CN114458440B - 一种交叉补燃废气涡轮增压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种交叉补燃废气涡轮增压系统，包括发动机、第一压气机、第一涡轮和第一补燃器，发动机和第一补燃器分别通过油管连通至供油管路，第一补燃器通过电控系统调节给油量、点火和熄灭，发动机排出的废气驱动第一涡轮旋转，第一涡轮的传动轴带动第一压气机旋转。本发明所述的一种交叉补燃废气涡轮增压系统，以便在发动机低速运转等状态下提供足量的额外燃气，从而使得涡轮增压器能够在发动机各个运转状态下均能够高效完成提高内燃机升功率与燃油经济性、降低废气与噪声污染的工作任务。

Description

一种交叉补燃废气涡轮增压系统
技术领域
本发明属于内燃机废气涡轮增压领域，尤其是涉及一种交叉补燃废气涡轮增压系统。
背景技术
在内燃机研发领域中，废气涡轮增压是一种用来提高内燃机升功率与燃油经济性、降低废气与噪声污染的常见技术。但是，受自身动力来源等因素的影响，废气涡轮增压系统的工作性能在很大程度上取决于内燃机的实时转速，废气涡轮增压系统当前存在启动加速性能差与瞬态响应迟缓等问题，难以为发动机的快速启动或快速加速提供充足的条件保证。因此，发动机系统需要一种可以在低速状态下补足废气涡轮增压系统动力来源、保障废气涡轮增压系统能够高性能运转的外部动力来源。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种交叉补燃废气涡轮增压系统，以便在发动机低速运转等状态下提供足量的额外燃气，从而使得涡轮增压器能够在发动机各个运转状态下均能够高效完成提高内燃机升功率与燃油经济性、降低废气与噪声污染的工作任务。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种交叉补燃废气涡轮增压系统，包括发动机、第一压气机、第一涡轮和第一补燃器，发动机和第一补燃器分别通过油管连通至供油管路，第一补燃器通过电控系统调节给油量、点火和熄灭，第一涡轮通过发动机排出的废气旋转，第一涡轮的传动轴带动第一压气机旋转。
进一步的，所述一种交叉补燃废气涡轮增压系统还包括第二压气机、第二涡轮和第二补燃器，第二涡轮是第二压气机的动力结构，发动机通过第一废气管为第一涡轮提供废气，发动机通过第二废气管为第二涡轮提供废气，第一压气机通过第一供气管连通至发动机，第二压气机通过第二供气管连通至发动机，第一压气机通过第三供气管连通至第一补燃器，第一补燃器通过第三废气管向第二涡轮提供废气，第二压气机通过第四供气管连通至第二补燃器，第二补燃器通过第四废气管向第一涡轮提供废气。
进一步的，所述一种交叉补燃废气涡轮增压系统还包括第三压气机、第三涡轮和第三补燃器，第三涡轮是第三压气机的动力结构，发动机通过第五废气管为第三涡轮提供废气，第三涡轮通过第六废气管为第一涡轮提供废气，第一压气机通过第五供气管连通至第三压气机，第三压气机通过第六供气管连通至发动机，第三压气机通过第七供气管连通至第三补燃器，第三补燃器通过第七废气管为第一涡轮提供废气，第一压气机通过第八供气管连通至第一补燃器，第一补燃器通过第八废气管为第三涡轮提供废气。
相对于现有技术，本发明所述的一种交叉补燃废气涡轮增压系统具有以下有益效果：本发明可以在发动机低速运转等状态下提供额外燃气，同时,交叉供气方案避免了单台增压器与补燃器构成循环气路时对供气管路的过度扭曲，起到了降低气流传输中的流动损失、降低补燃系统对发动机整体尺寸的影响、降低隔热设施/冷却系统的布置难度等作用。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种交叉补燃废气涡轮增压系统第一控制原理图；
图2为本发明实施例所述的一种交叉补燃废气涡轮增压系统第二控制原理图。
附图标记说明：
1-发动机；2-第一压气机；3-第一涡轮；4-第一补燃器；5-第二压气机；6-第二涡轮；7-第二补燃器；8-第三压气机；9-第三涡轮；10-第三补燃器；11-第一废气管；12-第二废气管；13-第三废气管；14-第四废气管；15-第五废气管；16-第六废气管；17-第七废气管；18-第八废气管；19-第一供气管；20-第二供气管；21-第三供气管；22-第四供气管；23-第五供气管；24-第六供气管；25-第七供气管；26-第八供气管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-2所示，一种交叉补燃废气涡轮增压系统，包括发动机1、第一压气机2、第一涡轮3和第一补燃器4，发动机1和第一补燃器4分别通过油管连通至供油管路，第一补燃器4通过电控系统调节给油量、点火和熄灭，第一涡轮3通过发动机1排出的废气旋转，第一涡轮3的传动轴带动第一压气机2旋转，第一压气机2为发动机1、补燃器提供燃烧空气，相对于传统涡轮增压方案，本发明可以在发动机1低速运转等状态下提供额外燃气；同时,交叉供气方案避免了单台增压器与补燃器构成循环气路时对供气管路的过度扭曲，起到了降低气流传输中的流动损失、降低补燃系统对发动机1整体尺寸的影响、降低隔热设施/冷却系统的布置难度等作用。
本发明专利有多种实施例，如图1所述，为一种并联交叉补燃废气涡轮增压系统气路循环示意图，此时一种交叉补燃废气涡轮增压系统还包括第二压气机5、第二涡轮6和第二补燃器7，第二涡轮6是第二压气机5的动力结构，发动机1通过第一废气管11为第一涡轮3提供废气，发动机1通过第二废气管12为第二涡轮6提供废气，第一压气机2通过第一供气管19连通至发动机1，第二压气机5通过第二供气管20连通至发动机1，第一压气机2通过第三供气管21连通至第一补燃器4，第一补燃器4通过第三废气管13向第二涡轮6提供废气，第二压气机5通过第四供气管22连通至第二补燃器7，第二补燃器7通过第四废气管14向第一涡轮3提供废气。
本发明专利有多种实施例，如图2所述，为一种串联交叉补燃废气涡轮增压系统气路循环示意图，此时一种交叉补燃废气涡轮增压系统还包括第三压气机8、第三涡轮9和第三补燃器10，第三涡轮9是第三压气机8的动力结构，发动机1通过第五废气管15为第三涡轮9提供废气，第三涡轮9通过第六废气管16为第一涡轮3提供废气，第一压气机2通过第五供气管23连通至第三压气机8，第三压气机8通过第六供气管24连通至发动机1，第三压气机8通过第七供气管25连通至第三补燃器10，第三补燃器10通过第七废气管17为第一涡轮3提供废气，第一压气机2通过第八供气管26连通至第一补燃器4，第一补燃器4通过第八废气管18为第三涡轮9提供废气。
一种交叉补燃废气涡轮增压系统的工作过程：
如图1与图2所示的交叉补燃废气涡轮增压系统，主要在传统废气涡轮增压器的基础上增加了两台补燃器并调整了循环气路，其主要实施方式是在通过电控系统控制补燃器供油供气量、控制补燃器点火熄灭的基础上，通过供气管道将补燃器上下游分别连接至不同增压器的压气机出口与涡轮入口前管道，在两台增压器之间形成了交叉供气的补燃循环。其主要工作逻辑如下：
1.在发动机1冷启动或不启动的状态下，可以单独开启补燃器驱动涡轮运转，此时，涡轮和压气机不仅能够为发动机1提供良好的启动供气环境，还可以利用自身散热辅助载具完成冷启动前预热；此外，应用中还可以为通过连接发电设备等方式，利用涡轮和压气机的冗余负载为载具提供应急供电或额外动力输出；
2.在发动机1低速运转、废气量不足以驱动增压器高效工作的情况下，开启补燃器；此时，新鲜空气由压气机输入补燃器，补燃器内燃烧所产生的高温燃气将经由供气管道进入对侧涡轮箱入口前管道并驱动转子转动；涡轮和压气机通过补燃循环保持高效工作状态，为发动机1提供良好的进气环境；
3.在发动机1脱离低速工况、所产生废气足以驱动涡轮和压气机高效工作的情况下，可以关闭补燃器；此时，补燃器供油与进气管道被关闭，补燃器不再为涡轮提供动力来源；涡轮和压气机由发动机1废气提供动力保持高效运转，在为发动机1提供良好的进气环境的同时减少燃料浪费。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种交叉补燃废气涡轮增压系统，其特征在于：包括发动机(1)、第一压气机(2)、第一涡轮(3)和第一补燃器(4)，发动机(1)和第一补燃器(4)分别通过油管连通至供油管路，第一补燃器(4)通过电控系统调节给油量、点火和熄灭，发动机(1)排出的废气驱动第一涡轮(3)旋转，第一涡轮(3)的传动轴带动第一压气机(2)旋转；
还包括第二压气机(5)、第二涡轮(6)和第二补燃器(7)，第二涡轮(6)是第二压气机(5)的动力结构，发动机(1)通过第一废气管(11)为第一涡轮(3)提供废气，发动机(1)通过第二废气管(12)为第二涡轮(6)提供废气，第一压气机(2)通过第一供气管(19)连通至发动机(1)，第二压气机(5)通过第二供气管(20)连通至发动机(1)，第一压气机(2)通过第三供气管(21)连通至第一补燃器(4)，第一补燃器(4)通过第三废气管(13)向第二涡轮(6)提供废气，第二压气机(5)通过第四供气管(22)连通至第二补燃器(7)，第二补燃器(7)通过第四废气管(14)向第一涡轮(3)提供废气；
还包括第三压气机(8)、第三涡轮(9)和第三补燃器(10)，第三涡轮(9)是第三压气机(8)的动力结构，发动机(1)通过第五废气管(15)为第三涡轮(9)提供废气，第三涡轮(9)通过第六废气管(16)为第一涡轮(3)提供废气，第一压气机(2)通过第五供气管(23)连通至第三压气机(8)，第三压气机(8)通过第六供气管(24)连通至发动机(1)，第三压气机(8)通过第七供气管(25)连通至第三补燃器(10)，第三补燃器(10)通过第七废气管(17)为第一涡轮(3)提供废气，第一压气机(2)通过第八供气管(26)连通至第一补燃器(4)，第一补燃器(4)通过第八废气管(18)为第三涡轮(9)提供废气；
在发动机冷启动的状态下，单独开启补燃器驱动涡轮运转，涡轮和压气机能够为发动机提供启动供气环境以及利用自身散热辅助载具完成冷启动前预热；涡轮和压气机的冗余负载为载具提供应急供电；
在发动机低速运转、废气量不足以驱动增压器工作的情况下，开启补燃器；新鲜空气由压气机输入补燃器，涡轮和压气机通过补燃循环保持高效工作状态，为发动机提供的进气环境；
在发动机脱离低速工况、所产生废气足以驱动涡轮和压气机高效工作的情况下，关闭补燃器；补燃器不再为涡轮提供动力来源；涡轮和压气机由发动机废气提供动力保持运转。
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