[發(fā)明專利]一種車用渦輪增壓系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510026410.8
• 申請(qǐng)日: 2015-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN104612815B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜愛民;邵長(zhǎng)慧;朱忠攀;邵達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): F02B37/04
• 分類號(hào): F02B37/04;F02B41/04
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31225
• 代理人: 葉敏華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓領(lǐng)域，尤其是涉及一種車用渦輪增壓系統(tǒng)。

背景技術(shù)

汽車渦輪增壓技術(shù)有助于提升發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率和熱效率，并被廣泛運(yùn)用于車用發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品之上。目前這種增壓技術(shù)往往通過(guò)渦輪增壓器一端的渦輪機(jī)的廢氣流量調(diào)節(jié)來(lái)控制同軸的增壓器向內(nèi)燃機(jī)輸送增壓空氣量，但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化，這種控制方法難以充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量或滿足發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣需求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)發(fā)動(dòng)機(jī)加速遲滯問(wèn)題：由于葉輪的慣性作用對(duì)油門瞬間變化反應(yīng)遲緩的缺陷，從駕駛員操作油門加速到渦輪增壓器做出反應(yīng)增加進(jìn)氣量會(huì)存在時(shí)間差，一般經(jīng)過(guò)改良的渦輪增壓也要至少2秒左右來(lái)增加或者減少發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出。

2)城市工況下頻繁起停問(wèn)題：受城市工況交通信號(hào)燈以及道路交通流量等因素影響，發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁起停并在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，該情況下不適合傳統(tǒng)渦輪增壓器發(fā)揮進(jìn)氣增壓作用。以斯巴魯翼豹的渦輪增壓器舉例，它的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速是在3500轉(zhuǎn)左右，最明顯的動(dòng)力輸出點(diǎn)則是在4000r/min左右，而一般城市工況發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速在2000-3000r/min之間，汽車起步時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在800-1000r/min之間，顯然不能有效驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器。

3)高速工況下的能量流失問(wèn)題：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高速工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣流速和溫度都比較高，渦輪增壓器可提供的增壓能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣增壓需求，不得不通過(guò)降低增壓效率的方式來(lái)滿足工況需求，造成了能量流失。

4)較低速時(shí)增壓效果不明顯問(wèn)題：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在較低速運(yùn)行時(shí)，廢氣能量小，增壓器增壓效果不明顯，加之維修費(fèi)用高，性價(jià)比降低。

基于以上研究背景，本文提出了基于行星齒輪機(jī)構(gòu)的渦輪增壓系統(tǒng)，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)渦輪增壓的缺陷問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種車用渦輪增壓系統(tǒng)，本發(fā)明的系統(tǒng)能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況需求提供合適的進(jìn)氣增壓控制策略，合理地為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣增壓的同時(shí)進(jìn)行廢氣能量的回收，適用于汽車在不同工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓控制，合理利用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量，具有節(jié)能效果。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種車用渦輪增壓系統(tǒng)，包括渦輪與壓氣機(jī)，所述的渦輪設(shè)置在渦輪室內(nèi)，渦輪室的進(jìn)氣口與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管相連，渦輪室的排氣口接在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管上，所述的壓氣機(jī)的進(jìn)氣口與空氣濾清器管道相連，壓氣機(jī)的排氣口接在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管上；還包括電機(jī)與行星齒輪機(jī)構(gòu)，所述的行星齒輪機(jī)構(gòu)由齒圈、行星輪、太陽(yáng)輪及行星架組成，所述的太陽(yáng)輪設(shè)在齒圈的中心，所述的行星輪嚙合在太陽(yáng)輪與齒圈之間，所述的行星輪安裝在行星架上，所述的渦輪和壓氣機(jī)通過(guò)一套行星齒輪機(jī)構(gòu)聯(lián)接，同時(shí)將行星齒輪機(jī)構(gòu)外接電機(jī)進(jìn)行增壓調(diào)節(jié)。其中行星齒輪機(jī)構(gòu)與渦輪、壓氣機(jī)以及電機(jī)的連接方式共包括以下八種技術(shù)方案。

方案一：所述的太陽(yáng)輪與電機(jī)連接，所述的齒圈與渦輪連接，所述的行星架與壓氣機(jī)連接。該方案可以采用以下四種模式進(jìn)行。

模式1：動(dòng)力從齒圈和太陽(yáng)輪輸入，由行星架輸出。即渦輪和電機(jī)共同帶動(dòng)壓氣機(jī)工作，該模式適用于加速工況。

模式2：齒圈固定，動(dòng)力從太陽(yáng)輪輸入，由行星架輸出。即電機(jī)單獨(dú)帶動(dòng)壓氣機(jī)工作。該模式適用于起動(dòng)和怠速工況。但由于該模式為降速傳動(dòng)，可在電機(jī)前加裝增速器。

模式3：動(dòng)力從齒圈輸入，由太陽(yáng)輪和行星架輸出。即渦輪在帶動(dòng)壓氣機(jī)的同時(shí)，多余的能量由電機(jī)回收發(fā)電，該模式適用于高速工況。

模式4：將齒圈和太陽(yáng)輪結(jié)合為一體，以渦輪的轉(zhuǎn)速作為動(dòng)力輸入，由連接行星架的壓氣機(jī)輸出，傳動(dòng)比為1。即該模式與傳統(tǒng)渦輪增壓方式相同。

方案二：所述的太陽(yáng)輪與壓氣機(jī)連接，所述的齒圈與渦輪連接，所述的行星架與電機(jī)連接。該方案可以采用以下四種模式進(jìn)行。

模式1：動(dòng)力從齒圈和行星架輸入，由太陽(yáng)輪輸出。即渦輪和電機(jī)共同帶動(dòng)壓氣機(jī)工作。該模式適用于加速工況。

模式2：齒圈固定，動(dòng)力從行星架輸入，由太陽(yáng)輪輸出。即電機(jī)單獨(dú)帶動(dòng)壓氣機(jī)工作。該模式適用于起動(dòng)和怠速工況。

模式3：動(dòng)力從齒圈輸入，由太陽(yáng)輪和行星架輸出。即渦輪在帶動(dòng)壓氣機(jī)的同時(shí)，多余的能量由電機(jī)回收發(fā)電。該模式適用于高速工況。

模式4：將齒圈和行星架結(jié)合為一體，以渦輪的轉(zhuǎn)速作為動(dòng)力輸入，由連接太陽(yáng)輪的壓氣機(jī)輸出，傳動(dòng)比為1。即該模式與傳統(tǒng)渦輪增壓方式相同。

方案三：所述的太陽(yáng)輪與電機(jī)連接，所述的齒圈與壓氣機(jī)連接，所述的行星架與渦輪連接。該方案可以采用以下四種模式進(jìn)行。