CN205400896U - 内燃机恒压供气装置及具有该装置的内燃机 - Google Patents

Abstract

内燃机恒压供气装置及具有该装置的内燃机，包括进气口与大气连通的空气滤清器（1）；进气口与所述空气滤清器（1）的出气口连通的鼓风机（2）；与所述鼓风机（2）传动连接的原动机（5）；进气口与所述鼓风机（2）的出气口连接的内燃机（8）；检测内燃机（8）进气口压力的压力传感器（3）；与所述压力传感器（3）和原动机（5）的控制机构电连接的控制器（4）；两端分别与所述空气滤清器（1）的出气口和内燃机（8）的进气口连通的进气旁路管；设置在所述进气旁路管上的单向阀（6）。本实用新型提供的技术方案，能实现内燃机在高海拔地区运行时恒压供气，提高内燃机在高海拔地区运行时的输出功率。

Description

内燃机恒压供气装置及具有该装置的内燃机

技术领域

本实用新型涉及内燃机高原适用性技术领域，尤其是涉及一种内燃机在高海拔地区使用时的功率恢复装置及具有该装置的内燃机。

背景技术

高原地区海拔较高，海拔越高，大气压力越低，空气越稀薄，空气中的含氧量越低，例如在海拔5500米的高原上，大气压力约为50kPa，密度约为0.7kg/m³，分别大约为平原的50%和57%。低大气压、空气中低氧含量常导致内燃机在高海拔地区运行时因供气不足，输出功率严重下降。有数据显示：海拔高度每增加1000m，内燃机输出功率下降约12%，在位于海拔4000m高度地方工作的内燃机功率只能达到它在零海拔地方工作时输出功率的50%左右。

目前恢复内燃机在高海拔地区输出动力的常用方法是采用涡轮增压技术。普通单级涡轮增压系统可以在一定海拔范围内恢复内燃机的功率。这是因为，当海拔升高时，由于排气背压降低，涡轮膨胀比和涡轮前废气温度均增加，涡轮进口气体能量的增加导致涡轮输出功率的增加，从而提高了涡轮增压器的转速，这样就会使压气机形成较高的增压压力，压比升高，补偿因海拔升高所产生的进气量减少，体现了涡轮增压的自动补偿能力。但是在更高海拔范围内，受增压器压比、转速和流量范围的限制，会出现内燃机进气量不足、功率下降、增压器转速升高、工作点进入非工作区等现象。另外，对于不断移动的车辆等设备，海拔变化范围大，增压器匹配点选择困难，其适用性有限。

二级增压技术，是采用两个不同的增压器和内燃机的气路串连起来，使内燃机从低速到高速的整个运行工况范围内，都具有较高的增压压力，而每一级增压器的增压比较低，压气机可以在宽流量范围、高效率区内稳定工作，从而满足内燃机在不同工况下的各项性能指标要求。但是这种增压系统在结构上需要布置两台增压器，以及它们之间的调节机构、连接管路等，这不仅需要对原有内燃机结构做出很大改动，同时也增加了有限空间内部件紧凑布置的难度；另外，对于采用二级增压系统的内燃机，在任何海拔高度下增压系统中的两级增压器都要同时投入工作，当两级增压设计匹配点选择为平原地区的发动机，到了高原地区运行时，随着海拔的升高，空气密度下降，发动机功率也会相应下降。当两级增压设计匹配点选择为高原地区的发动机，到了平原地区运行时，发动机低速段的排放性能又难以保证。针对高海拔恢复功率的二级增压系统匹配和以平原工作性能提高为目的的增压系统匹配参数是完全不同的，难以兼顾。此外，这种增压装置结构复杂，其适用性改善有限。

CN102155290A公开了一种用于恢复内燃机高原动力的燃机型辅助增压系统，包括：辅助空滤器，辅助增压压气机，辅助燃烧压气机，辅助涡轮，电磁阀喷油装置，燃烧室，点火装置，起动与控制系统，切换阀；辅助增压压气机、辅助燃烧压气机和辅助涡轮同轴连接，辅助空滤器进口与大气相连通，辅助增压压气机进口、辅助燃烧压气机进口与辅助空滤器出口连通，电磁阀喷油装置为燃烧室提供燃油，燃烧室进口与辅助燃烧压气机出口连通，辅助涡轮进口与燃烧室出口连通，辅助涡轮出口与大气连通，两位三通切换阀分别与辅助增压压气机出口、大气和主增压系统进口连通。内燃机工作在高海拔地区时采用高压空气供给燃烧室直接起动辅助增压系统，新鲜空气首先通过辅助空滤器后，分别进入辅助增压压气机和辅助燃烧压气机压缩，燃油通过电磁阀喷油装置喷入到燃烧室中，经过雾化的燃油与来自辅助燃烧压气机的压缩空气混合，由燃烧室点火装置将油气混合物点燃，产生的高温燃气推动辅助涡轮膨胀做功，以驱动辅助增压压气机和辅助燃烧压气机，由辅助增压压气机流出的压缩空气流经切换阀和空滤器后，进入到压气机被进一步压缩，然后经过中冷器冷却降低空气的温度和体积流量，最后空气进入内燃机与燃油混合燃烧，燃烧产生的高温废气进入到主增压系统的涡轮膨胀做功，以驱动其压气机，经过涡轮膨胀后的废气排入大气。车辆在平原地区工作时，切换阀仅使大气与空滤器连通，依靠主增压系统与内燃机正常匹配和工作，其工作原理与普通增压内燃机无异，完全不受高原恢复功率装置的影响；随着车辆行驶海拔高度的提高，主增压系统可以在一定范围内单独工作恢复内燃机的高原动力，也可以联合辅助增压系统共同工作，恢复内燃机的功率；辅助增压系统可以自由拆装。

然而，CN102155290A提供的技术方案，在结构上需要布置三台增压器、辅助燃烧装置、以及它们之间的调节机构、连接管路等，这不仅需要对原有内燃机结构做出更大的改动，同时也大幅度增加了有限空间内部件紧凑布置的难度。另外，辅助燃烧装置工作过程中需额外增加能耗。

针对现有技术现状，迫切需要开发一种内燃机恒压供气装置，以满足实际使用的需要。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提供一种能实现内燃机在高海拔地区运行时恒压供气，提高内燃机在高海拔地区运行时的输出功率的内燃机恒压供气装置及内燃机。

为了解决上述技术问题，一方面，本实用新型提供一种内燃机恒压供气装置，它包括进气口与大气连通的空气滤清器；进气口与所述空气滤清器的出气口连通的鼓风机；与所述鼓风机传动连接的原动机；进气口与所述鼓风机的出气口连接的内燃机；检测内燃机进气口压力的压力传感器；与所述压力传感器和原动机的控制机构电连接的控制器；两端分别与所述空气滤清器的出气口和内燃机的进气口连通的进气旁路管；设置在所述进气旁路管上的单向阀。

作为进一步改进技术方案，本实用新型提供的内燃机恒压供气装置，还具有与所述鼓风机的出气口连通的蓄能器。

作为进一步改进技术方案，本实用新型提供的内燃机恒压供气装置，还具有进气口与所述鼓风机的出气口连通，出气口与所述内燃机的进气口连通的中冷器。

作为进一步改进技术方案，本实用新型提供的内燃机恒压供气装置，还具有进气口与所述鼓风机的出气口连通，出气口与所述内燃机的进气口连通的辅助空气滤清器。

作为进一步改进技术方案，本实用新型提供的内燃机恒压供气装置，还具有进气口与所述鼓风机的出气口连通的中冷器；进气口与所述中冷器的出气口连通，出气口与所述内燃机的进气口连通的辅助空气滤清器。

为了解决上述技术问题，另一方面，本实用新型提供一种内燃机，所述内燃机的进气口连接有前述任一项所述的内燃机恒压供气装置。

在不冲突的情况下上述改进方案可单独或组合实施。

本实用新型提供的技术方案，当内燃机在高海拔地方运行时，空气经过空气滤清器过滤，进入鼓风机加压，加压后的空气进入内燃机气缸。在内燃机进气管路上安装压力传感器，压力传感器检测内燃机的进气口压力，压力传感器设定的目标压力为一个大气压，当内燃机进气口压力发生变化时，压力传感器检测到的压力变化作为反馈信号输入控制器，控制器根据压力信号的变化调整原动机转速，原动机带动鼓风机做出相应调整，改变鼓风机出口压力，形成闭环控制，维持内燃机进气口压力稳定。实现内燃机在高海拔地区运行时恒压供气，提高内燃机在高海拔地区运行时的输出功率，有效解决现有技术中增压器匹配点选择困难的难题。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是实施例内燃机恒压供气装置的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步的详细说明。

如图1所示的内燃机及其内燃机恒压供气装置，包括进气口与大气连通的空气滤清器1；进气口与空气滤清器1的出气口连通的鼓风机2；与鼓风机2传动连接的原动机5，原动机5可以是调速电动机或内燃机；进气口与鼓风机2的出气口连通的中冷器7；检测内燃机8进气口压力的压力传感器3；与压力传感器3和原动机5的控制机构电连接的控制器4；两端分别与空气滤清器1的出气口和内燃机8的进气口连通的进气旁路管；设置在进气旁路管上的单向阀6。

本实施例提供的内燃机恒压供气装置，当内燃机8在高海拔地方运行时，空气经过空气滤清器1过滤，进入鼓风机2加压，加压后的空气通过中冷器7冷却降温后进入内燃机8的气缸。在内燃机8进气管路上安装压力传感器3，压力传感器3检测内燃机8的进气口压力，压力传感器3设定的目标压力为一个大气压，当内燃机8进气口压力发生变化时，压力传感器3检测到的压力变化作为反馈信号输入控制器4，控制器4根据压力信号的变化调整原动机5的转速，原动机5带动鼓风机2做出相应调整，改变鼓风机2的出口压力，形成闭环控制，从而维持内燃机8进气口的压力稳定。当内燃机8进气口压力再次变化时，快速进入下一个循环控制，这样就可以保持内燃机8进气口压力的稳定。

当鼓风机2、原动机5、压力传感器3、控制器4等组成的供气部位出现故障，供气压力小于外界空气压力时，单向阀6自动开启，新鲜空气经过旁路及单向阀6进入内燃机8，仍可维持内燃机8运转。当内燃机在平原环境作业时，外部大气压力约为一个大气压，恒压供气装置为低功耗状态，此时，空气可经空气滤清器1、进气旁路管及单向阀6进入内燃机8的进气管路，实现旁路供气，原动机5不起动，可保证内燃机的运转。

控制器4采用PID算法进行误差校正，根据检测的压力信号进行自动控制，调整原动机5转速，从而维持供气压力的稳定。

控制器4具有存储功能，通过压力传感器3检测内燃机8进气口的在线压力、建立数据库、进行分析，通过数据分析可以获得内燃机最优工作状态的实现条件。

在其它实施例中鼓风机2的出气口可不设中冷器7，中冷器7具有冷却降低进入内燃机8的空气的温度和提高空气密度的作用。

可选地，鼓风机2的出气口还设有与其连通的蓄能器。蓄能器具有缓冲进入内燃机空气压力波动的作用，保证进入内燃机8的空气压力稳定。内燃机8在短期所需空气量大时，由蓄能器与鼓风机2同时供气，所需空气量较小时，鼓风机2将多余的空气向蓄能器充气，这样，可节省能源，降低温升；系统中有冲击压力时，蓄能器可降低鼓风机2压力脉动的峰值。当内燃机8急加速时所需空气量突增，则蓄能器与鼓风机2同时供气；当内燃机8急减速时，所需空气量突然减小，则蓄能器能防止供气压力的突增，确保内燃机稳定工作。

可选地，在中冷器7的出气口还连接有辅助空气滤清器，辅助空气滤清器的出气口与内燃机8的进气口连通。辅助空气滤清器是过滤经过鼓风机后空气中的杂质，考虑到辅助空气滤清器的进气阻力，把压力传感器3装在辅助空气滤清器的后面,内燃机8进气口前面。

显然，本实用新型不限于以上优选实施方式，还可在本实用新型权利要求和说明书限定的精神内，进行多种形式的变换和改进，能解决同样的技术问题，并取得预期的技术效果，故不重述。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接或联想到的所有方案，只要在权利要求限定的精神之内，也属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种内燃机恒压供气装置，其特征在于：包括进气口与大气连通的空气滤清器（1）；进气口与所述空气滤清器（1）的出气口连通的鼓风机（2）；与所述鼓风机（2）传动连接的原动机（5）；进气口与所述鼓风机（2）的出气口连接的内燃机（8）；检测内燃机（8）进气口压力的压力传感器（3）；与所述压力传感器（3）和原动机（5）的控制机构电连接的控制器（4）；两端分别与所述空气滤清器（1）的出气口和内燃机（8）的进气口连通的进气旁路管；设置在所述进气旁路管上的单向阀（6）。

2.根据权利要求1所述的内燃机恒压供气装置，其特征在于：还具有与所述鼓风机（2）的出气口连通的蓄能器。

3.根据权利要求1所述的内燃机恒压供气装置，其特征在于：还具有进气口与所述鼓风机（2）的出气口连通，出气口与所述内燃机（8）的进气口连通的中冷器（7）。

4.根据权利要求1所述的内燃机恒压供气装置，其特征在于：还具有进气口与所述鼓风机（2）的出气口连通，出气口与所述内燃机（8）的进气口连通的辅助空气滤清器。

5.根据权利要求1所述的内燃机恒压供气装置，其特征在于：还具有进气口与所述鼓风机（2）的出气口连通的中冷器（7）；进气口与所述中冷器（7）的出气口连通，出气口与所述内燃机（8）的进气口连通的辅助空气滤清器。

6.一种内燃机，其特征在于：所述内燃机的进气口连接有权利要求1～5任一项所述的内燃机恒压供气装置。