CN203559981U - 电控涡扇增压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型电控涡扇增压器，包括外壳、位于外壳内的至少一台无刷直流电动机、至少二级压气机、前整流罩、后整流罩，每一级压气机中有装在无刷直流电动机输出轴上的动叶、固定在无刷直流电动机壳和/或后整流罩及外壳上的静叶，每级动叶上有与相邻的整流罩壁和无刷直流电动机机壳平滑过渡的导流环，外壳与前整流罩和导流环、无刷直流电动机机壳及后整流罩形成进口大、出口小的涵道，前整流罩内腔、导流环内部、无刷直流电动内部、后整流罩内腔形成电动机冷却流道。本实用新型节能环保，使用寿命长，大大降低购置和使用成本。

Description

电控涡扇增压器

技术领域：

     本实用新型与用于汽车、船舶、轨道机车等设备中的电控轴流增压器有关。

背景技术：

现行车用废气涡轮增压器主要由离心压气机和涡轮及控制元件组成。压气机和涡轮由一根轴相连构成转子，发动机排出的废气驱动涡轮，涡轮带动压气机旋转给进气系统增压。增压器的转子支承是采用内支承型式，全浮动式轴在位于压气机和涡轮叶轮之间的中间体内，转子的轴向力靠止推轴承端面来承受。全浮式轴承即轴与轴套之间一定径向间隙全靠一定压力的润滑油将转子浮起。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20%—30%。

    另有一些轴流式电动增压器因结构简单、无静叶致效率较低，需要较高转速、较大功率使汽车发电机负荷较大，在发动机高速工作时仍然进气不足。

废气涡轮增压器不消耗发动机主轴输出动能，利用发动机排放的废气动能推动增压器压气机工作，加压后使更多的、密度更大的空气进入汽缸，燃油就可以更加充分的燃烧，增加发动机功率。但仍存在以下缺点：

涡轮机的叶轮和压气机的工作轮共用一根转动轴，三者组成转子。转子由径向轴承和轴向止推轴承支承。由于转子的转速很高(达8-20万转/分钟)，必须严格检查其动平衡和适当选择轴承类型才能保证涡轮增压器可靠工作。

1、高温：涡轮和叶轮由一根轴相连，也就是转子，发动机排出的废气驱动涡轮，涡轮带动叶轮旋转，叶轮转动后给进气系统增压。增压器安装在发动机的排气一侧，发动机排气温度普遍在600～650°C，高的达700℃，此温度将由排气传给涡轮、轴、叶轮及整个增压器，所以增压器的工作温度很高。

2、高转速：增压器在工作时转子的转速非常高，有的型号达到每分钟20万转，如此高的转速和温度使得常见的机械滚针或滚珠轴承无法为转子工作，因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承，由机油来进行润滑和冷却。高温高转速下细长轴对材质的一致性、热变形、尺寸、形位公差、与轴承的间隙、润滑条件都有极高的要求。高速旋转的压气机对动平衡要求极高，对空气清洁度要求极高超过发动机本身，这将增加汽车的保养换件费用。

3、低速阻碍进气：低转速下（＜2000rpm），废气涡轮增压器因涡轮惯性矩有阻碍排气的作用，也因此阻碍进气。所以低转速下安装废气涡轮增压器的发动机燃烧、功率、节油、排放等不如自然吸气发动机，在拥堵的城市体现不出其优势反而有害。有的汽车为解决此问题又增加了低速专用的机械增压器，也因此增加成本。

4、进气被加热：由于增压器的高温将进入进气管的空气加热，温度上升后空气膨胀、密度减少引起进气分子量减少，这与采用增压器增加空气进气量的初衷相悖，所以要求高的汽车又增加了中冷器来冷却空气，增加整车成本。

5、高维护成本：由于高温和高转速的影响，维护保养要求用全合成机油，加上定期的检查、清洗因高温导致的油路结焦，维护保养成本较自然吸气发动机增加30%以上。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了克服以上不足，提供一种节能环保，使用寿命长，大大降低购置和使用成本的电控涡扇增压器。

本实用新型的目的是这样来实现的：

本实用新型电控涡扇增压器，包括有平滑过渡的流线形内壁的外壳、位于外壳内的至少一台无刷直流电动机、至少二级压气机、前整流罩、后整流罩，每一级压气机中有由装在无刷直流电动机输出轴上的若干叶片组成的动叶、固定在无刷直流电动机机壳和/或后整流罩与外壳间的若干叶片组成的静叶构成，每级动叶中有将若干叶片连成一体且与相邻的整流罩壁和无刷直流电动机机壳平滑过渡的导流环，外壳与前整流罩、导流环、无刷直流电动机机壳及后整流罩间形成进口大、出口小的涵道，前整流罩内腔、导流环内腔、无刷直流电动机内部、后整流罩内腔形成电动机冷却流道，每级动叶可由7～30个叶片组成，静叶可由7～30个叶片组成，转速调节器根据发动机工况和进气需求量设计，以脉宽方式无级调整电动机转速及进气量，无滞后响应问题。转速范围调节在600～15000rpm，电动机转子采用滚珠轴承支承。

上述的无刷直流电动机为一台，无刷直流电动机有前、后两端输出轴且与外壳同轴，压气机为二级，第一级压气机中的动叶位于前整流罩和无刷直流电动机之间且装在无刷直流电动机前端输出轴上、静叶位于动叶后方装在无刷直流电动机机壳和外壳上，第二级压气机中的动叶位于无刷直流电动机和后整流罩之间装在无刷直流电动机后端输出轴上、静叶位于动叶后将后整流罩固定在外壳上。

上述的前整流罩通过导流叶与外壳连接。

上述的前整流罩与第一级压气机中的动叶上的导流环为一整体，无导流叶。

上述的无刷直流电动机为二台，二台无刷直流电动机沿外壳轴线前、后排列且二台无刷直流电动机输出轴同轴线，压气机为二级，第一级压气机中的动叶位于前整流罩和第一台无刷直流电动机之间且装在第一台无刷直流电动机输出轴上、静叶装在第一台无刷直流电动机机壳和外壳上，第二级压气机中的动叶位于第二台无刷直流电动机和第一级压气机静叶之间且装在第二台无刷直流电动机输出轴上、兼有支架作用的静叶位于动叶后方将第二台无刷直流电动机和后整流罩固定在外壳上。

上述的无刷直流电动机为三台，三台无刷直流电动机前、后排列且三台无刷直流电动机输出轴同轴线，压气机为三级，第一级压气机中的动叶位于前整流罩和第一台无刷直流电动机间且装在第一台无刷直流电动机输出轴上、兼有支架作用的静叶位于动叶后方将第一台无刷直流电动机固定在外壳上，第二级压气机中的动叶装在第二台无刷直流电动机输出轴上、兼有支架作用的静叶位于动叶后方将第二台无刷直流电动机固定在外壳上，第三级压气机中的动叶位于第三台无刷直流电动机和第二级压气机静叶之间且装在第三台无刷直流电动机输出轴上、兼有支架作用的静叶将第三台无刷直流电动机和后整流罩固定在外壳上。

上述的电动机机壳、前后整流罩、导流环构成平滑过渡的流线形涵道表面。

上述的无刷直流电动机与外壳上装有支架。

上述的压气机中的动叶上集成有对电动机强制风冷散热的电动机冷却流道风叶。

将本实用新型装在汽车或船舶或轨道机车等设备中的空气滤清器和发动机进气总管之间。本实用新型工作时从空滤器管道输入的清洁空气进入涵道和电动机冷却流道，经整流罩和导流叶调整气流方向和路径、多级压气机加压、涵道导流后进入发动机进气总管。无刷直流电动机产生的热量由电动机冷却流道相关结构件空冷散热，使电动机处于良好的工作环境，延长增压器的使用寿命。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型完全避免了现行车用废气涡轮增压器在高温、高转速下的恶劣工作环境，在节能环保的同时延长增压器使用寿命、降低增压器和车辆的维护保养成本。

2、大大降低了增压器输出的气体温度，与发动机匹配无需进气中冷设计、完全省却进气中冷器成本。

3、由转速调节器或汽车ECU根据发动机工况调整增压器转速及进气量，无低速阻碍进气现象，解决现行废气涡轮增压器滞后响应问题。从（怠速到）踩下加速踏板起就可以使发动机处于增压状态，可避免高原地区的进气量不足，更适合城市道路走走停停的行驶状况，避免采用双增压带来的购车成本和维护保养成本增加。

4、本实用新型可用于汽车、船舶、轨道机车等设备。

附图说明：

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型另一结构示意图。

图3为有二台电动机的本实用新型结构示意图。

图4为有三台电动机的本实用新型结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

参见图1，本实施例1电控涡扇增压器，包括有平滑过渡的流线性内壁的外壳1，位于外壳内的无刷直流电动机2，第一级压气机动叶3，第一级压气机静叶4，支架5，第二级压气机动叶6，带后整流罩的第二级压气机静叶7，与导流叶11一体的前整流罩10。无刷直流电动机通过支架5固定在外壳上。无刷直流电动机有前后两端输出轴。第一级压气机中的由若干叶片组成的动叶3位于前整流罩和无刷直流电动机之间且装在无刷直流电动机前端输出轴上、由若干叶片组成的第一级静叶4装在无刷直流电动机机壳和外壳上。第二级压气机中的由若干叶片组成的动叶6位于无刷直流电动机和后整流罩之间且装在无刷直流电动机后端输出轴上，由若干叶片组成的静叶7将后整流罩固定在外壳上。每级动叶上有与相邻的整流罩和无刷直流电动机机壳平滑过渡的导流环21。外壳与前整流罩、导流环、无刷直流电动机机壳及后整流罩间形成进口大、出口小的涵道8。前整流罩内腔、导流环、无刷直流电动内部、后整流罩内腔形成电动机冷却流道9。

本实施例1中由通过导流叶和前整流罩连成一体的外壳组成进气段；由二级动叶、第一级静叶、支架、双输出轴无刷直流电动机及电动机机壳组成主体段，无刷直流电动机机壳与支架合为一体，前整流罩分流的部分空气进入电动机冷却流道对无刷直流电动机进行风冷散热。两级压气机中的动叶上集成有电动机冷却流道风叶22对电动机强制风冷。第二级静叶和后整流罩罩体组成排气段。各段之间用止口定位，螺栓连接。

本实施例的二级压气机动叶由双输出端无刷直流电动机驱动。

实施例2：

图2给出了本实施例2图。本实施例2基本与实施例1同。不同处是无导流叶，前整流罩与第一级压气机中的动叶上的导流环连接成整体。

实施例3：

图3给出了本实施例3图。本实例3基本与实施例1同。不同处是无支架，无刷直流电动机为二台，即第一台无刷直流电动机电机12、第二台无刷直流电动机13。二台无刷直流电动机沿外壳前、后排列且二台无刷直流电动机输出轴同轴线。压气机为二级。第一级压气机中的动叶14位于前整流罩和第一级静叶15之间且装在第一台无刷直流电动机输出轴上、兼有支架作用的第一级静叶将第一台无刷直流电动机固定在外壳上。第二级压气机中的动叶16位于第一、二级静叶之间且装在第二台无刷直流电动机输出轴上，兼有支架作用的第二级静叶17将第二台无刷直流电动机和后整流罩固定在外壳上。

实施例4：

图4给出了本实施例4图。本实施例4基本与实施例3同。不同处是无刷直流电动机为三台，即第一台无刷直流电动机12、第二台无刷直流电动机13、第三台无刷直流电动机18。三台无刷直流电动机前、后排列且三台无刷直流电动机输出轴同轴线，压气机为三级。第一级压气机中的动叶14位于前整流罩和第一级压气机静叶之间且装在无刷直流电动机输出轴上，兼有支架作用的第一级压气机静叶15将第一台无刷直流电动机固定在外壳上。第二级压气机中的动叶16装在第二台无刷直流电动机输出轴上，兼有支架作用的第二级压气机静叶17将第二台无刷直流电机固定在外壳上。第三级压气机中的动叶19位于第二、三级压气机静叶之间且装在第三台无刷直流电动机输出轴上，兼有支架作用的第三级压气机静叶20将第三台无刷直流电动机和后整流罩固定在外壳上。

Claims (9)

1.电控涡扇增压器，其特征在于包括有平滑过渡的流线形内壁的外壳、位于外壳内的至少一台无刷直流电动机、至少二级压气机、前整流罩、后整流罩，每一级压气机中有由装在无刷直流电动机输出轴上的若干叶片组成的动叶、固定在无刷直流电动机机壳和/或后整流罩与外壳间的若干叶片组成的静叶，每级动叶中有将若干叶片连成一体且与相邻的整流罩和无刷直流电动机机壳平滑过渡的导流环，外壳与前整流罩、导流环、无刷直流电动机机壳及后整流罩间形成进口大、出口小的涵道，前整流罩、导流环、无刷直流电动机内部、后整流罩内腔形成电动机冷却流道。

2.如权利要求1所述的电控涡扇增压器，其特征在于无刷直流电动机为一台，无刷直流电动机有前、后两端输出轴且与外壳同轴，压气机为二级，第一级压气机中的动叶位于前整流罩和无刷直流电动机之间且装在无刷直流电动机前端输出轴上、静叶位于动叶后方装在无刷直流电动机机壳和外壳上，第二级压气机中的动叶位于无刷直流电动机和后整流罩之间且装在无刷直流电动机后端输出轴上、兼有支架作用的静叶位于动叶后方将后整流罩固定在外壳上。

3.如权利要求2所述的电控涡扇增压器，其特征在于前整流罩通过导流叶与外壳连接。

4.如权利要求2所述的电控涡扇增压器，其特征在于前整流罩与第一级压气机中的动叶上的导流环为一整体。

5.如权利要求1所述的电控涡扇增压器，其特征在于无刷直流电动机为二台，二台无刷直流电机沿外壳前、后排列且二台无刷直流电动机输出轴同轴线，压气机为二级，第一级压气机中的动叶位于前整流罩和第一台无刷直流电动机之间且装在第一台无刷直流电动机输出轴上、静叶装在第一台无刷直流电动机机壳和外壳上，第二级压气机中的动叶位于第二台无刷直流电动机和第一级压气机静叶之间且装在第二台无刷直流电动机输出轴上、兼有支架作用的静叶位于动叶后方将第二台无刷直流电动机和后整流罩固定在外壳上。

6.如权利要求1所述的电控涡扇增压器，其特征在于无刷直流电动机为三台，三台无刷直流电动机前、后排列且三台无刷直流电动机输出轴同轴线，压气机为三级，第一级压气机中的动叶位于前整流罩和第一台无刷直流电动机间且装在第一台无刷直流电动机输出轴上、兼有支架作用的静叶位于动叶后方将第一台无刷直流电动机固定在外壳上，第二级压气机中的动叶装在第二台无刷直流电动机输出轴上、兼有支架作用的静叶位于动叶后方将第二台无刷直流电动机固定在外壳上，第三级压气机中的动叶位于第三台无刷直流电动机和第二级压气机静叶之间且装在第三台无刷直流电动机输出轴上、兼有支架作用的静叶将第三台无刷直流电动机和后整流罩固定在外壳上。

7.如权利要求1～6之一所述的电控涡扇增压器，其特征在于无刷直流电动机机壳、前后整流罩、导流环构成平滑过渡的流线形涵道表面。

8.如权利要求1～6之一所述的电控涡扇增压器，其特征在于无刷直流电动机与外壳上装有支架。

9.如权利要求1～6之一所述的电控涡扇增压器，其特征在于压气机中的动叶上集成有对电动机强制风冷散热的电动机冷却流道风叶。

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