[發明專利]與渦輪增壓活塞發動機有關的方法及結構

無效

• 申請號: 200680019052.7
• 申請日: 2006-05-11
• 公開（公告）號: CN101184915A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: B·哈爾巴克;P·塔克拉
• 申請（專利權）人: 瓦特西拉芬蘭有限公司
• 主分類號: F02M25/025
• 分類號: F02M25/025;F01N3/30
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曾祥夌;楊松齡

本發明涉及與設置有渦輪壓縮機的活塞發動機有關的方法。

本發明還涉及與設置有渦輪壓縮機的活塞發動機有關的結構。

在高燃燒溫度下，氯氧化物(NO_X)產生于活塞發動機的氣缸內，并且由廢氣而夾帶到空氣中。由于氮氧化物排放的危害性環境影響，已努力防止產生氮氧化物(主要的方法)，或者將所產生的氮氧化物從廢氣中除去(次要的方法)。

將水加入到燃燒過程中，并且與燃燒空氣一起減少了氮氧化物的產生。水降低了氣缸內的燃燒溫度，從而使產生較少的氮氧化物。在實踐中，由兩種備選的方法將水加入到活塞發動機的燃燒過程中。在其進入氣缸之前，水既可被直接地供應至發動機的氣缸的燃燒腔室內，也可以與燃燒空氣混合起來。

為了增加發動機的動力，活塞發動機上通常設置有渦輪壓縮機，其包括壓縮機，加壓后的燃燒空氣借助該渦輪壓縮機而供應至發動機。此外，渦輪壓縮機包括渦輪，該渦輪驅動壓縮機。來自發動機的廢氣被導向至渦輪，該渦輪將廢氣內的能量轉化為壓縮機的驅動動力。

渦輪壓縮機的壓縮機部分的運行一方面受到與壓縮機的最大容量相對應的極限的限制，而另一方面受到所謂的喘振極限的限制。壓縮機的喘振對發動機的運行具有危害性，因為供應至發動機的燃燒空氣的壓力和流量將在發動機喘振時馬上減小。為此，為了確保壓縮機的優化運行及發動機在變化條件內的優化運行，應當在壓縮機的運行點與喘振極限之間具有特定的安全余量。當運行點在自喘振極限的一定距離處時，壓縮機的運行效率也在其最高點。因此，用于每個特定應用的壓縮機選擇成在常規運行條件下，在自喘振極限的所需距離處運行。

如果渦輪增壓的活塞發動機上設置有用于減少氮氧化物的系統，從而使水與燃燒空氣在壓縮機之后的一個點混合起來，那么水供應增加了經過渦輪的廢氣的質量流率。固此，如果發動機運行于恒定的負荷，那么渦輪的轉動速度也得以增加，因此抽吸空氣的壓力將在壓縮機之后增加。然而，經過壓縮機的燃燒空氣的流動將維持恒定，從而使壓縮機的運行點與喘振極限之間的安全余量將會減小或者消失。

因為使發動機也運行于在沒有使用燃燒空氣增濕的情形中將是可能的，壓縮機需要能夠運行于兩種不同的運行條件下：

1.當使用燃燒空氣的增濕的時候，從而使燃燒空氣的溫度在70度-75度之間，而經過渦輪的質量流率已增加至與水已被供應時相同的程度，

2.當沒有使用燃燒空氣的增濕的時候，從而使燃燒空氣的溫度在50度-55度之間，并且沒有額外的經過渦輪的質量流率。

通過使用壓縮機，其尺寸定制為用于較低的流率，確保針對喘振的充分安全余量將是可能的，但另一方面，當用于燃料空氣增濕的系統在運行時，這涉及到渦輪壓縮機超速轉動的風險。當用于燃料空氣的增濕系統沒有運行時，壓縮機的運行點強烈地向著對應于最大容量的極限值移動，從而使壓縮機的運行效率將會減小。而且，在那種情況中，與使用根據標準規格的壓縮機的情形比較，渦輪壓縮機的轉動速度實質更高。

本發明的一個目的是提供一種技術方案，通過該技術方案，設置有燃燒空氣增濕的活塞發動機的渦輪壓縮機的運行可被優化。

根據本發明的方法基于一種構想：部分流量從燃燒空氣流中分離出來，該燃燒空氣流從壓縮機流動到發動機內，該部分流量被傳輸經過發動機并與進入渦輪的廢氣流結合起來。

根據本發明的結構包括旁路通道，通過該旁路通道，待傳輸到發動機的燃燒空氣的一部分，可被分流經過發動機并與進入渦輪的廢氣流結合起來。

更精確地，根據本發明的方法的特征在于陳述于權利要求1的特征部分的內容。

根據本發明的結構的特征在于陳述于權利要求6的特征部分內容。

本發明提供顯著的好處。

利用本發明，防止壓縮機的喘振是可能的，當使用燃燒空氣增濕的時候，該壓縮機被優化以便用于常規燃燒空氣流和廢氣流。通過將經過發動機的氣缸的燃燒空氣的一部分進行分流，并且通過將部分流量與進入渦輪的廢氣流結合起來，當燃燒空氣增濕運行的時候，壓縮機的運行點移動到更加遠離喘振極限。此外，根據運行效率與轉動速度，壓縮機的運行點可維持于優化的水平。如果沒有使用燃燒空氣的增濕，那么旁路通道被關閉，從而使整體燃燒空氣流以常規方式從壓縮機傳輸到發動機。

由本發明導致的能量損失很少。根據已執行的測試，當使用根據本發明的結構時，設置有燃燒空氣增濕的渦輪增壓活塞發動機的燃料消耗，在85％的發動機負荷水平處增加了大約0.3％。