[发明专利]导叶型模件式脉冲转换涡轮增压系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机涡轮增压系统，特别是一种涡轮为单进口且涡轮侧置的导叶型模件式脉冲转换涡轮增压系统，属于内燃机技术领域。

背景技术

随着社会的发展和环保要求的提高，现在发动机增压技术应用越来越广泛，中大功率的发动机大都采用涡轮增压技术，以提高功率和降低燃油消耗率。涡轮增压发动机的两种基本增压系统为定压增压系统和脉冲增压系统。定压增压系统的结构特点就是排气管容积较大，排气管起到稳压作用，排气压力波动小，通过涡轮的流量稳定，涡轮具有较高的效率；但在排气阀门处节流损失较大，排气从排气阀门处到涡轮进口处之间的熵增较大，排气脉冲能量几乎完全损失；负荷越高，脉冲能量在所有排气能量中所占的比例就会越少，所以定压系统对于高负荷稳定运行是有利的。脉冲增压系统的排气管容积较小，排气从排气阀门处到涡轮进口处之间的熵增较小，排气能量利用率高，而且能及时反映负荷的变化，响应速度快；但由于涡轮是脉动进气，造成涡轮效率低，所以脉冲增压系统对于低负荷和瞬态工况是有利的。模件式脉冲转换增压系统即MPC系统，结合了脉冲增压系统和定压增压系统的优点，但是此增压系统的低负荷性能很差，而且应用在某些发动机上时会使部分气缸头的温度过高。在已有技术中，专利号为97242566.7，名称为混合式脉冲转换器排气系统的实用新型专利，解决了发动机采用MPC增压系统时部分气缸头的温度过高的问题，但低负荷性能还是不很好。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明提供一种导叶型模件式脉冲转换涡轮增压系统。当发动机低负荷运行时，排气支管中的导叶可以使发动机低负荷性能得到改善；当发动机高负荷运行时，此时排气管系统整体为模件式脉冲转换增压系统，发动机的高负荷性能良好。本发明能使发动机在各个运行工况下都能获得较优的性能，并同时满足经济性和动力性方面的要求。

为实现上述发明目的本发明采取的技术方案是：该系统包括气缸、排气支管、排气管、涡轮和圆弧形导叶，气缸通过排气支管与排气管相连接，涡轮为单进口，排气管的出口与涡轮的进口相连接，排气支管是一个截面积逐渐减小的渐缩管，排气支管的出口截面积和入口截面积的比值范围为0.6至0.9，圆弧形导叶安装在排气支管的内部、其最上端与排气支管进口的垂直距离为d，圆弧形导叶最上端位于所处的排气支管横截面的中间，圆弧形导叶的两侧边均与排气支管的内壁固接成一体，圆弧形导叶的最下端和排气支管的出口在同一截面上，圆弧形导叶将其与排气支管相接触的部分分成截面积逐渐减小的渐缩管和截面积逐渐扩大的渐扩管。渐缩管的出口截面积和入口截面积的比值范围为0.3至0.8，d的取值范围为其中D为排气支管的进出口之间的垂直长度。

本发明的有益效果：

本发明设计合理，结构简单，不受缸数的限制，使发动机在整个负荷运行范围内都可以获得较优的性能。

附图说明

图1是本发明涡轮增压系统的结构示意图；

图2是本发明涡轮增压系统的部分排气管和排气支管结构示意图；

图3是图1中A-A剖面的结构示意图；

图4是图1中B-B剖面的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施做进一步描述。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明包括气缸1、排气支管2、排气管6、涡轮7和圆弧形导叶3，气缸1通过排气支管2与排气管6相连接，涡轮7为单进口，排气管6的出口与涡轮7的进口相连接，排气支管2是一个截面积逐渐减小的渐缩管，排气支管2的出口截面积和入口截面积的比值范围为0.6至0.9，圆弧形导叶3安装在排气支管2的内部、其最上端与排气支管2进口的垂直距离为d，圆弧形导叶3最上端位于所处的排气支管2横截面的中间，圆弧形导叶3的两侧边均与排气支管2的内壁固接成一体，圆弧形导叶3的最下端和排气支管2的出口在同一截面上，圆弧形导叶3将其与排气支管2相接触的部分分成截面积逐渐减小的渐缩管4和截面积逐渐扩大的渐扩管5。经过优化计算，渐缩管4的出口截面积和入口截面积的比值范围为0.3至0.8，d的取值范围为其中D为排气支管2的进出口之间的垂直长度。圆弧形导叶3最上端位于所处的排气支管2横截面的中间，如图3所示。排气支管2的出口就是渐缩管3的出口和渐扩管4的出口之和。当发动机低负荷运转时，排气管6中的压力比较低，气缸1处于排气初始阶段时，但由于圆弧形导叶3的作用，可以使排气支管2中靠近气缸头部分的压力上升的很快，使排气阀门的节流损失减小；在气缸1过了排气初始阶段，活塞推动排气从排气阀门流出时，由于渐扩管5起到一定的扩压作用，使排气背压有所减小，而且渐缩管4的出口也能形成一定的射流，对渐扩管5的排气起到一定的引流作用，从而减小泵气损失，使发动机的低负荷性能得到改善。当发动机处于高负荷运行时，排气管6中的压力比较大，渐缩管4的出口排气流速不是很大，不能对渐扩管5的排气起到引流作用；但由于排气支管2整体也为截面积逐渐缩小的渐缩管，此时可以把增压系统整体看作模件式脉冲转换增压系统，对于高负荷运行有利，由于有圆弧形导叶3的存在，对排气流动起到一定的阻碍作用，但由于此时排气管6中的压力也比较高，所以圆弧形导叶3的存在对发动机的整体高负荷运行性能影响不是很大。所以在排气支管2中加上圆弧形导叶3以后，可以使发动机在各个运行工况下都能获得较优的性能，并同时满足经济性和动力性方面的要求。在发动机高负荷运行时，虽说渐缩管4对渐扩管5的引流作用不如低负荷时强，但对于降低气缸头的温度还是起到一定的作用。由于圆弧形导叶3的结构比较简单，可以和排气支管铸造一起，所以本发明也可以直接做成模件式。