[发明专利]对转涡轮复合装置及具有该装置的发动机系统

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机排气能量回收系统领域，尤其是涉及一种对转涡轮复合装置及具有该装置的发动机系统。

背景技术

在内燃机中，涡轮复合用于回收内燃机排气能量，提高内燃机效率。涡轮复合发动机排气管中串联有增压涡轮和动力涡轮，增压涡轮用于驱动压气机工作，增加进气密度，提高发动机气缸升功率，动力涡轮用于回收排气能量将其转变为机械功输出，提高发动机总功率和燃油经济性。动力涡轮一般安装在增压涡轮的下游，增压涡轮和动力涡轮的总体效率对发动机的性能具有重要影响。

目前增压涡轮和动力涡轮的匹配主要基于流量匹配，增压涡轮和动力涡轮的设计相对独立，未考虑增压涡轮出口流场和动力涡轮入口流场的耦合，因此在动力涡轮的入口需要安装导向叶片，对增压涡轮出口的气流进行调整，以保证气流以适合的角度进入动力涡轮的转子做功。

发明内容

本发明基于发明人对以下事实的发现：增压涡轮的出口和动力涡轮的入口之间的导向叶片增加了涡轮复合系统的轴向长度，导致涡轮复合系统体积较大，并且气流经过导向叶片时会产生损失，降低涡轮复合系统的效率。

为此，本发明的一个目的在于提出一种对转涡轮复合装置，所述对转涡轮复合装置在保证气流顺畅通过的同时取消了导向叶片，结构紧凑且效率高。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述对转涡轮复合装置的发动机系统。

根据本发明第一方面实施例的对转涡轮复合装置，包括：增压涡轮；和动力涡轮，所述动力涡轮与所述增压涡轮耦合布置，且所述动力涡轮与所述增压涡轮的旋转轴线相同且旋转方向相反，所述动力涡轮转子的叶片入口角被构造成与所述增压涡轮的叶片出口角匹配以使所述增压涡轮的出口气流以预定角度直接进入所述动力涡轮的转子内做功。

根据本发明实施例的对转涡轮复合装置，通过将动力涡轮转子的叶片入口角构造成与增压涡轮的叶片出口角匹配以使增压涡轮的出口气流以预定角度直接进入动力涡轮的转子内做功，与传统的涡轮复合装置相比，取消了增压涡轮与动力涡轮之间的导向叶片，结构更紧凑，并且避免了导向叶片导致的流动损失，提高发动机排气能量的利用率，从而提高涡轮复合装置的总体效率，改善发动机的燃油经济性。

另外，根据本发明的对转涡轮复合装置还具有如下附加技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述增压涡轮为径流式涡轮。

在本发明的另一个实施例中，所述增压涡轮为混流式涡轮。

根据本发明的一些实施例，所述动力涡轮为轴流式涡轮。

优选地，所述动力涡轮的叶片出口角被构造成使所述动力涡轮的出口气流以接近于轴向的速度流出。从而，减少动力涡轮的出口动能流失。

根据本发明第二方面实施例的一种发动机系统，包括：发动机；根据本发明第一方面实施例的对转涡轮复合装置，其中所述增压涡轮安装在发动机的排气歧管的下游以接收所述发动机排出的气流，且所述动力涡轮布置在所述增压涡轮的下游；压气机，所述压气机与所述增压涡轮连接且由所述增压涡轮驱动以对进入其的气流进行增压；中冷器，所述中冷器连接在所述压气机和发动机的气缸之间以将所述增压后的气流冷却并送入到所述发动机的气缸中；以及液力耦合器，所述液力耦合器的输入轴与所述动力涡轮相连，且输出轴与发动机的曲轴相连以将所述动力涡轮的回收功传递至所述曲轴。

根据本发明实施例的发动机系统，通过设置对转涡轮复合装置，使得发动机系统结构紧凑，充分利用废弃能量，提高发动机燃油经济性，减少有害气体的排放，改善发动机系统的整体性能。

根据本发明的一些实施例，发动机系统进一步包括：第一传动组件，所述第一传动组件连接在所述液力耦合器的输入轴和所述动力涡轮之间。

根据本发明的进一步的实施例，发动机系统进一步包括：第二传动组件，所述第二传动组件连接在所述液力耦合器的输出轴和所述曲轴之间。

可选地，所述第一传动组件和所述第二传动组件分别为一级齿轮传动组件。