[发明专利]一种内燃机系统

说明书

本发明公开了一种内燃机系统，属于内燃机技术领域，包括：内燃机(1)，其上设置进气口和排气口；第一涡轮(2)，其入口连通到内燃机(1)的排气口；第一压气机(3)，其入口连通大气，出口连通到内燃机(1)的进气口；第二涡轮(4)，其入口连通到第一涡轮(2)的出口；冷却循环系统(5)，其入口连接到第二涡轮(4)的出口；第二压气机(6)，其入口连通到冷却循环系统(5)的出口，出口连通到大气；第一涡轮(2)通过第一轴系(7)与第一压气机(3)连接，用于驱动该第一压气机(3)进行压缩做功。第二涡轮(4)通过第二轴系(8)与第二压气机(6)连接，用于驱动该第二压气机(6)进行压缩做功。本发明采用逆勃雷登循环系统和冷却循环系统联合循环进行内燃机废气能量综合回收利用，提高了内燃机的能量利用效率，有利于内燃机节能减排。

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种内燃机系统。

背景技术

内燃机在国民生产和生活中有着十分重要的作用。目前，绝大部分的车用和船用动力都是内燃机。内燃机消耗了大量的化石燃料，但是平均只有30％-40％的能量转化为机械能，有近60％-70％的能源在内燃机工作过程中以多种热量传递形式散发到大气中。其中，内燃机排放的废气能量约占总能量的30％。也就是说，内燃机真正利用的能量和排放的废气能量比例相当，这对能源造成了极大的浪费。对内燃机废气能量进行回收利用，不断提高能源的利用效率，是实现节能减排的重要手段，对全球经济的可持续发展具有重要的意义。

为解决上述问题，现有技术中采用涡轮增压回收利用内燃机废气能量是非常有效的技术手段，目前应用十分广泛。现有的绝大部分柴油机和40％左右的汽油机都采用了涡轮增压技术。现有技术的技术方案主要有下述几种：

1.方案一：如图1，是现有技术中被广泛使用的涡轮增压内燃机系统的结构示意图。其工作原理是：内燃机1排放的废气进入涡轮2膨胀做功，涡轮2通过轴系7输出功给压气机3，压气机3压缩空气，增加进气压力和密度，压缩后的气体进入换热器9冷却，降低进气温度，进一步增加进气密度，提高内燃机1的动力性。通过涡轮2的废气再经过后处理之后排到大气中。但在该方案中，经过涡轮2后排出的废气还有较高的温度，有一部分能量无法回收，对内燃机废气能量利用不足。

2.方案二：为了进一步利用方案一中涡轮2排出的废气能量，现有技术的技术方案是在方案一的基础上在涡轮2后增加一个涡轮增压系统，采用两级涡轮增压技术，该两级涡轮均用于进气增压，但这种方案不适用于内燃机功率需求不大的情况，并且两级增压系统与内燃机匹配更加复杂。同时，经过两级涡轮膨胀后的废气仍然具有一定的可回收利用的能量，这部分能量未被回收利用。

3.方案三：当单级涡轮增压就可以满足内燃机功率需求时，为避免系统匹配复杂，一般不会采用两级涡轮增压技术。而是在方案一的基础上，采用在涡轮2后增加动力涡轮的技术进一步回收内燃机的废气能量，但这种方案要求进入动力涡轮的气体压力高于大气压力，因此，当进入动力涡轮的废气压力接近大气压力时，动力涡轮的做功能力有限，无法进一步回收内燃机的废气能量。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种内燃机系统。利用两个涡轮分别驱动两个压气机转动，其中一个涡轮和一个压气机组成涡轮增压系统，回收利用内燃机的废气能量，提高了内燃机的动力性，另一个涡轮和另一个压气机用于组成逆勃雷登循环系统，进一步回收了内燃机的废气能量。逆勃雷登循环系统是将废气通入涡轮，在涡轮后接一个冷却装置和一个压气机，压气机出口是大气。废气经过涡轮膨胀做功后进入冷却装置冷却，再经压气机压缩至大气压排入大气，这个过程称为逆勃雷登循环。同时，逆勃雷登循环系统中的冷却装置为冷却循环系统，在冷却内燃机废气的同时，再进一步回收利用废气能量，解决了现有技术中内燃机的废气能量利用不足的问题，同时解决了现有技术中由于动力涡轮做功能力有限，无法进一步回收内燃机的废气能量的问题；通过逆勃雷登循环系统和冷却循环系统进一步回收利用废气能量，解决了现有技术中由于采用两级涡轮增压仍有部分废气能量无法回收利用，且不适用于内燃机功率需求不大的情况的问题。