CN115419504A - 一种非同轴电机外置式电辅助涡轮增压器系统 - Google Patents

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杨传雷
王贺春
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Abstract

本发明属于柴油机增压器技术领域，具体涉及一种非同轴电机外置式电辅助涡轮增压器系统。本发明中电动机与发电机外置布置，不受高温排气的影响，且便于对发动机进行散热设备的布置。本发明采用非同轴设计，取消了增压器与涡轮的耦合，使压气机的控制得到简化；ECU根据发动机工况实时控制电动机，使压气机始终工作在最优转速，实现了增压器与发动机的全工况匹配；废气涡轮回收废气能量并反馈到电源中，提升了发动机的燃油经济性。

Description

一种非同轴电机外置式电辅助涡轮增压器系统
技术领域
本发明属于柴油机增压器技术领域，具体涉及一种非同轴电机外置式电辅助涡轮增压器系统。
背景技术
传统的废气涡轮增压器，依靠发动机的废气驱动涡轮旋转，涡轮与压气机同轴连接，故涡轮的旋转会带动压气机旋转，从而增加进气的气体密度，达到增压的效果。但是传统的废气涡轮增压器存在如下缺点：1、在发动机低工况运行时，废气能量不足，导致发动机“欠增压”；发动机高工况运行时，废气能量过大，导致发动机“过度增压”。2、由于压气机转子势必存在一个转动惯量，并且废气--涡轮，压气机--进气是气动连接，故当发动机处于加速工况时，增压压力的升高会滞后于发动机的工况改变时刻，即“涡轮迟滞”现象。而电辅助涡轮增压技术，是克服传统涡轮增压器上述缺点的重要技术之一。在废气能量不足时，利用电动机驱动压气机，保证了发动机低工况的进气量；废气能量过剩时，可利用涡轮驱动发电机进行发电，回收多余能量；电动机良好的瞬态性能，也能一定程度上的缓解“涡轮迟滞”。
发明内容
本发明的目的在于提供可实现增压器与发动机的全工况匹配，缓解涡轮迟滞，回收废气能量的一种非同轴电机外置式电辅助涡轮增压器系统。
一种非同轴电机外置式电辅助涡轮增压器系统，包括柴油机、进气总管、排气总管、压气机、涡轮、电动机、发电机、整流稳压模块、电源、ECU、BMS；所述柴油机分别连通进气总管和排气总管，进气总管通过进气通道连接压气机，排气总管通过排气通道连接涡轮；所述压气机与电动机同轴连接，涡轮与发电机同轴连接，发电机通过导线连接整流稳压模块，整流稳压模块通过导线连接电源，电源通过导线连接电动机；所述BMS通过控制电路连接电源，对电源进行控制；所述ECU通过控制电路连接电动机，对电动机进行控制；所述压气机和涡轮各自独立工作，压气机只由电动机驱动，涡轮只驱动发电机，电源起到储存电能和提供电能的作用，并由BMS控制。
进一步地，柴油机工作时，新鲜空气进入压气机；ECU根据柴油机的工况，读取map图，实时控制电动机的转速，电动机直接驱动压气机，保证柴油机当前工况的进气压力；被压缩的空气通过进气总管进入柴油机；在缸内燃烧后的废气通过排气总管流向涡轮，废气推动涡轮旋转后排入大气；涡轮的旋转会带动同轴连接的发电机旋转，发出的电能经过导线进入整流稳压模块，而后通过导线充入电源中，同时电源向电动机提供电能，并受BMS电池管理系统的控制，防止过度充放电。
本发明的有益效果在于：
本发明中电动机与发电机外置布置，不受高温排气的影响，且便于对发动机进行散热设备的布置。本发明采用非同轴设计，取消了增压器与涡轮的耦合，使压气机的控制得到简化；ECU根据发动机工况实时控制电动机，使压气机始终工作在最优转速，实现了增压器与发动机的全工况匹配；废气涡轮回收废气能量并反馈到电源中，提升了发动机的燃油经济性。
附图说明
图1为本发明中一种非同轴电机外置式电辅助涡轮增压器系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明提出了一种新型的电辅助涡轮增压器布置结构，并提供了控制方法。具体表现为压气机和涡轮非同轴连接，各自独立工作。压气机由外置的独立无刷直流高速电机驱动，涡轮驱动独立的外置发电机发电。发电机所发的电经过整流稳压存入电源，驱动压气机的电动机的电来自此电源。此新型布置结构优点在于：外置式布置便于对电动机和发电机进行散热，非同轴结构使压气机与涡轮解耦，各自独立工作，简化了电动机的控制。控制方法为：驱动压气机的电动机由ECU控制，ECU根据柴油机的运行工况，读取压气机map图，控制压气机始终运行在当前工况所对应的最优转速下。本发明使压气机转速实时可控，增压压力灵活易控，可使压气机终工作在最优转速，从而保证了柴油机全工况下的增压器匹配问题，大大改善了柴油机低工况增压不足的问题，以及加速工况增压器的瞬态性能，提高了柴油机的效率。
如图1所示，本发明提供的一种非同轴电机外置式电辅助涡轮增压器系统，包括柴油机1、进气总管2、压气机3、ECU(4)、电动机5、电源6、BMS(电池管理系统)7、整流稳压模块8、发电机9、涡轮10、排气总管11
柴油机1分别连通进气总管2和排气总管11，进气总管2通过进气通道连接压气机3，排气总管11通过排气通道连接涡轮10；压气机3与电动机5同轴连接，涡轮10与发电机9同轴连接；发电机9通过导线连接整流稳压模块8，整流稳压模块8通过导线连接电源6，电源6通过导线连接电动机5。BMS(7)通过控制电路连接电源6，对电源6进行控制；ECU(4)通过控制电路连接电动机5，对电动机5进行控制。压气机3和涡轮10各自独立工作，压气机3只由电动机5驱动，涡轮10只驱动发电机9，电源6起到储存电能和提供电能的作用。
柴油机工作时，新鲜空气进入压气机3，ECU(4)根据柴油机的工况，读取map图，实时控制电动机5的转速，电动机5直接驱动压气机3，保证柴油机1当前工况的进气压力。被压缩的空气通过进气总管2进入柴油机1。在缸内燃烧后的废气通过排气总管11流向涡轮10，废气推动涡轮10旋转后排入大气。涡轮10的旋转会带动同轴连接的发电机9旋转，发出的电能经过导线进入整流稳压模块8，而后通过导线充入电源6中。同时，电源6向电动机5提供电能，并受BMS(7)的控制，防止过度充放电。
本发明的优势在于：电动机与发电机外置布置，不受高温排气的影响，且便于对发动机进行散热设备的布置；非同轴设计，取消了增压器与涡轮的耦合，使压气机的控制得到简化；ECU根据发动机工况实时控制电动机，使压气机始终工作在最优转速，实现了增压器与发动机的全工况匹配；废气涡轮回收废气能量并反馈到电源中，提升了发动机的燃油经济性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (2)

1.一种非同轴电机外置式电辅助涡轮增压器系统，其特征在于：包括柴油机、进气总管、排气总管、压气机、涡轮、电动机、发电机、整流稳压模块、电源、ECU、BMS；所述柴油机分别连通进气总管和排气总管，进气总管通过进气通道连接压气机，排气总管通过排气通道连接涡轮；所述压气机与电动机同轴连接，涡轮与发电机同轴连接，发电机通过导线连接整流稳压模块，整流稳压模块通过导线连接电源，电源通过导线连接电动机；所述BMS通过控制电路连接电源，对电源进行控制；所述ECU通过控制电路连接电动机，对电动机进行控制；所述压气机和涡轮各自独立工作，压气机只由电动机驱动，涡轮只驱动发电机，电源起到储存电能和提供电能的作用，并由BMS控制。
2.根据权利要求1所述的一种非同轴电机外置式电辅助涡轮增压器系统，其特征在于：柴油机工作时，新鲜空气进入压气机；ECU根据柴油机的工况，读取map图，实时控制电动机的转速，电动机直接驱动压气机，保证柴油机当前工况的进气压力；被压缩的空气通过进气总管进入柴油机；在缸内燃烧后的废气通过排气总管流向涡轮，废气推动涡轮旋转后排入大气；涡轮的旋转会带动同轴连接的发电机旋转，发出的电能经过导线进入整流稳压模块，而后通过导线充入电源中，同时电源向电动机提供电能，并受BMS电池管理系统的控制，防止过度充放电。
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