CN102400757A - 抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统 - Google Patents

抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统，包括气缸、单进口涡轮、准脉冲模件和抗干扰模件；抗干扰模件包括总管和支管，总管呈渐缩喷嘴结构，支管呈扩压器结构，总管和支管出口夹角为零度，总管出口处喉口截面积和支管出口截面积之和等于总管入口截面积；抗干扰模件通过其支管与在排气上游且受扫气干扰较大的气缸相连接，准脉冲模件与其余气缸相连接，各模件总管之间通过连接装置依次相连接，与位于排气最下游的气缸相连的模件总管出口与涡轮的进口相连接。与现有技术相比，本发明设计合理，结构简单，可改善发动机的全工况性能，适用于涡轮单进口直列4、5、7、8、9、10缸以及V8、V16等各种增压程度的多缸大功率四冲程柴油机。

Description

抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，具体涉及一种涡轮增压柴油机的增压系统，特别是一种涡轮单进口的抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统。
背景技术
大功率四冲程涡轮增压柴油机的增压系统，对其动力性、经济性有重要影响。大功率四冲程涡轮增压柴油机有两种基本型增压系统：定压增压系统、脉冲增压系统。定压增压系统的结构特点是所有气缸排气排入一根直径和容积较大排气总管，总管内压力波动小，各缸扫气干扰小，泵气功损失小，单入口涡轮的运行效率较高；但是定压系统中各缸排气脉冲能量损失大，因此定压系统在高负荷时性能较好，而在低负荷和瞬态工况时，由于排气能量不足，导致性能较差。脉冲增压系统将没有扫气干扰的气缸连接在同一根直径较小的排气支管，扫气相互干扰的气缸连接到不同的排气支管，排气支管再与多进口涡轮相连。脉冲系统可以避免扫气干扰，排气能量利用率高，但是由于涡轮多进口、压力波动大，导致涡轮运行效率较低，因此脉冲系统低工况及瞬态性能好，高负荷时的经济性相对定压系统较差，而且应用受气缸数的限制。模件式脉冲转换器排气系统，结合了定压系统和脉冲系统的优点，但是在4、8、9等缸数的柴油机上使用时，存在较严重的扫气干扰，导致热负荷高，影响发动机性能和可靠性。经对现有技术的文献检索发现：专利号为200710047675.1，名称为气体导流复合脉冲转换涡轮增压系统的发明专利，减少了扫气干扰，但是此增压系统排气管系结构比较复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单的抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统。该系统在高负荷时可减小扫气干扰和泵气损失，在低负荷时可以提高排气能量利用率，能够使发动机在各个运行工况下都能获得较佳的性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统，包括若干气缸和涡轮，所述涡轮为单进口，还包括若干准脉冲模件和若干抗干扰模件；所述抗干扰模件包括抗干扰模件总管和抗干扰模件支管，所述抗干扰模件总管由入口至出口呈渐缩喷嘴结构，所述抗干扰模件支管由入口至出口呈沿流动方向截面面积逐渐增加的扩压结构，所述抗干扰模件总管出口和抗干扰模件支管出口的夹角为零度，所述抗干扰模件总管出口处的喉口截面积和抗干扰模件支管出口截面积之和等于所述抗干扰模件总管的入口截面积；所述抗干扰模件通过其支管与在排气上游且受较大扫气干扰的气缸相连接，所述准脉冲模件与其余气缸相连接，所述各模件总管之间通过连接装置依次相连接，与位于排气最下游的气缸相连的模件总管出口与所述涡轮的进口相连接。
优选的，所述准脉冲模件包括准脉冲模件总管和准脉冲模件支管，所述准脉冲模件是通过其支管与其余气缸相连接的；所述准脉冲模件支管的出口截面积和入口截面积的比值为0.8～1，所述准脉冲模件总管与支管相连处的喉口截面积与入口截面积的比值为0.9～1，所述准脉冲模件支管出口与所述准脉冲模件总管的轴向夹角小于45度。
优选的，所述连接装置为连接波纹管。
优选的，所述抗干扰模件总管出口处的喉口截面积与入口截面积的比值为0.25～0.39。
优选的，所述抗干扰模件总管和抗干扰模件支管之间的流道分隔采用流线型的薄壁导叶。
优选的，所述气缸为8个，分别为第一、二、三、四、五、六、七、八气缸，所述第二气缸与所述抗干扰模件相连接，其他各缸分别与所述准脉冲模件相连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：设计合理，结构简单，维护方便，减小了扫气干扰和泵气损失，提高了排气能量利用率，使发动机在整个运行范围内都可获得较佳性能，适用于直列4、5、7、8、9、10缸以及V8、V16缸等大功率四冲程增压柴油机。
附图说明
图1是本发明抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统的结构示意图；
图2是本发明抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统的准脉冲模件的结构示意图；
图3是本发明抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统的抗干扰模件的结构示意图；
其中：1、第一气缸，2、第二气缸，3、第三气缸，4、第四气缸，5、第五气缸，6、第六气缸，7、第七气缸，8、第八气缸，9、涡轮，10、准脉冲模件，11、抗干扰模件，12、抗干扰模件总管，13、抗干扰模件支管，14、准脉冲模件总管，15、准脉冲模件支管，16、连接波纹管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1、图2和图3所示，本系统包括第一气缸1、第二气缸2、第三气缸3、第四气缸4、第五气缸5、第六气缸6、第七气缸7、第八气缸8、涡轮9、连接波纹管16、准脉冲模件10和抗干扰模件11，涡轮9为单进口，抗干扰模件11的总管12由入口至出口呈渐缩喷嘴结构，支管13由入口至出口呈沿流动方向截面面积逐渐增加的扩压结构，抗干扰模件11的总管12出口和支管13出口夹角为零度，总管12出口处的喉口截面积和支管13出口截面积之和等于总管12的入口截面积，准脉冲模件10与扫气干扰小的气缸相连接，抗干扰模件11与在排气上游且受扫气干扰较大的气缸(第二气缸2)相连接，各个模件之间通过连接波纹管16相连接，与位于排气最下游的气缸(第八气缸8)相连的模件出口与涡轮9的进口相连接。
在本实施例中，准脉冲模件10的支管15的出口截面积和入口截面积的比值范围为0.8～1，所述准脉冲模件10的总管14与支管15相连处的喉口截面积与入口截面积的比值为0.9～1，所述准脉冲模件支管15出口与所述准脉冲模件总管14的轴向夹角小于45度；抗干扰模件11的总管12的喉口面积与进口面积的比值范围为0.25～0.39，抗干扰模件11的总管12和支管13之间的流道分隔采用流线型的薄壁导叶。由于抗干扰模件11的总管12有较大缩口，使上游的排气压力转换为速度，提高了排气流速，减小了第二气缸2的排气支管13出口压力，显著降低上游第一气缸1对第二气缸2的扫气干扰，因此抗干扰模件11的支管13为扩压结构，准脉冲模件10的支管15和总管14仅稍有收缩甚至不缩口，这样能显著降低泵气损失。当发动机在高负荷运行时，降低了各缸排气温差，提高了燃油经济性和可靠性。同样由于抗干扰排气模件11减小扫气干扰的作用，准脉冲模件10和抗干扰排气模件11的总管入口直径可以取较小值，这样相对于模件式脉冲转换器排气系统，在中低负荷能更好的利用排气脉冲能量，同时保证扫气性能和燃油经济性不恶化，使中低负荷和瞬态性能改善。本发明相比于其他改善扫气性能的措施，结构简单，维护方便，全工况性能优良。
综上所述，应用本发明系统的发动机在高负荷运行时，由于抗干扰模件总管缩口，使上游气缸的排气压力能转换为速度能，大幅减小了上游气缸对该气缸的扫气干扰；且由于抗干扰模件的支管采用扩压结构，准脉冲模件的总管及支管不缩口或仅少量缩口，减小了泵气损失提高了经济性；发动机在中低负荷运行时，由于抗干扰模件避免了扫气干扰，且所有模件的直径均较小，能充分利用排气脉冲能量，改善低负荷性能。总而言之，本发明设计合理，结构简单，可改善发动机的全工况性能，适用于涡轮单进口的直列4、5、7、8、9、10缸以及V8、V16等各种增压程度的多缸大功率四冲程柴油机。

Claims (6)

1.一种抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统，包括若干气缸和涡轮(9)，所述涡轮(9)为单进口，其特征在于：还包括若干准脉冲模件(10)和若干抗干扰模件(11)；所述抗干扰模件(11)包括抗干扰模件总管(12)和抗干扰模件支管(13)，所述抗干扰模件总管(12)由入口至出口呈渐缩喷嘴结构，所述抗干扰模件支管(13)由入口至出口呈沿流动方向截面面积逐渐增加的扩压结构，所述抗干扰模件总管(12)出口和抗干扰模件支管(13)出口的夹角为零度，所述抗干扰模件总管(12)出口处的喉口截面积和抗干扰模件支管(13)出口截面积之和等于所述抗干扰模件总管(12)的入口截面积；所述抗干扰模件(11)通过其支管(13)与在排气上游且受较大扫气干扰的气缸相连接，所述准脉冲模件(10)与其余气缸相连接，所述各模件总管之间通过连接装置依次相连接，与位于排气最下游的气缸相连的模件总管出口与所述涡轮(9)的进口相连接。
2.根据权利要求1所述的抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统，其特征在于：所述准脉冲模件(10)包括准脉冲模件总管(14)和准脉冲模件支管(15)，所述准脉冲模件(10)是通过其支管(15)与其余气缸相连接的；所述准脉冲模件支管(15)的出口截面积和入口截面积的比值为0.8～1，所述准脉冲模件总管(14)在与支管(15)相连处的喉口截面积与入口截面积的比值为0.9～1，所述准脉冲模件支管(15)出口与所述准脉冲模件总管(14)的轴向夹角小于45度。
3.根据权利要求1或2所述的抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统，其特征在于：所述连接装置为连接波纹管(16)。
4.根据权利要求1或2所述的抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统，其特征在于：所述抗干扰模件总管(12)出口处的喉口截面积与入口截面积的比值为0.25～0.39。
5.根据权利要求4所述的抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统，其特征在于：所述抗干扰模件总管(12)和抗干扰模件支管(13)之间的流道分隔采用流线型的薄壁导叶。
6.根据权利要求5所述的抗干扰模件式准脉冲涡轮增压系统，其特征在于：所述气缸为8个，分别为第一、二、三、四、五、六、七、八气缸(1、2、3、4、5、6、7、8)，所述第二气缸(2)与所述抗干扰模件(11)相连接，其他各缸分别与所述准脉冲模件(10)相连接。
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