CN108757157B - 一种相继增压系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种相继增压系统，包括发动机排气歧管、第一涡轮增压器、第二涡轮增压器、第一涡轮进气通道、第二涡轮进气通道以及涡轮进气管，还包括驱动机构、与驱动机构及发动机排气歧管以及涡轮进气管相连的相继增压控制阀。本发明，通过在发动机排气歧管与涡轮进气管之间安装相继增压控制阀，具有气流的截止和导向作用，可以根据发动机的废气排放量灵活的调节两个涡轮进气通道中的气体流量，提高涡轮的废气处理效率和废气的利用率，维持发动机在高低工况下均处于较佳运行状态。

Description

一种相继增压系统

技术领域

本发明涉及涡轮增压技术领域，更具体地说，涉及一种相继增压系统。

背景技术

相继增压是指两台或由者两台以上涡轮增压器并联组成，并随着增压发动机转速和负荷的增长，按顺序相继投入运行的增压系统，其工作原理为：当转速或负荷低于某设定值时，切断一台或几台增压器涡轮的废气以及压气机的空气供给，以增加尚处于运行的涡轮增压器的废气流量，提高涡轮效率，提升发动机低工况时的进气压力，从而改善发动机的低工况性能；当发动机转速或负荷高于某设定值时，被切断的一台或几台增压器重新投入使用，降低发动机的排气背压，避免涡轮增压器超速，与此同时，保证了发动机的高工况性能。阀门是相继增压系统中的核心部件，在不同工况下，增压器的介入及退出都要依靠阀门来实现。

现有技术中，相继增压系统的结构通常较为复杂，系统管道较长，且用于安设相继增压系统的控制阀门，大多安装在涡轮的入口，或者安装于涡轮进气管中段，这样的结构，使得相继增压系统占用的空间较大，同时使得涡轮内部的气流导向差、废气利用率低。

因此，如何提高废气的处理效率、减少废气损失，同时实现相继增压系统的紧凑排布，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种相继增压系统，可以有效的组织进入两个涡轮进气管中的气体流量，以使发动机的废气处理效率处于最佳状态，提高了涡轮的废气处理效率和废气的利用率，同时布置紧凑，占据空间小。

本发明提供一种相继增压系统，包括发动机排气歧管、第一涡轮增压器、第二涡轮增压器，以及分别连接于所述发动机排气歧管与所述第一涡轮增压器的第一涡轮进气通道和分别连接于所述发动机排气歧管与所述第二涡轮增压器的第二涡轮进气通道，还包括：

用以分别连接所述第一涡轮进气通道和所述第二涡轮进气通道的涡轮进气管；

驱动机构；

用以当所述发动机处于低工况时、能够关闭所述第一涡轮进气通道或所述第二涡轮进气通道，当所述发动机处于高工况时、能够将所述第一涡轮进气通道或所述第二涡轮进气通道开启的相继增压控制阀，所述相继增压控制阀与所述驱动机构、所述发动机排气歧管以及所述涡轮进气管相连。

优选的，所述相继增压控制阀包括：

阀体；

竖直固设于所述阀体顶壁中央位置的固定顶板；

与所述驱动机构相连的转轴；

安装于所述转轴、能够绕所述转轴旋转直至与所述固定顶板相连的活动挡板。

优选的，所述相继增压控制阀包括：

阀体；

与所述驱动机构相连的轴向推拉轴；

安装于所述轴向推拉轴的导向槽；

安装于所述导向槽端部的导向槽盖板。

优选的，还包括固设于所述阀体底壁中央位置的固定底顶；

所述固定顶板与所述活动挡板铰接，所述转轴具体设于所述固定顶板与所述活动挡板的铰接处。

优选的，所述转轴设于所述固定顶板与所述阀体侧壁之间。

优选的，还包括与所述转轴相连的角度测量仪，以及分别与所述角度测量仪及所述驱动机构相连的控制器。

优选的，所述发动机排气歧管与所述阀体之间通过法兰连接。

优选的，所述第一涡轮进气通道与所述第一涡轮增压器，以及所述第二涡轮进气通道与所述第二涡轮增压器之间均通过法兰连接。

本发明所提供的相继增压系统，通过在涡轮进气管与发动机排气歧管之间设置相继增压控制阀，以及与相继增压控制阀相连设置驱动机构，当发动机处于低工况状态时，发动机的废气量排放较少，分配到两个涡轮的能量较低，涡轮在低能废气条件下，做功能力差、工作效率低，废气的能量利用率大为降低，从而导致压气机无法向发动机提供足够的压力来满足发动机的空气量要求，进而导致发动机的油耗大、排温升高。因此，当发动机的排气量不足时，相继增压控制阀可以将第一涡轮进气通道，或者第二涡轮进气通道关闭，从而形成一个入口大、出口小的过渡通道，使发动机排出的废气进入第二涡轮进气通道，或者第一涡轮进气通道，此时，增压系统进入单涡轮工作模式；当发动机处于高工况状态时，发动机排气量增大，单增压器的通流面积不能满足发动机高工况时的通流要求，使得发动机排气背压增大，涡轮增压器在此大膨胀比状态下有超速风险，通过相继增压控制阀，将关闭状态下的第一涡轮进气通道或第二涡轮进气通道打开，以使第一涡轮进气通道和第二涡轮进气通道均处于打开的双导通状态，此时，两个涡轮增压器同时工作，将发动机排气歧管所排出的气体分别引入第一涡轮进气通道，增压系统进入双涡轮工作模式，此时，随着第二增压器的切入，总涡轮通流能力增加，发动机排气背压随之降低，双增压器均运行在安全的转速范围内。

相对于上述背景技术，本发明所提供的相继增压系统，其具有气流的截止和导向作用，可以根据发动机的废气排放量灵活的调节两个涡轮进气通道中的气体流量，从而有效的组织进入两个涡轮进气管中的气体流量，提高废气的利用率，提高涡轮的废气处理效率，维持发动机在高低工况下均处于较好的运行状态；此外，本发明所提供的相继增压系统，结构紧凑，显著的节省了安装空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的相继增压系统的结构示意图；

图2为本发明所提供的相继增压系统的另一个角度的结构示意图；

图3为图1中相继增压控制阀的第一种具体实施方式的结构示意图；

图4为阀门处于关闭状态时，图3的半剖示意图；

图5为阀门处于打开状态时，图3的半剖示意图；

图6为图1中相继增压控制阀的第二种具体实施方式的结构示意图；

图7为阀门处于关闭状态时，图6的半剖示意图；

图8为阀门处于打开状态时，图6的半剖示意图；

图9为图1中相继增压控制阀的第三种具体实施方式中，阀门处于打开状态时的结构示意图；

图10为图9中阀门处于关闭状态时的结构示意图。

其中，1-发动机排气歧管、2-第一涡轮增压器、3-第二涡轮增压器、4-相继增压控制阀、5-涡轮进气管、6-涡轮排气歧管、7-第二涡轮进气通道、8-第一涡轮进气通道、9-活动挡板、10-固定顶板、11-转轴、12-导向槽、13-导向槽盖板、14-阀体、15-驱动机构、16-联轴器、17-支撑连杆、18-固定底板、19-轴向推拉轴。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种相继增压系统，有效提高了涡轮的废气利用效率和发动机的使用寿命，且结构简单紧凑、安装空间小。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的相继增压系统的结构示意图，图2为电机驱动下的图1的结构示意图。

本发明提供一种相继增压系统，包括发动机排放歧管1、设置于发动机排放歧管1同侧的第一涡轮增压器2和第二涡轮增压器3，第一涡轮增压器2和第二涡轮增压器3分别通过第一涡轮进气通道8和第二涡轮进气通道7与发动机进气管相连通，但第一涡轮进气通道8和第二涡轮进气通道7两者互不相通，以使第一涡轮增压器2和第二涡轮增压器3构成并联结构，此外，还包括可将第一涡轮进气通道8和第二涡轮进气通道7相连通的涡轮进气管5，该涡轮进气管5与第一涡轮进气通道8及第二涡轮进气通道7之间，可以为一体结构，也可以通过法兰等连接件可拆卸连接，且发动机排气歧管1与涡轮进气管5之间还安装有相继增压控制阀4，该相继增压控制阀4与外部的驱动机构15相连，以获得驱动力；当发动机排气歧管1内的气压低于预设最低气压值时，相继增压控制阀4将第一涡轮进气通道8或第二涡轮进气通道7关闭，从而形成入口大、出口小的单导通状态，将发动机排出的废气引入第二涡轮进气通道7或第一涡轮进气通道8，增压系统进入单涡轮工作模式，以提高涡轮处于低工况状态下的发动机的废气利用效率，提升增压器的增压压力，降低发动机能耗；当发动机处于高工况时，相继增压控制阀4将处于关闭状态的第一涡轮进气通道8或第二涡轮进气通道7打开，此时，相继增压控制阀4构成两个相互独立的通道，将发动机排气歧管1所排出的气体分别引入第一涡轮进气通道8和第二涡轮进气通道7，该增压系统进入双涡轮工作模式，增加了涡轮增压器的总通流面积，降低了排气背压，以保证增压器的转速处于安全范围内，与此同时，两个涡轮增压器同时工作，满足了高工况状态下发动机的大进气量要求。

可以看出，相继增压控制阀4可以根据预先设定的发动机工况来关闭或开启第一涡轮进气通道8或第二涡轮进气通道7，发动机处于低工况时，发动机排气能量低，较大的通流面积使得涡轮的废气利用效率低，增压压力不足，从而导致发动机的排放指标较差。而此时，相继增压控制阀4将其中一个涡轮进气通道关闭，使得发动机全部排气排放至单个涡轮中，提高了单涡轮的膨胀比，进而提升了废气利用效率，满足了低工况下发动机的增压压力需求；而当发动机处于高工况时，单增压器所提供的通流面积已远不能满足其工作要求，较高的涡轮膨胀比使得涡轮增压器存在超速的风险，此时，相继增压控制阀4将关闭的涡轮进气通道打开，双涡轮同时工作，降低了涡轮进气压力，以保证增压器处于安全运行范围内，较多的增压器也可满足发动机高工况状态下进气量的增加需求。

相继增压控制阀4与发动机排气歧管1和涡轮进气管5的具体连接方式，可以通过法兰可拆卸连接，安装及拆卸过程极为方便，可以满足不同型号的发动机的安装需求，当相继增压控制阀4损坏时，将其拆下并更换新的相继增压控制阀4即可，其他部件仍可以继续使用，节省了使用成本；相似的，第一涡轮增压器2与第一涡轮进气通道8之间，以及第二涡轮进气通道7与第二涡轮增压器3之间，均可通过法兰连接，以节省使用成本。

具体来说，相继增压控制阀4包括阀体14、设于阀体14内部的固定顶板10、转轴11和活动挡板9，其中，阀体14内部设有两个通道，两通道相通；固定顶板10竖直固设于阀体14顶壁中央位置，固定顶板10与阀体14为一体结构；转轴11贯穿活动挡板9的厚度垂直安装，转轴11与驱动机构15之间通过导线等连接件相连，驱动机构15驱动转轴11旋转，与此同时，转轴11带动活动挡板9同步旋转，从而将第一涡轮进气通道8或第二涡轮进气通道7封住，以形成单涡轮工作模式；当发动机处于高工况时，驱动机构15再次工作，向转轴11提供旋转驱动力，转轴11进一步带动活动挡板9回正，使废气通过两个涡轮通道进入第一涡轮增压器2和第二涡轮增压器3内部，从而构成双涡轮工作模式，对废气进行处理。

请参考图3、图4和图5，图3为图1中相继增压控制阀的第一种具体实施方式的结构示意图、图4为阀门处于打开状态时，图3的半剖示意图、图5为阀门处于关闭状态时，图3的半剖示意图。

在第一种具体实施方式中，固定顶板10与活动挡板9铰接连接，两者通过转轴11连接，活动挡板9与转轴11固接，两者间可以为焊接连接，固定顶板10与转轴11活动连接，当发动机处于低工况状态时，转轴11带动活动挡板9旋转一定角度，至一端与阀体14的内侧壁相抵时，活动挡板9将阀体14的出口通道堵住，此时，相继增压控制阀4呈单导通状态，如图3所示；当发动机处于高工况状态时，转轴11带动活动挡板9旋回至与固定顶板10呈同一竖直状态时，相继增压控制阀4呈双导通状态，如图4所示。

请参考图6、图7和图8，图6为图1中相继增压控制阀的第二种具体实施方式的结构示意图，图7为阀门处于打开状态时，图6的半剖示意图，图8为阀门处于关闭状态时，图6的半剖示意图。

在第二种具体实施方式中，转轴11设于固定顶板10与阀体14侧壁之间，这样一来，当发动机处于低工况状态时，转轴11带动活动挡板9旋转至一端与固定顶板10的下端相接、另一端与阀体14的内侧壁相抵，从而将阀体14内部的一个通道堵住，以使相继增压控制阀4形成单导通状态，如图6所示；当发动机处于高工况状态时，转轴11带动活动挡板9回旋至竖直状态，此时，相继增压控制阀4处于双导通状态。

在第三种具体实施方式中，与前两种具体实施方式不同的是，该实施例中的活动挡板9采用平移的方式来实现通道的开启及关闭。具体来说，相继增压控制器4包括轴向推拉轴19、安装在轴向推拉轴19上的活动挡板9、导向槽12以及导向槽盖板13，其中，轴向推拉轴19由驱动机构15驱动，沿着导向槽12的轨道上下运动，以此来实现阀门的开启与闭合；当活动挡板9处于图9所示的位置时，系统处于单导通状态，第二涡轮增压器3退出工作；当活动挡板9处于图10所示的位置时，系统处于双导通状态，第一涡轮增压器2与第二涡轮增压器3同时工作。

在第一种及第二种具体实施方式中，为了防止阀门14旋转不到位而出现导致气体泄露，可设置用以检测转轴旋转角度的角度测量仪以及用以控制驱动机构15旋转方向的控制器，角度测量仪与转轴及控制器之间以及控制器与驱动机构之间均通过导线相连，角度测量仪内部设有偏转定值，角度测量仪将测量结果发送给控制器，由控制器控制驱动机构15的旋转方向以及旋转角度，以使活动挡板9与阀体14内部通道紧密贴合，以防止气体泄漏。因此，该相继增压系统，通过在第一涡轮进气通道8和第二涡轮进气通道7上连接涡轮进气管5以及在发动机排气歧管1与涡轮进气管5之间增设相继增压控制阀4，根据预先设定的发动机具体工况，来控制相继增压控制阀4内部活动挡板9的旋转或者移动，进而使系统形成单导通状态或双导通状态。该相继增压系统，能够较好的对气流进行组织，使废气在管道中的流动更加合理、废气的利用率更高，此外，该系统结构简单紧凑、装卸方便、维护成本及使用成本低。

以上对本发明所提供的相继增压系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种相继增压系统，包括发动机排气歧管（1）、第一涡轮增压器（2）、第二涡轮增压器（3），以及分别连接于所述发动机排气歧管（1）与所述第一涡轮增压器（2）的第一涡轮进气通道（8）和分别连接于所述发动机排气歧管（1）与所述第二涡轮增压器（3）的第二涡轮进气通道（7），其特征在于，还包括：

用以分别连接所述第一涡轮进气通道（8）和所述第二涡轮进气通道（7）的涡轮进气管（5）；

驱动机构（15）；

用以当所述发动机处于低工况时、能够关闭所述第一涡轮进气通道（8）或所述第二涡轮进气通道（7），当所述发动机处于高工况时、能够将所述第一涡轮进气通道（8）或所述第二涡轮进气通道（7）开启的相继增压控制阀（4），所述相继增压控制阀（4）与所述驱动机构（15）、所述发动机排气歧管（1）以及所述涡轮进气管（5）相连；

所述相继增压控制阀（4）包括：阀体（14）；与所述驱动机构（15）相连的轴向推拉轴（19）；安装于所述轴向推拉轴（19）的导向槽（12）；安装于所述导向槽（12）端部的导向槽盖板（13）；

所述第一涡轮进气通道（8）与所述第一涡轮增压器（2），以及所述第二涡轮进气通道（7）与所述第二涡轮增压器（3）之间均通过法兰连接。