CN104763510B - 一种回收排气歧管热量实现发动机增压的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种回收排气歧管热量实现发动机增压的系统，其包括排气歧管、高温蒸汽推动的增压器；增压器包括涡轮机和压气机，涡轮机内的涡轮叶片与压气机内的压气叶轮之间设置传动连接；在排气歧管上包覆排气歧管水套；排气歧管水套为内部贯通的空腔体，一端通过入口接入来自于散热器或发动机出水口的冷却液，冷却液在排气歧管水套内被加热至高温气态，气化后的高温气体通过出口输出至涡轮机入气口；涡轮机具有分隔的进气腔和涡轮腔，两腔之间设喷嘴，喷嘴的入口通进气腔、喷口在涡轮腔；进气腔将进气分流至若干个喷嘴，喷嘴喷出的高速气体促动涡轮叶片旋转，带动压气机内的压气叶轮旋转；压气机接入大气，直接或通过压气叶轮旋转增压后输出给发动机。

Description

一种回收排气歧管热量实现发动机增压的系统
技术领域
本发明涉及一种汽车零部件，尤其是一种涉及回收排气歧管热量实现发动机增压的系统。
背景技术
发动机通过燃料燃烧所产生的高温高压气体推动活塞对外做功，因为结构限制等因素，高温高压气体不可能冷却到常温才由气缸内经排气道和排气歧管排出，通常情况下车用汽油发动机排气歧管的内部气体温度高达800℃以上。为了实现提高发动机升功率，从而降低发动机体积和重量的目的，现有车用汽油机一般采用废气涡轮增压技术，利用高温高压的发动机废气直接推动涡轮机旋转，从而带动与其连接的压气机实现进气增压的目的。这种方式存在一些不足，排气歧管表面温度很高，一方面会加速发动机舱其他零件的老化，另一方面需要另外设计隔热罩来保护发动机舱的其他零件，增加了成本；利用废气涡轮进行增压，废气涡轮需直接承受发动机废气的高温冲击。有发明人提出了名为“回收式防爆柴油机排气歧管装置”（申请号CN201320085334.4）的公开技术，将从滤清器进入柴油机进气系统的空气与排气歧管进行热交换，改善发动机的进气温度为涡轮增压提供较高的能量，但效率较低。
发明内容
本发明主要目的是提供一种既可降低排气歧管表面的温度又可增加发动机进气压力、提升发动机升功率的回收排气歧管热量实现发动机增压的系统。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：回收排气歧管热量实现发动机增压的系统，包括排气歧管、高温蒸汽推动的增压器；增压器包括涡轮机和压气机，涡轮机内的涡轮叶片与压气机内的压气叶轮之间设置传动连接；其特征在于：在排气歧管上包覆排气歧管水套；排气歧管水套为内部贯通的空腔体，一端通过入口接入来自于散热器或发动机出水口的冷却液，冷却液在排气歧管水套内被加热至高温气态，气化后的高温气体通过出口输出至涡轮机入气口；涡轮机具有分隔的进气腔和涡轮腔，两腔之间设喷嘴，喷嘴的入口通进气腔、喷口在涡轮腔；进气腔将进气分流至若干个喷嘴，喷嘴喷出的高速气体促动涡轮叶片旋转，带动压气机内的压气叶轮旋转；压气机接入大气，直接或通过压气叶轮旋转增压后输出给发动机。对排气歧管的高温热量进行回收利用，从而将冷却介质加热至气态，然后利用加热后的气体推动涡轮旋转，一方面降低了排气歧管表面温度，另一方面实现了发动机增压。
作为优选，涡轮机的涡轮腔设置排气出口通道，进气腔设置连通该排气出口通道的排气道，排气道上设置旁通阀。如果发动机增压压力过高，打开旁通阀，高温气体直接由旁通阀进入废气排出口。
作为优选，喷嘴均匀分布在一圆周上，该圆周位于涡轮叶片旋转圆周的外周；喷嘴内部的通道向处于该位置的涡轮叶片弯曲；喷嘴为进口大喷口小的收口形状。以利于将高温气体的焓转化为气体流速。
作为优选，排气歧管水套的入口设置电磁阀；电磁阀为常闭状态，当发动机热机到一定温度时，电磁阀切换进入开启状态。发动机刚刚启动时，电磁阀3关闭，排气歧管水套4内的冷却液不循环，催化器可以迅速达到催化温度，发动机热机后电磁阀打开，来自于散热器或发动机出水口的冷却液由排气歧管上的冷却液入口进入排气歧管水套。
作为优选，排气歧管水套为弹性体，外罩刚性壳体，壳体上设置可滑动的顶杆，顶杆一端抵靠排气歧管水套、另一端伸出壳体外，伸出端套设有弹簧，端部设有斜面；排气歧管水套的出口管道设置控制通断的连接块，连接块上设置控制连接块通断的控制杆，控制杆一端伸出连接块外与顶杆的斜面相抵靠，另一端在连接块内；连接块内设有弹簧，该弹簧抵压控制杆在连接块内的端部。这种结构，只有在气化充分到足够高的气压才输出工作。而且结构简单，易于制造，控制灵活可靠。设置气压控制，可有效提高热量利用效率。
因此，本发明具有既可降低排气歧管表面的温度又可增加发动机进气压力、提升发动机升功率的有益效果。
附图说明
附图1是排气歧管水套的一种原理示意图。
附图2是增压器的一种原理示意图。
附图3是排气歧管水套出口通断控制装置的原理图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本发明回收排气歧管热量实现发动机增压的系统，如附图1、附图2所示，其包括排气歧管、高温蒸汽推动的增压器；增压器包括涡轮机和压气机，涡轮机内的涡轮叶片13与压气机内的压气叶轮10之间设置传动连接；在排气歧管上包覆排气歧管水套4；排气歧管水套4为内部贯通的空腔体，一端通过入口接入来自于散热器或发动机出水口的冷却液，冷却液在排气歧管水套4内被加热至高温气态，气化后的高温气体通过出口输出至涡轮机入气口；涡轮机具有分隔的进气腔和涡轮腔，两腔之间设喷嘴7，喷嘴7的入口通进气腔、喷口在涡轮腔；进气腔将进气分流至若干个喷嘴7，喷嘴7喷出的高速气体促动涡轮叶片13旋转，带动压气机内的压气叶轮10旋转；压气机接入大气，直接或通过压气叶轮10旋转增压后输出给发动机。
涡轮机的涡轮腔设置排气出口通道，进气腔设置连通该排气出口通道的排气道，排气道上设置旁通阀8。如果发动机增压压力过高，打开旁通阀8，高温气体直接由旁通阀进入废气排出口。
喷嘴7均匀分布在一圆周上，该圆周位于涡轮叶片13旋转圆周的外周；喷嘴7内部的通道向处于该位置的涡轮叶片13弯曲；喷嘴7为进口大喷口小的收口形状。以利于将高温气体的焓转化为气体流速。
排气歧管水套4的入口设置电磁阀3；电磁阀3为常闭状态，当发动机热机到一定温度时，电磁阀切换进入开启状态。发动机刚刚启动时，电磁阀3关闭，排气歧管水套4内的冷却液不循环，催化器可以迅速达到催化温度，发动机热机后电磁阀3打开，来自于散热器或发动机出水口的冷却液由排气歧管上的冷却液入口2进入排气歧管水套4
作为一个可供选择的方案，如附图3所示，排气歧管水套4为弹性体，外罩刚性壳体41，壳体41上设置可滑动的顶杆45，顶杆45一端抵靠排气歧管水套4、另一端伸出壳体外，伸出端套设有弹簧46，端部设有斜面；排气歧管水套4的出口管道42设置控制通断的连接块43，连接块43上设置控制连接块43通断的控制杆44，控制杆44一端伸出连接块43外与顶杆45的斜面相抵靠，另一端在连接块43内；连接块43内设有弹簧，该弹簧抵压控制杆44在连接块43内的端部。当冷却液气化，气体气压达到一定的压力，排气歧管水套4膨胀，抵压顶杆45向外移动，顶杆45的斜面推动控制杆44上升，控制杆44在连接块43的部分接通连接块43内的通道，于是连接块接通排气歧管水套4的出口管道42。需要说明的是控制杆44在连接块43的部分，可以有多种常见结构，例如该部分控制杆44上设置通孔或者槽，通过通孔或槽接通连接块43内的通道。
本发明的工作过程是，发动机刚刚启动时，电磁阀3关闭，排气歧管水套4内的冷却液不循环，催化器可以迅速达到催化温度，发动机热机后电磁阀3打开，来自于散热器或发动机出水口的冷却液由排气歧管上的冷却液入口进入排气歧管水套4，冷却液在排气歧管水套4内被加热至高温气态，并由冷却液出口排出，进入增压器入气口，之后高温气体被分配至各喷嘴7，喷嘴7设计成进口大出口小的收口形状，以利于将高温气体的焓转化为气体流速，由喷嘴7出来的高速气体推动涡轮叶片13旋转，并带动与其连接的压气叶轮10旋转，从而对大气进行增压。如果发动机增压压力过高，打开旁通阀8，高温气体直接由旁通阀进入废气出口，然后进入散热器冷却以便循环使用。

Claims (4)

1.一种回收排气歧管热量实现发动机增压的系统，包括排气歧管、高温蒸汽推动的增压器；增压器包括涡轮机和压气机，涡轮机内的涡轮叶片（13）与压气机内的压气叶轮（10）之间设置传动连接；其特征在于：在排气歧管上包覆排气歧管水套（4）；排气歧管水套（4）为内部贯通的空腔体，一端通过入口接入来自于散热器或发动机出水口的冷却液，冷却液在排气歧管水套（4）内被加热至高温气态，气化后的高温气体通过出口输出至涡轮机入气口；涡轮机具有分隔的进气腔和涡轮腔，两腔之间设喷嘴（7），喷嘴（7）的入口通进气腔、喷口在涡轮腔；进气腔将进气分流至若干个喷嘴（7），喷嘴（7）喷出的高速气体促动涡轮叶片（13）旋转，带动压气机内的压气叶轮（10）旋转；压气机接入大气，直接或通过压气叶轮（10）旋转增压后输出给发动机；排气歧管水套（4）为弹性体，外罩刚性壳体（41），壳体（41）上设置可滑动的顶杆（45），顶杆（45）一端抵靠排气歧管水套（4）、另一端伸出壳体外，伸出端套设有弹簧（46），端部设有斜面；排气歧管水套（4）的出口管道（42）设置控制通断的连接块（43），连接块（43）上设置控制连接块（43）通断的控制杆（44），控制杆（44）一端伸出连接块（43）外与顶杆（45）的斜面相抵靠，另一端在连接块（43）内；连接块（43）内设有弹簧，该弹簧抵压控制杆（44）在连接块（43）内的端部。
2.根据权利要求1所述的一种回收排气歧管热量实现发动机增压的系统，其特征在于：涡轮机的涡轮腔设置排气出口通道，进气腔设置连通该排气出口通道的排气道，排气道上设置旁通阀（8）。
3.根据权利要求1所述的一种回收排气歧管热量实现发动机增压的系统，其特征在于：喷嘴（7）均匀分布在一圆周上，该圆周位于涡轮叶片（13）旋转圆周的外周；喷嘴（7）内部的通道向处于该位置的涡轮叶片（13）弯曲；喷嘴（7）为进口大喷口小的收口形状。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种回收排气歧管热量实现发动机增压的系统，其特征在于：排气歧管水套（4）的入口设置电磁阀（3）；电磁阀（3）为常闭状态，当发动机热机到一定温度时，电磁阀切换进入开启状态。
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