[发明专利]风力涡轮增压器

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及各类汽车发动机进气增压系统，按国际专利分类表(IPC)划分属于机械工程部，一般工程分部，流体压力执行机构，气动技术(一般流体工作系统，流体压力执行机构等流体压力部件，流体动力学，即影响气体或液体流动的方法或装置)的技术领域。 

(二)技术背景：

全球汽车行业采用的汽车涡轮增压系统主要分四大类：机械涡轮增压；废气涡轮增压、气波增压和电子涡轮增压。其中气波增压器由于笨重和噪音太大而不适合轿车安装，电子涡轮增压由于需要消耗发电机电能、所产生的风压过小、难以提升发动机性能而不被行业所接受，目前流行的汽车涡轮增压器，主要是指机械涡轮增压和废气涡轮增压两种。机械涡轮增压器主要依靠发动机输出轴获得动力来驱动转子，将空气压迫入进气管达到增压的目的，但它同样要消耗掉引擎动力，增压效率不高；废气涡轮增压器是最常见和最受欢迎的涡轮增压装置，它不用消耗任何电能，通过发动机排出的废气来推动叶轮，同时带动同轴叶轮来吸入大量空气，达到增压的目的。废气涡轮增压器也是目前效率最高的增压装置。但是这项技术的缺点同样明显：一是生产成本和维护成本昂贵，普通消费者难以承受；二是低速疲软，要解决这个问题，就必须采用复合式增压系统(即机械增压与废气增压并用)，这一来生产成本和维护成本只能居高不下。这也是废气增压和机械增压技术沿用了半个多世纪后仍无法全面普及的根本原因。 

国内有关汽车涡轮增压技术的创新，如“四进气口风力涡轮增压器装置”(专利公告号：CN2519022)、“空气动力涡轮增压器装置”(专利公告号：CN1129281A)，其基本原理仍然停留在“自然吸气”阶段，即利用发动机自然吸气产生的牵引力来推动涡轮风扇，然而发动机每一次吸气冲程吸入的空气量是衡定不变的(吸入的空气多少由气缸容量决定)，这种将发动机“吸气力”转化为风扇动力的“涡轮增压器”充其量只是改变了气流的运动轨迹，没有从根本上提升进气压力，不仅如此，当发动机高速运动时，涡轮本身也成为了空气 流动的障碍，因此这些创新至今没有得到主流汽车行业界的认可。 

利用发动机吸气功能、或利用发动机扭力、甚或直接以电动的方式来驱动涡轮风扇，无疑会对发动机功率产生消耗，对改善发动机性能意义不大。我们将损耗发动机动力或消耗发动机吸气力的增压器称为被动式或消极式涡轮增压器，将无损发动机动力同时有效增强发动机进气压力的增压器称为主动式或积极式涡轮增压器。本发明采用外部风力(汽车与大气摩擦产生的阻力)来驱动涡轮运动，产生的功效绝不亚于价格昂贵、稳居增压器行业龙头老大地位达半个多世纪的废气涡轮增压器。 

(三)发明内容

1、风力涡轮增压器的动力学原理： 

当汽车运行时，与空气产生作用力和反作用力，在自然风速衡定不变的情况下，风速的增加与汽车速度相等，相对于静止的汽车，风速随车速的增加而增强，在风力驱动下，涡轮风扇将为发动机提供源源不断的空气压力。 

2、风力涡轮增压器的概念： 

利用汽车运动后与大气产生的阻力(风力)来推动涡轮风扇，被推动的风扇同时带动同轴叶轮高速运转、使得过滤后的新鲜空气形成高压气流进入节气门、提升混合气质量，改善燃烧效率、增强发动机动力的一种主动式增压装置。 

3、风力涡轮增压器的结构： 

整个风力涡轮增压装置由集风口、集风管、涡轮外壳、轴承座、高速轴承、同轴风扇(叶轮)、进风口、排风口、排水阀、吸气口、出气口、及相应连接管道(Y型管)等部件组成(图1、图6、图7)。 

4、风力涡轮增压器的工作原理： 

当汽车开动时，大量空气进入集风口、经集风管挤压后形成高集束气流推动“叶轮1”，此时“叶轮2”同步旋转、将空气滤清器里的空气吸入后形成高压气流通过节气门进入发动机(图2)。 

5、风力涡轮增压器的技术特点——与废气涡轮增压器相比，两者都不需要消耗发动机动力，但增压的动力来源正好相反：废气涡轮增压器依靠发动机排出的废气来推动风扇，风力涡轮则是依靠强劲的新鲜气流来推动风扇；废气涡轮的工作环境恶劣(温度高达数百乃至上千度)，而风力涡轮的工作环境优越(温 度接近常温)，决定了废气涡轮必须使用特殊材料来加工制造，工艺复杂而价格昂贵，相比之下，风力涡轮装置只需要普通金属材料、辅以质量较好的工业塑料，运用较简单的工艺就能够制作完成，在生产成本和维护成本上呈压倒性优势；传统废气涡轮的另一大劣势是需要中冷器来给进气管辅助降温，而风力涡轮根本不需要(图3)。 

（四）附图说明