CN111336001A - 一种发动机增压***及其车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机增压***及其车辆，涉及车辆技术领域。本发明的发动机增压***包括汽缸、喷气装置、涡轮增压器、进气管道和排气管道；涡轮增压器包括压气机和涡轮机；汽缸的进气端通过进气管道与压气机连接，汽缸的排气端通过排气管道与涡轮机连接；喷气装置包括气轨和与气轨连接的天然气喷嘴，气轨内储存有天然气，天然气喷嘴位于压气机端，压气机具有压气机叶轮，天然气喷嘴用于向压气机叶轮喷射天然气。相对于现有技术，本发明通过向压气机叶轮喷射天然气，降低压气机后端的气体温度，从而提高进气充量，提高了涡轮增压器的效率，有利于发动机的高效节能设计，同时能够降低发动机氮氧化物的原始排放量。

Description

一种发动机增压***及其车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种发动机增压***及其车辆。
背景技术
近年来，为应对能源危机及气候变化，各国发布了更严苛的油耗排放法规，作为车用动力源，汽油机仍将存在相当长时间，汽车厂商需不断提升整车燃油经济性，根据国家2016年发布的《节能与新能源汽车技术路线图》，乘用车新车平均油耗将分别达到2020年5.0L/100Km，2015年4.0L/100Km，2030年3.2L/100Km，乘用车汽油机2020年热效率将达到40％，2025年热效率将达到44％，2030年热效率将达到48％。
汽车发动机所产生热能的约60％通过废气，缸壁，热辐射等方式消散出去。为了提高发动机热效率，采用稀薄燃烧、高压缩比、绝热技术和精确冷却***的方法均被广泛应用，其中稀薄燃烧技术作为一种内燃机的引擎工作方式，其空燃比可以达到65:1，这比化学计量法的比值(汽油为14.7:1)高得多，每次燃烧使用的燃料更少，使得发动机效率更高、更经济、环保，是实现45％热效率的关键技术。但是，稀薄燃烧的排气温度较低，而涡轮增压主要是利用发动机废气的能量带动压缩机来实现对进气的增压，这大大影响了涡轮增压器的效率。
现有技术中，提出一种带有喷水装置的增压器涡轮，其利用水蒸发潜热，对涡轮机进行喷水，降低涡轮端的废气温度，有利于改善发动机工作时涡轮的高温超速现象，但是，这种技术降低了涡轮增压器的功率，而且水蒸气会造成涡轮汽蚀，进而损伤涡轮叶片。
因此，有必要提出一种发动机增压***及其车辆，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机增压***及其车辆，用以克服现有技术中的发动机由于稀薄燃烧技术导致的涡轮增压器效率低的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种发动机增压***，包括汽缸、喷气装置、涡轮增压器、进气管道和排气管道；所述涡轮增压器包括压气机和涡轮机；所述汽缸的进气端通过所述进气管道与所述压气机连接，所述汽缸的排气端通过所述排气管道与所述涡轮机连接；所述喷气装置包括气轨和与所述气轨连接的天然气喷嘴，所述气轨内储存有天然气，所述天然气喷嘴位于所述压气机端，所述压气机具有压气机叶轮，所述天然气喷嘴用于向所述压气机叶轮喷射天然气。
进一步地，所述天然气喷嘴具有喷孔，所述喷孔垂直于所述压气机叶轮。
进一步地，所述进气管道包括进气主管和分别连接至发动机的各个所述汽缸的进气岐管；所述进气岐管上设有压力传感器，所述压力传感器用于检测进气压力。
进一步地，所述进气岐管上还设有温度传感器，所述温度传感器用于检测进气温度。
进一步地，所述发动机增压***还包括控制单元，所述控制单元分别与所述压力传感器和所述温度传感器电连接，所述控制单元用于根据所述进气压力和所述进气温度，控制所述天然气喷嘴的喷射时间，形成基于所述进气压力和所述进气温度的天然气喷射图。
进一步地，当发动机需求压力大于所述进气压力，或者所述进气温度大于25℃时，所述控制器按照所述天然气喷射图控制所述天然气喷嘴的喷射时间；当发动机需求压力不大于所述进气压力，或者所述进气温度小于25℃时，所述控制器控制所述天然气喷嘴不工作。
进一步地，所述进气主管上设有节气门和中冷器，所述节气门用于调节进入所述汽缸的空气进气量，所述中冷器用于对进入所述汽缸的空气进行冷却。
进一步地，所述排气管道自所述汽缸依次包括排气岐管、第一排气主管和第二排气主管，所述涡轮机的进口连接所述第一排气主管，所述涡轮机的出口连接所述第二排气主管，所述第二排气主管上设有三元催化器，所述三元催化器用于净化所述涡轮机排出的废气。
进一步地，所述气轨上设有第二压力传感器，所述第二压力传感器用于检测所述气轨内天然气的压力值。
相应地，本发明还提供一种车辆，所述车辆包括上述的发动机增压***。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明的发动机增压***及其车辆，通过在涡轮增压器的压气机端设置天然气喷嘴，向压气机叶轮喷射天然气，利用天然气的受热膨胀和蒸发潜热特性，降低压气机后端的气体温度，避免了因涡轮增压器造成的进气温度上升，提高了发动机的进气充量，进而提高了涡轮增压器的效率；
2、本发明的发动机增压***及其车辆，通过在涡轮增压器的压气机端设置天然气喷嘴，利用天然气的受热膨胀和蒸发潜热特性，降低压气机后端的气体温度，避免了因涡轮增压器造成的进气温度上升，从而能够有效降低发动机氮氧化物的原始排放量，有利于达到车辆的环保要求；
3、本发明的发动机增压***及其车辆，根据进气压力和进气温度，控制天然气喷嘴的喷射脉宽，通过标定形成天然气喷射图，在发动机工作时运行该天然气喷射图，有利于发动机的高效节能设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明的发动机增压***的结构示意图；
其中，图中附图标记对应为：1-节气门、2-压气机、3-中冷器、4-汽缸、5-涡轮机、6-三元催化器、7-气轨、8-天然气喷嘴、9-第二压力传感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的相连或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
本实施例中，参阅图1，提供了一种发动机增压***，包括汽缸4、喷气装置、涡轮增压器、进气管道和排气管道；涡轮增压器包括压气机2和涡轮机5；汽缸4的进气端通过进气管道与压气机2连接，汽缸4的排气端通过排气管道与涡轮机5连接；喷气装置包括气轨7和与气轨7连接的天然气喷嘴8，气轨7内储存有天然气，天然气喷嘴8位于压气机2端，压气机2具有压气机叶轮，压气机叶轮的作用是将气体无冲击的导入工作叶轮，减小气流冲击损失，天然气喷嘴8用于向压气机叶轮喷射天然气。本实施例的发动机增压***，通过设于压气机2端的天然气喷嘴8向压气机叶轮喷射天然气，利用天然气的受热膨胀和蒸发潜热特性，降低压气机后端的气体温度，避免了因涡轮增压器造成的进气温度上升，提高了发动机的进气充量，进而提高了涡轮增压器的效率，有利于发动机的高效节能设计；另一方面，汽车的主要排放物为氮氧化物(NOx)，而氮氧化物生成的首要条件就是高温，氮和氧的化合必须在高温条件下才能进行，由于进气温度的降低，能够明显降低氮氧化物的生成量和原始排放量，有利于达到车辆的环保要求。
在一个具体的实施方式中，天然气喷嘴8具有喷孔，喷孔垂直于压气机叶轮，该结构设计有利于从天然气喷嘴8喷出的天然气进入压气机叶轮后的稳定流动，能够起到较好的降温效果，并保证发动机的稳定运行。
在一个具体的实施方式中，涡轮增压器本体作为发动机增压的核心部件，其基本结构分为进气端、排气端和中间的连接部分，其中进气端为压气机，压气机具有压气机叶轮，排气端为涡轮机，涡轮机具有涡轮机叶轮，在压气机和涡轮机间负责连接两者的，还有一个轴承室，安装有负责连接并承托起压气机叶轮、涡轮叶轮的涡轮轴。涡轮增压器工作过程为：发动机排出的废气，推动涡轮排气端的涡轮机叶轮，并使之旋转，由此便能带动与之相连的另一侧的压气机叶轮也同时转动。压气机叶轮把空气从进风口强制吸进，并经叶片的旋转压缩后，这些经压缩的空气被注入汽缸内燃烧，燃烧后的废气从排气管排出，进入涡轮机，再重复以上的动作。
在一个具体的实施方式中，进气管道包括进气主管和分别连接至发动机的各个汽缸4的进气岐管，进气岐管的作用是将空气尽可能均匀地分配到各汽缸4；进气岐管上设有压力传感器，压力传感器用于检测进气压力。
在一个具体的实施方式中，进气岐管上还设有温度传感器，温度传感器用于检测进气温度。
在一个具体的实施方式中，发动机增压***还包括控制单元，控制单元分别与压力传感器和温度传感器电连接，控制单元用于根据进气压力和进气温度，控制天然气喷嘴8的喷射时间，形成基于进气压力和进气温度的天然气喷射图。发动机运行时，可以根据实际进气压力、实际进气温度，查阅该天然气喷射图，确定天然气的喷射量。标定天然气喷射图时，以满足进气压力为前提，尽可能地降低进气温度，以尽可能地提高涡轮增压装置的增压效率。
在其他的一些实施方式中，还可以获取发动机的进气量，通过标定进气压力、进气温度、进气量与天然气喷射时间，形成基于进气压力、进气温度和进气量的天然气喷射图。
在一个具体的实施方式中，由于标准进气状态下，进气温度为25℃，当发动机需求压力大于进气压力，或者进气温度大于25℃时，控制器按照天然气喷射图控制天然气喷嘴8的喷射时间。
在一个具体的实施方式中，当发动机需求压力不大于进气压力，或者进气温度小于25℃时，控制器控制天然气喷嘴8不工作。
在一个具体的实施方式中，进气主管上设有节气门1，节气门1是控制空气进入发动机的一道可控阀门，节气门1用于调节进入汽缸4的空气进气量。
在一个具体的实施方式中，节气门1为电子节气门，主要通过节气门位置传感器，来根据发动机所需能量，控制节气门的开启角度，从而调节进气量的大小。
在一个具体的实施方式中，当进气温度增高时，不仅影响充气效率，还容易产生爆燃，因此要设置降低进气温度的设备，这就是中冷器3，中冷器3用于对进入汽缸4的空气进行冷却。中冷器3设于进气主管上，它安装在涡轮增压器出口与进气管之间，中冷器3用风冷却或者水冷却，空气的热量通过冷却而逸散到大气中去以此降低被压缩空气的温度、提高密度，防止发动机产生爆震。
在一个具体的实施方式中，排气管道自汽缸4依次包括排气岐管、第一排气主管和第二排气主管，涡轮机5的进口连接第一排气主管，涡轮机5的出口连接第二排气主管，第二排气主管上设有三元催化器6，三元催化器6用于净化涡轮机5排出的废气，三元催化器6可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气，从而使汽车尾气得以净化。
在一个具体的实施方式中，气轨7为低压气轨，气轨7上设有第二压力传感器9，第二压力传感器9用于检测气轨7内天然气的压力值。
本实施例的发动增压***，通过在涡轮增压器的压气机端设置天然气喷嘴，在压气机端喷射天然气，利用天然气的受热膨胀和蒸发潜热特性，从而避免了因涡轮增压器造成的进气温度上升，有利于降低压气机后端的气体温度，提高了进气充量，进而提高了涡轮增压器效率；而且，由于降低了进气温度，能够有效降低发动机氮氧化物的原始排放量，有利于达到车辆的环保要求；另外，根据进气压力和进气温度，控制天然气喷嘴的喷射脉宽，通过标定形成天然气喷射图，在发动机工作时运行该天然气喷射图，有利于发动机的高效节能设计。
本发明的另一实施例提供了一种车辆，该车辆包括上述实施例中的发动机增压***。
本发明的上述实施例，具有如下有益效果：
1、本发明的发动机增压***及其车辆，通过在涡轮增压器的压气机端设置天然气喷嘴，向压气机叶轮喷射天然气，利用天然气的受热膨胀和蒸发潜热特性，降低压气机后端的气体温度，避免了因涡轮增压器造成的进气温度上升，提高了发动机的进气充量，进而提高了涡轮增压器的效率；
2、本发明的发动机增压***及其车辆，通过在涡轮增压器的压气机端设置天然气喷嘴，利用天然气的受热膨胀和蒸发潜热特性，降低压气机后端的气体温度，避免了因涡轮增压器造成的进气温度上升，从而能够有效降低发动机氮氧化物的原始排放量，有利于达到车辆的环保要求；
3、本发明的发动机增压***及其车辆，根据进气压力和进气温度，控制天然气喷嘴的喷射脉宽，通过标定形成天然气喷射图，在发动机工作时运行该天然气喷射图，有利于发动机的高效节能设计。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种发动机增压***，其特征在于，包括汽缸(4)、喷气装置、涡轮增压器、进气管道和排气管道；
所述涡轮增压器包括压气机(2)和涡轮机(5)；
所述汽缸(4)的进气端通过所述进气管道与所述压气机(2)连接，所述汽缸(4)的排气端通过所述排气管道与所述涡轮机(5)连接；
所述喷气装置包括气轨(7)和与所述气轨(7)连接的天然气喷嘴(8)，所述气轨(7)内储存有天然气，所述天然气喷嘴(8)位于所述压气机(2)端，所述压气机(2)具有压气机叶轮，所述天然气喷嘴(8)用于向所述压气机叶轮喷射天然气。
2.根据权利要求1所述的发动机增压***，其特征在于，所述天然气喷嘴(8)具有喷孔，所述喷孔垂直于所述压气机叶轮。
3.根据权利要求1所述的发动机增压***，其特征在于，所述进气管道包括进气主管和分别连接至发动机的各个所述汽缸(4)的进气岐管；
所述进气岐管上设有压力传感器，所述压力传感器用于检测进气压力。
4.根据权利要求3所述的发动机增压***，其特征在于，所述进气岐管上还设有温度传感器，所述温度传感器用于检测进气温度。
5.根据权利要求4所述的发动机增压***，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元分别与所述压力传感器和所述温度传感器电连接，所述控制单元用于根据所述进气压力和所述进气温度，控制所述天然气喷嘴(8)的喷射时间，形成基于所述进气压力和所述进气温度的天然气喷射图。
6.根据权利要求5所述的发动机增压***，其特征在于，当发动机需求压力大于所述进气压力，或者所述进气温度大于25℃时，所述控制器按照所述天然气喷射图控制所述天然气喷嘴(8)的喷射时间；
当发动机需求压力不大于所述进气压力，或者所述进气温度小于25℃时，所述控制器控制所述天然气喷嘴(8)不工作。
7.根据权利要求3所述的发动机增压***，其特征在于，所述进气主管上设有节气门(1)和中冷器(3)，所述节气门(1)用于调节进入所述汽缸(4)的空气进气量，所述中冷器(3)用于对进入所述汽缸(4)的空气进行冷却。
8.根据权利要求1所述的发动机增压***，其特征在于，所述排气管道自所述汽缸(4)依次包括排气岐管、第一排气主管和第二排气主管，所述涡轮机(5)的进口连接所述第一排气主管，所述涡轮机(5)的出口连接所述第二排气主管，所述第二排气主管上设有三元催化器(6)，所述三元催化器(6)用于净化所述涡轮机(5)排出的废气。
9.根据权利要求1所述的发动机增压***，其特征在于，所述气轨(7)上设有第二压力传感器(9)，所述第二压力传感器(9)用于检测所述气轨(7)内天然气的压力值。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的发动机增压***。
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