发电量调节式废气涡轮增压系统.pdf

本发明涉及一种废气涡轮增压发电系统。发电量调节式废气涡轮增压系统，它包括压气机(3)、发电机(4)、涡轮机(5)、电机轴(6)，其特征是：发电机(4)为带电量调节器的发电机，蓄电池(11)或/和用电设备(12)与发电机(4)的电量调节器相连接，电量调节器由导线与控制器(14)相连接，进气流量传感器(2)、发动机温度传感器(7)、增压压力传感器(8)、节气门位置传感器或油门位置传感器(9)、进气温度传感器(10)、车速传感器(13)、发动机转速传感器(15)分别由信号线与控制器(14)相连接。本发明对发电机的发电量进行控制，实现按发动机工况变化的实际需要对增压器的增压效果进行有效控制和调节，调节范围宽、调节精度高。

1.  发电量调节式废气涡轮增压系统，它包括压气机(3)、发电机(4)、涡轮机(5)、电机轴(6)，发电机(4)位于压气机(3)与涡轮机(5)之间，压气机(3)的叶轮、涡轮机(5)的涡轮分别固定在电机轴(6)的两端，涡轮机(5)的涡轮气道与发动机(16)的废气排出口相连接，压气机(3)的叶轮气道的进气端与发动机(16)的空气滤清器(1)相连接，压气机(3)的叶轮气道的出气端与发动机(16)的进气道相连接；其特征是：发电机(4)为带电量调节器的发电机，蓄电池(11)或/和用电设备(12)与发电机(4)的电量调节器相连接，电量调节器由导线与控制器(14)相连接，进气流量传感器(2)、发动机温度传感器(7)、增压压力传感器(8)、节气门位置传感器或油门位置传感器(9)、进气温度传感器(10)、车速传感器(13)、发动机转速传感器(15)分别由信号线与控制器(14)相连接，进气流量传感器(2)位于空气滤清器(1)与压气机(3)的叶轮气道的进气端之间的气道内，发动机温度传感器(7)、增压压力传感器(8)、节气门位置传感器或油门位置传感器(9)分别与发动机(16)的进气道相通，进气温度传感器(10)与发动机(16)的进气道相接触，车速传感器(13)、发动机转速传感器(15)分别位于发动机(16)的动力输出轴处。

发电量调节式废气涡轮增压系统
技术领域
本发明涉及各种型式的车、船及发电机组用的发动机所排出废气能的利用装置，具体涉及一种废气涡轮增压发电系统。
背景技术
由于废气涡轮能够显著地提高发动机的动力性、燃料经济性和减少排气污染，因此它在各种发动机上得到了广泛地应用。
废气涡轮增压器经历了低速(最高工作转速n_max≤40000r/min)到普通高速(n_max≥100000r/min)，到单级调节，无级连续可调节四代的发展。其中：第一代的低速废气涡轮增压器仅在船用内燃机及部分发电机组中得到了应用；1958年全浮式轴承的发明，使得废气涡轮增压器的转速达到和超过100000r/min后，才拉开了废气涡轮增压器在车用内燃机上应用的序幕。由于普通高速废气涡轮增压器(以下简称普通废气涡轮增压器)存在：当发动机低速小负荷运行时增压效果不足，发动机大负荷运行时增压效果过强之缺点；因此它已逐渐被单级调节的带旁通阀式废气涡轮增压器(俗称带旁通阀式废气涡轮增压器)所取代。为了适应汽车排放法规日以严格的要求，目前各国都在大力发展无级连续可调的电控可变涡壳式废气涡轮增压器(简称电控可变涡壳式废气涡轮增压器)。
带旁通阀式废气涡轮增压器和电控可变涡式废气涡轮的共同特点是：在结构设计上尽可能地照顾到发动机低速小负荷的增压需要，以避免发动机的喘振，而随着发动机负荷或转速的增加，一旦出现增压效果过量时，对于带旁通阀式废气涡轮增压器，则打开旁通阀，使进入到废气涡轮增压器中的废气量减少，以降低增压器的增压效果；对于电控可变涡壳式废气涡轮增压器，则增大涡壳的通流面积，减少对废气能的利用，以降低增压器的增压效果。
由此可见，无论是带旁通阀的废气涡轮增压器，还是电控可变涡壳式废气涡轮增压器，其调节增压效果的方法均是减少对发动机排出废气能的利用，只是电控可变涡壳式废气涡轮增压器的调节范围更大、调节精度更高。
发明内容
为了克服带旁通阀式废气涡轮增压器和电控可变涡壳式废气涡轮增压器对发动机排出废气能利用率低之不足，本发明提出了将废气涡轮增压器多余的废气能用于发电，并通过对发电量的调节，达到按发动机工况变化的实际需要对增压器的增压效果进行有效控制和调节。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：发电量调节式废气涡轮增压系统，它包括压气机3、发电机4、涡轮机5、电机轴6，发电机4位于压气机3与涡轮机5之间，压气机3的叶轮、涡轮机5的涡轮分别固定在电机轴6的两端，涡轮机5的涡轮气道与发动机16的废气排出口相连接，压气机3的叶轮气道的进气端与发动机16的空气滤清器1相连接，压气机3的叶轮气道的出气端与发动机16的进气道相连接；其特征是：发电机4为带电量调节器的发电机，蓄电池11或/和用电设备12与发电机4的电量调节器相连接，电量调节器由导线与控制器14相连接，进气流量传感器2、发动机温度传感器7、增压压力传感器8、节气门位置传感器或油门位置传感器9、进气温度传感器10、车速传感器13、发动机转速传感器15分别由信号线与控制器14相连接，进气流量传感器2位于空气滤清器1与压气机3的叶轮气道的进气端之间的气道内，发动机温度传感器7、增压压力传感器8、节气门位置传感器或油门位置传感器9分别与发动机16的进气道相通，进气温度传感器10与发动机16的进气道相接触，车速传感器13、发动机转速传感器15分别位于发动机16的动力输出轴处。
本发明采用上述结构，发动机排出的废气经涡轮机5转换为机械能后，直接驱动发电机4和压气机3工作。若发电机的发电量大，则用于驱动压气机的能量就少，增压器的增压效果就差，即向发动机输送的新鲜空气量就少，压力就低；反之，则增压器向发动机输送的新鲜空气量就大，压力就高。本发明对发电机的发电量进行控制，实现按发动机工况变化的实际需要对增压器的增压效果进行有效控制和调节，调节范围宽、调节精度高；还可以将多余的废气能利用起来向用电设备供电或给蓄电池充电。
附图说明
图1是本发明工作流程图
图2是本发明结构示意图
图中：1-空气滤清器，2-进气流量传感器，3-压气机，4-发电机，5-涡轮机，6-轴，7-发动机温度传感器，8-增压压力传感器，9-节气门(油门)位置传感器，10-进气温度传感器，11-蓄电池，12-用电设备，13-车速传感器，14-控制器，15-发动机转速传感器，16-发动机。
具体实施方式
如图1、图2所示，发电量调节式废气涡轮增压系统，它包括压气机3、发电机4、涡轮机5、电机轴6，发电机4位于压气机3与涡轮机5之间，压气机3的叶轮、涡轮机5的涡轮分别固定在电机轴6的两端，涡轮机5的涡轮气道与发动机16的废气排出口相连接，压气机3的叶轮气道的进气端与发动机16的空气滤清器1相连接，压气机3的叶轮气道的出气端与发动机16的进气道相连接；发电机4为带电量调节器的发电机，蓄电池11或/和用电设备12与发电机4的电量调节器相连接，电量调节器由导线与控制器14相连接，进气流量传感器2、发动机温度传感器7、增压压力传感器8、节气门位置传感器或油门位置传感器9、进气温度传感器10、车速传感器13、发动机转速传感器15分别由信号线与控制器14相连接，进气流量传感器2位于空气滤清器1与压气机3的叶轮气道的进气端之间地气道内，发动机温度传感器7、增压压力传感器8、节气门位置传感器或油门位置传感器9分别与发动机16的进气道相通，进气温度传感器10与发动机16的进气道相接触，车速传感器13、发动机转速传感器15分别位于发动机16的动力输出轴处。
本发明的工作原理是：发动机排出的废气经涡轮机5转换为机械能后，直接驱动发电机4和压气机3工作。若发电机的发电量大，则用于驱动压气机的能量就少，增压器的增压效果就差，即向发动机输送的新鲜空气量就少，压力就低；反之，则增压器向发动机输送的新鲜空气量就大，压力就高。由此可见，只要对发电机的发电量进行控制，便可实现按发动机工况变化的实际需要对增压器的增压效果进行有效控制和调节。
本发明的控制过程如下：
控制器(ECU)14根据发动机转速传感器15、发动机温度传感器7、车速传感器13和节气门(油门)位置传感器9提供的信息，计算出发动机所需的进气量Q₁，控制器对进气流量传感器2、增压压力传感器8、进气温度传感器10传来的信息进行分析计算可得到压气机实际供给发动机的新鲜空气量Q₂。若Q₂＞Q₁，控制器便发出减少发电量的指令，发电机减小向用电设备和蓄电池的供电量，如此压气机便可增加向发动机的供气量。由于控制器实时不断地快速处理各种传感器传来的信息，并同步向发电机发出控制指令，因此发电量调节式废气涡轮增压发电系统可以实时准确地根据发动机运行工况的实际需要向发动机供给所需的空气量。
由此可见，本发明除具有电控可变涡壳式废气涡轮增压器的调节范围宽、调节精度高优点外，而且还可以将多余的废气能利用起来向用电设备供电或给蓄电池充电。