CN206987957U - 一种双级增压国vi发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双级增压国VI发动机，属于双级增压发动机技术领域。其技术方案为：包括由一个低压涡轮增压器与一个高压涡轮增压器串联组成的双级增压系统，低压涡轮增压器中低压级压气机的出气端设置有低压水冷冷却器，高压涡轮增压器中高压级压气机的出气端设置由高压水冷冷却器，低压水冷冷却器、高压水冷冷却器及水箱通过管路串联构成冷却水回路。本实用新型的有益效果为：双级增压系统可以用高压级小涡轮满足响应性要求，并使发动机较低的转速实现最大扭矩；用低压级大涡轮满足高速区域大扭矩要求。通过匹配增压器涡端流道，调整废气驱动两个涡轮的动能比例，在满足较大压缩比、大流量的同时又不产生较多的泵气损失。

Description

一种双级增压国VI发动机

技术领域

本实用新型属于双级增压发动机技术领域，具体涉及一种双级增压国VI发动机。

背景技术

随着环境污染日益严重和能源日益短缺，世界各国对汽车节能减排越来越重视，排放法规也日益严格。高效、节能、环保是发动机技术发展的主要目标，涡轮增压技术能大大改善发动机的动力性、经济性，降低尾气中的污染物排放。两级增压技术能够显著提高柴油机的功率，改善柴油机低速扭矩，降低排放和油耗。因而两级增压技术成为国内柴油机开发中的一个重要方向。

两级增压在提高混合气体密度的同时，势必带来混合气温度的升高，温度的提升反过来对提高进气效率、降低发动机爆压、降低排放中的氮氧化合物以及改善发动机低速性能起到反作用，因此在两级增压器之间加装级间中冷器是非常必要的。

实用新型内容

为解决上述已有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种可适应发动机不同工况的水冷两级增压系统、一种空气管理系统、一种冷却液管理系统、一种废气再循环系统。

一种双级增压国VI发动机，包括由依次连接的低压涡轮增压器与高压涡轮增压器组成的双级增压系统，所述低压涡轮增压器中低压级压气机2的出气端设置有低压水冷冷却器4，所述高压涡轮增压器中高压级压气机5的出气端设置由高压水冷冷却器8，低压水冷冷却器4、高压水冷冷却器8与低温水箱13的出水端连接；所述低压水冷冷却器4、高压水冷冷却器8的回水端依次通过水泵11、三通控制水阀12与低温水箱13的进水端连接；水泵11的进水端还连接水箱10；所述三通控制水阀12的进水端连接水泵11的出水端，两个出水端分别连接低温水箱13的进水端及水泵11的进水端；

所述高压涡轮增压器中的高压级涡轮6进出气端跨接增压器放气阀23。

优选为，所述增压器放气阀23为气压弹簧阀，其气路设置电控压力阀24，电控压力阀24连接ECU25。

优选为，所述电控压力阀24的进气端连接所述高压级压气机5的出气端，电控压力阀24的出气端连接所述增压器放气阀23。

优选为，所述三通控制水阀12与所述ECU25电连接。

优选为，所述高压涡轮增压器中的高压级压气机5的出气端与所述发动机进气管16之间依次设置流量测量组件14、进气控制阀15，进气控制阀15的出气端并联两条气路，一条连接发动机进气管16，另一条连接所述电控压力阀24；

所述流量测量组件14、进气控制阀15均连接ECU25。

优选为，所述ECU25与发动机21的气压比例阀19和EGR控制阀20连接。

水冷两级增压系统：水冷两级增压系统由高压级增压器和低压级增压器组成的增压器总成、低压级水冷冷却器、高压级水冷冷却器及其之间的管路组成。

级间可控放气阀，设置在高压级涡轮端，该放气阀串联了一个由ECU控制的电控压力阀，当ECU监控到发动机进气量过多时，通过电控压力阀出口气体压力控制放气阀的开启，是由ECU控制，不不但可以控制放气阀的开关，而且可以在设定的工作区域内实现闭环控制，通过ECU对脉冲阀的占空比进行控制，使发动机能够获得比较理想的进气量要求，这样有效地提高发动机在各负荷和工况的燃油经济性以及较好的排放性能。另一方面，两级增压发动机的新鲜空气在经过低压级增压之后温度势必会升高，这样的高温气体进入高压级压气机会造成增压效率降低的后果，因此压缩后的高温气体进入高压级压气机之前需要先进行冷却，即级间冷却。将常规安装在整车上的空空中冷，更改为安装在发动机本体上的水空中冷。

空空中冷依靠汽车行驶中迎面吹来风散热，管道长，冷却器体积庞大。该中冷方式无法通过ECU对进气温度进行合理控制。当冬季行驶或高速行驶时，可能出现过度散热的情况，不利于热车；当夏季行驶或市区低速路况行驶时则可能出现散热不足情况，降低发动机效率和寿命。而本发明中的水冷方式具有体积小、散热能力可控等优点。进气道内的空气如果不能得到良好的散热，主要有两方面影响：首先，因气体升温膨胀，空气较为“蓬松”，虽然进气体积流量不变，但是进气的含氧量降低了，从而导致不完全燃烧，易产生积碳，加剧NOX、CH等污染物的排放。其次，高温空气进入燃烧室，会造成燃烧室内温度升高，导致整个燃烧室以及排气系统温度过高，非常不利于发动机的可靠性。本发明中的水冷式中冷器直接安装在发动机本体上，连接管路短且稳定，冷却器靠冷却液带走压缩空气的热量，然后交给冷却系统散热，而进气道里面的空气始终都能保持一个相对稳定的温度。不容易受到用车环境和天气的影响。

一种空气管理系统：在发动机的中冷后到进气总管之间增加空气管理系统，主要包括进气流量测量组件和空气控制阀。进气流量测量组件安装在空气控制阀的上游，发动机处于大负荷时空气控制阀是常开的，当发动机负荷降低，EGR率降低，此时通过空气控制阀的阀片开度适当降低新鲜空气的进气流量，使新鲜空气与EGR后混合空气的温度升高，从而降低NOX生成，以满足排放法规的要求。

一种冷却液管理系统：发动机的进气压缩空气由水冷冷却器直接冷却，为了满足苛刻的要求，需要对发动机的整个冷却液循环系统进行管理。主要包括水泵、三通控制水阀、低温水箱、通往各处的冷却液通道。此子系统可以根据各温度传感器得到的数据，在不同发动机工况调节低温冷却液的流量，以达到控制进气温度的目的。三通控制水阀，除了满足低温冷却液流量控制之外，还保证了进入低温循环系统的冷却液压力不至于过高。

一种废气再循环系统：废气再循环系统包括，EGR冷却器、EGR控制阀、EGR气压比例控制阀等。利用ECU控制EGR气压比例阀的输出气压来控制EGR控制阀的开度，通过控制EGR控制阀的开度达到控制EGR率的目的，并最终控制排放物。

通过试验，本实用新型的有益效果是，双级增压系统可以用高压级小涡轮满足响应性要求，并使发动机较低的转速实现最大扭矩；用低压级大涡轮满足高速区域大扭矩要求。通过匹配增压器涡端流道，调整废气驱动两个涡轮的动能比例，在满足较大压缩比、大流量的同时又不产生较多的泵气损失。

国Ⅵ排放标准即将实施，与国Ⅴ阶段相比，国Ⅵ排放限值NOx加严70%以上；PM加严60%以上，本申请增加空气控制系统，大幅度降低柴油发动机的裸机排放。同时符合OBD的法规要求。

水冷空气冷却器可以实现更低的增压器空气压降，更低的增压空气温度，更快的热机速度。

附图说明

图1 为本实用新型实施例的原理示意图。

其中，附图标记为：1、空气滤清器；2、低压级压气机；3、低压级涡轮；4、低压级冷却器；5、高压级压气机；6、高压级涡轮；7、低压级节温器；8、高压级冷却器；9、高压级节温器；10、水箱；11、水泵；12、三通控制水阀；13、低温水箱；14、流量测量组件；15、进气控制阀；16、发动机进气管；17、EGR冷却器；18、节温器；19、气压比例阀；20、EGR控制阀；21、发动机；22、发动机排气管；23、增压器放气阀；24、电控压力阀；25、ECU。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

参见图1，一种双级增压国VI发动机，包括由依次连接的低压涡轮增压器与高压涡轮增压器组成的双级增压系统，低压涡轮增压器中低压级压气机2的出气端设置有低压水冷冷却器4，高压涡轮增压器中高压级压气机5的出气端设置由高压水冷冷却器8，低压水冷冷却器4、高压水冷冷却器8与低温水箱13的出水端连接；低压水冷冷却器4、高压水冷冷却器8的回水端依次通过水泵11、三通控制水阀12与低温水箱13的进水端连接；水泵11的进水端还连接水箱10；三通控制水阀12的进水端连接水泵11的出水端，两个出水端分别连接低温水箱13的进水端及水泵11的进水端；

高压涡轮增压器中的高压级涡轮6进出气端跨接增压器放气阀23。

增压器放气阀23为气压弹簧阀，其气路设置电控压力阀24，电控压力阀24连接ECU25。

电控压力阀24的进气端连接高压级压气机5的出气端，电控压力阀24的出气端连接增压器放气阀23。

三通控制水阀12与ECU25电连接。

高压涡轮增压器中的高压级压气机5的出气端与发动机进气管16之间依次设置流量测量组件14、进气控制阀15，进气控制阀15的出气端并联两条气路，一条连接发动机进气管16，另一条连接电控压力阀24；

流量测量组件14、进气控制阀15均连接ECU25。

ECU25与发动机21的气压比例阀19和EGR控制阀20连接。

本申请工作过程为，本发明的工作过程如下：

（1）新鲜空气通过空气滤清器1进入到低压级压气机2，压缩后的空气经过低压级冷却器4、高压级压气机5、高压级冷却器8、流量测量组件14、进气控制阀15到达发动机进气管16，然后分配到各缸。新鲜空气经低压级压气机2和高压级压气机5两级增压后，进气量更多，可以提高升功率。新鲜空气经过低压级压气机2压缩后，温度升高，高温气体在水冷低压级冷却器4内冷却；然后再经过高压级压气机5压缩后，温度再次升高，高温气体在水冷高压级冷却器8内再次冷却。冷却后的气体，经过流量测量组件14，ECU25实时接收流量测量组件14数据，根据ECU25的标定在特定条件下通过调节进气控制阀15的开度来进行发动机的热管理。

（2）增压后气体到达发动机进气管16时，电控压力阀24会根据发动机进气管16中的气压和ECU发过来的电信号指令控制增压器放气阀23的开闭程度。当发动机处于怠速、低速或低负荷时，ECU25根据采集到的转速和扭矩信号，将该工况对应的电控压力阀占空比发送给电控压力阀24，电控压力阀24将占空比电信号转化为实际的开度，电控压力阀24的开度决定了进入增压器放气阀23的空气压力，从而影响放气阀23的开度，从而控制高压级涡轮6的效率以保证增压器的转速不会高过，增压后的空气压力不会过高。

（3）当不需要放气阀放气时增压器放气阀23与电控压力阀24间管路内的高压气体从电控压力阀24的A端泄掉，电控压力阀24使放气阀23关闭，废气从发动机排气管22送到高压级涡轮6、低压级涡轮3做功驱动相应的高压级压气机5、低压级压气机2工作；当发动机处于较高速运转、较高负荷时，ECU25传递给电控压力阀24信号，电控压力阀24使增压器放气阀23部分开启，部分废气由高压级涡轮6到低压级涡轮3，另一部分废气直接从发动机排气管22通过高压级涡轮6内部的通道旁通到低压级涡轮3，降低高压级涡轮转速及增压效率；当中冷后进气压力过高时，ECU25传递给电控压力阀24信号，电控压力阀24使增压器放气阀23完全开启，大部分废气通过高压级涡轮5内部的通道旁通到低压级涡轮3，只有一小部分废气进入高压机涡轮6。

（4）级间进气冷却回路可以为高压级压气机5提供低温的预压缩气，在热机状态，由水泵11从水箱10中取水经压缩进入三通控制水阀12，然后进入低温水箱13继续冷却。经过再次冷却的低温冷却液一路通过低压级节温器7进入低压级冷却器4，然后回到水泵11入口；另外一路通过高压级节温器9进入高压机冷却器8，然后回到水泵11入口。当水泵11提供的水压过高时，三通控制水阀12上的泄压装置工作，将压力过高的冷却液分流到水泵11前。在冷机状态，三通控制水阀12关闭，增压后的新鲜空气温度高于环境温度，有利于发动机快速热机。当高压级压气机5前的气体温度、高压级压气机5后的气体温度或高压级冷却器8后的气体温度高于标定值时三通控制水阀12打开，低温冷却液通往低温水箱13然后通往低压级节温器7和高压级节温器9。当达到低压级节温器7开启条件时，低压级冷却管路完全打通，冷却液完全流通；当达到高压级节温器9开启条件时，高压级冷却管路完全打通，冷却液完全流通。

5）发动机冷却回路由水泵11直接从水箱10中取水经压缩后达到缸体、缸盖等进行冷却，冷却后冷却液回到节温器18处。当冷却液温度较低时，节温器18关闭，冷却液经发动机EGR冷却器17回到水泵11，进行发动机内部小循环；当冷却液温度较高时，节温器18慢慢开启，冷却液部分回到水箱10，此时发动机大小循环同时进行；当冷却液温度超过节温器完全开启温度时，节温器完全打开，冷却液全部回到水箱10中，发动机进行大循环。

（6）当需要废气再循环（EGR）时，ECU25控制气压比例阀19为EGR控制阀20提供合理的高压气体，进而控制发动机的EGR率。高温废气经过EGR冷却器17冷却后进入发动机进气管16，然后进入燃烧室参与燃烧。

本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种双级增压国VI发动机，包括由依次连接的低压涡轮增压器与高压涡轮增压器组成的双级增压系统，其特征在于，所述低压涡轮增压器中低压级压气机（2）的出气端设置有低压水冷冷却器（4），所述高压涡轮增压器中高压级压气机（5）的出气端设置由高压水冷冷却器（8），低压水冷冷却器（4）、高压水冷冷却器（8）与低温水箱（13）的出水端连接；所述低压水冷冷却器（4）、高压水冷冷却器（8）的回水端依次通过水泵（11）、三通控制水阀（12）与低温水箱（13）的进水端连接；水泵（11）的进水端还连接水箱（10）；所述三通控制水阀（12）的进水端连接水泵（11）的出水端，两个出水端分别连接低温水箱（13）的进水端及水泵（11）的进水端；

所述高压涡轮增压器中的高压级涡轮（6）进出气端跨接增压器放气阀（23）。

2.根据权利要求1所述的双级增压国VI发动机，其特征在于，所述增压器放气阀（23）为气压弹簧阀，其气路设置电控压力阀（24），电控压力阀（24）连接ECU（25）。

3.根据权利要求2所述的双级增压国VI发动机，其特征在于，所述电控压力阀（24）的进气端连接所述高压级压气机（5）的出气端，电控压力阀（24）的出气端连接所述增压器放气阀（23）。

4.根据权利要求2所述的双级增压国VI发动机，其特征在于，所述三通控制水阀（12）与所述ECU（25）电连接。

5.根据权利要求3所述的双级增压国VI发动机，其特征在于，所述高压涡轮增压器中的高压级压气机（5）的出气端与所述发动机进气管（16）之间依次设置流量测量组件（14）、进气控制阀（15），进气控制阀（15）的出气端并联两条气路，一条连接发动机进气管（16），另一条连接所述电控压力阀（24）；

所述流量测量组件（14）、进气控制阀（15）均连接ECU（25）。

6.根据权利要求2所述的双级增压国VI发动机，其特征在于，所述ECU（25）与发动机（21）的气压比例阀（19）和EGR控制阀（20）连接。