在车辆起步阶段显著提高发动机的扭矩响应和涡轮增压器的提速效率，可一定程度上避免涡轮增压器的迟滞现象，而当发动机处于高负荷工况下也能对发动机富余的排气能量进行回收利用，提高整机效率，并保证电机性能发挥平稳性和可靠性。另外，由于本发明的电动发电机布置在涡轮增压器压气机入口端，远离了涡轮增压器的热源，能够有效避免发动机热浸损坏。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明提供的电动发电涡轮增压器的示意图。
图2为本发明提供的电动发动机和离合器的示意图。
图3为本发明提供的电动发电机的B-B剖视图。
图4为本发明提供的涡轮增压器的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明详细说明如下。
请参阅图1，本发明的电动发电涡轮增压器包括电动发电机1、离合器2和涡轮增压器3，离合器2设于电动发电机1和涡轮增压器3之间，电动发电机1设于涡轮增压器3的压气机的入口端，离合器2设于涡轮增压器3的压气机壳体31内，电动发电机1的转子轴和涡轮增压器3的转子轴通过离合器2连接。
进一步地，电动发电涡轮增压器还包括主动轴15、从动轴23和涡轮轴38，主动轴15设于从动轴23的一端，涡轮轴38设于从动轴23上与主动轴15相对的另一端，离合器2控制主动轴15与从动轴23之间连接或断开，从动轴23通过热嵌方式与涡轮轴38紧固一体。在本实施例中，主动轴15为电动发电机1的转子轴，其设于电动发电机1内并由电动发电机1驱动，主动轴15靠近从动轴23的一端为盘片结构，从动轴23靠近主动轴15的一端也为盘片结构，涡轮轴38为涡轮增压器3的转子轴，其设于涡轮增压器3内并由涡轮增压器3驱动，从动轴23设于离合器2内并且沿电动发电涡轮增压器的轴向与主动轴15同轴并处于同一旋转中心。
进一步地，请一并参阅图2和图3，电动发电机1包括电机壳体11、电机轴承12、电机线圈13和电机永磁体14，电机轴承12、电机线圈13和电机永磁体14均设于电机壳体11内，主动轴15插设于电机轴承12内并由电机轴承12支撑，电机线圈13套设于电机永磁体14外。
进一步地，请一并参阅图4，离合器2包括磁流变液21和离合器线圈22，离合器线圈22设于磁流变液21的外周，离合器线圈22通过其通电与否控制磁流变液21形态变化为固体或流体，磁流变液21通过形态变化为固体或流体分别控制电动发电机1的转子轴和涡轮增压器3的转子轴之间连接或断开，也就是说，磁流变液21通过形态变化为固体或流体分别控制离合器2连接或断开。
具体地，当离合器线圈22通电时，磁流变液21固化，离合器2处于连接状态，主动轴15和从动轴23连为一体，即电动发电机1的转子轴与涡轮增压器3的转子轴连为一体，电动发电机1的转子轴与涡轮轴38也连为一体。在发动机低速起步阶段，废气能量不足，电动发电机1的转子轴可以带动涡轮增压器3的转子轴高速旋转进而带动涡轮轴38高速旋转，为涡轮增压器3提供电动助力；在发动机高速运转阶段，如车辆爬坡攀升时，发动机负荷大，废气能量充盈，对于涡轮增压器3来说废气能量有些溢出，涡轮轴38可以利用这部分废气能量提升转子轴的转速，带动电动发电机1的转子轴运转回收电力，实现回收发电功能。当离合器线圈22断电后，磁流变液21液化变为牛顿流体，离合器2处于断开状态，主动轴15和从动轴23断开，即电动发电机1的转子轴与涡轮增压器3的转子轴断开，涡轮增压器3独立工作。
进一步地，涡轮增压器3包括压气机壳体31和压气机叶轮32，压气机壳体31沿电动发电涡轮增压器的轴向设于电动发电涡轮增压器的前部，压气机叶轮32设于压气机壳体31内，压气机叶轮32热嵌于涡轮轴38上，电机壳体11固定于压气机壳体31的入口端，在本实施例中，电机壳体11通过螺栓固定于压气机壳体31上。
进一步地，涡轮增压器3还包括中间轴承壳体33和半浮动轴承34，中间轴承壳体33沿电动发电涡轮增压器的轴向设于电动发电涡轮增压器的中部，压气机壳体31沿电动发电涡轮增压器的轴向紧固于中间轴承壳体33的前端，半浮动轴承34设于中间轴承壳体33内，涡轮轴38插设于半浮动轴承34内并由半浮动轴承34支撑。
进一步地，涡轮增压器3还包括涡轮壳体35、涡轮36和隔热罩37，涡轮36设于涡轮壳体35内，涡轮壳体35沿电动发电涡轮增压器的轴向设于电动发电涡轮增压器的后部，涡轮壳体35沿电动发电涡轮增压器的轴向紧固于中间轴承壳体33的后端，涡轮36与涡轮轴38焊接固定，隔热罩37设于中间轴承壳体33和涡轮壳体35之间并卡固于中间轴承壳体33的后端，在本实施例中，压气机壳体31和涡轮36壳均是通过螺栓和卡箍紧固于中间轴承壳体33上。
具体地，当发动机处于起步或加速工况时，废气能量不足，涡轮增压器3的涡轮轴38提速缓慢，则将离合器2调整为连接状态，主动轴15与从动轴23连接，电动发电机1的转子轴带动涡轮增压器3的转子轴高速旋转进而带动涡轮轴38高速旋转，涡轮轴38的转子轴转速迅速提高，大大提升涡轮增压器3的动力性和响应性。
当发动机处于中等负荷的常规行驶等常规工况时，则将离合器2调整为断开状态，涡轮增压器3处于高效的独立工作状态。
当发动机处于高速大负荷工况，如爬坡攀升等工况时，废气能量充盈且可能有些溢出，则将离合器2调整为连接状态，涡轮轴38可以利用这部分废气能量提升转子轴的转速，带动电动发电机1的转子轴运转回收电力，电动发电机1对涡轮增压器3涡轮36端富余的排气能量进行回收，提高整个涡轮36增压系统的排气能量利用率，提高系统效率。
综上，本发明通过将电动发电机和涡轮增压器集成一体，使电动发电机的转子轴与涡轮增压器的转子轴耦合，使用离合器控制电动发电机的转子轴和涡轮增压器之间的连接和断开，在车辆起步阶段显著提高发动机的扭矩响应和涡轮增压器的提速效率，可一定程度上避免涡轮增压器的迟滞现象，而当发动机处于高负荷工况下也能对发动机富余的排气能量进行回收利用，提高整机效率，并保证电机性能发挥平稳性和可靠性。另外，由于本发明的电动发电机布置在涡轮增压器压气机入口端，远离了涡轮增压器的热源，能够有效避免发动机热浸损坏。
以上，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，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，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 (10)

1.一种电动发电涡轮增压器，其特征在于：所述电动发电涡轮增压器包括电动发电机(1)、离合器(2)和涡轮增压器(3)，所述离合器(2)设于所述电动发电机(1)和所述涡轮增压器(3)之间，所述电动发电机(1)设于所述涡轮增压器(3)的压气机入口端，所述电动发电机(1)的转子轴和所述涡轮增压器(3)的转子轴通过所述离合器(2)连接，所述离合器(2)控制所述电动发电机(1)的转子轴和所述涡轮增压器(3)的转子轴之间连接或断开。
2.根据权利要求1所述的电动发电涡轮增压器，其特征在于：所述电动发电涡轮增压器还包括主动轴(15)、从动轴(23)和涡轮轴(38)，所述主动轴(15)设于所述从动轴(23)的一端，所述涡轮轴(38)设于所述从动轴(23)上与所述主动轴(15)相对的另一端，所述离合器(2)控制所述主动轴(15)与所述从动轴(23)之间连接或断开，所述从动轴(23)与所述涡轮轴(38)紧固一体。
3.根据权利要求2所述的电动发电涡轮增压器，其特征在于：所述主动轴(15)为所述电动发电机(1)的转子轴，其设于所述电动发电机(1)内并由所述电动发电机(1)驱动，所述涡轮轴(38)为所述涡轮增压器(3)的转子轴，其设于所述涡轮增压器(3)内并由所述涡轮增压器(3)驱动。
4.根据权利要求3所述的电动发电涡轮增压器，其特征在于：所述从动轴(23)设于所述离合器(2)内并且沿所述电动发电涡轮增压器的轴向与所述主动轴(15)同轴。
5.根据权利要求4所述的电动发电涡轮增压器，其特征在于：所述电动发电机(1)包括电机壳体(11)、电机轴承(12)、电机线圈(13)和电机永磁体(14)，所述电机轴承(12)、所述电机线圈(13)和所述电机永磁体(14)均设于所述电机壳体(11)内，所述主动轴(15)插设于所述电机轴承(12)内并由所述电机轴承(12)支撑，所述电机线圈(13)设于所述电机永磁体(14)外。
6.根据权利要求5所述的电动发电涡轮增压器，其特征在于：所述离合器(2)包括磁流变液(21)和离合器线圈(22)，所述离合器线圈(22)设于所述磁流变液(21)的外周，所述离合器线圈(22)通过其通电与否控制所述磁流变液(21)的形态变化为固体或流体，所述磁流变液(21)通过形态变化为固体或流体控制所述电动发电机(1)的转子轴和所述涡轮增压器(3)的转子轴之间连接或断开。
7.根据权利要求6所述的电动发电涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮增压器(3)包括压气机壳体(31)和压气机叶轮(32)，所述压气机壳体(31)沿所述电动发电涡轮增压器的轴向设于所述电动发电涡轮增压器的前部，所述压气机叶轮(32)设于所述压气机壳体(31)内，所述压气机叶轮(32)热嵌于所述涡轮轴(38)上，所述电机壳体(11)固定于所述压气机壳体(31)的入口端。
8.根据权利要求7所述的电动发电涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮增压器(3)还包括中间轴承壳体(33)和半浮动轴承(34)，所述中间轴承壳体(33)沿所述电动发电涡轮增压器的轴向设于所述电动发电涡轮增压器的中部，所述压气机壳体(31)沿所述电动发电涡轮增压器的轴向紧固于所述中间轴承壳体(33)的前端，所述半浮动轴承(34)设于所述中间轴承壳体(33)内，所述涡轮轴(38)插设于所述半浮动轴承(34)内并由所述半浮动轴承(34)支撑。
9.根据权利要求8所述的电动发电涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮增压器(3)还包括涡轮壳体(35)、涡轮(36)和隔热罩(37)，所述涡轮(36)设于所述涡轮壳体(35)内，所述涡轮壳体(35)沿所述电动发电涡轮增压器的轴向设于所述电动发电涡轮增压器的后部，所述涡轮壳体(35)沿所述电动发电涡轮增压器的轴向紧固于所述中间轴承壳体(33)的后端，所述涡轮(36)与所述涡轮轴(38)焊接固定，所述隔热罩(37)设于所述中间轴承壳体(33)和所述涡轮壳体(35)之间并卡固于所述中间轴承壳体(33)的后端。
10.根据权利要求7所述的电动发电涡轮增压器，其特征在于：所述离合器(2)设于所述压气机壳体(31)内。
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