雙級渦輪增壓系統(tǒng)及起重機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及工程機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種雙級渦輪增壓系統(tǒng)及起重機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程機(jī)械領(lǐng)域中，起重機(jī)是一種常用的吊裝工程機(jī)械設(shè)備，其中，汽車起重機(jī)是使用最廣泛的起重機(jī)，其所用的發(fā)動(dòng)機(jī)均為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)工作循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)工作步驟組成的封閉過程，發(fā)動(dòng)機(jī)只有周而復(fù)始的進(jìn)行這些過程才能持續(xù)工作。為了增加發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率和動(dòng)力特性，通常需要設(shè)置增壓系統(tǒng)，增壓系統(tǒng)通過發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣能量將低密度空氣壓縮為高密度空氣。
[0003]如圖1所示，為現(xiàn)有的汽車起重機(jī)用渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，在發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣沖程中，外界空氣首先通過進(jìn)氣管a2進(jìn)入渦輪增壓器al，經(jīng)過渦輪增壓器al加壓后變成高溫高壓氣體，高溫高壓氣體通過中冷進(jìn)氣管a3進(jìn)入中冷器a4，在中冷器a4內(nèi)冷卻后，再經(jīng)過中冷出氣管a5進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)a6，供發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒使用。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣過程中，從發(fā)動(dòng)機(jī)a6缸體內(nèi)排出的廢氣首先進(jìn)入渦輪增壓器al，推動(dòng)渦輪增壓器al旋轉(zhuǎn)并對進(jìn)氣加壓后，通過排氣管a7排入大氣。
[0004]如圖2所示，為渦輪增壓器al的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，渦輪增壓器al包括:壓氣機(jī)殼all，壓氣機(jī)葉輪al2，軸承體al3，渦輪箱al4，渦輪al5。渦輪al5為做功部件，廢氣從排氣進(jìn)口 B進(jìn)入后通過渦輪al5推動(dòng)渦輪軸旋轉(zhuǎn)并從排氣出口 C排出，渦輪軸和壓氣機(jī)軸剛性連接，進(jìn)而帶動(dòng)壓氣機(jī)的壓氣機(jī)葉輪al2旋轉(zhuǎn)，并對從空氣進(jìn)口 A進(jìn)入的空氣做功，將常溫常壓空氣變?yōu)楦邷馗邏簹怏w。渦輪增壓系統(tǒng)主要分為單級渦輪增壓系統(tǒng)和串聯(lián)式雙級渦輪增壓系統(tǒng)。
[0005]如圖3所示，為單級渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，單級渦輪增壓系統(tǒng)主要特征是只有一個(gè)渦輪增壓器b2，空氣從空氣進(jìn)口 A進(jìn)入渦輪增壓器b2被一次壓縮，然后通過中冷器b3冷卻后被送入發(fā)動(dòng)機(jī)bl。單級渦輪增壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單；缺點(diǎn)是氣體只進(jìn)行一次增壓，增壓壓力低，而且一個(gè)渦輪增壓器需要同時(shí)兼顧高速和低速性能，渦輪增壓器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，渦輪遲滯現(xiàn)象較嚴(yán)重。
[0006]如圖4所示，為串聯(lián)式雙級渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，串聯(lián)式雙級渦輪增壓系統(tǒng)由高壓輪增壓器c2和低壓輪增壓器c4兩個(gè)渦輪增壓器串聯(lián)組成，空氣從空氣進(jìn)口 A依次進(jìn)入低壓輪增壓器c4和高壓輪增壓器c2被二次壓縮，然后通過中冷器c3冷卻后被送入發(fā)動(dòng)機(jī)Cl。串聯(lián)式雙級渦輪增壓系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)空氣的二次增壓，其優(yōu)點(diǎn)是增壓壓力高，進(jìn)氣量足，渦輪遲滯效應(yīng)小，發(fā)動(dòng)機(jī)高速和低速性能優(yōu)異；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
[0007]現(xiàn)有的串聯(lián)式雙級渦輪增壓系統(tǒng)對上述的雙級渦輪增壓系統(tǒng)做出了改進(jìn)，如圖5所示，現(xiàn)有的串聯(lián)式雙級渦輪增壓系統(tǒng)包括高壓渦輪增壓器d2，中冷器d3，低壓渦輪增壓器d4，電控比例閥d5，電控比例閥d5與高壓渦輪增壓器d2并聯(lián)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)dl轉(zhuǎn)速較低或排氣壓力較低時(shí)，電控比例閥d5基本處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)低壓空氣主要通過低壓渦輪增壓器d4和高壓渦輪增壓器d2進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)dl ;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)dl轉(zhuǎn)速較高或排氣壓力較高時(shí)，電控比例閥d5基本處于打開狀態(tài)，此時(shí)低壓空氣主要通過低壓渦輪增壓器d4和電控比例閥d5進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)部分低壓空氣也會通過低壓渦輪增壓器d4和高壓渦輪增壓器d2進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，電控比例閥的開度受發(fā)動(dòng)機(jī)dl轉(zhuǎn)速或排氣壓力控制。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，廢氣均依次經(jīng)過高壓渦輪增壓器d2和低壓渦輪增壓器d4排入大氣。
[0008]現(xiàn)有串聯(lián)式雙渦輪增壓系統(tǒng)，無論發(fā)動(dòng)機(jī)dl處于什么工作狀態(tài)，低壓空氣必須經(jīng)過低壓渦輪增壓器d4才能進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)dl。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)dl轉(zhuǎn)速較低或排氣壓力較低時(shí)，對低壓空氣的增壓工作主要靠高壓渦輪增壓器d2來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)低壓渦輪增壓器d4只起到進(jìn)氣通道的作用，由于高壓渦輪增壓器d2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)靈敏，所以串聯(lián)式雙渦輪增壓系統(tǒng)相對于單渦輪增壓系統(tǒng)渦輪遲滯效應(yīng)小，建壓速度快，能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速和低負(fù)荷時(shí)的性能。但是，由于發(fā)動(dòng)機(jī)dl轉(zhuǎn)速較低或排氣壓力較低時(shí)，低壓空氣必須經(jīng)過低壓渦輪增壓器d4才能進(jìn)入高壓渦輪增壓器d2，進(jìn)氣阻力大，限制了串聯(lián)式雙渦輪增壓系統(tǒng)進(jìn)一步降低渦輪遲滯效應(yīng)的能力，無法最大程度上消除渦輪遲滯效應(yīng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的反應(yīng)速度繼而被降低，起重機(jī)的駕駛性能沒有得到有效的改善。另外，電控比例閥d5開啟程度只受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或者排氣壓力控制，控制策略簡單，無法使車輛負(fù)荷完全反饋到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)上。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]為克服以上技術(shù)缺陷，本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是提供一種雙級渦輪增壓系統(tǒng)，該雙級渦輪增壓系統(tǒng)能夠有效降低渦輪增壓系統(tǒng)的遲滯現(xiàn)象，提高發(fā)動(dòng)機(jī)反應(yīng)速度，改善起重機(jī)的駕駛性能。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種雙級渦輪增壓系統(tǒng)，具有空氣進(jìn)口和排氣出口，雙級渦輪增壓系統(tǒng)包括:高壓渦輪增壓器、低壓渦輪增壓器以及與低壓渦輪增壓器并聯(lián)連接的旁路進(jìn)風(fēng)通道，低壓渦輪增壓器具有連接空氣進(jìn)口的直路進(jìn)風(fēng)通道，高壓渦輪增壓器通過串聯(lián)連接低壓渦輪增壓器與空氣進(jìn)口連接，高壓渦輪增壓器還通過旁路進(jìn)風(fēng)通道直接連接空氣進(jìn)口。
[0011]在該基本的技術(shù)方案中，通過增加旁路進(jìn)風(fēng)通道，并采用旁路進(jìn)風(fēng)通道與低壓渦輪增壓器并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了氣流在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速和低負(fù)荷時(shí)繞過低壓渦輪增壓器的功能，最大程度上降低了渦輪增壓器的遲滯效應(yīng)，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的反應(yīng)速度，改善了起重機(jī)的駕駛性能。
[0012]進(jìn)一步地，雙級渦輪增壓系統(tǒng)還包括與高壓渦輪增壓器并聯(lián)連接的電控比例閥，電控比例閥能夠按比例控制流過高壓渦輪增壓器和電控比例閥的流量。
[0013]在該改進(jìn)的技術(shù)方案中，電控比例閥通過控制流過高壓渦輪增壓器和電控比例閥的流量來配合發(fā)動(dòng)機(jī)不同的工作狀態(tài)，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，使得雙級渦輪增壓系統(tǒng)具備單渦輪增壓和雙渦輪增壓的兩種工作模式。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低或排氣壓力較低時(shí)，電控比例閥使得低壓空氣主要通過低壓渦輪增壓器和高壓渦輪增壓器進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高或排氣壓力較高時(shí)，電控比例閥使得低壓空氣主要通過低壓渦輪增壓器和電控比例閥進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0014]進(jìn)一步地，雙級渦輪增壓系統(tǒng)還包括設(shè)置在直路進(jìn)風(fēng)通道和旁路進(jìn)風(fēng)通道上的通道閥門組件，通道閥門組件能夠控制直路進(jìn)風(fēng)通道與旁路進(jìn)風(fēng)通道的通斷狀態(tài)。
[0015]在該改進(jìn)的技術(shù)方案中，閥門組件能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下控制流過直路進(jìn)風(fēng)通道與旁路進(jìn)風(fēng)通道的空氣流量，有效提高了增壓系統(tǒng)的工作效率和適用性。
[0016]優(yōu)選地，通道閥門組件為蝶閥組件。
[0017]在該優(yōu)選的技術(shù)方案中，通道閥門組件選用常用的蝶閥能夠節(jié)約制造成本且具有較高的可靠性。
[0018]進(jìn)一步地，蝶閥組件包括閥桿、第一閥葉以及第二閥葉，第一閥葉和第二閥葉固定設(shè)置在閥桿上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)閥桿，第一閥葉和第二閥葉分別改變直路進(jìn)風(fēng)通道與旁路進(jìn)風(fēng)通道的通斷狀態(tài)。
[0019]在該優(yōu)選的技術(shù)方案中，蝶閥組件主要由兩個(gè)閥葉和一個(gè)閥桿組成，結(jié)構(gòu)簡單、加工方便且能夠有效保證閥門組件的通斷功能，具有較高的可靠性。
[0020]進(jìn)一步地，第一閥葉和第二閥葉互相垂直。
[0021]在該改進(jìn)的技術(shù)方案中，互相垂直的兩個(gè)閥葉能夠使得直路進(jìn)風(fēng)通道與旁路進(jìn)風(fēng)通道的通斷狀態(tài)相反以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的增壓需要。
[0022]優(yōu)選地，通道閥門組件為電磁通斷閥組件。
[0023]在該優(yōu)選的技術(shù)方案中，通道閥門組件選用電路控制的電磁通斷閥，控制靈敏、快捷方便且具有較高的可靠性和通斷穩(wěn)定性。
[0024]進(jìn)一步地，雙級渦輪增壓系統(tǒng)還包括設(shè)置在通道閥門組件的下游且連接直路進(jìn)風(fēng)通道與旁路進(jìn)風(fēng)通道的補(bǔ)償管路。
[0025]在該改進(jìn)的技術(shù)方案中，在直路進(jìn)風(fēng)通道與旁路進(jìn)風(fēng)通道設(shè)置補(bǔ)償管路能夠在氣流方向切換時(shí)減小對低壓渦輪增壓器的沖擊，保證了低壓渦輪增壓器的工作穩(wěn)定性。
[0026]進(jìn)一步地，補(bǔ)償管路的管徑均小于直路進(jìn)風(fēng)通道與旁路進(jìn)風(fēng)通道的管徑。
[0027]在該改進(jìn)的技術(shù)方案中，只需將補(bǔ)償管路的制造管徑限制在小于直路進(jìn)風(fēng)通道與旁路進(jìn)風(fēng)通道的管徑的范圍內(nèi)，選用簡單的結(jié)構(gòu)