專利名稱：大小渦輪增壓器串并聯(lián)可調(diào)高增壓系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種內(nèi)燃機技術領域的增壓系統(tǒng)，特別是一種大小渦輪增壓器串并聯(lián)可調(diào)高增壓系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)代發(fā)動機，為了提高功率密度，大多采用較高的增壓壓力，由此導致一系列需要解決的問題，如加速性問題、低工況性能問題、炭煙排放問題。對于高增壓柴油機，即使按三次方運行特性運行，有時低工況性能也不能滿足要求，必須采取適當措施來改進低工況性能。以往采取的高工況放氣、進排氣旁通、變截面渦輪、Miller系統(tǒng)等已不能滿足高平均有效壓力時低工況性能的要求。為了解決高增壓柴油機低工況性能，在已有技術中，可采用相繼渦輪增壓。若采用雙渦輪增壓器相繼渦輪增壓，當發(fā)動機運行于高轉(zhuǎn)速高負荷時，兩個渦輪增壓器全部投入工作；當發(fā)動機運行于低轉(zhuǎn)速時，只有一個渦輪增壓器投入工作。這樣，高低工況渦輪流通面積相差50％，可以有效地改善低工況性能。但是，為了進一步改善低工況性能，需要采用更多的渦輪增壓器，如采用4個渦輪增壓器可以使渦輪流通面積在25％～100％范圍變化，對工況變化的適應能力更強，但同時結(jié)構也較為復雜經(jīng)對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，3K-Warner公司1998年在第6屆渦輪增壓國際會議上提出的可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)《Regulated Two-Stage Turbocharging-3K-Warner’s New Charging System for Commercial Diesel Engines》，由柴油機、高壓小渦輪增壓器、低壓大渦輪增壓器、中冷器組成。采用渦輪增壓器串連的形式，高壓小渦輪串連低壓大渦輪，高壓小渦輪并聯(lián)一由閥門控制的旁通管路；相應地，增壓器也采用串聯(lián)形式，高壓級增壓器也并聯(lián)由閥門控制的旁通回路。在高速高負荷時，兩個旁通閥全開，采用單級渦輪增壓；在低負荷時，兩旁通閥全關采用兩級渦輪增壓。但是這種方法在不同工況的渦輪當量流通面積的變化范圍仍不夠大，對高增壓柴油機工況適應能力仍然有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提出一種大小渦輪增壓器串并聯(lián)可調(diào)高增壓系統(tǒng)，使其實現(xiàn)單級渦輪增壓、相繼渦輪增壓、兩級渦輪增壓，使渦輪當量流通面積的變化范圍更廣，適應更寬廣的增壓柴油機運行工況。
本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的，本發(fā)明包括柴油機進氣管、柴油機、柴油機排氣管、高壓級渦輪旁通管路旁通閥、高壓級渦輪旁通管路、高壓級渦輪、高低壓渦輪連接管路流量切換控制閥、高低壓渦輪連接管路、低壓級渦輪旁通管路、低壓級渦輪、中冷器、高壓級增壓器旁通管路旁通閥、高壓級增壓器旁通管路、高壓級增壓器、高低壓增壓器連接管路流量切換控制閥、高低壓增壓器連接管路、低壓級增壓器旁通管路、低壓級增壓器，柴油機分別與柴油機進氣管和柴油機排氣管連接，高壓級渦輪出口通過高低壓渦輪連接管路與低壓級渦輪連接，高壓級渦輪旁通管路中設有高壓級渦輪旁通管路旁通閥，高低壓渦輪連接管路出口與低壓級渦輪進口連接，低壓級渦輪旁通管路的進口與高低壓渦輪連接管路流量切換控制閥連接，高壓級增壓器出口與中冷器進口相連，高壓級增壓器旁通管路的進口與低壓級增壓器的出口管路連接，高壓級增壓器旁通管路中設有高壓級增壓器旁通管路旁通閥，低壓級增壓器旁通管路出口與高低壓增壓器連接管路流量切換控制閥連接，高低壓增壓器連接管路中設有高低壓增壓器連接管路流量切換控制閥。
柴油機排氣管分別與高壓級渦輪進口、高壓級渦輪旁通管路進口相連。
高壓級渦輪旁通管路出口與高低壓渦輪連接管路流量切換控制閥下游的管路連接，高壓級渦輪出口與高低壓渦輪連接管路進口相連。
低壓級渦輪旁通管路的出口與低壓級渦輪的出口管路連接。
低壓級增壓器出口通過高低壓增壓器連接管路與高壓級增壓器進口相連。
高壓級增壓器的出口管路與高壓級增壓器旁通管路的出口連接。
中冷器出口與柴油機進氣管相連。
低壓級增壓器旁通管路進口與大氣相通。
當柴油機在高速全負荷運行時，高壓渦輪旁通管路中旁通閥全開，控制高低壓渦輪連接管路中的流量切換控制閥使低壓渦輪旁通管路開通，高壓增壓器旁通管路旁通閥全開，控制高低壓增壓器連接管路中的流量切換控制閥使低壓增壓器旁通管路開通；這相當于將兩個渦輪增壓器并聯(lián)后同時投入運行，渦輪流通面積為最大，這時相當于雙渦輪增壓器采用相繼渦輪增壓。當轉(zhuǎn)速下降時，對渦輪流量切換控制閥和增壓器流量切換控制閥進行切換，使高低壓渦輪連接管路和高低壓增壓器連接管路開通，高壓渦輪和高壓增壓器旁通管路旁通閥仍然打開，此時只有低壓渦輪增壓器投入運行，這時相當于用較大流通面積的渦輪進行單個渦輪增壓。當轉(zhuǎn)速進一步降低，需要進一步減小渦輪流通面積，這時高壓渦輪旁通管路旁通閥和高壓增壓器旁通管路旁通閥關閉，控制高低壓渦輪連接管路和高低壓增壓器連接管路的流量切換控制閥，使低壓級渦輪和低壓級增壓器旁通管路開通，這時高壓渦輪增壓器單獨投入運行，相當于用較小流通面積的渦輪進行單個渦輪增壓。當轉(zhuǎn)速進一步降低時，高壓渦輪旁通管路旁通閥和高壓增壓器旁通管路旁通閥都關閉，同時切換渦輪和增壓器的流量切換控制閥使高低壓渦輪連接管路和高低壓增壓器連接管路開通，此時排氣氣流先后通過高壓級渦輪、低壓級渦輪做功，進氣先后通過低壓級增壓器和高壓級增壓器被壓縮，這時相當于兩級增壓，渦輪當量流通面積為最小，能在相當?shù)偷霓D(zhuǎn)速下獲得較高的增壓壓力。
本發(fā)明采用2個旁通閥，2個流量切換控制閥共四個閥門，分別根據(jù)運行工況控制高壓小渦輪、低壓大渦輪、高壓小增壓器、低壓大增壓器的流量旁通，實現(xiàn)單級渦輪增壓、相繼渦輪增壓、兩級渦輪增壓，使渦輪當量流通面積的變化范圍更廣，適應更寬廣的增壓柴油機運行工況。運用兩個渦輪增壓器就可以實現(xiàn)4個渦輪增壓器相繼增壓的效果，同樣比可調(diào)兩級增壓的調(diào)節(jié)范圍寬。在同樣的結(jié)構和控制復雜程度下，具有更寬廣的工況適應范圍，特別適合應用于高增壓柴油機。


圖1為本發(fā)明結(jié)構示意中1是柴油機進氣管，2是柴油機，3是柴油機排氣管，4是高壓級渦輪旁通閥，5是高壓級渦輪旁通管路，6是高壓級渦輪，7是流量切換控制閥，8是高低壓渦輪連接管路，9是低壓渦輪旁通管路，10是低壓級渦輪，11是中冷器，12是高壓級增壓器旁通閥，13是高壓級增壓器旁通管路，14是高壓級增壓器，15是流量切換控制閥，16是高低壓增壓器連接管路，17是低壓增壓器旁通管路，18是低壓級渦輪。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括柴油機進氣管1、柴油機2、柴油機排氣管3、高壓級渦輪旁通管路旁通閥4、高壓級渦輪旁通管路5、高壓級渦輪6、高低壓渦輪連接管路流量切換控制閥7、高低壓渦輪連接管路8、低壓級渦輪旁通管路9、低壓級渦輪10、中冷器11、高壓級增壓器旁通管路旁通閥12、高壓級增壓器旁通管路13、高壓級增壓器14、高低壓增壓器連接管路流量切換控制閥15、高低壓增壓器連接管路16、低壓級增壓器旁通管路17、低壓級增壓器18，柴油機2分別與柴油機進氣管1和柴油機排氣管3連接，高壓級渦輪6出口通過高低壓渦輪連接管路8與低壓級渦輪10連接，高壓級渦輪旁通管路5中設有高壓級渦輪旁通管路旁通閥4，高低壓渦輪連接管路8出口與低壓級渦輪10進口連接，低壓級渦輪旁通管路9的進口與高低壓渦輪連接管路流量切換控制閥7連接，高壓級增壓器14出口與中冷器11進口相連，高壓級增壓器旁通管路13的進口與低壓級增壓器18的出口管路連接，高壓級增壓器旁通管路13中設有高壓級增壓器旁通管路旁通閥12，低壓級增壓器旁通管路17出口與高低壓增壓器連接管路流量切換控制閥15連接，高低壓增壓器連接管路16中設有高低壓增壓器連接管路流量切換控制閥15。
柴油機排氣管3分別與高壓級渦輪6進口、高壓級渦輪旁通管路5進口相連。
高壓級渦輪旁通管路5出口與高低壓渦輪連接管路流量切換控制閥7下游的管路連接，高壓級渦輪6出口與高低壓渦輪連接管路8進口相連。
低壓級渦輪旁通管路9的出口與低壓級渦輪10的出口管路連接。
低壓級增壓器18出口通過高低壓增壓器連接管路16與高壓級增壓器14進口相連。
高壓級增壓器14的出口管路與高壓級增壓器旁通管路13的出口連接。
中冷器11出口與柴油機進氣管1相連。
低壓級增壓器旁通管路17進口與大氣相通。
權利要求
1.一種大小渦輪增壓器串并聯(lián)可調(diào)高增壓系統(tǒng)，包括柴油機進氣管(1)、柴油機(2)、柴油機排氣管(3)、高壓級渦輪旁通管路旁通閥(4)、高壓級渦輪旁通管路(5)、高壓級渦輪(6)、高低壓渦輪連接管路(8)、低壓級渦輪旁通管路(9)、低壓級渦輪(10)、中冷器(11)、高壓級增壓器旁通管路旁通閥(12)、高壓級增壓器旁通管路(13)、高壓級增壓器(14)、高低壓增壓器連接管路(16)、低壓級增壓器旁通管路(17)、低壓級增壓器(18)，其特征在于，還包括高低壓渦輪連接管路流量切換控制閥(7)、高低壓增壓器連接管路流量切換控制閥(15)，柴油機(2)分別與柴油機進氣管(1)和柴油機排氣管(3)連接，高壓級渦輪(6)出口通過高低壓渦輪連接管路(8)與低壓級渦輪(10)連接，高壓級渦輪旁通管路(5)中設有高壓級渦輪旁通管路旁通閥(4)，高低壓渦輪連接管路(8)出口與低壓級渦輪(10)進口連接，低壓級渦輪旁通管路(9)的進口與高低壓渦輪連接管路流量切換控制閥(7)連接，高壓級增壓器(14)出口與中冷器(11)進口相連，高壓級增壓器旁通管路(13)的進口與低壓級增壓器(18)的出口管路連接，高壓級增壓器旁通管路(13)中設有高壓級增壓器旁通管路旁通閥(12)，低壓級增壓器旁通管路(17)出口與高低壓增壓器連接管路流量切換控制閥(15)連接，高低壓增壓器連接管路(16)中設有高低壓增壓器連接管路流量切換控制閥(15)。
2.根據(jù)權利要求1所述的大小渦輪增壓器串并聯(lián)可調(diào)高增壓系統(tǒng)，其特征是，所述的柴油機排氣管(3)分別與高壓級渦輪(6)進口、高壓級渦輪旁通管路(5)進口相連。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的大小渦輪增壓器串并聯(lián)可調(diào)高增壓系統(tǒng)，其特征是，所述的高壓級渦輪旁通管路(5)出口與高低壓渦輪連接管路流量切換控制閥(7)下游的管路連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的大小渦輪增壓器串并聯(lián)可調(diào)高增壓系統(tǒng)，其特征是，所述的高壓級渦輪(6)出口與高低壓渦輪連接管路(8)進口相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的大小渦輪增壓器串并聯(lián)可調(diào)高增壓系統(tǒng)，其特征是，所述的低壓級渦輪旁通管路(9)的出口與低壓級渦輪(10)的出口管路連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的大小渦輪增壓器串并聯(lián)可調(diào)高增壓系統(tǒng)，其特征是，所述的低壓級增壓器(18)出口通過高低壓增壓器連接管路(16)與高壓級增壓器(14)進口相連。
7.根據(jù)權利要求1或6所述的大小渦輪增壓器串并聯(lián)可調(diào)高增壓系統(tǒng)，其特征是，所述的高壓級增壓器(14)的出口管路與高壓級增壓器旁通管路(13)的出口連接。
8.根據(jù)權利要求1所述的大小渦輪增壓器串并聯(lián)可調(diào)高增壓系統(tǒng)，其特征是，所述的中冷器(11)出口與柴油機進氣管(1)相連。
9.根據(jù)權利要求1所述的大小渦輪增壓器串并聯(lián)可調(diào)高增壓系統(tǒng)，其特征是，所述的低壓級增壓器旁通管路(17)進口與大氣相通。
全文摘要
一種屬于內(nèi)燃機技術領域的大小渦輪增壓器串并聯(lián)可調(diào)高增壓系統(tǒng)，包括柴油機進氣管、柴油機、柴油機排氣管、高壓級渦輪旁通管路旁通閥、高壓級渦輪旁通管路、高壓級渦輪、高低壓渦輪連接管路流量切換控制閥、高低壓渦輪連接管路、低壓級渦輪旁通管路、低壓級渦輪、中冷器、高壓級增壓器旁通管路旁通閥、高壓級增壓器旁通管路、高壓級增壓器、高低壓增壓器連接管路流量切換控制閥、高低壓增壓器連接管路、低壓級增壓器旁通管路、低壓級增壓器，柴油機分別與柴油機進氣管和柴油機排氣管連接，高壓級渦輪出口通過高低壓渦輪連接管路與低壓級渦輪連接。本發(fā)明實現(xiàn)單級渦輪增壓、相繼渦輪增壓、兩級渦輪增壓，使渦輪當量流通面積的變化范圍更廣。
文檔編號F02B37/00GK1737346SQ20051002577
公開日2006年2月22日 申請日期2005年5月12日 優(yōu)先權日2005年5月12日
發(fā)明者鄧康耀, 崔毅 申請人:上海交通大學