CN212130613U - 高压涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型旨在解决燃油发动机燃烧效率低，尾气污染严重的问题。提出了燃油发动机高压、稳压进气的概念，提供了一种燃油发动机尾气前处理技术，通过提高燃烧效率，减少了尾气污染物的排放，有效解决了燃油发动机NOx生成与CO、CH、烟尘生成之间此消彼长的矛盾。本实用新型采用两级增压器提高发动机进气压力，其中第二级增压器采用小功率电动空气增压器并联自然进气系统，取代大功率电动空气增压器，作为尾气涡轮增压器的进气增压器，用于大流量进气时弥补小功率电动空气增压器供气不足之需，不增加电瓶和发电机容量，不改变发动机结构，实现发动机高压、稳压供气。

Description

高压涡轮增压器

技术领域

本实用新型属于发动机涡轮增压器技术领域，尤其是涉及一种高压涡轮增压器。

背景技术

现有的很多发动机都配置尾气涡轮增压器，由发动机尾气吹动涡轮机带动压缩机高速旋转产生高压空气，使发动机动力大大提高。然而，尾气涡轮增压器的空气输出受自身结构、发动机排气流量和空气滤清器阻力的限制。低转数时涡轮增压器不介入，发动机进气口出现负压进气现象，高转数时由于过滤网的阻力产生压差，涡轮增压器进气口出现负压进气现象，涡轮增压器输出压力很难再提高。所以发动机进气压力不稳定，不能满足柴油发动机高压进气的需要。导致发动机燃烧效率低，尾气污染严重等等问题依然存在。如果采用更大功率的电动空气增压器供气，则需要匹配大功率高压电瓶和发电机供电。目前的燃油车不具备这样的条件。如何提高涡轮增压器的输出压力和流量、消除负压进气现象，提高发动机热效率、减少尾气排放污染，成为急待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在解决柴油发动机进气不足、燃烧效率低，尾气污染严重的问题，具体是提供一种高压涡轮增压器。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型采用空气增压器为尾气涡轮增压器供气，通过两级增压的方法提高涡轮增压器输出压力，解决发动机负压进气和压力不稳定的问题；

一种高压涡轮增压器，包括尾气涡轮增压器、空气增压器；其特征在于：所述尾气涡轮增压器进气口，通过三通或者腔室连通空气增压器出气口；所述三通的侧口上连接或设置有过滤网，或者所述腔室由过滤网围成；所述空气增压器进气口连通进气过滤网；所述空气增压器为电动空气增压器或者机械空气增压器，所述电动空气增压器的电动机连接控制器，由所述控制器控制所述电动空气增压器的工作状态。

进一步，所述电动空气增压器或所述机械空气增压器包括：离心风机结构、涡轮风机结构、轴流风机结构、转子结构、气动马达结构、腰轮结构、螺旋桨结构、活塞结构的一种；所述尾气涡轮增压器压缩机包括：单级叶轮或双级叶轮或多级叶轮压缩机的一种。

进一步，所述控制器是正、反转调速控制器，所述电动空气增压器的电动机是正、反转可控的调速电动机。

所述控制器电源输入端连接电瓶、输出端连接所述电动空气增压器电动机，控制电动空气增压器电动机正反转转速和启停。

进一步，所述控制器设置在电动空气增压器进气口或出气口一侧的的空气流道中，增压器的进气或排气高速气流为控制器散热，延长控制器寿命。

进一步，所述三通侧口的过滤网设有第一进气单流阀。

进一步，所述控制器设置或者连接开关、电源控制器或继电器，控制所述控制器的电源通断。

所述电源控制器或继电器可以受汽车发动机总电源控制，汽车停机断电时所述控制器的电源断开，降低汽车停机耗电。

进一步，所述高压涡轮增压器出口连接发动机进气口，所述控制器信号输入端连接节气门传感器或油门传感器或发动机转速传感器或喷油脉冲信号传感器或者手动电位器,由传感器信号或者手动电位器信号控制电动空气增压器的转速、启停；还包括所述电位器通过导线延伸设置在外壳之外的任意位置。

所述电动空气增压器电动机是正、反转可控的。所述控制器是直流电控制器或者三相电控制器，可以控制电动增压器电动机的转速、启停、正反转。由控制器内部指令或者外部信号控制所述电动机正、反转或者启停。所述电动空气增压器的控制器可以设置在整体过滤网内部或外部。优选控制器设置在过滤网内部，过滤网外部只保留出气口、电信号接口和必要的调节旋钮。

进一步，在所述尾气涡轮增压器出口上连接或者设置第二三通，所述第二三通的侧口，连通进气口带过滤网的第二进气单流阀的出口；所述第二进气单流阀的进气口通过过滤网与外部连通，或者连通所述尾气涡轮增压器进气口，与所述尾气涡轮增压器共用一个过滤网，或者所述第二三通和进气单流阀包裹在整体过滤网内部。

尾气涡轮增压器与发动机之间的三通和第二进气单流阀为第二级进气装置。当发动机低速运行时，尤其是怠速时，电动空气增压器还没有启动，尾气涡轮增压器没有介入，进气流量达不到发动机进气需要，会形成短时负压进气，燃烧效率低、排气污染严重。此时第二进气单流阀打开，满足发动机低速时的进气需要。发动机进气口压力升高后，第二级单流阀自动关闭，保持发动机高压进气。

所述进气单流阀的进气口连通所述尾气涡轮增压器进气口时，通过尾气涡轮增压器进气过滤网和电动空气增压器进气。有效消除所述尾气涡轮增压器低转速时的负压进气现象。

进一步，所述三通或者腔室出口在外，其余部分包裹在整体过滤网内部，所述整体过滤网由中间隔板分割为，自然进气整体过滤网和电动空气增压器进气整体过滤网，所述电动空气增压器设置在所述隔板上，其进气口连通电动空气增压器进气整体过滤网，其出气口通过腔室或者所述三通连通自然进气整体过滤网，和所述尾气空气增压器进气口。还包括控制器设置在过滤网内部，电源及电信号接口和调节旋钮设置在过滤网外部的。

所述三通为单独的三通或带进气单流阀的三通。

所述三通和电动空气增压器可以设置独立的两个进气过滤网，也可以设置一个整体过滤网。设置整体过滤网可以简化本实用新型的结构，缩小体积，将所有部件都设置在一起，方便调试安装。

进一步，所述涡轮增压器上设置水冷却装置。

所述水冷却装置是设置在所述涡轮增压器外壳的水循环系统，通过水循环或者水蒸发冷却降低涡轮增压器温度。

与现有技术相比，本实用新型的优势在于：

本实用新型采用两级增压器提高发动机进气压力，其中第二级增压器采用小功率电动空气增压器并联自然进气系统，取代大功率电动空气增压器，作为尾气涡轮增压器的进气增压器，用于大流量进气时弥补小功率电动空气增压器供气不足之需，不增加电瓶和发电机容量，不改变发动机机构，实现发动机高压、稳压供气。

附图说明

图1是本实用新型实施例设有三通的高压涡轮增压器结构示意图；

图2是本实用新型实施例设有第二三通的高压涡轮增压器结构示意图；

图3是本实用新型实施例设有水冷却装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例设有腔室的高压涡轮增压器结构示意图；

图5是本实用新型实施例设有整体过滤网的结构示意图。

其中：

1、尾气涡轮增压器；2、三通；3、电动空气增压器；

4、电动空气增压器进气过滤网；5、第一进气单流阀；

6、自然进气过滤网；7、高压涡轮增压器出气口；

8、控制器；9、第二三通；10、第二进气单流阀；

11、连接管；12、腔室孔；13、腔室；14、腔室过滤网；15、冷却装置；

16、整体过滤网；17、自然进气整体过滤网；

18、电动空气增压器进气整体过滤网。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，当零部件被称为“固定”在另一个零部件上，它可以直接在另一个零部件上，或者也可以存在居中的零部件。当一个零部件被描述为“连接”另一个零部件，它可以是直接连接到另一个零部件，或者也可以存在居中的零部件。当一个零部件被描述为“设置”在另一个零部件上，它可以是直接设置上另一个零部件上或者可能同时存在居中零部件。

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型做进一步说明。

本实用新型旨在解决燃油发动机燃烧效率低，尾气污染严重的问题。提出了燃油发动机高压、稳压进气的概念，提供了一种燃油发动机尾气前处理技术。具体是：采用两级增压提高涡轮增压器输出压力，实现发动机高压、稳压进气。特点是：采用小功率电动空气增压器并联自然进气系统，作为尾气涡轮增压器的进气增压器，增加输出压力和流量，弥补了尾气涡轮增压器发动机低速时不介入的缺陷，同时兼顾了高转数大流量进气的需要。在不增加电瓶和发电机容量，不改变发动机结构的条件下，实现了高压、稳压进气，尤其适用于柴油机供气。

实施例1：

如图1所示为本实用新型实施例1的设有三通的高压涡轮增压器结构示意图。

尾气涡轮增压器1进气口，通过三通2连通电动空气增压器3的出气口，所述三通2的侧口连接带第一进气单流阀5的自然进气过滤网6，所述电动空气增压器3进气口设置过滤网4与外部连通，所述电动空气增压器3连接控制器8，由所述控制器8控制所述增压器3的工作状态。

所述电动空气增压器包括：离心风机结构、涡轮风机结构、轴流风机结构、转子结构、气动马达结构、腰轮结构、螺旋桨结构、活塞结构的一种；所述尾气涡轮增压器压缩机包括：单级叶轮或双级叶轮或多级叶轮压缩机的一种。

所述控制器8设置或者连接开关、电源控制器或继电器，控制所述控制器8的电源通断。

所述电源控制器或继电器可以受汽车发动机总电源控制，汽车停机断电时所述控制器的电源断开，降低汽车停机耗电。

或者：所述控制器8信号输入端连接节气门传感器或油门传感器或发动机转速传感器或喷油脉冲信号传感器或者手动电位器,由传感器信号或者手动电位器信号控制电动空气增压器的转速、启停；还包括所述电位器通过导线延伸设置在外壳之外的任意位置。

所述电动空气增压器电动机是正、反转可控的。所述控制器8是直流电控制器或者三相电控制器，可以控制电动增压器电动机的转速、启停、正反转。由控制器8内部指令或者外部信号控制所述电动机正、反转或者启停。所述电动空气增压器的控制器8可以设置在整体过滤网内部或外部。优选控制器设置在过滤网内部，过滤网外部只保留出气口、电信号接口和必要的调节旋钮。

实施例1的工作原理为：尾气涡轮增压器1功率较大，如果匹配同等功率的电动空气增压器3实现高压输出，必须匹配高压大容量电瓶和发电机，改造现有的发动机结构，现有的燃油车不具备这样的条件。本实用新型采用小功率电动空气增压器3并联自然进气系统，为尾气涡轮增压器1增压供气，提高发动机进气压力。所述的自然进气系统即电动空气增压器3和尾气涡轮增压器1之间设置三通2和自然进气过滤网6，包括带第一进气单流阀5的自然进气过滤网6。当大流量进气时小功率电动空气增压器3不能满足发动机进气流量需要，会在尾气涡轮增压器1进口形成负压进气现象。此时三通2侧口的自然进气过滤网6开始进气，形成自然进气和电动空气增压器3两路并联同时进气，大大消除负压进气现象，满足发动机高速运行的进气需要。并且不需要增大电瓶和发电机容量，不需要改变发动机结构，以较低成本实现高压供气，满足了发动机高、低转速时的稳压和高压供气需要。尤其满足了柴油发动机的高压进气需求，可以大大提高柴油发动机的燃烧效率、减少排放污染。

采用本实用新型实施例1在柴油长城h5、柴油五十铃和大运柴油重卡试验车上应用1年，效果良好。无任何异常现象，解决了柴油发动机NOx生成与烟尘生成之间此消彼长的矛盾。在国内首先实现了燃油发动机尾气排放烟尘和NOx同步降低排放和同步超低排放的目标。减排效果十分明显。

柴油试验车尾气检测报告证明：

柴油重卡NOx排放降低到31，是国五排放标准的31/1500；

烟尘排放降低到0.54；是国五排放标准的0.54/1.2；

柴油皮卡烟尘排放降低到0.08；是国五排放标准的0.08/1.2；

因此，本实用新型成功实现了燃油发动机尾气排放CO、CH、烟尘和NOx排放同步降低的目标，是解决燃油发动机尾气排放污染问题的有效手段。

实施例2：

如图2所示为本实用新型实施例2，在所述尾气涡轮增压器上连接第二三通的高压涡轮增压器结构示意图；

在实施例1的基础上，在所述尾气涡轮增压器1上连接第二三通9，所述第二三通9的侧口连通第二进气单流阀10，进气口通过连接管11连通三通2，即与尾气涡轮增压器1的进气口、电动空气增压器3的出气口和带第一进气单流阀5的自然进气过滤网6之间建立通路；所述第二三通9的出口作为高压涡轮增压器出口7。

尾气涡轮增压器1与发动机之间设置第二三通9和第二进气单流阀10为第二级进气装置。当发动机低速运行时，尤其是怠速时，电动空气增压器3还没有启动，尾气涡轮增压器1没有介入，进气流量达不到发动机进气需要，会形成短时负压进气，燃烧效率低、排气污染严重。此时第二进气单流阀10打开，满足发动机低速时的进气需要。发动机进气口压力升高后，第二进气单流阀10自动关闭，保持发动机高压进气。

实施例3：

如图3所示为本实用新型实施例在所述尾气涡轮增压器上设置水冷却装置的高压涡轮增压器结构示意图；

在实施例1或2的基础上在所述尾气涡轮增压器1上设置水冷却装置16，所述水冷却装置是设置在所述涡轮增压器外壳的水循环系统，可以是一个敞口的外部水套或者有进、出口的可循环水套，可以随时加水。水套内部加水可以降低尾气涡轮增压器1的温度。所述水套和尾气涡轮增压器外壳1选用耐高温、防冻裂材料，不会因为低温冻裂、高温损坏。

实施例4：

如图4所示是本实用新型实施例设有腔室的高压涡轮增压器结构示意图；所述尾气涡轮增压器1进气口通过腔室13连通电动空气增压器3出气口；所述腔室13由设置有腔室孔12的腔室过滤网14围成；所述电动空气增压器3进气口连通进气过滤网4；所述电动空气增压器3的电动机连接控制器8，由所述控制器8控制所述电动空气增压器3的工作状态。

实施例5：

所述三通2和电动空气增压器3可以设置独立的两个进气过滤网，也可以设置一个整体过滤网。设置整体过滤网可以简化本实用新型的结构，缩小体积，将所有部件都设置在一起，方便调试安装。如图5所示，实施例5是以电动空气增压器3进、出口为界，将整体过滤网内部用固定隔板分成两部分，构成两个空气过滤网。一个是自然进气整体过滤网17、另一个是电动空气增压器进气整体过滤网18。所述电动空气增压器3设置在所述固定隔板上，出口连通所述尾气涡轮增压器1进口和自然进气整体过滤网17，进口连通电动空气增压器进气整体过滤网18。所述电动空气增压器3的控制器8可以设置在整体过滤网内部或外部。优选控制器设置在过滤网内部。过滤网外部只保留出气口、电信号接口和必要的调节旋钮。

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 (10)

1.一种高压涡轮增压器，包括尾气涡轮增压器、空气增压器；其特征在于：所述尾气涡轮增压器进气口，通过三通或者腔室连通空气增压器出气口；所述三通的侧口上连接或设置有过滤网，或者所述腔室由过滤网围成；所述空气增压器进气口连通进气过滤网；所述空气增压器为电动空气增压器或者机械空气增压器，所述电动空气增压器的电动机连接控制器，由所述控制器控制所述电动空气增压器的工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种高压涡轮增压器，其特征在于，所述电动空气增压器或所述机械空气增压器包括：离心风机结构、涡轮风机结构、轴流风机结构、转子结构、气动马达结构、腰轮结构、螺旋桨结构、活塞结构的一种；所述尾气涡轮增压器压缩机包括：单级叶轮或双级叶轮或多级叶轮压缩机的一种。

3.根据权利要求1所述的一种高压涡轮增压器，其特征在于，所述控制器是正、反转调速控制器，所述电动空气增压器的电动机是正、反转可控的调速电动机；所述控制器电源输入端连接电瓶、输出端连接所述电动空气增压器电动机，控制电动空气增压器电动机正反转转速和启停。

4.根据权利要求1所述的一种高压涡轮增压器，其特征在于，所述控制器设置在所述电动空气增压器进气口或出气口一侧空气流道中。

5.根据权利要求1所述的一种高压涡轮增压器，其特征在于，所述三通侧口的过滤网设有第一进气单流阀。

6.根据权利要求1所述的一种高压涡轮增压器，其特征在于，所述控制器设置或者连接开关、电源控制器或继电器，控制所述控制器的电源通断。

7.根据权利要求1所述的一种高压涡轮增压器，其特征在于，所述控制器信号输入端连接节气门传感器或油门传感器或发动机转速传感器或喷油脉冲信号传感器或者手动电位器, 由传感器信号或者手动电位器信号控制电动空气增压器的转速、启停；还包括所述电位器通过导线延伸设置在外壳之外的任意位置。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7任一项所述的一种高压涡轮增压器，其特征在于，在所述尾气涡轮增压器出口上连接或者设置第二三通，所述第二三通的侧口，连通第二进气单流阀的出口；所述第二进气单流阀的进气口通过过滤网与外部连通，或者连通所述尾气涡轮增压器进气口，与所述尾气涡轮增压器共用一个过滤网，或者所述第二三通和进气单流阀包裹在整体过滤网内部。

9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7任一项所述的一种高压涡轮增压器，其特征在于，所述三通或者腔室出口在外，其余部分包裹在整体过滤网内部，所述整体过滤网由中间隔板分割为，自然进气整体过滤网和电动空气增压器进气整体过滤网，所述电动空气增压器设置在所述隔板上，其进气口连通电动空气增压器进气整体过滤网，其出气口通过腔室或者所述三通连通自然进气整体过滤网和所述尾气涡轮增压器进气口；控制器设置在过滤网内部，电源及电信号接口和调节旋钮设置在过滤网外部。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7任一项所述的一种高压涡轮增压器，其特征在于，所述涡轮增压器上设置水冷却装置，所述水冷却装置是设置在所述涡轮增压器外壳的水循环系统，通过水循环或者水蒸发冷却降低涡轮增压器温度。

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