一種廢氣渦輪增壓器及方法

《一種廢氣渦輪增壓器及方法》是浙江吉利汽車研究院有限公司杭州分公司、浙江吉利汽車研究院有限公司、浙江吉利控股集團有限公司於2013年5月10日申請的專利，該專利的公布號為CN103266948A，公布日為2013年8月28日，發明人是孔祥銀、金吉剛、楊安志、馮擎峰。該發明涉及汽車動力設備領域。

《一種廢氣渦輪增壓器及方法》所述廢氣渦輪增壓器包括：用於壓縮空氣並通過壓縮機的出氣口將壓縮後的一部分空氣通過發動機進氣歧管送入氣缸的壓縮機；通過渦輪的轉動帶動同軸的葉輪對空氣進行壓縮的渦輪室；接收並存儲壓縮機產生的另一部分壓縮空氣、排出壓縮空氣到渦輪室的儲氣裝置；控制壓縮機和儲氣裝置間管道通斷的第一電磁閥和控制儲氣裝置和渦輪室間管道通斷的第二電磁閥；決定第一、第二電磁閥的通斷的控制器。此設計能改善傳統廢氣渦輪增壓器低速回響、泄流閥產生噪音等相關問題。

2017年12月11日，《一種廢氣渦輪增壓器及方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種廢氣渦輪增壓器及方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種廢氣渦輪增壓器及方法
• 申請人：浙江吉利汽車研究院有限公司杭州分公司、浙江吉利汽車研究院有限公司、浙江吉利控股集團有限公司
• 申請日：2013年5月10日
• 申請號：2013101741980
• 公布日：2013年8月28日
• 公布號：CN103266948A
• 發明人：孔祥銀、金吉剛、楊安志、馮擎峰
• 地址：浙江省杭州市蕭山區臨江工業園區農二場房屋206號
• 分類號：F02B37/00(2006.01)I、F02B37/12(2006.01)I
• 代理機構：北京智匯東方智慧財產權代理事務所
• 代理人：郭海彬、范曉斌
• 類別：發明專利

專利背景

眾所周知，發動機是靠燃料在汽缸內燃燒作功來產生功率的，由於輸入的燃料量受到吸入汽缸內空氣量的限制，因此發動機所產生的功率也會受到限制，如果發動機的運行性能已處於最佳狀態，再增加輸出功率只能通過壓縮更多的空氣進入汽缸來增加燃料量，從而提高燃燒作功能力。

2013年前的技術條件下，要使發動機在工作效率不變的情況下增加輸出功率，需要一種對空氣進行壓縮並送入氣缸的機械裝置。

廢氣渦輪增壓器就是這樣一種裝置，其是通過壓縮空氣來增加發動機的進氣量。渦輪增壓裝置主要是由渦輪室和增壓器組成。首先是渦輪室的進氣口與發動機排氣歧管相連，排氣口則接在排氣管上。然後增壓器的進氣口與空氣濾清器管道相連，出氣口接在進氣歧管上，最後渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內，二者同軸剛性聯接。

其原理如下：利用發動機排出的廢氣慣性衝力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入汽缸。當發動機轉速增快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入汽缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量和調整一下發動機的轉速，就可以增加發動機的輸出功率了。

廢氣渦輪增壓器的最大優點是它可在不增加發動機排量的基礎上，大幅度提高發動機的功率和扭矩。一台發動機裝上渦輪增壓器後，其輸出的最大功率與未裝增壓器相比，可增加大約20%～30%甚至更多。

誠然，廢氣渦輪增壓器的確能夠提升發動機的動力，但其仍有如下缺點：

一、動力輸出反應滯後，也就是回響遲滯（turbolag）。由於葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應遲緩，也就是說從大腳踩油門加大馬力，到葉輪轉動將更多空氣壓進發動機獲得更大動力之間存在一個時間差，一般經過改良的渦輪增壓需要2秒左右來增加或者減少發動機動力輸出。如果突然加速的話，瞬間會有提不上速度的感覺。

二、傳統方案中的廢氣渦輪增壓器由泄流閥，當壓縮機壓縮後的空氣壓力過大可能產生危險時，泄流閥會打開排掉一部分空氣。在這個過程中，不僅造成了能量損失，也會產生分貝較高且尖銳刺耳的聲音。

綜上，2013年5月之前技術中的廢氣渦輪增壓器除了存在回響遲滯及能量浪費的缺陷外，在汽車的NVH（Noise、Vibration、Harshness）方面也存在很大的問題。

發明內容

專利目的

該發明的目的是提供一種廢氣渦輪增壓器及方法，以達到改變增壓器低速回響、改善泄流閥引起的NVH相關問題的目的。

技術方案

《一種廢氣渦輪增壓器及方法》所述廢氣渦輪增壓器包括：壓縮機，所述壓縮機的進氣口與空氣濾清管道連線，用於：對空氣進行壓縮，並通過所述壓縮機的出氣口將壓縮空氣通過發動機進氣歧管送入氣缸；渦輪室，所述渦輪室的進氣口與發動機排氣歧管相連，所述渦輪室的排氣口與汽車排氣管相連，所述渦輪室內的渦輪與所述壓縮機的葉輪通過連桿連線，用於：通過所述渦輪的轉動帶動同軸的所述葉輪對空氣進行壓縮；儲氣裝置，通過第一管道與所述壓縮機連線，通過第二管道與所述渦輪室連線，用於：接收並存儲所述壓縮空氣、排出壓縮空氣到所述渦輪室；第一電磁閥，設定於所述第一管道，用於控制所述第一管道的通斷；第二電磁閥，設定於所述第二管道，用於控制所述第二管道的通斷；控制器，用於：控制所述第一電磁閥、所述第二電磁閥的通斷。

優選的，所述的廢氣渦輪增壓器還包括：壓力感測器，安裝於所述壓縮機及所述儲氣裝置，用於：檢測經所述壓縮機壓縮後空氣的第一壓力及所述儲氣裝置內的空氣的第二壓力；油門踏板位移感測器，用於：檢測油門踏板高度變化，當高度升高，發出第一信號，當高度降低，發出第二信號；所述控制器具體用於：當收到所述第一信號，且所述第一壓力大於第一壓力閾值及所述第二壓力時，開啟所述第一電磁閥，關閉所述第二電磁閥；當收到所述第二信號，且所述第一壓力小於所述第一壓力閾值時，關閉所述第一電磁閥，開啟所述第二電磁閥。

優選的，所述壓縮機出氣口、所述第一管道靠近壓縮機的連線埠、所述發動機進氣歧管與所述壓縮機連線的連線埠通過三向接頭連線。優選的，所述的廢氣渦輪增壓器還包括：單向閥，安裝於所述第一管道及所述第二管道，用於：防止空氣回流。優選的，所述儲氣裝置為高壓儲氣罐。優選的，所述控制器為單片機控制器。優選的，所述控制器集成於ECU上。

該發明還提供了一種廢氣渦輪增壓方法，包括：步驟一，在廢氣渦輪增壓器外設定一儲氣裝置，在壓縮機及所述儲氣裝置間設定第一管道，所述壓縮機的出氣口連線發動機進氣歧管管道及所述第一管道；在所述儲氣裝置及渦輪室間設定第二管道；步驟二，在所述第一管道上設定第一電磁閥，所述第二管道上設定第二電磁閥；步驟三，控制器控制所述第一電磁閥、所述第二電磁閥的通斷。

優選的，所述步驟二後，還包括：檢測經所述壓縮機壓縮後空氣的第一壓力及所述儲氣裝置內的空氣的第二壓力；檢測油門踏板高度變化，當高度升高，發出第一信號，當高度降低，發出第二信號；所述步驟三具體為：當收到第一信號，且第一壓力大於第一壓力閾值及第二壓力時，開啟第一電磁閥，關閉第二電磁閥；當收到第二信號，且第一壓力小於第一壓力閾值時，關閉第一電磁閥，開啟第二電磁閥。

改善效果

與2013年5月之前的技術相比，上述技術方案至少具有如下技術效果：

1）該發明提供了一種廢氣渦輪增壓器，包括壓縮機、渦輪室、儲氣裝置、電磁閥、控制器。

這種設計使得當壓縮機壓縮的空氣過多時，可以將多餘的空氣排入儲氣罐存儲；在為渦輪提供動力的廢氣排放量不足時，儲氣裝置可以放出空氣，為渦輪旋轉提供動力。這樣不僅避免了能量的浪費，使得壓縮機能夠時刻供應充足的壓縮空氣給氣缸，避免了回響遲滯問題；也由於一部分高壓氣體引入儲氣罐，減少了泄流閥的使用，降低了對泄流閥的要求，進而改善了泄流閥引起的噪聲、振動與舒適性問題。

2）在該發明中，所述控制器還用於：當收到第一信號，且第一壓力大於第一壓力閾值及第二壓力時，開啟第一電磁閥，關閉第二電磁閥；當收到第二信號，且第一壓力小於第一壓力閾值時，關閉第一電磁閥，開啟第二電磁閥。

這種設計使得當儲氣罐中空氣壓力小於第一管道中空氣壓力且第一管道中空氣壓力大於壓力閾值時，第一電磁閥開啟，第二電磁閥關閉，將壓縮空氣送入儲氣裝置儲存。這樣使得壓縮機壓縮的空氣過多導致空氣壓力過大且儲氣罐尚有空餘儲氣餘地，而汽車處於減速狀態尚不需要太多空氣時，將一部分壓縮空氣送入儲氣裝置存儲。減少了泄流閥在高壓下放氣的情況發生的機率。

當汽車處於加速狀態且第一管道中的空氣壓力小於壓力閾值時，此時關閉第一電磁閥，開啟第二電磁閥。這樣使得汽車由加速需求時，壓縮機壓縮的空氣全部送入氣缸中，而非向儲氣裝置分流，儲氣裝置向渦輪放氣，對渦輪起到推動作用，從而帶動與渦輪剛性同軸連線的壓縮機的葉片，為氣缸壓縮更多空氣，避免了動力輸出反應滯後的情況的發生。

3）在該發明中，可以在第一管道及第二管道單向閥。這種設計起到了防止空氣回流的作用。

4）在該發明中，所述控制器可以集成在ECU上。這樣就無需再為實現該發明所述功能而多增加一個控制單元。

附圖說明

圖1為該發明所述的廢氣渦輪增壓器的一個實施例的結構示意圖；

圖2為該發明所述的廢氣渦輪增壓器的一個實施例的部分組件與汽車其他組件的連線關係示意圖；

圖3為該發明所述的廢氣渦輪增壓器的另一個實施例的結構示意圖；

附圖示記說明如下：壓縮機101、渦輪室102、儲氣裝置103、第一管道104、第二管道105、第一電磁閥106、第二電磁閥107、控制器108、壓力感測器109、油門踏板位移感測器110、空氣濾清管道201、發動機進氣歧管202、氣缸203、發動機排氣歧管204、汽車排氣管205。

權利要求

1.一種廢氣渦輪增壓器，其特徵在於，包括：壓縮機（101），所述壓縮機的進氣口與空氣濾清管道（201）連線，用於：對空氣進行壓縮，並通過所述壓縮機的出氣口將壓縮空氣通過發動機進氣歧管（202）送入氣缸（203）；渦輪室（102），所述渦輪室的進氣口與發動機排氣歧管（204）相連，所述渦輪室的排氣口與汽車排氣管（205）相連，所述渦輪室內的渦輪與所述壓縮機的葉輪通過連桿連線，用於：通過所述渦輪的轉動帶動同軸的所述葉輪對空氣進行壓縮；儲氣裝置（103），通過第一管道（104）與所述壓縮機連線，通過第二管道（105）與所述渦輪室連線，用於：接收並存儲所述壓縮空氣、排出壓縮空氣到所述渦輪室；第一電磁閥（106），設定於所述第一管道，用於控制所述第一管道的通斷；第二電磁閥（107），設定於所述第二管道，用於控制所述第二管道的通斷；控制器（108），用於：控制所述第一電磁閥、所述第二電磁閥的通斷。

2.如權利要求1所述的廢氣渦輪增壓器，其特徵在於，還包括：壓力感測器（109），安裝於所述壓縮機及所述儲氣裝置，用於：檢測經所述壓縮機壓縮後空氣的第一壓力及所述儲氣裝置內的空氣的第二壓力；油門踏板位移感測器（110），用於：檢測油門踏板高度變化，當高度升高，發出第一信號，當高度降低，發出第二信號；所述控制器具體用於：當收到所述第一信號，且所述第一壓力大於第一壓力閾值及所述第二壓力時，開啟所述第一電磁閥，關閉所述第二電磁閥；當收到所述第二信號，且所述第一壓力小於所述第一壓力閾值時，關閉所述第一電磁閥，開啟所述第二電磁閥。

3.如權利要求2所述的廢氣渦輪增壓器，其特徵在於，所述壓縮機出氣口、所述第一管道靠近壓縮機的連線埠、所述發動機進氣歧管與所述壓縮機連線的連線埠通過三向接頭連線。

4.如權利要求1至3中任意一項所述的廢氣渦輪增壓器，其特徵在於，還包括：單向閥，安裝於所述第一管道及所述第二管道，用於：防止空氣回流。

5.如權利要求1至3中任意一項所述的廢氣渦輪增壓器，其特徵在於，所述儲氣裝置為高壓儲氣罐。

6.如權利要求5所述的廢氣渦輪增壓器，其特徵在於，所述控制器為單片機控制器。

7.如權利要求1至3中任意一項所述的廢氣渦輪增壓器，其特徵在於，所述控制器集成於ECU上。

8.一種廢氣渦輪增壓方法，其特徵在於，包括：步驟一，在廢氣渦輪增壓器外設定一儲氣裝置（103），在壓縮機（1011）及所述儲氣裝置間設定第一管道（104），所述壓縮機的出氣口連線發動機進氣歧管管道及所述第一管道；在所述儲氣裝置及渦輪室（102）間設定第二管道（105）；步驟二，在所述第一管道上設定第一電磁閥（106），所述第二管道上設定第二電磁閥（107）；步驟三，控制器（108）控制所述第一電磁閥、所述第二電磁閥的通斷。

9.如權利要求8所述的廢氣渦輪增壓方法，其特徵在於，所述步驟二後，還包括：檢測經所述壓縮機壓縮後空氣的第一壓力及所述儲氣裝置內的空氣的第二壓力；檢測油門踏板高度變化，當高度升高，發出第一信號，當高度降低，發出第二信號；所述步驟三具體為：當收到第一信號，且第一壓力大於第一壓力閾值及第二壓力時，開啟第一電磁閥，關閉第二電磁閥；當收到第二信號，且第一壓力小於第一壓力閾值時，關閉第一電磁閥，開啟第二電磁閥。

實施方式

圖1為該發明所述的廢氣渦輪增壓器的一個實施例的結構示意圖。在圖1所示的實施例中，該發明提供了一種廢氣渦輪增壓器，包括：壓縮機101，所述壓縮機101的進氣口與空氣濾清管道201連線，用於：對空氣進行壓縮，並通過所述壓縮機101的出氣口將壓縮空氣通過發動機進氣歧管202送入氣缸203；渦輪室102，所述渦輪室102的進氣口與發動機排氣歧管204相連，所述渦輪室102的排氣口與汽車排氣管205相連，所述渦輪室102內的渦輪與所述壓縮機101的葉輪通過連桿連線，用於：通過所述渦輪的轉動帶動同軸的所述葉輪對空氣進行壓縮。儲氣裝置103，通過第一管道104與所述壓縮機101連線，通過第二管道105與所述渦輪室102連線，用於：接收並存儲所述壓縮空氣、排出壓縮空氣到所述渦輪室102；第一電磁閥106，設定於所述第一管道104，用於控制所述第一管道104的通斷；第二電磁閥107，設定於所述第二管道105，用於控制所述第二管道105的通斷；控制器108，用於：控制所述第一電磁閥106、所述第二電磁閥107的通斷。

這種設計使得當壓縮機101壓縮的空氣過多時，可以將多餘的空氣排入儲氣裝置103存儲；在為渦輪提供動力的廢氣排放量不足時，儲氣裝置103可以放出空氣，為渦輪旋轉提供動力。這樣不僅避免了能量的浪費，使得壓縮機101能夠時刻供應充足的壓縮空氣給氣缸203，避免了回響遲滯問題；也由於一部分高壓氣體引入儲氣裝置103，減少了泄流閥的使用，降低了對泄流閥的要求，進而改善了泄流閥引起的噪聲、振動與舒適性問題。

圖2為該發明所述的廢氣渦輪增壓器的一個實施例的部分組件與汽車其他組件的連線關係示意圖。由圖2可以很清楚地看出該發明所述的廢氣渦輪增壓器在汽車中的相對位置和連線關係。在圖2所述的實施例中，空氣經空氣濾清管道201過濾雜質後進入壓縮機101，在壓縮機101的出口通過三向接頭連線第一管道104和發動機進氣歧管202，即所述壓縮機101出氣口、所述第一管道104靠近壓縮機101的連線埠、所述發動機進氣歧管202與所述壓縮機101連線的連線埠通過三向接頭連線。

第一管道104連線儲氣裝置103，發動機進氣歧管202連線氣缸203，從壓縮機101出來的壓縮空氣可以進入儲氣裝置103儲存或者進入氣缸203燃燒。氣缸203燃燒後的廢氣通過發動機排氣歧管204進入渦輪室102，推動渦輪轉動，儲氣罐也可放出壓縮空氣，通過第二管道105將壓縮空氣放入渦輪室102內，推動渦輪。所述渦輪室102內的渦輪與所述壓縮機101的葉輪通過連桿連線，通過所述渦輪的轉動帶動同軸的所述葉輪對空氣進行壓縮；為氣缸203和儲氣罐提供更多壓縮空氣。儲氣裝置103通過第二管道105放出的壓縮空氣和氣缸203通過發動機排氣歧管204排出的廢氣在渦輪室102推動渦輪旋轉後，從汽車排氣管205排出。

圖3為該發明所述的廢氣渦輪增壓器的另一個實施例的結構示意圖。在圖3所述的實施例中，所述的廢氣渦輪增壓器除了圖1的裝置，還包括了：安裝於所述壓縮機101及所述儲氣裝置103的壓力感測器109和油門踏板位移感測器110。在圖3所述的實施例中，所述壓力感測器109用於：檢測經所述壓縮機101壓縮後空氣的第一壓力及所述儲氣裝置103內的空氣的第二壓力；所述油門踏板位移感測器110用於：檢測油門踏板高度變化，當高度升高，發出第一信號，當高度降低，發出第二信號；所述控制器108具體用於：當收到所述第一信號，且所述第一壓力大於第一壓力閾值及所述第二壓力時，開啟所述第一電磁閥106，關閉所述第二電磁閥107；當收到所述第二信號，且所述第一壓力小於所述第一壓力閾值時，關閉所述第一電磁閥106，開啟所述第二電磁閥107。

這種設計使得當儲氣罐中空氣壓力小於第一管道104中空氣壓力且第一管道104中空氣壓力大於壓力閾值時，第一電磁閥106開啟，第二電磁閥107關閉，將壓縮空氣送入儲氣裝置103儲存。這樣使得壓縮機101壓縮的空氣過多導致空氣壓力過大且儲氣裝置103尚有空餘儲氣餘地，而汽車處於減速狀態尚不需要太多空氣時，將一部分壓縮空氣送入儲氣裝置103存儲。這樣減少了泄流閥在高壓下放氣情況發生的機率。

這種設計也使得當汽車處於加速狀態且第一管道104中的空氣壓力小於壓力閾值時，關閉第一電磁閥106，開啟第二電磁閥107。這樣使得汽車有加速需求時，壓縮機101壓縮的空氣全部送入氣缸203中，而非向儲氣裝置103分流，儲氣裝置103向渦輪放氣，對渦輪起到推動作用，從而帶動與渦輪剛性同軸連線的壓縮機101的葉片，為氣缸203壓縮更多空氣，避免了動力輸出反應滯後情況的發生。

在該發明的一個實施例中，所述的廢氣渦輪增壓器還包括：單向閥，安裝於所述第一管道104及所述第二管道105，用於：防止空氣回流。這種設計很大程度上避免了空氣回流情況的發生。在該發明的一個實施例中，所述儲氣裝置103為高壓儲氣罐。在該發明的另一個實施例中，所述控制器108為單片機控制器108。在該發明的一個實施例中，所述控制器108集成於ECU上。這樣就無需再為實現該發明所述功能而多增加一個控制單元。

該發明還提供了一種廢氣渦輪增壓方法，包括：步驟一，在廢氣渦輪增壓器外設定一儲氣裝置103，在壓縮機101及所述儲氣裝置103間設定第一管道104，所述壓縮機101的出氣口連線發動機進氣歧管202管道及所述第一管道104；在所述儲氣裝置103及渦輪室102間設定第二管道105；步驟二，在所述第一管道104上設定第一電磁閥106，所述第二管道105上設定第二電磁閥107；步驟三，控制器108控制所述第一電磁閥106、所述第二電磁閥107的通斷。

在該發明的另一個實施例中，在所述步驟二後，還包括：檢測經所述壓縮機101壓縮後空氣的第一壓力及所述儲氣裝置103內的空氣的第二壓力；檢測油門踏板高度變化，當高度升高，發出第一信號，當高度降低，發出第二信號；所述步驟三具體為：當收到第一信號，且第一壓力大於第一壓力閾值及第二壓力時，開啟第一電磁閥106，關閉第二電磁閥107；當收到第二信號，且第一壓力小於第一壓力閾值時，關閉第一電磁閥106，開啟第二電磁閥107。

榮譽表彰

2017年12月11日，《一種廢氣渦輪增壓器及方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。