[發明專利]一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統

無效

• 申請號: 201210188698.5
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102705052A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 王希波;郭振;解鵬;邱緒云;吳娜;徐洋
• 申請（專利權）人: 山東交通學院
• 主分類號: F01N13/08
• 分類號: F01N13/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種內燃機增壓系統，特別是一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統，屬于內燃機技術領域。

背景技術

隨著社會的發展和環保要求的提高，對柴油機的動力性和排放性能要求越來越高，采用增壓技術是一種提高柴油機功率、降低燃油消耗率和降低排放的行之有效的方法。柴油機作為一種重要的動力機械，是生產、生活中主要的動力源。目前中大功率的柴油機多采用渦輪增壓技術，為了提高柴油機熱效率，降低柴油機排放，降低單位功率生產成本，柴油機的功率密度和增壓度越來越高，這對增壓系統的可靠性、瞬態響應性和掃氣均勻性提出了更高要求。全工況性能好、廢氣能量利用率高、掃氣順暢、瞬態性能好、結構簡單是目前柴油機排氣管系優化設計的綜合指標。目前為止，研究者發展出七種增壓系統形式：定壓增壓系統、脈沖增壓系統、脈沖轉換器增壓系統、模件式脈沖增壓系統、混合式脈沖轉換器增壓系統、模件式多功能脈沖轉換渦輪增壓系統和可變排氣管系統。

定壓系統掃氣干擾小，泵氣功損失小，但排氣脈沖能量利用率低、低工況性能較差；脈沖系統能夠較好的避免掃氣干擾，排氣脈沖能量利用率高，掃氣均勻性好，低工況性能佳，但渦輪有多個進口，渦輪增壓器效率低，不宜在缸數較多的柴油機上使用，且結構復雜；與脈沖系統相比脈沖轉換器增壓系統渦輪入口少、渦輪效率高，但脈沖轉換器的縮口增加了氣流阻力；模件式脈沖增壓系統排氣管系結構簡單，便于生產，能較好的利用排氣脈沖能量，渦輪效率較高，但該系統降低掃氣干擾的性能較差。在現有的技術中，實用新型專利97242566.7公開的混合式脈沖轉換器增壓系統，可較好地利用排氣脈沖能量，瞬態特性較好，結構相對簡單，降低掃氣干擾的性能較好，但這種系統的結構隨著柴油機缸數的增加而急劇復雜化，其適用范圍有限。發明專利200810203029.4公開了的模件式多功能脈沖轉換渦輪增壓系統，結構較簡單，但拱形截面的排氣支管延伸段靠近排氣管軸線，導致管內流動損失較大，而且該系統降低掃氣干擾的能力有限。發明專利200810203054.2、發明專利200810203055.7和發明專利200920210502.1提出的可變排氣管系統方案，通過控制閥門使渦輪增壓系統在脈沖增壓和定壓增壓(或準定壓增壓)之間切換，可兼顧高低工況的要求，但對降低掃氣干擾沒有明顯的作用，且這類系統需要根據發動機運行特點確定切換邊界，增加了系統復雜程度，降低了可靠性。本發明提供了一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統，能有效降低掃氣干擾，降低排氣系統阻力，可充分利用排氣脈沖能量。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是提供一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統，可降低排氣管內的掃氣干擾，能充分利用排氣脈沖能量，可系列化模件式生產，便于組合安裝，適用于各種缸數、各種增壓度的發動機。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：該系統包括上置式排氣管段、下置式排氣管段、混合器，上置式排氣管段、下置式排氣管段和混合器組合形成二級排氣管系，上置式排氣管段由主排氣支管、主排氣管段、次級排氣管上管段、次級排氣管下管段與上置式次級排氣支管固結為一體構成，下置式排氣管段由主排氣支管、主排氣管段、次級排氣管上管段、次級排氣管下管段與下置式次級排氣支管固結為一體構成，混合器由混合器主管和混合器次管固結為一體構成，主排氣支管連接主排氣管段，上置式次級排氣支管的出、入口分別連接次級排氣管上管段和主排氣支管，下置式次級排氣支管的出、入口分別連接次級排氣管下管段和主排氣支管，上置式次級排氣支管的軸線與所在氣缸主排氣支管的軸線方向一致，下置式次級排氣支管的軸線與所在氣缸主排氣支管的軸線方向一致，上置式次級排氣支管的入口到主排氣支管的入口的距離是0.1～0.5倍主排氣支管的入口直徑，下置式次級排氣支管的入口到主排氣支管的入口的距離是0.1～0.5倍主排氣支管的入口直徑，上置式次級排氣支管和下置式次級排氣支管與主排氣支管的入口截面積比值范圍為0.05～0.4，依據發火順序，將氣缸分為兩組，一組用上置式排氣管段，另一組用下置式排氣管段，主排氣支管與主排氣管段組合成主排氣管，上置式次級排氣支管、下置式次級排氣支管、次級排氣管上管段、次級排氣管下管段組合成次級排氣管，主排氣管出口連接混合器主管的入口，次級排氣管的出口連接混合器次管的入口，混合器的出口與渦輪入口相連。

本發明有益效果：

在掃氣階段，氣缸排氣流量小，排氣門壓力低，主排氣管內壓力較高，渦輪入口處是一個低壓區，排氣通過次級排氣管流到混合器，上置式排氣管段和下置式排氣管段對氣缸的掃氣起到隔離作用，降低掃氣干擾。