CN115585051A - 一种涡轮增压器系统、发动机系统和汽车 - Google Patents

一种涡轮增压器系统、发动机系统和汽车 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种涡轮增压器系统、发动机系统和汽车,其中,涡轮增压器系统包括壳体、压轮、涡轮、冷却通道和EGR系统,壳体包括中间壳体和设于中间壳体两端的压壳和涡壳,压壳设有压端进气口和压端出气口,涡壳设有涡端进气口和涡端出气口,压轮设于压壳内,涡轮设于涡壳内,涡轮与压轮同轴连接且连接轴承穿设中间壳体,冷却通道设于中间壳体内,冷却通道两端分别连通进液管和出液管,EGR系统包括设于中间壳体的EGR冷却器和EGR阀,EGR冷却器通过EGR进气管道连通涡端出气口,且通过EGR出气管道连通压端进气口,EGR阀设于EGR出气管道,EGR冷却器连通进液管和出液管,本发明技术方案缩短了EGR管路长度,提高了EGR反应效率和EGR率,节约EGR系统的布置空间。

Description

一种涡轮增压器系统、发动机系统和汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域,特别涉及一种涡轮增压器系统、发动机系统和汽车。
背景技术
随着发动机技术的发展和节能减排的需要,进气增压和废气再循环(EGR)技术在发动机上应用越来越普遍。EGR系统主要作用是通过降低发动机缸内温度来减少NOX的生成,以及通过减少进气加浓和泵气损失来降低油耗,EGR技术主要分为高压EGR技术和低压EGR技术。
高压EGR技术是从发动机增压器涡轮机前取废气,废气经过EGR冷却器、EGR阀等部件回到发动机进气歧管或者进气道,与新鲜进气混合。优点是管路相对较短,压力较高,空气流速较高,使EGR反应速率较高,压差大,小口径的阀即可满足流量要求,成本较低;缺点在于仅在一定范围的转速和负荷下使用EGR,大部分工况下无法形成排气与进气的正压差,覆盖不到抗爆震区,总体节油效果相对低压EGR较低。
低压EGR技术是从发动机增压器涡轮机后,取经催化器处理后的废气,废气经过EGR冷却器、EGR阀等部件回到压轮前与新鲜进气混合,优点是废气经过压轮、中冷器,然后被平均分配到四个气缸中,各缸燃烧一致性比较好,废气全部经过压轮,增压器响应速率提高,减少涡轮迟滞现象,同时,低压EGR可在全工况范围内使用,相比高压EGR节油效果更好,缺点是相比高压EGR管路要长,EGR响应速度较慢,占用布置空间大,布置较困难。
EGR系统和增压器系统均需要连接发动机的进气与排气,但现有EGR系统和增压器系统均单独布置,需要设计诸多零件,例如增压器进出水管和ERG进出水管,增压器进出气管和ERG进出气管,占用大量布置空间,同时增加整机重量和成本,不利于发动机节能减排目标的实现。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种涡轮增压器系统,旨在提高EGR反应效率和EGR率,节约EGR系统的布置空间。
为实现上述目的,本发明提出的涡轮增压器系统包括:
壳体,包括中间壳体和设于所述中间壳体两端的压壳和涡壳,所述压壳设有压端进气口和压端出气口,所述压端进气口用于接进空气,所述压端出气口用于连通发动机的进气口,所述涡壳设有涡端进气口和涡端出气口,所述涡端进气口用于连通所述发动机的出气口,所述涡端出气口用于排气;
压轮,设于所述压壳内;
涡轮,设于所述涡壳内,与所述压轮同轴连接,且所述压轮和所述涡轮的连接轴承穿设所述中间壳体;
冷却通道,设于所述中间壳体内,所述冷却通道两端分别连通进液管和出液管,用以接进和接出冷却液,以对所述中间壳体内部降温;以及,
EGR系统,包括设于所述中间壳体的EGR冷却器和EGR阀,所述EGR冷却器通过EGR进气管道连通所述涡端出气口,且通过EGR出气管道连通所述压端进气口,所述EGR阀设于所述EGR出气管道,用于调节所述EGR出气管道的气体流量;
其中,所述EGR冷却器连通所述进液管和所述出液管,用以接进和接出所述冷却液。
可选地,所述EGR进气管道设于所述涡壳上,所述EGR出气管道设于所述压壳上。
可选地,所述压端出气口后依次连通中冷器、节气门和进气歧管,所述进气歧管另一端用于连通所述发动机的进气口;
所述中冷器用于冷却所述压端出气口排出的气体,所述节气门用以调节进入所述发动机的气体流量。
可选地,所述中冷器的散热管涂覆有抗腐蚀材料。
可选地,所述中间壳体内设有油路,所述油路两端分别连通进油管和回油管,用以流通润滑油至所述连接轴承。
可选地,所述压轮具有叶轮,所述叶轮涂覆有抗腐蚀材料。
可选地,所述EGR冷却器顶部设有出气接头。
可选地,所述压轮设有废气旁通阀。
本发明还提出一种发动机系统,所述发动机系统包括发动机和如上所述的涡轮增压器系统。
本发明还提出一种汽车,所述汽车包括如上所述的发动机系统。
在本发明技术方案中,所述EGR冷却器设置在所述中间壳体上,所述EGR冷却器通过所述EGR进气管道连通所述涡端出气口,且通过所述EGR出气管道连通所述压端进气口,所述EGR进气管道在所述涡端出气口处取气,经过所述EGR冷却器和所述EGR阀作用后的气体通过所述EGR出气管道与所述压端进气口处的新鲜气体混合进入所述压轮,保留了低压EGR的优点,废气全部经过所述压轮,减少所述涡轮迟滞现象,节油效果更好,所述涡轮增压器系统可在全工况范围内使用,实用性强,EGR管路比现有技术中低压EGR管路短,压损小,所述EGR系统反应速率较高。所述冷却通道和所述EGR冷却器均通过所述进液管和所述出液管用以接进和接出所述冷却液,所述EGR冷却器未单独设置进出水管,整体管路缩短,节省了大量布置空间,整体结构更紧凑,降低了重量和成本。
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一些实施例,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,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明涡轮增压器系统一实施例的结构示意图。
附图标号说明:
Figure BDA0003915000830000031
Figure BDA0003915000830000041
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例,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作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。
需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
高压EGR优点是结构简单,管路短,EGR反应效率较高。缺点是仅在一定范围的转速和负荷下使用EGR,大部分工况下无法形成排气与进气的正压差,总体节油效果相对低压EGR较低;
低压EGR优点是各缸燃烧一致性比较好,增压器响应速率高,且低压EGR可在全工况范围内使用,节油效果更好。缺点是管路较长,EGR响应速度较慢,布置较困难。
EGR系统和增压器系统均需要连接发动机的进气与排气,但现有EGR系统和增压器系统均单独布置,需要设计诸多零件,例如增压器进出水管和ERG进出水管,增压器进出气管和ERG进出气管,占用大量布置空间,同时增加整机重量和成本,不利于发动机节能减排目标的实现。
鉴于此,本发明提出一种涡轮增压器系统,图1为本发明提供的涡轮增压器系统的一实施例,本发明缩短了EGR管路长度,提高了EGR反应效率和EGR率,节约EGR系统的布置空间,以下将结合具体的附图对所述涡轮增压器系统进行说明。
参照图1,所述涡轮增压器系统100包括壳体、压轮、涡轮、冷却通道和EGR系统4,所述壳体包括中间壳体1和设于所述中间壳体1两端的压壳2和涡壳3,所述压壳2设有压端进气口21和压端出气口22,所述压端进气口21用于接进空气,所述压端出气口22用于连通发动机的进气口,所述涡壳3设有涡端进气口31和涡端出气口32,所述涡端进气口31用于连通所述发动机的出气口,所述涡端出气口32用于排气,所述压轮设于所述压壳2内,所述涡轮设于所述涡壳3内,与所述压轮同轴连接,且所述压轮和所述涡轮的连接轴承穿设所述中间壳体1,所述冷却通道设于所述中间壳体1内,所述冷却通道两端分别连通进液管5和出液管6,用以接进和接出冷却液,以对所述中间壳体1内部降温,EGR系统包括设于所述中间壳体1的EGR冷却器41和EGR阀42,所述EGR冷却器41通过EGR进气管道43连通所述涡端出气口32,且通过EGR出气管道44连通所述压端进气口21,所述EGR阀设于所述EGR出气管道44,用于调节所述EGR出气管道44的气体流量,所述EGR冷却器41连通所述进液管5和所述出液管6,用以接进和接出所述冷却液。
在本发明技术方案中,所述EGR冷却器41设置在所述中间壳体1上,所述EGR冷却器41通过所述EGR进气管道43连通所述涡端出气口32,且通过所述EGR出气管道44连通所述压端进气口21,所述EGR进气管道43在所述涡端出气口32处取气,经过所述EGR冷却器41和所述EGR阀作用后的气体通过所述EGR出气管道44与所述压端进气口21处的新鲜气体混合进入所述压轮,保留了低压EGR的优点,废气全部经过所述压轮,减少所述涡轮迟滞现象,节油效果更好,所述涡轮增压器系统100可在全工况范围内使用,实用性强,EGR管路比现有技术中低压EGR管路短,压损小,所述EGR系统4反应速率较高。所述冷却通道和所述EGR冷却器41均通过所述进液管5和所述出液管6用以接进和接出所述冷却液,所述EGR冷却器41未单独设置进出水管,整体管路缩短,节省了大量布置空间,整体结构更紧凑,降低了重量和成本。
所述EGR进气管道43设于所述涡壳3上,所述EGR出气管道44设于所述压壳2上,进一步缩小管道布置空间,结构更紧凑。
为了满足所述压端出气口22用于连通发动机的进气口,所述压端出气口22后依次连通中冷器、节气门和进气歧管,所述进气歧管另一端用于连通所述发动机的进气口,所述中冷器用于冷却所述压端出气口22排出的气体,所述节气门用以调节进入所述发动机的气体流量。所述EGR进气管道43自所述涡端出气口32取气,经过所述EGR冷却器41、所述EGR阀42后,通过所述EGR出气管道44与所述压端进气口21处的新鲜气体混合,气体经过所述压轮增压后,依次通过所述中冷器冷却、所述节气门调节气体流量后从所述发动机的进气口进入所述发动机的气缸内燃烧,气体平均分配到所述发动机的各气缸中,燃烧一致性较好。所述涡轮增压器系统100让废气通过所述EGR冷却器41和所述中冷器两次冷却,可以降低所述EGR冷却器41的性能目标和容积。
由于所述EGR进气管道43直接从所述涡端出气口32取气,气体有腐蚀性,为了避免腐蚀性气体经过所述EGR系统循环流动,腐蚀所述涡轮增压器系统100内的各组件,与腐蚀性气体接触的各组件表面涂覆抗腐蚀材料,具体不限,所述中冷器的散热管涂覆有抗腐蚀材料;所述压轮具有叶轮,所述叶轮涂覆有抗腐蚀材料。提高所述涡轮增压器系统100的使用寿命。
为了避免所述压轮和所述涡轮的所述连接轴承磨损,所述中间壳体1内设有油路,所述油路两端分别连通进油管7和回油管8,用以流通润滑油至所述压轮和所述涡轮的所述连接轴承,减轻所述连接轴承各摩擦件之间的磨损,提高所述连接轴承的使用寿命,同时减少了其相互摩擦生成的热量,且通过所述润滑油可将已生成的热量通过流动和传导的方式散发出去,避免所述连接轴承生锈和被腐蚀,还有润滑吸震、降低噪音的效果。进一步地,所述冷却通道靠近所述油路设置,直接和间接对所述润滑油、所述中间壳体1以及所述连接轴承吸热降温,起到延长所述涡轮增压器系统100使用寿命的效果。另外,通过降温也避免所述润滑油在所述连接轴承处碳化而影响所述连接轴承的使用。
由于所述EGR冷却器41中的所述冷却液在冷却废气的同时温度会升高而产生水蒸气,增大气压的同时温度偏高,冷却废气的效果会降低,且气压增大的情况下所述EGR冷却器41的安全性能不能得到保障,所述EGR冷却器41顶部设有出气接头,用于及时除去所述EGR冷却器41内产生的高温水蒸气,提高冷却效果的同时提高所述EGR冷却器41的可靠性能。
所述涡端进气口31连通所述发动机的出气口,所述发动机排出气体推动所述涡轮转动,进而通过所述连接轴承带动所述压轮转动,以增加所述发动机的进气量,实现不改变所述发动机排量的情况下大幅度增加所述发动机的功率,所述发动机出气越多、气体压力越大,所述涡轮转动得越快,进而通过所述压轮增压效果更强,所述发动机工作越猛烈,出气越多,持续循环下去会导致所述发动机转速越来越高进而可能导致所述发动机损坏,为了避免所述发动机因此损坏,所述压轮设有废气旁通阀23,所述废气旁通阀23具体结构不限,具体结构参照本领域常规设置即可,此处不在一一赘述。所述废气旁通阀23通过调节所述压轮的气压以达到调节所述涡轮转速,控制所述发动机输出功率的效果,提高所述发动机工作效率和满足各种排放标准的目的。
本发明还提出一种发动机系统,所述发动机系统包括发动机和涡轮增压器系统100,所述涡轮增压器系统100的具体结构参考上述实施例,由于本发动机系统采用了上述所有实施例的全部技术方案,因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。在此不再一一赘述。
需要说明的是,在本发明中,所述发动机系统的具体结构不做限定。
本发明还提出一种汽车,所述汽车包括发动机系统,所述发动机系统的具体结构参考上述实施例,由于本汽车采用了上述所有实施例的全部技术方案,因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。在此不再一一赘述。
需要说明的是,在本发明中,所述汽车的具体结构不做限定。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种涡轮增压器系统,其特征在于,包括:
壳体,包括中间壳体和设于所述中间壳体两端的压壳和涡壳,所述压壳设有压端进气口和压端出气口,所述压端进气口用于接进空气,所述压端出气口用于连通发动机的进气口,所述涡壳设有涡端进气口和涡端出气口,所述涡端进气口用于连通所述发动机的出气口,所述涡端出气口用于排气;
压轮,设于所述压壳内;
涡轮,设于所述涡壳内,与所述压轮同轴连接,且所述压轮和所述涡轮的连接轴承穿设所述中间壳体;
冷却通道,设于所述中间壳体内,所述冷却通道两端分别连通进液管和出液管,用以接进和接出冷却液,以对所述中间壳体内部降温;以及,
EGR系统,包括设于所述中间壳体的EGR冷却器和EGR阀,所述EGR冷却器通过EGR进气管道连通所述涡端出气口,且通过EGR出气管道连通所述压端进气口,所述EGR阀设于所述EGR出气管道,用于调节所述EGR出气管道的气体流量;
其中,所述EGR冷却器连通所述进液管和所述出液管,用以接进和接出所述冷却液。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器系统,其特征在于,所述EGR进气管道设于所述涡壳上,所述EGR出气管道设于所述压壳上。
3.如权利要求1所述的涡轮增压器系统,其特征在于,所述压端出气口后依次连通中冷器、节气门和进气歧管,所述进气歧管另一端用于连通所述发动机的进气口;
所述中冷器用于冷却所述压端出气口排出的气体,所述节气门用以调节进入所述发动机的气体流量。
4.如权利要求3所述的涡轮增压器系统,其特征在于,所述中冷器的散热管涂覆有抗腐蚀材料。
5.如权利要求1所述的涡轮增压器系统,其特征在于,所述中间壳体内设有油路,所述油路两端分别连通进油管和回油管,用以流通润滑油至所述连接轴承。
6.如权利要求1所述的涡轮增压器系统,其特征在于,所述压轮具有叶轮,所述叶轮涂覆有抗腐蚀材料。
7.如权利要求1所述的涡轮增压器系统,其特征在于,所述EGR冷却器顶部设有出气接头。
8.如权利要求1所述的涡轮增压器系统,其特征在于,所述压轮设有废气旁通阀。
9.一种发动机系统,其特征在于,包括发动机和如权利要求1至8中任意一项所述的涡轮增压器系统。
10.一种汽车,其特征在于,包括如权利要求9所述的发动机系统。
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