[發明專利]具有可變幾何增壓渦輪的渦輪復合裝置及其發動機系統

有效

• 申請號: 201210032015.7
• 申請日: 2012-02-13
• 公開（公告）號: CN102562273A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 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: F02B37/24
• 分類號: F02B37/24;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領域，尤其是涉及一種具有可變幾何增壓渦輪的渦輪復合裝置及具有該裝置的渦輪復合發動機系統。

背景技術

在內燃機技術領域中，渦輪復合是回收內燃機排氣能量，提高內燃機效率的技術。復合渦輪增壓系統中包括增壓渦輪和動力渦輪，前者用于驅動壓氣機工作，增加進氣密度，提高發動機氣缸功率密度；后者用于回收排氣能量轉化為機械功，提高發動機總功率。

傳統的渦輪復合系統中，采用固定幾何的增壓渦輪與動力渦輪匹配，在發動機高速工況，排氣能量充足，通過復合渦輪增壓系統回收排氣能量，能有效改善發動機燃油經濟性。在發動機低速工況，排氣能量較小，動力渦輪的存在會減小增壓渦輪的可用能量，導致增壓比減小，低速轉矩降低，動力渦輪回收排氣能量獲得的機械功可能還不能補償由于增壓比減小導致的發動機功率下降。因此，采用固定幾何增壓渦輪的復合渦輪增壓系統較難兼顧發動機的高速工況和低速工況，在發動機低速工況甚至會使發動機性能惡化。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種渦輪復合裝置。

本發明的另一個目的在于提出一種具有上述渦輪復合裝置的發動機系統，所述發動機系統可充分利用廢氣能量，改善發動機的動力性能和扭矩輸出。

根據本發明第一方面實施例的渦輪復合裝置，用于回收發動機排氣能量，所述渦輪復合裝置包括：可變幾何增壓渦輪，所述可變幾何增壓渦輪與所述發動機的排氣歧管相連且具有可分配廢氣能量的調節機構；動力渦輪，所述動力渦輪設在所述可變幾何增壓渦輪的下游且由流經所述可變幾何增壓渦輪的廢氣驅動，其中所述動力渦輪的輸出端與所述發動機的曲軸相連以將所述動力渦輪輸出的機械功傳遞至所述曲軸；和執行器，所述執行器可根據所述發動機的實際工況來控制所述調節機構工作以分配給所述可變幾何增壓渦輪和動力渦輪不同的廢氣能量比例。

根據本發明實施例的渦輪復合裝置還可以具有如下附加技術特征：

在本發明的一個實施例中，所述調節機構包括鄰近所述可變幾何增壓渦輪葉片設置的、且可改變開度大小的導流裝置，所述導流裝置被構造成其開度的大小可根據所述發動機的實際工況連續改變以分配給所述可變幾何增壓渦輪和所述動力渦輪不同的廢氣能量比例。

根據本發明第二方面實施例的發動機系統，包括：發動機，所述發動機具有曲軸、進氣歧管和用于排出廢氣的排氣歧管；根據本發明第一方面實施例描述的渦輪復合裝置，其中所述可變幾何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；壓氣機，所述壓氣機與所述可變幾何增壓渦輪連接且由所述可變幾何增壓渦輪驅動以對進入其的氣流進行增壓；以及中冷器，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。

根據本發明實施例的發動機系統，通過將可變幾何增壓渦輪和動力渦輪組合在一起，在發動機的低速工況下可以提高可變幾何增壓渦輪的功率，改善發動機在低速情況下的扭矩，降低有害氣體的排放，在發動機的高速工況下可以提高動力渦輪的功率輸出，提高燃油經濟性，從而使發動機系統在全工況范圍內均能充分地利用發動機排出廢氣所具有的能量，提高發動機的動力性能和扭矩輸出，改善燃油經濟性，降低排放，利于環保，同時還提高了車輛的操控性能和通過能力，實用性好。

在本發明的一個實施例中，所述壓氣機與所述可變幾何增壓渦輪共軸連接。

在本發明的一個實施例中，所述發動機系統進一步包括：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。

可選地，所述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。

進一步可選地，所述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。

在本發明的一個實施例中，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。

根據本發明實施例的發動機系統，可根據發動機的實際工況調節可變幾何增壓渦輪和動力渦輪的廢氣能量分配，改善發動機的扭矩輸出和動力性能，提高發動機的燃油經濟性，節約了能源，同時減少有害氣體的排放，保護環境，充分利用廢氣能量，提高增壓效率和廢氣能量利用率，大大改善了發動機的全工況性能。