專利名稱：模件式多功能脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)渦輪增壓系統(tǒng)，特別是一種模件式多功能脈沖轉(zhuǎn)換渦 輪增壓系統(tǒng)，屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
渦輪增壓系統(tǒng)是增壓柴油機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)，對(duì)其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能均 有重要影響；渦輪增壓系統(tǒng)中排氣管系的氣體流動(dòng)對(duì)四沖程增壓柴油機(jī)的性能有 很大影響。大、中功率中速柴油機(jī)為進(jìn)一步降低單位功率重量，增壓程度越來越 高，這對(duì)增壓系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)提出了更高的要求，如要具有良好的全工況性 能、廢氣能量利用率要高、氣缸掃氣要順暢、瞬態(tài)特性要好、排氣管結(jié)構(gòu)要盡可 能地簡單、要易于實(shí)現(xiàn)系列化生產(chǎn)和渦輪要盡量采用單進(jìn)口等，上述要求在同一 種增壓系統(tǒng)中有時(shí)很難實(shí)現(xiàn)。因此，必須根據(jù)柴油機(jī)的實(shí)際用途與條件，合理地 優(yōu)選增壓系統(tǒng)。對(duì)渦輪增壓系統(tǒng)而言，根據(jù)排氣管系的結(jié)構(gòu)特征，現(xiàn)已存在的增 壓系統(tǒng)有五種基本型式即定壓增壓系統(tǒng)、脈沖增壓系統(tǒng)、脈沖轉(zhuǎn)換器增壓系統(tǒng)、 模件式脈沖轉(zhuǎn)換增壓系統(tǒng)和氣體導(dǎo)流復(fù)合脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增壓系統(tǒng)。定壓增壓系統(tǒng) 掃氣干擾小、泵氣功損失小，但該系統(tǒng)不適合對(duì)低工況性能與瞬態(tài)特性要求高的 場合。脈沖增壓系統(tǒng)可以避免掃氣干擾，又可以較好地利用排氣脈沖能量，而且 掃氣量大、低工況性能好，該系統(tǒng)適用的缸數(shù)受限制。脈沖轉(zhuǎn)換器增壓系統(tǒng)減少 了因渦輪多進(jìn)口所造成的渦輪部分進(jìn)氣損失和部分排氣管排空所造成的渦輪鼓風(fēng) 損失，并通過脈沖轉(zhuǎn)換器的縮口以抑制所連排氣管各缸之間壓力波對(duì)掃氣的干擾， 但該系統(tǒng)體積大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且生產(chǎn)制造成本高。模件式脈沖轉(zhuǎn)換增壓系統(tǒng) 各排氣支管做成縮口抑制各缸間的掃氣干擾，該系統(tǒng)既有與脈沖渦輪增壓系統(tǒng)相 近的排氣脈動(dòng)能量利用率，也有與定壓渦輪增壓系統(tǒng)相近的渦輪效率，能較好地 兼顧高低工況性能，排氣管系結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，便于加工生產(chǎn)，現(xiàn)使用較為普遍； 但缺點(diǎn)是在8缸機(jī)上使用時(shí)，各缸之間的掃氣會(huì)發(fā)生干擾，導(dǎo)致受干擾的氣缸排 溫增高、影響可靠性，有時(shí)排溫增高甚至使柴油機(jī)達(dá)不到預(yù)定的功率。在己有技術(shù)中，專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710047675.1，發(fā)明名稱為氣體導(dǎo)流復(fù)合脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增 壓系統(tǒng)的專利申請(qǐng)書中，公開了一種適用于4 20缸機(jī)型的增壓系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)為 遠(yuǎn)離渦輪端的2 4個(gè)氣缸采用脈沖轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)、靠近渦輪端的幾個(gè)氣缸采用模 件式脈沖轉(zhuǎn)換增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，該系統(tǒng)與定壓系統(tǒng)相比，可更好地利用排氣 脈動(dòng)能量，有更好的瞬態(tài)和加速性能；與脈沖增壓系統(tǒng)比，結(jié)構(gòu)簡單，泵氣功損 失小，渦輪效率高；與脈沖轉(zhuǎn)換增壓系統(tǒng)比，泵氣功損失小，避免了大的掃氣干 擾，結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜；與模件式脈沖轉(zhuǎn)換增壓系統(tǒng)比，其掃氣干擾小、泵氣功損失 少；但此增壓系統(tǒng)排氣管系結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服己有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種模件式多功能脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增壓 系統(tǒng)，在排氣管段中不會(huì)形成掃氣干擾，能系列化模件式生產(chǎn)，并適應(yīng)于任何一 種4至20缸的各種增壓度的大功率四沖程柴油機(jī)。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的本發(fā)明采取的技術(shù)方案是該系統(tǒng)包括氣缸、排氣支管、 排氣管段、渦輪和導(dǎo)流板，各個(gè)排氣管段相連接構(gòu)成排氣總管，排氣總管的出口 和渦輪的進(jìn)口相連接，導(dǎo)流板在排氣支管和排氣管段的連接處插入排氣管段中， 并沿排氣流動(dòng)方向逐漸延伸至與排氣管段的軸線平行；導(dǎo)流板為拱狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流 板在插入部位與排氣管段的內(nèi)壁光滑連接，導(dǎo)流板的兩邊緣部位均與排氣管段的 內(nèi)壁光滑連接，導(dǎo)流板把排氣管段分為排氣管段上游段、排氣管段下游段和排氣 支管延伸段三部分；排氣支管延伸段和排氣支管流線型連接；排氣管段上游段的 截面積逐漸縮小，排氣管段上游段的出口截面積和進(jìn)口截面積的比值范圍為0.75 至0.8;排氣支管、排氣管段和導(dǎo)流板固接為一體。 本發(fā)明的有益效果
排氣管段上游段的出口處可以形成高速氣流，在排氣支管延伸段的出口處形 成一個(gè)低壓區(qū)，使掃氣不僅不受干擾反而有利于掃氣。排氣管段上游段出口的氣 流和排氣支管延伸段出口的氣流基本上都與排氣管段軸線平行，相互不產(chǎn)生氣流 干擾，使氣體流動(dòng)損失降到最小。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，占位較小，可以系列化模件 式生產(chǎn)，拆裝方便、降低維護(hù)時(shí)間及費(fèi)用，適應(yīng)于任何一種4至20缸的各種增壓 度的大功率四沖程柴油機(jī)。


圖1是本發(fā)明渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明渦輪增壓系統(tǒng)中導(dǎo)流板的安裝示意圖 圖3是本發(fā)明中導(dǎo)流板、排氣支管和排氣管段連接的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是圖3的左視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述。
如圖l、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明包括氣缸l、排氣支管2、排氣管段 4、渦輪8和導(dǎo)流板7，各個(gè)排氣管段4相連接構(gòu)成排氣總管，排氣總管的出口和 渦輪8的進(jìn)口相連接，導(dǎo)流板7在排氣支管2和排氣管段4的連接處插入排氣管 段4中，并沿排氣流動(dòng)方向逐漸延伸至與排氣管段4的軸線平行；導(dǎo)流板7為拱 狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流板7在插入部位與排氣管段4的內(nèi)壁光滑連接，導(dǎo)流板7的兩邊緣 部位均與排氣管段4的內(nèi)壁光滑連接，導(dǎo)流板7把排氣管段4分為排氣管段上游 段5、排氣管段下游段6和排氣支管延伸段3三部分；排氣支管延伸段3和排氣支 管2流線型連接；排氣管段上游段5的截面積逐漸縮小，排氣管段上游段5的出 口截面積和進(jìn)口截面積的比值范圍為0.75至0.8;排氣支管2、排氣管段4和導(dǎo) 流板7固接為一體。導(dǎo)流板7的起始位置在排氣支管2和排氣管段4的連接處， 導(dǎo)流板7沿排氣流動(dòng)方向在排氣管段4中延伸，最后一直延伸到與排氣管段4的 軸線相平行，即導(dǎo)流板7最后一直延伸到與排氣管段4的軸線的交角為零度，如 圖2所示。沿排氣流動(dòng)方向，從排氣管段5的進(jìn)口到導(dǎo)流板7的起始位置，排氣 管段上游端5的截面積也是逐漸縮小的，所以在導(dǎo)流板7的起始位置導(dǎo)流板7可 以和排氣管段4的內(nèi)壁光滑連接在一起。導(dǎo)流板7為拱狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流板7的兩邊 緣部位和排氣管段4的內(nèi)壁光滑連接，如圖4所示，這樣排氣的流動(dòng)性能更好。 由于排氣支管2進(jìn)口截面大小由各個(gè)機(jī)型的氣缸頭排氣道的截面大小決定，排氣 支管2和排氣支管延伸段3流線型連接成一體，故排氣支管2和排氣支管延伸段3 不局限于縮口形狀。當(dāng)高溫高壓排氣從排氣支管中流向排氣管段4時(shí)，在支管的 出口處，壓力波轉(zhuǎn)換成速度波，同時(shí)氣流在排氣管段4中分成兩層，在排氣管段4 中當(dāng)上游氣缸的排氣流過時(shí)，由于排氣管段上游段5的出口截面積和排氣管段上游段5的進(jìn)口截面積的比值范圍為0. 75至0. 8，使壓力波在排氣管段上游段5的 出口處轉(zhuǎn)換成速度波，該高速氣流在排氣支管延伸段3的出口處形成一個(gè)低壓區(qū)， 此時(shí)在排氣總管中排氣壓力未升高，這使氣缸的掃氣不僅不受干擾反而有利于掃 氣。上游氣缸的來流即排氣管段上游段5的出口氣流與排氣支管延伸段3的氣流 基本上與排氣管段4的軸線平行，相互不產(chǎn)生氣流干擾，使氣體流動(dòng)損失降到最 小，這使得整個(gè)排氣管系中氣體流動(dòng)損失減小，提高了排氣能量傳遞效率，最終 可使柴油機(jī)熱效率提高。在不影響掃氣的情況下，把排氣管段4的直徑做得較小 些，則整個(gè)排氣總管容積變小，可以提高低工況性能及加載加速性能，使之達(dá)到 模件式脈沖轉(zhuǎn)換增壓系統(tǒng)的水平，并高于脈沖轉(zhuǎn)換器增壓系統(tǒng)和定壓系統(tǒng)的性能。 本發(fā)明可使整個(gè)排氣管系做成模件式，這對(duì)系列化生產(chǎn)特別有利，降低生產(chǎn)成本； 整個(gè)增壓系統(tǒng)排氣管系結(jié)構(gòu)簡單，占位較小，拆裝方便、降低維護(hù)時(shí)間及費(fèi)用， 適應(yīng)于任何一種4至20缸的各種增壓度的大功率四沖程柴油機(jī)。
經(jīng)試驗(yàn)，本發(fā)明與國內(nèi)外常用的渦輪增壓系統(tǒng)性能比較如下與定壓系統(tǒng)相 比，高工況時(shí)，定壓系統(tǒng)泵氣功損失比本發(fā)明小，但排氣能量傳遞效率低，因此 油耗率相近；而低工況和加載加速時(shí)，本發(fā)明性能比定壓系統(tǒng)優(yōu)越得多；二者的 排氣管系均比較簡單。與脈沖轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)相比，本發(fā)明中流道縮口較小，流動(dòng)損 失小，而且在排氣能量傳遞效率較高；而脈沖轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中，各排氣支管中均為 兩脈沖，而且后面有縮口使能量傳遞效率低，因此本發(fā)明的柴油機(jī)比脈沖轉(zhuǎn)換器 增壓系統(tǒng)的柴油機(jī)油耗率低2 5g/kW.h左右，排氣溫度可降低10 20°C;而且本 發(fā)明排氣管系結(jié)構(gòu)簡單，并可做成各種缸數(shù)的柴油機(jī)、實(shí)現(xiàn)系列化生產(chǎn)。與模件 式脈沖轉(zhuǎn)換增壓系統(tǒng)相比，本發(fā)明中排氣管系縮口較小，泵氣功損失較小，因此 油耗率較模件式脈沖轉(zhuǎn)換增壓系統(tǒng)低2 5g/kW. h左右；而且各缸排氣溫度較均勻 且較低、在8缸機(jī)上避免了各缸間的掃氣干擾；低工況性能及加載加速性能均好； 二者的排氣管系均比較簡單、利于系列化生產(chǎn)。與氣體導(dǎo)流復(fù)合脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增 壓系統(tǒng)相比，在性能上相近油耗率可降低l 3g/kW.h，排氣溫度降低10 20。C; 在結(jié)構(gòu)上比氣體導(dǎo)流復(fù)合脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增壓系統(tǒng)更為簡單，有利于系列化生產(chǎn)。 與6、 9缸脈沖系統(tǒng)相比本發(fā)明的泵氣功損失小，因此油耗率可稍低；掃氣系數(shù)雖
小些，但已達(dá)到要求；且對(duì)5、 7、 8缸柴油機(jī)系列化生產(chǎn)來說是有利的。
權(quán)利要求
1. 一種模件式多功能脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增壓系統(tǒng)，包括氣缸(1)、排氣支管(2)、排氣管段(4)和渦輪(8)，各個(gè)排氣管段(4)相連接構(gòu)成排氣總管，排氣總管的出口和渦輪(8)的進(jìn)口相連接，其特征在于還包括導(dǎo)流板(7)，導(dǎo)流板(7)在排氣支管(2)和排氣管段(4)的連接處插入排氣管段(4)中，并沿排氣流動(dòng)方向逐漸延伸至與排氣管段(4)的軸線平行；導(dǎo)流板(7)為拱狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流板(7)在插入部位與排氣管段(4)的內(nèi)壁光滑連接，導(dǎo)流板(7)的兩邊緣部位均與排氣管段(4)的內(nèi)壁光滑連接，導(dǎo)流板(7)把排氣管段(4)分為排氣管段上游段(5)、排氣管段下游段(6)和排氣支管延伸段(3)三部分；排氣支管延伸段(3)和排氣支管(2)流線型連接；排氣管段上游段(5)的截面積逐漸縮小，排氣管段上游段(5)的出口截面積和進(jìn)口截面積的比值范圍為0.75至0.8；排氣支管(2)、排氣管段(4)和導(dǎo)流板(7)固接為一體。
全文摘要
模件式多功能脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增壓系統(tǒng)，屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。包括氣缸、排氣支管、排氣管段、渦輪和導(dǎo)流板。導(dǎo)流板在排氣支管和排氣管段的連接處插入排氣管段中，并沿排氣流動(dòng)方向逐漸延伸至與排氣管段的軸線平行，排氣管段分為排氣管段上游段、排氣管段下游段和排氣支管延伸段三部分，排氣管段上游段的截面積逐漸縮小。排氣管段上游段的出口處可以形成高速氣流，在排氣支管延伸段的出口處形成一個(gè)低壓區(qū)，使掃氣不僅不受干擾反而還有利于掃氣。排氣支管延伸段出口的氣流基本上與排氣管段軸線平行，相互不產(chǎn)生氣流干擾。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，占位較小，拆裝方便、降低維護(hù)時(shí)間及費(fèi)用，適應(yīng)于任何一種4至20缸的各種增壓度的大功率四沖程柴油機(jī)。
文檔編號(hào)F02C6/12GK101413423SQ200810203029
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者毅 崔, 王紹明, 鄧康耀, 郭中朝, 顧宏中 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)