用于內(nèi)燃機(jī)的兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)以及內(nèi)燃機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的增壓系統(tǒng)，特別是涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)以及具有該兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]兩級(jí)增壓技術(shù)以其較高的增壓比得到應(yīng)用，可以較大幅度的提高內(nèi)燃機(jī)功率密度，并且可結(jié)合強(qiáng)米勒、排氣再循環(huán)EGR(Exhaust Gas Recirculat1n)等技術(shù)改善柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性、熱負(fù)荷和排放特性，但兩級(jí)增壓技術(shù)在低負(fù)荷時(shí)存在增壓壓力不足，進(jìn)氣量不足的問題，較難兼顧內(nèi)燃機(jī)高、低工況性能。相繼增壓是采用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上渦輪增壓器，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工況的增加而順序增加增壓器運(yùn)行數(shù)量的技術(shù)，其本質(zhì)上是單級(jí)增壓，不能滿足當(dāng)前更高指標(biāo)內(nèi)燃機(jī)對(duì)高增壓壓力的需求。
[0003]兩級(jí)相繼增壓技術(shù)是將相繼增壓技術(shù)和兩級(jí)增壓技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的新技術(shù)，同時(shí)具有相繼增壓和兩級(jí)增壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，即可在提高內(nèi)燃機(jī)功率密度和功率儲(chǔ)備的同時(shí)，提高經(jīng)濟(jì)性、降低氮氧化物和碳煙排放、提高低速大扭矩特性和加速特性。兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)為內(nèi)燃機(jī)提供高增壓壓力和大空氣流量的同時(shí)，可很好的兼顧高、低工況性能，提高全工況增壓系統(tǒng)效率，使內(nèi)燃機(jī)在整個(gè)運(yùn)行工況內(nèi)都能和增壓系統(tǒng)達(dá)到良好匹配。
[0004]將相繼增壓和兩級(jí)增壓兩種增壓技術(shù)相結(jié)合的增壓系統(tǒng)也有被應(yīng)用，中國(guó)專利CN204357554 U提出可切換相繼/二級(jí)增壓結(jié)構(gòu)，將相繼增壓和二級(jí)增壓兩種增壓結(jié)構(gòu)通過改動(dòng)融合在一起，實(shí)現(xiàn)了兩級(jí)增壓系統(tǒng)和相繼增壓系統(tǒng)的切換，但因其只有兩臺(tái)渦輪增壓器，至多組成一組兩級(jí)增壓結(jié)構(gòu)，并不能在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的全工況同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)增壓和相繼增壓。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足，本實(shí)用新型提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)以及內(nèi)燃機(jī)。
[0006]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)，其包括:并聯(lián)并構(gòu)成相繼增壓結(jié)構(gòu)的第一增壓器組和第二增壓器組；
[0007]所述第一增壓器組包括:串聯(lián)的第一高壓級(jí)壓氣機(jī)和第一低壓級(jí)壓氣機(jī)，和串聯(lián)的第一高壓級(jí)渦輪機(jī)和第一低壓級(jí)渦輪機(jī)。
[0008]根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，提供一種內(nèi)燃機(jī)，包括氣缸，還包括連接至所述氣缸的排氣管和進(jìn)氣管以及上述兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)。
[0009]本實(shí)用新型中，提供的一種應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)的兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)，通過第一增壓器組和第二增壓器組并聯(lián)構(gòu)成相繼增壓結(jié)構(gòu)，且至少其中一個(gè)增壓器組包括兩個(gè)增壓級(jí)，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的全工況同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)增壓和相繼增壓，該增壓系統(tǒng)具有相繼增壓和兩級(jí)增壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，即可在提高內(nèi)燃機(jī)功率密度和功率儲(chǔ)備的同時(shí)，提高經(jīng)濟(jì)性、降低NOx和碳煙排放、提高低負(fù)荷性能和加速特性。本實(shí)用新型能夠?yàn)閮?nèi)燃機(jī)提供兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)，為內(nèi)燃機(jī)提供高增壓壓力和大空氣流量的同時(shí)，可很好的兼顧高、低工況性能，提高內(nèi)燃機(jī)全工況增壓系統(tǒng)效率。
【附圖說明】
[0010]通過閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本申請(qǐng)的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0011]圖1為本實(shí)用新型提供的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實(shí)施例僅僅用于解釋相關(guān)實(shí)用新型，而非對(duì)該實(shí)用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與實(shí)用新型相關(guān)的部分。
[0013]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本申請(qǐng)。
[0014]—方面，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)，其包括:并聯(lián)并構(gòu)成相繼增壓結(jié)構(gòu)的第一增壓器組和第二增壓器組;第一增壓器組包括:串聯(lián)的第一高壓級(jí)壓氣機(jī)和第一低壓級(jí)壓氣機(jī)，和串聯(lián)的第一高壓級(jí)渦輪機(jī)和第一低壓級(jí)渦輪機(jī)。
[0015]如圖1中虛線框內(nèi)所示的設(shè)計(jì)即為用于內(nèi)燃機(jī)的兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)，第一增壓器組包括:串聯(lián)的第一高壓級(jí)壓氣機(jī)6和第一低壓級(jí)壓氣機(jī)12，和串聯(lián)的第一高壓級(jí)渦輪機(jī)7和第一低壓級(jí)渦輪機(jī)9。其中，第一高壓級(jí)壓氣機(jī)6連接第一高壓級(jí)渦輪機(jī)7形成高壓增壓級(jí)，第一低壓級(jí)壓氣機(jī)12連接第一低壓級(jí)渦輪機(jī)9形成低壓增壓級(jí)。
[0016]進(jìn)一步地，第一增壓器組為基本增壓器組，用于給內(nèi)燃機(jī)提供增壓空氣;第二增壓器組為受控增壓器組，在第一增壓器組給內(nèi)燃機(jī)提供增壓空氣的條件下，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的流量要求進(jìn)一步給內(nèi)燃機(jī)提供增壓空氣。
[0017]作為本實(shí)用新型一種可選的實(shí)施方式，如圖1虛線框內(nèi)的結(jié)構(gòu)所示，第二增壓器組包括連接至內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管的壓氣機(jī)通道3和連接至內(nèi)燃機(jī)氣缸的排氣管的渦輪機(jī)通道3 ’，第二增壓器組還包括:設(shè)置在壓氣機(jī)通道3中的空氣控制閥4和設(shè)置在渦輪機(jī)通道3 ’中的燃?xì)饪刂崎y5，在第一增壓器組給內(nèi)燃機(jī)提供增壓空氣的條件下，空氣控制閥4和燃?xì)饪刂崎y5根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的空氣和燃?xì)饬髁靠刂频诙鰤浩鹘M的啟動(dòng)和停止。
[0018]本實(shí)用新型提供的兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)，第一增壓器組為基本增壓器組，第二增壓器組為受控增壓器組，通過第一增壓器組和第二增壓器組并聯(lián)并形成相繼增壓結(jié)構(gòu)，且兩個(gè)增壓器組中至少其中一個(gè)包括兩個(gè)增壓級(jí)，如上所述，第一增壓器組包括兩個(gè)增壓級(jí)，形成二級(jí)增壓結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型提供的兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)，可以使內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的全工況同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)增壓和相繼增壓。此外，視內(nèi)燃機(jī)內(nèi)流量要求控制第二增壓器組的啟停，第二增壓器組可設(shè)置為一級(jí)增壓結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也可以設(shè)置為二級(jí)增壓結(jié)構(gòu)。
[0019]作為一種可選的實(shí)施方法，本實(shí)用新型中的第二增壓器組優(yōu)選為二級(jí)增壓結(jié)構(gòu)，具體的，如圖1所示，第二增壓器組包括:串聯(lián)的第二高壓級(jí)壓氣機(jī)6，和第二低壓級(jí)壓氣機(jī)12’，和串聯(lián)的第二高壓級(jí)渦輪機(jī)7’和第二低壓級(jí)渦輪機(jī)9’。其中，第二高壓級(jí)壓氣機(jī)6’連接第二高壓級(jí)渦輪機(jī)7 ’形成高壓增壓級(jí)，第二低壓級(jí)壓氣機(jī)12 ’連接第二低壓級(jí)渦輪機(jī)9 ’形成低壓增壓級(jí)。
[0020]通過空氣控制閥4以及燃?xì)饪刂崎y5控制圖示所述的具有二級(jí)增壓結(jié)構(gòu)的第二增壓器組的啟動(dòng)和停止。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在空氣流量需求較低的部分工況時(shí)，可以通過關(guān)閉燃?xì)饪刂崎y和空氣控制閥使得第二增壓器組不再運(yùn)行，內(nèi)燃機(jī)排氣通過專門設(shè)計(jì)的排氣連通管全部進(jìn)入基本增壓器組，達(dá)到提高部分負(fù)荷增壓壓力、改善內(nèi)燃機(jī)部分負(fù)荷性能的目的。
[0021]進(jìn)一步地，作為一種可選的實(shí)施方式，本實(shí)用新型提供的用于內(nèi)燃機(jī)的兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)，還包括:中間冷卻器，設(shè)置在第一高壓級(jí)壓氣機(jī)和第一低壓級(jí)壓氣機(jī)之間以及第二高壓級(jí)壓氣機(jī)和第二低壓級(jí)壓氣機(jī)之間；以及
[0022]可調(diào)流量的冷卻水栗，其連通第一增壓器組和第二增壓器組內(nèi)的中間冷卻器，用于調(diào)節(jié)中間冷卻器的冷卻水流量。
[0023]具體的，在第一高壓級(jí)壓氣機(jī)和第一低壓級(jí)壓氣機(jī)之間以及第二高壓級(jí)壓氣機(jī)和第二低壓級(jí)壓氣機(jī)之間設(shè)置一個(gè)中間冷卻器以共用；當(dāng)然也可以如圖1所示，在第一高壓級(jí)壓氣機(jī)6和第一低壓級(jí)壓氣機(jī)之間12之間以及第二高壓級(jí)壓氣機(jī)6’和第二低壓級(jí)壓氣機(jī)12’之間分別設(shè)置一個(gè)中間冷卻器11，用以分別對(duì)各自的增壓器組內(nèi)經(jīng)低壓級(jí)壓氣機(jī)處理后的空氣進(jìn)行冷卻。
[0024]并且，通過可調(diào)流量冷卻水栗13給中間冷卻器11提供不同的冷卻水流量，以控制經(jīng)中間冷卻器冷卻后的氣體溫度與系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)相匹配。優(yōu)選的，經(jīng)中間冷卻器冷卻后的氣體溫度為30_50°C，可在內(nèi)燃機(jī)不同工況下提供不同的經(jīng)中間冷卻器冷卻后的氣體溫度，優(yōu)化系統(tǒng)全工況性能，提高增壓系統(tǒng)總效率。
[0025]進(jìn)一步地，作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，本實(shí)用新型提供的用于內(nèi)燃機(jī)的兩級(jí)相繼增壓系統(tǒng)還包括進(jìn)氣放氣閥14，其連接至第一高壓級(jí)壓氣機(jī)6和第二高壓級(jí)壓氣機(jī)6 ’的出口，用于調(diào)節(jié)提供內(nèi)燃機(jī)的空氣的壓力。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在較高工況時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣放氣閥14的開度，使得部分增壓空氣直接排入大氣，從而降低增壓壓力、減少進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)氣缸的空氣量，進(jìn)而控制降低增壓系統(tǒng)效率，防止內(nèi)燃機(jī)機(jī)械負(fù)荷過高和增壓器超速，使內(nèi)燃機(jī)和增壓系統(tǒng)可以安全的在高工況運(yùn)行。
[0026]進(jìn)一步地，第一增壓器組和第二增壓器組中的至少一個(gè)還設(shè)置有:高壓級(jí)渦輪旁通閥，并聯(lián)在高壓級(jí)渦輪的兩端，當(dāng)高壓級(jí)渦輪旁通閥打開時(shí)，減少通過高壓級(jí)渦輪旁通閥的廢氣流量;和/或
[0027]低壓級(jí)渦輪放氣閥，并聯(lián)在低壓級(jí)渦輪的兩端，低壓級(jí)渦輪放氣閥打開時(shí)，釋放流向低壓級(jí)渦輪的部分廢氣。
[0028]作為本實(shí)用新型一種可選的實(shí)施方案，第一增壓器組和第二增壓器內(nèi)均設(shè)置有高壓級(jí)渦輪旁通閥和低壓級(jí)渦輪放氣閥。
[0029]如圖1所示，第一增壓器組內(nèi)第一高壓級(jí)渦輪旁通閥8并聯(lián)在第一高壓級(jí)渦輪7的兩端，第一低壓級(jí)渦輪放氣閥10并聯(lián)在第一低壓級(jí)渦輪9的兩端;第二增壓器組內(nèi)第二高壓級(jí)渦輪旁通閥8’并聯(lián)在第二高壓級(jí)渦輪7’的兩端，第二低壓級(jí)渦輪放氣閥10’并聯(lián)在第二低壓級(jí)渦輪9’的兩端。
[0030]即在每個(gè)增壓器組內(nèi)，在高壓級(jí)渦輪進(jìn)口和低壓級(jí)渦輪進(jìn)口之間設(shè)置可調(diào)節(jié)開度的高壓級(jí)渦輪旁通閥，通過調(diào)節(jié)高壓級(jí)渦輪旁通閥的開度，利用高壓級(jí)渦輪進(jìn)口和低壓級(jí)渦輪進(jìn)口之間的壓力差，使部分內(nèi)燃機(jī)排氣不經(jīng)過高壓渦輪機(jī)而直接進(jìn)入低壓渦輪機(jī)，降低兩級(jí)渦輪機(jī)的總功率，達(dá)到可調(diào)節(jié)降低增壓壓力的目的;在每個(gè)增壓器組內(nèi)，在低壓級(jí)渦輪進(jìn)出口之間并聯(lián)可調(diào)節(jié)開度的低壓級(jí)渦輪放氣閥，通過調(diào)節(jié)低壓級(jí)渦輪放氣閥的開度，使部分內(nèi)燃機(jī)排氣不經(jīng)過低壓級(jí)渦輪機(jī)而直接排入大氣，降低兩級(jí)渦輪機(jī)的總功率，達(dá)到防止低壓級(jí)增壓器超速和降低增壓壓力的目的。
[0031]作為另一方面，本