專利名稱：柴油機(jī)剩余功率回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
柴油機(jī)剩余功率回收系統(tǒng)涉及動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備，屬于柴油機(jī)增壓系統(tǒng)部件。
柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中增壓設(shè)備是為了充分利用柴油機(jī)的熱能，目前柴油機(jī)增壓設(shè)備已提高到高增壓和超高增壓的水平，相應(yīng)渦輪增壓器的總效率也不斷提高。目前大型渦輪增壓器的總效率已達(dá)68～72％。近期內(nèi)出現(xiàn)了中速大功率高增壓柴油機(jī)中使用動(dòng)力渦輪，即在增壓器渦輪外再用一動(dòng)力渦輪回收剩余功，通過(guò)減速齒輪、液力偶合器傳給曲軸。與此同時(shí)，世界各國(guó)都在研究陶瓷隔熱復(fù)合發(fā)動(dòng)機(jī)，即燃燒室部件用陶瓷隔熱，使原來(lái)傳給氣缸冷卻水的部分熱量轉(zhuǎn)入排氣，同樣也在增壓渦輪后用一動(dòng)力渦輪回收這部分熱量，通過(guò)減速齒輪、液力偶合器傳給曲軸或動(dòng)力渦輪直接帶一高速發(fā)電機(jī)發(fā)電輸出。
上述用動(dòng)力渦輪回收剩余功的系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)1、整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置困難；2、整個(gè)復(fù)合機(jī)比重量大，比體積大；3、加速瞬態(tài)響應(yīng)慢；4、由于氣缸壁溫度高，使充氣效率低，循環(huán)溫度高，最大爆發(fā)壓力大，NOx大；5、初始成本高，且由于車用柴油機(jī)大部分時(shí)間是在低工況運(yùn)行，而在低工況時(shí)，動(dòng)力渦輪基本上得不到功，而該傳動(dòng)系統(tǒng)卻仍要耗功，這些均使整機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益低。
為了克服上述缺點(diǎn)，本實(shí)用新型采用一種缸內(nèi)膨脹回收渦輪剩余功的低溫循環(huán)增壓系統(tǒng)。這一系統(tǒng)使渦輪剩余功通過(guò)提高增壓壓力，再在氣缸內(nèi)進(jìn)行膨脹，省掉了動(dòng)力渦輪、減速齒輪和液力偶合器。


圖1是缸內(nèi)膨脹回收渦輪剩余功低溫循環(huán)增壓系統(tǒng)工作原理圖。
圖中1是壓氣機(jī)；2是中冷器；3是進(jìn)行管；4是進(jìn)氣閥；5是氣缸；6是活塞；7是連桿；8是曲軸；9是渦輪；10是排氣管；11是排氣閥；12是上止點(diǎn)；13是下止點(diǎn)。
附圖2是缸內(nèi)膨脹回收渦輪剩余功低溫循環(huán)增壓系統(tǒng)的排氣閥配氣機(jī)構(gòu)圖。
圖中14是氣道；11是排氣閥；15是搖臂；16是搖臂軸；17是推桿；18是推桿套筒；19是凸輪軸；20是二次排氣凸輪。
附圖3是缸內(nèi)膨脹回收渦輪剩余功低溫循環(huán)增壓系統(tǒng)的氣閥正時(shí)圖。
圖中12是上止點(diǎn)，13是下止點(diǎn)，21是進(jìn)氣閥開(kāi)，22是排氣閥關(guān)，23是排氣閥開(kāi)，24是排氣閥第二次開(kāi)，25是進(jìn)氣閥關(guān)，26是排氣口第二次關(guān)，箭頭為曲軸旋轉(zhuǎn)方向。
圖1和圖2的動(dòng)作原理為當(dāng)活塞6運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)12前，進(jìn)氣閥4已打開(kāi)，使新鮮空氣進(jìn)入氣缸5，排氣閥11在活塞6運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)12后關(guān)閉，此時(shí)，排氣閥11與噴油器均不工作，活塞6從上止點(diǎn)12向下止點(diǎn)13方向運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)活塞6運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)13前，進(jìn)氣閥4即關(guān)閉，活塞6到達(dá)下止點(diǎn)13后又向上止點(diǎn)12運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，進(jìn)氣閥4關(guān)閉，排氣閥11第二次開(kāi)啟，由于在高工況下，膨脹后的缸內(nèi)壓力與排氣管壓力相近，故排氣閥的第二次開(kāi)啟不會(huì)有氣體流進(jìn)或流出，當(dāng)活塞6進(jìn)一步向上時(shí)，缸內(nèi)氣體受壓使溫度和壓力提高。
當(dāng)活塞6向上運(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)12前時(shí)，噴油器向活塞6頂部燃燒室噴油，與高溫高壓氣體混合，當(dāng)氣缸5內(nèi)溫度及壓力達(dá)到燃燒要求時(shí)即自燃，依靠氣體產(chǎn)生的壓力推動(dòng)活塞6下行并通過(guò)曲軸向外輸出功。
當(dāng)氣體膨脹推動(dòng)活塞6下行至下止點(diǎn)13前，排氣閥11第一次開(kāi)啟，廢氣流入排氣管10，活塞6至下止點(diǎn)13后又向上運(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)12后，排氣閥11關(guān)閉。此時(shí)進(jìn)氣閥4已打開(kāi)，氣缸5內(nèi)重新注入新鮮空氣。
當(dāng)活塞6運(yùn)動(dòng)至下止點(diǎn)13前，進(jìn)氣閥4快關(guān)閉時(shí)，排氣閥11第二次開(kāi)啟。這是在高增壓機(jī)型時(shí)，當(dāng)幾何壓縮比不太高的情況下保證起動(dòng)及低工況運(yùn)行時(shí)用的。此時(shí)進(jìn)氣壓力較低，氣體在氣缸5內(nèi)膨脹后壓力和溫度降低，壓縮終點(diǎn)溫度不能保證發(fā)火，而在下止點(diǎn)13附近，氣缸5內(nèi)壓力低于排氣管10壓力，排氣管10內(nèi)氣體倒流入氣缸5內(nèi)，且由于低工況時(shí)燃燒不好，有部分新鮮空氣未參加燃燒就被排入排氣管10內(nèi)，倒流后，這部分未燃空氣可補(bǔ)充氣缸5內(nèi)空氣量的不足，廢氣溫度高又可加熱氣缸5內(nèi)氣體以保證起動(dòng)與低工況運(yùn)行。在高工況時(shí)，由于進(jìn)氣管3壓力大于排氣管10壓力，進(jìn)氣下止點(diǎn)13時(shí)，氣缸5內(nèi)壓力與排氣管10壓力近乎相等，因此雖然排氣閥11開(kāi)啟著，并不會(huì)產(chǎn)生大的氣體流動(dòng)。
該系統(tǒng)的有效程度主要決定于渦輪增壓器的總效率ηTK，ηTK愈高，系統(tǒng)的剩余功回收率愈接近于動(dòng)力渦輪回收剩余功系統(tǒng)。在熱力學(xué)分析及實(shí)際工作過(guò)程的模擬計(jì)算都說(shuō)明了這一點(diǎn)。
該系統(tǒng)氣閥正時(shí)圖(圖3)中，進(jìn)氣閥4是在下止點(diǎn)13前關(guān)，至于進(jìn)氣閥4在下止點(diǎn)13前多少度關(guān)，視渦輪增壓器的總效率而定。
與常規(guī)增壓柴油機(jī)系統(tǒng)的配氣機(jī)構(gòu)相比，該系統(tǒng)排氣閥11配氣機(jī)構(gòu)(圖2)采用了二次排氣凸輪20。
缸內(nèi)膨脹回收渦輪剩余功低溫循環(huán)增壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是1、整個(gè)系統(tǒng)比重量，比體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；2、瞬態(tài)響應(yīng)性好；3、由于是進(jìn)氣膨脹，低溫循環(huán)，最大爆發(fā)壓力低，熱負(fù)荷低，NOx低；4、雖然在熱量回收率方面，缸內(nèi)膨脹系統(tǒng)比動(dòng)力渦輪系統(tǒng)稍差一些，但由于省掉了動(dòng)力渦輪，減速齒輪及液力偶合器等，故可獲得初始成本低，而總的經(jīng)濟(jì)效益高之效果。
本實(shí)用新型可應(yīng)用在中速高增壓或超高增壓柴油機(jī)中以回收渦輪剩余功，并可應(yīng)用于目前正在開(kāi)發(fā)為九十年代投入實(shí)際使用的高速車用陶瓷隔熱發(fā)動(dòng)機(jī)中。根據(jù)予測(cè)，ηTK在五年后可達(dá)65～70％時(shí)，故此系統(tǒng)將更有發(fā)展前途，而且由于九十年代后能源短缺，剩余能量的回收將會(huì)普遍開(kāi)展，鑒予該系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)，可以肯定，它將會(huì)優(yōu)先投入使用。
權(quán)利要求一種缸內(nèi)膨脹回收渦輪剩余功的低溫循環(huán)增壓系統(tǒng)是由壓氣機(jī)1，中冷器2，進(jìn)氣管3，進(jìn)氣閥4，氣缸5，活塞6，連桿7，曲軸8，渦輪9，排氣管10，排氣閥11所組成，其特征在于排氣閥11的配氣機(jī)構(gòu)采用二次排氣凸輪20。
專利摘要缸內(nèi)膨脹回收渦輪剩余功的低溫循環(huán)增壓系統(tǒng)是一種新型柴油機(jī)剩余功率回收系統(tǒng)，通過(guò)提高增壓壓力使渦輪剩余功再在氣缸內(nèi)進(jìn)行膨脹，省掉了動(dòng)力渦輪、減速齒輪和液力偶合器。系統(tǒng)中排氣閥配氣機(jī)構(gòu)采用了二次排氣凸輪。整個(gè)系統(tǒng)比重量輕、比體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，瞬態(tài)響應(yīng)好，且由于是進(jìn)氣膨脹、低溫循環(huán)，最大爆發(fā)壓力低，熱負(fù)荷低，NO
文檔編號(hào)F02G5/02GK2036998SQ8821181
公開(kāi)日1989年5月3日 申請(qǐng)日期1988年5月24日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月24日
發(fā)明者顧宏中 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)