CN102251846A - 涡轮增压器辅助动力装置 - Google Patents

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雷艳
穆正凯
丁纬汉
潘廷玖
李成林
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Abstract

涡轮增压器辅助动力装置属于热能与动力工程领域。为解决废气涡轮增压器在汽车起步阶段的难以启动的问题而开发一种新型辅助动力装置。涡轮增压器辅助动力装置，其特征在于：包括空气入口管(7)、气体燃料入口管(8)、进气控制阀(6)、燃烧管(9)、点火器(5)和燃烧管控制阀(10)；燃烧管(9)是一个一端封闭一端开口的长管，在封闭端设有点火器(5)，开口端连通涡轮内腔，开口端装有燃烧管控制阀(10)；在燃烧管(9)封闭端的下方设有空气入口管(7)和气体燃料入口管(8)；空气入口管(7)和燃烧管(9)之间设有进气控制阀(6)。该装置结构简单，燃烧迅速，能有效利用燃料燃烧的能量，具有较高效率。

Description

涡轮增压器辅助动力装置
技术领域
本发明是一种动力机械，该装置可利用气体燃料在燃烧室的爆震燃烧产生的激波能量，用于辅助驱动废气涡轮增压器的涡轮，属于热能与动力工程领域。
背景技术
涡轮增压器是一种利用内燃机产生的废气驱动空气压缩机的技术，涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量。涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由新鲜空气，使之增压进入发动机气缸，实现增压目的。涡轮增压器的使用有利于提高发动机的动力性能，目前已经广泛应用车用内燃机中。
涡轮增压器在发动机上应用时，它并不是随时都在启动发挥作用的的。在车辆起步阶段，发动机转速低，工作温度低，发动机排出的废气量较少，此时气缸温度相对较低，废气所含很大部分的热量经过热传导耗散，低能量的废气进入增压器涡轮腔后自然没有足够推动涡轮有效运转的惯性冲力，此时涡轮是难以启动的。因此，在车辆起步阶段涡轮增压器基本不工作，此时没有实现增压的目的。
为了解决废气涡轮增压器在汽车起步阶段的难以启动的问题，本发明的目的是开发一种动力机械装置用于辅助涡轮增压器在汽车起步阶段的启动。
发明内容
本发明装置是为解决废气涡轮增压器在汽车起步阶段的难以启动的问题而开发一种新型辅助动力装置，该装置结构较为简单，燃烧迅速，能有效利用燃料燃烧的能量，具有较高效率。其特征在于：将利用气体燃料爆震燃烧产生的激波能量驱动涡轮增压器的涡轮。
本发明设计的涡轮增压器辅助动力装置简图见附图1，包括空气入口管7、气体燃料入口管8、进气控制阀6、燃烧管9、点火器5和燃烧管控制阀10；燃烧管9是一个一端封闭一端开口的长管，在封闭端设有点火器5，开口端连通涡轮内腔，开口端装有燃烧管控制阀10；在燃烧管9封闭端的下方设有空气入口管7和气体燃料入口管8；空气入口管7和燃烧管9之间设有进气控制阀6。
本发明通过气体燃料(可以是天然气或氢气)与空气混合并点燃，燃烧的气体在激波管内爆燃产生激波，而气体经过激波压缩激励，其压力、密度、温度都会陡然升高，高温高压气体会强有力地驱动涡轮高效运转，辅助涡轮增压器在低温低转速工况能正常发挥作用，提高发动机动力性能。
本发明和没有该装置比较，能有效利用燃料燃烧的能量，发动机动力性能可提高15-20％，具有较高效率。
附图说明
图1涡轮辅助动力装置简图
图2进气过程示意图
图3燃烧过程示意图
图中：
1-涡轮    2-涡轮叶片       3-涡轮废气入口管  4-涡轮辅助动力装置
5-点火器  6-进气控制阀     7-空气入口管      8-气体燃料入口管
9-燃烧管  10-燃烧管控制阀  11-涡轮内腔       12-涡轮转速传感器
具体实施方式
下面结合图1～3详细说明本发明。
本实施例主要由进气***(空气入口管7、气体燃料入口管8和进气控制阀6)、燃烧***(燃烧管9、点火器5和燃烧管控制阀10)组成。
本发明的具体实施方式为：
初始状态时，两个控制阀，即进气控制阀6和燃烧管控制阀10都关闭，涡轮1静止不动。当发动机启动时，涡轮转速传感器12开始探测涡轮转速，当涡轮转速传感器返回ECU的信号小于涡轮启动转速时，ECU发出指令，涡轮辅助动力装置启动，开始工作。
进气：涡轮辅助动力装置启动初始，来自气体燃料入口管8的气体燃料与来自空气入口管的空气混合均匀。接着，开启进气控制阀6，燃料空气混合气3进入燃烧管9。当燃料空气混合气充满燃烧管9后，进气控制阀6关闭，进气过程结束。
燃烧：进气控制阀6关闭时打开点火器5，点火器5将混合好的燃料与空气的混合气点燃形成火焰。火焰在燃烧管9经过一段距离的传播后形成爆震燃烧，并产生激波。激波使得在燃烧管的下游区产生高压，即在燃烧管9的出口处的气体速度、温度升高。同时，位于燃烧管末端的燃烧管控制阀10打开，连通涡轮内腔11及燃烧管9。高温高速气体从燃烧管9流出并迅速进入涡轮内腔11中，在燃烧废气的能量的驱动下，废气作用在涡轮叶片2上产生一个力矩(驱动力矩)，这个驱动力矩驱使涡轮叶片转动，这样涡轮增压器开始工作。
停止：当涡轮转速传感器12测量到涡轮转速达到其设计的启动转速时，ECU发出指令切断气体燃料供给，同时关闭燃烧管控制阀10，燃烧停止，辅助动力装置停止工作。此时发动机的转速已经提高，发动机排出的废气温度升高，发动机废气能量驱动涡轮快速旋转。此后，涡轮正常工作。

Claims (1)

1.涡轮增压器辅助动力装置，其特征在于：包括空气入口管(7)、气体燃料入口管(8)、进气控制阀(6)、燃烧管(9)、点火器(5)和燃烧管控制阀(10)；燃烧管(9)是一个一端封闭一端开口的长管，在封闭端设有点火器(5)，开口端连通涡轮内腔，开口端装有燃烧管控制阀(10)；在燃烧管(9)封闭端的下方设有空气入口管(7)和气体燃料入口管(8)；空气入口管(7)和燃烧管(9)之间设有进气控制阀(6)。
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20111123