CN205349510U - 多阶段可调相继增压柴油机增压结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供多阶段可调相继增压柴油机增压结构，包括基本涡轮增压器、受控涡轮增压器、基本三通球阀、受控三通球阀，柴油机进气管包括A列进气管和B列进气管，柴油机排气管包括A列排气管和B列排气管，柴油机A、B列进气管通过进气连通管实现互通，柴油机A、B列排气管通过排气连通管实现互通；中冷器分别安装在柴油机进气管上，空气阀安装在受控压气机出口处，基本三通球阀安装在基本涡轮出口管道处，受控三通球阀安装在受控涡轮入口管道处。本实用新型可以有效的改善涡轮增压器和柴油机的匹配性能，特别是能满足中低负荷不同转速下增压柴油机的进气需求，提高了增压柴油机的整机性能。

Description

多阶段可调相继增压柴油机增压结构

技术领域

本实用新型涉及的是一种柴油机结构，具体地说是柴油机增压结构。

背景技术

采用增压技术是提高柴油机功率最为有效的方法，柴油机功率随着增压压力的提高而成比例的成长。采用废气涡轮增压不但可以提高柴油机的燃油经济性，还能够改善柴油机热效率、提高柴油机排放性能等。目前，废气涡轮增压技术已经在柴油机领域得到了广泛的应用。

由于高速回转运动的涡轮增压器和往复运动的柴油机配合运行，难以兼顾柴油机全工况性能，因此如何实现涡轮增压器和柴油机实现良好匹配成为了研究的难点。通常情况，船用柴油机在匹配涡轮增压器时是以额定工况为参照的，故涡轮增压器处于高效率运行状态；但是当柴油机运行在部分负荷工况时，柴油机排气流量降低，涡轮效率降低，从而导致增压压力过低，柴油机进气量不足，缸内燃烧恶化，燃油消耗率及排温均升高，柴油机排放性能明显降低，因此有必要对涡轮增压器与柴油机的匹配问题进行深入研究，从而提高柴油机全工况运行性能。

针对以上问题，目前已经研究出多种增压方式，如高工况放气增压系统、变截面涡轮系统、低工况进排气旁通增压系统、二级增压系统及相继增压系统等。其中，相继增压系统是指两台或者多台涡轮增压器与柴油机并联，根据柴油机运行工况的不同，改变投入运行的涡轮增压器的数量，从而使涡轮增压器始终获得充足的废气能量而运行在高效率区。相继增压技术是目前改善高增压大功率柴油机排放最有效的办法，可以显著扩大柴油机运行范围，提高燃油经济性和降低污染物排放，同时可以改善加速性能。虽然各种增压方式都能一定程度的改善柴油机和涡轮增压器之间的匹配问题，但是仍是各有优缺点，如二级增压特别适合低转速、高负荷等工况，相继增压特别适合高转速、低负荷等。如何将各种增压方式有机结合起来，获得更好的柴油机运行性能值得进一步进行研究。

申请号：200710144757.9的专利“可调相继复合涡轮增压系统”中记载的可以实现单台涡轮增压、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之间的切换，扩大了增压柴油机的运行范围；申请号：200510025774.0的专利“大小涡轮增压器串并联可调高增压系统”中实现了单级涡轮增压、相继涡轮增压和两级涡轮增压，使涡轮当量流通面积的变化范围更广；申请号为：201310277421.4的专利“多模式大小涡轮增压器柴油机顺序增压结构”通过设置6个控制阀来实现非增压模式、小涡轮增压器模式、大涡轮增压器模式以及大小涡轮增压器模式的切换，提高了柴油机全工况下的进气效率。虽然以上专利中所记载的技术方案均有助于提高柴油机的全工况性能，但仍具有值得改进的共同问题，那就是如何更加简化、更加全面的覆盖柴油机更多工况，而不仅限于现有的经典模式之间的切换。

发明内容

本实用新型的目的在于提供能够分别实现单涡轮增压、高低压串联增压、相继增压、高低压混合串并联增压以及高工况放气增压模式的多阶段可调相继增压柴油机增压结构。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型多阶段可调相继增压柴油机增压结构，其特征是：包括A列气缸、B列气缸、基本涡轮增压器、受控涡轮增压器、基本三通球阀、受控三通球阀，所述基本涡轮增压器包括同轴的基本涡轮和基本压气机，所述受控涡轮增压器包括同轴的受控涡轮和受控压气机，基本压气机通过A列进气管连接A列气缸，基本涡轮通过A列排气管连接A列气缸，受控压气机通过B列进气管连接B列气缸，受控涡轮通过B列排气管连接B列气缸，A列进气管和B列进气管通过进气连通管相通，A列排气管和B列排气管通过排气连通管相通，基本三通球阀的第一端口与基本涡轮出口相连，基本三通球阀的第二端口与大气相通，基本三通球阀的第三端口与受控三通球阀的第三端口相连，受控三通球阀安装在B列排气管上，受控三通球阀的第一端口与B列排气管相通，受控三通球阀的第二端口与受控涡轮入口相连。

本实用新型还可以包括：

1、A列进气管上安装A列中冷器，B列进气管上安装B列中冷器，受控压气机与进气连通管之间的B列进气管上安装空气阀。

本实用新型的优势在于：本实用新型通过在基本涡轮后安装基本三通球阀、在受控涡轮入口前安装受控三通球阀，根据柴油机负荷和转速的变化，可以分别实现单涡轮增压、高低压串联增压、相继增压、高低压混合串并联增压以及高工况放气增压模式，可以有效的改善涡轮增压器和柴油机的匹配性能，特别是能满足中低负荷不同转速下增压柴油机的进气需求，提高了增压柴油机的整机性能。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为基本三通球阀端口示意图；

图3为受控三通球阀端口示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

结合图1～3，本实用新型包括柴油机气缸、基本涡轮3、基本压气机2、受控涡轮15、受控压气机14、进气连通管5、排气连通管8、基本三通球阀1、受控三通球阀12、空气阀13、A列中冷器7及B列中冷器9。其特征在于：基本涡轮3和基本压气机2构成了基本涡轮增压器，受控涡轮15和受控压气机14构成了受控涡轮增压器，柴油机进气管包括A列进气管6和B列进气管10，柴油机排气管包括A列排气管4和B列排气管11，柴油机A、B列排气管通过排气连通管8实现互通，柴油机A、B列进气管通过进气连通管5实现互通；A列中冷器7安装在柴油机A列进气管6上，B列中冷器9安装在柴油机B列进气管10上，空气阀13安装在受控压气机14出口处。

在基本涡轮3出口管道处安装基本三通球阀1，基本三通球阀1第一端口#1与基本涡轮3出口相连，第二端口#2与大气相连，第三端口#3与受控三通球阀12的第三端口#6相连；

在受控涡轮15入口管道处安装受控三通球阀12，受控三通球阀12第一端口#4与B列排气管11出口相连，第二端口#5与受控涡轮15入口相连，第三端口#6与基本三通球阀1的第三端口#3相连。

基本三通球阀1的第三端口#3与受控三通球阀12的第三端口#6通过一段旁通管16相连。

基本三通球阀1的三个端口#1、#2和#3均可以实现互通，受控三通球阀12的三个端口#4、#5和#6均可以实现互通。

多阶段可调相继增压柴油机增压结构及其控制方法，包括以下几个模式：

当柴油机处于低负荷、低转速时，关闭空气阀13，所需进气量和压比均较小。打开基本三通球阀1第一端出口#1和第二端口#2、关闭第三端口#3，此时只有#1与#2端口之间通道保持流通；同时关闭受控三通球阀12第一端口#4，此时所有端口之间通道均保持关闭。

A列排气直接进入基本涡轮3，B列排气经由排气连通管8进入基本涡轮3，基本涡轮3带动基本压气机2工作，则基本涡轮增压器投入工作，压缩空气由基本压气机2出口后，一路通过A列进气管6进入A列气缸，另一路经由进气连通管5进入B列进气管10，之后再进入B列气缸，该模式即为单涡轮增压模式；

当且仅当基本增压器和受控涡轮增压器大小不同时，单涡轮增压模式还可以包括：关闭基本三通球阀1的第一端口#1，则受控涡轮停止工作。打开受控三通球阀12的第一端口#4和第二端口#5、关闭第三端口#6，此时只有#4-#5端口之间通道保持流通，打开空气阀13，柴油机排气经过此通道进入受控涡轮15，此时有且仅有受控涡轮增压器投入工作。

当柴油机处于低负荷、转速逐渐增加时，所需压比较小，所需进气量逐渐增加。打开基本三通球阀1的第一端口#1和第三端口#3、关闭第二端口#2，此时只有#1与#2端口之间通道保持流通；打开受控三通球阀12的第二端口#5和第三端口#6、关闭第一端口#4，此时只有#5与#6端口之间通道保持流通；打开空气阀13。

A列排气直接进入基本涡轮3，B列排气经由排气连通管8进入基本涡轮3，基本涡轮3带动基本压气机2工作，则基本涡轮增压器投入工作，此为高压涡轮；基本涡轮3出口的废气不直接排入大气，经由#1-#3通道，进入废气旁通管16，再经由#6-#5通道流入受控涡轮15，受控涡轮15带动受控压气机14工作，则受控涡轮增压器投入工作，完成废气的二次利用，此为低压涡轮；基本压气机2和受控压气机14入口均与大气相连，基本压气机2和受控压气机14出口后的压缩空气通过A列进气管6和B列进气管10进入柴油机气缸，此模式即为高低压混合串联增压模式。

区别于现有的二级增压技术，仅基本涡轮3和受控涡轮15实现串联运行，基本压气机2和受控压气机14实现并联运行，该模式相比于单涡轮增压能够提供更多的进气量。

当柴油机处于低负荷、高转速时，所需压比较低、所需进气量较大。打开基本三通球阀1的第一端口#1和第二端口#2、关闭第三端口#3，此时只有#1与#2端口之间通道保持流通；打开受控三通球阀12的第一端口#4和第二端口#5、关闭第三端口#6，此时只有#4与#5端口之间通道保持流通；打开空气阀13。

A列排气和B列排气通过排气连通管8完成混合，分别进入基本涡轮3入口和受控三通球阀12第一端口#4；基本涡轮3带动基本压气机2工作，基本涡轮3出口后废气经由#1-#2端口之间通道直接排入大气。排气经由#4-#5端口之间通道进入受控涡轮15后，带动受控压气机14工作之后排气大气，则基本涡轮增压器和受控涡轮增压器并联同时投入工作。此时相当于现有的相继增压技术，该模式即为相继增压模式，能够满足增压柴油机低工况下，低压比大流量的要求。

当柴油机处于高转速、负荷有所增加时，所需压比较有所增加、所需进气量进一步增大。打开基本三通球阀1的第一端口#1和第三端口#3、关闭第二端口#2，此时只有#1-#3端口之间通道保持流通；同时打开受控三通球阀12的三个端口，此时#4、#5和#6三个端口之间通道实现互通，打开空气阀13。

A列排气和B列排气通过排气连通管8完成混合，分别进入基本涡轮3入口和受控三通球阀12第一端口#4。基本涡轮3带动基本压气机2工作，基本涡轮增压器投入工作。基本涡轮3出口后废气经由#1-#3端口之间通道，进入废气旁通管16，流向#6端口；由#4端口进入“高压”废气和又#6端口进入的“低压”废气，经由#5号端口流出进入受控涡轮15，此时受控三通球阀12的工作状态为“两进一出”；受控涡轮15带动受控压气机14工作，则受控涡轮增压器投入工作。基本压气机2和受控压气机14入口均与大气相连，基本压气机2和受控压气机14出口后的压缩空气通过A列进气管6和B列进气管10进入柴油机气缸，此模式即为高低压混合串并联增压模式。

区别于现有的二级增压技术，仅基本涡轮3和受控涡轮15实现串联运行，基本压气机2和受控压气机14实现并联运行；区别于现有的相继增压技术，基本涡轮3和受控涡轮15既包含串联工作，也包含并联工作。受控涡轮15的工作废气为“高低压”混合废气。该模式相比于相继增压增压能够实现更高的压比和更多的进气量。

当柴油机处于高转速、高负荷时，为了防止缸内爆压过高，必须对进气压力加以限制，以保证柴油机的安全运行。同时打开基本三通球阀1的三个端口，此时#1、#2和#3端口之间通道实现互通；同时打开受控三通球阀12的三个端口，此时#4、#5和#6三个端口之间通道实现互通，打开空气阀13。

A列排气和B列排气通过排气连通管8完成混合，分别进入基本涡轮3入口和受控三通球阀12第一端口#4。基本涡轮3带动基本压气机2工作，基本涡轮增压器投入工作。基本涡轮3出口后废气经由#1-#2端口之间通道排入大气。由#4端口进入“高压”废气一部分经由又#6端口进入废气旁通管16，经由#3-#2端口之间通道直接排入大气，另一部分经由#5端口进入受控涡轮15中，此时受控三通球阀12的工作状态为“一进两出”；受控涡轮15带动受控压气机14工作，则受控涡轮增压器投入工作。基本压气机2和受控压气机14入口均与大气相连，基本压气机2和受控压气机14出口后的压缩空气通过A列进气管6和B列进气管10进入柴油机气缸，此模式即为高工况放气增压模式。

本实用新型多阶段可调相继增压柴油机增压结构，包括柴油机气缸、基本涡轮、基本压气机、受控涡轮、受控压气机、进气连通管、排气连通管、基本三通球阀、受控三通球阀、空气阀以及中冷器。基本涡轮和基本压气机构成了基本涡轮增压器，受控涡轮和受控压气机构成了受控涡轮增压器，柴油机进气管包括A列进气管和B列进气管，柴油机排气管包括A列排气管和B列排气管，柴油机A、B列进气管通过进气连通管实现互通，柴油机A、B列排气管通过排气连通管实现互通；中冷器分别安装在柴油机进气管上，空气阀安装在受控压气机出口处，基本三通球阀安装在基本涡轮出口管道处，受控三通球阀安装在受控涡轮入口管道处。

基本三通球阀第一端口与基本涡轮出口相连，第二端口与大气相连；受控三通球阀第一端口与B列排气管出口相连，第二端口与受控涡轮入口相连，基本三通球阀的第三端口与受控三通球阀的第三端口通过一段旁通管相连。

基本涡轮出口处安装本三通球阀，受控涡轮入处安装受控三通球阀，且两个三通阀均为T型三通球阀，可以同时实现三个通道的相互连通及切换。

多阶段可调相继增压柴油机增压方法，包括以下几种模式：

当柴油机处于低负荷、低转速时，关闭空气阀，关闭受控三通球阀的第一端口，打开基本三通球阀第一端口和第二端口、关闭第三端口，此时只有基本涡轮增压器投入工作，此时为单涡轮增压模式；

当柴油机处于低负荷、转速逐渐增加时，打开基本三通球阀的第一端口和第三端口、关闭第二端口，打开受控三通球阀的第二端口和第三端口、关闭第一端口，打开空气阀，基本涡轮增压器和受控涡轮增压器同时工作，且仅限于基本涡轮和受控涡轮串联工作，此时为高低压串联增压模式；

当柴油机处于低负荷、高转速时，打开基本三通球阀的第一端口和第二端口、关闭第三端口，打开受控三通球阀的第一端口和第二端口、关闭第三端口，打开空气阀，基本涡轮增压器和受控涡轮增压器并联同时投入工作，此时为相继增压模式；

当柴油机处于高转速、负荷有所上升时，打开基本三通球阀的第一端口和第三端口、关闭第二端口，打开空气阀，同时打开受控三通球阀的三个端口，基本涡轮增压器和受控涡轮增压器同时投入工作，且仅限于基本涡轮和受控涡轮实现串联工作，此时为高低压混合串并联增压模式；

当柴油机处于高转速、高负荷时，同时打开基本三通球阀的三个端口，同时打开受控三通球阀的三个端口，打开空气阀，基本涡轮增压器和受控涡轮增压器同时工作，此时为高工况放气增压模式。

Claims (2)

1.多阶段可调相继增压柴油机增压结构，其特征是：包括A列气缸、B列气缸、基本涡轮增压器、受控涡轮增压器、基本三通球阀、受控三通球阀，所述基本涡轮增压器包括同轴的基本涡轮和基本压气机，所述受控涡轮增压器包括同轴的受控涡轮和受控压气机，基本压气机通过A列进气管连接A列气缸，基本涡轮通过A列排气管连接A列气缸，受控压气机通过B列进气管连接B列气缸，受控涡轮通过B列排气管连接B列气缸，A列进气管和B列进气管通过进气连通管相通，A列排气管和B列排气管通过排气连通管相通，基本三通球阀的第一端口与基本涡轮出口相连，基本三通球阀的第二端口与大气相通，基本三通球阀的第三端口与受控三通球阀的第三端口相连，受控三通球阀安装在B列排气管上，受控三通球阀的第一端口与B列排气管相通，受控三通球阀的第二端口与受控涡轮入口相连。

2.根据权利要求1所述的多阶段可调相继增压柴油机增压结构，其特征是：A列进气管上安装A列中冷器，B列进气管上安装B列中冷器，受控压气机与进气连通管之间的B列进气管上安装空气阀。