本發(fā)明涉及內(nèi)燃機領(lǐng)域，具體涉及一種廢氣再循環(huán)增壓系統(tǒng)及兩級增壓內(nèi)燃機。

背景技術(shù)：

當今越來越多的發(fā)動機采用渦輪增壓技術(shù)以應(yīng)對當前日益嚴格的發(fā)動機排放法規(guī)的同時保證其有效輸出功率。廢氣再循環(huán)技術(shù)(廢氣再循環(huán))通過將內(nèi)燃機排氣引入進氣再次參與缸內(nèi)燃燒，可以降低燃燒溫度和缸內(nèi)混合氣氧含量，進而降低NOx的生成與排放。兩級增壓技術(shù)通過兩臺渦輪增壓器串聯(lián)利用內(nèi)燃機排氣能量提高進氣管壓力，可以提高內(nèi)燃機的功率密度和效率。

傳統(tǒng)的兩級增壓廢氣再循環(huán)系統(tǒng)有高壓廢氣再循環(huán)、中壓廢氣再循環(huán)和低壓廢氣再循環(huán)三種廢氣再循環(huán)回路，例如專利公開號為CN201513259U的一項發(fā)明創(chuàng)造公開了一種串聯(lián)式兩級增壓發(fā)動機廢氣再循環(huán)多回路裝置，包括發(fā)動機、高壓級增壓器、低壓級增壓器、高壓級進氣管、高壓級排氣管、高壓級廢氣再循環(huán)管，中壓級進氣管、中壓級排氣管、中壓級廢氣再循環(huán)管，低壓級進氣管、低壓級排氣管、低壓級廢氣再循環(huán)管，三條廢氣再循環(huán)管路上分別置有控制閥。

上述專利文獻所介紹的結(jié)構(gòu)通過選擇廢氣再循環(huán)回路單獨或組合工作保證發(fā)動機在各工況下都獲得足夠的廢氣再循環(huán)流量，可以避免僅僅采用高壓廢氣再循環(huán)回路時廢氣再循環(huán)率受限的問題，但是，仍然存在以下幾點不足：

其一，上述專利文獻所介紹的系統(tǒng)管路繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性降低；

其二，在中高負荷由于進氣壓力大于排氣壓力而必須使用中壓廢氣再循環(huán)和低壓廢氣再循環(huán)回路，廢氣再循環(huán)率調(diào)節(jié)復(fù)雜且會消耗廢氣渦輪功；

其三，該專利無廢氣再循環(huán)廢氣與新鮮空氣的混合裝置，會導致廢氣再循環(huán)氣體與新鮮空氣混合不均勻，缸內(nèi)燃燒局部惡化，內(nèi)燃機效率降低；

其四，由于該專利無增壓空氣級間冷卻，會導致增壓系統(tǒng)效率低，進氣量不足、柴油機燃燒不良、經(jīng)濟性降低、碳煙排放升高等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足，本發(fā)明目的在于提供一種廢氣再循環(huán)增壓系統(tǒng)及兩級增壓內(nèi)燃機。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種廢氣再循環(huán)增壓系統(tǒng)，包括廢氣再循環(huán)閥門系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)壓氣機和廢氣再循環(huán)混合器，廢氣再循環(huán)閥門系統(tǒng)安裝在與廢氣再循環(huán)壓氣機相連通的管道上，以控制所述廢氣再循環(huán)壓氣機的進氣量；所述廢氣再循環(huán)混合器的進氣端分別連接所述廢氣再循環(huán)壓氣機和空氣源，廢氣再循環(huán)壓氣機同軸連接有提供壓氣動力的驅(qū)動裝置。廢氣再循環(huán)混合器，用于將廢氣及空氣混合；此處廢氣再循環(huán)壓氣機壓縮廢氣的意義在于增加廢氣壓力和密度，提高廢氣壓力和濃度，有利于增加廢氣能量轉(zhuǎn)化效率；

此處，驅(qū)動裝置帶動廢氣再循環(huán)壓氣機為廢氣再循環(huán)氣體提供增壓壓力，使其可以克服進氣壓力進入廢氣再循環(huán)混合器并提高廢氣濃度，在廢氣再循環(huán)混合器內(nèi)廢氣與新鮮空氣混合均勻后，通過進氣總管進入內(nèi)燃機氣缸參與燃燒。并且，驅(qū)動電機可以通過根據(jù)廢氣再循環(huán)氣體的進氣口壓力和流量調(diào)節(jié)廢氣再循環(huán)壓氣機轉(zhuǎn)速，使廢氣再循環(huán)壓氣機在內(nèi)燃機全工況內(nèi)都具有較高的效率，進而減少驅(qū)動電機耗功、提高系統(tǒng)總效率。值得注意的是，驅(qū)動裝置為轉(zhuǎn)速可調(diào)電動機。

廢氣再循環(huán)閥門系統(tǒng)，由多個廢氣再循環(huán)閥門組成，用于控制該廢氣再循環(huán)廢氣增壓系統(tǒng)的廢氣進氣量，具體是控制進入廢氣再循環(huán)壓氣機的廢氣進氣量；

由于廢氣溫度較高，根據(jù)熱脹冷縮的原理，進入廢氣再循環(huán)壓氣機的空氣量較少，所以經(jīng)廢氣再循環(huán)壓氣機壓縮后的廢氣密度還是較小，為了解決這一問題，在廢氣再循環(huán)壓氣機與廢氣再循環(huán)閥門系統(tǒng)之間連接廢氣再循環(huán)冷卻器，廢氣經(jīng)廢氣再循環(huán)冷卻器冷卻后，氣體收縮，所以進入廢氣再循環(huán)壓氣機的廢氣量增大，經(jīng)廢氣再循環(huán)壓氣機壓縮后廢氣密度大大增高。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種兩級增壓內(nèi)燃機，該兩級增壓內(nèi)燃機包括內(nèi)燃機增壓系統(tǒng)和氣缸，還包括上述廢氣再循環(huán)增壓系統(tǒng)，

內(nèi)燃機增壓系統(tǒng)位于空氣源與所述氣缸之間，氣缸上分別設(shè)置有進氣總管和排氣總管；廢氣再循環(huán)混合器的出氣端連接進氣總管，廢氣再循環(huán)閥門系統(tǒng)所處的管路與排氣總管相連通。

內(nèi)燃機增壓系統(tǒng)包括低壓級壓氣機，低壓級壓氣機的作用是將進入該內(nèi)燃機增壓系統(tǒng)的新鮮空氣進行壓縮，用以增加氧氣濃度，由于低壓級壓氣機對空氣做功使空氣溫度增高，為了防止被增壓后的空氣從低壓級壓氣機流出時膨脹，所以在低壓級壓氣機出氣口連接有級間冷卻器，級間冷卻器將被壓縮空氣降溫，保證被壓縮空氣密度不會減??；

內(nèi)燃機增壓系統(tǒng)還包括低壓級渦輪，低壓級渦輪與低壓級壓氣機同軸轉(zhuǎn)動連接，所述低壓級渦輪與所述排氣總管連接，所述廢氣再循環(huán)閥門系統(tǒng)設(shè)置在排氣總管的排氣管路上，排氣總管排出的廢氣推動低壓級渦輪轉(zhuǎn)動，由于低壓級渦輪與低壓級壓氣機同軸轉(zhuǎn)動連接，所以低壓級渦輪轉(zhuǎn)動為低壓級壓氣機提供動力。

內(nèi)燃機增壓系統(tǒng)還包括：

高壓級壓氣機，高壓級壓氣機一端連接有級間冷卻器，高壓級壓氣機另一端連接有中冷器，中冷器分別與高壓級壓氣機和廢氣再循環(huán)混合器連接，高壓級壓氣機和中冷器相互配合，在低壓級壓氣機和級間冷卻器的基礎(chǔ)上，進一步對新鮮空氣壓縮做功，進一步增加了進入廢氣再循環(huán)混合器的含氧量，極大的增加了廢氣在氣缸中燃燒做功的效率；

廢氣再循環(huán)混合器分別連接廢氣再循環(huán)壓氣機和進氣總管，被冷卻的高密度空氣與廢氣在廢氣再循環(huán)混合器中充分混合均勻，然后進入氣缸參與缸內(nèi)燃燒，由于進氣壓力高，廢氣的含氧量高，進氣量大，缸內(nèi)充氣系數(shù)大，混合氣均勻且燃燒效率高，進而達到提高系統(tǒng)和內(nèi)燃機效率、提高內(nèi)燃機經(jīng)濟性的目的。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明示例的的廢氣再循環(huán)增壓系統(tǒng)及兩級增壓內(nèi)燃機，實現(xiàn)了內(nèi)燃機廢氣再循環(huán)參與缸內(nèi)燃燒，不僅減少了燃料的消耗，而且減少了尾氣污染物，具有節(jié)能減排的優(yōu)點，相比現(xiàn)有技術(shù)的增壓式內(nèi)燃機，節(jié)能減排效果更佳突出；

2.本發(fā)明示例的廢氣再循環(huán)增壓系統(tǒng)及兩級增壓內(nèi)燃機，分別通過低壓廢氣再循環(huán)閥、中壓廢氣再循環(huán)閥以及高壓廢氣再循環(huán)閥調(diào)整不同的廢氣再循環(huán)回路，以此提高廢氣再循環(huán)流量，并且可根據(jù)內(nèi)燃機不同工況對EGR率的需求加以調(diào)節(jié)，進而提高系統(tǒng)總效率、有效降低內(nèi)燃機排放；

3.本發(fā)明示例的兩級增壓內(nèi)燃機，進排氣旁通閥和高壓級渦輪旁通閥可以根據(jù)內(nèi)燃機全工況對不同的需求進行調(diào)節(jié)，既提高內(nèi)燃機運行效率和又保證了內(nèi)燃機的安全可靠性，提高內(nèi)燃機使用壽命；

4.本發(fā)明示例的廢氣再循環(huán)增壓系統(tǒng)及兩級增壓內(nèi)燃機，設(shè)置廢氣再循環(huán)混合器使廢氣與新鮮空氣均勻的混合，提高缸內(nèi)燃燒效率，具有節(jié)能減排的優(yōu)點；

5.本發(fā)明示例的兩級增壓內(nèi)燃機，低壓級壓氣機、級間冷卻器、高壓級壓氣機以及中冷器實現(xiàn)了進氣空氣的兩級壓縮和兩級冷卻，可提高壓氣機等熵效率，提高進氣密度和壓力，進而提高增壓系統(tǒng)效率，進一步達到提高內(nèi)燃機效率、提高內(nèi)燃機經(jīng)濟性的目的。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明實施例兩級增壓內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.氣缸，2.排氣總管，3.高壓廢氣再循環(huán)閥，4.高壓級渦輪，5.高壓級渦輪旁通閥，6.中壓廢氣再循環(huán)閥，7.低壓廢氣再循環(huán)閥，8.低壓級渦輪，9.低壓級壓氣機，10.級間冷卻器，11.高壓級壓氣機，12.進排氣旁通閥，13.中冷器，14.廢氣再循環(huán)混合器，15.進氣總管，16.廢氣再循環(huán)冷卻器，17.廢氣再循環(huán)壓氣機，18.驅(qū)動電機。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本申請作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋相關(guān)發(fā)明，而非對該發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與發(fā)明相關(guān)的部分。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本申請。

如圖1所示，一種廢氣再循環(huán)增壓系統(tǒng)，該廢氣再循環(huán)增壓系統(tǒng)包括：廢氣再循環(huán)閥門系統(tǒng)，用于控制該廢氣再循環(huán)廢氣增壓系統(tǒng)的廢氣進氣量；廢氣再循環(huán)壓氣機17，用于壓縮廢氣，廢氣再循環(huán)壓氣機17連接有用于給廢氣再循環(huán)提供壓氣動力的驅(qū)動電機18；廢氣再循環(huán)混合器14，用于將廢氣及空氣混合；廢氣再循環(huán)閥門系統(tǒng)與廢氣再循環(huán)壓氣機17連接，廢氣再循環(huán)壓氣機17與所述廢氣再循環(huán)混合器14連接，廢氣再循環(huán)混合器14分別連接空氣源和內(nèi)燃機進氣總管15。廢氣再循環(huán)壓氣機17與廢氣再循環(huán)閥門系統(tǒng)之間連接有廢氣再循環(huán)冷卻器16。

如圖1所示，一種兩級增壓內(nèi)燃機，該兩級增壓內(nèi)燃機包括內(nèi)燃機增壓系統(tǒng)和內(nèi)燃機，還包括廢氣再循環(huán)廢氣增壓系統(tǒng)，所述的內(nèi)燃機包括：氣缸1，氣缸1分別設(shè)置有進氣總管15和排氣總管2；

內(nèi)燃機增壓系統(tǒng)包括低壓級壓氣機9、級間冷卻器10、高壓級壓氣機11和中冷器13，沿內(nèi)燃機進氣方向，低壓級壓氣機9連接級間冷卻器10，級間冷卻器10連接高壓級壓氣機11，高壓級壓氣機11連接中冷器13，中冷器13連接廢氣再循環(huán)混合器14，廢氣再循環(huán)混合器14與進氣總管15連接；

內(nèi)燃機增壓系統(tǒng)還包括高壓級渦輪4和低壓級渦輪8，沿內(nèi)燃機排氣方向，內(nèi)燃機的排氣總管2連接高壓級渦輪4，高壓級渦輪4連接低壓級渦輪8；

其中，高壓級壓氣機11和低壓級壓氣機9分別與高壓級渦輪4和低壓級渦輪8同軸轉(zhuǎn)動。

廢氣再循環(huán)閥門系統(tǒng)包括低壓廢氣再循環(huán)閥7，低壓廢氣再循環(huán)閥7一端與低壓級渦輪8出氣口連接，低壓廢氣再循環(huán)閥7另一端與廢氣再循環(huán)冷卻器16連接。廢氣再循環(huán)閥門系統(tǒng)還包括中壓廢氣再循環(huán)閥6，中壓廢氣再循環(huán)閥6一端與高壓級渦輪4的出氣口連接，中壓廢氣再循環(huán)閥6另一端與廢氣再循環(huán)冷卻器16連接。廢氣再循環(huán)閥門系統(tǒng)還包括高壓廢氣再循環(huán)閥3，高壓廢氣再循環(huán)閥3一端與排氣總管2連接，高壓廢氣再循環(huán)閥3另一端與廢氣再循環(huán)冷卻器16連接。

高壓級渦輪4進氣口與高壓級壓氣機11出氣口之間連接有進排氣旁通閥12。高壓級渦輪4進氣口與所述低壓級渦輪8進氣口之間連接有高壓級渦輪旁通閥5。所述的廢氣再循環(huán)混合器14為三通結(jié)構(gòu)，分別連接所述中冷器13、進氣總管15以及廢氣再循環(huán)壓氣機17。

該兩級增壓內(nèi)燃機工作過程為：著火啟動后，氣缸1開始工作做功：

一方面，內(nèi)燃機開始從外部吸收空氣，空氣首先進入到低壓級壓氣機9中進行一級壓縮，空氣經(jīng)一級壓縮后然后進入到級間冷卻器10中進行一級冷卻，經(jīng)一級冷卻后的空氣進入到級間冷卻器10中進行一級冷卻后進入高壓級壓氣機11進行二級壓縮，然后進入到中冷器13進行二級冷卻，空氣經(jīng)二級冷卻后進入到廢氣再循環(huán)混合器14；

另一方面，氣缸1內(nèi)燃燒產(chǎn)生的廢氣經(jīng)排氣總管2輸送到高壓級渦輪4處并吹動高壓級渦輪4旋轉(zhuǎn)，然后流過高壓級渦輪4的廢氣繼續(xù)吹動低壓級渦輪8旋轉(zhuǎn)，然后廢氣會通過高壓廢氣再循環(huán)閥3、中壓廢氣再循環(huán)閥6或高級廢氣再循環(huán)閥的調(diào)節(jié)進入到廢氣再循環(huán)冷卻器16中，廢氣冷卻后再經(jīng)廢氣再循環(huán)壓氣機17壓縮后進入到廢氣再循環(huán)混合器14中；

此時，在廢氣再循環(huán)混合器14中，空氣和廢氣均勻混合后經(jīng)進氣總管15進入到氣缸1中，使廢氣在氣缸1中進行二次燃燒做功。

其中，當內(nèi)燃機需要較小的廢氣流量時，可以通過開啟并調(diào)節(jié)高壓廢氣再循環(huán)閥3形成高壓廢氣再循環(huán)回路，使廢氣經(jīng)過高壓廢氣再循環(huán)閥3調(diào)節(jié)至要求的流量進入廢氣再循環(huán)冷卻器16中；

當內(nèi)燃機需要較中的廢氣流量時，可以通過開啟并調(diào)節(jié)中壓廢氣再循環(huán)閥6形成中壓廢氣再循環(huán)回路，使廢氣經(jīng)過中壓廢氣再循環(huán)閥6調(diào)節(jié)至要求的流量進入廢氣再循環(huán)冷卻器16中；

當內(nèi)燃機需要較大的廢氣流量時，可以通過開啟并調(diào)節(jié)低壓廢氣再循環(huán)閥7形成低壓廢氣再循環(huán)回路，使廢氣經(jīng)過低壓廢氣再循環(huán)閥7調(diào)節(jié)至要求的流量進入廢氣再循環(huán)冷卻器16中；

同時，為了實時保護內(nèi)燃機工作穩(wěn)定，增加內(nèi)燃機使用壽命，進排氣旁通閥12和高壓級渦輪旁通閥5會根據(jù)具體內(nèi)燃機的工況進行調(diào)節(jié)，其詳細的工作過程為：

當內(nèi)燃機運行在低工況時，可以通過開啟并調(diào)節(jié)進排氣旁通閥12，以此提高內(nèi)燃機在低速工況時進氣總管15的進氣壓力，改善內(nèi)燃機性能，優(yōu)化內(nèi)燃機全工況運行效率，進一步達到提高系統(tǒng)和內(nèi)燃機效率、提高內(nèi)燃機經(jīng)濟性。

當內(nèi)燃機運行在高工況時，可以通過開啟并調(diào)節(jié)高壓級渦輪旁通閥5，以此來降低內(nèi)燃機高工況時通過高壓級渦輪4的廢氣流量，進而防止高級壓氣機對空氣增壓過大。所以，通過這種調(diào)節(jié)可以控制空氣增壓度的大小，防止因空氣壓力過高使內(nèi)燃機機械負荷過高。

值得注意的是，廢氣再循環(huán)混合器優(yōu)選用文丘里管，文丘里管具有壓差大的優(yōu)點，可以提高廢氣由排氣系統(tǒng)進入廢氣再循環(huán)混合器時的空氣流速，使廢氣更順暢的進入混合器，進而提高廢氣與空氣均勻混合的效果。

上述廢氣再循環(huán)混合器不僅限于采用文丘里管，還可以替換耐熱容腔等其他三通結(jié)構(gòu)。

上述內(nèi)燃機的氣缸不僅限于說明書附圖中所示的直列分布，還可替換V型分布等其他類型的內(nèi)燃機。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術(shù)原理的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，本申請中所涉及的發(fā)明范圍，并不限于上述技術(shù)特征的特定組合而成的技術(shù)方案，同時也應(yīng)涵蓋在不脫離所述發(fā)明構(gòu)思的情況下，由上述技術(shù)特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術(shù)方案。例如上述特征與本申請中公開的(但不限于)具有類似功能的技術(shù)特征進行互相替換而形成的技術(shù)方案。