[發(fā)明專利]一種集成余熱回收的內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810290770.2
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108716435A
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉雅;舒歌群;田華;李君峰
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: F02B37/00
• 分類號: F02B37/00;F02B39/00;F01N5/02;F01N13/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發(fā)明公開了一種集成余熱回收的內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)，所述系統(tǒng)以內(nèi)燃機(jī)余熱為能量來源，通過集成內(nèi)燃機(jī)、余熱回收系統(tǒng)、增壓渦輪和中冷器實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣增壓。吸收內(nèi)燃機(jī)余熱后的高溫高壓工質(zhì)推動(dòng)增壓渦輪做功，帶動(dòng)同軸相連的壓氣機(jī)實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓。高溫高壓工質(zhì)還可以經(jīng)三通電磁閥分流成兩路，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓的同時(shí)將多余的能量做功發(fā)電或驅(qū)動(dòng)余熱回收系統(tǒng)壓縮機(jī)或作為車輛的輔助動(dòng)力。該系統(tǒng)充分利用內(nèi)燃機(jī)余熱能量實(shí)現(xiàn)更大的內(nèi)燃機(jī)輸出功率，能顯著提高內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性及燃料利用率，且系統(tǒng)集成度高，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱能與動(dòng)力領(lǐng)域，尤其涉及一種集成余熱回收的內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著能源問題的日益突出和排放法規(guī)的逐步嚴(yán)苛，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的高效率、小型化、低油耗越來越重要。

內(nèi)燃機(jī)所能發(fā)出的最大功率受到每循環(huán)吸入氣缸內(nèi)實(shí)際空氣量的限制，渦輪增壓技術(shù)通過利用內(nèi)燃機(jī)排氣能量可使內(nèi)燃機(jī)在保持排量不變的條件下大幅提高輸出功率，或使內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)相同輸出功率所需的排量更小。傳統(tǒng)的渦輪增壓器通常采用排氣旁通閥在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行至高速大負(fù)荷工況時(shí)將部分排氣旁通，以限制增壓壓力和增壓器轉(zhuǎn)速。由于排氣旁通閥的旁通作用，增壓器并未充分回收內(nèi)燃機(jī)廢氣能量。而經(jīng)由渦輪增壓器后的內(nèi)燃機(jī)排氣直接排入大氣，這部分能量通常占到燃料燃燒總能量的30％以上，溫度可達(dá)200-600℃，具有極高的利用價(jià)值卻未被利用。

相關(guān)學(xué)者普遍認(rèn)為，若能充分回收利用內(nèi)燃機(jī)余熱，將進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)的燃油利用率，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的節(jié)能減排，基于朗肯循環(huán)的動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)被認(rèn)為是最具潛力的內(nèi)燃機(jī)余熱回收技術(shù)手段。目前針對余熱回收系統(tǒng)的工質(zhì)選擇、循環(huán)構(gòu)型、參數(shù)優(yōu)化等已進(jìn)行了大量研究工作，內(nèi)燃機(jī)余熱回收系統(tǒng)的研究正朝著高效率、小型化、經(jīng)濟(jì)性的方向發(fā)展。然而，內(nèi)燃機(jī)余熱回收系統(tǒng)與內(nèi)燃機(jī)的耦合仍然是該領(lǐng)域的難點(diǎn)與熱點(diǎn)問題。單純的附加一套余熱回收系統(tǒng)會(huì)增加整車重量而使燃油消耗量增多，且因受到安裝空間制約而與內(nèi)燃機(jī)集成困難。

基于朗肯循環(huán)的動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)包括做功部件膨脹機(jī)，通過高溫高壓工質(zhì)推動(dòng)膨脹機(jī)做功，其型式可為渦輪，渦輪增壓器也包括渦輪，通過內(nèi)燃機(jī)排氣推動(dòng)渦輪產(chǎn)生動(dòng)力。若能將這兩部分渦輪集成或共用，可實(shí)現(xiàn)余熱回收系統(tǒng)與內(nèi)燃機(jī)的耦合，多余的排氣能量還可以用來做功發(fā)電或作為車輛的輔助動(dòng)力，且總體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡化，為內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)均提供了新的途徑。

本發(fā)明基于上述技術(shù)現(xiàn)狀和研究思路，提出一種集成余熱回收的內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)，用以提升內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。通過對國內(nèi)外相關(guān)的專利檢索和分析，申請人未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明特征相近的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種集成內(nèi)燃機(jī)余熱回收的增壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣增壓及余熱利用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種集成余熱回收的內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)的基本技術(shù)方案，包括內(nèi)燃機(jī)、中冷器、壓氣機(jī)和增壓渦輪，所述壓氣機(jī)通過所述中冷器的增壓空氣側(cè)連接至所述內(nèi)燃機(jī)，所述增壓渦輪由一余熱回收系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，所述余熱回收系統(tǒng)是基于朗肯循環(huán)的動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，包括依次串聯(lián)的冷卻器、工質(zhì)罐、壓縮機(jī)、缸套水換熱器、煙氣換熱器，所述壓縮機(jī)的出口連接至所述缸套水換熱器的工質(zhì)側(cè)進(jìn)口，所述缸套水換熱器的工質(zhì)側(cè)出口連接至所述煙氣換熱器的工質(zhì)側(cè)進(jìn)口，所述煙氣換熱器的工質(zhì)側(cè)出口經(jīng)過所述增壓渦輪連接至所述冷卻器的工質(zhì)側(cè)進(jìn)口；所述內(nèi)燃機(jī)的缸套水經(jīng)出水管后進(jìn)入所述缸套水換熱器的缸套水側(cè)經(jīng)過充分換熱后經(jīng)過回水管進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)缸套；所述內(nèi)燃機(jī)的排氣口連接至所述煙氣換熱器的煙氣側(cè)進(jìn)口，所述煙氣側(cè)出口連接至大氣環(huán)境或是連接至內(nèi)燃機(jī)后處理系統(tǒng)。

本發(fā)明中提出的一種集成余熱回收的內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)的改進(jìn)技術(shù)方案，對基本技術(shù)方案中所述壓縮機(jī)的出口連接進(jìn)行變更，即：所述壓縮機(jī)的出口經(jīng)過所述中冷器的二次流體側(cè)后連接至所述缸套水換熱器的工質(zhì)側(cè)進(jìn)口。