[發明專利]對轉渦輪復合裝置及具有該裝置的發動機系統

無效

• 申請號: 201210031863.6
• 申請日: 2012-02-13
• 公開（公告）號: CN102536432A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 諸葛偉林;趙榮超;張揚軍;張俊躍;胡力峰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F02B37/00
• 分類號: F02B37/00;F01N5/04
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 賈玉姣

技術領域

本發明涉及內燃機排氣能量回收系統領域，尤其是涉及一種對轉渦輪復合裝置及具有該裝置的發動機系統。

背景技術

在內燃機中，渦輪復合用于回收內燃機排氣能量，提高內燃機效率。渦輪復合發動機排氣管中串聯有增壓渦輪和動力渦輪，增壓渦輪用于驅動壓氣機工作，增加進氣密度，提高發動機氣缸升功率，動力渦輪用于回收排氣能量將其轉變為機械功輸出，提高發動機總功率和燃油經濟性。動力渦輪一般安裝在增壓渦輪的下游，增壓渦輪和動力渦輪的總體效率對發動機的性能具有重要影響。

目前增壓渦輪和動力渦輪的匹配主要基于流量匹配，增壓渦輪和動力渦輪的設計相對獨立，未考慮增壓渦輪出口流場和動力渦輪入口流場的耦合，因此在動力渦輪的入口需要安裝導向葉片，對增壓渦輪出口的氣流進行調整，以保證氣流以適合的角度進入動力渦輪的轉子做功。

發明內容

本發明基于發明人對以下事實的發現：增壓渦輪的出口和動力渦輪的入口之間的導向葉片增加了渦輪復合系統的軸向長度，導致渦輪復合系統體積較大，并且氣流經過導向葉片時會產生損失，降低渦輪復合系統的效率。

為此，本發明的一個目的在于提出一種對轉渦輪復合裝置，所述對轉渦輪復合裝置在保證氣流順暢通過的同時取消了導向葉片，結構緊湊且效率高。

本發明的另一個目的在于提出一種具有上述對轉渦輪復合裝置的發動機系統。

根據本發明第一方面實施例的對轉渦輪復合裝置，包括：增壓渦輪；和動力渦輪，所述動力渦輪與所述增壓渦輪耦合布置，且所述動力渦輪與所述增壓渦輪的旋轉軸線相同且旋轉方向相反，所述動力渦輪轉子的葉片入口角被構造成與所述增壓渦輪的葉片出口角匹配以使所述增壓渦輪的出口氣流以預定角度直接進入所述動力渦輪的轉子內做功。

根據本發明實施例的對轉渦輪復合裝置，通過將動力渦輪轉子的葉片入口角構造成與增壓渦輪的葉片出口角匹配以使增壓渦輪的出口氣流以預定角度直接進入動力渦輪的轉子內做功，與傳統的渦輪復合裝置相比，取消了增壓渦輪與動力渦輪之間的導向葉片，結構更緊湊，并且避免了導向葉片導致的流動損失，提高發動機排氣能量的利用率，從而提高渦輪復合裝置的總體效率，改善發動機的燃油經濟性。

另外，根據本發明的對轉渦輪復合裝置還具有如下附加技術特征：

在本發明的一個實施例中，所述增壓渦輪為徑流式渦輪。

在本發明的另一個實施例中，所述增壓渦輪為混流式渦輪。

根據本發明的一些實施例，所述動力渦輪為軸流式渦輪。

優選地，所述動力渦輪的葉片出口角被構造成使所述動力渦輪的出口氣流以接近于軸向的速度流出。從而，減少動力渦輪的出口動能流失。

根據本發明第二方面實施例的一種發動機系統，包括：發動機；根據本發明第一方面實施例的對轉渦輪復合裝置，其中所述增壓渦輪安裝在發動機的排氣歧管的下游以接收所述發動機排出的氣流，且所述動力渦輪布置在所述增壓渦輪的下游；壓氣機，所述壓氣機與所述增壓渦輪連接且由所述增壓渦輪驅動以對進入其的氣流進行增壓；中冷器，所述中冷器連接在所述壓氣機和發動機的氣缸之間以將所述增壓后的氣流冷卻并送入到所述發動機的氣缸中；以及液力耦合器，所述液力耦合器的輸入軸與所述動力渦輪相連，且輸出軸與發動機的曲軸相連以將所述動力渦輪的回收功傳遞至所述曲軸。

根據本發明實施例的發動機系統，通過設置對轉渦輪復合裝置，使得發動機系統結構緊湊，充分利用廢棄能量，提高發動機燃油經濟性，減少有害氣體的排放，改善發動機系統的整體性能。

根據本發明的一些實施例，發動機系統進一步包括：第一傳動組件，所述第一傳動組件連接在所述液力耦合器的輸入軸和所述動力渦輪之間。

根據本發明的進一步的實施例，發動機系統進一步包括：第二傳動組件，所述第二傳動組件連接在所述液力耦合器的輸出軸和所述曲軸之間。

可選地，所述第一傳動組件和所述第二傳動組件分別為一級齒輪傳動組件。