CN203009031U - 一种模件式二级排气管系涡轮增压系统 - Google Patents

Abstract

一种内燃机技术领域的模件式二级排气管系涡轮增压系统，包括上置式排气管段、下置式排气管段、混合器，上置式排气管段、下置式排气管段和混合器组成二级排气管系，上置式排气管段或下置式排气管段由主排气支管、主排气管段、次级排气管段与上置式次级排气支管或下置式次级排气支管固结而成，次级排气管段由上管段与下管段构成，混合器由混合器主管和混合器次管固结而成，主排气支管与主排气管段组合成主排气管，上置式次级排气支管、下置式次级排气支管、次级排气管段组合成次级排气管。扫气阶段，次级排气管起隔离作用，降低干扰，排气门大开度时，主排气管是排气主要通道，提高排气能量利用效率。本实用新型结构紧凑，可模件式生产。

Description

一种模件式二级排气管系涡轮增压系统

所属技术领域

本实用新型涉及一种内燃机增压系统，特别是一种模件式二级排气管系涡轮增压系统，属于内燃机技术领域。

背景技术

随着社会的发展和环保要求的提高，对柴油机的动力性和排放性能要求越来越高，采用增压技术是一种提高柴油机功率、降低燃油消耗率和降低排放的行之有效的方法。柴油机作为一种重要的动力机械，是生产、生活中主要的动力源。目前中大功率的柴油机多采用涡轮增压技术，为了提高柴油机热效率，降低柴油机排放，降低单位功率生产成本，柴油机的功率密度和增压度越来越高，这对增压系统的可靠性、瞬态响应性和扫气均匀性提出了更高要求。全工况性能好、废气能量利用率高、扫气顺畅、瞬态性能好、结构简单是目前柴油机排气管系优化设计的综合指标。目前为止，研究者发展出七种增压系统形式：定压增压系统、脉冲增压系统、脉冲转换器增压系统、模件式脉冲增压系统、混合式脉冲转换器增压系统、模件式多功能脉冲转换涡轮增压系统和可变排气管系统。

定压系统扫气干扰小，泵气功损失小，但排气脉冲能量利用率低、低工况性能较差；脉冲系统能够较好的避免扫气干扰，排气脉冲能量利用率高，扫气均匀性好，低工况性能佳，但涡轮有多个进口，涡轮增压器效率低，不宜在缸数较多的柴油机上使用，且结构复杂；与脉冲系统相比脉冲转换器增压系统涡轮入口少、涡轮效率高，但脉冲转换器的缩口增加了气流阻力；模件式脉冲增压系统排气管系结构简单，便于生产，能较好的利用排气脉冲能量，涡轮效率较高，但该系统降低扫气干扰的性能较差。在现有的技术中，实用新型专利97242566.7公开的混合式脉冲转换器增压系统，可较好地利用排气脉冲能量，瞬态特性较好，结构相对简单，降低扫气干扰的性能较好，但这种系统的结构随着柴油机缸数的增加而急剧复杂化，其适用范围有限。发明专利200810203029.4公开了的模件式多功能脉冲转换涡轮增压系统，结构较简单，但拱形截面的排气支管延伸段靠近排气管轴线，导致管内流动损失较大，而且该系统降低扫气干扰的能力有限。发明专利200810203054.2、发明专利200810203055.7和发明专利200920210502.1提出的可变排气管系统方案，通过控制阀门使涡轮增压系统在脉冲增压和定压增压(或准定压增压)之间切换，可兼顾高低工况的要求，但对降低扫气干扰没有明显的作用，且这类系统需要根据发动机运行特点确定切换边界，增加了系统复杂程度，降低了可靠性。本实用新型提供了一种模件式二级排气管系涡轮增压系统，能有效降低扫气干扰，降低排气系统阻力，可充分利用排气脉冲能量。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种模件式二级排气管系涡轮增压系统，可降低排气管内的扫气干扰，能充分利用排气脉冲能量，可系列化模件式生产，便于组合安装，适用于各种缸数、各种增压度的发动机。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：该系统包括上置式排气管段、下置式排气管段、混合器，上置式排气管段、下置式排气管段和混合器组合形成二级排气管系，上置式排气管段由主排气支管、主排气管段、次级排气管上管段、次级排气管下管段与上置式次级排气支管固结为一体构成，下置式排气管段由主排气支管、主排气管段、次级排气管上管段、次级排气管下管段与下置式次级排气支管固结为一体构成，混合器由混合器主管和混合器次管固结为一体构成，主排气支管连接主排气管段，上置式次级排气支管的出、入口分别连接次级排气管上管段和主排气支管，下置式次级排气支管的出、入口分别连接次级排气管下管段和主排气支管，上置式次级排气支管的轴线与所在气缸主排气支管的轴线方向一致，下置式次级排气支管的轴线与所在气缸主排气支管的轴线方向一致，上置式次级排气支管的入口到主排气支管的入口的距离是0.1～0.5倍主排气支管的入口直径，下置式次级排气支管的入口到主排气支管的入口的距离是0.1～0.5倍主排气支管的入口直径，上置式次级排气支管和下置式次级排气支管与主排气支管的入口截面积比值范围为0.05～0.4，依据发火顺序，将气缸分为两组，一组用上置式排气管段，另一组用下置式排气管段，主排气支管与主排气管段组合成主排气管，上置式次级排气支管、下置式次级排气支管、次级排气管上管段、次级排气管下管段组合成次级排气管，主排气管出口连接混合器主管的入口，次级排气管的出口连接混合器次管的入口，混合器的出口与涡轮入口相连。

本实用新型有益效果：

在扫气阶段，气缸排气流量小，排气门压力低，主排气管内压力较高，涡轮入口处是一个低压区，排气通过次级排气管流到混合器，上置式排气管段和下置式排气管段对气缸的扫气起到隔离作用，降低扫气干扰。

排气门开度较大时，主排气支管内压力较高，次级排气管的入口截面积相对较小，节流效应明显，排气主要经由主排气管流入涡轮增压器，主排气管内腔光滑，能降低流动损失，能够充分利用排气脉冲的能量，提高了能量传递效率。

本实用新型结构紧凑，占用空间小，可系列化模件式生产，拆装方便，适用于各种缸数、各种增压度的发动机。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图；

图2是本实用新型中上置式排气管段结构示意图；

图3是本实用新型中上置式排气管段右向视图；

图4是沿图3中A-A线的阶梯剖视图；

图5是本实用新型中下置式排气管段结构示意图；

图6是本实用新型中下置式排气管段右向视图；

图7是沿图6中B-B线的阶梯剖视图；

图8是本实用新型中混合器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型在八缸机上的实施例作详细说明，本实施例以本实用新型的技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本实用新型包括上置式排气管段1、下置式排气管段2、混合器3，上置式排气管段1、下置式排气管段2和混合器3组合形成二级排气管系；如图2、图3、图4所示，上置式排气管段1由主排气支管4、主排气管段5、次级排气管上管段6、次级排气管下管段7与上置式次级排气支管8固结为一体构成；如图5、图6、图7所示，下置式排气管段2由主排气支管4、主排气管段5、次级排气管上管段6、次级排气管下管段7与下置式次级排气支管9固结为一体构成；如图8所示，混合器3由混合器主管10和混合器次管11固结为一体构成；如图2、图6所示，主排气支管4连接主排气管段5；如图2、图3、图4所示，上置式次级排气支管8的出、入口分别连接次级排气管上管段6和主排气支管4，上置式次级排气支管8的轴线与所在气缸主排气支管4的轴线方向一致，上置式次级排气支管8的入口到主排气支管4的入口的距离是0.1～0.5倍主排气支管4的入口直径；如图5、图6、图7所示，下置式次级排气支管9的出、入口分别连接次级排气管下管段7和主排气支管4，下置式次级排气支管9的轴线与所在气缸主排气支管4的轴线方向一致，下置式次级排气支管9的入口到主排气支管4的入口的距离是0.1～0.5倍主排气支管4的入口直径；上置式次级排气支管8和下置式次级排气支管9与主排气支管4的入口截面积比值范围为0.05～0.4；依据发火顺序，将气缸分为两组，使每组气缸之间扫气干扰最低，一组用上置式排气管段2，另一组用下置式排气管段3；主排气支管4与主排气管段5组合成主排气管，上置式次级排气支管8、下置式次级排气支管9、次级排气管上管段6、次级排气管下管段7组合成次级排气管；主排气管出口连接混合器主管10的入口，次级排气管的出口连接混合器次管11的入口，混合器主管10的出口与涡轮入口相连。

以八缸柴油机为例，当八缸柴油机的发火顺序是1-6-2-4-8-3-7-5-1时，缸号为1、4、5、8的气缸之间扫气干扰比较弱，缸号为2、3、6、7的气缸之间扫气干扰比较弱，将缸号1、4、5、8的气缸分为第一组，将缸号为2、3、6、7的气缸分为第二组，第一组采用上置式排气管段1，第二组采用下置式排气管段2，上置式排气管段1、下置式排气管段2和混合器3组合形成二级排气管系，如图1所示，其中主排气支管4与主排气管段5组合成主排气管，上置式次级排气支管8、下置式次级排气支管9、次级排气管上管段6及次级排气管下管段7组合成上下两根次级排气管。主排气管、次级排气管的上管及下管形成三个相对独立的区域，主排气管与上管或下管之间直接相连，次级排气管的上管与下管经主排气管间接相连。在扫气阶段，气缸排气流量较小，排气门处压力较低，主排气管内压力较高，排气主要经由次级排气管流向涡轮。虽然一组内各缸共用一根次级排气管上管或下管，但由于同一组气缸之间扫气干扰较弱，不会影响扫气；不同组气缸之间由于次级排气管的上管和下管的相对隔离作用，可降低扫气干扰，如图1、图2、图5所示。

上置式次级排气支管8的出、入口分别连接次级排气管上管段6和主排气支管4，下置式次级排气支管9的出、入口分别连接次级排气管下管段7和主排气支管4，上置式次级排气支管8的轴线或下置式次级排气支管9的轴线与所在气缸主排气支管4的轴线方向一致；上置式次级排气支管8或下置式次级排气支管9的入口到主排气支管4的入口的距离是0.43倍主排气支管4的入口直径，使上置式次级排气支管8和下置式次级排气支管9的入口尽量远离主排气管，增加主排气管内气流倒流入次级排气管内的阻力，增强主排气管与次级排气管之间的隔离效应，有利于降低扫气干扰，如图2、图4、图5、图7所示。

上置式次级排气支管8和下置式次级排气支管9与主排气支管4的入口截面积比值为0.11，上置式次级排气支管8与下置式次级排气支管9入口截面积相对较小，对流经次级排气管的流量有限制作用，在发动机排气门流量较大时，排气主要经主排气管流向涡轮，提高脉冲能量利用率，如图2、图3、图5、图6所示。

主排气支管4连接主排气管段5，主排气管出口连接混合器主管10的入口，次级排气管出口连接混合器次管11的入口，混合器主管10的出口与涡轮入口相连，混合器主管10与混合器次管11相接处靠近涡轮入口，可增强涡轮入口低压区对次级排气管内压力的衰减效应，有利于扫气，如图1、图2、图3、图8所示。

Claims (7)

1.一种模件式二级排气管系涡轮增压系统，包括上置式排气管段(1)、下置式排气管段(2)、混合器(3)，其特征是上置式排气管段(1)、下置式排气管段(2)和混合器(3)组合形成二级排气管系，依据发火顺序，将气缸分为两组，一组用上置式排气管段(1)，另一组用下置式排气管段(2)。 

2.根据权利要求1所述的一种模件式二级排气管系涡轮增压系统，其特征在于，所述上置式排气管段(1)由主排气支管(4)、主排气管段(5)、次级排气管上管段(6)、次级排气管下管段(7)与上置式次级排气支管(8)固结为一体构成，主排气支管(4)连接主排气管段(5)。 

3.根据权利要求2所述的一种模件式二级排气管系涡轮增压系统，其特征在于，所述下置式排气管段(2)由主排气支管(4)、主排气管段(5)、次级排气管上管段(6)、次级排气管下管段(7)与下置式次级排气支管(9)固结为一体构成，主排气支管(4)连接主排气管段(5)。 

4.根据权利要求1所述的一种模件式二级排气管系涡轮增压系统，其特征在于，所述混合器(3)由混合器主管(10)和混合器次管(11)固结为一体构成。 

5.根据权利要求2所述的一种模件式二级排气管系涡轮增压系统，其特征在于，所述上置式次级排气支管(8)的出、入口分别连接次级排气管上管段(6)和主排气支管(4)，上置式次级排气支管(8)的轴线与所在气缸主排气支管(4)的轴线方向一致，上置式次级排气支管(8)的入口到主排气支管(4)的入口的距离是0.1～0.5倍主排气支管(4)的入口直径。 

6.根据权利要求3所述的一种模件式二级排气管系涡轮增压系统，其特征在于，所述下置式次级排气支管(9)的出、入口分别连接次级排气管下管段(7)和主排气支管(4)，下置式次级排气支管(9)的轴线与所在气缸主排气支管(4)的轴线方向一致，下置式次级排气支管(9)的入口到主排气支管(4)的入口的距离是0.1～0.5倍主排气支管(4)的入口直径。 

7.根据权利要求3所述的一种模件式二级排气管系涡轮增压系统，其特征在于，所述上置式次级排气支管(8)和下置式次级排气支管(9)与主排气支管(4)的入口截面积比值范围为0.05～0.4，所述主排气支管(4)与主排气管段(5)组合成主排气管，上置式次级排气支管(8)、下置式次级排气支管(9)、次级排气管上管段(6)、次级排气管下管段(7)组合成次级排气管，主排气管出口连接混合器主管(10)的入口，次级排气管的出口连接混合器次管(11)的入口，混合器主管(10)的出口与涡轮入口相连。 

Images