CN209398496U - 一种耦合动力涡轮和两级增压的发动机复合涡轮系统 - Google Patents

Abstract

一种耦合动力涡轮和两级增压的发动机复合涡轮系统，其中一号齿轮（15）固定在柔性传动机构（5）的传动输入轴上，三号齿轮（17）与第二级压气机（4）的齿轮连接，二号齿轮（16）和四号齿轮（18）同轴设置在动力涡轮（3）的输出轴上，二号齿轮（16）和四号齿轮（18）之间设置有接合套（19），接合套（19）的外齿与二号齿轮（16）、四号齿轮（18）的内齿相配合，且接合套（19）通过接合套拨叉机构（20）与控制器（7）连接，进气调节阀（10）设置在发动机进气管路上，控制器（7）与进气调节阀（10）连接。充分兼顾了发动机全工况特性，低速改善经济性，高速利用动力涡轮（3）充分回收废气能量。

Description

一种耦合动力涡轮和两级增压的发动机复合涡轮系统

技术领域

本实用新型涉及一种涡轮系统，更具体的说涉及一种耦合动力涡轮和两级增压的发动机复合涡轮系统，属于发动机及相关系统技术领域。

背景技术

目前，发动机涡轮系统主要包括以下两种技术方案：

其一，废气涡轮增压和动力涡轮系统串联的动力涡轮系统复合发动机，参见图3，主要包括涡轮增压器2、与涡轮增压器2的增压涡轮机8串联的废气动力涡轮3、传动机构12和发动机1液力耦合器32，排气经过涡轮增压器2后进入废气动力涡轮3。该技术方案存在以下缺点：1、废气动力涡轮3导致涡轮增压器2的增压涡轮机8背压升高，做功减少，发动机1进气量减少，发动机14燃烧恶化，IMEP降低。2、发动机1低速工况排气量小，废气不能驱动增压涡轮机8到达高效工作区，涡轮增压器2效率偏低，会导致发动机1经济性恶化；因此，该动力涡轮系统发动机在低速、低负荷工况效率低。

其二，机械增压器和废气涡轮增压器并联的两级增压发动机，主要包括机械增压器、与机械增压器串联的第二级涡轮增压器、节流阀、废气节流阀和发动机，进气经机械增压器第一级增压后，进入第二级涡轮增压器进行二级增压；节流阀控制进气是否流经机械增压器，废气节流阀小范围调节进入第二级涡轮增压器的废气流量。该技术方案存在以下缺点：只能改善低速效果，高速时机械增压无效果，甚至可能成为负载，影响经济性；中高速时无法回收排气能量。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有的发动机涡轮系统存在的发动机低速工况排气量小、或者中高速时无法回收排气能量等问题，提供一种耦合动力涡轮和两级增压的发动机复合涡轮系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：一种耦合动力涡轮和两级增压的发动机复合涡轮系统，包括发动机、涡轮增压器、动力涡轮，所述的涡轮增压器包括同轴连接的增压涡轮机和第一级压气机，所述的第一级压气机出气口与发动机进气歧管连接，所述的发动机排气排气歧管与增压涡轮机进气口连接，所述的增压涡轮机出气口与动力涡轮进气口连接，还包括有第二级压气机、柔性传动机构、传动切换机构、控制器和进气调节阀，所述的柔性传动机构与发动机曲轴连接，所述的传动切换机构包括大速比齿轮组和小速比齿轮组，所述的大速比齿轮组包括相互啮合的一号齿轮和二号齿轮，所述的小速比齿轮组包括相互啮合的三号齿轮和四号齿轮，所述的一号齿轮固定在柔性传动机构的传动输入轴上，所述的三号齿轮与第二级压气机的齿轮连接，所述的二号齿轮和四号齿轮同轴设置在动力涡轮的输出轴上且可相对于输出轴空转，二号齿轮和四号齿轮之间设置有可沿动力涡轮的输出轴轴向移动的接合套，所述接合套的外齿与二号齿轮、四号齿轮的内齿相配合，且接合套通过接合套拨叉机构与控制器连接，所述的第二级压气机出气口与第一级压气机进气口连接，所述的进气调节阀为三通阀，进气调节阀设置在发动机进气管路上，进气调节阀一个出口与第一级压气机进气口连接，进气调节阀另一个出口与第二级压气机进气口连接，所述的控制器与进气调节阀连接。

所述的柔性传动机构包括传动齿轮组，柔性传动机构的传动输出轴通过传动齿轮组与曲轴连接。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中发动机在低速工况时，整个系统构成两级增压系统，改善低速进气状态和经济性，避免了现有的废气涡轮增压和动力涡轮系统串联的动力涡轮系统复合发动机技术方案中动力涡轮在低速时由于回收能量不足、做负功等问题；本实用新型中动机在中高速工况时，整个系统构成动力涡轮系统，改善高速经济性，与现有的机械增压器和废气涡轮增压器并联的两级增压发动机技术方案相比，充分回收中高速废气中能量，提高了发动机热效率。因此，本实用新型能够充分兼顾了发动机全工况特性，低速利用两级增压提升进气压比，改善经济性，高速利用动力涡轮充分回收废气能量。

2、发动机热效率高，与现有的发动机涡轮系统相比经济性动力性更优。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型发动机工况区域图。

图3是现有的废气涡轮增压和动力涡轮系统串联的动力涡轮系统结构示意图。

图中：发动机1，涡轮增压器2，动力涡轮3，第二级压气机4，柔性传动机构5，传动切换机构6，控制器7，增压涡轮机8，第一级压气机9，进气调节阀10，发动机曲轴11，传动机构12，大速比齿轮组13，小速比齿轮组14，一号齿轮15，二号齿轮16，三号齿轮17，四号齿轮18，接合套19，接合套拨叉机构20，传动齿轮组21。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

参见图1，一种耦合动力涡轮和两级增压的发动机复合涡轮系统，包括发动机1、涡轮增压器2、动力涡轮3、第二级压气机4、柔性传动机构5、传动切换机构6、控制器7和进气调节阀10，所述的涡轮增压器2包括同轴连接的增压涡轮机8和第一级压气机9。

参见图1，所述的发动机1排气岐管与增压涡轮机8进气口连接，所述的增压涡轮机8出气口与动力涡轮3进气口连接，所述的第一级压气机9出气口与发动机1进气岐管连接。

参见图1，所述的传动切换机构6包括大速比齿轮组13和小速比齿轮组14，所述的大速比齿轮组13包括相互啮合的一号齿轮15和二号齿轮16，所述的小速比齿轮组14包括相互啮合的三号齿轮17和四号齿轮18。所述的一号齿轮15固定在柔性传动机构5的传动输入轴上，所述的三号齿轮17与第二级压气机4的齿轮连接。所述的二号齿轮16和四号齿轮18同轴设置在动力涡轮3的输出轴上且可相对于输出轴空转；二号齿轮16和四号齿轮18之间设置有可沿动力涡轮3的输出轴轴向移动的接合套19，所述接合套19的外齿与二号齿轮16、四号齿轮18的内齿相配合，且接合套19通过接合套拨叉机构20与控制器7连接。

参见图1，所述的柔性传动机构5与发动机曲轴11连接，所述的第二级压气机4出气口与第一级压气机9进气口连接。所述的进气调节阀10为三通阀，进气调节阀10设置在发动机进气管路上，进气调节阀10一个出口与第一级压气机9进气口连接，进气调节阀10另一个出口与第二级压气机4进气口连接。所述的控制器7与进气调节阀10连接，由控制器7根据发动机1工况，控制传动切换机构6和进气调节阀10，通过传动切换机构6使动力涡轮3与第二级压气机4连接、或者通过传动切换机构6使发动机曲轴11与动力涡轮3连接。

参见图1，具体的，所述的柔性传动机构5包括传动齿轮组21，柔性传动机构5的传动输出轴通过传动齿轮组21与曲轴11连接。

参见图1至图2，本实用新型将发动机1的工况区域可以分为两部分，具体如图2所示：区域Ⅰ为低速工况，区域Ⅱ为中高速工况。

参见图1至图2，发动机1在低速工况时，发动机1工作在Ⅰ区域，通过传动切换机构6使动力涡轮3与第二级压气机4连接；此时控制器7控制接合套拨叉机构20推动接合套19沿动力涡轮3的输出轴轴向移动使接合套19与四号齿轮18的内齿接合，随后四号齿轮18将其动力依次由接合套10传递给第二级压气机4。同时进气调节阀10调整至第二级压气机4处，整个系统构成两级增压系统，改善低速进气状态和经济性；该种情形通过两级增压提高了进气量，改善了发动机1低速经济性，同时避免了动力涡轮3在低速时由于回收能量不足，做负功。

参见图1至图2，发动机1在中高速工况时，发动机1工作在Ⅱ区域，通过传动切换机构6使发动机曲轴11与动力涡轮3连接；此时控制器7控制接合套拨叉机构20推动接合套19沿动力涡轮3的输出轴轴向移动使接合套19与二号齿轮16的内齿接合，随后二号齿轮16将其动力依次由接合套10传递给柔性传动系统5上。同时进气调节阀10调整至第一级压气机9处，整个系统构成动力涡轮系统，改善高速经济性；该种情形使得在高速工况，废气能量较高，经过增压涡轮机8后，仍有大量的能量没有被回收，因此充分回收中高速废气中能量，提高了发动机1热效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种耦合动力涡轮和两级增压的发动机复合涡轮系统，包括发动机(1)、涡轮增压器(2)、动力涡轮(3)，所述的涡轮增压器(2)包括同轴连接的增压涡轮机(8)和第一级压气机(9)，所述的第一级压气机(9)出气口与发动机(1)进气歧管连接，所述的发动机(1)排气排气歧管与增压涡轮机(8)进气口连接，所述的增压涡轮机(8)出气口与动力涡轮(3)进气口连接，其特征在于：还包括有第二级压气机(4)、柔性传动机构(5)、传动切换机构(6)、控制器(7)和进气调节阀(10)，所述的柔性传动机构(5)与发动机曲轴(11)连接，所述的传动切换机构(6)包括大速比齿轮组(13)和小速比齿轮组(14)，所述的大速比齿轮组(13)包括相互啮合的一号齿轮(15)和二号齿轮(16)，所述的小速比齿轮组(14)包括相互啮合的三号齿轮(17)和四号齿轮(18)，所述的一号齿轮(15)固定在柔性传动机构(5)的传动输入轴上，所述的三号齿轮(17)与第二级压气机(4)的齿轮连接，所述的二号齿轮(16)和四号齿轮(18)同轴设置在动力涡轮(3)的输出轴上且可相对于输出轴空转，二号齿轮(16)和四号齿轮(18)之间设置有可沿动力涡轮(3)的输出轴轴向移动的接合套(19)，所述接合套(19)的外齿与二号齿轮(16)、四号齿轮(18)的内齿相配合，且接合套(19)通过接合套拨叉机构(20)与控制器(7)连接，所述的第二级压气机(4)出气口与第一级压气机(9)进气口连接，所述的进气调节阀(10)为三通阀，进气调节阀(10)设置在发动机进气管路上，进气调节阀(10)一个出口与第一级压气机(9)进气口连接，进气调节阀(10)另一个出口与第二级压气机(4)进气口连接，所述的控制器(7)与进气调节阀(10)连接。

2.根据权利要求1所述的一种耦合动力涡轮和两级增压的发动机复合涡轮系统，其特征在于：所述的柔性传动机构(5)包括传动齿轮组(21)，柔性传动机构(5)的传动输出轴通过传动齿轮组(21)与曲轴(11)连接。