CN207960769U - 一种活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，包括曲轴、气缸、涡轮和排气总管，曲轴与气缸内的活塞传动连接，排气总管用于在排气时与气缸连通，涡轮的废气进口与排气总管连通，涡轮的废气出口设有涡轮后排气管；其中，还包括：缓冲气缸，缓冲气缸的第一端与排气总管连通，缓冲气缸的第二端通过旁通管与涡轮后排气管连通；控制阀，控制阀设置在缓冲气缸与排气总管的连接处；缓冲活塞，缓冲活塞可滑动地设置在缓冲气缸内；推杆，推杆与穿过缓冲气缸的第二端且与缓冲活塞连通；本实用新型结构紧凑，占用空间小，可系列化生产，拆装方便，适用于各种缸数的可变涡轮增压系统。

Description

一种活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置

技术领域

本实用新型涉及涡轮增压技术领域，特别是一种活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置。

背景技术

可变涡轮增压系统能够有效减缓柴油机与增压器匹配的高低工况矛盾，提高柴油机低转速工况的动力性和燃油经济性。在柴油机上应用相继增压、二级可调增压或可变几何涡轮增压器等可变涡轮增压系统时，在柴油机低转速工况，由于当量喷嘴环面积较小，对排气压力脉冲形成很强的反射作用，使排气压力脉冲过高，增加了活塞将废气推出气缸所需要消耗的能量，也增加了脉冲能量损失，使柴油机燃油耗升高。

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，其原理是在低速工况时用小容积排气管，增强脉冲作用，高转速时应用大容积排气管，降低流动阻力，这种系统和控制策略适用于固定截面的涡轮增压器或者带旁通阀的涡轮增压器，而在相继增压、二级可调增压或可变截面涡轮增压系统中，这种系统会明显提高低转速时的排气压力波幅度，增加发动机能耗，达不到节能的效果。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种活塞式脉冲能量延迟释放的涡轮增压系统，在柴油机低速运行时，能有效降低涡轮当量流通面积过小引起的过大的压力脉冲幅度，降低排气系统阻力，充分利用排气脉冲能量。

本实用新型提供了一种活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，包括曲轴、气缸、涡轮和排气总管，所述曲轴与所述气缸内的活塞传动连接，所述排气总管用于在排气时与所述气缸连通，所述涡轮的废气进口与所述排气总管连通，所述涡轮的废气出口设有涡轮后排气管；

其中，还包括：

缓冲气缸，所述缓冲气缸的第一端与所述排气总管连通，所述缓冲气缸的第二端通过旁通管与所述涡轮后排气管连通；

控制阀，所述控制阀设置在所述缓冲气缸与所述排气总管的连接处；

缓冲活塞，所述缓冲活塞可滑动地设置在所述缓冲气缸内；

推杆，所述推杆穿过所述缓冲气缸的第二端且与所述缓冲活塞连接；所述推杆用于在自由排气中期压力波峰期拉动所述缓冲活塞向所述缓冲气缸的第二端移动，在强制排气末期压力波谷期推动所述缓冲活塞向所述缓冲气缸的第一端移动。

如上所述的活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，其中，优选的是，还包括离合器和传动机构，所述传动机构的第一端通过所述离合器与所述曲轴传动连接，所述传动机构的第二端与所述推杆连接。

如上所述的活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，其中，优选的是，所述传动机构包括第一带轮、第二带轮、缓冲曲柄和缓冲连杆；

所述第一带轮与所述离合器传动连接，所述第一带轮与所述第二带轮通过皮带连接；所述缓冲曲柄的第一端与所述第二带轮连接，所述缓冲曲柄的第二端与所述缓冲连杆的第一端铰接，所述缓冲连杆的第二端与所述推杆位于所述缓冲气缸外的一端铰接。

如上所述的活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，其中，优选的是，所述第一带轮和所述第二带轮均为齿形带轮，所述皮带为齿形带。

如上所述的活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，其中，优选的是，所述第一带轮与所述第二带轮之间的传动比为排气总管所连气缸数的一半。

如上所述的活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，其中，优选的是，所述推杆与所述缓冲气缸之间可滑动地密封连接。

如上所述的活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，其中，优选的是，所述缓冲气缸与所述缓冲活塞之间可滑动地密封连接。

与现有技术相比，本实用新型在发动机低速稳态工况下，控制阀开启；在自由排气中期，气门排气速度较大，推杆拉动缓冲活塞向缓冲气缸的第二端移动，降低高速排气引起的排气总管压力过高，在强制排气末期，排气速度较低，缓冲活塞向缓冲气缸的第一端移动，从而提高排气总管的压力，活塞循环往复，使排气总管内压力波动幅度降低，既降低了气缸排气的泵气损失，又使涡轮入口压力相对稳定，提高了涡轮效率。

在发动机高速工况时，控制阀关闭，控制推杆停止运动，排气管系统以常规排气管系统工作，此时，可变涡轮的实际有效通流面积较大，对压力波的反射较弱，使排气管内的压力波动幅度不会过高，由于流经发动机的空气流量较大，使排气管内能够保持足够的增压压力，增压系统具有良好瞬态性能。

本实用新型结构紧凑，占用空间小，可系列化生产，拆装方便，适用于各种缸数的可变涡轮增压系统。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

附图标记说明：

1-曲轴，2-气缸，3-涡轮，4-排气总管，5-旁通管，6-涡轮后排气管，7-控制阀，8-缓冲活塞，9-推杆，10-离合器，11-第一带轮，12-第二带轮，13-缓冲曲柄，14-缓冲连杆，15-皮带，16-缓冲气缸。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

请参照图1，图1是本实用新型的结构示意图。本实用新型具体实施方式提出了一种活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，包括曲轴1、气缸2、涡轮3和排气总管4，所述曲轴1与所述气缸2内的活塞传动连接，所述排气总管4用于在排气时与所述气缸2连通，所述涡轮3的废气进口与所述排气总管4连通，所述涡轮3的废气出口设有涡轮后排气管6；其中，还包括：

缓冲气缸16，所述缓冲气缸16的第一端与所述排气总管4连通，所述缓冲气缸16的第二端通过旁通管5与所述涡轮后排气管6连通；

控制阀7，所述控制阀7设置在所述缓冲气缸16与所述排气总管4的连接处；

缓冲活塞8，所述缓冲活塞8可滑动地设置在所述缓冲气缸16内；

推杆9，所述推杆9穿过所述缓冲气缸16的第二端且与所述缓冲活塞8连接；所述推杆9用于在自由排气中期压力波峰期拉动所述缓冲活塞8向所述缓冲气缸16的第二端移动，在强制排气末期压力波谷期推动所述缓冲活塞8向所述缓冲气缸16的第一端移动。

具体实施时，本实用新型在发动机低速稳态工况下，控制阀7开启；在自由排气中期，气门排气速度较大，推杆9拉动缓冲活塞8向缓冲气缸16的第二端移动，降低高速排气引起的排气总管4内过高的压力，在强制排气末期，排气速度较低，缓冲活塞8向缓冲气缸16的第一端移动，从而提高排气总管4的压力，活塞循环往复，使排气总管4内压力波动幅度降低，既降低了气缸2排气的泵气损失，又使涡轮3入口压力相对稳定，提高了涡轮3效率。

在发动机高速工况时，控制阀7关闭，控制缓冲活塞8停止运动，排气管系统以常规排气管系统工作，此时，可变涡轮3的实际有效通流面积较大，对压力波的反射较弱，使排气管内的压力波动幅度不会过高，由于流经发动机的空气流量较大，使排气管内能够保持足够的增压压力，增压系统具有良好瞬态性能。

具体实施时，排气总管4通过多个排气歧管分别与对应的气缸2连通。

作为一种优选方式，还进一步包括离合器10和传动机构，所述传动机构的第一端通过所述离合器10与所述曲轴1传动连接，所述传动机构的第二端与所述推杆9连接。如此，在发动机高速工况时，便于切断传动机构与曲轴1之间的传动，在发动机低速稳态工况下便于将动力由曲轴1经传动机构传递到推杆9上。进一步地，所述传动机构包括第一带轮11、第二带轮12、缓冲曲柄13和缓冲连杆14；所述第一带轮11与所述离合器10传动连接，所述第一带轮11与所述第二带轮12通过皮带15连接；所述缓冲曲柄13的第一端与所述第二带轮12连接，所述缓冲曲柄13的第二端与所述缓冲连杆14的第一端铰接，所述缓冲连杆14的第二端与所述推杆9位于所述缓冲气缸16外的一端铰接。如此，能够将曲轴1的转动转化为缓冲活塞8的往复运动。更进一步地，所述第一带轮11和所述第二带轮12均为齿形带轮，所述皮带15为齿形带。如此，能够防止皮带15与第一带轮11或第二带轮12之间发生相对滑动，从而能够保证运动的精确性。具体地，所述第一带轮11与所述第二带轮12之间的传动比为4。具体实施时，第二带轮12的一侧通过与之同轴设置的转轴可转动地安装，另一侧与缓冲曲柄13的一端固定连接。如此，能够防止在传动过程中转轴与缓冲曲柄13之间发生干涉。

作为一种优选方式，所述推杆9与所述缓冲气缸16之间可滑动地密封连接。进一步地，所述缓冲气缸16与所述缓冲活塞8之间可滑动地密封连接。如此，能够防止缓冲气缸16与缓冲活塞8之间漏气，有利于减小脉冲幅度。

具体使用时，在发动机低速稳态工况，控制阀7开启，离合器10结合，曲轴1经过离合器10带动第一带轮11，第一带轮11经过皮带15带动第二带轮12，第二带轮12带动缓冲曲柄13旋转，缓冲活塞8在缓冲连杆14带动下在缓冲气缸16内做往复运动，在自由排气中期，气门排气速度较大，缓冲活塞8向缓冲气缸16的第二端移动，降低高速排气引起的排气总管4压力过高，在强制排气末期，气门排气速度较低，缓冲活塞8向缓冲气缸16的第一端移动，提高排气总管4内的压力，缓冲活塞8循环往复，使排气总管4内压力波动幅度降低，既降低了气缸2排气的泵气损失，又使涡轮3入口压力相对稳定，提高了涡轮3效率。

在发动机高速工况时，控制阀7关闭，离合器10断开，排气管系统以常规排气管系统工作，此时，可变涡轮3的实际有效通流面积较大，对压力波的反射较弱，使排气总管4内的压力波动幅度不会过高，由于流经发动机的空气流量较大，使排气管内能够保持足够的增压压力，增压系统具有良好瞬态性能。

具体实施时，缓冲活塞8的直径是排气总管4直径的4-8倍，优选4倍，排气总管4的直径是旁通管5直径的1-2倍，优选2倍。如此，能够在缓冲活塞8移动时，明显改变排气总管4内的压力。

具体实施时， 第一带轮11与第二带轮12的传动等于发动机的气缸2数/2，如此，四冲程发动机工作一个循环内所有气缸排气产生的气缸数/2个压力脉冲幅度都得到抑制。

具体实施时，在发动机工作的过程中，随着排气行程的间隔进行，排气总管4内的压力不断变化，本实用新型中所指的压力波峰期，是指排气总管4内的压力处于波峰处的时间段；本实用新型中所指的压力波谷期，是指排气总管4内的压力处于波谷处的时间段。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，包括曲轴（1）、气缸（2）、涡轮（3）、排气总管（4），所述曲轴（1）与所述气缸（2）内的活塞传动连接，所述排气总管（4）用于在排气时与所述气缸（2）连通，所述涡轮（3）的废气进口与所述排气总管（4）连通，所述涡轮（3）的废气出口设有涡轮后排气管（6）；

其特征在于，还包括：

缓冲气缸（16），所述缓冲气缸（16）的第一端与所述排气总管（4）连通，所述缓冲气缸（16）的第二端通过旁通管（5）与所述涡轮后排气管（6）连通；

控制阀（7），所述控制阀（7）设置在所述缓冲气缸（16）与所述排气总管（4）的连接处；

缓冲活塞（8），所述缓冲活塞（8）可滑动地设置在所述缓冲气缸（16）内；

推杆（9），所述推杆（9）穿过所述缓冲气缸（16）的第二端且与所述缓冲活塞（8）连接；所述推杆（9）用于在自由排气中期压力波峰期拉动所述缓冲活塞（8）向所述缓冲气缸（16）的第二端移动，在排气末期压力波谷期推动所述缓冲活塞（8）向所述缓冲气缸（16）的第一端移动。

2.根据权利要求1所述的活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，其特征在于，还包括离合器（10）和传动机构，所述传动机构的第一端通过所述离合器（10）与所述曲轴（1）传动连接，所述传动机构的第二端与所述推杆（9）连接。

3.根据权利要求2所述的活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，其特征在于，所述传动机构包括第一带轮（11）、第二带轮（12）、缓冲曲柄（13）和缓冲连杆（14）；

所述第一带轮（11）与所述离合器（10）传动连接，所述第一带轮（11）与所述第二带轮（12）通过皮带（15）连接；所述缓冲曲柄（13）的第一端与所述第二带轮（12）连接，所述缓冲曲柄（13）的第二端与所述缓冲连杆（14）的第一端铰接，所述缓冲连杆（14）的第二端与所述推杆（9）位于所述缓冲气缸（16）外的一端铰接。

4.根据权利要求3所述的活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，其特征在于，所述第一带轮（11）和所述第二带轮（12）均为齿形带轮，所述皮带（15）为齿形带。

5.根据权利要求4所述的活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，其特征在于，所述第一带轮（11）与所述第二带轮（12）之间的传动比为排气总管所连气缸数的一半。

6.根据权利要求1所述的活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，其特征在于，所述推杆（9）与所述缓冲气缸（16）之间可滑动地密封连接。

7.根据权利要求1所述的活塞式脉冲能量延迟释放涡轮增压装置，其特征在于，所述缓冲气缸（16）与所述缓冲活塞（8）之间可滑动地密封连接。