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