本發(fā)明涉及一種混合渦輪增壓余熱利用提高瞬態(tài)響應(yīng)的試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

汽車在起步、加速時(shí)，由于渦輪增壓器響應(yīng)滯后等原因，使得排氣煙度急劇升高，排出污染環(huán)境、危害健康的“黑煙"，同時(shí)使得發(fā)動(dòng)機(jī)低速扭矩不足，加速性差。因此，采用技術(shù)措施改造現(xiàn)有渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)性能和減少排氣煙度，有著重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)以上不足之處，提供了一種混合渦輪增壓余熱利用提高瞬態(tài)響應(yīng)的試驗(yàn)裝置及方法。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的方案是，一種混合渦輪增壓余熱利用提高瞬態(tài)響應(yīng)的試驗(yàn)裝置，包括控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪增壓器、發(fā)電機(jī)、蓄電池、高速電機(jī)、增壓管路，所述渦輪增壓器的葉輪端的輸入端連接有進(jìn)氣管，渦輪增壓器的葉輪端的輸出端經(jīng)入氣管與發(fā)動(dòng)機(jī)的入氣口相連接，發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排出口經(jīng)管路與渦輪增壓器的渦輪端的輸入端相連接，渦輪增壓器的渦輪端的輸出端連接有排氣管，所述排氣管上設(shè)置有動(dòng)力渦輪，動(dòng)力渦輪與發(fā)電機(jī)相連接，發(fā)電機(jī)依次通過整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路與蓄電池的輸入端電性連接，蓄電池的輸出端依次電性連接逆變器、變頻器、高速電機(jī)，所述增壓管路上依次設(shè)置有壓氣機(jī)、電磁閥，壓氣機(jī)由高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，增壓管路輸入端與進(jìn)氣管相連接，增壓管路輸出端與入氣管相連接，所述發(fā)動(dòng)機(jī)上設(shè)置有曲軸轉(zhuǎn)速傳感器，所述蓄電池、高速電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、逆變器、變頻器、曲軸轉(zhuǎn)速傳感器均與控制器電性連接。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)氣管上設(shè)置有過濾器。

進(jìn)一步的，所述入氣管上設(shè)置有中冷器。

進(jìn)一步的，所述動(dòng)力渦輪的尺寸小于渦輪增壓器中渦輪的尺寸。

進(jìn)一步的，所述動(dòng)力渦輪與發(fā)電機(jī)通過聯(lián)軸器耦合。

一種混合渦輪增壓余熱利用提高瞬態(tài)響應(yīng)的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

（1）接通電源，正常啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)，啟動(dòng)系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng),燃油供給系統(tǒng)工作正常；

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷啟動(dòng)的低速階段，電磁閥打開，蓄電池開始放電，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，為高速電機(jī)供電，高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)為發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)氣，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣充量，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒充分，改善渦輪增壓器瞬態(tài)不足的問題，在加速階段，有效緩解渦輪遲滯的問題；

（3）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢氣為一級(jí)廢氣，一級(jí)廢氣推動(dòng)渦輪增壓器，經(jīng)過渦輪增壓器排出的廢氣稱為二級(jí)廢氣，二級(jí)廢氣推動(dòng)動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力渦輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電，產(chǎn)生的交流電依次通過整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路后對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，進(jìn)而完成余熱的二次回收與利用；

（4）隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，渦輪增壓器已經(jīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)成了良好的匹配不出現(xiàn)渦輪遲滯和發(fā)動(dòng)機(jī)加速冒黑煙的情況，響應(yīng)良好，曲軸轉(zhuǎn)速傳感器將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋給控制器，控制器輸出變頻信號(hào)給變頻器，從而使得高速電機(jī)工作電源頻率降低，高速電機(jī)轉(zhuǎn)速下降；

（5）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)態(tài)工況時(shí)，渦輪增壓器為發(fā)動(dòng)機(jī)提供了足夠的壓縮空氣，高速電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，電磁閥關(guān)閉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：運(yùn)行可靠，能利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的二級(jí)廢氣的余熱，改善發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)階段瞬態(tài)響應(yīng)不足的問題，在發(fā)動(dòng)機(jī)加速階段可有效消除渦輪遲滯問題，回收了發(fā)動(dòng)機(jī)二級(jí)廢氣中的能量，提高燃油利用率，提升發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性，節(jié)能環(huán)保，改善了常規(guī)渦輪增壓器低速轉(zhuǎn)矩不足、渦輪遲滯、加速冒煙和冷起動(dòng)困難的問題，當(dāng)渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到了良好的穩(wěn)態(tài)工況時(shí)，通過變頻器讓電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，節(jié)約電能，不對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行過度的補(bǔ)氣。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明專利進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路的電路圖。

圖中：

1-發(fā)動(dòng)機(jī)；2-渦輪增壓器；3-動(dòng)力渦輪；4-聯(lián)軸器；5-發(fā)電機(jī)；6-整流濾波穩(wěn)壓電路；7-蓄電池；8-逆變器；9-變頻器；10-高速電機(jī)；11-壓氣機(jī)；12-過濾器；13-中冷器；14-控制器；15-電磁閥；16-整流電路；17-濾波電路；18-穩(wěn)壓電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖1-2所示，一種混合渦輪增壓余熱利用提高瞬態(tài)響應(yīng)的試驗(yàn)裝置，包括控制器14、發(fā)動(dòng)機(jī)1、渦輪增壓器2、發(fā)電機(jī)5、蓄電池7、高速電機(jī)10、增壓管路，所述渦輪增壓器2的葉輪端的輸入端連接有進(jìn)氣管，渦輪增壓器2的葉輪端的輸出端經(jīng)入氣管與發(fā)動(dòng)機(jī)1的入氣口相連接，發(fā)動(dòng)機(jī)1廢氣排出口經(jīng)管路與渦輪增壓器2的渦輪端的輸入端相連接，渦輪增壓器2的渦輪端的輸出端連接有排氣管，所述排氣管上設(shè)置有動(dòng)力渦輪3，動(dòng)力渦輪3與發(fā)電機(jī)5相連接，發(fā)電機(jī)5依次通過整流電路16、濾波電路17、穩(wěn)壓電路18與蓄電池7的輸入端電性連接，蓄電池7的輸出端依次電性連接逆變器8、變頻器9、高速電機(jī)10，所述增壓管路上依次設(shè)置有壓氣機(jī)11、電磁閥15，壓氣機(jī)11由高速電機(jī)10驅(qū)動(dòng)，增壓管路輸入端與進(jìn)氣管相連接，增壓管路輸出端與入氣管相連接，所述發(fā)動(dòng)機(jī)1上設(shè)置有曲軸轉(zhuǎn)速傳感器，所述蓄電池7、高速電機(jī)10、發(fā)動(dòng)機(jī)1、逆變器8、變頻器9、曲軸轉(zhuǎn)速傳感器均與控制器14電性連接。

在本實(shí)施例中，所述進(jìn)氣管上設(shè)置有過濾器2。

在本實(shí)施例中，所述入氣管上設(shè)置有中冷器13，增壓會(huì)導(dǎo)致空氣溫度上升，空氣溫升會(huì)導(dǎo)致密度的降低，影響充氣效率。采用中冷器13可以降低壓縮空氣溫度，進(jìn)而提高氣缸進(jìn)氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)1的平均有效壓力，并且中冷器13降低了發(fā)動(dòng)機(jī)1的熱力循環(huán)的平均溫度，減小了發(fā)動(dòng)機(jī)1和渦輪的熱應(yīng)力，中冷器13采用單獨(dú)的冷卻水。

在本實(shí)施例中，所述動(dòng)力渦輪3的尺寸小于渦輪增壓器2中渦輪的尺寸。

在本實(shí)施例中，所述動(dòng)力渦輪3與發(fā)電機(jī)5通過聯(lián)軸器4耦合。

一種混合渦輪增壓余熱利用提高瞬態(tài)響應(yīng)的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

（1）接通電源，正常啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)，啟動(dòng)系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng),燃油供給系統(tǒng)工作正常；

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷啟動(dòng)的低速階段，電磁閥15打開，蓄電池7開始放電，通過逆變器8將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，為高速電機(jī)10供電，高速電機(jī)10驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)11為發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)氣，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣充量，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒充分，改善渦輪增壓器2瞬態(tài)不足的問題，在加速階段，有效緩解渦輪遲滯的問題；

（3）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢氣為一級(jí)廢氣，一級(jí)廢氣推動(dòng)渦輪增壓器2，經(jīng)過渦輪增壓器2排出的廢氣稱為二級(jí)廢氣，二級(jí)廢氣推動(dòng)動(dòng)力渦輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力渦輪3帶動(dòng)發(fā)電機(jī)5轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電，產(chǎn)生的交流電依次通過整流電路16、濾波電路17、穩(wěn)壓電路18后對(duì)蓄電池7進(jìn)行充電，進(jìn)而完成余熱的二次回收與利用；

（4）隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，渦輪增壓器2已經(jīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)成了良好的匹配不出現(xiàn)渦輪遲滯和發(fā)動(dòng)機(jī)加速冒黑煙的情況，響應(yīng)良好，曲軸轉(zhuǎn)速傳感器將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋給控制器14，控制器14輸出變頻信號(hào)給變頻器9，從而使得高速電機(jī)10工作電源頻率降低，高速電機(jī)10轉(zhuǎn)速下降；

（5）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)態(tài)工況時(shí)，渦輪增壓器2為發(fā)動(dòng)機(jī)提供了足夠的壓縮空氣，高速電機(jī)10停止運(yùn)動(dòng)，電磁閥15關(guān)閉。

本發(fā)明不僅能提高發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)性能，解決發(fā)動(dòng)機(jī)加速過程中的渦輪遲滯問題，而且回收了發(fā)動(dòng)機(jī)二級(jí)廢氣中的能量，提高燃油利用率，提升發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性，節(jié)能環(huán)保。

一級(jí)廢氣：直接從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中排出的高溫高壓廢氣，用以推動(dòng)渦輪增壓器2進(jìn)行工作。

二級(jí)廢氣：一級(jí)廢氣推動(dòng)渦輪增壓器2做功后，熱能動(dòng)能減少，從廢氣渦輪出口端排出，轉(zhuǎn)化為二級(jí)廢氣。

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)由動(dòng)力渦輪3與發(fā)電機(jī)5通過聯(lián)軸器4相連構(gòu)成，將二級(jí)廢氣的廢氣能轉(zhuǎn)換為電能。

整流電路16：在給蓄電池7充電時(shí)，需要穩(wěn)定的直流電源供電。本發(fā)明采用單相橋式整流電路16，將發(fā)電機(jī)5輸出的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電。整流電路16由四只整流二極管組成，利用二極管的單向?qū)щ娞匦裕诠ぷ鬟^程中，兩只二極管導(dǎo)通，另兩只二極管截止，用到了輸入交流電壓的正、負(fù)半周，使頻率擴(kuò)大一倍,這一頻率的提高有利于下一步濾波電路17的濾波。

濾波電路17：整流電路16的輸出電壓雖然是單一方向的，但是含有較大的交流成分，在整流電路16的輸出端并聯(lián)一個(gè)電容構(gòu)成單相橋式整流電容濾波電路17，從而將單向脈動(dòng)性直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。在整流電?6的輸出端并聯(lián)一個(gè)電容構(gòu)成單相橋式整流電容濾波電路17，從而將單向脈動(dòng)性直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷骸?/p>

穩(wěn)壓電路18：整流濾波電路17輸出電壓會(huì)隨著發(fā)電機(jī)5電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，隨著負(fù)載電阻的變化而變化，為了獲得穩(wěn)定性好的直流電壓，采取穩(wěn)壓措施。采用穩(wěn)壓二極管和限流電阻r來構(gòu)成穩(wěn)壓電路18。其輸入電壓就是整流濾波后的電壓，其輸出電壓就是穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。

按照圖2的電路圖中，上“正”下“負(fù)”的電流方向，給蓄電池7充電。

逆變器8：將蓄電池7輸出的直流電轉(zhuǎn)換為高速電機(jī)10所需的交流電。

變頻器9：直接對(duì)高速電機(jī)10的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)階段，由蓄電池7向高速電機(jī)10供電，并由高速電機(jī)10帶動(dòng)壓氣機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)，向發(fā)動(dòng)機(jī)提供大量壓縮空氣，提高進(jìn)氣充量，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)性能，改善燃燒，減少排氣煙度有著重要意義。在發(fā)動(dòng)機(jī)高速低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果能高效率地收集二級(jí)廢氣中的能量，將這部分能量通過整流、濾波、穩(wěn)壓的策略回收到蓄電池7中，轉(zhuǎn)換為蓄電池7的電能，則既減少了發(fā)動(dòng)機(jī)充電油耗，又提高了燃油利用率，達(dá)到了環(huán)保節(jié)能的目的。

上列較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。