專利名稱：一種引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車、船和工程機械用內(nèi)燃機增壓技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的渦輪增壓系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代內(nèi)燃機不斷提高升功率密度的現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢，使內(nèi)燃機的平均有效壓 力與渦輪增壓器的增壓比越來越高。由于內(nèi)燃機渦輪增壓系為旋轉(zhuǎn)式葉輪機械的渦輪增壓 器與往復(fù)式活塞機械的內(nèi)燃機之間的聯(lián)合運行，這時，這兩種機械彼此因通流特性不同產(chǎn) 生的相互匹配不適應(yīng)的矛盾也就更加突出、嚴(yán)重。其中，如何改善高增壓內(nèi)燃機低(轉(zhuǎn)速、 負荷)工況性能及瞬態(tài)特性(加速性)的問題最為棘手與令人矚目。在不斷提高平均有效 壓力并相應(yīng)改善低工況性能及瞬態(tài)特性的內(nèi)燃機渦輪增壓技術(shù)發(fā)展歷史進程中，產(chǎn)生了現(xiàn) 有技術(shù)的多種渦輪增壓器、渦輪增壓系統(tǒng)與改進措施(詳見陸家祥主編《柴油機渦輪增壓 技術(shù)》·北京·機械工業(yè)出版社· 1999 · 137 200頁及朱大鑫編著《渦輪增壓與渦輪增壓 器》 北京 機械工業(yè)出版社· 1992 · 411 420頁中的相關(guān)介紹與敘述)。譬如，現(xiàn)有技術(shù) 采用的高轉(zhuǎn)速工況放氣、變幾何截面調(diào)節(jié)渦輪、進排氣旁通、相繼(順序)增壓、開關(guān)式渦輪 增壓器、引流式渦輪增壓器、引射補氣增壓等渦輪增壓器和渦輪增壓系統(tǒng)，都是改善增壓內(nèi) 燃機低工況性能與瞬態(tài)特性的有效方法，它們都能使低工況的增壓壓力獲得明顯提高。這 些措施能夠有效提升、改善內(nèi)燃機低工況性能和瞬態(tài)特性的機理與實質(zhì)在于它們都對渦 輪增壓器的渦輪流通截面積和相應(yīng)的流通流量相互間配置的量值關(guān)系實施了合適的變化 調(diào)節(jié)控制——通過截面調(diào)節(jié)控制(譬如變幾何截面渦輪噴嘴環(huán)、開關(guān)式渦輪增壓器、相繼順 序增壓等)和/或變流量調(diào)節(jié)控制(譬如帶放氣旁通閥的車用渦輪增壓器、低工況進排氣 旁通渦輪增壓系統(tǒng)、引流渦輪增壓器、引射補氣渦輪增壓系統(tǒng)等)，減少或削減了因內(nèi)燃機 低工況造成的氣量減少引生的渦輪進口氣流總壓下降產(chǎn)生的增壓壓力劇降的影響程度，改 善與消除了因增壓壓力降低招致的內(nèi)燃機氣缸進氣空氣充量數(shù)量的減少所形成的缸內(nèi)燃 料不能充分燃燒和降低熱負荷(排氣溫度)的需要所導(dǎo)致的冒黑煙、排氣溫度過高、有害排 放超限、低速扭矩較小和燃料消耗率高等不良后果，使內(nèi)燃機的低工況性能與瞬態(tài)特性獲 得明顯提高。鑒于改善低工況性能及瞬態(tài)特性的措施都可歸結(jié)到“提高增壓壓力”這一技術(shù)關(guān) 鍵上，因此提高增壓壓力的幅度大小與增長速率的高低就成為比較所采用改進措施有效性 優(yōu)劣程度的評判標(biāo)準(zhǔn)。在上述各項改進的技術(shù)方案中，當(dāng)屬射流引射補氣渦輪增壓系統(tǒng)的 調(diào)控力度最大、效果最佳，它是改善高增壓內(nèi)燃機低工況性能及瞬態(tài)特性的最有實用價值 與發(fā)展前途的一種技術(shù)方案。增壓內(nèi)燃機低工況性能與瞬態(tài)特性之所以變壞的直接癥結(jié)是由于缸內(nèi)充量空氣 的數(shù)量劇降，射流引射補氣渦輪增壓系統(tǒng)根據(jù)這一關(guān)鍵因素，針對性地采用“強力補氣”措 施以直接削弱和抵消低工況氣量不足對性能所造成的負面影響，從而大幅改善了低工況性 能和瞬態(tài)特性?，F(xiàn)有技術(shù)射流引射補氣渦輪增壓系統(tǒng)采用高壓空氣引射補氣裝置將壓縮空 氣噴射到內(nèi)燃機進氣總管、排氣總管、渦輪轉(zhuǎn)子或增壓器葉輪中去，直接提高低工況性能與瞬態(tài)特性?，F(xiàn)有技術(shù)引射補氣的典型方案可參見黃佑生、陳怡《利用空氣引射方案改善渦輪 增壓柴油機加速性的研究)》·內(nèi)燃機學(xué)報· 1984年第4期，第293 307頁和黃鶴、陳天 平、黎菁《電控增壓技術(shù)在柴油機上的應(yīng)用》·柴油機· 2009年第6期，第42、43、49頁以及 陸家祥主編《柴油機渦輪增壓技術(shù)》·北京·機械工業(yè)出版社· 1999 · 160 161頁中相關(guān) 內(nèi)容的敘述和介紹?，F(xiàn)有技術(shù)高壓空氣引射補氣渦輪增壓系統(tǒng)最顯著的特點與優(yōu)點是該 系統(tǒng)實質(zhì)上是一個具有能對渦輪轉(zhuǎn)子施加補充能量功能的裝置，因而可在內(nèi)燃機低工況運 行時排氣能量(燃氣壓力、溫度與流量的綜合)嚴(yán)重不足的情況下，仍能采用“補氣”對增 壓器的渦輪提供壓氣機產(chǎn)生高增壓壓力所需要的功率。這一優(yōu)勢是其它任何不具備對渦輪 轉(zhuǎn)子施加補充能量裝置的渦輪增壓器或渦輪增壓系統(tǒng)都難以企及與超越的(即使是采用 可調(diào)噴嘴環(huán)的渦輪變幾何截面調(diào)節(jié)，它對增升低工況增壓壓力的幅度也很有限)。但是，現(xiàn) 有技術(shù)高壓空氣引射補氣渦輪增壓系統(tǒng)也存在下列缺點與不足1)載重車輛和船舶內(nèi)燃機裝置中提供高壓空氣引射補氣的高壓氣源(如卡車的 制動系統(tǒng)和船舶與坦克的空氣啟動系統(tǒng))，由于貯氣筒罐容積占位空間大小的限制，一般只 能短時間歇使用(連續(xù)使用通常不超過一分鐘便須停用，然后需再向貯氣筒罐充氣以備再 用)。當(dāng)停止高壓空氣補氣后，如不采取相應(yīng)的補能措施，原經(jīng)補氣得到改善的性能參數(shù) (增壓壓力、排溫、扭矩、功率等)就不能繼續(xù)維持而會回落至接近補氣前的狀態(tài)。因此，現(xiàn) 有技術(shù)方案雖能依靠短時間的引射補氣(所耗用的射流補氣高壓空氣數(shù)量不大)就能有效 改善內(nèi)燃機的瞬態(tài)特性(加速性)，然而若要維持補氣所得的高增壓壓力使其長期不變的 話，就必須連續(xù)進行長時間的高壓空氣引射補氣才能實現(xiàn)，從而就須耗用大量的高壓空氣， 這一缺點明顯限制了現(xiàn)有技術(shù)方案在改善低工況性能方面的推廣和應(yīng)用。2)采用現(xiàn)有技術(shù)高壓空氣引射補氣方案，由于渦輪增壓器的壓氣機產(chǎn)生出的增壓 壓力在補氣時會驟然大幅劇增，因此往往引起壓氣機的喘振，使壓氣機產(chǎn)生強烈振動和氣 流波動從而不能穩(wěn)定工作。為了改進現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，本發(fā)明公開了一種新的改進內(nèi)燃機低工況 性能與瞬態(tài)特性的射流引射補氣渦輪增壓系統(tǒng)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為改進內(nèi)燃機的低工況性能與瞬態(tài)特性提供一種射流引射補 氣功能更好、調(diào)控力度最大、技術(shù)成熟、使用安全可靠、實用性最強(改動工作量最小就可 整合融入車、船現(xiàn)用內(nèi)燃機動力系統(tǒng))并能長期維持高增壓壓力節(jié)省高壓空氣耗量實現(xiàn)內(nèi) 燃機在低工況穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的新型射流引射補氣渦輪增壓系統(tǒng)——引射/引流補氣渦輪增壓系 統(tǒng)。本發(fā)明的核心在于該系統(tǒng)除去與現(xiàn)有技術(shù)射流引射補氣渦輪增壓系統(tǒng)一樣具有一條 高壓空氣引射補氣管路之外，還同時兼具擁有另一條增壓空氣引流補氣管路對流入增壓器 渦輪的燃氣實施輔助附加補充(或置換替代射流引射高壓空氣)的補氣。本發(fā)明技術(shù)方案 的這種獨特結(jié)構(gòu)，可以保證引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)只需耗用少量的高壓空氣就能使 內(nèi)燃機在低工況保持補氣后達到的高性能指標(biāo)穩(wěn)定長期運行，并可避免壓氣機在補氣時出 現(xiàn)喘振。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的采用的基礎(chǔ)技術(shù)方案(附圖1)如下該方案的核心構(gòu)造主要包括三個部分——一個高壓空氣引射補氣裝置、一個引流 渦輪增壓器和一個中冷器。其中，高壓空氣引射補氣裝置是為內(nèi)燃機的充量空氣進氣和渦
4輪增壓器中的渦輪燃氣進氣實施主要補氣供氣功能的關(guān)鍵部件。它由一個利用內(nèi)燃機本身 動力或外源動力帶動的高壓空氣壓氣機(1)、高壓空氣貯罐O)、電磁閥(3)、調(diào)壓閥、單 級氣體引射器( 和高壓空氣引射補氣管路(A)組成。引流渦輪增壓器則由一個普通常規(guī) 典型結(jié)構(gòu)的渦輪增壓器和一條增壓空氣引流補氣管路(B)組成。增壓空氣引流補氣管路 (B)的功能是在內(nèi)燃機低工況時為渦輪增壓器中的渦輪燃氣進氣實施輔助補氣供氣，并可 替代置換高壓空氣補氣以節(jié)約高壓空氣耗量，以及避免因補氣升壓引起壓氣機喘振。在該方案中，高壓空氣壓縮機(1)將其產(chǎn)生的高壓空氣貯存于貯氣罐O)中，當(dāng) 內(nèi)燃機處在低工況運轉(zhuǎn)需要高壓空氣引射補氣時，開啟電磁閥(3)和調(diào)壓閥0)，將貯氣罐 (2)流出的高壓壓縮空氣引入單級氣體引射器(5)中的噴管，在噴管出口形成高速空氣射 流后將中冷器流出的增壓空氣引射流入氣體引射器中并與之混合，然后混合氣經(jīng)擴壓管升 壓，經(jīng)高壓空氣引射補氣管路(A)流入內(nèi)燃機進氣管，完成對內(nèi)燃機充量空氣進氣進行補 氣的全過程。補氣連同中冷器流出的增壓空氣的混合氣，一起在內(nèi)燃機氣缸內(nèi)與燃料混合 燃燒，提高了排氣燃氣工質(zhì)數(shù)量、壓力與溫度，使流入渦輪進氣蝸殼的燃氣工質(zhì)流量、燃氣 總壓(渦輪膨脹比)都大幅增加，從而導(dǎo)致渦輪功相應(yīng)大幅增大、壓氣機出口增壓壓力獲得 顯著增升。另一方面，增壓壓力的提高使進入內(nèi)燃機氣缸的進氣質(zhì)量流量因進氣的密度增 加而增加，也使由中冷器出口流入引射器的增壓空氣量因靜壓差的增大而有所增加。這兩 種“連鎖效應(yīng)”的相互作用，對增大渦輪流量與提高增壓壓力有“良性循環(huán)放大”的助益，能 加大渦輪增壓器壓氣機出口的增壓壓力與渦輪進氣蝸殼進口處的燃氣壓力的靜壓差—— “引流補氣壓差”，增大增壓空氣引流補氣管路(B)的輔助/置換替代補氣量，減少工況過渡 時間，加速工況參數(shù)的穩(wěn)定。根據(jù)內(nèi)燃機低工況的需要，合理設(shè)計氣體引射器的幾何尺寸與調(diào)節(jié)高壓射流空氣 進入引射器噴管的氣體壓力，就可提供所需的增壓壓力值。在利用高壓射流壓縮空氣達到內(nèi)燃機低工況所需的增壓壓力后，則可逐漸關(guān)閉高 壓壓縮空氣罐的出氣閥門，減少并直至停止對氣體引射器噴管的供氣，節(jié)約高壓空氣耗量。 同時，應(yīng)在減少高壓空氣供氣的同時，相應(yīng)增加噴油量并增大增壓空氣引流補氣管路(B) 中調(diào)壓(電磁)閥門的開度，靠在該工況已建立起的“引流補氣壓差”加大補入渦輪燃氣的 氣量與能量，提升增壓壓力，補償因減停高壓空氣造成的增壓壓力降低，從而可將內(nèi)燃機的 工況參數(shù)(包括靜壓壓力)維持在停用高壓射流壓縮空氣前的高性能指標(biāo)相近的狀態(tài)。這 樣，本發(fā)明基礎(chǔ)方案在用高壓空氣射流于短時間建立起低工況所需的增壓壓力后，即可停 用高壓氣并利用增壓空氣引流補氣管路(B)中調(diào)壓閥(或電磁閥)的開度調(diào)節(jié)控制，增大 壓氣機出口旁通引流到渦輪進氣蝸殼處的增壓空氣補氣流量而長期維持該增壓壓力值，以 實現(xiàn)內(nèi)燃機在所需工況能長期穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)。綜上所述，本發(fā)明公開的引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)不同于現(xiàn)有技術(shù)高壓空氣 射流引射補氣渦輪增壓系統(tǒng)和引流渦輪增壓器的特點與優(yōu)點如下1.引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)較現(xiàn)有技術(shù)高壓空氣射流引射補氣渦輪增壓系 統(tǒng)增加了增壓空氣引流補氣管路(B)，其優(yōu)點是在節(jié)約高壓空氣使用量的同時可維持內(nèi)燃 機在所需工況以高性能指標(biāo)長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。這一特點突破了現(xiàn)有技術(shù)高壓空氣引射補氣渦 輪增壓系統(tǒng)因受高壓空氣耗量限制只能進行短時間補氣對瞬態(tài)特性能有所改善而對低工 況性能則無法長期穩(wěn)定提高的囿禁，可以在耗用少量高壓空氣的條件下依靠系統(tǒng)自身的增
5壓空氣引流補氣繼續(xù)保持在低工況長期穩(wěn)定地以高性能運行。2.引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)中的高壓空氣補氣管路(A)在內(nèi)燃機低工況運 行的補氣過程中，不僅實現(xiàn)了對內(nèi)燃機氣缸充量空氣進行補氣的主要功能，另外也大幅增 加了增壓空氣引流補氣管路(B)中的“引流補氣靜壓差”，致使引流補氣量大增，提高了增 壓空氣引流補氣的“輔助補氣”功能。在現(xiàn)有技術(shù)引流渦輪增壓器中，由于通流部件設(shè)計配 置的不合理，許多引流渦輪增壓器中引流補氣靜壓差的值在低工況往往很小，甚至為負，補 氣效果很小或呈負面效應(yīng)。但在引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)中，由于高壓空氣引射補氣 引生的增壓壓力良性循環(huán)增升助益，可確保在低工況引流補氣靜壓差始終保持為正值高壓 差。3.由于低工況性能的改善只有在補氣后達到高值的增壓壓力時才能實現(xiàn)，而補 氣引發(fā)的增壓壓力驟升往往伴隨著增壓器中的壓氣機產(chǎn)生喘振，使增壓器不能穩(wěn)定正常工 作。適度地開啟增壓空氣引流補氣管路(B)中的調(diào)壓閥(或電磁閥)使其形成一條“放氣 管路”即可避免喘振的發(fā)生。據(jù)上可知，本發(fā)明技術(shù)引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)包含了現(xiàn)有技術(shù)高壓空氣射 流引射補氣渦輪增壓系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)引流渦輪增壓器，但并非是該兩個現(xiàn)有技術(shù)功能的簡 單疊加，而是相輔相成、相互作用，在理論基礎(chǔ)與效果上比現(xiàn)有技術(shù)有了本質(zhì)的提高。經(jīng)過 精心設(shè)計的引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)在功能與應(yīng)用上產(chǎn)生了比簡單組合現(xiàn)有技術(shù)要 遠為優(yōu)越的新效果。高壓空氣射流引射補氣裝置中的氣體引射器的構(gòu)造與工作原理如下氣體引射器 組件由缸體1、噴管2、收斂段3、混合段4和擴壓器5共五部分組成(附圖幻。噴管2的壁 面型線可為收縮型或收縮——擴張型結(jié)構(gòu)，其出口一般位于收斂段3的進口處。當(dāng)從貯氣 罐流出的高壓空氣經(jīng)調(diào)壓閥進入噴管2后，空氣膨脹并加速?？諝饪呻S噴管2壁面型線的 結(jié)構(gòu)和噴管2出口與進口空氣壓力比值的大小不同而呈亞聲速、聲速、超聲速流動。一般， 由于貯氣罐空氣壓力較高，致使噴管2出口空氣壓力與進口空氣壓力的比值Pl/P2 —般情況 下都小于臨界壓力比Ρ /Ρι = 0. 52828，導(dǎo)致噴管2出口的氣流呈超聲速流動，其噴管壁面 型線也宜相應(yīng)采用收縮——擴張型結(jié)構(gòu)(即Laval噴管結(jié)構(gòu))。由噴管2出口流出的高速 空氣射流的擾流剪切力作用在由壓氣機出口經(jīng)旁通閥流入引射器缸體1的低速低壓增壓 壓力空氣上，并帶動其與之混合(呈現(xiàn)引射效應(yīng))。兩股氣流動量交換的結(jié)果，使射流氣流 的流速減至亞聲速(經(jīng)過激波作用)，在激波之后，混合氣在收斂段3中再次加速，進入混 合段4繼續(xù)混合，達到幾乎均勻一致的流速分布。最后，混合氣流通過擴壓器5把部分動能 (速度頭)轉(zhuǎn)換成壓力，經(jīng)高壓空氣引射補氣管路(A)流入內(nèi)燃機的進氣管。高壓空氣射流引射補氣裝置中的高壓空氣壓縮機，一般為由內(nèi)燃機曲軸帶動的單 級或多級活塞式空壓機，其產(chǎn)出空氣的壓力可高達(1 30)MPa。對于現(xiàn)有載重車輛和船 舶內(nèi)燃機裝置的制動或啟動系統(tǒng)中，空壓機及其貯罐幾乎是必備設(shè)備，不必專設(shè)而可兼用。 尤其是在船舶和固定式內(nèi)燃機動力裝置的設(shè)備中，通常都備有大型貯氣柜罐或大量高壓氣 瓶，更無問題。由于設(shè)備安裝或空間布置的限制，特別是鋁合金內(nèi)膽碳纖維纏繞的30MI^超 高壓儲氣罐(現(xiàn)今坦克上常用的是15MPa的空壓機及貯瓶)的實際成功使用(詳見劉昊、 張浩、羅新法、陳鷹《壓縮空氣動力汽車集成技術(shù)》·機電工程· 2003年第5期 第95 97 頁中的介紹)，使得在車輛中省去空壓機而直接采用適時更換貯氣罐來作為補氣設(shè)備的更簡單技術(shù)方案成為可能，這對小型車輛尤為合適。由此也可對本發(fā)明方案能否在小型車輛 上應(yīng)用實施的疑慮予以釋明事實上早在上世紀(jì)七十年代就有在小客車應(yīng)用高壓空氣引射 器直接提供增壓空氣的“沖壓式增壓系統(tǒng)”的成功實例(詳見江厚美、潘慶祜、蔡文興編著 《汽車發(fā)動機增壓技術(shù)》·北京·人民交通出版社· 1984 第45 48頁中的評述介紹)。為了在本發(fā)明基礎(chǔ)方案上進一步增升增壓壓力、節(jié)約高壓氣耗、增強停用高壓射 流氣后維持高性能指標(biāo)長期運轉(zhuǎn)的能力，又增加提出了兩個新的技術(shù)方案(附圖3和附圖 4)，共同組成了本發(fā)明的技術(shù)方案，它們的特點如下附圖3示出的新技術(shù)方案明顯不同于基礎(chǔ)方案(附圖1)的區(qū)別之處在于1)高壓空氣引射補氣管路(A)流出的補氣空氣不再進入內(nèi)燃機的進氣管，而是流 往與內(nèi)燃機排氣管出口連接在一起的補氣室(9)中的導(dǎo)氣管，在補氣室(9)中補氣空氣與 內(nèi)燃機的排氣混合后，再一起流入增壓器的渦輪(7)的進氣蝸殼。這樣，高壓空氣引射補氣 的對象，不再是內(nèi)燃機充量空氣的進氣，而是流入渦輪增壓器渦輪(7)的進氣蝸殼的進氣 燃氣。2)在氣體引射器(5)中因高壓射流空氣引射流入引射器缸體的低壓引射空氣不 是由中冷器(8)出口流出的增壓空氣而是進入中冷器(8)前的增壓空氣或環(huán)境大氣。新技 術(shù)方案中的補氣室(9)系一安裝在內(nèi)燃機排氣管出口法蘭與渦輪增壓器的渦輪(7)進氣蝸 殼進口法蘭之間的箱形通氣管道，其內(nèi)布置有導(dǎo)氣管通氣體引射器( 流出的補氣空氣， 箱內(nèi)其余空間則通內(nèi)燃機排氣燃氣，兩種氣體在補氣室(9)的出口混合形成流入渦輪進氣 蝸殼的燃氣。與基礎(chǔ)方案(附圖1) 一樣，新方案(附圖3)同樣由于補氣空氣的參與，增大 了渦輪燃氣工質(zhì)的質(zhì)量流量，致使渦輪的作功能力大幅增加，從而也相應(yīng)提高了增壓器壓 氣機出口的增壓壓力，使內(nèi)燃機的低工況性能與瞬態(tài)特性獲得顯著改善。與附圖1示出的 基礎(chǔ)方案相比，附圖3表示的新方案的優(yōu)點為由于內(nèi)燃機氣缸的排量容積所限，因而使基 礎(chǔ)方案(附圖1)的高壓引射補氣量也受到限制，若要進一步提高增壓壓力，就須再增大高 壓射流空氣的初始引射壓力，這對節(jié)省高壓空氣不利。相反，由于附圖3的新方案產(chǎn)生的補 氣是補入渦輪，則無此限制，故可在低壓力值射流空氣的狀態(tài)下用增大補氣流量代替高壓 空氣能量來助推渦輪轉(zhuǎn)子提高增壓壓力，有利于節(jié)能。另外，通過電磁閥可以對高壓空氣引 射補氣管路(A)和增壓空氣引流補氣管路(B)的補氣數(shù)量進行調(diào)節(jié)，以便控制補氣力度和 避免喘振。但附圖3方案也有缺點高壓引射補氣空氣不參與內(nèi)燃機的燃燒，從而造成了能 量損失。至于附圖4所示的新方案，由于增加了一路補入補氣室(9)的導(dǎo)氣管中的(與高壓 引射補氣管路(A)同名的)另一并聯(lián)管路(A)的補氣，于是可以更大幅度地提高增升增壓 壓力的功能。另外，在該方案中增壓器中的渦輪(7)采用了較普通常規(guī)典型結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、功 能更齊全的變截面、變流量調(diào)節(jié)渦輪(詳見中國發(fā)明專利申請公布號CN101943052A《一種 渦輪可變截面與變流量調(diào)節(jié)的渦輪增壓器》和中國發(fā)明專利申請公布公開號CN101560909A 《一種引流渦輪增壓器》中的相關(guān)內(nèi)容)，以適應(yīng)日益提高的對改善低工況性能與瞬態(tài)特性 的迫切需求。本發(fā)明方案氣體引射器裝置高壓射流空氣的合理擇用范圍一般為(0. 25 0. 7) MPa，引射比(即被引射流入氣體引射器缸體內(nèi)的增壓空氣或環(huán)境大氣的空氣質(zhì)量與高壓 射流空氣的質(zhì)量的比值)的合理擇用上限不超過3。


圖1示出的是本發(fā)明引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)基礎(chǔ)技術(shù)方案的布置示意圖。圖2示出的是單級超聲氣體引射器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3和圖4示出的是本發(fā)明引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)另外兩種技術(shù)方案的布 置示意圖。圖5示出了一種單級超聲氣體引射器實際結(jié)構(gòu)例(圖5a)及與其配接的雙流道進 口渦輪無葉蝸殼的補氣室實際結(jié)構(gòu)例(圖恥)。
具體實施例方式以下，通過實施例與結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容作進一步的描述。如上所述，本發(fā)明方案的技術(shù)核心是利用高壓壓縮空氣供氣裝置的貯氣罐中流出 的高壓壓縮空氣，通過它在氣體引射器噴管中的膨脹加速形成的高速射流空氣，引射由中 冷器出口或由環(huán)境大氣或渦輪增壓器的壓氣機出口旁通流入氣體引射器缸體的低壓增壓 空氣，二者在引射器的混合段混合并經(jīng)擴壓管升壓后形成“補氣空氣”，導(dǎo)入內(nèi)燃機的進氣 管和/或安裝在內(nèi)燃機排氣管出口法蘭與渦輪增壓器的渦輪蝸殼進口法蘭之間的箱形補 氣室中的導(dǎo)流管，最后在補氣室出口(渦輪蝸殼進口)附近，補氣空氣與內(nèi)燃機排氣燃氣 引射混合后流入渦輪葉輪。由于“補氣空氣”的參與，增大了渦輪燃氣工質(zhì)的質(zhì)量流量和焓 降，使渦輪的作功能力大幅增加，從而也相應(yīng)提高了增壓器壓氣機出口的增壓壓力，致使內(nèi) 燃機的低工況性能與瞬態(tài)特性獲得顯著改善。本發(fā)明方案的引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)系由一個高壓空氣引射補氣裝置、一 個引流渦輪增壓器、一個中冷器與一個補氣室及相應(yīng)連接管路所組成。附圖5示出的是一 個載重卡車用的引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)中的兩個附件——單級超聲氣體引射器及與 該引射器配接的補氣室的結(jié)構(gòu)設(shè)計實例。其中，單級超聲氣體引射器組件的構(gòu)造附圖如為 典型的同軸單級超聲氣體引射器結(jié)構(gòu)(附圖2)。它的核心部件噴管為Laval噴管，對其通 流部分的幾何形狀與尺寸(尤其是最小截面處的尺寸)的精度要求與機械加工光潔度等級 的要求都非常高，必須精細設(shè)計與加工。由于車用內(nèi)燃機的渦輪增壓器的增壓空氣流量一 般都很小，相應(yīng)在低工況和負荷變化時耗用的高壓射流補氣空氣量也較小，因此氣體引射 器組件的尺寸與供應(yīng)其高壓射流空氣的空壓機和貯氣罐的供氣容量及相關(guān)的設(shè)備投資與 占位體積也均很小，這是本發(fā)明方案在小型車輛上也可應(yīng)用的原因所在。圖fe示出的氣體 引射器采用變壓引射，其高壓射流空氣的引射壓力范圍為(0. 3 0. 6)MPa，引射比約為3。 圖恥示出的是與氣體引射器組件對接的補氣室構(gòu)造。補氣室實際是一個箱形通氣管道。它 的進氣端法蘭1與內(nèi)燃機排氣管的出口法蘭連接，而出氣端法蘭2則與渦輪增壓器的渦輪 進氣蝸殼的進氣端法蘭相接。由于內(nèi)燃機排氣管出口與渦輪增壓器的渦輪進氣蝸殼均為雙 流道結(jié)構(gòu)，所以補氣室也須相應(yīng)并排地布置成兩個平行的氣室結(jié)構(gòu)進行配接。由氣體引射 器流出的補氣空氣，由一個三通接頭分成兩路，經(jīng)補氣導(dǎo)管C3)流入補氣室，在補氣室出口 附近與內(nèi)燃機排氣(燃氣)引射混合后流入渦輪。補氣室結(jié)構(gòu)簡單，對形位、尺寸與光潔度 等級方面的要求均不高，故可經(jīng)簡單機械加工后焊接合成。
權(quán)利要求
1.一種引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)，它包括高壓空氣引射補氣裝置(由空壓機(1)， 儲氣罐(2)，電磁閥(3)，調(diào)壓閥(4)，氣體引射器(5)，高壓空氣引射補氣管路(A)組成)、中 冷器(8)、補氣室(9)及相應(yīng)聯(lián)接管路，其特征在于該系統(tǒng)同時兼具擁有高壓空氣引射補 氣管路(A)和增壓空氣引流補氣管路(B)兩種補氣管路共存。
2.按權(quán)利要求1所述的引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)，其特征在于氣體引射器(5) 中噴管的高壓射流空氣進口與高壓空氣引射補氣裝置的高壓空氣供氣管路相連，而氣體引 射器(5)中的低壓引射空氣的流入口須與環(huán)境大氣或渦輪增壓器的壓氣機(6)出口的一 支增壓空氣旁通管路連通，于是，高壓空氣引射補氣管路(A)的入口(也即氣體引射器(5) 中射流與引射混合空氣的流出口)則與內(nèi)燃機的進氣管和/或補氣室(9)中的導(dǎo)氣管配接 (該補氣室(9)的進口端法蘭與出口端法蘭分別與內(nèi)燃機排氣管的出口法蘭和渦輪增壓器 中渦輪(7)的進氣蝸殼的進口法蘭對接)，形成高壓空氣引射補氣管路(A)。
3.按權(quán)利要求1所述的引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)，其特征在于增壓空氣引流補 氣管路(B)的進氣端管口與渦輪增壓器中壓氣機(6)出口的一支增壓空氣旁通支管連通， 而出氣端管口則既可與由內(nèi)燃機排氣管流入渦輪(7)進氣蝸殼的排氣燃氣管路連通，也可 與由補氣室(9)中流出的通往渦輪(7)進氣蝸殼的進口管內(nèi)通引流增壓空氣補氣的獨用通 道或與引流增壓空氣和旁通燃氣共用的通道連接。
4.按權(quán)利要求1所述的引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)，其特征在于渦輪增壓器中的 渦輪(7)的構(gòu)造形式既可以是普通常規(guī)的典型結(jié)構(gòu)，也可以是具有變截面和變流量可調(diào)節(jié) 功能的復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)造。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適于在車、船和工程機械的增壓內(nèi)燃機上應(yīng)用以大幅改善其低(轉(zhuǎn)速、負荷)工況性能與瞬態(tài)特性的引射/引流補氣渦輪增壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過其本身兼具擁有的高壓空氣引射補氣管路與增壓空氣引流補氣管路這兩種相輔相成的補氣結(jié)構(gòu)，對流入內(nèi)燃機的充量空氣和/或流入渦輪的燃氣實施“補氣”，從而大幅提高了渦輪功率和增壓壓力，顯著降低了燃料耗率與排氣溫度及有害排放。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、使用安全可靠、調(diào)控力度大、效果好的優(yōu)點。
文檔編號F02B29/04GK102128079SQ20111004191
公開日2011年7月20日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者孫敏超, 孫正柱 申請人:孫敏超, 孫正柱