內(nèi)燃機(jī)全工況可調(diào)的兩級增壓系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)全工況可調(diào)的兩級增壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)在現(xiàn)有兩級增壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一個低壓渦輪和壓氣機(jī)旁通控制閥及相應(yīng)的旁通管路，可以比現(xiàn)有的兩級增壓系統(tǒng)能多實現(xiàn)單級高壓級渦輪增壓和無增壓的兩種進(jìn)氣狀態(tài)，從而實現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣方式的全程柔性調(diào)節(jié)，尤其是當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于怠速或小負(fù)荷工況或需要后處理器迅速到達(dá)起燃溫度時，使該系統(tǒng)工作在無增壓的進(jìn)氣模式，從而有效的提高內(nèi)燃機(jī)在低負(fù)荷和怠速工況的燃油經(jīng)濟(jì)性以及內(nèi)燃機(jī)的排放性能；或者排氣流量比較小的時候選擇利用高壓級渦輪增壓器且關(guān)閉低壓級渦輪增壓器，使渦輪增壓器工作在高效率區(qū)域。
【專利說明】內(nèi)燃機(jī)全工況可調(diào)的兩級增壓系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于為提高內(nèi)燃機(jī)工作效率的增壓裝置，特別涉及一種可實現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)全工況可調(diào)的兩級增壓系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車保有量的增長帶來了環(huán)境污染和能源短缺等問題，因此，為了達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的，現(xiàn)有的柴油機(jī)幾乎都使用了增壓技術(shù)并且逐漸向兩級增壓技術(shù)發(fā)展。目前，較典型的內(nèi)燃機(jī)兩級增壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖2所示，但是目前的兩級增壓系統(tǒng)存在一些不足，如兩級增壓系統(tǒng)在柴油機(jī)處于小負(fù)荷或怠速工況時，一般是工作在兩級狀態(tài)，但是這些工況下的排氣流量和單位排氣量的焓都比較低，因此排氣經(jīng)過高壓級小渦輪做功后已經(jīng)無法再使低壓級大渦輪工作或低壓級大渦輪工作在較低的轉(zhuǎn)速且無法驅(qū)動低壓級壓氣機(jī)做功。因此，在上述工況下，如果排氣仍然經(jīng)過低壓渦輪，不但不能增加兩級渦輪的做功能力，而且還會加大排氣阻力，同時，新鮮充量經(jīng)過沒有做功能力的低壓壓氣機(jī)時，也會造成流動損失，從而導(dǎo)致柴油機(jī)在低負(fù)荷或怠速工況下的油耗增加。
[0003]另外，當(dāng)柴油機(jī)處于小負(fù)荷或怠速工況時，與柴油機(jī)自然吸氣進(jìn)氣方案相比，兩級增壓不但不能提高其燃油經(jīng)濟(jì)性能和排放性能，而且還會惡化燃油經(jīng)濟(jì)性。這是由于在上述工況時，由于噴油量少，即使柴油機(jī)采用自然吸氣的進(jìn)氣方案也能保證足夠大的空燃比，使燃燒較為充分。相反，如果在上述工況采用兩級增壓的進(jìn)氣方案，一方面，由于渦輪增壓器在進(jìn)排氣管路上的節(jié)流作用，柴油機(jī)的進(jìn)排氣阻力會大大增加，造成泵氣損失增加；另一方面，由于排氣能量低，增壓器做功能力小，增壓壓力低，因此兩級增壓系統(tǒng)對柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒狀況的改善也不明顯，且無法彌補(bǔ)由于采用兩級增壓而造成的泵氣損失，這兩方面造成了兩級增壓柴油機(jī)在怠速或小負(fù)荷工況時燃油經(jīng)濟(jì)性的惡化。
[0004]同時，如果排氣經(jīng)過兩級增壓器之后，排氣溫度會大大下降，因此，造成后處理器達(dá)到起燃溫度的時間過長，從而使柴油機(jī)的排放增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種可實現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)全工況調(diào)節(jié)的內(nèi)燃機(jī)全工況可調(diào)的兩級增壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)在現(xiàn)有兩級增壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一個低壓渦輪和壓氣機(jī)旁通控制閥及相應(yīng)的旁通管路，再加上原有技術(shù)中包括的高壓級渦輪和壓氣機(jī)旁通閥及相應(yīng)的旁通管路，它可以比現(xiàn)有的兩級增壓系統(tǒng)能多實現(xiàn)單級高壓級渦輪增壓和無增壓的兩種進(jìn)氣狀態(tài)，從而實現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣方式的全程柔性調(diào)節(jié)，尤其是當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于怠速或小負(fù)荷工況或需要后處理器迅速到達(dá)起燃溫度時，使該系統(tǒng)工作在無增壓的進(jìn)氣模式，從而有效的提高內(nèi)燃機(jī)在低負(fù)荷和怠速工況的燃油經(jīng)濟(jì)性以及內(nèi)燃機(jī)的排放性能；或者排氣流量比較小的時候選擇利用高壓級渦輪增壓器而使低壓級渦輪增壓器處于被旁通狀態(tài)，從而降低此時的泵氣損失且使渦輪增壓器工作在較高的效率區(qū)域。
[0006]本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)全工況可調(diào)的兩級增壓系統(tǒng)，包括在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣總管上通過氣體管路依次連通的高壓級中冷器、高壓級壓氣機(jī)、低壓級中冷器、低壓級壓氣機(jī)、空氣濾清器，并連在高壓級壓氣機(jī)的進(jìn)口端與高壓級中冷器的出口端氣體管路上的高壓級壓氣機(jī)旁通管和設(shè)置在高壓級壓氣機(jī)旁通管上的高壓級壓氣機(jī)旁通閥；在內(nèi)燃機(jī)的排氣總管上通過氣體管路依次聯(lián)通的高壓級渦輪、低壓級渦輪、后處理器、排氣管，并連在高壓級渦輪出口端與進(jìn)口端氣體管路上的高壓級渦輪旁通管和設(shè)置在高壓級渦輪旁通管上的高壓級渦輪旁通閥；
[0007]還設(shè)置有:并連在低壓級壓氣機(jī)的進(jìn)口端與低壓級中冷器的出口端氣體管路上的低壓級壓氣機(jī)旁通管和設(shè)置在低壓級壓氣機(jī)旁通管上的低壓級壓氣機(jī)旁通閥；并連在低壓級渦輪的進(jìn)口端與出口端氣體管路上的低壓級渦輪旁通管和設(shè)置在低壓級渦輪旁通管上的低壓級渦輪旁通閥；所述的高壓級壓氣機(jī)旁通閥、高壓級渦輪旁通閥、低壓級壓氣機(jī)旁通閥、低壓級渦輪旁通閥、后處理器和內(nèi)燃機(jī)分別與控制器控制連接，根據(jù)發(fā)動機(jī)試驗工況的標(biāo)定數(shù)據(jù)，在控制器中設(shè)定高壓級壓氣機(jī)旁通閥、高壓級渦輪旁通閥、低壓級壓氣機(jī)旁通閥和低壓級渦輪旁通閥的最優(yōu)開度MAP。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
[0009]I)本發(fā)明提出的內(nèi)燃機(jī)全工況可調(diào)的兩級增壓系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動機(jī)工況的需求調(diào)節(jié)增壓模式，使增壓系統(tǒng)總是工作在較高的效率區(qū)域，且內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣模式更加柔性化，從而提高發(fā)動機(jī)和增壓系統(tǒng)的工作效率；
[0010]2)另外，與現(xiàn)有的兩級增壓系統(tǒng)相比，本發(fā)明能在所有旁通閥門全開的狀態(tài)下實現(xiàn)無增壓的進(jìn)氣模式，這有利于提高柴油機(jī)在怠速和小負(fù)荷工況下的熱效率:這是由于柴油機(jī)處于怠速或者小負(fù)荷工況時，柴油機(jī)的排量能量小，增壓器的工作效率低甚至沒有有效功輸出，此時，打開該系統(tǒng)的所有旁通閥門，使其工作在無增壓狀態(tài)，從而大大減少了進(jìn)排氣阻力，降低柴油機(jī)的泵氣損失，提高柴油機(jī)的熱效率；
[0011]3)與現(xiàn)有的兩級增壓系統(tǒng)相比，本發(fā)明能有助于后處理器快速到達(dá)起燃溫度，降低排放:當(dāng)希望柴油機(jī)的后處理器迅速起燃時，打開該系統(tǒng)的所有閥門，使其工作在無增壓狀態(tài)，使排氣能量最大化的流經(jīng)后處理器，幫助它迅速達(dá)到工作溫度，提高有害物的轉(zhuǎn)化效率，從而降低排放物。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)全工況可調(diào)的兩級增壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；
[0013]圖2是目前技術(shù)典型兩級增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖給出的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0015]參照圖1，一種內(nèi)燃機(jī)全工況可調(diào)的兩級增壓系統(tǒng)，包括在內(nèi)燃機(jī)9的進(jìn)氣總管8上通過氣體管路依次連通的高壓級中冷器7、高壓級壓氣機(jī)5、低壓級中冷器3、低壓級壓氣機(jī)2、空氣濾清器1，并連在高壓級壓氣機(jī)5的進(jìn)口端與高壓級中冷器7的出口端氣體管路上的高壓級壓氣機(jī)旁通管6和設(shè)置在高壓級壓氣機(jī)旁通管6上的高壓級壓氣機(jī)旁通閥4 ；在內(nèi)燃機(jī)9的排氣總管10上通過氣體管路依次聯(lián)通的高壓級渦輪13、低壓級渦輪14、后處理器15、排氣管16，并連在高壓級渦輪13出口端與進(jìn)口端氣體管路上的高壓級渦輪旁通管12和設(shè)置在高壓級渦輪旁通管12上的高壓級渦輪旁通閥11 ；
[0016]還設(shè)置有:并連在低壓級壓氣機(jī)2的進(jìn)口端與低壓級中冷器3的出口端氣體管路上的低壓級壓氣機(jī)旁通管18和設(shè)置在低壓級壓氣機(jī)旁通管18上的低壓級壓氣機(jī)旁通閥
19;并連在低壓級渦輪14的進(jìn)口端與出口端氣體管路上的低壓級渦輪旁通管21和設(shè)置在低壓級渦輪旁通管21上的低壓級渦輪旁通閥20 ;所述的高壓級壓氣機(jī)旁通閥4、高壓級渦輪旁通閥11、低壓級壓氣機(jī)旁通閥19、低壓級渦輪旁通閥20、后處理器15和內(nèi)燃機(jī)9分別與控制器17控制連接，根據(jù)發(fā)動機(jī)試驗工況的標(biāo)定數(shù)據(jù)，在控制器17中設(shè)定高壓級壓氣機(jī)旁通閥4、高壓級渦輪旁通閥11、低壓級壓氣機(jī)旁通閥19和低壓級渦輪旁通閥20的最優(yōu)開度 MAP。
[0017]本發(fā)明系統(tǒng)工作過程如下:
[0018](I)、當(dāng)控制器17檢測到內(nèi)燃機(jī)運行的工況在無增壓狀態(tài)下內(nèi)燃機(jī)的效率最高，或者需要后處理器21快速達(dá)到有效工作溫度時，則控制器17發(fā)出指令，完全打開低壓級壓氣機(jī)旁通閥19、高壓級壓氣機(jī)旁通閥4、低壓級渦輪旁通閥20和高壓級渦輪旁通閥11，使增壓系統(tǒng)工作在無增壓狀態(tài)；
[0019](2)、當(dāng)控制器17檢測到內(nèi)燃機(jī)運行的工況在單級高壓級增壓狀態(tài)下內(nèi)燃機(jī)的效率最高時，控制器17發(fā)出指令，關(guān)閉高壓級壓氣機(jī)旁通閥4和高壓級渦輪旁通閥11，同時完全打開低壓級壓氣機(jī)旁通閥19和低壓級渦輪旁通閥20，使增壓系統(tǒng)工作在單級高壓級增壓狀態(tài)；
[0020](3)、當(dāng)控制器17檢測到內(nèi)燃機(jī)運行的工況在單級低壓級增壓狀態(tài)下內(nèi)燃機(jī)的效率最高時，控制器17發(fā)出指令，關(guān)閉低壓級壓氣機(jī)旁通閥19和低壓級渦輪旁通閥20，打開高壓級壓氣機(jī)旁通閥4和高壓級渦輪旁通閥11，使增壓系統(tǒng)工作在單級低壓級增壓狀態(tài)；
[0021](4)、當(dāng)控制器17檢測到內(nèi)燃機(jī)運行的工況在低壓級渦輪增壓器部分廢氣旁通的增壓狀態(tài)下內(nèi)燃機(jī)的效率最高時，控制器17發(fā)出指令，關(guān)閉低壓級壓氣機(jī)旁通閥19、完全打開高壓級壓氣機(jī)旁通閥4和高壓級渦輪旁通閥11，同時根據(jù)控制器17中優(yōu)化的MAP調(diào)節(jié)低壓級渦輪旁通閥20開度，使增壓系統(tǒng)工作在低壓級渦輪增壓器部分廢氣旁通的增壓狀態(tài)；
[0022](5)、當(dāng)控制器17檢測到內(nèi)燃機(jī)運行的工況在高壓級渦輪部分旁通的增壓狀態(tài)下內(nèi)燃機(jī)的效率最高時，控制器17發(fā)出指令，關(guān)閉低壓級壓氣機(jī)旁通閥19、高壓級壓氣機(jī)旁通閥4和低壓級渦輪旁通閥20，同時根據(jù)控制器17中優(yōu)化的MAP調(diào)節(jié)高壓級渦輪旁通閥11的開度，使增壓系統(tǒng)工作在兩個增壓器不同程度的復(fù)合增壓狀態(tài)；
[0023](6)、當(dāng)控制器17檢測到內(nèi)燃機(jī)運行的工況在兩級增壓狀態(tài)下內(nèi)燃機(jī)的效率最高時，控制器17發(fā)出指令，關(guān)閉低壓級壓氣機(jī)旁通閥19、高壓級壓氣機(jī)旁通閥4、低壓級渦輪旁通閥20和高壓級渦輪旁通閥11，使增壓系統(tǒng)工作在兩級增壓狀態(tài)。
[0024]其中，過程“(3)-(6) ”為現(xiàn)有典型兩級增壓技術(shù)可實現(xiàn)的工作過程，而過程“⑴”和“(2) ”是本發(fā)明在增加了低壓級壓氣機(jī)旁通管18、低壓級壓氣機(jī)旁通閥19、低壓級渦輪旁通閥20和低壓級渦輪旁通管21后新實現(xiàn)的工作過程，與現(xiàn)有技術(shù)相結(jié)合則可以實現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)全工況內(nèi)兩級增壓系統(tǒng)的柔性調(diào)節(jié)，同時使增壓系統(tǒng)總是工作在高效區(qū)域，提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率且能有效降低有害物排放。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機(jī)全工況可調(diào)的兩級增壓系統(tǒng)，包括在內(nèi)燃機(jī)(9)的進(jìn)氣總管(8)上通過氣體管路依次連通的高壓級中冷器(7)、高壓級壓氣機(jī)(5)、低壓級中冷器(3)、低壓級壓氣機(jī)(2)、空氣濾清器(1)，并連在高壓級壓氣機(jī)(5)的進(jìn)口端與高壓級中冷器(7)的出口端氣體管路上的高壓級壓氣機(jī)旁通管(6)和設(shè)置在高壓級壓氣機(jī)旁通管(6)上的高壓級壓氣機(jī)旁通閥(4);在內(nèi)燃機(jī)(9)的排氣總管(10)上通過氣體管路依次聯(lián)通的高壓級渦輪(13)、低壓級渦輪(14)、后處理器(15)、排氣管(16)，并連在高壓級渦輪(13)出口端與進(jìn)口端氣體管路上的高壓級渦輪旁通管(12)和設(shè)置在高壓級渦輪旁通管(12)上的高壓級渦輪旁通閥(11);其特征在于: 還設(shè)置有:并連在低壓級壓氣機(jī)(2)的進(jìn)口端與低壓級中冷器(3)的出口端氣體管路上的低壓級壓氣機(jī)旁通管(18)和設(shè)置在低壓級壓氣機(jī)旁通管(18)上的低壓級壓氣機(jī)旁通閥(19);并連在低壓級渦輪(14)的進(jìn)口端與出口端氣體管路上的低壓級渦輪旁通管(21)和設(shè)置在低壓級渦輪旁通管(21)上的低壓級渦輪旁通閥(20);所述的高壓級壓氣機(jī)旁通閥(4)、高壓級渦輪旁通閥(11)、低壓級壓氣機(jī)旁通閥(19)、低壓級渦輪旁通閥(20)、后處理器(15)和內(nèi)燃機(jī)(9)分別與控制器(17)控制連接，根據(jù)發(fā)動機(jī)試驗工況的標(biāo)定數(shù)據(jù)，在控制器(17)中設(shè)定高壓級壓氣機(jī)旁通閥(4)、高壓級渦輪旁通閥(11)、低壓級壓氣機(jī)旁通閥(19)和低壓級渦輪旁通閥(20)的最優(yōu)開度MAP。
【文檔編號】F02B37/013GK103615309SQ201310670396
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】劉忠長, 張龍平, 田徑, 許允, 韓永強(qiáng), 張文杰, 汪泊舟, 董春曉 申請人:吉林大學(xué)