專利名稱：渦輪增壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于建設(shè)機(jī)械用車輛等發(fā)動機(jī)承受沖擊性負(fù)荷的車輛的渦輪增壓系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，為了提高車輛的燃油效率和降低CO2排出量，積極地進(jìn)行了以下技術(shù)的開發(fā):減小發(fā)動機(jī)的排氣量(發(fā)動機(jī)小型化)，并用渦輪增壓器等增壓機(jī)確保動力性能。在發(fā)動機(jī)小型化時使用的渦輪增壓器有以下特征:由排氣能量驅(qū)動，渦輪的旋轉(zhuǎn)體擁有慣性，因而相對于穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，難以在過渡的運(yùn)轉(zhuǎn)中獲得增壓壓力(升壓)。如圖2所示，即使由于發(fā)動機(jī)小型化而小排氣量化，通過搭載渦輪增壓器，也能夠使發(fā)動機(jī)扭矩提高而實(shí)現(xiàn)與大排氣量的發(fā)動機(jī)同等的動力性能。但是，在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)域等發(fā)動機(jī)速度為低速的區(qū)域(圖2中由虛線包圍的區(qū)域)內(nèi)，由于排氣能量較小而渦輪增壓器不工作，因而無法期待扭矩上升。另外，如圖3所示，在由于發(fā)動機(jī)小型化而小排氣量化的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)(實(shí)線)中，由于渦輪增壓器的增壓延遲(稱為渦輪延遲)，與產(chǎn)生同等發(fā)動機(jī)扭矩的大排氣量的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)(虛線)相比，在發(fā)動機(jī)扭矩的產(chǎn)生上產(chǎn)生延遲。此外，作為與本申請的發(fā)明相關(guān)連的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)信息，有專利文獻(xiàn)1、2和非專利文獻(xiàn)I。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn):專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-177171號公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-209735號公報(bào)非專利文獻(xiàn):非專利文獻(xiàn)1:茨木誠一，其他四人，《電動輔助渦輪增壓器“混合動力渦輪”的開發(fā)》，三菱重工技報(bào)，Vol.43，N0.3，2006年，第36-40頁。發(fā)明的概要發(fā)明要解決的問題可是，近年來，在稱為挖車或挖掘機(jī)的建設(shè)機(jī)械用車輛中，也推進(jìn)著通過發(fā)動機(jī)小型化來提高燃油效率。然而，在由于發(fā)動機(jī)小型化而小排氣量化的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中，有以下問題:與現(xiàn)有的大排氣量的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)相比，扭矩變動的吸收力變差，耐沖擊負(fù)荷的性能惡化。例如，在因發(fā)動機(jī)小型化而小排氣量化的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中，在挖掘機(jī)中鏟子與地面沖突等而發(fā)動機(jī)承受沖擊性負(fù)荷(沖擊扭矩)的情況下，由于由渦輪延遲引起的升壓上升的延遲而供給至發(fā)動機(jī)的氧氣不足，在發(fā)動機(jī)中無法產(chǎn)生充分的扭矩，發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)急劇下降，鏟子等的運(yùn)轉(zhuǎn)變困難。同樣，如果在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)域等發(fā)動機(jī)速度為低速的區(qū)域內(nèi)承受沖擊性負(fù)荷，則在發(fā)動機(jī)中無法產(chǎn)生充分的扭矩，發(fā)動機(jī)停止等而鏟子等的運(yùn)轉(zhuǎn)變困難。

發(fā)明內(nèi)容
在此，本發(fā)明的目的在于，解決上述問題，提供能夠兼得由發(fā)動機(jī)小型化帶來的燃油效率提高和良好的耐沖擊負(fù)荷的性能的渦輪增壓系統(tǒng)。用于解決問題的技術(shù)方案本發(fā)明是為了達(dá)成上述目的而做出的，一種渦輪增壓系統(tǒng)，搭載于具有車載裝備的車輛，其特征在于，具備:電動輔助渦輪增壓器，具有:渦輪機(jī)，配置于發(fā)動機(jī)的排氣通路，由排氣驅(qū)動；壓縮機(jī)，配置于吸氣通路，由所述渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)扭矩驅(qū)動；以及電動馬達(dá)，對所述壓縮機(jī)的驅(qū)動力進(jìn)行輔助；以及電動馬達(dá)控制部，在所述車載裝備被驅(qū)動時，驅(qū)動所述電動馬達(dá)。也可以是，所述電動馬達(dá)控制部在驅(qū)動所述車載裝備的開關(guān)接通時，驅(qū)動所述電動馬達(dá)。也可以是，所述電動馬達(dá)控制部在對所述車載裝備進(jìn)行操作的操作裝置被操作時，驅(qū)動所述電動馬達(dá)。也可以是，所述電動馬達(dá)控制部以對應(yīng)于發(fā)動機(jī)速度的轉(zhuǎn)速驅(qū)動所述電動馬達(dá)。發(fā)明的效果依照本發(fā)明，能夠提供能夠兼得由發(fā)動機(jī)小型化帶來的燃油效率提高和良好的耐沖擊負(fù)荷的性能的渦輪增壓系統(tǒng)。


圖1是使用本發(fā)明的一個實(shí)施方式的渦輪增壓系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。圖2是表示在現(xiàn)有的渦輪增壓系統(tǒng)中發(fā)動機(jī)扭矩相對于發(fā)動機(jī)速度的關(guān)系的圖。圖3是說明現(xiàn)有的渦輪增壓系統(tǒng)中的渦輪延遲的圖。
具體實(shí)施例方式以下，依據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是使用本實(shí)施方式的渦輪增壓系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。在此，說明搭載圖1的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的車輛為挖掘機(jī)的情況。但是，本發(fā)明不限于挖掘機(jī)，挖車或推土機(jī)等其他建設(shè)機(jī)械用車輛或者消防車、吸塵車等，只要是具有由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的車載裝備的車輛即可，在任何車輛中都能夠應(yīng)用。如圖1所示，渦輪增壓系統(tǒng)I具備電動輔助渦輪增壓器(混合動力渦輪)2，該電動輔助渦輪增壓器2具有:潤輪機(jī)3，配置于發(fā)動機(jī)E的排氣通路6，由排氣驅(qū)動；壓縮機(jī)4，配置于吸氣通路7，由渦輪機(jī)3的旋轉(zhuǎn)扭矩驅(qū)動；以及電動馬達(dá)5，對壓縮機(jī)4的驅(qū)動力進(jìn)行輔助(對渦輪機(jī)3的旋轉(zhuǎn)扭矩進(jìn)行輔助)。電動輔助渦輪增壓器2的電動馬達(dá)5設(shè)在渦輪機(jī)3與壓縮機(jī)4之間，更具體而言，一體地設(shè)于連結(jié)渦輪機(jī)3的渦輪機(jī)葉輪3a和壓縮機(jī)4的壓縮機(jī)葉輪4a的渦輪軸8上。電動馬達(dá)5由例如DC伺服馬達(dá)構(gòu)成。此外，由于電動馬達(dá)5與渦輪軸8 一體地設(shè)置，電動馬達(dá)5的轉(zhuǎn)速與電動輔助渦輪增壓器2的轉(zhuǎn)速(渦輪轉(zhuǎn)速)相等。以下，將電動輔助渦輪增壓器2簡稱為渦輪增壓器2。排氣通路6的最上游連接至發(fā)動機(jī)E的排氣歧管9，在其下游側(cè)的排氣通路6上，依次設(shè)有渦輪增壓器2的渦輪機(jī)3、排氣節(jié)流閥11、排出氣體凈化裝置12，排氣通路6的最下游向大氣開放。在吸氣通路7的最上游設(shè)有空氣過濾器13，在其下游側(cè)的吸氣通路7上，依次設(shè)有渦輪增壓器2的壓縮機(jī)4、中間冷卻器(增壓空氣冷卻器)14、給氣節(jié)流閥15，吸氣通路7的最下游連接至發(fā)動機(jī)E的吸氣歧管10。另外，在該發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中，進(jìn)行使從發(fā)動機(jī)E排出的排出氣體的一部分回流至吸氣側(cè)的EGR控制。具體而言，為了連接渦輪機(jī)3的上游側(cè)的排氣通路6和給氣節(jié)流閥15的下游側(cè)的吸氣通路7而設(shè)置EGR管18，在該EGR管18上分別設(shè)有:EGR閥16，用于調(diào)整回流至吸氣側(cè)的排出氣體的量、即EGR量(或EGR率)；以及EGR冷卻器17，將回流至吸氣側(cè)的排出氣體冷卻。另外，該發(fā)動機(jī)系統(tǒng)具備作為對車載裝備進(jìn)行驅(qū)動的開關(guān)的模式開關(guān)19。在此，模式開關(guān)19構(gòu)成為能夠切換不使用鏟子的行駛模式(開關(guān)斷開)和使用鏟子的鏟動模式(開關(guān)接通)。此外，模式開關(guān)19也可使用一直以來存在的開關(guān)，關(guān)于不具備模式開關(guān)19的車輛，也可新置。渦輪增壓系統(tǒng)I具備在對車載裝備進(jìn)行驅(qū)動時驅(qū)動電動馬達(dá)5的電動馬達(dá)控制部21。即，當(dāng)預(yù)測到發(fā)動機(jī)E承受沖擊性負(fù)荷(沖擊扭矩)時，電動馬達(dá)控制部21預(yù)先驅(qū)動電動馬達(dá)5。電動馬達(dá)控制部21作為程序裝入EQJ (Electronical Control Unit,電子控制單元)20。當(dāng)模式開關(guān)19切換為鏟動模式時(開關(guān)接通時)，由于使用鏟子進(jìn)行作業(yè)，因而預(yù)測發(fā)動機(jī)E承受沖擊性負(fù)荷。于是，電動馬達(dá)控制部21在模式開關(guān)19切換為鏟動模式時預(yù)先驅(qū)動電動馬達(dá)5。此外，在此，雖然將電動馬達(dá)控制部21構(gòu)成為在模式開關(guān)19接通(鏟動模式)時驅(qū)動電動馬達(dá)5，但不限于此，也可以是，當(dāng)對車載裝備進(jìn)行操作的操作裝置(例如操作鏟子的操作杠桿)被操作時，驅(qū)動電動馬達(dá)5。在此情況下，也可以是，當(dāng)操作杠桿被操作時，驅(qū)動電動馬達(dá)5，當(dāng)從操作杠桿不再被操作起經(jīng)過規(guī)定時間時，停止電動馬達(dá)5。另外，電動馬達(dá)控制部21以對應(yīng)于發(fā)動機(jī)速度(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速)的轉(zhuǎn)速驅(qū)動電動馬達(dá)
5。具體而言，也可將電動馬達(dá)控制部21構(gòu)成為:具備按每個發(fā)動機(jī)速度設(shè)定了電動馬達(dá)5的轉(zhuǎn)速(即渦輪增壓器2的轉(zhuǎn)速)的轉(zhuǎn)速映射(未圖示)，以成為用發(fā)動機(jī)速度參照轉(zhuǎn)速圖獲得的轉(zhuǎn)速的方式，控制電動馬達(dá)5的驅(qū)動量(例如控制施加于電動馬達(dá)5的電壓的大小)。如以上說明，在根據(jù)本實(shí)施方式的渦輪增壓系統(tǒng)I中，具備:電動輔助渦輪增壓器
2,具有對壓縮機(jī)4的驅(qū)動力進(jìn)行輔助的電動馬達(dá)5 ;以及電動馬達(dá)控制部21，在對車載裝備進(jìn)行驅(qū)動時驅(qū)動電動馬達(dá)5。由此，例如在工程作業(yè)中等預(yù)測到發(fā)動機(jī)E承受沖擊性負(fù)荷時，能夠預(yù)先通過電動馬達(dá)5使渦輪增壓器2旋轉(zhuǎn)，在發(fā)動機(jī)E中擁有富余地送入空氣。所以，當(dāng)實(shí)際上承受沖擊性負(fù)荷時，如果噴射燃料，則瞬時獲得較大的發(fā)動機(jī)扭矩，能夠防止發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)的下降，能夠提聞耐沖擊負(fù)荷的性能。另外，在現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中，如果因發(fā)動機(jī)小型化而小排氣量化，則發(fā)生以下不良情況:當(dāng)沖擊性負(fù)荷加在發(fā)動機(jī)E上時，發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)急劇下降，鏟子等的運(yùn)轉(zhuǎn)變困難。但是依照本發(fā)明，為了能夠提高耐沖擊負(fù)荷的性能，即使因發(fā)動機(jī)小型化而小排氣量化，也能夠抑制如上所述的不良情況的發(fā)生。所以，進(jìn)一步的發(fā)動機(jī)小型化成為可能，能夠使燃油效
率進(jìn)一步提聞。S卩，依照本發(fā)明，能夠兼得由發(fā)動機(jī)小型化帶來的燃油效率提高和良好的耐沖擊負(fù)荷的性能。此外，雖然在驅(qū)動電動馬達(dá)5時由于消耗電力而燃油效率一定程度上惡化，但由發(fā)動機(jī)小型化引起的低耗油量化的效果比由電動馬達(dá)5的驅(qū)動引起的燃油效率惡化更大。另外，在電動輔助渦輪增壓器2中，當(dāng)在排氣能量上有富余時，也能夠使用電動馬達(dá)5作為發(fā)電機(jī)而獲得再生電力。當(dāng)然，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，能夠施加各種變更。符號說明:I渦輪增壓系統(tǒng)2電動輔助渦輪增壓器3渦輪機(jī)4壓縮機(jī)5電動馬達(dá)6排氣通路7吸氣通路21電動馬達(dá)控制部
權(quán)利要求
1.一種渦輪增壓系統(tǒng)，搭載于具有車載裝備的車輛，其特征在于，具備: 電動輔助渦輪增壓器，具有:渦輪機(jī)，配置于發(fā)動機(jī)的排氣通路，由排氣驅(qū)動；壓縮機(jī)，配置于吸氣通路，由所述渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)扭矩驅(qū)動；以及電動馬達(dá)，對所述壓縮機(jī)的驅(qū)動力進(jìn)行輔助；以及 電動馬達(dá)控制部，在所述車載裝備被驅(qū)動時，驅(qū)動所述電動馬達(dá)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓系統(tǒng)，其特征在于， 所述電動馬達(dá)控制部在驅(qū)動所述車載裝備的開關(guān)接通時，驅(qū)動所述電動馬達(dá)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓系統(tǒng)，其特征在于， 所述電動馬達(dá)控制部在對所述車載裝備進(jìn)行操作的操作裝置被操作時，驅(qū)動所述電動馬達(dá)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的渦輪增壓系統(tǒng)，其特征在于， 所述電動馬達(dá)控制部以對應(yīng)于發(fā)動機(jī)速度的轉(zhuǎn)速驅(qū)動所述電動馬達(dá)。
全文摘要
提供了以下渦輪增壓系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)小型化引起的燃油效率提高和良好的耐沖擊負(fù)荷的性能這兩者是可能的。搭載于具有車載裝備的車輛，具備電動輔助渦輪增壓器(2)和電動馬達(dá)控制部(21)。電動輔助渦輪增壓器(2)具有渦輪機(jī)(3)，配置在發(fā)動機(jī)(E)的排氣通路(6)，由排氣驅(qū)動；壓縮機(jī)(4)，配置在吸氣通路(7)，由渦輪機(jī)(3)的旋轉(zhuǎn)扭矩驅(qū)動；以及電動馬達(dá)(5)，輔助壓縮機(jī)(4)的驅(qū)動力。電動馬達(dá)控制部(21)在驅(qū)動車載裝備時驅(qū)動電動馬達(dá)(5)。
文檔編號F02D23/00GK103189627SQ201180051476
公開日2013年7月3日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者橘川功, 菅野知宏, 阿部義幸, 木村治世, 飯島章, 石橋直樹, 坂下翔吾 申請人:五十鈴自動車株式會社