CN203614211U - 涡轮增压系统 - Google Patents

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倪超
廖银生
赵高明
刘春梅
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Abstract

本实用新型提供了一种涡轮增压系统，包括排气室及进气室，所述排气室包括设置在发动机排气路径上的排气腔、设置在所述排气腔中的涡轮及设置在所述涡轮旋转中心处的涡轮轴，所述进气室包括设置在发动机进气路径上的进气腔、设置在所述进气腔中的叶轮及设置在所述叶轮旋转中心处的叶轮轴，还包括设置在所述涡轮轴与所述叶轮轴之间并用于接合或断开所述涡轮轴与所述叶轮轴之间的动力传递的第一离合装置、电机、用于将所述电机的动力传递至叶轮以驱动叶轮旋转的动力传输装置、用于给所述电机提供电力的动力电池，以及所述电机的电机输出轴上设有用于接合或断开电机和动力传输装置的第二离合装置。

Description

涡轮增压系统
技术领域
本实用新型属于涡轮增压技术领域，特别是涉及一种涡轮增压系统。
背景技术     汽车发动机增压是指将进入发动机气缸的空气或可燃混合气预先进行压缩或压缩后再加以冷却，以提高进入气缸的空气或可燃混合气的密度，从而使空气质量增加，并在供油系统的适当配合下，使更多的燃料很好的燃烧，达到提高发动机动力性、提高比功率、改善燃料经济性、降低废气排放和噪声的目的。汽车发动机增压按增压的工作原理可分为机械驱动式增压系统、排气涡轮增压系统、气波增压系统、复合式增压系统等。 
目前车辆使用的排气涡轮增压系统都是通过发动机排出的废气驱动排气室内的涡轮旋转，涡轮旋转带动与其同轴的叶轮旋转，对进气道中经过空气滤清器的新鲜空气进行压缩，提高进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，另外由于涡轮增压器是利用发动机本身的排气能量来驱动，不直接消耗发动机的功率。
但是，当车辆处于低速时，发动机排气无法提供充足的动力驱动涡轮旋转，造成低速叶轮无法对发动机进气进行增压，另外由于叶轮的阻碍，此时，发动机进气量比同排量的自然吸气发动机进气量还少。因此，现有的涡轮增压系统在低速工况不仅不能实现进气增压，而且还造成进气阻力过大，从而降低了发动机的动力性和经济性。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有的涡轮增压系统在低速工况不仅不能实现进气增压，而且还造成进气阻力过大，导致发动机的动力性和经济性降低的缺陷，提供一种涡轮增压系统。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
提供一种涡轮增压系统，包括排气室及进气室，所述排气室包括设置在发动机排气路径上的排气腔、设置在所述排气腔中的涡轮及设置在所述涡轮旋转中心处的涡轮轴，所述进气室包括设置在发动机进气路径上的进气腔、设置在所述进气腔中的叶轮及设置在所述叶轮旋转中心处的叶轮轴，还包括设置在所述涡轮轴与所述叶轮轴之间并用于接合或断开所述涡轮轴与所述叶轮轴之间的动力传递的第一离合装置、电机、用于将所述电机的动力传递至叶轮以驱动叶轮旋转的动力传输装置、用于给所述电机提供电力的动力电池，以及所述电机的电机输出轴上设有用于接合或断开电机和动力传输装置的第二离合装置。
进一步地，所述排气腔具有与发动机的排气歧管连通的废气入口及与发动机的排气管连通的废气出口；所述进气腔具有与发动机的滤清器连通的空气入口及与发动机的进气歧管连通的空气出口。
进一步地，所述涡轮轴与所述叶轮轴同轴设置。
进一步地，所述第一离合装置为离合器、液力耦合器或液力变矩器。
进一步地，所述第一离合装置为双向传动离合器，所述涡轮增压系统还包括控制所述双向传动离合器接合或断开的控制系统。
进一步地，所述第一离合装置为单向传动的超越离合器。
进一步地，所述动力传输装置包括设置在所述电机输出轴上的主动齿轮及设置在所述叶轮轴上且与所述主动齿轮啮合的从动齿轮。
进一步地，所述动力传输装置包括设置在所述电机输出轴上的主皮带轮、设置在所述叶轮轴上的副皮带轮及连接所述主皮带轮及副皮带轮的皮带。
进一步地，所述动力传输装置包括设置在所述电机输出轴上的主链轮、设置在所述叶轮轴上的副链轮及连接所述主链轮及副链轮的链条。
进一步地，所述第二离合装置为双向传动离合器或单向传动的超越离合器。
根据本实用新型的涡轮增压系统，在所述涡轮轴与所述叶轮轴之间设置有用于接合或断开所述涡轮轴与所述叶轮轴之间的动力传递的第一离合装置，并且设置有在低速工况时，能够驱动叶轮旋转的电机，该涡轮增压系统在低速工况时，第一离合装置断开所述涡轮轴与所述叶轮轴之间的动力传递，第二离合装置接合电机与动力传输装置，由电机驱动叶轮实现进气增压，从而很好的解决现有涡轮增压系统低速扭矩特性不好的问题，并且，在低速工况下，叶轮旋转引导空气进入，进气阻力较小，从而提升了发动机的动力性和经济性；而且，在高速工况下，第二离合装置断开电机与动力传输装置，防止带动电机空转，从而实现了能源的节约。
附图说明
图1是本实用新型一实施例提供的涡轮增压系统的结构图；
图2是根据本实用新型一实施例的涡轮增压系统在发动机处于低速运转工况时的工作原理图；
图3是根据本实用新型一实施例的涡轮增压系统在发动机处于高速运转工况时的工作原理图。
说明书附图中的附图标记如下：
1、排气室；11、排气腔；12、涡轮；13、涡轮轴；2、进气室；21、进气腔；22、叶轮；23、叶轮轴；3、第一离合装置；4、电机；41、电机输出轴；5、动力传输装置；51、主动齿轮；52、从动齿轮；6、动力电池；7、第二离合装置。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。请一并参照图1，本实用新型一实施例提供的涡轮增压系统，包括排气室1、进气室2、第一离合装置3、电机4、动力传输装置5、动力电池6，所述排气室1包括设置在发动机排气路径上的排气腔11、设置在所述排气腔11中的涡轮12及设置在所述涡轮12旋转中心处的涡轮轴13，发动机排气压力足够大时，发动机排气会推动涡轮12以及涡轮轴13旋转；所述进气室2包括设置在发动机进气路径上的进气腔21、设置在所述进气腔21中的叶轮22及设置在所述叶轮22旋转中心处的叶轮轴23，叶轮22旋转会压缩进入进气腔21中的空气，实现发动机进气增压；所述第一离合装置3设置在所述涡轮轴13与所述叶轮轴23之间并用于接合或断开所述涡轮轴13与所述叶轮轴23之间的动力传递，所述动力传输装置5用于将所述电机4的动力传递至叶轮22以驱动叶轮22旋转，所述动力电池6用于给所述电机4提供电力。所述电机的电机输出轴上设有用于接合或断开电机和动力传输装置的第二离合装置7。所述第二离合装置7为双向传动离合器或单向传动的超越离合器。本实施例中，所述第二离合装置7可为双向传动离合器，也可是单向传动的超越离合器。若第二离合装置7为双向传动离合器，则所述涡轮增压系统还需要包括控制所述双向传动离合器接合或断开的控制系统。
所述涡轮轴13与排气腔11的外壁之间、所述叶轮轴23与进气腔21的外壁之间分别通过滚动轴承支撑，这样设置的优点在于：可以将涡轮轴13和叶轮轴23在运动过程中产生的径向窜动力，通过滚动轴承传递出去，具有减震的功能。
本实施例中，所述排气腔11具有与发动机的排气歧管连通的废气入口111及与发动机的排气管连通的废气出口112，以将排气腔11设置在发动机排气路径上；所述进气腔21具有与发动机的滤清器连通的空气入口211及与发动机的进气歧管连通的空气出口212，以将进气腔21设置在发动机进气路径上。
本实施例中，所述涡轮轴13与所述叶轮轴23同轴设置。
本实施例中，所述第一离合装置3可以为离合器、液力耦合器或液力变矩器。优选为离合器，结构简单，成本低。
本实施例中，所述第一离合装置3可为双向传动离合器，也可是单向传动的超越离合器。若第一离合装置3为双向传动离合器，则所述涡轮增压系统还需要包括控制所述双向传动离合器接合或断开的控制系统。
控制系统可以有多种形式，例如，所述控制系统包括用于检测涡轮轴转速的转速传感器、与所述转速传感器电连接的控制芯片以及与所述控制芯片电连接的驱动单元，所述控制芯片在转速传感器检测到的转速大于预设值时（即发动机处于高速运转工况时），发出控制指令，控制驱动单元动作，以推动离合器接合。上述驱动单元为气缸、液压缸或步进电机。再例如，控制系统也可为带有控制芯片的驱动单元（液压缸、气缸或电机等），控制芯片与发动机自身的转速传感器电连接，并在发动机处于高速运转工况时，发出控制指令，控制驱动单元动作，以推动离合器接合。
当然，更为优选地，所述第一离合装置3采用单向传动的超越离合器。这样不需要控制系统，结构更为简单。超越离合器允许涡轮轴13至叶轮轴23的动力传递，不允许叶轮轴23至涡轮轴13的动力传递。
本实施例中，如图1所示，所述动力传输装置5包括设置在所述电机输出轴41上的主动齿轮51及设置在所述叶轮轴23上且与所述主动齿轮51啮合的从动齿轮52。采用主动齿轮与从动齿轮的齿轮传动副，其结构简单，零部件少。
当然，在其它实施例中，所述动力传输装置也可以是皮带传动装置，其包括设置在所述电机输出轴上的主皮带轮、设置在所述叶轮轴上的副皮带轮及连接所述主皮带轮及副皮带轮的皮带。
当然，在其它实施例中，所述动力传输装置也可以是链条传动装置，其包括设置在所述电机输出轴上的主链轮、设置在所述叶轮轴上的副链轮及连接所述主链轮及副链轮的链条。
本实施例中，所述动力电池为充电电池（二次电池），可以是铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂电池等，用于存储电能并给电机4提供电力。
本实施例中，所述电机4为电动机。所述电机4与动力电池6相连，动力电池6的输出电压为电动机的工作电压，给电机4提供电能。
上述实施例提供的涡轮增压系统其工作过程如下：
当发动机处于低速运转工况，如图2所示，废气提供的动力无法驱动涡轮12运转，此时，第二离合器7为接合状态，动力电池6为电机4提供电能，电机4带动电机输出轴41旋转，通过电机输出轴41上的主动齿轮51与叶轮轴23上的从动齿轮52的啮合，将动力传递至叶轮轴23带动叶轮轴23旋转，从而带动叶轮22旋转，起到发动进气增压的作用，同时为了节约能源，通过控制系统控制双向传动离合器3断开（如果离合器为超越离合器，则不需要相应的控制系统），防止涡轮12和涡轮轴13运转损耗能量，发动机低速运转工况动力传递的方向如图2中箭头所示。
当发动机处于高速运转工况，如图3所示，废气提供的动力足以推动涡轮12及叶轮22，可以满足进气增压要求，所以，该工况直接由废气提供动力驱动叶轮22工作。第二离合器7为断开状态，通过控制系统控制双向传动离合器3接合（如果离合器为超越离合器，则不需要相应的控制系统），涡轮12在废气的作用下运转，通过涡轮轴13、离合器3、叶轮轴23带动叶轮22旋转，从而对发动机进气进行压缩实现增压作用，发动机高速运转工况动力传递的方向如图3中箭头所示。在整个工作过程中，第一离合器3和第二离合器7的控制接合或断开的方式基本一致，可以互相借鉴。
根据本实用新型的上述实施例的涡轮增压系统，在所述涡轮轴与所述叶轮轴之间设置有用于接合或断开所述涡轮轴与所述叶轮轴之间的动力传递的第一离合装置，并且设置有在低速工况时，能够驱动叶轮旋转的电机，该涡轮增压系统在低速工况时，第一离合装置断开所述涡轮轴与所述叶轮轴之间的动力传递，第二离合装置接合电机与动力传输装置，由电机驱动叶轮实现进气增压，从而很好的解决现有涡轮增压系统低速扭矩特性不好的问题，并且，在低速工况下，叶轮旋转引导空气进入，进气阻力较小，从而提升了发动机的动力性和经济性；而且，在高速工况下，第二离合装置断开电机与动力传输装置，防止带动电机空转，从而实现了能源的节约。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涡轮增压系统，包括排气室及进气室，所述排气室包括设置在发动机排气路径上的排气腔、设置在所述排气腔中的涡轮及设置在所述涡轮旋转中心处的涡轮轴，所述进气室包括设置在发动机进气路径上的进气腔、设置在所述进气腔中的叶轮及设置在所述叶轮旋转中心处的叶轮轴，其特征在于，还包括：设置在所述涡轮轴与所述叶轮轴之间并用于接合或断开所述涡轮轴与所述叶轮轴之间的动力传递的第一离合装置、电机、用于将所述电机的动力传递至叶轮以驱动叶轮旋转的动力传输装置、用于给所述电机提供电力的动力电池，以及所述电机的电机输出轴上设有用于接合或断开电机和动力传输装置的第二离合装置。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压系统，其特征在于，所述排气腔具有与发动机的排气歧管连通的废气入口及与发动机的排气管连通的废气出口；所述进气腔具有与发动机的滤清器连通的空气入口及与发动机的进气歧管连通的空气出口。
3.根据权利要求1所述的涡轮增压系统，其特征在于，所述涡轮轴与所述叶轮轴同轴设置。
4.根据权利要求1所述的涡轮增压系统，其特征在于，所述第一离合装置为离合器、液力耦合器或液力变矩器。
5.根据权利要求4所述的涡轮增压系统，其特征在于，所述第一离合装置为双向传动离合器，所述涡轮增压系统还包括控制所述双向传动离合器接合或断开的控制系统。
6.根据权利要求4所述的涡轮增压系统，其特征在于，所述第一离合装置为单向传动的超越离合器。
7.根据权利要求1所述的涡轮增压系统，其特征在于，所述动力传输装置包括设置在所述电机输出轴上的主动齿轮及设置在所述叶轮轴上且与所述主动齿轮啮合的从动齿轮。
8.根据权利要求1所述的涡轮增压系统，其特征在于，所述动力传输装置包括设置在所述电机输出轴上的主皮带轮、设置在所述叶轮轴上的副皮带轮及连接所述主皮带轮及副皮带轮的皮带。
9.根据权利要求1所述的涡轮增压系统，其特征在于，所述动力传输装置包括设置在所述电机输出轴上的主链轮、设置在所述叶轮轴上的副链轮及连接所述主链轮及副链轮的链条。
10.根据权利要求1所述的涡轮增压系统，其特征在于，所述第二离合装置为双向传动离合器或单向传动的超越离合器。
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