CN114215637A - 一种电辅助增压器低温冷却结构 - Google Patents

一种电辅助增压器低温冷却结构 Download PDF

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Abstract

一种电辅助增压器低温冷却结构，涉及增压器冷却结构技术领域，包括中间壳，中间壳的一端连接有涡轮壳，中间壳的另一端通过联接盘连接有压气机壳，中间壳、涡轮壳、以及联接盘上分别设有独立的水冷腔体。本发明解决了传统技术中由于涡轮机端直接接收发动机废气的高温能量，电机、电路、传感器等工作元件处于高温环境，影响工作灵敏度及使用寿命；以及无法保证每个模块间独立降温稳定性的问题。

Description

一种电辅助增压器低温冷却结构
技术领域
本发明涉及增压器冷却结构技术领域，具体涉及一种电辅助增压器低温冷却结构。
背景技术
现有的普通增压器低速瞬态响应能力差，动态响应迟滞；高速需要开启废气旁通，放掉一部分废气，能量回收率不高；低速涡轮转速慢，压气机流量小，压比小，进气量不足，发动机低速工况扭矩不足，排放超标。相比传统涡轮增压器，电辅助增压系统主要是增加了电动机/发电机、变频器、电路控制单元、电池、高功率逆变电源和一些传感器。其中电控单元和电池可与发动机共用。
电辅助涡轮增压器的工作原理为：当发动机工作在启动、低速大负荷、加速工况时，电控单元发出控制信号，电机启动驱动压气机工作，电池中存储的电能转化为压气机的动能，提供进气压力，满足发动机气缸燃烧所需的空气量要求。当发动机转速上升到一定程度时，压气机能够提供足够的空气，电机就可以关闭或脱开。当发动机工作在高速或大负荷工况时，电控单元发出控制信号启动发电机，回收涡轮能量中的一部分通过发电机转化为电能储存在蓄电池中。
目前电辅助增压系统主要有电机中置、电机前置、电机独立布置三种形式。其中电机中置有明细优势：布置紧凑，轴振动小，能显著提高增压器瞬态特性。缺点，电机布置在增压器内部，靠近发动机，周围工作环境温度高温，对电机可靠运行有很大影响。
现有技术中公开一个申请号为CN104145103A的专利，包括一个壳体和置于该壳体中的一个电动机定子；定子包括围绕其布置的一对O型圈、或其他圆周密封件。这些圆周密封件可以被置于在该定子的圆周中形成的相对应的凹槽中；这些O型圈操作性地密封该壳体的内部从而形成了围绕该定子的至少一部分的一个环形腔室和在该定子的这些轴向末端处的一对末端空腔；该环形腔室被适配成允许一种冷却流体围绕该定子循环。
现有装置随着使用，也逐渐的暴露出了该技术的不足之处，主要表现在以下方面：
第一，现有的增压器受高温影响，由于涡轮机端直接接收发动机废气的高温能量，电机、电路、传感器等工作元件处于高温环境，影响工作灵敏度及使用寿命。
第二，现有的冷却方式为整体式冷却，这就使得增压器各模块之间的冷却结构易出现相互影响，无法保证每个模块间独立降温的稳定性。
综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明解决了传统技术中由于涡轮机端直接接收发动机废气的高温能量，电机、电路、传感器等工作元件处于高温环境，影响工作灵敏度及使用寿命；以及无法保证每个模块间独立降温稳定性的问题。
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种电辅助增压器低温冷却结构，包括中间壳，所述中间壳的一端连接有涡轮壳，所述中间壳的另一端通过联接盘连接有压气机壳，所述中间壳、涡轮壳、以及所述联接盘上分别设有独立的水冷腔体。
作为一种优化的方案，所述中间壳上的水冷腔体包括沿其中心围设而成的中间壳冷却空腔夹层。
作为一种优化的方案，所述涡轮壳上的水冷腔体包括沿其中心围设而成的涡轮壳冷却空腔夹层。
作为一种优化的方案，所述联接盘上的水冷腔体包括沿其中心围设而成的联接盘冷却空腔夹层。
作为一种优化的方案，所述中间壳上固接有连通所述中间壳冷却空腔夹层的中间壳进水口和中间壳出水口。
作为一种优化的方案，所述中间壳进水口位于所述中间壳出水口的下方。
作为一种优化的方案，所述涡轮壳上固接有连通所述涡轮壳冷却空腔夹层的涡轮壳进水口和涡轮壳出水口。
作为一种优化的方案，所述涡轮壳进水口位于所述涡轮壳出水口的下方。
作为一种优化的方案，所述联接盘上固接有连通所述联接盘冷却空腔夹层的联接盘进水口和联接盘出水口。
作为一种优化的方案，所述联接盘进水口位于所述联接盘出水口的下方。
作为一种优化的方案，涡轮壳与中间壳通过螺栓联接，中间壳与电机通过硬性过盈联接，中间壳与联接盘通过螺栓联接，联接盘与压气机壳通过螺栓联接。
作为一种优化的方案，所述中间壳进水口、所述中间壳出水口、所述涡轮壳进水口、所述涡轮壳出水口、所述联接盘进水口以及所述联接盘出水口均与发动机相连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
全新设计冷却介质结构，冷却通道的循环布局合理、科学，散热效果好，可以有效的降低电辅助涡轮增压器的内部环境温度，降低内部电机工作环境的热负荷温度。通过全包式冷却介质结构设计，减少了发动机和增压器的复杂结构设计，在技术要求方面也可以更简便的实现。利用高效的低温介质冷却，隔离降低了发动机废气的热辐射作用，使电辅助涡轮增压器内部电机、电路和传感器等在一个合适温度的环境中工作，能够明显改善增压器的可靠性能。
该方案的介质冷却结构，可以通过铸造和机加方式实现，零部件加工工艺简单，不需要特殊工装夹具及新的刀具，也不需要新的加工设备，成本低廉。
该方案的冷却介质均可以借用发动机现有的冷却水系统，发动机机构不需要进行重新调整开发，开发成本较低，应用推广简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A-A方向剖面示意图；
图3为图1中B-B方向剖面示意图；
图4为图1中C-C方向剖面示意图。
图中：1-涡轮壳；2-中间壳；3-电机；4-联接盘；5-压气机壳；6-中间壳进水口；7-中间壳出水口；8-涡轮壳进水口；9-涡轮壳出水口；10-联接盘进水口；11-联接盘出水口；12-中间壳冷却空腔夹层；13-涡轮壳冷却空腔夹层；14- 联接盘冷却空腔夹层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至图4所示，电辅助增压器低温冷却结构，包括中间壳2，中间壳2 的一端连接有涡轮壳1，中间壳2的另一端通过联接盘4连接有压气机壳5，中间壳2、涡轮壳1、以及联接盘4上分别设有独立的水冷腔体。
中间壳2上的水冷腔体包括沿其中心围设而成的中间壳冷却空腔夹层12。
涡轮壳1上的水冷腔体包括沿其中心围设而成的涡轮壳冷却空腔夹层13。
联接盘4上的水冷腔体包括沿其中心围设而成的联接盘冷却空腔夹层14。
中间壳2上固接有连通中间壳冷却空腔夹层12的中间壳进水口6和中间壳出水口7。
中间壳进水口6位于中间壳出水口7的下方。
涡轮壳1上固接有连通涡轮壳冷却空腔夹层13的涡轮壳进水口8和涡轮壳出水口9。
涡轮壳进水口8位于涡轮壳出水口9的下方。
联接盘4上固接有连通联接盘冷却空腔夹层14的联接盘进水口10和联接盘出水口11。
联接盘进水口10位于联接盘出水口11的下方。
涡轮壳1与中间壳2通过螺栓联接，中间壳2与电机3通过硬性过盈联接，中间壳2与联接盘4通过螺栓联接，联接盘4与压气机壳5通过螺栓联接。
中间壳进水口6、中间壳出水口7、涡轮壳进水口8、涡轮壳出水口9、联接盘进水口10以及联接盘出水口11均与发动机相连接。
本装置的工作原理为：
涡轮壳冷却介质结构设计
通过增加涡轮壳体介质循环通道，冷却介质充满通道，用以阻挡减少发动机废气热能的辐射，高效降低涡轮增压器中电机的外部温度，提升发电机的可靠性能，使发动机运行中更安全可靠，增强发动机应用的广泛性。同时利用冷却介质的循环流动带走来自涡轮机废气能量辐射的热能，进一步降低电机工作环境的温度。
中间壳冷却介质结构设计
中间壳内部环布冷却介质通道，冷却介质充满通道，用以阻挡外部发动机高温辐射的影响，同时利用冷却介质循环带走发动机高温辐射，改善降低电机周围的工作温度。尤其是在涡端排布360°全周循环冷却介质通道，高效阻挡隔绝了发动机废气能量辐射。
联接盘冷却介质结构设计
在连接盘内部布置360°全周循环冷却介质通道，冷却介质充满通道，用以阻挡外部发动机高温辐射的影响，减少发动机热源辐射对电机工作环境的影响。
三路冷却介质结构设计，形成了全包式冷却结构。冷却介质充满通道，分布在电机周围，全面阻挡发动机的高温辐射。冷却介质循环流动冷却，可以使电机工作环境温度维持在一个较低的温度，保证电机电子部件和电路的正常运行。
以上三种冷却介质结构设计，可以通过铸造和加工方式实现，铸造方式可以完全采用现有铸造工艺进行模具开发获得。可以利用循环冷却水作为冷却介质，成本低廉。冷却水与发动机共用一套水路，控制安装方便。
通过增加冷却介质结构，便于发动机结构布置。同时避免对发动机的结构进行大范围更改，便于产品加工和实施。全包式冷却结构的添加，可以有效降低电辅助涡轮增压器工作环境温度，保证增压器内部电机有一个较低工作环境温度。极大提高了电辅助涡轮增压器的可靠性能，便于电辅助涡轮增压器的推广和应用。
在涡轮壳、中间壳、联接盘三种部件内部分别独立布置冷却介质循环结构。在同等工况条件下，与普通电辅助涡轮增压器相比，可以高效的降低电机周围的环境温度，增压器可以适应更高的涡前排温，有效的提升增压器的低速响应性，提升增压器效率，提升发动机低速扭矩，降低燃油消耗率，优化发动机排放，全面提升增压器可靠性能。
涡轮壳冷却介质结构实施方式说明
中间壳与涡轮壳采用螺栓连接，加工简单，便于安装。能够在保证连接强度的同时满足增压器密封需求。
涡轮壳介质内部通道采用铸造工艺实现，进出口联接通道通过机加方式实现，进出口采用螺栓加密封垫方式实现介质密封，工艺排气孔采用水堵螺钉进行密封，用以保证水循环过程中密封性能。
涡轮壳冷却介质可以采用冷却水，冷却水与发动机共用一套冷却水系统，通过发动机冷却水泵驱动冷却水从进水口进入，冷却水充满通道，隔离发动机废气的高温热辐射作用。冷却水充满通道后由出口流出，在冷却通道内循环，利用水循环带走热量来使增压器内部工作环境冷却。
中间壳冷却介质结构实施方式说明
中间壳冷却介质结构内部通道采用铸造工艺实现，进出口通过机加方式实现，进出口采用水嘴加密封垫方式，利用螺纹联接实现密封，工艺排气孔采用水堵螺钉进行密封，保证介质循环过程中密封性能。
中间壳两端配合止口均采用机加方式进行，在两端法兰上加工通孔，采用螺栓直接联接涡轮壳和联接盘。此种方式加工简单，减少压端压板和涡端压板的使用。使增压器结构布局更紧凑。安装更便捷可靠。
冷却介质与涡轮壳冷却方式和原理相同，冷却介质从进水口进入，出水口流出，在冷却通道形成内循环。
联接盘冷却介质结构实施方式说明
联接盘冷却介质结构内部通道采用铸造工艺实现，进出口通过机加方式实现，进出口采用水嘴加密封垫方式实现水密封，工艺排气孔采用水堵螺钉进行密封，保证介质循环过程中密封性能。
与中间壳采用螺栓直接联接，压气机壳借用现有产品模具，压气机端与压气机壳采用螺栓加压板的螺纹联接方式。
冷却介质与涡轮壳冷却方式和原理相同，冷却介质从进水口进入，出水口流出，在冷却通道形成内循环。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种电辅助增压器低温冷却结构，其特征在于：包括中间壳(2)，所述中间壳(2)的一端连接有涡轮壳(1)，所述中间壳(2)的另一端通过联接盘(4)连接有压气机壳(5)，所述中间壳(2)、涡轮壳(1)、以及所述联接盘(4)上分别设有独立的水冷腔体。
2.根据权利要求1所述的一种电辅助增压器低温冷却结构，其特征在于：所述中间壳(2)上的水冷腔体包括沿其中心围设而成的中间壳冷却空腔夹层(12)。
3.根据权利要求1所述的一种电辅助增压器低温冷却结构，其特征在于：所述涡轮壳(1)上的水冷腔体包括沿其中心围设而成的涡轮壳冷却空腔夹层(13)。
4.根据权利要求1所述的一种电辅助增压器低温冷却结构，其特征在于：所述联接盘(4)上的水冷腔体包括沿其中心围设而成的联接盘冷却空腔夹层(14)。
5.根据权利要求2所述的一种电辅助增压器低温冷却结构，其特征在于：所述中间壳(2)上固接有连通所述中间壳冷却空腔夹层(12)的中间壳进水口(6)和中间壳出水口(7)。
6.根据权利要求5所述的一种电辅助增压器低温冷却结构，其特征在于：所述中间壳进水口(6)位于所述中间壳出水口(7)的下方。
7.根据权利要求3所述的一种电辅助增压器低温冷却结构，其特征在于：所述涡轮壳(1)上固接有连通所述涡轮壳冷却空腔夹层(13)的涡轮壳进水口(8)和涡轮壳出水口(9)。
8.根据权利要求7所述的一种电辅助增压器低温冷却结构，其特征在于：所述涡轮壳进水口(8)位于所述涡轮壳出水口(9)的下方。
9.根据权利要求4所述的一种电辅助增压器低温冷却结构，其特征在于：所述联接盘(4)上固接有连通所述联接盘冷却空腔夹层(14)的联接盘进水口(10)和联接盘出水口(11)。
10.根据权利要求9所述的一种电辅助增压器低温冷却结构，其特征在于：所述联接盘进水口(10)位于所述联接盘出水口(11)的下方。
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