[發明專利]雙級渦輪增壓系統及起重機

在審

• 申請號: 201410818073.1
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN105443237A
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 馬云超;曹光光;藍善超;劉琳琳
• 申請（專利權）人: 徐州重型機械有限公司
• 主分類號: F02B37/013
• 分類號: F02B37/013;F02B37/16
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 顏鏑

技術領域

本發明涉及工程機械領域，尤其涉及一種雙級渦輪增壓系統及起重機。

背景技術

在工程機械領域中，起重機是一種常用的吊裝工程機械設備，其中，汽車起重機是使用最廣泛的起重機，其所用的發動機均為四沖程發動機，發動機每個工作循環是由進氣、壓縮、做功和排氣四個工作步驟組成的封閉過程，發動機只有周而復始的進行這些過程才能持續工作。為了增加發動機的進氣量，提高發動機燃燒效率和動力特性，通常需要設置增壓系統，增壓系統通過發動機廢氣能量將低密度空氣壓縮為高密度空氣。

如圖1所示，為現有的汽車起重機用渦輪增壓系統的結構示意圖，在發動機吸氣沖程中，外界空氣首先通過進氣管a2進入渦輪增壓器a1，經過渦輪增壓器a1加壓后變成高溫高壓氣體，高溫高壓氣體通過中冷進氣管a3進入中冷器a4，在中冷器a4內冷卻后，再經過中冷出氣管a5進入發動機a6，供發動機燃燒使用。發動機排氣過程中，從發動機a6缸體內排出的廢氣首先進入渦輪增壓器a1，推動渦輪增壓器a1旋轉并對進氣加壓后，通過排氣管a7排入大氣。

如圖2所示，為渦輪增壓器a1的內部結構示意圖，渦輪增壓器a1包括：壓氣機殼a11，壓氣機葉輪a12，軸承體a13，渦輪箱a14，渦輪a15。渦輪a15為做功部件，廢氣從排氣進口B進入后通過渦輪a15推動渦輪軸旋轉并從排氣出口C排出，渦輪軸和壓氣機軸剛性連接，進而帶動壓氣機的壓氣機葉輪a12旋轉，并對從空氣進口A進入的空氣做功，將常溫常壓空氣變為高溫高壓氣體。渦輪增壓系統主要分為單級渦輪增壓系統和串聯式雙級渦輪增壓系統。

如圖3所示，為單級渦輪增壓系統的結構示意圖，單級渦輪增壓系統主要特征是只有一個渦輪增壓器b2，空氣從空氣進口A進入渦輪增壓器b2被一次壓縮，然后通過中冷器b3冷卻后被送入發動機b1。單級渦輪增壓系統的優點是結構簡單；缺點是氣體只進行一次增壓，增壓壓力低，而且一個渦輪增壓器需要同時兼顧高速和低速性能，渦輪增壓器轉動慣量大，渦輪遲滯現象較嚴重。

如圖4所示，為串聯式雙級渦輪增壓系統的結構示意圖，串聯式雙級渦輪增壓系統由高壓輪增壓器c2和低壓輪增壓器c4兩個渦輪增壓器串聯組成，空氣從空氣進口A依次進入低壓輪增壓器c4和高壓輪增壓器c2被二次壓縮，然后通過中冷器c3冷卻后被送入發動機c1。串聯式雙級渦輪增壓系統可以實現空氣的二次增壓，其優點是增壓壓力高，進氣量足，渦輪遲滯效應小，發動機高速和低速性能優異；缺點是結構復雜。

現有的串聯式雙級渦輪增壓系統對上述的雙級渦輪增壓系統做出了改進，如圖5所示，現有的串聯式雙級渦輪增壓系統包括高壓渦輪增壓器d2，中冷器d3，低壓渦輪增壓器d4，電控比例閥d5，電控比例閥d5與高壓渦輪增壓器d2并聯。當發動機d1轉速較低或排氣壓力較低時，電控比例閥d5基本處于關閉狀態，此時低壓空氣主要通過低壓渦輪增壓器d4和高壓渦輪增壓器d2進入發動機d1；當發動機d1轉速較高或排氣壓力較高時，電控比例閥d5基本處于打開狀態，此時低壓空氣主要通過低壓渦輪增壓器d4和電控比例閥d5進入發動機，同時部分低壓空氣也會通過低壓渦輪增壓器d4和高壓渦輪增壓器d2進入發動機，電控比例閥的開度受發動機d1轉速或排氣壓力控制。在發動機工作過程中，廢氣均依次經過高壓渦輪增壓器d2和低壓渦輪增壓器d4排入大氣。

現有串聯式雙渦輪增壓系統，無論發動機d1處于什么工作狀態，低壓空氣必須經過低壓渦輪增壓器d4才能進入發動機d1。當發動機d1轉速較低或排氣壓力較低時，對低壓空氣的增壓工作主要靠高壓渦輪增壓器d2來實現，此時低壓渦輪增壓器d4只起到進氣通道的作用，由于高壓渦輪增壓器d2轉動慣量小，反應靈敏，所以串聯式雙渦輪增壓系統相對于單渦輪增壓系統渦輪遲滯效應小，建壓速度快，能夠提高發動機低轉速和低負荷時的性能。但是，由于發動機d1轉速較低或排氣壓力較低時，低壓空氣必須經過低壓渦輪增壓器d4才能進入高壓渦輪增壓器d2，進氣阻力大，限制了串聯式雙渦輪增壓系統進一步降低渦輪遲滯效應的能力，無法最大程度上消除渦輪遲滯效應，發動機的反應速度繼而被降低，起重機的駕駛性能沒有得到有效的改善。另外，電控比例閥d5開啟程度只受發動機轉速或者排氣壓力控制，控制策略簡單，無法使車輛負荷完全反饋到發動機進氣系統上。

發明內容

為克服以上技術缺陷，本發明解決的技術問題是提供一種雙級渦輪增壓系統，該雙級渦輪增壓系統能夠有效降低渦輪增壓系統的遲滯現象，提高發動機反應速度，改善起重機的駕駛性能。