一种涡‑压分离蓄能式发动机增压系统技术方案

一种涡‑压分离蓄能式发动机增压系统属发动机技术领域，本发明专利技术中蓄电池、整流滤波电路、发电机、涡轮机、外壁附有热电转换模块组的发动机排气管、发动机、发动机进气管、电驱动压气机、高功率密度直流电机和蓄电池串联连接，电量检测模块置蓄电池和控制模块之间，发动机转速传感器置发动机输出端，进气温度、压力传感器置发动机进气管，3个传感器均与控制模块连接，蓄电池、整流滤波电路和高功率密度直流电机由控制模块控制；本发明专利技术通过涡轮机与压气机解耦，使发动机进气增压过程灵活可控，能解决一般废气涡轮机构低转速时的涡轮迟滞、高转速时的压气机堵塞、喘振及失速等问题，经涡轮机和温差发电更充分地利用全工况废气余能。

【技术实现步骤摘要】
一种涡-压分离蓄能式发动机增压系统
本专利技术属发动机
，具体涉及一种涡-压分离蓄能式发动机增压系统。
技术介绍
经过多年的完善与发展，废气涡轮增压已成为当代压燃式发动机所广泛采用的节能减排技术手段之一。通过利用发动机的排气余能驱动涡轮并带动压气机实现进气压缩，废气涡轮增压技术可以有效提高发动机进气充量密度，从而获得较高的燃烧效率和较低碳烟排放水平。虽然废气涡轮增压，在很大程度上改善了发动机的性能，但是对于车用发动机而言，由于其在多数情况下运行于瞬态工况，尤其是在城市路面，发动机瞬时负载和转速变化频繁，燃油供给和进气速率随时会发生变化并引起有效排气能量的变化。对于传统的废气涡轮增压器，因涡轮机输出轴与压气机输入轴间通常采用机械连接，涡轮机与压气机工作过程无法解耦,故压气机的转速取决于排气能量，从而导致进气和增压压力受发动机工况影响严重。在起动、怠速及低转速小负荷工况，传统的废气涡轮增压器，因排气能量不足以推动涡轮实现有效增压，常常造成小负荷及低转速工况下增压压力不足，同时导致空燃比、燃烧温度、缸内流动、喷油规律、油气混合状况、雾化质量等燃烧边界条件的波动，造成低转速小负荷工况下发动机性能、排放的恶化。在加速、减速等瞬态工况下，,受排气能量变化迟滞及增压器自身转动惯量影响，传统的涡轮增压器瞬态响应时间较长,易造成过渡工况燃油供给与进气供给严重不匹配,进而导致瞬态燃烧效率下降，排放增加。在高转速、大负荷工况，较高的排气能量会造成涡轮机转速超调,进而引发压气机堵塞,需加装排气旁通阀,以在高转速工况释放部分排气，避免出现堵塞及发动机“过增压”等问题。尽管排气旁通阀可以防止阻塞，避免对压气机造成的冲击，但同时也造成大量可被回收利用的排气动能被浪费。发动机排气热能经由排气管路最终耗散于周围环境，通过热传导、热辐射等形式损失掉大量的热能。约有30％左右的能量经由这一途径损失掉，也是导致发动机热效率较低的主要原因之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用废气涡轮和热电转化装置，将发动机废气能量转化为电能储存到电池，实现废气能量的合理利用和灵活可变的增压压力，提高发动机热效率，降低燃料消耗量的涡-压分离蓄能式发动机增压系统。本专利技术由蓄电池1、电量检测模块2、控制模块3、整流滤波电路4、发电机5、涡轮机6、热电转换模块组7、发动机排气管8、发动机9、发动机转速传感器10、发动机进气管11、进气温度传感器12、进气压力传感器13、电驱动压气机14及和高功率密度直流电机15组成，其中外壁附有热电转换模块组7的发动机排气管8出口与涡轮机6的输入端连接，此时热电转换模块组7将高温的发动机排气管8的热能转化为电能。发动机排气管8入口与发动机9的排气道出口连接，发动机进气管11出口与发动机9的进气道入口连接，发动机进气管11入口与电驱动压气机14出口连接；涡轮机6的输出端与发电机5的输入端连接，来实现将废气能量转化为电能。热电转换模块组7与发电机5的输出端经整流滤波电路4与蓄电池1输入端连接，实现能量的储存。与此同时电量检测模块2置于蓄电池1与控制模块3之间，将电池电量信息输入控制模块3来控制充电电路的开关保证电池的可靠性，防止“过充电”现象；蓄电池1输出端与高功率密度直流电机15输入端连接，高功率密度直流电机15输出端与电驱动压气机14连接，以驱动压气机，为了将电能转化为机械能；电驱动压气机14将通过发动机进气管11的新鲜空气压缩，提高进气压力。进气压力传感器13、进气温度传感器12置于发动机进气管11任意一处，发动机转速传感器10置于发动机9输出端。蓄电池1、整流滤波电路4、发动机转速传感器10、进气温度传感器12及进气压力传感器13都与控制模块3连接。传感器测得的发动机转速、增压后的进气温度和进气压力等信息由控制模块3进行分析；蓄电池1、整流滤波电路4和高功率密度直流电机15均由控制模块3以特定控制策略控制，从而实现电驱动压气机14改变增压压力适应不同工况进气需求。本专利技术是一种包括与发动机排气管8相连、由排气能量直接驱动的涡轮机6，与涡轮机6同轴的发电机5，转化利用电能的整流滤波电路4─蓄电池1装置，检测蓄电池1剩余电量的电量检测模块2、将电能转化为机械能的高功率密度直流电机15和电驱动压气机14及各部分控制的电子控制系统。本专利技术将废气能量经过机械能→电能→机械能的转化，能更加充分合理地实现废气能量的利用。本专利技术的工作过程是：发动机9启动后开始运转时，高温高压的排气经过外壁附有热电转换模块组7的发动机排气管8驱动涡轮机6，涡轮机6转动带动发电机5发电，同时排气使发动机排气管8温度升高，并通过热电转换模块组7利用发动机排气管8外壁与大气温差发电，两者产生的电流都分别通过整流滤波电路4输入到蓄电池1储存，并通过整流滤波电路4为高功率密度直流电机15供电，以驱动电驱动压气机14压缩进气，提高气体压力，整流滤波电路4的使用，能保证系统的可靠性和稳定性，与此同时电量检测模块2置于蓄电池1与控制模块3之间，将电池电量信息输入控制模块3，来控制充电电路的开关，保证电池的可靠性，防止“过充电”现象；整个运转过程中，发动机转速传感器10、进气温度传感器12及进气压力传感器13将测得的数据输入到控制模块3进行计算分析，并且控制模块3用特定的控制策略来控制整流滤波电路4、蓄电池1和高功率密度直流电机15的供电，实现废气能量的合理利用。本专利技术能解决一般废气涡轮机构低转速时的涡轮迟滞和高转速时的压气机堵塞等问题，通过温差发电更充分地利用废气热力学余能，同时增加发动机近期增压过程的灵活性，能实现涡轮机与压气机解耦。附图说明图1为涡-压分离蓄能式发动机增压系统的结构示意图其中：1.蓄电池2.电量检测模块3.控制模块4.整流滤波电路5.发电机6.涡轮机7.热电转换模块组8.发动机排气管9.发动机10.发动机转速传感器11.发动机进气管12.进气温度传感器13.进气压力传感器14.电驱动压气机15.高功率密度直流电机具体实施方式以下结合附图对本专利技术技术方案作进一步详细阐述：如图1所示，本专利技术由蓄电池1、电量检测模块2、控制模块3、整流滤波电路4、发电机5、涡轮机6、热电转换模块组7、发动机排气管8、发动机9、发动机转速传感器10、发动机进气管11、进气温度传感器12、进气压力传感器13、电驱动压气机14及和高功率密度直流电机15组成，其中外壁附有热电转换模块组7的发动机排气管8出口与涡轮机6的输入端连接。发动机排气管8入口与发动机9的排气道出口连接，发动机进气管11出口与发动机9的进气道入口连接，发动机进气管11入口与电驱动压气机14出口连接。涡轮机6的输出端与发电机5的输入端连接。热电转换模块组7与发电机5的输出端经整流滤波电路4与蓄电池1输入端连接。电量检测模块2置于蓄电池1与控制模块3之间，蓄电池1输出端与高功率密度直流电机15输入端连接，高功率密度直流电机15输出端与电驱动压气机14连接。进气压力传感器13、进气温度传感器12置于发动机进气管11任意一处。发动机转速传感器10置于发动机9输出端。蓄电池1、整流滤波电路4、发动机转速传感器10、进气温度传感器12及进气压力传感器13都与控制模块3连接。所述的蓄电池1、整流滤波电路4和高功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡‑压分离蓄能式发动机增压系统，由蓄电池(1)、电量检测模块(2)、控制模块(3)、整流滤波电路(4)、发电机(5)、涡轮机(6)、热电转换模块组(7)、发动机排气管(8)、发动机(9)、发动机转速传感器(10)、发动机进气管(11)、进气温度传感器(12)、进气压力传感器(13)、电驱动压气机(14)及和高功率密度直流电机(15)组成，其特征在于，外壁附有热电转换模块组(7)的发动机排气管(8)出口与涡轮机(6)的输入端连接；发动机排气管(8)入口与发动机(9)的排气道出口连接，发动机进气管(11)出口与发动机(9)的进气道入口连接，发动机进气管(11)入口与电驱动压气机(14)出口连接；涡轮机(6)的输出端与发电机(5)的输入端连接；热电转换模块组7与发电机(5)的输出端经整流滤波电路(4)与蓄电池(1)输入端连接；电量检测模块(2)置于蓄电池(1)与控制模块(3)之间，蓄电池(1)输出端与高功率密度直流电机(15)输入端连接，高功率密度直流电机(15)输出端与电驱动压气机(14)连接；进气压力传感器(13)、进气温度传感器(12)置于发动机进气管(11)任意一处，发动机转速传感器(10)置于发动机(9)输出端；蓄电池(1)、整流滤波电路(4)、发动机转速传感器(10)、进气温度传感器(12)及进气压力传感器(13)都与控制模块(3)连接；所述的蓄电池(1)、整流滤波电路(4)和高功率密度直流电机(15)均由控制模块(3)控制。...

【技术特征摘要】
1.一种涡-压分离蓄能式发动机增压系统，由蓄电池(1)、电量检测模块(2)、控制模块(3)、整流滤波电路(4)、发电机(5)、涡轮机(6)、热电转换模块组(7)、发动机排气管(8)、发动机(9)、发动机转速传感器(10)、发动机进气管(11)、进气温度传感器(12)、进气压力传感器(13)、电驱动压气机(14)及和高功率密度直流电机(15)组成，其特征在于，外壁附有热电转换模块组(7)的发动机排气管(8)出口与涡轮机(6)的输入端连接；发动机排气管(8)入口与发动机(9)的排气道出口连接，发动机进气管(11)出口与发动机(9)的进气道入口连接，发动机进气管(11)入口与电驱动压气机(14)出口连接；涡轮机(6)的输出端与发...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，金科年，孙万臣，程鹏，李国良，李德刚，方凯，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22