CN105464787B - 一种增压柴油机复合相继增压结构及其增压方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种增压柴油机复合相继增压结构及其增压方法，包括A列气缸、B列气缸、第一涡轮增压器、第二涡轮增压器，在第一涡轮和排气连通管之间的A列排气管上安装基本三通阀，基本三通阀的第一通道连接排气连通管，基本三通阀的第二通道连接第一涡轮，基本三通阀的第三通道连接进排气旁通管，在第二压气机和进气连通管之间的B列进气管上安装受控三通阀，受控三通阀的第一通道连接进气连通管，受控三通阀的第二通道连接第二压气机，受控三通阀的第三通道连接进排气旁通管。本发明有效提高了涡轮增压器的流量范围和工作效率，能够满足不同工况下柴油机的运行特点。

Description

一种增压柴油机复合相继增压结构及其增压方法

技术领域

本发明涉及的是一种增压柴油机增压结构及其增压方法。

背景技术

随着船舶增压柴油机的增压程度越来越高，涡轮增压器与柴油机之间匹配也越来越困难，难以同时满足柴油机低中高工况的要求，并且增压压力越高，匹配问题就越突出。为了解决增压器与柴油机之间的匹配问题，目前采取了多种增压***，如相继增压***、二级增压***、进排气旁通增压以及高工况放气增压等。

其中，相继增压***是七十年代有MTU公司首先采用的新技术，它的基本原理是采用多个涡轮增压器，随着发动机转速和负荷的增加，按次序地投入运行，从而保证涡轮增压器始终工作在高效率区，获得良好的低速大扭矩性能。当相继增压***中两个或者两个以上涡轮增压器大小不同时，则衍生出了大小涡轮增压器顺序增压***，其基本工作原理与相继增压是相同的。

进排气旁通增压***是将来自增压器的一部分增压空气不经过气缸，直接进入到涡轮内，使进入到涡轮内的流量、能量增加，涡轮的效率也随之提高，从而使增压压力提高、防止部分负荷压气机喘振，同时降低排气温度。

因此，考虑充分利用各增压***的优点，将多个增压***有机融合在一起，从而充分扩大涡轮的当量流通面积的变化范围，进一步改善高增压柴油机全工况范围内的运行性能。

目前已公开的专利中，如申请号：200510025774.0的专利“大小涡轮增压器串并联可调高增压***”中通过4个控制阀及相应旁通管路，实现了单级涡轮增压、相继涡轮增压和两级涡轮增压。如申请号为：201310277421.4的专利“多模式大小涡轮增压器柴油机顺序增压结构”通过设置6个控制阀来实现非增压模式、小涡轮增压器模式、大涡轮增压器模式以及大小涡轮增压器模式的切换。但是上述两个专利所述技术方案中不涉及进排气旁通增压模式。再如申请号：“200710144757.9”的专利“可调相继复合涡轮增压***”中记载的通过设置4个控制阀实现单台涡轮增压、两台并联涡轮增压、进排气旁通涡轮增压、高工况放气涡轮增压之间的切换，扩大了增压柴油机的运行范围，但是该技术方案中的单涡轮增压旨在针对大小相同的两个涡轮增压器，无法分别实现大小涡轮增压器的单涡轮增压模式。

发明内容

本发明的目的在于提供能够实现单涡轮增压模式、双涡轮并联增压模式以及进排气旁通增压模式的一种增压柴油机复合相继增压结构及其增压方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种增压柴油机复合相继增压结构，其特征是：包括A列气缸、B列气缸、第一涡轮增压器、第二涡轮增压器，第一涡轮增压器包括同轴的第一压气机和第一涡轮，第二涡轮增压器包括同轴的第二压气机和第二涡轮，第一压气机通过A列进气管连接A列气缸，第一涡轮通过A列排气管连接A列气缸，第二压气机通过B列进气管连接B列气缸，第二涡轮通过B列排气管连接B列气缸，A列进气管和B列进气管通过进气连通管相通，A列排气管和B列排气管通过排气连通管相通，在第一涡轮和排气连通管之间的A列排气管上安装基本三通阀，基本三通阀的第一通道连接排气连通管，基本三通阀的第二通道连接第一涡轮，基本三通阀的第三通道连接进排气旁通管，在第二压气机和进气连通管之间的B列进气管上安装受控三通阀，受控三通阀的第一通道连接进气连通管，受控三通阀的第二通道连接第二压气机，受控三通阀的第三通道连接进排气旁通管。

本发明一种增压柴油机复合相继增压结构还可以包括：

1、A列进气管上安装A列中冷器，B列进气管上安装B列中冷器，第二涡轮与排气连通管之间的B列排气管上安装燃气阀。

本发明一种增压柴油机复合相继增压方法，其特征是：采用如下增压结构：

包括A列气缸、B列气缸、第一涡轮增压器、第二涡轮增压器，第一涡轮增压器包括同轴的第一压气机和第一涡轮，第二涡轮增压器包括同轴的第二压气机和第二涡轮，第一压气机通过A列进气管连接A列气缸，第一涡轮通过A列排气管连接A列气缸，第二压气机通过B列进气管连接B列气缸，第二涡轮通过B列排气管连接B列气缸，A列进气管和B列进气管通过进气连通管相通，A列排气管和B列排气管通过排气连通管相通，在第一涡轮和排气连通管之间的A列排气管上安装基本三通阀，基本三通阀的第一通道连接排气连通管，基本三通阀的第二通道连接第一涡轮，基本三通阀的第三通道连接进排气旁通管，在第二压气机和进气连通管之间的B列进气管上安装受控三通阀，受控三通阀的第一通道连接进气连通管，受控三通阀的第二通道连接第二压气机，受控三通阀的第三通道连接进排气旁通管；A列进气管上安装A列中冷器，B列进气管上安装B列中冷器，第二涡轮与排气连通管之间的B列排气管上安装燃气阀；

(1)柴油机处于低工况时：打开基本三通阀的第一通道和第二通道，保持基本三通阀的第三通道关闭，关闭受控三通阀的第一通道，关闭燃气阀；

柴油机排气由排气连通管汇入A列排气管，经由基本三通阀的第一通道-第二通道间路径流入第一涡轮，完成膨胀做功之后排入大气；空气由第一压气机入口进入，通过进气连通管分别进入A、B列气缸参与燃烧，此时有且仅有第一涡轮增压器投入工作；

以上即为单涡轮增压工作模式；

(2)当柴油机处于中等工况时：同时打开基本三通球阀所有通道，同时打开受控三通阀所有通道，第一涡轮增压器和第二涡轮增压器均投入工作，并且A列进气管中的部分增压空气通过受控三通阀的第三通道进入进排气旁通管，经由基本三通阀的第三通道进入A列排气管中，最后分别进入第一涡轮和第二涡轮，上述即进排气旁通增压模式；

(3)柴油机处于高工况时：打开基本三通阀的第一通道和第二通道，保持基本三通阀的第三通道关闭，打开燃气阀，延迟打开受控三通阀的第一通道和第二通道，保持受控三通阀的第三通道关闭；

柴油机排气通过A列排气管，流经基本三通阀的第一通道-第二通道间路径进入第一涡轮，带动第一压气机工作，之后排入大气；柴油机排气通过B列排气管，流经燃气阀之后进入第二涡轮，带动第二压气机工作，之后排入大气；空气分别由第一压气机和第二压气机进入，第一压气机出口的压缩空气，通过进气连通管分别进入A、B列气缸参与燃烧；第二压气机出口的压缩空气，经由受控三通阀第二通道-第一通道间路径，通过进气连通管分别进入A、B列气缸参与燃烧，此时第一、二涡轮增压器均投入工作，即双涡轮并联增压工作模式。

本发明的优势在于：在传统相继增压***结构的基础上，对结构进行部分改进，通过两个三通阀的灵活控制，可以分别实现单涡轮增压模式、双涡轮并联增压模式以及进排气旁通增压模式，有效提高了涡轮增压器的流量范围和工作效率，能够满足不同工况下柴油机的运行特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为传统相继增压***的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，本发明可调增压柴油机相继增压结构，包括柴油机本体、柴油机进气管、柴油机排气管、进气连通管3、排气连通管8、进排气旁通管16、基本三通阀6、受控三通阀13、第一涡轮增压器、第二涡轮增压器、燃气阀10以及中冷器4、11。第一涡轮增压器由第一压气机1和第一涡轮5构成，第二涡轮增压由第二压气机14和第二涡轮15构成。柴油机A列进气管2和B列进气管12通过进气连通管3实现互通，柴油机A列排气管2和B列排气管9通过排气连通管8实现互通。第一压气机1入口与大气相连，出口通过A列进气管2与A列中冷器4入口相连，A列中冷器4出口与A列气缸口相连；第一涡轮5出口与大气相连，第一涡轮5入口通过A列排气管7与A列气缸排气口相连，且第一涡轮5入口处设置有基本三通阀6。第二压气机14入口与大气相连，出口通过B列进气管12与B列中冷器11入口相连，B列中冷器11出口与B列气缸进气口相连，且第二压气机14出口处设置有受控三通阀13；第二涡轮15出口与大气相连，第二涡轮15入口通过B列排气管9与B列气缸排气口相连，且第二涡轮15入口处设置有燃气阀10。

区别与传统相继增压***结构，在第一涡轮5入口处设置有基本三通阀6，其第一通道1#和第二通道2#均与A列排气管7相连，第三通道3#与进排气旁通管16相连；

区别于传统相继增压***结构，在第二压气机14出口处设置有受控三通阀13，其第一通道4#和第二通道5#均与B列进气管12相连，第三通道6#与进排气旁通管16相连；

区别于传统相继增压***共结构，基本三通阀6的第三端口3#和受控三通阀13第三端口6#之间设置进排气旁通管16。

一种可调增压柴油机顺序增压方法，包括：

①柴油机处于低工况时时：打开基本三通阀6第一通道1#和第二通道2#，保持第三通道3#关闭；关闭受控三通阀(13)第一通道4#；关闭燃气阀10。

柴油机排气由排气连通管8汇入A列排气管7，经由基本三通阀61#-2#通道流入第一涡轮5，完成膨胀做功之后排入大气；空气由第一压气机1入口进入，通过进气连通管3分别进入A、B列气缸参与燃烧；此时有且仅有第一涡轮增压器投入工作。

此外，当且仅当第一涡轮增压器和第二涡轮增压器大小不同时，打开燃气阀10，关闭基本三通阀6第一通道1#，打开受控三通阀13第一通道4#和第二通道5#，保持第三通道6#关闭。

柴油机排气由排气连通管8汇入B列排气管9，流经燃气阀10之后流入第二涡轮15，完成膨胀做功之后排入大气；空气由第二压气机14入口进入，经由受控三通阀135#-4#通道，通过进气连通管3分别进入A、B列气缸参与燃烧；此时有且仅有第二涡轮增压器投入工作。

以上即单涡轮增压工作模式。

②当柴油机处于中等工况时：同时打开基本三通球阀6所有通道，同时打开受控三通阀13所有通道，此时，第一涡轮增压器和第二涡轮增压器均投入工作，并且A列进气管12中的部分增压空气通过受控三通阀136#通道进入进排气旁通管16，经由基本三通阀63#号通道进入A列排气管7中，最后分别进入第一涡轮5和第二涡轮15，使得两个涡轮的流量和能量均增加，提高了涡轮的效率，上述即进排气旁通增压模式。

③柴油机处于高工况时：打开基本三通阀6第一通道1#和第二通道2#，保持第三通道3#关闭；打开燃气阀10，延迟一定时间打开受控三通阀13第一通道4#和第二通道5#，保持第三通道6#关闭。

柴油机排气通过A列排气管7，流经基本三通阀61#-2#通道进入第一涡轮5，带动第一压气机1工作，之后排入大气；柴油机排气通过B列排气管9，流经燃气阀10之后进入第二涡轮15，带动第二压气机14工作，之后排入大气；空气分别由第一压气机1和第二压气机14进入，第一压气机1出口的压缩空气，通过进气连通管3分别进入A、B列气缸参与燃烧；第二压气机14出口的压缩空气，经由受控三通阀135#-4#通道，通过进气连通管3分别进入A、B列气缸参与燃烧；此时第一、二涡轮增压器均投入工作，即双涡轮并联增压工作模式。

本发明一种增压柴油机复合相继增压结构，包括柴油机本体、柴油机进气管、柴油机排气管、进气连通管、排气连通管、进排气旁通管、第一涡轮增压器、第二涡轮增压器、基本三通阀、受控三通阀、燃气阀及中冷器。

第一涡轮增压器由第一压气机和第一涡轮构成，第二涡轮增压由第二压气机和第二涡轮构成。柴油机A、B列进气管通过进气连通管实现互通，柴油机A、B列排气管通过排气连通管实现互通。

第一压气机入口与大气相连，出口通过A列进气管与A列中冷器入口相连，A列中冷器出口与A列气缸口相连；第一涡轮出口与大气相连，第一涡轮入口通过A列排气管与A列气缸排气口相连，且第一涡轮入口处设置有基本三通阀。第二压气机入口与大气相连，出口通过B列进气管与B列中冷器入口相连，B列中冷器出口与B列气缸进气口相连，且第二压气机出口处设置有受控三通阀；第二涡轮出口与大气相连，第二涡轮入口通过B列排气管与B列气缸排气口相连，且第二涡轮入口处设置有燃气阀。

区别于传统相继增压***共结构，在第一涡轮入口处设置有基本三通阀，其第一通道和第二通道均与A列排气管相连，第三通道通过第一旁通管与大气相连；

区别于传统相继增压***共结构，在第二压气机出口处设置有受控三通阀，其第一通道和第二通道均与B列进气管相连，第三通道通过第二旁通管与大气相连；

区别于传统相继增压***共结构，基本三通阀的第三端口和受控三通阀第三端口之间设置进排气旁通阀。

一种可调增压柴油机顺序增压方法，包括：

柴油机处于低工况时时：打开基本三通阀第一通道和第二通道，保持第三通道关闭；打开受控三通阀第一通道和第二通道，保持第三通道关闭；关闭燃气阀，此时有且仅有第一涡轮增压器投入工作。

此外，当且仅当第一涡轮增压器和第二涡轮增压器大小不同时，打开燃气阀，关闭基本三通阀第一通道，打开受控三通阀第一通道和第二通道，保持第三通道关闭，此时有且仅有第二涡轮增压器投入工作，即单涡轮增压工作模式。

当柴油机处于中等工况时：同时打开基本三通球阀所有通道，同时打开受控三通阀所有通道，即进排气旁通增压模式。

柴油机处于高工况时：打开基本三通阀第一通道和第二通道，保持第三通道；打开燃气阀，延迟一定时间后打开受控三通阀第一通道和第二通道，同时保持第三通道关闭；此时第一、二涡轮增压器均投入工作，即双涡轮并联压模式。

一种增压柴油机复合相继增压结构，包括柴油机本体、柴油机进气管、柴油机排气管、进气连通管、排气连通管、进排气旁通管、第一涡轮增压器、第二涡轮增压器、基本三通阀、受控三通阀、燃气阀以及中冷器。第一涡轮增压器由第一压气机和第一涡轮构成，第二涡轮增压由第二压气机和第二涡轮构成。柴油机A、B列进气管通过进气连通管实现互通，柴油机A、B列排气管通过排气连通管实现互通。第一压气机入口与大气相连，出口通过A列进气管与A列中冷器入口相连，A列中冷器出口与A列气缸口相连；第一涡轮出口与大气相连，第一涡轮入口通过A列排气管与A列气缸排气口相连，且第一涡轮入口处设置有基本三通阀。第二压气机入口与大气相连，出口通过B列进气管与B列中冷器入口相连，B列中冷器出口与B列气缸进气口相连，且第二压气机出口处设置有受控三通阀；第二涡轮出口与大气相连，第二涡轮入口通过B列排气管与B列气缸排气口相连，且第二涡轮入口处设置有燃气阀。

在第一涡轮入口处设置有基本三通阀，其第一通道和第二通道均与A列排气管相连，第三通道通过第一旁通管与大气相连；

在第二压气机出口处设置有受控三通阀，其第一通道和第二通道均与B列进气管相连，第三通道通过第二旁通管与大气相连；

基本三通阀和受控三通阀均为T型三通球阀，可使三个通道相互连通，或者关闭任意一通道而使另外两个通道连通。

基本三通阀的第三端口和受控三通阀第三端口之间设置进排气旁通阀。

一种增压柴油机复合相继增压方法，包括柴油机的三种工况：

柴油机处于低工况时时：打开基本三通阀第一通道和第二通道，保持第三通道关闭；打开受控三通阀第一通道和第二通道，保持第三通道关闭；关闭燃气阀，此时有且仅有第一涡轮增压器投入工作。

此外，当且仅当第一涡轮增压器和第二涡轮增压器大小不同时，打开燃气阀，关闭基本三通阀第一通道，打开受控三通阀第一通道和第二通道，保持第三通道关闭，此时有且仅有第二涡轮增压器投入工作，即单涡轮增压工作模式。

当柴油机处于中等工况时：同时打开基本三通球阀所有通道，同时打开受控三通阀所有通道，即进排气旁通增压模式。

柴油机处于高工况时：打开基本三通阀第一通道和第二通道，保持第三通道；打开燃气阀，延迟一定时间后打开受控三通阀第一通道和第二通道，同时保持第三通道关闭；此时第一、二涡轮增压器均投入工作，即双涡轮并联压模式。

Claims (3)

1.一种增压柴油机复合相继增压结构，其特征是：包括A列气缸、B列气缸、第一涡轮增压器、第二涡轮增压器，第一涡轮增压器包括同轴的第一压气机和第一涡轮，第二涡轮增压器包括同轴的第二压气机和第二涡轮，第一压气机通过A列进气管连接A列气缸，第一涡轮通过A列排气管连接A列气缸，第二压气机通过B列进气管连接B列气缸，第二涡轮通过B列排气管连接B列气缸，A列进气管和B列进气管通过进气连通管相通，A列排气管和B列排气管通过排气连通管相通，在第一涡轮和排气连通管之间的A列排气管上安装基本三通阀，基本三通阀的第一通道连接排气连通管，基本三通阀的第二通道连接第一涡轮，基本三通阀的第三通道连接进排气旁通管，在第二压气机和进气连通管之间的B列进气管上安装受控三通阀，受控三通阀的第一通道连接进气连通管，受控三通阀的第二通道连接第二压气机，受控三通阀的第三通道连接进排气旁通管。

2.根据权利要求1所述的一种增压柴油机复合相继增压结构，其特征是：A列进气管上安装A列中冷器，B列进气管上安装B列中冷器，第二涡轮与排气连通管之间的B列排气管上安装燃气阀。

3.一种增压柴油机复合相继增压方法，其特征是：采用如下增压结构：

包括A列气缸、B列气缸、第一涡轮增压器、第二涡轮增压器，第一涡轮增压器包括同轴的第一压气机和第一涡轮，第二涡轮增压器包括同轴的第二压气机和第二涡轮，第一压气机通过A列进气管连接A列气缸，第一涡轮通过A列排气管连接A列气缸，第二压气机通过B列进气管连接B列气缸，第二涡轮通过B列排气管连接B列气缸，A列进气管和B列进气管通过进气连通管相通，A列排气管和B列排气管通过排气连通管相通，在第一涡轮和排气连通管之间的A列排气管上安装基本三通阀，基本三通阀的第一通道连接排气连通管，基本三通阀的第二通道连接第一涡轮，基本三通阀的第三通道连接进排气旁通管，在第二压气机和进气连通管之间的B列进气管上安装受控三通阀，受控三通阀的第一通道连接进气连通管，受控三通阀的第二通道连接第二压气机，受控三通阀的第三通道连接进排气旁通管；A列进气管上安装A列中冷器，B列进气管上安装B列中冷器，第二涡轮与排气连通管之间的B列排气管上安装燃气阀；

(1)柴油机处于低工况时：打开基本三通阀的第一通道和第二通道，保持基本三通阀的第三通道关闭，关闭受控三通阀的第一通道，关闭燃气阀；

柴油机排气由排气连通管汇入A列排气管，经由基本三通阀的第一通道-第二通道间路径流入第一涡轮，完成膨胀做功之后排入大气；空气由第一压气机入口进入，通过进气连通管分别进入A、B列气缸参与燃烧，此时有且仅有第一涡轮增压器投入工作；

以上即为单涡轮增压工作模式；

(2)当柴油机处于中等工况时：同时打开基本三通阀所有通道，同时打开受控三通阀所有通道，第一涡轮增压器和第二涡轮增压器均投入工作，并且A列进气管中的部分增压空气通过受控三通阀的第三通道进入进排气旁通管，经由基本三通阀的第三通道进入A列排气管中，最后分别进入第一涡轮和第二涡轮，上述即进排气旁通增压模式；

(3)柴油机处于高工况时：打开基本三通阀的第一通道和第二通道，保持基本三通阀的第三通道关闭，打开燃气阀，延迟打开受控三通阀的第一通道和第二通道，保持受控三通阀的第三通道关闭；

柴油机排气通过A列排气管，流经基本三通阀的第一通道-第二通道间路径进入第一涡轮，带动第一压气机工作，之后排入大气；柴油机排气通过B列排气管，流经燃气阀之后进入第二涡轮，带动第二压气机工作，之后排入大气；空气分别由第一压气机和第二压气机进入，第一压气机出口的压缩空气，通过进气连通管分别进入A、B列气缸参与燃烧；第二压气机出口的压缩空气，经由受控三通阀第二通道-第一通道间路径，通过进气连通管分别进入A、B列气缸参与燃烧，此时第一、二涡轮增压器均投入工作，即双涡轮并联增压工作模式。