CN100535407C - 大小涡轮增压器串并联可调高增压系统 - Google Patents

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Abstract

一种属于内燃机技术领域的大小涡轮增压器串并联可调高增压系统，包括：柴油机进气管、柴油机、柴油机排气管、高压级涡轮旁通管路旁通阀、高压级涡轮旁通管路、高压级涡轮、高低压涡轮连接管路流量切换控制阀、高低压涡轮连接管路、低压级涡轮旁通管路、低压级涡轮、中冷器、高压级增压器旁通管路旁通阀、高压级增压器旁通管路、高压级增压器、高低压增压器连接管路流量切换控制阀、高低压增压器连接管路、低压级增压器旁通管路、低压级增压器，柴油机分别与柴油机进气管和柴油机排气管连接，高压级涡轮出口通过高低压涡轮连接管路与低压级涡轮连接。本发明实现单级涡轮增压、相继涡轮增压、两级涡轮增压，使涡轮当量流通面积的变化范围更广。

Description

大小涡轮增压器串并联可调高增压系统
技术领域
本发明涉及的是一种内燃机技术领域的增压系统，特别是一种大小涡轮增压器串并联可调高增压系统。
背景技术
现代发动机，为了提高功率密度，大多采用较高的增压压力，由此导致一系列需要解决的问题，如加速性问题、低工况性能问题、炭烟排放问题。对于高增压柴油机，即使按三次方运行特性运行，有时低工况性能也不能满足要求，必须采取适当措施来改进低工况性能。以往采取的高工况放气、进排气旁通、变截面涡轮、Miller系统等已不能满足高平均有效压力时低工况性能的要求。为了解决高增压柴油机低工况性能，在已有技术中，可采用相继涡轮增压。若采用双涡轮增压器相继涡轮增压，当发动机运行于高转速高负荷时，两个涡轮增压器全部投入工作；当发动机运行于低转速时，只有一个涡轮增压器投入工作。这样，高低工况涡轮流通面积相差50％，可以有效地改善低工况性能。但是，为了进一步改善低工况性能，需要采用更多的涡轮增压器，如采用4个涡轮增压器可以使涡轮流通面积在25％～100％范围变化，对工况变化的适应能力更强，但同时结构也较为复杂
经对现有技术文献的检索发现，3K-Warner公司1998年在第6届涡轮增压国际会议上提出的可调两级增压系统《Regulated Two-Stage Turbocharging-3K-Warner’s New Charging System for Commercial Diesel Engines》，由柴油机、高压小涡轮增压器、低压大涡轮增压器、中冷器组成。采用涡轮增压器串连的形式，高压小涡轮串连低压大涡轮，高压小涡轮并联一由阀门控制的旁通管路；相应地，增压器也采用串联形式，高压级增压器也并联由阀门控制的旁通回路。在高速高负荷时，两个旁通阀全开，采用单级涡轮增压；在低负荷时，两旁通阀全关采用两级涡轮增压。但是这种方法在不同工况的涡轮当量流通面积的变化范围仍不够大，对高增压柴油机工况适应能力仍然有限。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提出一种大小涡轮增压器串并联可调高增压系统，使其实现单级涡轮增压、相继涡轮增压、两级涡轮增压，使涡轮当量流通面积的变化范围更广，适应更宽广的增压柴油机运行工况。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括：柴油机进气管、柴油机、柴油机排气管、高压级涡轮旁通管路旁通阀、高压级涡轮旁通管路、高压级涡轮、高低压涡轮连接管路流量切换控制阀、高低压涡轮连接管路、低压级涡轮旁通管路、低压级涡轮、中冷器、高压级增压器旁通管路旁通阀、高压级增压器旁通管路、高压级增压器、高低压增压器连接管路流量切换控制阀、高低压增压器连接管路、低压级增压器旁通管路、低压级增压器，柴油机分别与柴油机进气管和柴油机排气管连接，高压级涡轮出口通过高低压涡轮连接管路与低压级涡轮连接，高压级涡轮旁通管路中设有高压级涡轮旁通管路旁通阀，高低压涡轮连接管路出口与低压级涡轮进口连接，低压级涡轮旁通管路的进口与高低压涡轮连接管路流量切换控制阀连接，高压级增压器出口与中冷器进口相连，高压级增压器旁通管路的进口与低压级增压器的出口管路连接，高压级增压器旁通管路中设有高压级增压器旁通管路旁通阀，低压级增压器旁通管路出口与高低压增压器连接管路流量切换控制阀连接，高低压增压器连接管路中设有高低压增压器连接管路流量切换控制阀。
柴油机排气管分别与高压级涡轮进口、高压级涡轮旁通管路进口相连。
高压级涡轮旁通管路出口与高低压涡轮连接管路流量切换控制阀下游的管路连接，
高压级涡轮出口与高低压涡轮连接管路进口相连。
低压级涡轮旁通管路的出口与低压级涡轮的出口管路连接。
低压级增压器出口通过高低压增压器连接管路与高压级增压器进口相连。
高压级增压器的出口管路与高压级增压器旁通管路的出口连接。
中冷器出口与柴油机进气管相连。
低压级增压器旁通管路进口与大气相通。
当柴油机在高速全负荷运行时，高压涡轮旁通管路中旁通阀全开，控制高低压涡轮连接管路中的流量切换控制阀使低压涡轮旁通管路开通，高压增压器旁通管路旁通阀全开，控制高低压增压器连接管路中的流量切换控制阀使低压增压器旁通管路开通；这相当于将两个涡轮增压器并联后同时投入运行，涡轮流通面积为最大，这时相当于双涡轮增压器采用相继涡轮增压。当转速下降时，对涡轮流量切换控制阀和增压器流量切换控制阀进行切换，使高低压涡轮连接管路和高低压增压器连接管路开通，高压涡轮和高压增压器旁通管路旁通阀仍然打开，此时只有低压涡轮增压器投入运行，这时相当于用较大流通面积的涡轮进行单个涡轮增压。当转速进一步降低，需要进一步减小涡轮流通面积，这时高压涡轮旁通管路旁通阀和高压增压器旁通管路旁通阀关闭，控制高低压涡轮连接管路和高低压增压器连接管路的流量切换控制阀，使低压级涡轮和低压级增压器旁通管路开通，这时高压涡轮增压器单独投入运行，相当于用较小流通面积的涡轮进行单个涡轮增压。当转速进一步降低时，高压涡轮旁通管路旁通阀和高压增压器旁通管路旁通阀都关闭，同时切换涡轮和增压器的流量切换控制阀使高低压涡轮连接管路和高低压增压器连接管路开通，此时排气气流先后通过高压级涡轮、低压级涡轮做功，进气先后通过低压级增压器和高压级增压器被压缩，这时相当于两级增压，涡轮当量流通面积为最小，能在相当低的转速下获得较高的增压压力。
本发明采用2个旁通阀，2个流量切换控制阀共四个阀门，分别根据运行工况控制高压小涡轮、低压大涡轮、高压小增压器、低压大增压器的流量旁通，实现单级涡轮增压、相继涡轮增压、两级涡轮增压，使涡轮当量流通面积的变化范围更广，适应更宽广的增压柴油机运行工况。运用两个涡轮增压器就可以实现4个涡轮增压器相继增压的效果，同样比可调两级增压的调节范围宽。在同样的结构和控制复杂程度下，具有更宽广的工况适应范围，特别适合应用于高增压柴油机。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图中1是柴油机进气管，2是柴油机，3是柴油机排气管，4是高压级涡轮旁通阀，5是高压级涡轮旁通管路，6是高压级涡轮，7是流量切换控制阀，8是高低压涡轮连接管路，9是低压涡轮旁通管路，10是低压级涡轮，11是中冷器，12是高压级增压器旁通阀，13是高压级增压器旁通管路，14是高压级增压器，15是流量切换控制阀，16是高低压增压器连接管路，17是低压增压器旁通管路，18是低压级涡轮。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：柴油机进气管1、柴油机2、柴油机排气管3、高压级涡轮旁通管路旁通阀4、高压级涡轮旁通管路5、高压级涡轮6、高低压涡轮连接管路流量切换控制阀7、高低压涡轮连接管路8、低压级涡轮旁通管路9、低压级涡轮10、中冷器11、高压级增压器旁通管路旁通阀12、高压级增压器旁通管路13、高压级增压器14、高低压增压器连接管路流量切换控制阀15、高低压增压器连接管路16、低压级增压器旁通管路17、低压级增压器18，柴油机2分别与柴油机进气管1和柴油机排气管3连接，高压级涡轮6出口通过高低压涡轮连接管路8与低压级涡轮10连接，高压级涡轮旁通管路5中设有高压级涡轮旁通管路旁通阀4，高低压涡轮连接管路8出口与低压级涡轮10进口连接，低压级涡轮旁通管路9的进口与高低压涡轮连接管路流量切换控制阀7连接，高压级增压器14出口与中冷器11进口相连，高压级增压器旁通管路13的进口与低压级增压器18的出口管路连接，高压级增压器旁通管路13中设有高压级增压器旁通管路旁通阀12，低压级增压器旁通管路17出口与高低压增压器连接管路流量切换控制阀15连接，高低压增压器连接管路16中设有高低压增压器连接管路流量切换控制阀15。
柴油机排气管3分别与高压级涡轮6进口、高压级涡轮旁通管路5进口相连。
高压级涡轮旁通管路5出口与高低压涡轮连接管路流量切换控制阀7下游的管路连接，
高压级涡轮6出口与高低压涡轮连接管路8进口相连。
低压级涡轮旁通管路9的出口与低压级涡轮10的出口管路连接。
低压级增压器18出口通过高低压增压器连接管路16与高压级增压器14进口相连。
高压级增压器14的出口管路与高压级增压器旁通管路13的出口连接。
中冷器11出口与柴油机进气管1相连。
低压级增压器旁通管路17进口与大气相通。

Claims (9)

1.一种大小涡轮增压器串并联可调高增压系统，包括：柴油机进气管(1)、柴油机(2)、柴油机排气管(3)、高压级涡轮旁通管路旁通阀(4)、高压级涡轮旁通管路(5)、高压级涡轮(6)、高低压涡轮连接管路(8)、低压级涡轮旁通管路(9)、低压级涡轮(10)、中冷器(11)、高压级增压器旁通管路旁通阀(12)、高压级增压器旁通管路(13)、高压级增压器(14)、高低压增压器连接管路(16)、低压级增压器旁通管路(17)、低压级增压器(18)，其特征在于，还包括：高低压涡轮连接管路流量切换控制阀(7)、高低压增压器连接管路流量切换控制阀(15)，柴油机(2)分别与柴油机进气管(1)和柴油机排气管(3)连接，高压级涡轮(6)出口通过高低压涡轮连接管路(8)与低压级涡轮(10)连接，高压级涡轮旁通管路(5)中设有高压级涡轮旁通管路旁通阀(4)，高低压涡轮连接管路(8)出口与低压级涡轮(10)进口连接，低压级涡轮旁通管路(9)的进口与高低压涡轮连接管路流量切换控制阀(7)连接，高压级增压器(14)出口与中冷器(11)进口相连，高压级增压器旁通管路(13)的进口与低压级增压器(18)的出口管路连接，高压级增压器旁通管路(13)中设有高压级增压器旁通管路旁通阀(12)，低压级增压器旁通管路(17)出口与高低压增压器连接管路流量切换控制阀(15)连接，高低压增压器连接管路(16)中设有高低压增压器连接管路流量切换控制阀(15)。
2.根据权利要求1所述的大小涡轮增压器串并联可调高增压系统，其特征是，所述的柴油机排气管(3)分别与高压级涡轮(6)进口、高压级涡轮旁通管路(5)进口相连。
3.根据权利要求1或2所述的大小涡轮增压器串并联可调高增压系统，其特征是，所述的高压级涡轮旁通管路(5)出口与高低压涡轮连接管路流量切换控制阀(7)下游的管路连接。
4.根据权利要求1所述的大小涡轮增压器串并联可调高增压系统，其特征是，所述的高压级涡轮(6)出口与高低压涡轮连接管路(8)进口相连。
5.根据权利要求1所述的大小涡轮增压器串并联可调高增压系统，其特征是，所述的低压级涡轮旁通管路(9)的出口与低压级涡轮(10)的出口管路连接。
6.根据权利要求1所述的大小涡轮增压器串并联可调高增压系统，其特征是，所述的低压级增压器(18)出口通过高低压增压器连接管路(16)与高压级增压器(14)进口相连。
7.根据权利要求1或6所述的大小涡轮增压器串并联可调高增压系统，其特征是，所述的高压级增压器(14)的出口管路与高压级增压器旁通管路(13)的出口连接。
8.根据权利要求1所述的大小涡轮增压器串并联可调高增压系统，其特征是，所述的中冷器(11)出口与柴油机进气管(1)相连。
9.根据权利要求1所述的大小涡轮增压器串并联可调高增压系统，其特征是，所述的低压级增压器旁通管路(17)进口与大气相通。
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