[發明專利]一種內燃機系統

在審

• 申請號: 201711276293.6
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN108150279A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 鄭新前;鄒望之;曾翰軒;王鈞瑩;林韻
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F02B37/00
• 分類號: F02B37/00;F02B41/10;F02B29/04;F01N5/02;F01N3/02;F01K25/10;F02G5/02
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

本發明公開了一種內燃機系統，屬于內燃機技術領域，包括：內燃機(1)，其上設置進氣口和排氣口；第一渦輪(2)，其入口連通到內燃機(1)的排氣口；第一壓氣機(3)，其入口連通大氣，出口連通到內燃機(1)的進氣口；第二渦輪(4)，其入口連通到第一渦輪(2)的出口；第二壓氣機(5)，其入口連通到第二渦輪(4)的出口，出口連通到大氣；第一渦輪(2)通過第一軸系(6)與第一壓氣機(3)連接，用于驅動第一壓氣機(3)轉動進行壓縮做功；第二渦輪(4)通過第二軸系(7)進行動力輸出；內燃機(1)的曲軸通過第三軸系(8)與第二壓氣機(5)連接，用于驅動第二壓氣機(5)轉動進行壓縮做功。本發明在渦輪增壓內燃機的基礎上加入了逆勃雷登循環系統，在保證內燃機進氣增壓的同時，可以通過逆勃雷登循環中的渦輪直接進行動力輸出，顯著提高了內燃機廢氣能量回收利用率。

技術領域

本發明涉及內燃機技術領域，尤其涉及一種內燃機系統。

背景技術

內燃機在國民生產和生活中有著十分重要的作用。目前，絕大部分的車用和船用動力都是內燃機。內燃機消耗了大量的化石燃料，但是平均只有30％-40％的能量轉化為機械能，有近60％-70％的能源在內燃機工作過程中以多種熱量傳遞形式散發到大氣中。其中，內燃機排放的廢氣能量約占總能量的30％。也就是說，內燃機真正利用的能量和排放的廢氣能量比例相當，這對能源造成了極大的浪費。對內燃機廢氣能量進行回收利用，不斷提高能源的利用效率，是實現節能減排的重要手段，對全球經濟的可持續發展具有重要的意義。

為解決上述問題，現有技術中采用渦輪增壓回收利用內燃機廢氣能量是非常有效的技術手段，目前應用十分廣泛。現有的絕大部分柴油機和40％左右的汽油機都采用了渦輪增壓技術。現有技術的技術方案主要有下述幾種：

1.方案一：如圖1，是現有技術中被廣泛使用的渦輪增壓內燃機系統的結構示意圖。其工作原理是：內燃機1排放的廢氣進入渦輪2膨脹做功，渦輪2通過軸系6輸出功給壓氣機3，壓氣機3壓縮空氣，增加進氣壓力和密度，壓縮后的氣體進入換熱器9冷卻，降低進氣溫度，進一步增加進氣密度，提高內燃機1的動力性。通過渦輪2的廢氣再經過后處理之后排到大氣中。但在該方案中，經過渦輪2后排出的廢氣還有較高的溫度，有一部分能量無法回收，對內燃機廢氣能量利用不足。

2.方案二：為了進一步利用方案一中渦輪排出的廢氣能量，現有技術的技術方案是在方案一的基礎上在渦輪2后增加一個渦輪增壓系統，采用兩級渦輪增壓技術，該兩級渦輪均用于進氣增壓，但這種方案不適用于內燃機功率需求不大的情況，并且兩級增壓系統與內燃機匹配更加復雜。同時，經過兩級渦輪膨脹后的廢氣仍然具有一定的可回收利用的能量，這部分能量未被回收利用。

3.方案三：當單級渦輪增壓就可以滿足內燃機功率需求時，為避免系統匹配復雜，一般不會采用兩級渦輪增壓技術。而是在方案一的基礎上，采用在渦輪2后增加動力渦輪的技術進一步回收內燃機的廢氣能量，但這種方案要求進入動力渦輪的氣體壓力高于大氣壓力，因此，當進入動力渦輪的廢氣壓力接近大氣壓力時，動力渦輪的做功能力有限，無法進一步回收內燃機的廢氣能量。

發明內容

(一)發明目的

本發明的目的是提供一種內燃機系統。在渦輪增壓內燃機的基礎上，引入了逆勃雷登循環系統。逆勃雷登循環系統是將廢氣通入渦輪，在渦輪后接一個冷卻裝置和一個壓氣機，壓氣機出口是大氣。廢氣經過渦輪膨脹做功后進入冷卻裝置冷卻，再經壓氣機壓縮至大氣壓排入大氣，這個過程稱為逆勃雷登循環。逆勃雷登循環系統中的壓氣機由內燃機軸驅動，逆勃雷登循環系統中的渦輪進一步回收渦輪增壓系統中廢氣渦輪出口的能量并對外做功。本發明所提供的內燃機系統，既提高了內燃機的動力性，同時也進一步回收了內燃機的廢氣能量，解決了現有技術中內燃機的廢氣能量利用不足的問題，同時解決了現有技術中由于動力渦輪做功能力有限，無法進一步回收內燃機的廢氣能量的問題；由于逆勃雷登循環系統通過渦輪直接輸出功率，解決了現有技術中由于采用兩級渦輪增壓仍有部分廢氣能量無法回收利用，且不適用于內燃機功率需求不大的情況的問題。