[发明专利]一种带电机/发电机的涡轮增压装置

说明书

本发明属于涡轮增压器领域，具体为一种带电机/发电机的涡轮增压装置，包括增压器组件、电机组件；电机组件包括电机壳体，位于电机壳体中的电机轴、电机转子与电机定子；电机轴通过联轴器安装于涡轮轴上，并位于压气机叶轮的进气侧；电机壳体安装于压气机壳体的端部；电机转子安装于电机轴上，并能与电机轴一起旋转；电机定子安装于电机壳体内，并位于电机转子外；电机定子与电机壳体间留有冷却通道。可以提高发动机低速增压压力和进气量，避免发动机高速大负荷工况旁通废气能量损失。

技术领域

本发明属于涡轮增压器领域，具体为一种带电机/发电机的涡轮增压装置。

背景技术

对于内燃机来说，为了提升功率密度、降低油耗和排放，对所消耗空气进行增压是必要的手段。而目前内燃机的空气增压，普遍采用的是涡轮增压器。涡轮增压技术是内燃机提升功率，降低排放的重要措施之一，所谓涡轮增压，就是利用发动机上的排气能量，驱动压气机压缩工作，以提高进入汽缸中的充气密度。在汽缸容积一定的情况下，充气密度越大，空气量越多，就可以喷入更多燃油进行燃烧，发动机就能输出更多的功率。目前，绝大部分车用柴油机，部分车用汽油机采用了涡轮增压技术。一般而言，增压后功率可比原机提高40-60%甚至更多，发动机平均有效压力最高可达3MPa，发动机燃油经济性和排放水平同时得到改善，增压技术已经成为发动机强化的最有效手段。

然而涡轮增压器与发动机只存在气体能量交换，不存在任何机械传动。发动机的排气能量与其转速成正比。涡轮增压器是利用排气能量工作的机械，传统固定截面增压器和发动机匹配时，不能兼顾低速和高速的性能需求。往往发动机低速增压压力不足，而高速时增压压力又会过高，匹配选择不当，甚至增压器会超速造成损坏。发动机转速越宽广，这种矛盾就越突出。一般只能保证扭矩点处于高效率区，低速点、标定点油耗并不处于最佳状态。

另外，涡轮增压器与发动机只有气动联系，并且涡轮增压器转子工作转速高，可达60000-170000rpm。在涡轮转子惯量的影响下，加速到工作转速是需要一定时间的，这个效应称作涡轮的“迟滞”。涡轮增压发动机的瞬态响应不如自然吸气或者机械增压发动机，特别是在发动机低速时，排气能量本来就不足，“迟滞”现象更加严重，往往体现为加速时动力不足、燃烧恶化、冒黑烟等。涡轮增压器在使用时不能同时兼顾发动机高低转速的增压压力，有“迟滞”效应瞬态响应较差等，已然成为阻碍涡轮增压器进步的缺陷。为了克服传统涡轮增压器的缺陷，涡轮增压器进行了改进，其中之一就是通过采用电机加速叶轮来改善增压器的响应缺陷。但目前的这些方案功能简单，且存在一些缺点。

典型的方案如以下专利所述：CN：200610110974.0带电动机的增压器中展示了一种带电动机的涡轮增压器，其电动机配置在隔热罩和压气机叶轮间。中间壳体内部设置有冷却流道，用于冷却电机和扩压器。其缺点是电机置于轴承外侧，整个电机转子形成悬臂梁支撑结构，振动较大。CN201310007071.X电涡轮增压器中展示了一种带电机/发电机的涡轮高压气，其轴承采用电磁轴承，电机布置于轴承之间，并且布置有离合器，可通过离合器通断来控制电机和转子的连接。其轴承采用电磁轴承，结构复杂，且靠近高温，无可靠的散热措施，可靠性不高。CN201380007628.8流体冷却的电辅助涡轮增压器中展示了一种流体冷却的电辅助涡轮增压器。其采用浮动轴承，电机置于两轴承之间，定子外侧有油腔用于冷却电机，其采用浮动轴承，润滑油有渗入电机内部的风险。

发明内容

本发明提供一种带电机/发电机的涡轮增压装置，可以提高发动机低速增压压力和进气量，避免发动机高速大负荷工况旁通废气能量损失。