[發明專利]一種渦輪增壓器的氣液協同溫控系統及溫控方法

有效

• 申請號: 202110796840.3
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113741580B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 李延昭;張金明;姜衛國;信效芬;司英杰;于效順;夏炳勛
• 申請（專利權）人: 濰坊科技學院
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20
• 代理公司: 北京華智則銘知識產權代理有限公司 11573
• 代理人: 李樹祥

本發明公開了一種渦輪增壓器的氣液協同溫控系統及溫控方法，該渦輪增壓器的氣液協同溫控系統包括中間殼、渦輪殼、壓氣機殼，渦輪殼和壓氣機殼分別布設在中間殼的兩端位置處，中間殼上靠近渦輪殼的位置處設置有冷卻管路，冷卻管路與散熱器連通用于將冷卻液引入冷卻管路內為渦輪殼內的渦輪轉子降溫冷卻，中間殼上設置有曲軸箱通風管路，曲軸箱通風管路與發動機曲軸箱連通，發動機曲軸箱內的低溫空氣引入曲軸箱通風管路內，并利用增壓器渦輪殼工作時輻射到曲軸箱通風管路內的熱量提高空氣的溫度，本發明能夠給渦輪轉子進行降溫和防止曲軸箱通風管結冰。

技術領域

本發明屬于渦輪增壓器技術領域，具體的說，涉及一種渦輪增壓器的氣液協同溫控系統及溫控方法。

背景技術

渦輪增壓器是利用發動機燃燒時產生的廢氣來推動渦輪進而帶動壓氣機葉輪轉動做功，由此達到增大發動機進氣壓力和進氣量，從而達到提升發動機功率的目的；渦輪增壓器的渦輪轉子是其做功部件，受到高溫高壓氣體及高轉速帶來的巨大離心力的作用，其工作條件十分嚴苛，是增壓器最重要的關鍵零部件之一，也是增壓器故障率最高的零部件之一；其中渦輪背盤在離心力和熱應力的綜合作用下，發生熱-機械低周疲勞斷裂的失效模式占據增壓器整機故障的15％以上。

而隨著發動機強化要求及排放法規的日益嚴格，發動機排氣溫度即渦輪機進口溫度不斷提升，導致渦輪的熱負荷不斷增大，熱應力相應增加，同時渦輪溫度的提升，也使得其材料的力學性能大幅下降；在現有結構上，發動機高速高負荷工況下渦輪背盤的低周疲勞壽命大幅降低。

應對新的增壓技術要求，如果對增壓器軸系及渦輪進行重新設計，需重新進行大量的軸系驗證工作，開發投入大量新的模具；中間殼使用隔熱罩隔離來自渦輪殼的高溫氣體，隨著發動機廢氣溫度越來越高，隔熱罩作用相對有限；因此，怎樣在現有增壓器產品平臺上，解決發動機高速高負荷工況下增壓器渦輪的可靠性，特別是降低高渦前溫度下的渦輪背盤熱應力，從而提高其低周疲勞壽命，是現有增壓技術領域技術人員急需解決的問題。

同時，為防止曲軸箱壓力過高，延長機油使用期限，減少零件磨損和腐蝕，防止發動機漏油，必須實行曲軸箱通風。此外，為滿足日益嚴格的排放要求和提高經濟性，在汽車發動機設計過程中也必須進行曲軸箱通風系統設計；曲軸箱通風管將多余空氣在壓氣機殼與經過過濾器的新鮮空氣進行匯合；發動機在冬季天氣使用時，現有的曲軸箱通風系統若沒有相應輔助結構，會在壓氣機殼進口處出現結冰情況，故需要對其進行解凍、防結冰處理。

目前采用電加熱和水加熱都必須增加額外零部件來實現該功能，增加零部件意味著增加成本，同時增加的零部件在應用時無形中增加冷卻液的泄露、控制失效等隱患，另外增加的零部件布置不緊湊等問題。

發明內容

本發明要解決的主要技術問題是提供一種能夠給渦輪轉子進行降溫和防止曲軸箱通風管結冰的渦輪增壓器的氣液協同溫控系統，用以解決傳統技術中的增壓器，發動機廢氣溫度越來越高，隔熱罩作用有限，且不能對渦輪轉子冷卻的問題，同時發動機在冬季天氣使用時，現有的曲軸箱通風系統沒有相應輔助結構會出現結冰的情況。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

一種渦輪增壓器的氣液協同溫控系統，包括中間殼、渦輪殼、壓氣機殼，渦輪殼和壓氣機殼分別布設在中間殼的兩端位置處，中間殼上靠近渦輪殼的位置處設置有冷卻管路，冷卻管路與散熱器連通用于將冷卻液引入冷卻管路內為渦輪殼內的渦輪轉子降溫冷卻，中間殼上設置有曲軸箱通風管路，曲軸箱通風管路與發動機曲軸箱連通，發動機曲軸箱內的低溫空氣引入曲軸箱通風管路內，并利用增壓器渦輪殼工作時輻射到曲軸箱通風管路內的熱量提高空氣的溫度。

以下是本發明對上述技術方案的進一步優化：

冷卻管路包括中間殼水道，中間殼水道呈環形繞設在中間殼上，中間殼水道的進口端和出口端分別設置在中間殼同側的同一法蘭端面位置處，中間殼水道內的冷卻液繞中間殼的殼體360°進行散熱。