CN101333959A - 一种增压汽油机空气管理*** - Google Patents

一种增压汽油机空气管理*** Download PDF

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Abstract

本发明属于汽油机领域，特别涉及一种增压汽油机空气管理***。包括：压气机、中冷器、主涡轮以及双效涡轮；中高速工况时，双效涡轮串联在中冷器后，其后依次串联气缸和主涡轮，双效涡轮起到透平制冷的作用；低速工况时，中冷器、气缸和主涡轮串联后，再串联双效涡轮，双效涡轮起到提高输出扭矩的作用。该***可以实现透平制冷和双涡轮增压双重功能，可更好的控制进气温度，允许更高的增压比和提高低速扭矩；且***在高、中、低不同转速下采用不同的工作模式，使得不同工况下，***的工作状态得以优化。

Description

一种增压汽油机空气管理***
技术领域
本发明属于汽油机领域，特别涉及一种增压汽油机空气管理***。
背景技术
随着节能减排的要求提高，汽油机增压技术得到越来越广泛的运用。但由于汽油机进气增压后容易发生爆震等问题，其增压比受到限制。国外研究表明，进气温度是影响爆震的主要原因。如果能够控制进气温度，就能进一步提高增压比，使得节能减排效果更为明显。
现在普遍采用的进气冷却是采用中冷器，通过与外界的热交换实现降温。但是中冷器存在部分工况冷却效果不理想，以及易受环境因素影响等问题。透平制冷则利用制冷循环的原理对进气进行冷却。该技术50年代曾在天然气内燃机中有所运用。但由于经济成本高、设计匹配难度高，以及技术难度高等原因一直没有在柴油机和汽油机上实际运用。但近些年，随着节能减排法规的进一步加强，该项技术的市场前景再度引起关注。
此外，汽油机增压普遍存在低速扭矩不足的问题。双涡轮增压技术是解决该问题的途径之一，已在实际生产中运用。低速工况下，排气经过低速小排量涡轮，带动压气机，从而更好的利用低速排气能量。
发明内容
本发明提供了一种增压汽油机空气管理***，包括：主压气机5、双效涡轮气压机3，中冷器2，主涡轮6，以及双效涡轮4，其特征在于：中高速工况时，双效涡轮4串联在中冷器2后，其后依次串联气缸1和主涡轮6，双效涡轮4起到透平制冷的作用；低速工况时，中冷器2、气缸1和主涡轮6串联后，再串联双效涡轮4，双效涡轮4起到提高输出扭矩的作用。
所述主压气机5和双效涡轮气压机3合并为压气机12，并且压气机12和双效涡轮4、主涡轮6同轴布置。
本发明的有益效果为：可以实现透平制冷和双涡轮增压双重功能，可更好的控制进气温度，允许更高的增压比和提高低速扭矩；***在高、中、低不同转速下采用不同的工作模式，使得不同工况下，***的工作状态得以优化。
附图说明
图1为本发明第一种***的中高速工况时的流程示意图；
图2为本发明第一种***的低速工况时的流程示意图；
图3为本发明第二种***的中高速工况时的流程示意图；
图4为本发明第二种***的低速工况时的流程示意图。
图中标号：
1-气缸；2-中冷器；3-双效涡轮气压机；4-双效涡轮；5-主压气机；6-主涡轮；7-第一阀门；8-第二阀门；9-第三阀门；10-第四阀门；11-第五阀门；12-压气机。
具体实施方式
本发明提供了一种增压汽油机空气管理***，下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。
实施例1
图1为本发明第一种***的中高速工况时的流程示意图，主压气机5、双效涡轮气压机3、中冷器2、双效涡轮4、气缸1和主涡轮6依次串联。气体经过主压气机5被压缩增压后，进入双效涡轮压气机3，二次增压；然后进入中冷器2，通过与冷却介质的热交换，得以冷却；然后气体经过第一阀门7和第二阀门8进入双效涡轮4，通过膨胀，使进气温度降低，通由第三阀门9和第四阀门10进入气缸1；气体在气缸1内燃烧做功后，经过主涡轮6和第五阀门11排出。当进气温度满足要求时，可通过第一阀门7和第四阀门10的控制对双效涡轮4进行旁通，气体从连接第一阀门7和第四阀门10的气道直接通过，减少因为膨胀引起的压力损失。
实施例2
图2为本发明第一种***的低速工况时的流程示意图，主压气机5、双效涡轮气压机3、中冷器2、气缸1、主涡轮6和双效涡轮4依次串联。气体经过主压气机5被压缩增压后，进入双效涡轮压气机3，二次增压；然后进入中冷器2，通过与冷却介质的热交换，得以冷却；然后气体经过第一阀门7和第四阀门10进入气缸1，气体在气缸1内燃烧做功后，经过主涡轮6，由于低速工况下气流量较小，气体在主涡轮6处膨胀比接近1；然后气体通过第五阀门11和第二阀门8，进入双效涡轮4，排气在双效涡轮4处得以膨胀，为进气增压提供能量。
仿真结果证明：采用双效涡轮***结构后，可以在保持进气温度不变的情况下，将进气压力从1.6bar提高到2.0bar。中高速工况下的输出转矩和功率提高约10％；低速工况下，扭矩提高约11％。
实施例3
图3为本发明第二种***的中高速工况时的流程示意图，将主压气机5和双效涡轮气压机3合并为压气机12，并且压气机12和双效涡轮4、主涡轮6同轴布置；压气机12、中冷器2、双效涡轮4、气缸1和主涡轮6依次串联。气体经过压气机12被压缩增压后，进入中冷器2，通过与冷却介质的热交换，得以冷却；然后气体经过第一阀门7和第二阀门8进入双效涡轮4，通过膨胀，使进气温度降低，通由第三阀门9和第四阀门10进入气缸1；气体在气缸1内燃烧做功后，经过主涡轮6和第五阀门11排出。当进气温度满足要求时，可通过第一阀门7和第四阀门10的控制对双效涡轮4进行旁通，气体从连接第一阀门7和第四阀门10的气道直接通过，减少因为膨胀引起的压力损失。
实施例4
图4为本发明第二种***的低速工况时的流程示意图，将主压气机5和双效涡轮气压机3合并为压气机12，并且压气机12和双效涡轮4、主涡轮6同轴布置，压气机12、中冷器2、气缸1、主涡轮6和双效涡轮4依次串联。气体经过压气机12一级增压，然后进入中冷器2，通过与冷却介质的热交换，得以冷却；然后气体经过第一阀门7和第四阀门10进入气缸1，气体在气缸1内燃烧做功后，经过主涡轮6，由于低速工况下气流量较小，气体在主涡轮6处膨胀比接近1；然后气体通过第五阀门11和第二阀门8，进入双效涡轮4，排气在双效涡轮4处得以膨胀，为进气增压提供能量。

Claims (2)

1.一种增压汽油机空气管理***，包括：主压气机(5)、双效涡轮气压机(3)，中冷器(2)，主涡轮(6)，以及双效涡轮(4)，其特征在于：中高速工况时，双效涡轮(4)串联在中冷器(2)后，其后依次串联气缸(1)和主涡轮(6)，双效涡轮(4)起到透平制冷的作用；低速工况时，中冷器(2)、气缸(1)和主涡轮(6)串联后，再串联双效涡轮(4)，双效涡轮(4)起到提高输出扭矩的作用。
2.根据权利要求1所述的一种增压汽油机空气管理***，其特征在于，所述主压气机(5)和双效涡轮气压机(3)合并为压气机(12)，并且压气机(12)和双效涡轮(4)、主涡轮(6)同轴布置。
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