CN207761809U - 一种提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构与一种发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构，包括高压气支管以及设置于高压气支管上的电磁阀，高压气支管的进气端连通于空气压缩机与储气筒之间的高压管路中，高压气支管的出气端连通于发动机的进气歧管，电磁阀连接于发动机控制单元。本方案充分利用发动机低转速时气制动系统效力过剩，发动机配备的空气压缩机增压空气存在浪费的条件，采用电磁阀控制将一小部分高压空气由高压气支管引入发动机的进气歧管中，电磁阀的开关受发动机控制单元的控制，以保证高压空气在合适的时间、以适当的进气量与原涡轮增压器后的气体混合，以增加进气压力，从而提高发动机低转速时燃烧效率，降低碳烟及提升动力性。本实用新型还公开了一种发动机。

Description

一种提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构与一种发动机

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，尤其涉及一种提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构与一种发动机。

背景技术

随着国家路网建设的不断完善及环保意识的不断加强，现代商用汽车对时效性、动力性、经济性和排放等方面提出了越来越高的要求，特别是前三项，在发动机布置空间没有较大变化的前提下，如何提高发动机的额定功率和最大扭矩是一个重要课题。此时，涡轮增压技术应运而生。涡轮增压器是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量，它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增大，废气排出速度与涡轮转速也同步增加，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

目前，涡轮增压柴油机的使用越来越广泛，95％以上的柴油发动机已配置有涡轮增压器，非涡轮增压柴油机将会被淘汰或被汽油机取代。配备涡轮增压器的柴油发动机具有如下优点：

(1)、提高发动机升功率，在发动机排量不变的情况下可以通过增加进气密度，让发动机可以多喷油，从而提高发动机的功率，加装增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20％～30％，反之，在同样的功率输出的要求下可以降低发动机的缸径，缩小发动机的体积和重量。

(2)、改善发动机的排放，涡轮增压器发动机通过改善发动机的燃烧效率，减少发动机废气中颗粒物和氮氧化物等有害成分的排放，是柴油发动机达到高排放标准不可缺少的配置。

(3)、提供高原补偿的功能，部分高海拔地区，海拔越高，空气越稀薄，带涡轮增压器的发动机就可以克服因高原空气稀薄导致的发动机功率下降的问题。

(4)、提高燃油经济性，降低油耗，由于带涡轮增压器的发动机燃烧性能更好，可以节省燃油3％～5％。

涡轮增压器根据蜗壳的大小分为大蜗壳涡轮增压器和小蜗壳涡轮增压器。小蜗壳涡轮增压器的涡轮叶片较小，所需推动的力量小，转动更快，能在更低发动机转速下达到预期增压值，缺点是高转速下涡轮转速过高，逐渐形成起反作用的surge效应，导致增压效能降低，扭矩调头下降，不能支持高转速的高扭力。而大蜗壳涡轮增压器恰恰相反，由于目前商用车特别是轻型商用车对于最高车速和高速动力性要求越来越高，而从布置、节油和排放角度考虑，小排量柴油机无疑更有优势，所以往往匹配大蜗壳涡轮增压器弥补自身的排量缺陷，以满足用户对高速功率和扭矩的需求。但涡轮叶片越大，所需推动的力量越大，在发动机高转速工况下进气增压效果非常好，但在低转速工况下，由于排气量小，推力不足，涡轮增压器无法起到有效的增压作用并且因为惯性大，动力迟滞严重，起步慢、提速弱，不能满足用户对于起步加速、超车和坡道起步的要求。

现有的涡轮增压器存在以下缺陷：

(1)、低速性能差，涡轮增压器由于结构限制，无法实现在全发动机转速范围内都发挥很大的功效，尤其是低速动力性无法充分满足用户的需要。当涡轮增压柴油机在降低转速运行时，排气量不足以驱动叶轮压缩太多空气进入发动机内，进气压力低、进气量不足导致无法满足气缸燃烧对空气量的要求，就会产生燃烧冒黑烟、排气温度和零部件温度高、扭矩不足等后果。此外，在低速时，涡轮具有质量，因此涡轮的惯性制约了涡轮在低转速的性能，存在“涡轮延迟”，用户明显会感觉低速加速无力以及滞后，起步慢、提速弱，很多情况下不得不通过加大主减速比牺牲经济性来提升低速性能。

(2)、发动机低转速时对于制动的需求较少，高压空气供给存在富余，过多的压缩空气通过泄压阀排到空气中，产生浪费，频繁泄压产生的噪声也容易影响用户驾乘舒适性。

(3)、发动机低转速时，涡轮增压器几乎不起作用，过量空气系数小，燃烧容易产生颗粒和碳烟，有时候为了改善排放，会通过ECU限制功率和扭矩的输出，进一步影响发动机低转速时的性能表现。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供了一种提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构，旨在解决涡轮增压发动机低转速时进气增压效果不明显，导致扭矩偏小且迟滞感严重，导致加速无力、动力不足的问题，并且能够在一定程度上改善排放。本实用新型还提供了一种包括上述结构的发动机。

为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构，包括高压气支管以及设置于所述高压气支管上的电磁阀，所述高压气支管的进气端连通于空气压缩机与储气筒之间的高压管路中，所述高压气支管的出气端连通于发动机的进气歧管，所述电磁阀连接于发动机控制单元。

优选地，在上述提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构中，所述高压气支管的出气端连通于涡轮增压器与所述进气歧管之间的进气管路。

优选地，在上述提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构中，所述进气管路设置有中冷器，所述高压气支管的出气端连通于所述中冷器与所述进气歧管之间的所述进气管路。

优选地，在上述提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构中，还包括用于检测发动机转速的转速检测装置以及用于检测发动机进气压力的压力检测装置，所述转速检测装置和所述压力检测装置均连接于所述发动机控制单元。

优选地，在上述提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构中，还包括用于检测所述储气筒中气压的高压检测装置，所述高压检测装置连接于所述发动机控制单元。

本实用新型提供的一种提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构，包括高压气支管以及设置于高压气支管上的电磁阀，高压气支管的进气端连通于空气压缩机与储气筒之间的高压管路中，高压气支管的出气端连通于发动机的进气歧管，电磁阀连接于发动机控制单元。

本方案充分利用发动机低转速时气制动系统效力过剩，发动机配备的空气压缩机增压空气存在浪费的条件，采用电磁阀控制将一小部分高压空气由高压气支管引入发动机的进气歧管中，电磁阀的开关受发动机控制单元的控制，以保证高压空气在合适的时间、以适当的进气量与原涡轮增压器后的气体混合，以增加进气压力，提高进气密度，从而提高发动机低转速时燃烧效率，降低碳烟及提升扭矩和动力性。

本实用新型还提供了一种包括上述提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构的发动机。该发动机产生的有益效果的推导过程与上述提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构所带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

优选地，上述发动机为柴油发动机。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本实用新型具体实施例中的提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构的示意图。

图1中：

1-发动机、2-涡轮增压器、3-中冷器、4-进气歧管、5-空气压缩机、6-储气筒、7-电磁阀、8-高压气支管、9-进气管路、10-高压管路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1，图1为本实用新型具体实施例中提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构的示意图。

在一种具体实施例方案中，本实用新型提供了一种提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构，该结构包括高压气支管8以及设置于高压气支管8上的电磁阀7，高压气支管8的进气端连通于空气压缩机5与储气筒6之间的高压管路10中，高压气支管8的出气端连通于发动机1的进气歧管4，电磁阀7连接于发动机控制单元。

本方案充分利用发动机低转速时气制动系统效力过剩，发动机1配备的空气压缩机5增压空气存在浪费的条件，采用电磁阀7控制将一小部分高压空气由高压气支管8引入发动机1的进气歧管4中，电磁阀7的开关受发动机控制单元的控制，以保证高压空气在合适的时间、以适当的进气量与原涡轮增压器2后的气体混合，以增加进气压力，提高进气密度，从而提高发动机低转速时燃烧效率，降低碳烟及提升扭矩和动力性。

优选地，本方案中的高压气支管8的出气端连通于涡轮增压器2与进气歧管4之间的进气管路9，如图1所示，如此设置，可以便于高压气支管8的出气端与进气歧管4的连通布置。当然，本方案中还可以将高压气支管8的出气端直接连通于进气歧管4，可实现同样的效果，本文不再赘述。

需要说明的是，涡轮增压器2增压之后的空气温度升高，为了使进气温度处于最优范围内，优选地，进气管路9还设置有中冷器3，如图1所示，高压气支管8的出气端则连通于中冷器3与进气歧管4之间的进气管路9。

优选地，本方案提供的提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构还包括用于检测发动机转速的转速检测装置以及用于检测发动机进气压力的压力检测装置，转速检测装置和压力检测装置均连接于发动机控制单元。发动机控制单元通过分析发动机1的当前发动机转速和进气压力后，来判断是否需要补充高压气体以及需要多少高压气体，再结合高低压管路的压差来精确控制电磁阀7的开启时刻和时长，从而实现预期的进气量同中冷后的空气汇合后一起进入发动机1的进气歧管4，使得进气量和过量空气系数在预期范围内，保证燃烧的可控性。

优选地，本方案还包括用于检测储气筒6中气压的高压检测装置，高压检测装置连接于发动机控制单元，当高压检测装置检测到储气筒6中的气压小于进气管路9中的气压时，则发动机控制单元不会控制电磁阀7打开，避免空气从进气管路9倒流进入储气筒6中。

如图1所示，当发动机1的转速较低时，涡轮增压器2增压效果部明显，进气不足导致发动机功率、扭矩维持在较低水平，无法很好地满足用户对于起步和加速的性能需求，并且由于动力跟不上也容易将叶片惯性带来的加速迟滞感放大，而此时空气压缩机5所产生的高压空气则源源不断地输送给储气筒6，但车速较低情况下对制动的效力需求并不高，因此储气筒6中压缩空气达到一定气压时就泄压排到大气中去，既存在浪费且频繁放气也容易造成用户舒适度的降低。在这种情况下，本方案在空气压缩机5连接储气筒6的高压管路10中设计了一个高压气支管8连接到发动机1的进气歧管4前，同中冷器3后的空气汇合一处进入发动机1内。该高压气支管8的通断由电磁阀7来控制，发动机控制单元通过分析发动机1的当前发动机转速和进气压力后，来判断是否需要补充高压空气以及需要补充多少高压空气，再结合高低压管路的压差来精确控制电磁阀7的开启时刻和开启时长，从而实现预期的进气量同中冷后空气汇合后一起进入进气歧管4，有效提升进气压力，提升发动机低转速下的功率和扭矩，并且该方案形成的高压气体几乎不存在响应延迟，所以加速响应性非常好。

本实用新型针对商用车特别是轻型商用车偏顾高速性能，低速性能无法很好兼顾的问题，设计了在低速时将富余的高压空气经电磁阀引入到进气歧管以提升涡轮增压发动机低转速扭矩的新结构，既能大幅度提升低速进气增压度以提升动力性，又能消除涡轮增压器叶片惯性带来的加速延迟，并能改善排放性能。

本实用新型具有以下优点：

(1)、本实用新型将低车速情况下过剩的气制动系统的高压气体利用到发动机进气系统中，在涡轮增压器无法很好起作用的时候提供高压缩比空气，避免浪费，降低了储气筒排气频率；

(2)、本实用新型在涡轮增压器无法提供足够进气压力的情况下，将气制动系统用高压气体通过发动机控制单元控制、电磁阀执行以适量的引入进气系统，提升进气压力，增加过量空气系数，提高燃烧效率，改善低速动力性；

(3)、提高进气压力和进气量后，有利于改善燃烧过程，减少不正常燃烧，降低颗粒和碳烟等的形成。

本实用新型还提供了一种包括上述提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构的发动机。该发动机产生的有益效果的推导过程与上述提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构所带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

优选地，在本具体实施例方案中，上述发动机为柴油发动机。当然，本方案还可以将上述提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构应用于汽油发动机中，其同样能够产生上述有益效果，本文不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构，其特征在于，包括高压气支管(8)以及设置于所述高压气支管(8)上的电磁阀(7)，所述高压气支管(8)的进气端连通于空气压缩机(5)与储气筒(6)之间的高压管路(10)中，所述高压气支管(8)的出气端连通于发动机(1)的进气歧管(4)，所述电磁阀(7)连接于发动机控制单元。

2.根据权利要求1所述的提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构，其特征在于，所述高压气支管(8)的出气端连通于涡轮增压器(2)与所述进气歧管(4)之间的进气管路(9)。

3.根据权利要求2所述的提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构，其特征在于，所述进气管路(9)设置有中冷器(3)，所述高压气支管(8)的出气端连通于所述中冷器(3)与所述进气歧管(4)之间的所述进气管路(9)。

4.根据权利要求1所述的提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构，其特征在于，还包括用于检测发动机转速的转速检测装置以及用于检测发动机进气压力的压力检测装置，所述转速检测装置和所述压力检测装置均连接于所述发动机控制单元。

5.根据权利要求1所述的提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构，其特征在于，还包括用于检测所述储气筒(6)中气压的高压检测装置，所述高压检测装置连接于所述发动机控制单元。

6.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的提升涡轮增压发动机低转速扭矩的结构。

7.根据权利要求6所述的发动机，其特征在于，所述发动机为柴油发动机。