本發(fā)明涉及一種提高內(nèi)燃機(jī)效率的裝置，尤其是一種提高內(nèi)燃機(jī)尾氣中能量利用率的裝置，屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

排氣損失是內(nèi)燃機(jī)各項(xiàng)損失中比例較大的一項(xiàng)，它幾乎與有用功相當(dāng)，如果能把廢氣中的能量轉(zhuǎn)化為有用功，就能使內(nèi)燃機(jī)的效率得到顯著提高，現(xiàn)廣泛采用的廢氣渦輪增壓方案就是在這一方面進(jìn)行的探索和實(shí)踐。隨著廢氣渦輪增壓方案的應(yīng)用，內(nèi)燃機(jī)的升功率得到了顯著提高，但這一方案不能提高內(nèi)燃機(jī)的熱效率，表現(xiàn)在增壓內(nèi)燃機(jī)的燃油消耗率指標(biāo)沒有顯著降低，這主要是因?yàn)閺U氣渦輪增壓方案存在以下缺陷：(1)推動(dòng)廢氣廢氣渦輪增壓器增加了排氣阻力，使排氣的推出損失功升高；(2)進(jìn)氣壓力的提高增高了壓縮沖程中氣缸內(nèi)的壓力，使壓縮的損失功升高；(3)由于進(jìn)氣壓力的升高會(huì)使壓縮和做功沖程中氣缸內(nèi)的壓力和溫度大幅度升高，為了避免壓力和溫度過高而損壞機(jī)器，對增壓的幅度必須加以限制，這就使廢氣中的能量得不到充分利用。

專利號為201320008898.8，專利名稱為“提高內(nèi)燃機(jī)熱效率的換氣裝置”的實(shí)用新型專利公開了一種能夠采用分路排氣降低排氣阻力、采用串聯(lián)增壓將廢氣中的膨脹功最大限度轉(zhuǎn)化為有用功、采用壓縮初期適當(dāng)釋放氣缸內(nèi)壓力限制壓縮和做功沖程中氣缸的壓力的方法，將廢氣中的能量最大限度轉(zhuǎn)變成有用功，顯著提高內(nèi)燃機(jī)熱效率。這種方法雖已被證明可行并有效，但它存在兩個(gè)重要缺陷，(1)因?yàn)樗谶M(jìn)氣沖程末期釋放氣缸內(nèi)的壓力，造成氣缸內(nèi)實(shí)際參加燃燒的空氣數(shù)量難以測量和控制，導(dǎo)致燃空比也難以精確控制；(2)因?yàn)槲矚馑哪芰恐杏泻艽笠徊糠质菬崮?，而不是膨脹能，上述專利技術(shù)方案不能利用尾氣中的熱能。因此，要想使尾氣中的能量得到更充分的利用，必須對上述技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種既不增加排氣阻力，又能把尾氣中的熱能轉(zhuǎn)化為膨脹能，使其與尾氣中原有的膨脹能疊加，然后再推動(dòng)尾氣渦輪機(jī)做功，這一裝置可以利用渦輪機(jī)從尾氣中得到更多可用的機(jī)械功。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種提高內(nèi)燃機(jī)尾氣中能量利用率的裝置，包括氣缸蓋、膨脹排氣管和推出排氣管、電磁閥、壓縮空氣管、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、儲(chǔ)氣罐、氣泵、進(jìn)氣管、渦輪機(jī)和渦輪機(jī)連接盤。所述膨脹排氣管根據(jù)各氣缸之間的排氣間隔角，分為至少兩段，各段膨脹排氣管在尾氣渦輪機(jī)的進(jìn)氣端匯合，所述各段膨脹排氣管分別由壓縮空氣管經(jīng)電磁閥與儲(chǔ)氣罐連接，儲(chǔ)氣罐與氣泵連接，氣泵的進(jìn)氣端與內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管連接，膨脹排氣管的出氣端經(jīng)尾氣渦輪機(jī)后與消聲器連通，推出排氣管的出氣端與消聲器連通。

所述氣缸蓋中對應(yīng)于每個(gè)氣缸設(shè)有與膨脹排氣閥和推出排氣閥相對應(yīng)的、相互分隔開的排氣道。

所述膨脹排氣管和推出排氣管位于內(nèi)燃機(jī)的同一側(cè)。

所述膨脹排氣閥的開啟角與推出排氣閥的關(guān)閉角之間的曲軸轉(zhuǎn)角范圍覆蓋整個(gè)排氣沖程。采用分路排氣技術(shù)后，兩路排氣分別完成膨脹排氣過程和推出排氣過程，膨脹排氣閥的開啟角與推出排氣閥的關(guān)閉角之和等于現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)排氣閥打開的持續(xù)角才能夠完成排氣沖程。

所述膨脹排氣管根據(jù)各氣缸之間的排氣間隔角，分為至少兩段，各段膨脹排氣管在尾氣渦輪機(jī)的進(jìn)氣端匯合。

所述各段膨脹排氣管分別由壓縮空氣管經(jīng)電磁閥與儲(chǔ)氣罐連接，儲(chǔ)氣罐與氣泵連接，氣泵的進(jìn)氣端與內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管連接。

所述電磁閥由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)提供控制電能。

本發(fā)明設(shè)置膨脹和推出兩個(gè)排氣支路的理由如下：兩個(gè)排氣階段排出的尾氣各行其道，互不干擾，用膨脹排氣支路排出的尾氣中攜帶的膨脹功推動(dòng)尾氣渦輪機(jī)，使尾氣中的能量得到利用；從推出排氣支路排出的廢氣繞過渦輪機(jī)，直接經(jīng)消聲器排入大氣，使推出排氣階段的排氣阻力降低。這一措施為充分利用廢氣中的能量，而不增加排氣阻力創(chuàng)造了條件。

本發(fā)明采用膨脹排氣管分段的理由如下：膨脹排氣管根據(jù)各氣缸之間的排氣間隔角，分為至少兩段，各段膨脹排氣管內(nèi)的排氣間隔角度應(yīng)保證其所連接的排氣閥之間無疊開角，各段膨脹排氣管在尾氣渦輪機(jī)的進(jìn)氣端匯合，這樣，在盡可能充分利用尾氣中膨脹功的同時(shí)，還可以減少排氣管中壓力波動(dòng)對內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程的不利影響。

本發(fā)明采用膨脹排氣管內(nèi)適時(shí)再膨脹的理由如下：為了把尾氣中的熱量轉(zhuǎn)化為有用功，適時(shí)向各段膨脹排氣管內(nèi)注入壓縮空氣，壓縮空氣在接觸到排氣管內(nèi)的高溫尾氣后，體積會(huì)發(fā)生膨脹，實(shí)現(xiàn)把尾氣中的熱能轉(zhuǎn)化為膨脹能，這一部分膨脹能與尾氣中原有的膨脹能疊加在一起，就能獲得更多的膨脹能量來推動(dòng)尾氣渦輪機(jī)。

本發(fā)明能夠最大限度地將廢氣中的能量經(jīng)尾氣渦輪機(jī)轉(zhuǎn)化成可用的機(jī)械能，由于尾氣中包含的能量幾乎與內(nèi)燃機(jī)的有用功相當(dāng)，所以實(shí)施本發(fā)明后，可以從尾氣渦輪機(jī)輸出軸上獲得的機(jī)械能也十分可觀。根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)條件，在實(shí)施本發(fā)明后，從尾氣渦輪機(jī)輸出軸上獲得的機(jī)械能主要的應(yīng)用方向是：利用尾氣渦輪機(jī)經(jīng)減速器推動(dòng)發(fā)電機(jī)，為油電混合動(dòng)力汽車的蓄電池充電，使油電混合動(dòng)力汽車在采用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)無附加能耗的行駛中充電。達(dá)到節(jié)能減排的目的。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本發(fā)明的構(gòu)成示意圖；

圖2是膨脹排氣閥凸輪結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是推出排氣閥凸輪結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是汽缸蓋上各氣閥及進(jìn)、排氣管的布置示意圖；

圖5是汽缸蓋上排氣管一側(cè)各排氣管的布置示意圖

圖1中，1、消聲器，2、推出排氣管，3、渦輪機(jī)，4、連接盤，5、一段膨脹排氣管，6、二段膨脹排氣管、7、汽缸蓋，8、膨脹排氣閥，9、進(jìn)氣閥，10、推出排氣閥，11、電磁閥，12、壓縮空氣管，13、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)，14 儲(chǔ)氣罐，15、氣泵，16進(jìn)氣管17、空氣濾清器；

圖2中大寫英文字母所標(biāo)注的點(diǎn)分別對應(yīng)：A、下止點(diǎn)，B、上止點(diǎn)，C、膨脹排氣閥開啟點(diǎn)，F(xiàn)、膨脹排氣閥開到最大點(diǎn)，G、膨脹排氣閥關(guān)閉點(diǎn)，D、現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)排氣閥關(guān)閉點(diǎn)；

圖3中大寫英文字母所標(biāo)注的點(diǎn)分別對應(yīng)：A、下止點(diǎn)，B、上止點(diǎn)，H、推出排氣閥開啟點(diǎn)，I、推出排氣閥開到最大點(diǎn)，C、現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)推出排氣閥開啟點(diǎn)，D、推出排氣閥關(guān)閉點(diǎn)(與現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)排氣閥關(guān)閉點(diǎn)重合)。

圖4、圖5中各數(shù)字代表的零件與圖1一致。

具體實(shí)施方式

1)分路排氣：在現(xiàn)有的雙頂置凸輪軸內(nèi)燃機(jī)缸蓋上對應(yīng)于每個(gè)氣缸做出相互隔離的排氣道，并對排氣凸輪做相應(yīng)的修改，根據(jù)排氣沖程中膨脹排氣階段和推出排氣階段在時(shí)間上的差別，把排氣的途徑分為膨脹排氣支路和推出排氣支路，利用氣閥的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別控制這兩個(gè)排氣支路的排氣閥，使膨脹排氣閥在膨脹排氣階段打開，在推出排氣階段關(guān)閉；推出排氣閥在推出排氣階段打開，排氣結(jié)束時(shí)關(guān)閉。

2)膨脹排氣管分段：膨脹排氣管與尾氣渦輪機(jī)的連接方式與現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的變壓式廢氣渦輪增壓系統(tǒng)排氣管的連接近似，把膨脹排氣管分為至少兩段，使各段膨脹排氣管內(nèi)的排氣閥之間無疊開角，各段膨脹排氣管經(jīng)連接盤與尾氣渦輪機(jī)的進(jìn)氣口連接。

3)適時(shí)再膨脹：在各段膨脹排氣管上分別設(shè)一個(gè)電磁閥與氣泵和儲(chǔ)氣罐連接，由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元提供電磁閥的控制電能，當(dāng)某一段膨脹排氣管內(nèi)對應(yīng)的膨脹排氣閥完全關(guān)閉時(shí)，適時(shí)打開電磁閥，向?qū)?yīng)的膨脹排氣管內(nèi)適量注入壓縮空氣，壓縮空氣吸收了尾氣中的熱量后體積就會(huì)發(fā)生膨脹而產(chǎn)生膨脹功，把尾氣中的熱能轉(zhuǎn)化為膨脹能，這樣就可以得到更多的膨脹能來推動(dòng)尾氣渦輪機(jī)。