本發(fā)明涉及一種發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣增壓系統(tǒng)，特別是涉及一種電磁式兩軸葉輪串聯(lián)、并聯(lián)耦合進(jìn)氣增壓系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，大氣環(huán)境越來越受到關(guān)注，發(fā)動機(jī)節(jié)能減排技術(shù)也越來越受到關(guān)注。發(fā)動機(jī)的性能主要取決于發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)燃油與空氣的混合、燃燒過程，發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)每循環(huán)的燃燒受發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)空氣量的制約，因此提高每循環(huán)進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的空氣量可以提高發(fā)動機(jī)的性能。傳統(tǒng)的渦輪增壓系統(tǒng)中渦輪與葉輪同軸，發(fā)動機(jī)排出的廢氣推動渦輪高速旋轉(zhuǎn)，同軸的葉輪以同樣的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，對外界環(huán)境中的新鮮空氣進(jìn)行壓縮，使每個(gè)循環(huán)進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的空氣量增加，從而提高發(fā)動機(jī)的性能，降低發(fā)動機(jī)的污染排放。傳統(tǒng)渦輪增壓裝置中采取渦輪和葉輪單軸固定連接，增壓性能完全取決于渦輪的轉(zhuǎn)速，渦輪轉(zhuǎn)速一定，增壓后的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量一定，無法根據(jù)發(fā)動機(jī)各種轉(zhuǎn)速工況進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，因而無法滿足發(fā)動機(jī)各種工況對進(jìn)氣增壓的要求，達(dá)到發(fā)動機(jī)性能的全面優(yōu)化。例如傳統(tǒng)的渦輪增壓系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，廢氣排出的速度較低，渦輪的轉(zhuǎn)速也較低，增壓效果不理想，進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的空氣量增加不明顯，因此無法滿足大空氣量的要求。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)和專利的檢索發(fā)現(xiàn)，發(fā)明專利名稱排氣管容積連續(xù)可調(diào)式渦輪增壓系統(tǒng)，申請?zhí)?01110335059.2，該發(fā)明專利包括：氣缸、排氣管、渦輪、容積腔、套體、檔板和彈性部件，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于低速工況時(shí)，套體后壁向著靠近檔板的方向移動，排氣管容積相對較小，脈沖能量可以充分利用，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣壓力較高；當(dāng)發(fā)動機(jī)處于高速工況時(shí)，套體后壁向著遠(yuǎn)離檔板的方向移動，排氣管容積相對較大，泵氣損失較小。但該發(fā)明只是針對排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的排氣管容積連續(xù)調(diào)節(jié)，未涉及到進(jìn)氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)；而且通過套體后壁移動來調(diào)節(jié)排氣管容積時(shí)，受到排氣管長度的限制，套體后壁移動位移十分有限，排氣管容積調(diào)節(jié)能力有限，無法大幅度調(diào)節(jié)排氣管容積；因此每循環(huán)進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的空氣量仍然受到轉(zhuǎn)速的限制，增壓效果不顯著。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方法簡易可靠，能夠根據(jù)發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣流量和進(jìn)氣壓力自適應(yīng)調(diào)節(jié)的電磁式兩軸串并聯(lián)耦合進(jìn)氣增壓系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種電磁式兩軸串并聯(lián)耦合進(jìn)氣增壓系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)，所述發(fā)動機(jī)設(shè)置有進(jìn)氣門、排氣門和電控噴油器，所述排氣門與排氣管連通，所述排氣管上設(shè)置有排氣旁通閥，所述排氣旁通閥的一個(gè)管口直接排出廢氣，所述排氣旁通閥的另一個(gè)管口連接的排氣管內(nèi)設(shè)置有渦輪，所述進(jìn)氣門與兩個(gè)進(jìn)氣管連通，一個(gè)所述進(jìn)氣管內(nèi)依次設(shè)置有第一葉輪和第二葉輪，另一個(gè)所述進(jìn)氣管內(nèi)設(shè)置有第三葉輪，所述渦輪和所述第一葉輪設(shè)置在主動軸的兩端，所述第二葉輪和第三葉輪設(shè)置在從動軸上，并且，所述從動軸上設(shè)置有第一離合機(jī)構(gòu)和第二離合機(jī)構(gòu)，所述主動軸上設(shè)置的驅(qū)動齒輪與所述從動軸上設(shè)置的從動齒輪相嚙合，所述電控噴油器、排氣旁通閥、第一離合機(jī)構(gòu)和第二離合機(jī)構(gòu)分別與控制器連接。

所述進(jìn)氣管上設(shè)置有空氣流量傳感器和空氣壓力傳感器，所述排氣管上設(shè)置有廢氣壓力傳感器，所述空氣流量傳感器、空氣壓力傳感器和廢氣壓力傳感器均分別與所述控制器連接。

兩個(gè)所述進(jìn)氣管上分別設(shè)置有空氣冷卻器和空氣濾清器，所述驅(qū)動齒輪和從動齒輪為增速齒輪組。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明中控制器根據(jù)發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣流量和進(jìn)氣壓力情況，自動從單路進(jìn)氣增壓模式、單路串聯(lián)進(jìn)氣增壓模式、雙路并聯(lián)進(jìn)氣增壓模式和雙路串并聯(lián)進(jìn)氣增壓模式中選擇最優(yōu)的增壓模式：當(dāng)進(jìn)氣流量和進(jìn)氣壓力正常能夠滿足需要時(shí)，采取單路進(jìn)氣增壓模式。當(dāng)進(jìn)氣壓力較小，不能滿足需要時(shí)，采取單路串聯(lián)進(jìn)氣增壓模式。當(dāng)進(jìn)氣流量較小，不能滿足需要時(shí)，采取雙路并聯(lián)進(jìn)氣增壓模式。當(dāng)進(jìn)氣流量和進(jìn)氣壓力均較小，在雙路并聯(lián)進(jìn)氣增壓模式時(shí)仍然不能滿足需要，采取雙路串并聯(lián)進(jìn)氣增壓模式。四種模式可以單一增大或同時(shí)增大進(jìn)氣流量和進(jìn)氣壓力，從而提高發(fā)動機(jī)的動力性，降低發(fā)動機(jī)污染排放。

2、根據(jù)發(fā)動機(jī)不同工況下每個(gè)循環(huán)噴入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的燃油量和最優(yōu)燃空比，計(jì)算出當(dāng)前氣缸內(nèi)所需的空氣量，從四種進(jìn)氣增壓模式提供中選擇最合適的增壓模式保證最優(yōu)的進(jìn)氣流量和進(jìn)氣壓力，使氣缸內(nèi)燃油與空氣混合、燃燒性能最優(yōu)，改善發(fā)動機(jī)的性能，降低發(fā)動機(jī)的污染排放。

3、本發(fā)明中進(jìn)氣增壓系統(tǒng)切換不同的進(jìn)氣增壓模式時(shí)，控制器依靠電磁力控制離合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)合、分離動作，驅(qū)動第一葉輪、第二葉輪和第三葉輪單獨(dú)工作或聯(lián)合工作，切換前后葉輪運(yùn)動平穩(wěn)，噪聲小，進(jìn)氣增壓穩(wěn)定，進(jìn)氣壓力波動小。通過自動選擇三個(gè)葉輪運(yùn)行模式和排氣旁通，優(yōu)化利用進(jìn)氣能量和排氣能量，提高發(fā)動機(jī)的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性、改善排放。

4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單和調(diào)節(jié)方法簡易可行，且工作可靠性高，可以在全工況范圍內(nèi)滿足發(fā)動機(jī)進(jìn)氣增壓的要求，應(yīng)用范圍廣，推廣后具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和減排效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：參見圖1，圖中，1-發(fā)動機(jī)，2-排氣門，3-排氣旁通閥，4-渦輪，5-驅(qū)動齒輪，6-從動齒輪，7-第一離合機(jī)構(gòu)，8-第一空氣濾清器，9-第一葉輪，10-第二葉輪，11-第一空氣冷卻器，12-進(jìn)氣門，13-第二空氣濾清器，14-第三葉輪，15-第二空氣冷卻器，16-第二離合機(jī)構(gòu)，17-空氣流量傳感器，18-空氣壓力傳感器，19-電控噴油器，20-廢氣壓力傳感器，21-控制器，22-主動軸，23-從動軸。圖中箭頭所示為氣體流動方向，虛線為控制線路。

電磁式兩軸串并聯(lián)耦合進(jìn)氣增壓系統(tǒng)包括排氣旁通閥3，渦輪4，驅(qū)動齒輪5，從動齒輪6，第一離合機(jī)構(gòu)7，第一空氣濾清器8，第一葉輪9，第二葉輪10，第一空氣冷卻器11，第二空氣濾清器13，第三葉輪14，第二空氣冷卻器15，第二離合機(jī)構(gòu)16，空氣流量傳感器17，空氣壓力傳感器18，廢氣壓力傳感器20，控制器21，主動軸22，從動軸23。主動軸22上依次安裝有渦輪4、驅(qū)動齒輪5、第一葉輪9。渦輪4、驅(qū)動齒輪5、第一葉輪9內(nèi)部均開有花鍵槽，與主動軸22花鍵連接保持相同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，而且渦輪4、驅(qū)動齒輪5、第一葉輪9左右兩側(cè)均裝有限位裝置，不能沿主動軸22左右移動。從動軸23上依次安裝有從動齒輪6、第一離合機(jī)構(gòu)7、第二葉輪10、第二離合機(jī)構(gòu)16、第三葉輪14。從動齒輪6、第一離合機(jī)構(gòu)7、第二離合機(jī)構(gòu)16內(nèi)部均開有花鍵槽，與從動軸23花鍵連接保持相同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，其中從動齒輪6左右兩側(cè)均裝有限位裝置，不能沿從動軸23左右移動，第一離合機(jī)構(gòu)7、第二離合機(jī)構(gòu)16可以沿從動軸23左右移動。第二葉輪10、第三葉輪14內(nèi)部均裝有滾動軸承，安裝在從動軸23上，可以相對于從動軸23自由轉(zhuǎn)動，不能沿從動軸23左右移動。

一路進(jìn)氣增壓：第一空氣濾清器8經(jīng)過第一葉輪9、第二葉輪10與第一空氣冷卻器11的入口相連，第一空氣冷卻器11的出口經(jīng)進(jìn)氣門12與發(fā)動機(jī)1的入口相連，發(fā)動機(jī)1的出口經(jīng)排氣門2、排氣旁通閥3與渦輪4相連。

另一路進(jìn)氣增壓：第二空氣濾清器13經(jīng)過第三葉輪14與第二空氣冷卻器15的入口相連，第二空氣冷卻器15的出口經(jīng)進(jìn)氣門12與發(fā)動機(jī)1的入口相連，發(fā)動機(jī)1的出口經(jīng)排氣門2、排氣旁通閥3與渦輪4相連。

第一空氣濾清器8、第二空氣濾清器13保證了進(jìn)入發(fā)動機(jī)1氣缸內(nèi)參與燃燒的新鮮空氣的純凈。第一空氣冷卻器11、第二空氣冷卻器15對增壓后的新鮮空氣進(jìn)行冷卻。

空氣流量傳感器17、空氣壓力傳感器18安裝在進(jìn)氣門12與第一空氣冷卻器11、第二空氣冷卻器15之間的管路上，測量冷卻后進(jìn)入氣缸內(nèi)空氣的流量和空氣的壓力。廢氣壓力傳感器20安裝在排氣旁通閥3與渦輪4之間的管路上，測量推動渦輪4旋轉(zhuǎn)的廢氣壓力。

排氣旁通閥3、第一離合機(jī)構(gòu)7、第二離合機(jī)構(gòu)16、空氣流量傳感器17、空氣壓力傳感器18、電控噴油器19、廢氣壓力傳感器20均與控制器21連接。

發(fā)動機(jī)1排出的廢氣經(jīng)過排氣門2、排氣旁通閥3推動渦輪4旋轉(zhuǎn)，渦輪4驅(qū)動主動軸22保持相同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。廢氣壓力傳感器20測量推動渦輪4旋轉(zhuǎn)的廢氣壓力，當(dāng)廢氣壓力過高時(shí)，控制器21控制排氣旁通閥3開啟，一部分廢氣經(jīng)過排氣旁通閥3排出，另一部分廢氣推動渦輪4旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動主動軸22轉(zhuǎn)動。當(dāng)廢氣壓力正常時(shí)，控制器21控制排氣旁通閥3關(guān)閉，全部廢氣都用來推動渦輪4旋轉(zhuǎn)。當(dāng)廢氣壓力過低時(shí)，控制器21控制排氣旁通閥3完全開啟，全部廢氣經(jīng)排氣旁通閥3排出，渦輪4停止旋轉(zhuǎn)，停止增壓。

發(fā)動機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣流量傳感器17檢測通過進(jìn)氣門12進(jìn)入到發(fā)動機(jī)1氣缸內(nèi)的進(jìn)氣流量，空氣壓力傳感器18檢測通過進(jìn)氣門12進(jìn)入到發(fā)動機(jī)1氣缸內(nèi)的進(jìn)氣壓力，分別將進(jìn)氣流量信息、進(jìn)氣壓力信息發(fā)送給控制器21。同時(shí)控制器21根據(jù)電控噴油器19的噴油量和最優(yōu)空氣與燃油比例，計(jì)算出此時(shí)發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)所需要的空氣量。

單路進(jìn)氣增壓模式：當(dāng)進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣流量正常能夠滿足需要時(shí)，控制器21發(fā)出單路進(jìn)氣增壓指令?？刂破?1同時(shí)發(fā)出斷電指令給第一離合機(jī)構(gòu)7和第二離合機(jī)構(gòu)16，第一離合機(jī)構(gòu)7和第二離合機(jī)構(gòu)16均處于分離狀態(tài)停止工作，此時(shí)發(fā)動機(jī)1排出的廢氣推動渦輪4旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動主動軸22轉(zhuǎn)動，驅(qū)動齒輪5與主動軸22保持同樣轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動齒輪5驅(qū)動從動齒輪6和從動軸23旋轉(zhuǎn)，此時(shí)第一葉輪9與主動軸22保持同樣轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，第二葉輪10和第三葉輪14保持靜止。新鮮空氣經(jīng)第一空氣濾清器8過濾后，被旋轉(zhuǎn)的第一葉輪9壓縮，壓縮后的空氣流經(jīng)靜止的第二葉輪10，進(jìn)入第一空氣冷卻器11冷卻，然后增壓冷卻后的空氣經(jīng)進(jìn)氣門12進(jìn)入到發(fā)動機(jī)1的氣缸內(nèi)，增壓冷卻后的新鮮空氣與電控噴油器19噴出的燃油以最優(yōu)空燃比混合、燃燒做功，燃燒后的廢氣從發(fā)動機(jī)1的氣缸內(nèi)經(jīng)排氣門2流出，推動渦輪4旋轉(zhuǎn)。

單路串聯(lián)進(jìn)氣增壓模式：當(dāng)進(jìn)氣壓力較低，不能滿足需要時(shí)，控制器21發(fā)出單路串聯(lián)進(jìn)氣增壓指令?？刂破?1發(fā)出上電指令給第一離合機(jī)構(gòu)7，發(fā)出斷電指令給第二離合機(jī)構(gòu)16，第一離合機(jī)構(gòu)7處于結(jié)合狀態(tài)開始工作，第二離合機(jī)構(gòu)16處于分離狀態(tài)停止工作。此時(shí)，第一葉輪9與主動軸22保持同樣轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，第二葉輪10與從動軸23保持同樣轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，第三葉輪14保持靜止。此時(shí)新鮮空氣經(jīng)第一空氣濾清器8過濾后，被旋轉(zhuǎn)的第一葉輪9壓縮，壓縮后的空氣再經(jīng)旋轉(zhuǎn)的第二葉輪10進(jìn)一步壓縮，經(jīng)兩級壓縮加壓后的新鮮空氣進(jìn)入第一空氣冷卻器11冷卻，然后增壓冷卻后的新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣門12進(jìn)入到發(fā)動機(jī)1的氣缸內(nèi)。

雙路并聯(lián)進(jìn)氣增壓模式：當(dāng)進(jìn)氣流量較小，不能滿足需要時(shí)，控制器21發(fā)出雙路并聯(lián)進(jìn)氣增壓指令。控制器21發(fā)出斷電指令給第一離合機(jī)構(gòu)7，發(fā)出上電指令給第二離合機(jī)構(gòu)16，第一離合機(jī)構(gòu)7處于分離狀態(tài)停止工作，第二離合機(jī)構(gòu)16處于結(jié)合狀態(tài)開始工作。此時(shí)，第一葉輪9與主動軸22保持同樣轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，第二葉輪10保持靜止，第三葉輪14與從動軸23保持同樣轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。此時(shí)一路新鮮空氣經(jīng)第一空氣濾清器8過濾后，被旋轉(zhuǎn)的第一葉輪9壓縮，壓縮后的空氣經(jīng)過靜止的第二葉輪10進(jìn)入第一空氣冷卻器11冷卻，然后增壓冷卻后的新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣門12進(jìn)入到發(fā)動機(jī)1的氣缸內(nèi)。另一路新鮮空氣經(jīng)第二空氣濾清器13過濾后，被旋轉(zhuǎn)的第三葉輪14壓縮，壓縮后的空氣進(jìn)入第二空氣冷卻器15中冷卻，經(jīng)過增壓冷卻后的新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣門12進(jìn)入到發(fā)動機(jī)1的氣缸內(nèi)。

雙路串并聯(lián)進(jìn)氣增壓模式：當(dāng)進(jìn)氣流量和進(jìn)氣壓力均較小，在雙路并聯(lián)進(jìn)氣增壓模式時(shí)仍然不能滿足需要，控制器21發(fā)出雙路串并聯(lián)進(jìn)氣增壓指令?？刂破?1同時(shí)發(fā)出上電指令給第一離合機(jī)構(gòu)7和第二離合機(jī)構(gòu)16，第一離合機(jī)構(gòu)7和第二離合機(jī)構(gòu)16均處于結(jié)合狀態(tài)開始工作。此時(shí)，第一葉輪9與主動軸22保持同樣轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，第二葉輪10和第三葉輪14均與從動軸23保持同樣轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。此時(shí)一路新鮮空氣經(jīng)第一空氣濾清器8過濾后，被旋轉(zhuǎn)的第一葉輪9壓縮，壓縮后的空氣再經(jīng)旋轉(zhuǎn)的第二葉輪10進(jìn)一步壓縮，經(jīng)兩級壓縮加壓后的新鮮空氣進(jìn)入第一空氣冷卻器11冷卻，然后經(jīng)兩級增壓冷卻后的新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣門12進(jìn)入到發(fā)動機(jī)1的氣缸內(nèi)。另一路新鮮空氣經(jīng)第二空氣濾清器13過濾后，被旋轉(zhuǎn)的第三葉輪14壓縮，壓縮后的空氣進(jìn)入第二空氣冷卻器15冷卻，然后經(jīng)增壓冷卻后的新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣門12也進(jìn)入到發(fā)動機(jī)1的氣缸內(nèi)。

與傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣增壓系統(tǒng)相比，本發(fā)明具有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：第一，可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的具體進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣流量情況，自適應(yīng)的從單路進(jìn)氣增壓、單路串聯(lián)進(jìn)氣增壓、雙路并聯(lián)進(jìn)氣增壓和雙路串并聯(lián)進(jìn)氣增壓四種模式中選擇最優(yōu)的運(yùn)行模式。當(dāng)進(jìn)氣流量和進(jìn)氣壓力正常能夠滿足需要時(shí)，采取單路進(jìn)氣增壓模式。當(dāng)進(jìn)氣壓力較小，不能滿足需要時(shí)，采取單路串聯(lián)進(jìn)氣增壓模式。當(dāng)進(jìn)氣流量較小，不能滿足需要時(shí)，采取雙路并聯(lián)進(jìn)氣增壓模式。當(dāng)進(jìn)氣流量和進(jìn)氣壓力均較小，在雙路并聯(lián)進(jìn)氣增壓模式時(shí)仍然不能滿足需要，采取雙路串并聯(lián)進(jìn)氣增壓模式。四種模式可以單一增大或同時(shí)增大進(jìn)氣流量和進(jìn)氣壓力，從而提高發(fā)動機(jī)的動力性，改善發(fā)動機(jī)性能、降低污染排放。第二，可以根據(jù)發(fā)動機(jī)不同工況下每個(gè)循環(huán)噴入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的燃油量和最優(yōu)燃空比，計(jì)算出當(dāng)前氣缸內(nèi)所需要的空氣量，從四種進(jìn)氣增壓模式提供中選擇最合適的增壓模式，提供最合適的進(jìn)氣流量和進(jìn)氣壓力，改善發(fā)動機(jī)的性能，降低發(fā)動機(jī)污染排放。第三，控制器可以根據(jù)當(dāng)前的廢氣壓力，控制排氣旁通閥關(guān)閉、部分開啟、完全開啟，決定由全部廢氣或部分廢氣推動渦輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)行增壓，還是停止增壓，優(yōu)化利用排氣能量，提高發(fā)動機(jī)的性能。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。