[實用新型]提高內燃機尾氣中能量利用率的裝置

有效

• 申請號: 201520447396.4
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN205206952U
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 張建民
• 申請（專利權）人: 張建民
• 主分類號: F02B41/10
• 分類號: F02B41/10;F01D15/10;F01N5/02;F01N5/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種提高內燃機效率的裝置，尤其是一種提高內燃機尾氣中能量利用率的裝置，屬于內燃機技術領域。

背景技術

排氣損失是內燃機各項損失中比例較大的一項，它幾乎與有用功相當，如果能把廢氣中的能量轉化為有用功，就能使內燃機的效率得到顯著提高，現廣泛采用的廢氣渦輪增壓方案就是在這一方面進行的探索和實踐。隨著廢氣渦輪增壓方案的應用，內燃機的升功率得到了顯著提高，但這一方案不能提高內燃機的熱效率，表現在增壓內燃機的燃油消耗率指標沒有顯著降低，這主要是因為廢氣渦輪增壓方案存在以下缺陷：(1)推動廢氣廢氣渦輪增壓器增加了排氣阻力，使排氣的推出損失功升高；(2)進氣壓力的提高增高了壓縮沖程中氣缸內的壓力，使壓縮的損失功升高；(3)由于進氣壓力的升高會使壓縮和做功沖程中氣缸內的壓力和溫度大幅度升高，為了避免壓力和溫度過高而損壞機器，對增壓的幅度必須加以限制，這就使廢氣中的能量得不到充分利用。

專利號為201320008898.8，專利名稱為“提高內燃機熱效率的換氣裝置”的實用新型專利公開了一種能夠采用分路排氣降低排氣阻力、采用串聯增壓將廢氣中的膨脹功最大限度轉化為有用功、采用壓縮初期適當釋放氣缸內壓力限制壓縮和做功沖程中氣缸的壓力的方法，將廢氣中的能量最大限度轉變成有用功，顯著提高內燃機熱效率。這種方法雖已被證明可行并有效，但它存在兩個重要缺陷，(1)因為它要在進氣沖程末期釋放氣缸內的壓力，造成氣缸內實際參加燃燒的空氣數量難以測量和控制，導致燃空比也難以精確控制；(2)因為尾氣所包含的能量中有很大一部分是熱能，而不是膨脹能，上述專利技術方案不能利用尾氣中的熱能。因此，要想使尾氣中的能量得到更充分的利用，必須對上述技術方案進行進一步的改進。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是：提供一種既不增加排氣阻力，又能把尾氣中的熱能轉化為膨脹能，使其與尾氣中原有的膨脹能疊加，然后再推動尾氣渦輪機做功，這一裝置可以利用渦輪機從尾氣中得到更多可用的機械功。

為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是：一種提高內燃機尾氣中能量利用率的裝置，包括氣缸蓋、膨脹排氣管和推出排氣管、電磁閥、壓縮空氣管、發動機控制單元、儲氣罐、氣泵、進氣管、渦輪機和渦輪機連接盤。所述膨脹排氣管根據各氣缸之間的排氣間隔角，分為至少兩段，各段膨脹排氣管在尾氣渦輪機內匯合，所述各段膨脹排氣管分別由壓縮空氣管經電磁閥與儲氣罐連接，儲氣罐與氣泵連接，氣泵的進氣端與內燃機的進氣管連接，膨脹排氣管的出氣端經尾氣渦輪機后與消聲器連通，推出排氣管的出氣端與消聲器連通。

所述氣缸蓋中對應于每個氣缸設有與膨脹排氣閥和推出排氣閥相對應的、相互分隔開的排氣道。

所述膨脹排氣管和推出排氣管位于內燃機的同一側。

所述膨脹排氣閥的開啟角與推出排氣閥的關閉角之間的曲軸轉角范圍覆蓋整個排氣沖程。采用分路排氣技術后，兩路排氣分別完成膨脹排氣過程和推出排氣過程，膨脹排氣閥的開啟角與推出排氣閥的關閉角之和等于現有內燃機排氣閥打開的持續角才能夠完成排氣沖程。

所述電磁閥由發動機控制單元(ECU)提供控制電能。

本實用新型設置膨脹和推出兩個排氣支路的理由如下：兩個排氣階段排出的尾氣各行其道，互不干擾，用膨脹排氣支路排出的尾氣中攜帶的膨脹功推動尾氣渦輪機，使尾氣中的能量得到利用；從推出排氣支路排出的廢氣繞過渦輪機，直接經消聲器排入大氣，使推出排氣階段的排氣阻力降低。這一措施為充分利用廢氣中的能量，而不增加排氣阻力創造了條件。

本實用新型采用膨脹排氣管分段的理由如下：膨脹排氣管根據各氣缸之間的排氣間隔角，分為至少兩段，各段膨脹排氣管內的排氣間隔角度應保證其所連接的排氣閥之間無疊開角，各段膨脹排氣管在尾氣渦輪機的進氣端匯合，這樣，在盡可能充分利用尾氣中膨脹功的同時，還可以減少排氣管中壓力波動對內燃機運行過程的不利影響。

本實用新型采用膨脹排氣管內適時再膨脹的理由如下：為了把尾氣中的熱量轉化為有用功，適時向各段膨脹排氣管內注入壓縮空氣，壓縮空氣在接觸到排氣管內的高溫尾氣后，體積會發生膨脹，實現把尾氣中的熱能轉化為膨脹能，這一部分膨脹能與尾氣中原有的膨脹能疊加在一起，就能獲得更多的膨脹能量來推動尾氣渦輪機。