垂直布置的二級增壓排氣管路的製作方法

2023-08-04 21:45:01

專利名稱：垂直布置的二級增壓排氣管路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種內燃機渦輪增壓技術，尤其是一種垂直布置的二級增壓排氣管路。
背景技術：
目前車用發動機增壓技術的應用越來越普遍，但是車用增壓發動機普遍存在著低 工況特性及瞬態特性差的問題，如低速響應性差、低速轉矩不足等。今後，為了進一步提高 發動機的強化動力指標，增壓壓比將越來越大，也會使這些問題變得更加突出，亟待解決。二級增壓技術將兩臺渦輪增壓器(大小可異同、可有無放氣閥、可廢氣渦輪或機 械、電力驅動)聯合運行，通過控制系統可以按不同順序、不同比例的多種調節措施對空氣 進行一級或兩級壓縮，一級或兩級中冷，實現單級渦輪增壓器難以達到的高增壓比，並且全 工況適量進氣，可使發動機升功率大幅提高，同時具有低速響應性好、低速轉矩大、渦輪增 壓器總效率高、流量調節範圍更大、在轉速很寬的條件下壓比特性更好、單臺增壓器的設計 與製造簡單等優點，近年來成為內燃機增壓領域受到關注的熱點之一。國內還處於研究階段，目前的研究主要集中於增壓方案的確定、壓比的分配、增壓 系統的匹配層面，基於二級增壓管路設計的研究和專利極少。發明內容本實用新型的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種構造簡單，能夠確保 增壓器工作在高效率區的垂直布置的二級增壓排氣管路。為實現上述目的，本實用新型採用下述技術方案一種垂直布置的二級增壓排氣管路，包括垂直布置的高壓級渦輪和低壓級渦輪， 高壓級渦輪入口與高壓級渦輪前管路相連，高壓級渦輪出口通過管路與低壓級渦輪入口相 連，低壓級渦輪出口與低壓級渦輪後管路相連，所述高壓級渦輪和低壓級渦輪均並聯一個 帶有渦輪旁通閥的旁通管路。所述高壓級渦輪並聯的旁通管路包括高壓級旁通管路和設置於該高壓級旁通管 路上的高壓級渦輪旁通閥，且高壓級旁通管路與高壓級渦輪出口和低壓級渦輪入口相連的 管路垂直或傾斜連接。所述低壓級渦輪並聯的旁通管路包括低壓級旁通管路和設置於該低壓級旁通管 路上的低壓級渦輪旁通閥，且低壓級旁通管路與高壓級渦輪出口和低壓級渦輪入口相連的 管路垂直或傾斜連接。所述高壓級渦輪和低壓級渦輪的渦輪旁通閥均為蝶閥或球閥。 所述前述各管路的截面形狀均為圓形或方形。本實用新型通過改變兩個渦輪旁通閥的開度，對發動機實施不同增壓方案，擴大 了增壓系統與發動機的匹配範圍以及發動機的運行範圍。本實用新型的工作原理是[0014]通過測量發動機運行參數，利用預先設定的程序，對該排氣管路中不同渦輪旁通 閥的開度進行控制，實現不同程度的旁通，從而實施不同增壓方案，滿足發動機不同工況下 的增壓需求。具體工作原理如下當與高壓級渦輪和低壓級渦輪並聯的渦輪旁通閥同時完全關閉時，全部發動機廢 氣相繼對兩個渦輪做功，此時系統可以提供最高的進氣壓力，滿足發動機最高工況運行要 求。當只完全打開高壓級渦輪旁通閥時，只有低壓級渦輪做功，此時比較適用於額定 工況時大的進氣量需要。當只部分打開高壓級渦輪旁通閥時，只有部分發動機廢氣對高壓級渦輪做功，其 餘廢氣通過高壓級旁通管路繞過高壓級渦輪與高壓級出口廢氣混合，然後全部廢氣對低壓 級渦輪做功。此時增壓系統提供的增壓壓力大於低壓級渦輪增壓器所能提供的增壓壓力小 於渦輪旁通閥全關閉時增壓系統提供的增壓壓力，滿足一部分發動機部分負荷工況運行要 求。當只完全打開低壓級渦輪旁通閥時，只有高壓級渦輪作功，此時比較適用於需要 具有良好的低速扭矩特性、響應性以及較小進氣量需求的低轉速工況。當只部分打開低壓級渦輪旁通閥時，發動機全部廢氣對高壓級渦輪做功後，部分 通過低壓級旁通管路繞過低壓級渦輪排入大氣，部分對低壓級渦輪做功，此時增壓系統提 供的增壓壓力大於高壓級渦輪增壓器所能提供的增壓壓力小於渦輪旁通閥全關閉時增壓 系統提供的增壓壓力，滿足一部分發動機部分負荷工況運行要求。當低壓級和高壓級渦輪旁通閥均部分打開時，高壓級渦輪和低壓級渦輪均只是利 用發動機部分廢氣做功，此時增壓系統提供的增壓壓力小於渦輪旁通閥全關閉時增壓系統 提供的增壓壓力，但可以在一個非常寬廣的範圍內變化，可以有效滿足發動機部分負荷工 況的運行要求。當低壓級和高壓級渦輪旁通閥同時完全打開時，發動機廢氣全部通過旁通管路排 入大氣，此時發動機排氣不對任何一個渦輪做功，相當於自然吸氣。以上是本實用新型的基本工作原理，在發動機運行時，ECU分析實時的發動機轉 速和負荷等參數後，通過執行機構實現渦輪旁通閥的開度調節以滿足發動機不同工況的需 要，擴大了增壓系統與發動機的匹配範圍以及發動機的運行範圍。在實際的發動機運行中 需要合理選擇排氣管路的工作方案，以適應發動機的工況，確保增壓器均工作在高效率區。
圖1是二級增壓系統的管路連接草圖圖2是二級增壓系統的排氣管路二維圖圖中1.低壓級渦輪，2.高壓級渦輪，3.高壓級渦輪旁通閥，4.高壓級渦輪出口， 5.兩渦輪之間的連接管路，6.低壓級渦輪旁通閥，7.低壓級渦輪入口，8.低壓級渦輪出 口，9.低壓級渦輪後管路，10.系統排氣出口，11.低壓級旁通管路，12.高壓級旁通管路， 13.排氣入口，14.高壓級渦輪前管路，15.高壓級渦輪入口。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。圖1、2中，一種垂直布置的二級增壓排氣管路，包括垂直布置的高壓級渦輪2和低 壓級渦輪1，高壓級渦輪2的入口與高壓級渦輪前管路14相連，高壓級渦輪2的出口通過管 路與低壓級渦輪1的入口相連，低壓級渦輪1的出口與低壓級渦輪後管路9相連，所述高壓 級渦輪2和低壓級渦輪1兩側均並聯一個帶有渦輪旁通閥的旁通管路。所述高壓級渦輪2並聯的旁通管路包括高壓級旁通管路12和設置於該高壓級旁 通管路12上的高壓級渦輪旁通閥3，且高壓級旁通管路12與高壓級渦輪2的出口和低壓級 渦輪1的入口相連的管路垂直或傾斜連接。所述低壓級渦輪1並聯的旁通管路包括低壓級旁通管路11和設置於該低壓級旁 通管路11上的低壓級渦輪旁通閥6，且低壓級旁通管路11與高壓級渦輪2的出口和低壓級 渦輪1的入口相連的管路垂直或傾斜連接。所述高壓級渦輪2和低壓級渦輪1的渦輪旁通閥均為蝶閥或球閥。所述前述各管路的截面形狀均為圓形或方形。圖1在本新型排氣管路中加入了低壓級渦輪1和高壓級渦輪2。低壓級渦輪1通 過低壓級渦輪入口 7和低壓級渦輪出口 8與管路相連；高壓級渦輪2通過高壓級渦輪入口 15和高壓級渦輪出口 4與管路相連。當高壓級渦輪旁通閥3和低壓級渦輪旁通閥6均關閉時，發動機排氣全部通過排 氣入口 13和高壓級渦輪前管路14進入高壓級渦輪做功，後排氣經過兩渦輪之間的連接管 路5和低壓級渦輪入口 7進入低壓級渦輪做功，最終依次經過低壓級渦輪出口 8、低壓級渦 輪後管路9和系統排氣出口 10排出。當只完全打開高壓級渦輪旁通閥3時，發動機排氣通過排氣入口 13進入高壓級渦 輪前管路14後，全部經過高壓級旁通管路12、兩渦輪之間的連接管路5以及低壓級渦輪入 口 7直接進入低壓級渦輪做功，然後通過低壓級渦輪出口 8進入低壓級渦輪後管路9，最終 通過系統排氣出口 10排出。當只部分打開高壓級渦輪旁通閥3時，發動機排氣通過排氣入口 13進入高壓級渦 輪前管路14後，排氣一部分進入高壓級旁通管路12，另一部分排氣通過高壓級渦輪入口 15 進入高壓級渦輪做功，後通過高壓級渦輪出口 4進入兩渦輪之間的連接管路5。兩股排氣在 高壓級旁通管路12出口處匯合，然後順著兩渦輪之間的連接管路5 —起通過低壓級渦輪入 口 7進入低壓級渦輪做功，最終依次經過低壓級渦輪出口 8、低壓級渦輪後管路9和系統排 氣出口 10排出。當只完全打開低壓級渦輪旁通閥6時，發動機排氣依次經過排氣入口 13、高壓級 渦輪前管路14和高壓級渦輪入口 15進入高壓級渦輪做功，然後依次經過高壓級渦輪出口 4、兩渦輪之間的連接管路5、低壓級旁通管路11和低壓級渦輪後管路9，最後從系統排氣出 口 10排出。當只部分打開低壓級渦輪旁通閥6時，發動機排氣依次經過排氣入口 13、高壓級 渦輪前管路14和高壓級渦輪入口 15進入高壓級渦輪做功，然後經高壓級渦輪出口 4進入 兩渦輪之間的連接管路5。在低壓級旁通管路11入口處，一部分排氣進入低壓級旁通管路 11中；其餘排氣通過低壓級渦輪入口 7進入低壓級渦輪做功，然後經低壓級渦輪出口 8進入低壓級渦輪後管路9。兩股排氣在低壓級旁通管路11出口匯合，一起經系統排氣出口 10 排出。當高壓級渦輪旁通閥3和低壓級渦輪旁通閥6均部分打開時，發動機排氣通過排 氣入口 13進入高壓級渦輪前管路14後，一部分進入高壓級旁通管路12 ；另一部分排氣通 過高壓級渦輪入口 15進入高壓級渦輪做功，後通過高壓級渦輪出口 4進入兩渦輪之間的連 接管路5。兩股排氣在高壓級旁通管路12出口處匯合。在低壓級旁通管路11入口處，一部 分排氣進入低壓級旁通管路11中；其餘排氣通過低壓級渦輪入口 7進入低壓級渦輪做功， 然後經低壓級渦輪出口 8進入低壓級渦輪後管路9。兩股排氣在低壓級旁通管路11出口匯 合，一起經系統排氣出口 10排出。當高壓級渦輪旁通閥3和低壓級渦輪旁通閥6均完全打開時，發動機排氣通過排 氣入口 13進入高壓級渦輪前管路14後，依次經過高壓級旁通管路12、兩渦輪之間的連接管 路5、低壓級旁通管路11和低壓級渦輪後管路9，最終經系統排氣出口 10排出。
權利要求1.一種垂直布置的二級增壓排氣管路，其特徵在於包括垂直布置的高壓級渦輪和低 壓級渦輪，高壓級渦輪入口與高壓級渦輪前管路相連，高壓級渦輪出口通過管路與低壓級 渦輪入口相連，低壓級渦輪出口與低壓級渦輪後管路相連，所述高壓級渦輪和低壓級渦輪 均並聯一個帶有渦輪旁通閥的旁通管路。
2.根據權利要求1所述的垂直布置的二級增壓排氣管路，其特徵在於所述高壓級渦 輪並聯的旁通管路包括高壓級旁通管路和設置於該高壓級旁通管路上的高壓級渦輪旁通 閥，且高壓級旁通管路與高壓級渦輪出口和低壓級渦輪入口相連的管路垂直或傾斜連接。
3.根據權利要求1所述的垂直布置的二級增壓排氣管路，其特徵在於所述低壓級渦 輪並聯的旁通管路包括低壓級旁通管路和設置於該低壓級旁通管路上的低壓級渦輪旁通 閥，且低壓級旁通管路與高壓級渦輪出口和低壓級渦輪入口相連的管路垂直或傾斜連接。
4.根據權利要求1所述的垂直布置的二級增壓排氣管路，其特徵在於所述高壓級渦 輪和低壓級渦輪的渦輪旁通閥均為蝶閥或球閥。
專利摘要本實用新型涉及一種垂直布置的二級增壓排氣管路，包括垂直布置的高壓級渦輪和低壓級渦輪，高壓級渦輪入口與高壓級渦輪前管路相連，高壓級渦輪出口通過管路與低壓級渦輪入口相連，低壓級渦輪出口與低壓級渦輪後管路相連，所述高壓級渦輪和低壓級渦輪均並聯一個帶有渦輪旁通閥的旁通管路。本實用新型通過改變兩個渦輪旁通閥的開度，對發動機實施不同增壓方案，擴大了增壓系統與發動機的匹配範圍以及發動機的運行範圍。在實際的發動機運行中需要合理選擇排氣管路的工作方案，以適應發動機的工況，確保增壓器均工作在高效率區。
文檔編號F02B37/12GK201835913SQ20102058903
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月3日 優先權日2010年11月3日
發明者劉瑩, 吳旭豔, 張克松, 朱智富, 李國祥, 李永泰, 王桂華, 王航 申請人:山東大學