專利名稱：排氣流通路徑可變的渦輪增壓系統(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)，特別是一種適用于渦輪進(jìn)口有兩個(gè)且渦輪側(cè)置的排氣流通路徑可變的渦輪增壓系統(tǒng)，屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展和環(huán)保要求的提高，現(xiàn)在發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，中大功率的發(fā)動機(jī)大都采用渦輪增壓技術(shù)，以提高功率和降低燃油消耗率。渦輪增壓發(fā)動機(jī)的兩種基本增壓系統(tǒng)為定壓增壓系統(tǒng)和脈沖增壓系統(tǒng)。定壓增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就是排氣管容積較大，排氣管起到穩(wěn)壓作用，排氣壓力波動小，通過渦輪的流量穩(wěn)定，渦輪具有較高的效率；但在排氣閥門處節(jié)流損失較大，排氣從排氣閥門處到渦輪進(jìn)口處之間的熵增較大，排氣脈沖能量幾乎完全損失；負(fù)荷越高，脈沖能量在所有排氣能量屮所占的比例就會越少，所以定壓系統(tǒng)對于高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行是有利的。脈沖增壓系統(tǒng)的排氣管容積較小，排氣從排氣閥門處到渦輪進(jìn)n處之間的熵增較小，排氣能量利用率高，而且能及時(shí)反映負(fù)荷的變化，響應(yīng)速度快；但由于渦輪是脈動進(jìn)氣，造成渦輪效率低，所以脈沖增壓系統(tǒng)對于低負(fù)荷和瞬態(tài)工況是有利的。由此可見，如果一臺發(fā)動機(jī)若同時(shí)配備定壓增壓方式與脈沖增壓方式，高負(fù)荷時(shí)用定壓增壓系統(tǒng)，低負(fù)荷和瞬態(tài)工況時(shí)用脈沖增壓系統(tǒng)，這是較為理想的。在已有技術(shù)中，專利申請?zhí)枮?00710007494.6，公開號為CN 101008336A，發(fā)明名稱為一種渦輪增壓柴油機(jī)可變排氣管容積模件式脈沖轉(zhuǎn)換增壓系統(tǒng)的發(fā)明，當(dāng)負(fù)荷較低時(shí)，各缸掃氣干擾很大；在高負(fù)荷時(shí)不能形成本發(fā)明所述的準(zhǔn)定壓增壓系統(tǒng)，致使渦輪效率較低；這種結(jié)構(gòu)在六缸機(jī)上具有一定的適用性，但是在本發(fā)明所適用的八缸機(jī)上，由于掃氣干擾太大不易適用。本發(fā)明提供了一種改善渦輪側(cè)置的八缸發(fā)動機(jī)性能的增壓系統(tǒng)，使發(fā)動機(jī)在各個(gè)運(yùn)行工況下都能獲得較優(yōu)的性能。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服己有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種適用于八缸機(jī)的排氣流通路徑可變的渦輪增壓系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動機(jī)處于低工況和瞬態(tài)工況時(shí)采用脈沖增壓系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于較高工況時(shí)采用準(zhǔn)定壓增壓系統(tǒng)，使發(fā)動機(jī)在各個(gè)運(yùn)行工況下都能獲得較優(yōu)的性能，并同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)性和動力性方面的要求。
為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該系統(tǒng)包括第一氣缸、第二氣缸、第三氣
3缸、第四氣缸、第五氣缸、第六氣缸、第七氣缸、第八氣缸、第一排氣支管、第二排氣支管、第三排氣支管、第四排氣支管、第五排氣支管、第六排氣支管、第七排氣支管、第八排氣支管、第一排氣管、第二排氣管、渦輪、連接管和閥門，各缸發(fā)火順序?yàn)閘一5—7—3 — 8—4 —2_6，各氣缸直徑均為D，第一排氣管和第二排氣管的內(nèi)徑相同，渦輪為雙進(jìn)口渦輪，第一排氣管、第二排氣管的出口分別和渦輪的兩個(gè)進(jìn)口相連接，第一氣缸、第四氣缸、第五氣缸、第八氣缸分別通過第一排氣支管、第四排氣支管、第五排氣支管、第八排氣支管和第一排氣管相連接，第二氣缸、第三氣缸、第六氣缸、第七氣缸分別通過第二排氣支管、第三排氣支管、第六排氣支管、第七排氣支管和第二排氣管相連接，連接管安裝在第一排氣管的尾部和第二排氣管的尾部之間，閥門置于連接管內(nèi)，連接管與第一排氣管的內(nèi)徑相同，第一排氣管
內(nèi)徑d的取值范圍為2D《d《UD。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，發(fā)動機(jī)的增壓方式為脈沖增壓；當(dāng)閥門
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打開時(shí)，發(fā)動機(jī)的增壓方式為準(zhǔn)定壓增壓。對于8缸機(jī)而言，發(fā)動機(jī)在某一特定時(shí)刻，只有一個(gè)或兩個(gè)氣缸同時(shí)在排氣，當(dāng)閥門打開時(shí)，此時(shí)刻正在排氣的氣缸排氣所占的容積相對于閥門關(guān)閉的時(shí)刻排氣所占的容積變大了，因此此時(shí)可以看作是準(zhǔn)定壓增壓系統(tǒng)，此時(shí)對于高工況運(yùn)行有利。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單，適用于渦輪進(jìn)口有兩個(gè)且渦輪側(cè)置的渦輪增壓系統(tǒng)，使發(fā)動機(jī)在整個(gè)負(fù)荷運(yùn)行范圍內(nèi)都可以獲得較優(yōu)的性能。
圖1是本發(fā)明排氣流通路徑可變的渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施做進(jìn)一步描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括第一氣缸l、第二氣缸2、第三氣缸3、第四氣缸4、第五氣缸5、第六氣缸6、第七氣缸7 、第八氣缸8、第一排氣支管9、第二排氣支管IO、第三排氣支管ll、第四排氣支管12、第五排氣支管13、第六排氣支管14、第七排氣支管15、第八排氣支管16、第一排氣管17、第二排氣管18、渦輪21、連接管19和閥門20，各缸發(fā)火順序?yàn)?一3 — 5 — 7—8—6—4一2，各氣缸直徑均為D，第一排氣管17和第二排氣管18的內(nèi)徑相同，渦輪21為雙進(jìn)口渦輪，第一排氣管17、第二排氣管18的出口分別和渦輪21的兩個(gè)進(jìn)口相連接，第一氣缸l、第四氣缸4、第五氣缸5、第八氣缸8分別通過第一排氣支管9、第四排氣支管12、第五排氣支管13、第八排氣支管16和第一排氣管17相連接，第二氣缸2、第三氣缸3、第六氣缸6、第七氣缸7分別通過第二排氣支管10、第三排氣支管ll、第六排氣支管14、第七排氣支管15和第二排氣管18相連接，連接管19安裝在第一排氣管17的尾部和第二排氣管18的尾部之間，閥門20置于連接管19內(nèi)，連接管19與第一排氣管17的內(nèi)徑相
同，第一排氣管17內(nèi)徑d的取值范圍為2D《d《^D。當(dāng)發(fā)動機(jī)處于低工況或瞬態(tài)工況時(shí)，
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將閥門20關(guān)閉，此時(shí)發(fā)動機(jī)的增壓方式為脈沖增壓，能充分利用脈沖能量；此時(shí)第一排氣支管9、第四排氣支管12、第五排氣支管13、第八排氣支管16的排氣只能通過第一排氣管17進(jìn)入渦輪21中。當(dāng)發(fā)動機(jī)處于較高工況時(shí)，將閥門20打開，此時(shí)發(fā)動機(jī)的增壓方式為準(zhǔn)定壓增壓，泵氣損失小，渦輪效率高。對于8缸機(jī)而言，發(fā)動機(jī)在某一特定時(shí)刻，只有一個(gè)或兩個(gè)氣缸同時(shí)在排氣，當(dāng)閥門20打開時(shí)，此時(shí)刻氣缸排氣所占的容積相對于閥門20關(guān)閉的時(shí)刻排氣所占的容積變大了，例如對于第一排氣支管9中的排氣來說，閥門20關(guān)閉時(shí)它只能通過第一排氣管17進(jìn)入渦輪21;當(dāng)閥門20打開后它可以同時(shí)通過第一排氣管17和第二排氣管18進(jìn)入渦輪21，此時(shí)相對來說排氣所占的容積變大了，因此此時(shí)可以看作是準(zhǔn)定壓增壓系統(tǒng)，此時(shí)對于高工況運(yùn)行有利。
一般情況下，當(dāng)八缸機(jī)采用四脈沖增壓系統(tǒng)時(shí)，和同一個(gè)排氣管相連接的氣缸的發(fā)火間隔為180度，這樣在同一個(gè)排氣管內(nèi)的掃氣干擾就很大，尤其對于船用柴油機(jī)，所以現(xiàn)在的發(fā)動機(jī)增壓系統(tǒng)很少采用四脈沖增壓系統(tǒng)；在本發(fā)明中，根據(jù)此發(fā)動機(jī)各缸發(fā)火順序，使和同一個(gè)排氣管相連接的氣缸的發(fā)火間隔分別為90度和270度，這樣就避免了掃氣干擾。 一般
情況下，脈沖增壓系統(tǒng)排氣管內(nèi)徑取值范圍為^ D《d《| D，這樣高工況時(shí)泵氣損失就很
大，高工況性能較差；在本發(fā)明中，根據(jù)大量模擬計(jì)算的結(jié)果，總結(jié)出本發(fā)明的排氣管內(nèi)徑
的取值范圍為2D《d《^iD，這樣既能在低工況閥門20關(guān)閉時(shí)性能較好，又能在高工況閥20 20
門20打開時(shí)減少泵氣損失。本發(fā)明通過改變排氣支管與排氣管之間的連接方式、加大排氣管內(nèi)徑、增加連接管19以及增加可以控制的閥門20這四種技術(shù)手段，使本發(fā)明可以很好地兼顧發(fā)動機(jī)的高低工況；經(jīng)過在某船用8缸機(jī)上的模擬計(jì)算，當(dāng)負(fù)荷為100%時(shí)可以降低油耗2g/kW. h，當(dāng)負(fù)荷小于25%時(shí)可以降低油耗12g/kW. h以上。
當(dāng)發(fā)動機(jī)對掃氣要求不高時(shí)，根據(jù)此發(fā)動機(jī)各缸的發(fā)火順序，和同一個(gè)排氣管相連接的氣缸的發(fā)火間隔可以為180度，同時(shí)再采用加大排氣管內(nèi)徑、增加連接管和增加可以控制的閥門的技術(shù)手段，使發(fā)動機(jī)可以很好地兼顧發(fā)動機(jī)的高低工況。
權(quán)利要求
1.一種排氣流通路徑可變的渦輪增壓系統(tǒng)，包括第一氣缸(1)、第二氣缸(2)、第三氣缸(3)、第四氣缸(4)、第五氣缸(5)、第六氣缸(6)、第七氣缸(7)、第八氣缸(8)、第一排氣支管(9)、第二排氣支管(10)、第三排氣支管(11)、第四排氣支管(12)、第五排氣支管(13)、第六排氣支管(14)、第七排氣支管(15)、第八排氣支管(16)、第一排氣管(17)、第二排氣管(18)、渦輪(21)，各缸發(fā)火順序?yàn)?-5-7-3-8-4-2-6，各氣缸直徑均為D，第一排氣管(17)和第二排氣管(18)的內(nèi)徑相同，渦輪(21)為雙進(jìn)口渦輪，第一排氣管(17)、第二排氣管(18)的出口分別和渦輪(21)的兩個(gè)進(jìn)口相連接，其特征在于還包括連接管(19)和閥門(20)，第一氣缸(1)、第四氣缸(4)、第五氣缸(5)、第八氣缸(8)分別通過第一排氣支管(9)、第四排氣支管(12)、第五排氣支管(13)、第八排氣支管(16)和第一排氣管(17)相連接，第二氣缸(2)、第三氣缸(3)、第六氣缸(6)、第七氣缸(7)分別通過第二排氣支管(10)、第三排氣支管(11)、第六排氣支管(14)、第七排氣支管(15)和第二排氣管(18)相連接，連接管(19)安裝在第一排氣管(17)的尾部和第二排氣管(18)的尾部之間，閥門(20)置于連接管(19)內(nèi)，連接管(19)與第一排氣管(17)的內(nèi)徑相同，第一排氣管(17)內(nèi)徑d的取值范圍為<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <mn>9</mn> <mn>20</mn></mfrac><mi>D</mi><mo>≤</mo><mi>d</mi><mo>≤</mo><mfrac> <mn>11</mn> <mn>20</mn></mfrac><mi>D</mi> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009101968330002C1.tif" wi="28" he="9" top= "141" left = "87" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>
全文摘要
適用于八缸機(jī)的排氣流通路徑可變的渦輪增壓系統(tǒng)，屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括氣缸、排氣支管、排氣管、連接管、閥門和渦輪，連接管安裝在第一排氣管的尾部和第二排氣管尾部之間，閥門置于連接管內(nèi)。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，發(fā)動機(jī)的增壓方式為脈沖增壓，脈沖增壓在發(fā)動機(jī)低負(fù)荷和瞬態(tài)工況時(shí)性能比較好；當(dāng)閥門打開時(shí)，發(fā)動機(jī)的增壓方式為準(zhǔn)定壓增壓，這樣可以改善發(fā)動機(jī)的高負(fù)荷性能。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單，適用于渦輪進(jìn)口有兩個(gè)且渦輪側(cè)置的渦輪增壓系統(tǒng)。
文檔編號F02B37/12GK101672215SQ20091019683
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者毅 崔, 王新宅, 王紹明, 田中旭, 磊 石, 鄧大偉, 鄧康耀 申請人:上海交通大學(xué)