一种可变速比复合涡轮系统的制作方法

一种可变速比复合涡轮系统的制作方法
【专利摘要】一种可变速比复合涡轮系统，包括增压器、动力涡轮、变速机构、传动机构，增压器的进气端、排气端分别与发动机的排气端、动力涡轮相通，变速机构包括由一号齿轮与二号齿轮啮合的大速比齿轮组、由三号齿轮与四号齿轮啮合的小速比齿轮组，一号齿轮、三号齿轮同轴固定在动力涡轮的输出轴上，二号齿轮、四号齿轮同轴设置在传动机构的传动输入轴上，二号齿轮、四号齿轮之间设有可沿传动输入轴轴向移动的结合套，该结合套的外齿与二号齿轮、四号齿轮的内齿配合，且结合套通过结合套拨叉机构与变速比控制装置连接，传动机构的传动输出轴与发动机的曲轴相连。本设计不仅结构简单、体积小，而且改善了发动机的性能。
【专利说明】 —种可变速比复合涡轮系统

【技术领域】
[0001]本实用新型属于发动机废气能量回收【技术领域】，具体涉及一种可变速比复合涡轮系统，具体适用于简化结构、减小体积、改善发动机的性能。

【背景技术】
[0002]随着汽车保有量的持续增加，汽车发动机的能源消耗、温室气体CO2和污染物排放问题日益突出。汽车的节能、减排已经成为当今汽车工业发展亟待解决的关键问题。提高车用发动机能量利用率是解决汽车节能、减排问题的重要措施之一。发动机在工作过程中，燃油燃烧总能量中只有30% - 45%用于动力输出的有效功，而将近1/3的能量通过废气能量损失掉了，因此回收利用废气能量能够提高发动机能量利用率，从而现实汽车的节能、减排。
[0003]近年来，国内外对发动机废气能量回收利用技术进行了大量的研究和应用工作。复合涡轮技术是通过一个高效的动力涡轮吸收利用废气中热量转换为涡轮的旋转动能，然后通过传动系统将能量输入到发动机曲轴中，从而提高发动机功率输出。复合涡轮发动机能够通过匹配较小的涡轮增压器实现提升低速、低负荷的空燃比，改善燃烧，降低燃油消耗率，提高瞬态响应；高速时由于能够回收的废气能量较大因此也能提升功率、降低燃油消耗率；同时复合涡轮发动机由于排气背压增加可以现实更高的EGR率，从而降低发动机的NOx排放量。
[0004]中国专利:申请公布号为CN103225552A，申请公布日为2013年7月31日的发明专利公开了一种动力涡轮混联式复合装置及控制系统，包括增压器、动力涡轮、动力涡轮控制器以及设置在动力涡轮与曲轴之间的可变机械传动系统，可变机械传动系统由离合器、第一级固定速比变速器、第二级可变速比变速器和第三级动力耦合齿轮组成，且离合器、动力涡轮和第二级可变速比变速器均与动力涡轮控制器电联，动力涡轮与涡轮增压器串联，第一级固定速比变速器设置在离合器的输出端，用于对动力涡轮进行大速比降速，第二级可变速比变速器设置在第一级固定速比变速器的低速端，用于调节动力涡轮与内燃机之间的速比，第三级动力耦合齿轮设置在内燃机的曲轴端，用于将动力涡轮的扭矩耦合到内燃机的曲轴上输出做功，动力涡轮控制器根据内燃机的运行工况实时，控制动力涡轮的运行状态。虽然该发明能够根据内燃机的运行工况实时调控第二级可变速比变速器的速比，在全工况范围内优化动力涡轮的运行效率，但要实现电控无极变速，那么其执行机构必然会非常复杂，整个结构的体积也会较大，很难真正实现其在发动机上的应用。


【发明内容】

[0005]本实用新型的目的是克服现有结构存在的结构复杂、体积较大的问题，提供一种结构简单、体积较小的可变速比复合涡轮系统。
[0006]为实现以上目的，本实用新型的技术方案如下:
[0007]—种可变速比复合涡轮系统，包括增压器、动力涡轮、变速机构、传动机构，所述增压器包括同轴连接的压气机、增压涡轮，压气机的排气端与发动机的进气歧管相通，增压涡轮的进气端、排气端分别与发动机的排气歧管、动力涡轮的进气端相通，且动力涡轮的输出轴依次通过变速机构、传动机构与发动机的曲轴相连；
[0008]所述变速机构包括大速比齿轮组、小速比齿轮组、变速比控制装置，大速比齿轮组包括相互哨合的一号齿轮、二号齿轮，小速比齿轮组包括相互哨合的三号齿轮、四号齿轮，所述一号齿轮、三号齿轮同轴固定在输出轴上，二号齿轮、四号齿轮同轴设置在传动机构的传动输入轴上且可相对于传动输入轴空转；
[0009]所述传动输入轴上位于二号齿轮、四号齿轮之间的区域套设有可沿传动输入轴轴向移动的结合套，该结合套的外齿与二号齿轮、四号齿轮的内齿相配合，且结合套通过结合套拨叉机构与变速比控制装置连接。
[0010]所述传动机构包括柔性传动装置、传动齿轮组，该柔性传动装置上设置有传动输入轴、传动输出轴，所述传动输出轴通过传动齿轮组与曲轴相连。
[0011 ] 所述变速机构、传动机构均设置在壳体的内部。
[0012]与现有技术相比，本实用新型的有益效果为:
[0013]1、本实用新型一种可变速比复合涡轮系统中变速机构包括由一号齿轮与二号齿轮相互啮合形成的大速比齿轮组、由三号齿轮与四号齿轮相互啮合形成的小速比齿轮组，一号齿轮、三号齿轮同轴固定在输出轴上，二号齿轮、四号齿轮同轴设置在传动机构的传动输入轴上且可相对于传动输入轴空转，传动输入轴上位于二号齿轮、四号齿轮之间的区域套设有可沿传动输入轴轴向移动的结合套，该结合套的外齿与二号齿轮、四号齿轮的内齿相配合，结合套通过结合套拨叉机构与变速比控制装置连接，当复合涡轮系统运行时，变速比控制装置通过接收到的发动机的转速和油门信号判断发动机运行状况来控制接合套的结合情况，进而实现动力涡轮到发动机曲轴的速比调整，使发动机在全工况具有较高的排气能量回收效率，该设计中变速机构仅由大速比齿轮组、小速比齿轮组、结合套、结合套拨叉机构与变速比控制装置构成，其机械结构简单、占用体积小，易于安装使用。因此，本实用新型结构简单、占用体积小。
[0014]2、本实用新型一种可变速比复合涡轮系统在发动机处于小负荷工况时可实现复合涡轮的空转，该设计能够有效减小动力涡轮的运转阻力，进而降低动力涡轮对发动机性能的影响。因此，本实用新型可改善发动机的性能。
[0015]3、本实用新型一种可变速比复合涡轮系统中传动机构包括柔性传动装置，其在传递来自动力涡轮能量的同时可起到减少振动的传递的作用，形成过载保护。因此，本实用新型可有效减少系统运行过程中振动的传递。

【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1为低速大负荷工况时本实用新型的结构示意图。
[0017]图2为高速大负荷工况时本实用新型的结构示意图。
[0018]图3为小负荷工况时本实用新型的结构示意图。
[0019]图4为发动机运行工况分区示意图。
[0020]图中:
[0021]增压器1、压气机11、增压涡轮12、动力涡轮2、输出轴21、变速机构3、大速比齿轮组31、一号齿轮311、二号齿轮312、小速比齿轮组32、三号齿轮321、四号齿轮322、结合套33、结合套拨叉机构34、变速比控制装置35、传动机构4、传动输入轴41、传动输出轴42、柔性传动装置43、传动齿轮组44、发动机5、曲轴51、壳体6、低速大负荷工况区域7、高速大负荷工况区域8、小负荷工况区域9 ；
[0022]箭头所指方向为气流的走向。

【具体实施方式】
[0023]下面结合【专利附图】

【附图说明】和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0024]参见图1至图4，一种可变速比复合涡轮系统，包括增压器1、动力涡轮2、变速机构3、传动机构4，所述增压器I包括同轴连接的压气机11、增压涡轮12，压气机11的排气端与发动机5的进气歧管相通，增压涡轮12的进气端、排气端分别与发动机5的排气歧管、动力涡轮2的进气端相通，且动力涡轮2的输出轴21依次通过变速机构3、传动机构4与发动机5的曲轴51相连；
[0025]所述变速机构3包括大速比齿轮组31、小速比齿轮组32、变速比控制装置35，大速比齿轮组31包括相互啮合的一号齿轮311、二号齿轮312，小速比齿轮组32包括相互啮合的三号齿轮321、四号齿轮322，所述一号齿轮311、三号齿轮321同轴固定在输出轴21上，二号齿轮312、四号齿轮322同轴设置在传动机构4的传动输入轴41上且可相对于传动输入轴41空转；
[0026]所述传动输入轴41上位于二号齿轮312、四号齿轮322之间的区域套设有可沿传动输入轴41轴向移动的结合套33，该结合套33的外齿与二号齿轮312、四号齿轮322的内齿相配合，且结合套33通过结合套拨叉机构34与变速比控制装置35连接。
[0027]所述传动机构4包括柔性传动装置43、传动齿轮组44，该柔性传动装置42上设置有传动输入轴41、传动输出轴42，所述传动输出轴42通过传动齿轮组44与曲轴51相连。
[0028]所述变速机构3、传动机构4均设置在壳体6的内部。
[0029]本实用新型的原理说明如下:
[0030]本可变速比复合涡轮系统运行时，发动机排气首先经由增压涡轮12后流入动力涡轮3,发动机排气的动能被转化为动力涡轮3的旋转机械能,随后动力涡轮3的旋转带动其输出轴21上固定的一号齿轮311、三号齿轮321运转，一号齿轮311、三号齿轮321的转动又会带动二号齿轮312、四号齿轮322在传动输入轴41上空转，此时变速比控制装置通过接收发动机的转速和油门信号判断发动机运行状况来控制接合套结合情况，可实现在发动机低速大负荷工况时采用较大速比、高速大负荷工况时采用小速比运转、小负荷工况时空转，实现复合涡轮系统的高效回收，同时避免动力涡轮在发动机高速尤其超速工况时超速，提升复合涡轮系统可靠性，其具体工作过程如下:
[0031]当变速比控制装置35判断发动机5处于低速大负荷工况区域7时，其控制接合套拨叉机构34推动接合套33使其与二号齿轮312的内齿接合，从而实现复合涡轮的大速比传动；
[0032]当变速比控制装置35判断发动机5处于高速大负荷工况区域8时，其控制接合套拨叉机构34推动接合套33使其与四号齿轮322的内齿接合，从而实现复合涡轮的小速比传动；
[0033]当变速比控制装置35判断发动机5处于小负荷工况区域9时，其控制接合套拨叉机构34推动接合套33使其不与任何齿轮接合，二号齿轮312、四号齿轮322在传动输入轴41上空转,可减小排气阻力，改善发动机的性能。
[0034]壳体6:本实用新型中变速机构3、传动机构4均设置在壳体6的内部，该壳体6不仅可用于固定上述机构，而且在其内部可设计润滑油路为上述机构提供润滑。
[0035]实施例1:
[0036]参见图1至图4，一种可变速比复合涡轮系统，包括增压器1、动力涡轮2、变速机构3、传动机构4，所述增压器I包括同轴连接的压气机11、增压涡轮12，压气机11的排气端与发动机5的进气歧管相通，增压涡轮12的进气端、排气端分别与发动机5的排气歧管、动力涡轮2的进气端相通，所述变速机构3、传动机构4均设置在壳体6的内部，传动机构4包括柔性传动装置43、传动齿轮组44，该柔性传动装置42上设置有传动输入轴41、传动输出轴42，所述传动输出轴42通过传动齿轮组44与发动机5的曲轴51相连，所述变速机构3包括大速比齿轮组31、小速比齿轮组32、变速比控制装置35，大速比齿轮组31包括相互啮合的一号齿轮311、二号齿轮312，小速比齿轮组32包括相互啮合的三号齿轮321、四号齿轮322，所述一号齿轮311、三号齿轮321同轴固定在动力涡轮2的输出轴21上，二号齿轮312、四号齿轮322同轴设置在传动输入轴41上且可相对于传动输入轴41空转，所述传动输入轴41上位于二号齿轮312、四号齿轮322之间的区域套设有可沿传动输入轴41轴向移动的结合套33，该结合套33的外齿与二号齿轮312、四号齿轮322的内齿相配合，结合套33通过结合套拨叉机构34与变速比控制装置35连接；
[0037]使用时，所述变速比控制装置35先通过接收到的发动机转速和油门信号判断发动机的运行工况，然后根据发动机的运行工况控制接合套33与二号齿轮312接合或与四号齿轮322接合或不与任何齿轮接合，其中，所述根据运行工况控制接合套33与二号齿轮312接合或与四号齿轮322接合或不与任何齿轮接合是指:
[0038]当发动机5处于低速大负荷工况区域7时，变速比控制装置35控制接合套拨叉机构34推动接合套33沿传动输入轴41轴向移动，使接合套33与二号齿轮312的内齿接合，随后二号齿轮312将动力通过接合套33传递给传动输入轴41，并依次经由柔性传动装置43、传动齿轮组44传递给曲轴51 ；
[0039]当发动机5处于高速大负荷工况区域8时，变速比控制装置35控制接合套拨叉机构34推动接合套33沿传动输入轴41轴向移动，使接合套33与四号齿轮322的内齿接合，随后四号齿轮322将动力通过接合套33传递给传动输入轴41，并依次经由柔性传动装置43、传动齿轮组44传递给曲轴51 ；
[0040]当发动机5处于小负荷工况区域9时，变速比控制装置35控制接合套拨叉机构34推动接合套33沿传动输入轴41轴向移动，使接合套33不与任何齿轮接合。
【权利要求】
1.一种可变速比复合涡轮系统，包括增压器(I)、动力涡轮(2)、变速机构(3)、传动机构(4)，所述增压器(I)包括同轴连接的压气机(11)、增压涡轮(12)，压气机(11)的排气端与发动机(5)的进气歧管相通，增压涡轮(12)的进气端、排气端分别与发动机(5)的排气歧管、动力涡轮(2 )的进气端相通，且动力涡轮(2 )的输出轴(21)依次通过变速机构(3 )、传动机构(4)与发动机(5)的曲轴(51)相连，其特征在于: 所述变速机构(3)包括大速比齿轮组(31)、小速比齿轮组(32)、变速比控制装置(35)，大速比齿轮组(31)包括相互啮合的一号齿轮(311)、二号齿轮(312)，小速比齿轮组(32)包括相互哨合的三号齿轮(321)、四号齿轮(322),所述一号齿轮(311)、三号齿轮(321)同轴固定在输出轴(21)上,二号齿轮(312)、四号齿轮(322)同轴设置在传动机构(4)的传动输入轴(41)上且可相对于传动输入轴(41)空转； 所述传动输入轴(41)上位于二号齿轮(312)、四号齿轮(322)之间的区域套设有可沿传动输入轴(41)轴向移动的结合套(33)，该结合套(33)的外齿与二号齿轮(312)、四号齿轮(322)的内齿相配合，且结合套(33)通过结合套拨叉机构(34)与变速比控制装置(35)连接。
2.根据权利要求1所述的一种可变速比复合涡轮系统，其特征在于:所述传动机构(4)包括柔性传动装置(43)、传动齿轮组(44)，该柔性传动装置(42)上设置有传动输入轴(41)、传动输出轴(42 )，所述传动输出轴(42 )通过传动齿轮组(44)与曲轴(51)相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种可变速比复合涡轮系统，其特征在于:所述变速机构(3 )、传动机构(4 )均设置在壳体(6 )的内部。
【文档编号】F02B37/00GK204163868SQ201420571277
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】陈镇, 殷勇, 赵艳婷, 阳松林, 余建华 申请人:东风商用车有限公司