增压进气系统、使用该系统的交通工具及方法与流程

本发明涉及一种增压进气系统，尤其是用于汽车等使用内燃机的交通工具的增压进气系统。本发明还涉及使用该增压进气系统的交通工具及方法。

背景技术：

汽车主要包含五大系统：发动机系统、底盘系统、燃烧系统、进气系统和电控系统，其中只有进气系统在整个汽车工业发展过程中从未有过重大技术性突破，绝大多数汽车仍沿用传统自然吸气系统(被动进气系统)，仅有少数汽车采用了强制进气的增压系统。

传统强制进气的增压系统有废气增压、机械增压和电动增压，它们的缺陷如下：(1)废气增压缺陷：高温下工作、结构复杂、成本高、故障率高、存在安全隐患、造成发动机动力输出延迟、消耗发动机功率、使发动机油耗增加；(2)机械增压缺点：结构复杂、成本高、增压效果较差、消耗发动机功率、使发动机油耗增加；(3)电动增压缺点：增压效果低下、噪音大。因上述缺陷明显，目前也只有废气涡轮增压器被主流市场接受，然而其使用率尚不足10％，而这一技术的发展已经跨越了一个世纪之久而难以普及。

申请号为CN 201210193224.X、名称为“一种涡轮增压装置以及使用该涡轮增压装置的交通工具”(以下简称为D1)的专利申请中给出了有别于以上三种传统增压装置的进气增压技术，该技术解决了传统增压器因不得不消耗发动机功率所带来的种种弊端，该专利申请涉及一种利用交通工具行驶过程中产生的风力来补偿发动机进气的技术。然而，这种风能增压装置还存在以下缺陷：排水装置设计不合理、增压装置结构复杂且增压效果不够理想、空滤器内部气 流量不能满足发动机和增压器的工作需要、以及增压发动机自然吸气的负压值等。

技术实现要素：

本发明针对以上现有技术存在的所有缺陷，包括D1方案在实施过程中存在的一系列问题，提出了一种增压进气系统、使用该增压进气系统的交通工具及方法。

相应地，本发明提供了一种增压进气系统，其特征在于，包括：集风装置，所述集风装置包括进风口和排风口；动力涡轮，所述动力涡轮包括进风口和排风口，集风装置的排风口与动力涡轮的进风口连接；空气滤清器，所述空气滤清器包括主动进气口、自然吸气口和出气口，动力涡轮的排风口通过气密性的输气管道连接到空气滤清器的主动进气口，用于将动力涡轮的排风口排出的高压空气输送到空气滤清器内；以及增压涡轮，所述增压涡轮能够由动力涡轮带动工作，增压涡轮包括进气口和出气口，空气滤清器的出气口与增压涡轮的进气口连接，经增压涡轮增压后的空气从增压涡轮的出气口排出。

在一种优选实施方式中，该增压进气系统还包括旁通管路，所述旁通管路从空气滤清器的出气口与增压涡轮的进气口之间的位置旁通连接到增压涡轮壳体外通往内燃机的管路。

在一种优选实施方式中，空气滤清器的自然吸气口还用作空气中的水分和尘埃以及空气滤清器滤芯表面的积尘从空气滤清器中排出的排出口。

在一种优选实施方式中，所述排出口中设置有阀门。

在一种优选实施方式中，所述动力涡轮和所述增压涡轮固定地形成在同一个转轴上。

本发明还提供了一种交通工具，具有内燃机，其特征在于，所述交通工具包括如上所述的增压进气系统，其中，所述集风装置的进风口设置在所述交通工具的迎风面上，所述增压涡轮的出气口与 所述内燃机的节气门相连，用于将由所述增压涡轮增压后的空气输送给所述内燃机。

本发明又提供了一种使用如上所述的增压进气系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：从集风装置的进风口进入的空气推动动力涡轮工作，动力涡轮带动增压涡轮工作；从动力涡轮的排风口排出的高压空气经气密性的输气管道进入空气滤清器内，并通过空气滤清器的气流通道冲刷滤芯表面的积尘；以及从空气滤清器的出气口排出的经过滤的空气进入增压涡轮，并经增压涡轮增压后从增压涡轮的出气口排出。

在一种优选实施方式中，该方法还包括设置旁通管路，所述旁通管路从空气滤清器的出气口与增压涡轮的进气口之间的位置旁通连接到增压涡轮壳体外通往内燃机的管路，在交通工具怠速或低速行驶时，通过旁通管路的空气为内燃机补充进气。

在一种优选实施方式中，在交通工具处于滑行状态或内燃机处在匀速工况时，内燃机的节气门基本关闭，高压空气通过旁通管路回流到空气滤清器内。

在一种优选实施方式中，通过空气滤清器的自然吸气口排出冲刷掉的滤芯表面积尘以及空气中的水分和尘埃。

根据本发明的增压进气系统、使用该增压进气系统的交通工具及方法，依靠用输气管道将动力涡轮与空气滤清器气密连接，清除掉空气滤清器内部积尘，同时提高空气滤清器内部气压，满足内燃机自然吸气及增压涡轮的工作需要，还依靠在增压涡轮的壳体外增加旁通管路，在交通工具怠速或低速行驶时，通过旁通管路的空气为内燃机补充进气，并且在交通工具处于滑行状态或内燃机处在匀速工况时，高压空气通过旁通管路回流到空气滤清器内，使得内燃机在任何工况下的需气量得到极致补偿和最大化满足。

附图说明

图1是根据本发明的一种实施方式的增压进气系统总体结构的 示意图；以及

图2和图3是根据本发明的一种实施方式的空气滤清器的示意图，其中图2示出空气滤清器的排出口(自然吸气口)中的阀门处于打开状态，图3示出空气滤清器的排出口中的阀门处于关闭状态。

具体实施方式

下面，参照附图详细地描述本发明的增压进气系统、使用该增压进气系统的交通工具及方法。在本发明中，交通工具是使用内燃机作为动力的交通工具，包括但不限于下文中仅仅作为一个例子进行描述的汽车。

参照图1，示出根据本发明的一种实施方式的增压进气系统的总体结构。其中，增压进气系统总体上用附图标记“1”表示。本发明的增压进气系统1包括集风装置10、动力涡轮11、空气滤清器12和增压涡轮13。

在该实施方式中，集风装置10可以为筒状或任何其它适于集风的形状，包括进风口和排风口，集风装置10的进风口通常设置在装载有该增压进气系统1的交通工具的迎风面上，以最有效地收集风，集风装置10的排风口用于将收集的空气排出以输送到动力涡轮11。

动力涡轮11包括进风口和排风口，集风装置10的排风口通过输送管路与动力涡轮11的进风口连接，从集风装置10的排风口排出的空气经动力涡轮11的进风口进入动力涡轮11，推动动力涡轮11工作，即，使动力涡轮11的叶轮旋转，动力涡轮11带动增压涡轮13同步工作，即，增压涡轮13的叶轮在动力涡轮11的叶轮的驱动下随着动力涡轮11的叶轮旋转。在一种实施方式中，动力涡轮11和增压涡轮13固定地形成在同一个转轴上。在动力涡轮11内完成做功的高压空气从动力涡轮11的排风口排出到输气管道14。由于动力涡轮11的叶轮排出的空气面对小于一个大气压的阻力，从而使得排出的空气流速更快，降低了动力涡轮的排气阻力，同时提升了增压器的增压效果。另外，动力涡轮11的气密性好，内部气压没有损 失，增压效果更好。

空气滤清器12包括主动进气口、自然吸气口和出气口，动力涡轮11的排风口通过气密性的输气管道14与空气滤清器12的主动进气口连接，使得从动力涡轮11的排风口排出的高压空气通过输气管道14经空气滤清器12的主动进气口输送到空气滤清器12内，冲刷空气滤清器12的滤芯(通常为空气滤清膜)表面的积尘，从空气滤清器12的排出口15(也是自然吸气口)排出。还可以从排出口15排出的是由自然风带入的空气中的水分和尘埃。

增压涡轮13包括进气口和出气口，空气滤清器12的出气口通过输送管路与增压涡轮13的进气口连接，进入增压涡轮13的空气可以来源于自空气滤清器12的主动进气口进入空气滤清器12内和自空气滤清器12的自然吸气口进入空气滤清器12内且经空气滤清器12过滤后排出的空气，经增压涡轮13增压后的空气从增压涡轮13的出气口排出，增压涡轮13的出气口通过输送管路与装载有该增压进气系统1的内燃机16的节气门相连，用于将由增压涡轮13增压后的空气输送给内燃机16。从图1中可以看出，动力涡轮-空气滤清器-增压涡轮形成了闭环增压进气系统。

在汽车高速行驶时，由于发动机需气量较大，自然吸气或传统增压方式采用的进气系统造成空气滤清膜表面积尘增加，空气通过滤清器的速度慢、难以满足增压涡轮转速的需要。在根据本发明的主动增压进气系统中，从汽车迎风面上的集风装置进气口进入动力涡轮内部的高压空气完成做功后，经输气管道14直接进入到空气滤清器12内部、通过空气滤清器的气流通道冲刷滤芯表面的积尘从排出口15排出，加快了气流通过空气滤清器的速度，从而保证了增压涡轮的工作需要和发动机进气质量，使得发动机的需气量得到极致补偿和最大化满足，同时，由于发动机吸气作用，使得输气管道14内部气体流速增加，也使得从集风装置进入动力涡轮的气流速度加快，增压涡轮的叶轮速度也会同步增加，提高了增压涡轮的工作效率。

再参照图1，根据本发明的一种实施方式的增压进气系统1还可以包括旁通管路17，该旁通管路17从空气滤清器12的出气口与增压涡轮13的进气口之间的位置旁通到增压涡轮13壳体外通往内燃机16的管路。在汽车怠速或低速行驶时，由于旁通管路17的存在，发动机以自然吸气为主、增压为补，通过旁通管17的空气及时为发动机补充进气，保证了发动机动力性能不受增压涡轮的叶轮低转速的影响，从而保证了发动机持续稳定和更高效地工作。另外，当汽车处于滑行状态或发动机处在匀速工况时，内燃机16的节气门基本关闭，高压空气通过旁通管道17回流到空气滤清器内，起到泄压阀的作用，保证了增压涡轮13的叶轮不受冲击。

上述实施方式的风能除尘增压进气系统是一种主动增压进气系统，其极大降低了增压涡轮的叶轮的传动阻力，同时极大减少了空气滤清器的进气阻力，使得汽车不论在低速或高速行驶过程中都使得发动机处于富氧燃烧，实现发动机不同工况下动力的全面提升，同时降低了油耗及排放。

现在参照图2和图3，示出根据本发明的一种实施方式的空气滤清器12的示意图，其中图2示出空气滤清器的排出口(自然吸气口)中的阀门120处于打开状态，图3示出空气滤清器的排出口中的阀门120处于关闭状态。

空气滤清器12包括进气口121、分流盖122、气流通道123、滤芯124(通常为空气滤清膜)、排出口(自然吸气口)和出气口125，其中，排出口中可以设置阀门120，在由高压空气冲刷掉的滤芯5表面的积尘以及由自然风带入的空气中的水分和尘埃在空气滤清器12中积累到一定程度需要清除时或者在增压进气系统需要泄压时，可以打开阀门120将积尘从空气滤清器12中排出或者进行泄压，之后可以再关闭阀门120。根据该实施方式的空气滤清器12的内部气压可以始终保持大于或等于一个大气压，从而使增压效果更好。并且，本发明所采用的空气过滤技术不仅提高了进气效率，而且极大减少了空气滤清器积尘，积尘量不再随进气量的增加而累积，保证 了发动机的进气质量。

在一种实施方式中，阀门120的打开和关闭可以通过阀门活塞126、受力弹簧127和防尘栓128来实现。

另一方面，一种包括根据本发明的增压进气系统的交通工具，具有内燃机，集风装置的进风口设置在交通工具的迎风面上，增压涡轮的出气口与内燃机的节气门相连，用于将由增压涡轮增压后的空气输送给内燃机。

采用根据本发明的增压进气系统的交通工具表现为：1、能够长久保持空气滤清器的清洁度；2、动力与车速同步提升；3、匀速顺畅、提速无延迟；4、油耗下降。这是由于发动机始终处于富氧工作状态的结果，而传统进气系统使得发动机长期缺氧燃烧，是一种被动进气系统。

又一方面，一种使用根据本发明的增压进气系统的方法，包括以下步骤：从集风装置的进风口进入的空气推动动力涡轮工作，动力涡轮带动增压涡轮工作；从动力涡轮的排风口排出的高压空气经气密性的输气管道进入空气滤清器内，并通过空气滤清器的气流通道冲刷滤芯表面的积尘；以及从空气滤清器的出气口排出的经过滤的空气进入增压涡轮，并经增压涡轮增压后从增压涡轮的出气口排出。

该方法还包括设置旁通管路，所述旁通管路从空气滤清器的出气口与增压涡轮的进气口之间的位置旁通连接到增压涡轮壳体外通往内燃机的管路，在汽车怠速或低速行驶时，通过旁通管路的空气为发动机补充进气。在汽车处于滑行状态或发动机处在匀速工况时，发动机的节气门基本关闭，高压空气通过旁通管路回流到空气滤清器内。通过空气滤清器的自然吸气口排出冲刷掉的滤芯表面积尘以及空气中的水分和尘埃。

在全球倡导“节能减排”的今天，可以确信，本发明的主动增压进气系统极大地提高了进气效率、显著提升了增压效果且结构简单，使得汽车不论在低速或高速行驶过程中都使发动机处于富氧燃 烧，实现发动机不同工况下动力的全面提升并同时降低了油耗及排放，这些优势表明本发明的主动增压进气系统在汽车产业及以内燃机为动力主导的交通工具如雨后春笋的今天，将会有极其广阔的应用前景。