CN102434268A - 双涡双压涡轮增压系统 - Google Patents

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邓康耀
王绍明
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Abstract

一种内燃机技术领域的双涡双压涡轮增压系统，包括：进气管、进气总管、发动机、排气总管、排气管、第一压气机、第二压气机、第一涡轮、第二涡轮、连接轴、连接管和控制阀，第一压气机、第二压气机、第一涡轮、第二涡轮通过连接轴同轴相连，控制阀分别安装在压气机进气管、压气机出气管、压气机连接管、涡轮进气管、涡轮出气管和涡轮连接管上。通过调节不同控制阀的开启和关闭，可以实现三种压气机工作模式：单压气机、双压气机并联、双压气机串联，以及三种涡轮工作模式：单涡轮、双涡轮并联、双涡轮串联。本发明设计合理，控制策略简单，适用于各种气缸数的涡轮增压系统。

Description

双涡双压涡轮增压系统
技术领域
本发明涉及的是一种内燃机领域的涡轮增压系统，特别是一种可以实现压气机串并联、涡轮串并联工作的双涡双压涡轮增压系统。
背景技术
面对日趋严峻的环境和能源危机，提高功率密度，降低油耗和减少排放成为内燃机发展的主要方向。涡轮增压不仅是强化内燃机的最有效手段，而且同时实现降低油耗和减少排放的目的，已经成为现代内燃机技术一项不可或缺的技术手段。但是，受涡轮增压器压气机流动特性的影响，对于传统的单涡单压系统，压气机只能在比较窄的高效率区工作，限制了涡轮增压技术的大范围推广。如果发动机需要运行高压比工况，单级涡轮增压系统也很难满足要求，往往需要通过复杂的两级增压系统来实现。
经过对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号200710144757.8，专利名称：可调相继负荷涡轮增压系统，该专利技术在具体实施方案中，通过旁通方法实现单台涡轮增压，两台并联涡轮增压，进排气旁通涡轮增压，高工况放气涡轮增压，扩大了涡轮增压柴油机的运行范围，提高了全工况范围内的涡轮增压柴油机性能；但是此发明无法调节涡轮和压气机之间的匹配关系。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种双涡双压涡轮增压系统，使其不但可以调节涡轮的流量范围，还能实现三种压气机工作模式：单压气机、双压气机并联、双压气机串联，以及三种涡轮工作模式：单涡轮、双涡轮并联、双涡轮串联。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括：进气管、进气总管、中冷器、发动机、排气总管、排气管、第一压气机进气管、第二压气机进气管、第一压气机、第二压气机、连接轴、第一压气机出气管、第二压气机出气管、第一涡轮进气管、第二涡轮进气管、第一涡轮、第二涡轮、第一涡轮出气管和第二涡轮出气管，中冷器安装在进气总管上，进气总管的出气口与发动机的进气口相连，发动机的出气口与排气总管的进气口相连，第一压气机进气管的进气口、第二压气机进气管的进气口均与进气管的出气口相连，第一压气机的进出气口分别与第一压气机进气管的出气口、第一压气机出气管的进气口相连，第二压气机的进出气口分别与第二压气机进气管的出气口、第二压气机出气管的进气口相连，第一压气机出气管的出气口、第二压气机出气管的出气口均与进气总管的进气口相连，第一涡轮进气管的进气口、第二涡轮进气管的进气口均与排气总管的出气口相连，第一涡轮的进出气口分别与第一涡轮进气管的出气口、第一涡轮出气管的进气口相连，第二涡轮的进出气口分别与第二涡轮进气管的出气口、第二涡轮出气管的进气口相连，第一涡轮出气管的出气口、第二涡轮出气管的出气口均与排气管的进气口相连，第一压气机、第二压气机、第一涡轮、第二涡轮通过连接轴同轴相连。
还包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀和第八控制阀，第一控制阀安装在所述第一压气机进气管上，第二控制阀安装在所述第二压气机进气管上，第三控制阀安装在所述第一压气机出气管上，第四控制阀安装在所述第二压气机出气管上，第五控制阀安装在所述第一涡轮进气管上，第六控制阀安装在所述第二涡轮进气管上，第七控制阀安装在所述第一涡轮出气管上，第八控制阀安装在所述第二涡轮出气管上。
还包括压气机连接管、涡轮连接管、第九控制阀和第十控制阀，压气机连接管安装在所述第一压气机出气管与所述第二压气机进气管之间，涡轮连接管安装在所述第一涡轮出气管与所述第二涡轮进气管之间，第九控制阀安装在压气机连接管上，第十控制阀安装在涡轮连接管上。
在本发明的工作过程中，通过调节不同控制阀的开启和关闭，可以实现三种压气机工作模式：单压气机、双压气机并联、双压气机串联，以及三种涡轮工作模式：单涡轮、双涡轮并联、双涡轮串联。当第一控制阀和第三控制阀同时打开，第二控制阀、第四控制阀和第九控制阀同时关闭时，可以实现第一压气机的单独工作；当第二控制阀和第四控制阀同时打开，第一控制阀、第三控制阀和第九控制阀同时关闭时，可以实现第二压气机的单独工作；当第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀同时打开，第九控制阀关闭时，可以实现第一压气机和第二压气机的并联工作；当第一控制阀、第九控制阀和第四控制阀同时打开，第二控制阀和第三控制阀同时关闭时，可以实现第一压气机和第二压气机的串联工作；当第五控制阀和第七控制阀同时打开，第六控制阀、第八控制阀和第十控制阀同时关闭时，可以实现第一涡轮的单独工作；当第六控制阀和第八控制阀同时打开，第五控制阀、第七控制阀和第十控制阀同时关闭时，可以实现第二涡轮的单独工作；当第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀和第八控制阀同时打开，第十控制阀关闭时，可以实现第一涡轮和第二涡轮的并联工作；当第五控制阀、第十控制阀和第八控制阀同时打开，第六控制阀和第七控制阀同时关闭时，可以实现第一涡轮和第二涡轮的串联工作。通过中冷器可以实现发动机进气的冷却。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：本发明设计合理，控制策略简单，适用于各种气缸数的涡轮增压系统，既能调节压气机的流量范围，又能调节涡轮的流量范围；本发明可以有效防止压气机发生喘振和堵塞，能使压气机在各个工况下均工作在较高效率区。
附图说明
图1为本发明双涡双压涡轮增压系统的结构示意图；
其中：1、进气管，2、第一压气机进气管，3、第二压气机进气管，4、第一压气机，5、第二压气机，6、连接轴，7、第一压气机出气管，8、第二压气机出气管，9、进气总管，10、中冷器，11、发动机，12、排气总管，13、第一涡轮进气管，14、第二涡轮进气管，15、第一涡轮，16、第二涡轮，17、第一涡轮出气管，18、第二涡轮出气管，19、排气管，20、压气机连接管，21、第一控制阀，22、第二控制阀，23、第三控制阀，24、第四控制阀，25、第九控制阀，26、涡轮连接管，27、第五控制阀，28、第六控制阀，29、第七控制阀，30、第八控制阀，31、第十控制阀。
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，本实施例以本发明技术方案为前提，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所示，本发明包括：进气管1、进气总管9、中冷器10、发动机11、排气总管12、排气管19、第一压气机进气管2、第二压气机进气管3、第一压气机4、第二压气机5、连接轴6、第一压气机出气管7、第二压气机出气管8、第一涡轮进气管13、第二涡轮进气管14、第一涡轮15、第二涡轮16、第一涡轮出气管17、第二涡轮出气管18、第一控制阀21、第二控制阀22、第三控制阀23、第四控制阀24、第五控制阀27、第六控制阀28、第七控制阀29、第八控制阀30、压气机连接管20、涡轮连接管26、第九控制阀25和第十控制阀31，中冷器10安装在进气总管9上，进气总管9的出气口与发动机11的进气口相连，发动机11的出气口与排气总管12的进气口相连，第一压气机进气管2的进气口、第二压气机进气管3的进气口均与进气管1的出气口相连，第一压气机4的进出气口分别与第一压气机进气管2的出气口、第一压气机出气管7的进气口相连，第二压气机5的进出气口分别与第二压气机进气管3的出气口、第二压气机出气管8的进气口相连，第一压气机出气管7的出气口、第二压气机出气管8的出气口均与进气总管9的进气口相连，第一涡轮进气管13的进气口、第二涡轮进气管14的进气口均与排气总管12的出气口相连，第一涡轮15的进出气口分别与第一涡轮进气管13的出气口、第一涡轮出气管17的进气口相连，第二涡轮16的进出气口分别与第二涡轮进气管14的出气口、第二涡轮出气管18的进气口相连，第一涡轮出气管17的出气口、第二涡轮出气管18的出气口均与排气管19的进气口相连，第一压气机4、第二压气机5、第一涡轮15、第二涡轮16通过连接轴6同轴相连，第一控制阀21安装在第一压气机进气管2上，第二控制阀22安装在第二压气机进气管3上，第三控制阀23安装在第一压气机出气管7上，第四控制阀24安装在第二压气机出气管8上，第五控制阀27安装在第一涡轮进气管13上，第六控制阀28安装在第二涡轮进气管14上，第七控制阀29安装在第一涡轮出气管17上，第八控制阀30安装在所述第二涡轮出气管18上，压气机连接管20安装在第一压气机出气管7与第二压气机进气管3之间，涡轮连接管26安装在第一涡轮出气管17与第二涡轮进气管14之间，第九控制阀25安装在压气机连接管20上，第十控制阀31安装在涡轮连接管26上。
在本发明的工作过程中，通过调节不同控制阀的开启和关闭，可以实现三种压气机工作模式：单压气机、双压气机并联、双压气机串联，以及三种涡轮工作模式：单涡轮、双涡轮并联、双涡轮串联。当第一控制阀21和第三控制阀23同时打开，第二控制阀22、第四控制阀24和第九控制阀25同时关闭时，可以实现第一压气机4的单独工作；当第二控制阀22和第四控制阀24同时打开，第一控制阀21、第三控制阀23和第九控制阀25同时关闭时，可以实现第二压气机5的单独工作；当第一控制阀21、第二控制阀22、第三控制阀23和第四控制阀24同时打开，第九控制阀25关闭时，可以实现第一压气机4和第二压气机5的并联工作；当第一控制阀21、第九控制阀25和第四控制阀24同时打开，第二控制阀22和第三控制阀23同时关闭时，可以实现第一压气机4和第二压气机5的串联工作；当第五控制阀27和第七控制阀29同时打开，第六控制阀28、第八控制阀30和第十控制阀31同时关闭时，可以实现第一涡轮15的单独工作；当第六控制阀28和第八控制阀30同时打开，第五控制阀27、第七控制阀29和第十控制阀31同时关闭时，可以实现第二涡轮16的单独工作；当第五控制阀27、第六控制阀28、第七控制阀29和第八控制阀30同时打开，第十控制阀31关闭时，可以实现第一涡轮15和第二涡轮16的并联工作；当第五控制阀27、第十控制阀31和第八控制阀30同时打开，第六控制阀28和第七控制阀29同时关闭时，可以实现第一涡轮15和第二涡轮16的串联工作。通过中冷器10可以实现发动机进气的冷却。

Claims (3)

1.一种双涡双压涡轮增压系统，包括：进气管(1)、进气总管(9)、中冷器(10)、发动机(11)、排气总管(12)和排气管(19)，中冷器(10)安装在进气总管(9)上，进气总管(9)的出气口与发动机(11)的进气口相连，发动机(11)的出气口与排气总管(12)的进气口相连，其特征在于还包括第一压气机进气管(2)、第二压气机进气管(3)、第一压气机(4)、第二压气机(5)、连接轴(6)、第一压气机出气管(7)、第二压气机出气管(8)、第一涡轮进气管(13)、第二涡轮进气管(14)、第一涡轮(15)、第二涡轮(16)、第一涡轮出气管(17)和第二涡轮出气管(18)，第一压气机进气管(2)的进气口、第二压气机进气管(3)的进气口均与进气管(1)的出气口相连，第一压气机(4)的进出气口分别与第一压气机进气管(2)的出气口、第一压气机出气管(7)的进气口相连，第二压气机(5)的进出气口分别与第二压气机进气管(3)的出气口、第二压气机出气管(8)的进气口相连，第一压气机出气管(7)的出气口、第二压气机出气管(8)的出气口均与进气总管(9)的进气口相连，第一涡轮进气管(13)的进气口、第二涡轮进气管(14)的进气口均与排气总管(12)的出气口相连，第一涡轮(15)的进出气口分别与第一涡轮进气管(13)的出气口、第一涡轮出气管(17)的进气口相连，第二涡轮(16)的进出气口分别与第二涡轮进气管(14)的出气口、第二涡轮出气管(18)的进气口相连，第一涡轮出气管(17)的出气口、第二涡轮出气管(18)的出气口均与排气管(19)的进气口相连，第一压气机(4)、第二压气机(5)、第一涡轮(15)、第二涡轮(16)通过连接轴(6)同轴相连。
2.根据权利要求1所述的双涡双压涡轮增压系统，其特征是还包括：第一控制阀(21)、第二控制阀(22)、第三控制阀(23)、第四控制阀(24)、第五控制阀(27)、第六控制阀(28)、第七控制阀(29)和第八控制阀(30)，第一控制阀(21)安装在所述第一压气机进气管(2)上，第二控制阀(22)安装在所述第二压气机进气管(3)上，第三控制阀(23)安装在所述第一压气机出气管(7)上，第四控制阀(24)安装在所述第二压气机出气管(8)上，第五控制阀(27)安装在所述第一涡轮进气管(13)上，第六控制阀(28)安装在所述第二涡轮进气管(14)上，第七控制阀(29)安装在所述第一涡轮出气管(17)上，第八控制阀(30)安装在所述第二涡轮出气管(18)上。
3.根据权利要求3所述的双涡双压涡轮增压系统，其特征是还包括：压气机连接管(20)、涡轮连接管(26)、第九控制阀(25)和第十控制阀(31)，压气机连接管(20)安装在所述第一压气机出气管(7)与所述第二压气机进气管(3)之间，涡轮连接管(26)安装在所述第一涡轮出气管(17)与所述第二涡轮进气管(14)之间，第九控制阀(25)安装在压气机连接管(20)上，第十控制阀(31)安装在涡轮连接管(26)上。
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