CN102128078A - 一种发动机进排气系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机技术领域，公开了一种发动机进排气系统，其包括涡轮增压器、发动机，所述涡轮增压器的压气机的出气口与发动机进气口连通，所述发动机的出气口与所述涡轮增压器的涡轮机的进气口连通，还包括废气涡轮机、空压机，所述废气涡轮机的进气口与所述发动机出气口连通，所述废气涡轮机的动力输出端与所述空压机的动力输入端连接，所述空压机的进气口与空气源连通，所述空压机的出气口与储气装置连通。该发动机进排气系统既可充分利用废气中的动能又可充分利用废气中的热能。

Description

一种发动机进排气系统

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种可充分利用废气中的热能的发动机进排气系统。

背景技术

目前，发动机尤其是柴油机的进排气系统普遍采用涡轮增压的方式来提高发动机的动力。涡轮增压是将空气事先进行压缩，再注入发动机的气缸内，涡轮增压通常通过涡轮增压器来实现。

涡轮增压器通常包括压气机和涡轮机，压气机与涡轮机机械连接，压气机设于发动机的进气管上，压气机的出气口与发动机的进气口连通，涡轮机设于发动机的排气管上，涡轮机的进气口与发动机的出气口连通，当发动机运转时，发动机排出的废气流经涡轮机，废气的动能驱动涡轮机的叶轮高速旋转，由于涡轮机的叶轮与压气机的叶轮同轴设置，涡轮机叶轮高速旋转的同时，带动压气机叶轮进行相应的调整旋转，从而使通过压气机内的空气的流速和压力得到增强，增压后的空气进入发动机的燃烧室以供燃油燃烧。柴油机采用废气涡轮增压不仅可以提高功率，还可以减少单位功率质量、缩小整机外形尺寸、降低燃油消耗。

发动机排出的废气具有较高的动能和热量，废气的动能用于驱动涡轮机进而驱动压气机对进入发动机的空气进行加压，可将发动机排出的废气的动能充分利用。但是这种结构的发动机进排气系统，涡轮增压器只利用了废气中的动能而没有充分利用废气中的热量，造成废气中的热量浪费；而且涡轮增压器在高速时，为了减小排气管内的压力，有一部分的废气要通过旁通阀排走，造成了一定能量的浪费。

因此，如何研发出一种既可充分利用废气中的动能又可充分利用废气中的热能的发动机进排气系统，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机进排气系统，该发动机进排气系统既可充分利用废气中的动能又可充分利用废气中的热能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种发动机进排气系统，包括涡轮增压器、发动机，所述涡轮增压器的压气机的出气口与发动机进气口连通，所述发动机的出气口与所述涡轮增压器的涡轮机的进气口连通，还包括废气涡轮机、空压机，所述废气涡轮机的进气口与所述发动机出气口连通，所述废气涡轮机的动力输出端与所述空压机的动力输入端连接，所述空压机的进气口与空气源连通，所述空压机的出气口与储气装置连通。

优选的，所述储气装置为储气筒。

优选的，所述储气筒的出气口与制动驱动系统的制动储气筒连通。

优选的，所述储气筒与所述制动储气筒之间的管路上设有单向顺序阀。

优选的，还包括空气放大器，所述空气放大器的低压气进口与所述压气机的出气口连通，所述空气放大器的出气口与所述发动机进气口连通；所述空气放大器的高压气进口与高压气源连通。

优选的，所述高压气源为所述制动储气筒，所述空气放大器的高压气进口与所述制动储气筒连通。

优选的，所述高压气源为所述储气筒，所述空气放大器的高压气进口与所述储气筒连通。

优选的，所述空气放大器的高压气进口的进气管路上设有膨胀室。

优选的，所述膨胀室通过单向顺序阀与制动储气筒连通。

优选的，所述膨胀室依次通过单向阀、二位二通阀与所述储气筒连通。

优选的，所述膨胀室内设有热交换回路，所述热交换回路与发动机排气管连接。

优选的，所述废气涡轮机与所述涡轮增压器的涡轮机并联设置。

优选的，所述废气涡轮机与所述发动机出气口之间的管路上设有二位二通阀。

优选的，所述涡轮增压器的压气机的进气口处设有空滤器，所述空压机的进气口通过二位二通阀、单向节流阀与所述空滤器的出气口连通。

优选的，所述空压机为离心式空压机。

本发明提供的发动机进排气系统包括涡轮增压器、发动机、废气涡轮机、空压机，新鲜空气进入涡轮增压器的压气机的进气口，涡轮增压器的压气机的出气口与发动机的进气口连通，发动机的出气口与涡轮增压器的涡轮机的进气口连通；废气涡轮机的进气口与发动机的出气口连通，废气涡轮机的动力输出端与空压机的动力输入端的连接，空压机的进气口与空气源连通，空压机的出气口与储气装置连通。

这种结构的发动机进排气系统，在发动机的出气口处设有废气涡轮机，发动机排出的废气全部或部分进入废气涡轮机中，废气的热能将驱动废气涡轮机工作并输出动力，废气涡轮机输出的动力将驱动空压机工作，在空压机的作用下，进入空压机内的空气将被压缩并储存在储气装置内，以供动力部件使用。这种结构的发动机进排气系统既可利用发动机排出的废气中的动能，又可利用发动机排出的废气中的热能，可有效起到节能增效的作用。

附图说明

图1为本发明所提供的发动机进排气系统的一种具体实施方式的结果示意图；

图2为图1中空气放大器的结果示意图；

其中，图1-图2中：

空滤器1、涡轮增压器2、压气机2-1、涡轮机2-2、空气放大器3、低压气进口31、高压气进口32、出气口33、进气传感器4、发动机6、ECU7、单向节流阀9、二位二通阀10、二位二通阀11、空压机12、废气涡轮机13、消声器15、处理系统16、制动储气筒18、油气分离器19、单向顺序阀20、制动系统21、单向顺序阀22、膨胀室23、单向阀24、二位二通阀25、储气筒26、安全阀27、单向阀28。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种发动机进排气系统，该发动机进排气系统既可充分利用废气中的动能又可充分利用废气中的热能。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参看图1，图1为本发明所提供的发动机进排气系统的一种具体实施方式的结果示意图。

如图1所示，本发明所提供的发动机进排气系统包括涡轮增压器2、发动机6、废气涡轮机13、空压机12，涡轮增压器2具有压气机2-1和涡轮机2-2，压气机2-1的出气口33与发动机6的进气口连通，发动机6的出气口与涡轮机2-2的进气口连通，涡轮机2-2的出气口将流经其内的废气排出，具体的方案中，涡轮机2-2的出气口可与消声器15连通；废气涡轮机13的进气口与发动机6的出气口连通，具体的方案中，废气涡轮机13可设在排气管的旁通支路上，与涡轮增压器2的涡轮机2-2并联，废气涡轮机13的动力输出端与空压机12的动力输入端连接，空压机12的进气口与空气源连通；优选方案中，空压机12的进气口可与进气管连通，由进气管向空压机12提供新鲜空气，空压机12的出气口与储气装置连通，储气装置可以存储空压机12排出的高压气体。

这种结构的发动机进排气系统，在发动机6的出气口处设有废气涡轮机13，发动机6排出的废气全部或部分进入废气涡轮机13中，废气的热能、动能将驱动废气涡轮机13工作并输出动力，废气涡轮机13输出的动力将驱动空压机12工作，在空压机12的作用下，进入空压机12内的空气将被压缩并储存在储气装置内，以供动力部件使用。这种结构的发动机进排气系统既可利用发动机6排出的废气中的动能，又可利用发动机6排出的废气中的热能，可有效起到节能增效的作用。

优选的方案中，空压机12的进气口与空滤器1的出气口连通，由发动机6的进气管向空压机12提供新鲜空气，进一步的方案中，空压机12可依次通过二位二通阀10、单向节流阀9与空滤器1的出气口连通；ECU7通过控制二位二通阀10的通断控制是否需要向空压机12提供新鲜空气；ECU7通过控制单向节流阀9的开口大小，来控制进入空压机12的新鲜空气的流量。

具体的方案中，所述储气装置可以具体为用于存储高压气体的储气筒26，空气压缩机的出气口可依次通过单向阀28、安全阀27与储气筒26的进气口连通。

具体的方案中，储气筒26的出气口可与制动驱动系统的制动储气筒18连通。制动驱动系统包括制动空气压缩机、处理系统16、制动储气筒18、制动系统21，制动空气压缩机的进气口与空滤器1的出气口连通，由发动机6的进气管向制动空气压缩机提供新鲜空气，制动空气压缩机由发动机6驱动，制动空气压缩机排出的高压气体经处理系统16净化后进入制动储气筒18内，制动储气筒18连接制动系统21，制动储气筒18内的高压气体为制动系统21提供制动力；储气筒26内的高压气体可进入制动储气筒18内，为制动系统21提供高压气体，进而提供制动力。

优选方案中，储气筒26与制动储气筒18之间的管路上设有单向顺序阀，以保证储气筒26内的高压气体单向流入制动储气筒18内。

优选方案中，涡轮增压器2的压气机2-1与发动机6的进气口之间的管路上设有空气放大器3，空气放大器3的结构如图2所示，根据流体力学的基本原理——附壁效应(Coada Effects)，只用少量的压缩空气作为动力源，带动周围空气形成高压、高速气流，流量最大可以为耗气量的50倍。

一种具体的方案中，空气放大器3上设有高压气入口32、低压气入口31、出气口33，高压气入口32设于空气放大器3的侧壁，空气放大器3的两侧为连通的低压气进口31、出气口33，低压气进口31与所述压气机2-1的出气口33连通，所述空气放大器3的出气口33与所述发动机6进气口连通；所述空气放大器3的高压气进口32与高压气源连通，从高压气进口32引入高压气体，可带动低压气体入口处形成高压、高速的气流，使得高压、高速的气流从空气放大器3的出气口33处流出，可增大进入发动机6内的空气的压力和流速，进而提高发动机6的燃烧效率。

优选方案中，所述空气放大器3的高压气进口32的进气管路上设有膨胀室23，膨胀室23的进气口与高压气源连通，出气口33与空气放大器3的高压气进口32连通，更优的方案中，膨胀室23内设有热交换回路，热交换回路可对进入膨胀室23内的高压气体进一步加热，使得膨胀室23内的高压气体进一步膨胀，可以在不增加高压气体量的情况下，增加空气放大器3的喷射时间。

进一步的方案中，膨胀室23内的热交换回路可与发动机6排气管连接，热交换回路可以吸收发动机6排气管内废气的热量对膨胀室23内的高压气体进行加热，把废气中的热能转化为辅助进气的动能，可以充分利用发动机6排出的废气的热能。这种方案中，经过加热后进入空气放大器3的高温气体紧挨发动机6进气管的内表面，且由于膨胀室23加热后同样气压下密度较小，使得高温气体非常方便冷却。

优选方案中，所述高压气源可以为制动储气筒18，空气放大器3的高压气进口32与制动储气筒18连通，由制动储气筒18向空气放大器3的高压气进口32提供高压空气；由于储气筒26与制动储气筒18连通，空气压缩机所产生的高压气体，可先进入制动储气筒18内，间接向空气放大器3提供高压气体。

优选方案中，制动储气筒18的出气口33处可设置油气分离器19，油气分离器19可进一步对制动储气筒18内流向空气放大器3的高压进气进一步净化。

进一步的方案中，制动储气筒18可依次通过油气分离器19、单向顺序阀20与膨胀室23的进气口连通，经过油气分离器19净化后的高压气体可经过膨胀室23的进一步加热进入空气放大器3的高压气进口32。

更优的方案中，所述高压气源可以为储气筒26，储气筒26内可直接向空气放大器3提供高压气体。如图1所示，储气筒26与空气放大器3的高压气进口32连通，进一步的方案中，储气筒26可依次通过二位二通阀25、单向阀24与膨胀室23的进气口连通，储气筒26内的高压气体可在膨胀室23内进一步加热后进入空气放大器3的高压进气口；ECU7通过控制二位二通阀25的通断来控制储气筒26是否需要向空气放大器3的高压气进口32提供高压气体。

优选方案中，废气涡轮机13与发动机6的出气口之间的管路上设有二位二通阀11，ECU7通过控制二位二通阀11的通断来控制废气涡轮是否需要工作。

优选方案中，空气放大器3与发动机6进气口之间的管路上设有进气传感器4，进气传感器4用于检测进入发动机6内的空气流的压力，ECU7根据进气传感器4所检测的压力大小控制二位二通阀25的通断，以控制是否需要向空气放大器3的高压气进口32提供高压气体，及控制空气放大器3的高压气进口32的大小，以使得进入发动机6内的空气量满足要求。

优选方案中，空压机12具体可以采用离心式空压机，离心式空气压缩机是由叶轮带动气体做高速旋转，使气体产生离心力，由于气体在叶轮里的扩压流动，从而使得气体通过叶轮后的流速和压力得到提高，连续地输出压缩气体；离心式空气压缩机属速度式压缩机，在用气负荷稳定时离心式空气压缩机工作稳定可靠；其具有结构紧凑、重量轻，排气量范围大、易损件少、运转可靠、寿命长、排气不受润滑油污染、供气品质高等优点。

上述实施例中，废气涡轮机13属于发动机6出气口处的旁通支路上，与涡轮增压器2的涡轮机2-2形成并联，本发明并不局限于此，废气涡轮机13还可直接设置在发动机的排气管上，与涡轮机12形成串联，这两种方案均应在本发明的保护范围内。

以上所述仅是发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种发动机进排气系统，包括涡轮增压器、发动机，所述涡轮增压器的压气机的出气口与发动机进气口连通，所述发动机的出气口与所述涡轮增压器的涡轮机的进气口连通，其特征在于，还包括废气涡轮机、空压机，所述废气涡轮机的进气口与所述发动机的出气口连通，所述废气涡轮机的动力输出端与所述空压机的动力输入端连接，所述空压机的进气口与空气源连通，所述空压机的出气口与储气装置连通。

2.根据权利要求1所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述储气装置为储气筒。

3.根据权利要求2所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述储气筒的出气口与制动驱动系统的制动储气筒连通。

4.根据权利要求3所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述储气筒与所述制动储气筒之间的管路上设有单向顺序阀。

5.根据权利要求1-4任一项所述的发动机进排气系统，其特征在于，还包括空气放大器，所述空气放大器的低压气进口与所述压气机的出气口连通，所述空气放大器的出气口与所述发动机进气口连通；所述空气放大器的高压气进口与高压气源连通。

6.根据权利要求5所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述高压气源为所述制动储气筒，所述空气放大器的高压气进口与所述制动储气筒连通。

7.根据权利要求5所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述高压气源为所述储气筒，所述空气放大器的高压气进口与所述储气筒连通。

8.根据权利要求5所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述空气放大器的高压气进口的进气管路上设有膨胀室。

9.根据权利要求8所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述膨胀室通过单向顺序阀与制动储气筒连通。

10.根据权利要求8所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述膨胀室依次通过单向阀、二位二通阀与所述储气筒连通。

11.根据权利要求8所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述膨胀室内设有热交换回路，所述热交换回路与发动机排气管连接。

12.根据权利要求1所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述废气涡轮机与所述涡轮增压器的涡轮机并联设置。

13.根据权利要求12所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述废气涡轮机与所述发动机出气口之间的管路上设有二位二通阀。

14.根据权利要求1所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述涡轮增压器的压气机的进气口处设有空滤器，所述空压机的进气口通过二位二通阀、单向节流阀与所述空滤器的出气口连通。

15.根据权利要求1所述的发动机进排气系统，其特征在于，所述空压机为离心式空压机。

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