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CN111441997A - 一种天然气发动机防喘振系统 - Google Patents

一种天然气发动机防喘振系统 Download PDF

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CN111441997A
CN111441997A CN202010309114.XA CN202010309114A CN111441997A CN 111441997 A CN111441997 A CN 111441997A CN 202010309114 A CN202010309114 A CN 202010309114A CN 111441997 A CN111441997 A CN 111441997A
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CN
China
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surge
compressor
intercooler
exhaust manifold
passage
Prior art date
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Pending
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CN202010309114.XA
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English (en)
Inventor
刘夏
邹振义
张沈欢
张磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongfeng Trucks Co ltd
Original Assignee
Dongfeng Trucks Co ltd
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F01D17/145—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path by means of valves, e.g. for steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0207—Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids
    • F04D27/0215—Arrangements therefor, e.g. bleed or by-pass valves

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Sustainable Development (AREA)
  • Supercharger (AREA)
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Abstract

本发明公开一种天然气发动机防喘振系统，包括排气歧管、ERG冷却器、中冷器、压气机和节气门，其特征在于：包括连通中冷器、ERG冷却器和排气歧管的第一防喘通路，所述第一防喘通路上设有第一电磁阀；当节气门开度减小时，开启第一电磁阀，将第一防喘通路开启，导出压气机与节气门间压缩气体至排气歧管。本发明将压气机与节气门间压缩空气导出的方式防喘振的同时有效利用了被导出压缩空气的能量，提高了涡轮增压器效率；本发明可在发动机全工况范围内发挥作用；本发明在避免喘振的同时降低了排气歧管温度。

Description

一种天然气发动机防喘振系统
技术领域
本本发明属于发动机技术领域，具体是一种天然气发动机防喘振系统。
背景技术
当车辆减速时，天然气发动机节气门开度减小，出现节气门前气体压力高于压气机出口气体压力的现象，压气机后气体回流，引发涡轮增压器喘振。
中国专利“涡轮增压防喘振系统”，公告号CN104832221B，公告日2016.04.27，公开了一种涡轮增压防喘振系统，其包括：涡轮增压装置，具有相互连通的涡轮机和压气机；第一进气管，一端连通内燃机的排气口；混流装置，连通第一进气管的另一端且连通涡轮增压装置的涡轮机；第一出气管，一端连通涡轮增压装置的压气机，另一端连通内燃机的进气口；第二出气管，一端连通涡轮增压装置的压气机；热交换装置，与内燃机进行热交换；分流阀，具有进口和出口，进口连通于第二出气管的另一端，出口连通于热交换装置；以及第二进气管，一端连通于热交换装置，另一端连通于混流装置。该专利是将压气机与节气门间压缩气体导入排气歧管，避免了喘振，但是其不能在发动机全工况范围内发挥作用。它在压气机与节气门间压缩气体压力高于排气歧管压力的工况，可以发挥作用，但在压气机与节气门间压缩气体压力低于排气歧管压力的工况，则不能发挥作用。
中国专利“一种发动机涡轮增压进气系统”，公开号CN204783371U，公告日2015.11.18，公开了一种发动机涡轮增压进气系统，包括连接增压器进气侧的空滤器出气钢管接头，和连接于所述增压器排气侧的中冷器出气钢管接头，还设有防喘振管路，所述防喘振管路包括防喘振阀，所述防喘振阀为三通阀，所述防喘振阀的第一通路连接于所述中冷器出气钢管接头，所述防喘振阀的第二通路连接于所述空滤器出气钢管接头，所述防喘振阀的第三通路连接于发动机的进气缸，气流自所述第一通路进入所述防喘振阀并分别流经所述第二通路进入所述空滤器出气钢管接头、流经所述第三通路进入所述进气缸，采用上述技术方案，当车辆减速时，可泄掉增压器进排气侧的较大压差，避免增压器的磨损和疲劳，延长其使用寿命。该专利是将压气机与节气门间压缩气体导入压气机前，避免了喘振。其主要缺点是降低了涡轮增压器的效率。导出压气机与节气门间压缩气体避免了涡轮增压器喘振，但是压缩气体的能量未得到利用。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种既能避免涡轮增压器喘振，又能利用压气机与节气门间压缩气体的能量，还能全工况发挥作用的天然气发动机防喘振系统。
为了达到上述目的，本发明设计的天然气发动机防喘振系统，包括排气歧管、ERG冷却器、中冷器、压气机和节气门，其特征在于：包括连通中冷器、ERG冷却器和排气歧管的第一防喘通路，所述第一防喘通路上设有第一电磁阀；当节气门开度减小时，开启第一电磁阀，将第一防喘通路开启，导出压气机与节气门间压缩气体至排气歧管。
优选的，所述第一防喘通路、以及经由ERG冷却器中的部分为独立通路。
优选的，所述中冷器与ERG冷却器之间设有第一管路，ERG冷却器与排气歧管之间设有第二管路。
进一步优选的，所述第一电磁阀位于第一管路上。
为了进一步抑制喘震，作为优选方案，还包括：连通ERG冷却器、中冷器和压气机的第二防喘通路；所述第二防喘通路上设有第二电磁阀；同时开启第一电磁阀和第二电磁阀；由第二防喘通路将排气经ERG冷却器和中冷器导出至压气机前。
优选的，所述第二防喘通路、以及经由中冷器中的部分为独立通管路。
优选的，所述中冷器与压气机之间设有第三管路，中冷器与ERG冷却器之间还设有第四管路。
进一步优选的，所述第二电磁阀位于第三管路上。
本发明的有益效果是：本发明将压气机与节气门间压缩空气导出的方式防喘振的同时有效利用了被导出压缩空气的能量，提高了涡轮增压器效率；本发明可在发动机全工况范围内发挥作用；本发明在避免喘振的同时降低了排气歧管温度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，其中：带箭头的粗实线为高温气体管路，带箭头的细实线为低温气体管路，带箭头的虚线为防喘管路，箭头指示了气体的流动方向。
图中：1第一电磁阀、2第二电磁阀、3EGR冷却器、4中冷器、5涡轮机、6压气机、7EGR阀、8节气门、9混合器、10排气歧管、第一管路11、第二管路12、第三管路13、第四管路14。
具体实施方式
下面通过图1以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
天然气发动机的排气自排气歧管10分为两路，一路流入涡轮机5做功，另一路经EGR冷却器3冷却后，通过EGR阀7，进入混合器9。空气自大气经空滤(未画出)进入压气机6被增压，然后经中冷器4冷却后，通过节气门8，进入混合器9。新鲜空气与再循环废气在混合器9中混合后，经进气歧管(未画出)进入发动机。该部分为现有技术，在此不赘述。当车辆减速时，天然气发动机的节气门8开度减小，出现节气门8入口气体压力高于压气机6出口气体压力的现象。若发动机工作于喘振裕度有限的区域例如低速大负荷区域，节气门8入口气体压力高于压气机6出口气体压力的现象将诱发压气机6喘振。
如图1所示，本发明设计的天然气发动机防喘振系统，中冷器4与ERG冷却器3之间设有第一管路11，ERG冷却器3与排气歧管10之间设有第二管路12，第一电磁阀1设置在第一管路1上；中冷器4与压气机6之间设有第三管路13，中冷器4与ERG冷却器3之间还设有第四管路14；
第一管路11和第二管路12均与ERG冷却器3连通形成第一防喘通路，并且它们与之前的流入ERG冷却器3的高温气体通路相互独立。也就是说，ERG冷却器3具有两个独立的通道。第三管路13和第四管路14均与中冷器3连通形成第二防喘通路，并且它们与进入中冷器4的被增压空气通路相互独立。也就是说，中冷器4具有两个独立的通道。第一防喘通路和第二防喘通路也是相互独立的。
在天然气发动机的节气门8开度减小时，将同时开启第一电磁阀1和第二电磁阀2。
第一电磁阀1开启后，压气机6与节气门8间气体，首先通过第一电磁阀1，然后进入EGR冷却器3加热，最后再进入排气歧管10(天然气发动机防喘振系统通常在喘振裕度有限的低速大负荷区域发挥作用，而此时，压气机6与节气门8间气体压力一般高于排气歧管10压力)。压气机6与节气门8间气体被导至排气歧管10，一方面，防止了压气机喘振，另一方面，降低了排气歧管10温度。
第二电磁阀2开启后，自排气歧管10经EGR冷却器3冷却的一路排气，一部分通过EGR阀7进入混合器9，另一部分经过中冷器4冷却后，通过电磁阀2进入压气机6入口。排气歧管10排气被导至压气机6入口，首先，减小了压气机6出口气体与入口气体压比，防止了喘振；其次，降低了排气歧管10排气压力，便于压气机6与节气门8间气体被导至排气歧管10；最后，减少了排气歧管10排气能量，一方面，降低了增压器功率，而随着增压器功率的降低，压气机6出口气体与入口气体压比也降低，另一方面，降低了排气歧管10温度。
导出压气机6与节气门8间压缩气体的目的是避免喘振。导出排气的主要目的是降低排气歧管10压力，便于压气机6与节气门8间压缩气体进入排气歧管，次要目的是通过提高压气机6入口压力，降低压气机6压比，抑制喘振，另外，还可起到降低排气歧管10温度的作用。将压气机6与节气门8间压缩气体导入排气歧管10，补偿了排气被导出造成的能量损失，同时，降低了排气歧管温度。
本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种天然气发动机防喘振系统，包括排气歧管、ERG冷却器、中冷器、压气机和节气门，其特征在于：包括连通中冷器、ERG冷却器和排气歧管的第一防喘通路，所述第一防喘通路上设有第一电磁阀；当节气门开度减小时，开启第一电磁阀，将第一防喘通路开启，导出压气机与节气门间压缩气体至排气歧管。
2.根据权利要求1所述的然气发动机防喘振系统，其特征在于：所述第一防喘通路、以及经由ERG冷却器中的部分为独立通路。
3.根据权利要求1或2所述的然气发动机防喘振系统，其特征在于：所述中冷器与ERG冷却器之间设有第一管路，ERG冷却器与排气歧管之间设有第二管路。
4.根据权利要求3所述的然气发动机防喘振系统，其特征在于：所述第一电磁阀位于第一管路上。
5.根据权利要求1或2所述的然气发动机防喘振系统，其特征在于：还包括：连通ERG冷却器、中冷器和压气机的第二防喘通路；所述第二防喘通路上设有第二电磁阀；同时开启第一电磁阀和第二电磁阀；由第二防喘通路将排气经ERG冷却器和中冷器导出至压气机前。
6.根据权利要求5所述的然气发动机防喘振系统，其特征在于：所述第二防喘通路、以及经由中冷器中的部分为独立通管路。
7.根据权利要求5所述的然气发动机防喘振系统，其特征在于：所述中冷器与压气机之间设有第三管路，中冷器与ERG冷却器之间还设有第四管路。
8.根据权利要求6或7所述的然气发动机防喘振系统，其特征在于：所述第二电磁阀位于第三管路上。
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