CN206860282U - 混合涡轮增压余热利用提高瞬态响应的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混合涡轮增压余热利用提高瞬态响应的试验装置,涡轮增压器的叶轮端连接有进气管，叶轮端经入气管与发动机的入气口相连，发动机废气排出口经管路与涡轮增压器的涡轮端相连接，涡轮端的输出端连接有排气管，排气管上设有动力涡轮，动力涡轮与发电机相连接，发电机通过整流电路、滤波电路、稳压电路与蓄电池的输入端电性连接，蓄电池的输出端依次电性连接逆变器、变频器、高速电机，增压管路上依次设置有压气机、电磁阀，压气机由高速电机驱动，增压管路输入端与进气管相连接，增压管路输出端与入气管相连接，发动机上设置有曲轴转速传感器，本实用新型利用发动机排出的二级废气的余热，改善发动机冷启动阶段瞬态响应不足的问题。

Description

混合涡轮增压余热利用提高瞬态响应的试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种混合涡轮增压余热利用提高瞬态响应的试验装置。

背景技术

汽车在起步、加速时，由于涡轮增压器响应滞后等原因，使得排气烟度急剧升高，排出污染环境、危害健康的“黑烟"，同时使得发动机低速扭矩不足，加速性差。因此，采用技术措施改造现有涡轮增压发动机的汽车，改善发动机的瞬态性能和减少排气烟度，有着重要的意义。

发明内容

本实用新型的目的是针对以上不足之处，提供了一种混合涡轮增压余热利用提高瞬态响应的试验装置。

本实用新型解决技术问题所采用的方案是，一种混合涡轮增压余热利用提高瞬态响应的试验装置，包括控制器、发动机、涡轮增压器、发电机、蓄电池、高速电机、增压管路，所述涡轮增压器的叶轮端的输入端连接有进气管，涡轮增压器的叶轮端的输出端经入气管与发动机的入气口相连接，发动机废气排出口经管路与涡轮增压器的涡轮端的输入端相连接，涡轮增压器的涡轮端的输出端连接有排气管，所述排气管上设置有动力涡轮，动力涡轮与发电机相连接，发电机依次通过整流电路、滤波电路、稳压电路与蓄电池的输入端电性连接，蓄电池的输出端依次电性连接逆变器、变频器、高速电机，所述增压管路上依次设置有压气机、电磁阀，压气机由高速电机驱动，增压管路输入端与进气管相连接，增压管路输出端与入气管相连接，所述发动机上设置有曲轴转速传感器，所述蓄电池、高速电机、发动机、逆变器、变频器、曲轴转速传感器均与控制器电性连接。

进一步的，所述进气管上设置有过滤器。

进一步的，所述入气管上设置有中冷器。

进一步的，所述动力涡轮的尺寸小于涡轮增压器中涡轮的尺寸。

进一步的，所述动力涡轮与发电机通过联轴器耦合。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：运行可靠，能利用发动机排出的二级废气的余热，改善发动机冷启动阶段瞬态响应不足的问题，在发动机加速阶段可有效消除涡轮迟滞问题，回收了发动机二级废气中的能量，提高燃油利用率，提升发动机动力性，节能环保，改善了常规涡轮增压器低速转矩不足、涡轮迟滞、加速冒烟和冷起动困难的问题，当涡轮增压器与发动机达到了良好的稳态工况时，通过变频器让电机停止转动，节约电能，不对发动机进行过度的补气。

附图说明

下面结合附图对本实用新型专利进一步说明。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为整流电路、滤波电路、稳压电路的电路图。

图中：

1-发动机；2-涡轮增压器；3-动力涡轮；4-联轴器；5-发电机；6-整流滤波稳压电路；7-蓄电池；8-逆变器；9-变频器；10-高速电机；11-压气机；12-过滤器；13-中冷器；14-控制器；15-电磁阀；16-整流电路；17-滤波电路；18-稳压电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1-2所示，一种混合涡轮增压余热利用提高瞬态响应的试验装置，包括控制器14、发动机1、涡轮增压器2、发电机5、蓄电池7、高速电机10、增压管路，所述涡轮增压器2的叶轮端的输入端连接有进气管，涡轮增压器2的叶轮端的输出端经入气管与发动机1的入气口相连接，发动机1废气排出口经管路与涡轮增压器2的涡轮端的输入端相连接，涡轮增压器2的涡轮端的输出端连接有排气管，所述排气管上设置有动力涡轮3，动力涡轮3与发电机5相连接，发电机5依次通过整流电路16、滤波电路17、稳压电路18与蓄电池7的输入端电性连接，蓄电池7的输出端依次电性连接逆变器8、变频器9、高速电机10，所述增压管路上依次设置有压气机11、电磁阀15，压气机11由高速电机10驱动，增压管路输入端与进气管相连接，增压管路输出端与入气管相连接，所述发动机1上设置有曲轴转速传感器，所述蓄电池7、高速电机10、发动机1、逆变器8、变频器9、曲轴转速传感器均与控制器14电性连接。

在本实施例中，所述进气管上设置有过滤器2。

在本实施例中，所述入气管上设置有中冷器13，增压会导致空气温度上升，空气温升会导致密度的降低，影响充气效率。采用中冷器13可以降低压缩空气温度，进而提高气缸进气量和发动机1的平均有效压力，并且中冷器13降低了发动机1的热力循环的平均温度，减小了发动机1和涡轮的热应力，中冷器13采用单独的冷却水。

在本实施例中，所述动力涡轮3的尺寸小于涡轮增压器2中涡轮的尺寸。

在本实施例中，所述动力涡轮3与发电机5通过联轴器4耦合。

具体操作步骤如下：

（1）接通电源，正常启动发动机，确定发动机的点火系统，启动系统，润滑系统，冷却系统,燃油供给系统工作正常；

（2）发动机处于冷启动的低速阶段，电磁阀15打开，蓄电池7开始放电，通过逆变器8将直流电转化为交流电，为高速电机10供电，高速电机10驱动压气机11为发动机补气，提高了发动机的进气充量，使发动机燃烧充分，改善涡轮增压器2瞬态不足的问题，在加速阶段，有效缓解涡轮迟滞的问题；

（3）汽车发动机产生的废气为一级废气，一级废气推动涡轮增压器2，经过涡轮增压器2排出的废气称为二级废气，二级废气推动动力涡轮3转动，动力涡轮3带动发电机5转动进行发电，产生的交流电依次通过整流电路16、滤波电路17、稳压电路18后对蓄电池7进行充电，进而完成余热的二次回收与利用；

（4）随着发动机转速的提高，涡轮增压器2已经与发动机达成了良好的匹配不出现涡轮迟滞和发动机加速冒黑烟的情况，响应良好，曲轴转速传感器将发动机转速反馈给控制器14，控制器14输出变频信号给变频器9，从而使得高速电机10工作电源频率降低，高速电机10转速下降；

（5）当发动机达到稳态工况时，涡轮增压器2为发动机提供了足够的压缩空气，高速电机10停止运动，电磁阀15关闭。

本实用新型不仅能提高发动机瞬态响应性能，解决发动机加速过程中的涡轮迟滞问题，而且回收了发动机二级废气中的能量，提高燃油利用率，提升发动机动力性，节能环保。

一级废气：直接从发动机排气管中排出的高温高压废气，用以推动涡轮增压器2进行工作。

二级废气：一级废气推动涡轮增压器2做功后，热能动能减少，从废气涡轮出口端排出，转化为二级废气。

涡轮发动机由动力涡轮3与发电机5通过联轴器4相连构成，将二级废气的废气能转换为电能。

整流电路16：在给蓄电池7充电时，需要稳定的直流电源供电。本实用新型采用单相桥式整流电路16，将发电机5输出的交流电转换成单向脉动性直流电。整流电路16由四只整流二极管组成，利用二极管的单向导电特性，在工作过程中，两只二极管导通，另两只二极管截止，用到了输入交流电压的正、负半周，使频率扩大一倍,这一频率的提高有利于下一步滤波电路17的滤波。

滤波电路17：整流电路16的输出电压虽然是单一方向的，但是含有较大的交流成分，在整流电路16的输出端并联一个电容构成单相桥式整流电容滤波电路17，从而将单向脉动性直流电压变为平滑的直流电压。在整流电路16的输出端并联一个电容构成单相桥式整流电容滤波电路17，从而将单向脉动性直流电压变为平滑的直流电压。

稳压电路18：整流滤波电路17输出电压会随着发电机5电压的波动而波动，随着负载电阻的变化而变化，为了获得稳定性好的直流电压，采取稳压措施。采用稳压二极管和限流电阻R来构成稳压电路18。其输入电压就是整流滤波后的电压，其输出电压就是稳压管的稳定电压。

按照图2的电路图中，上“正”下“负”的电流方向，给蓄电池7充电。

逆变器8：将蓄电池7输出的直流电转换为高速电机10所需的交流电。

变频器9：直接对高速电机10的转速进行控制。

在发动机冷启动阶段，由蓄电池7向高速电机10供电，并由高速电机10带动压气机11转动，向发动机提供大量压缩空气，提高进气充量，对提高发动机瞬态响应性能，改善燃烧，减少排气烟度有着重要意义。在发动机高速低负荷运转时，如果能高效率地收集二级废气中的能量，将这部分能量通过整流、滤波、稳压的策略回收到蓄电池7中，转换为蓄电池7的电能，则既减少了发动机充电油耗，又提高了燃油利用率，达到了环保节能的目的。

上列较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种混合涡轮增压余热利用提高瞬态响应的试验装置，其特征在于：包括控制器、发动机、涡轮增压器、发电机、蓄电池、高速电机、增压管路，所述涡轮增压器的叶轮端的输入端连接有进气管，涡轮增压器的叶轮端的输出端经入气管与发动机的入气口相连接，发动机废气排出口经管路与涡轮增压器的涡轮端的输入端相连接，涡轮增压器的涡轮端的输出端连接有排气管，所述排气管上设置有动力涡轮，动力涡轮与发电机相连接，发电机依次通过整流电路、滤波电路、稳压电路与蓄电池的输入端电性连接，蓄电池的输出端依次电性连接逆变器、变频器、高速电机，所述增压管路上依次设置有压气机、电磁阀，压气机由高速电机驱动，增压管路输入端与进气管相连接，增压管路输出端与入气管相连接，所述发动机上设置有曲轴转速传感器，所述蓄电池、高速电机、发动机、逆变器、变频器、曲轴转速传感器均与控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的混合涡轮增压余热利用提高瞬态响应的试验装置，其特征在于：所述进气管上设置有过滤器。

3.根据权利要求2所述的混合涡轮增压余热利用提高瞬态响应的试验装置，其特征在于：所述入气管上设置有中冷器。

4.根据权利要求3所述的混合涡轮增压余热利用提高瞬态响应的试验装置，其特征在于：所述动力涡轮的尺寸小于涡轮增压器中涡轮的尺寸。

5.根据权利要求4所述的混合涡轮增压余热利用提高瞬态响应的试验装置，其特征在于：所述动力涡轮与发电机通过联轴器耦合。