专利名称：高增压柴油机的相继增压和进气可控涡流联合系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种内燃机技术领域的进排气系统，特别是一种用于高增压 柴油机的相继增压和进气可控涡流联合系统。
(二)
背景技术：
提高柴油机升功率最有效的手段之一是提高增压度。但随着增压比的提高， 增压器与柴油机的匹配矛盾更加突出。涡轮增压器不能满足柴油机全工况运行的 需要，使部分负荷扭矩不足，热负荷增大。为了解决柴油机低负荷性能差的问题， 国内外内燃机界的专家们一直在进行不懈的努力，对解决高增压柴油机低负荷下 上作性能的问题提出了种种措施，其中主要的都是集中在对增压系统的改进方 面。通过采用不同的方法来达到提高高增压柴油机在低负荷工况下的性能。相继 增压系统就是对改善高增压柴油机低负荷性能显著的一种增压系统，目前已经是 一种比较成熟的技术，该方法的机理是通过增加高增压柴油机低负荷时的进气量 来改善柴油机的低负荷性能。德国的MTU、法国的Pielstick等公司已将该项技 术应用到自己的产品上。
进气可控涡流系统的设计思想是采用一个直进气道、 一个螺旋气道，并在直 进气道中设置进气挡板阀，在高负荷下由双气道共同进气，满足大气量的要求； 在低负荷下关闭直进气道中的进气挡板阀，由螺旋气道进气，产生较强的涡流来 弥补气量的不足，得以形成保证正常燃烧需要的可燃混合气。这种方法与其它改 善高增压柴油机低负荷性能的措施的作用机理不同，实际上这种混合气形成方式 是采用了传统的空气运动及空间混合两种方式的组合，即在高负荷时依靠燃油喷 射雾化，在低负荷时依靠空气运动。进气可控涡流系统，不是改善燃油喷射质量 或进气量，而是在进气系统结构上做文章，目的是在高增压柴油机低负荷工况下 增强空气涡流强度，使得在低负荷上作时空气涡流和充气过程为最佳，并根据要 求提供涡流调节阀来控制进气，达到改善混合气的形成和燃烧，从而达到改善低 负荷性能的目的。德国DEUTZ公司的TBD620型柴油机就采用了进气可控涡流系 统。
但是经过检索和查新，在国内外还没有发现同时采用相继增压系统和进气可 控涡流系统的柴油机和相关报道。
发明内容
本发明的后的在于提供一种，剛寸具-有枏继增压系统和进气可控涡流系 统的功能，能同时提高柴油机低负荷的进气量和可燃混合气的质量、在最大程度 上改善高增压柴油机的低负荷性能的高增压柴油机的相继增压和进气可控涡流 联合系统。
本发明的目的是这样实现的包括相继增压系统和进气可控涡流系统，相继 增压系统由两台以上涡轮增压器、增压器的进气和燃气控制阀、进气连通管、排 气连通管和进排气旁通阀构成，进气可控涡流系统由直进气道、螺旋进气道和直 进气道内的挡板阀构成，柴油机的每个气缸头具有由一个直进气道和一个螺旋进 气道组成的双进气道，在直进气道中安装一个进气挡板阀，涡轮增压器至少有两 个，分为基本增压器和受控增压器，安装在增压器的压气机出口的蝶阀为空气阀， 安装在增压器的涡轮入口的蝶阀为燃气阀，在进气系统和排气系统之间有一段进 气旁通管路，在进气旁通管路上安装一个蝶阀为旁通阀，在基本增压器的压气机 出口后、中冷器前和受控增压器的空气阀后、中冷器前连接一段管路为进气连通 支管，在基本增压器的涡轮入口前和受控增压器的燃气阀前连接一段管路为排气 连通支管。，
本发明还可以包括
1、 柴油机的所有气缸的直进气道中的进气挡板阀安装在同一个执行机构上， 所述的执行机构包括一个拉杆、电机，拉杆上安装有齿条，电机轴上安装有与齿 条相啮合的齿轮，每个挡板阀通过挡板阀轴安装在拉杆上。
2、 在拉杆的一端安装有位移传感器。
本发明的系统由柴油机、涡轮增压器、空气阀、燃气阀、旁通阀、排气连 通支管、进气连通支管以及其它连接管路组成，其中柴油机的气缸头具有一个直 进气道和一个螺旋进气道组成双进气道，在直进气道中安装一个进气挡板阀。涡 轮增压器至少有两个，分为基本增压器和受控增压器，基本增压器为不受蝶阀控 制的增压器，受控增压器为在增压器的压气机出口和涡轮的入口安装蝶阀的增压 器；安装在增压器的压气机出口的蝶阀为空气阀，安装在增压器的涡轮入口的蝶
阀为燃气阀，在进气系统和排气系统之间有一段进气旁通管路，在进气旁通管路 上安装一个蝶阀为旁通阀；在基本增压器的压气机出口后、中冷器前和受控增压 器的空气阀后、中冷器前连接一段管路为进气连通支管，在基本增压器的涡轮入 口前和受控增压器的燃气阀前连接一段管路为排气连通支管。当柴油机工作在高 负荷工况时，空气阀、燃气阀打开，受控增压器投入工作，以满足柴油机大的进 气量的要求；直进气道中的进气挡板阀打开，进气由直进气道和螺旋进气道双进 气道进气；旁通阀在高负荷的某些工况打开，进气直接旁通到增压器的涡轮前， 增加压气机的流量，防止增压器喘振。当柴油机工作在低负荷工况时，空气阀、 燃气阀关闭，受控增压器停止工作，使柴油机的排气都运来推动基本增压器工作， 此时基本增压器的工作效率高，增压压力提高，提高了低负荷的进气量；在低负 荷，旁通阀始终处于关闭状态；根据进气压力和柴油机转速查询通过试验确定的 该工况进气挡板阀的最佳开启状态，以组织最佳的进气涡流强度，得到最佳的可 燃混合气，最大限度地改善缸内燃烧。
本发明的空气阀、燃气阀和旁通阀均采用气动蝶阀，柴油机的控制单元根据 柴油机的运行工况打开和关闭控制空气阀、燃气阀和旁通阀的电磁阀，进而打开 和关闭蝶阀的气动执行机构；柴油机一般为多缸机，将一列气缸的多个进气挡板 阀的轴通过一个挡板摇臂机构共同连接到一个拉杆上，在拉杆上安装上齿条，由 电机带动一个齿轮，推动拉杆的运动，进而可以转动进气挡板阀的轴，带动进气 挡板的转动，在拉杆的一端安装位移传感器，就可以实现对进气挡板阀的带反馈 的闭环控制。控制单元要实现对空气阀、燃气阀和旁通阀的开关控制，对进气挡 板阀的位置控制。此两种控制比较容易实现。
本发明主要用于增压比在3. 0以上的高增压柴油机，所描述的柴油机主要为 大功率多缸V型机，其特征是用于船舶主机或发电机组。本发明所描述的相继增 压和进气可控涡流联合系统同时具有相继增压系统和进气可控涡流系统的特征， 通过对相继增压系统和进气可控涡流系统的联合最优控制，从进气量和组织油气 混合两方面改善高增压柴油机的低负荷性能。
图l是本发明的系统示意图2是进气可控涡流系统结构图3是进气挡板阓的执行机构示意图。 具体实施例方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述
结合图1和图2，本发明的系统由柴油机17、涡轮增压器1和12、空气阀2、 燃气阀11、旁通阀13 、排气连通支管3、进气连通支管14以及其它连接管路 组成，其中柴油机的气缸头5具有一个直进气道7和一个螺旋进气道8组成双进 气道，在直进气道中安装一个进气挡板阀6，气缸头上的有进气门9、排气门10， 排气门连接排气道16。涡轮增压器至少有两个，分为基本增压器12和受控增压 器l;安装在增压器的压气机出口的蝶阀为空气阀2，安装在增压器的涡轮入口 的蝶阀为燃气阀11，在进气系统和排气系统之间有一段进气旁通管路3，在进气 旁通管路3上安装一个蝶阀为旁通阀13;在基本增压器12的压气机出口后、中 冷器15前和受控增压器1的空气阀2后、中冷器4前连接一段管路为进气连通 支管14，在基本增压器12的涡轮入口前和受控增压器1的燃气阀11前连接一 段管路为排气连通支管3。当柴油机工作在高负荷工况时，空气阀2、燃气阀ll 打开，受控增压器l投入工作，以满足柴油机大的进气量的要求；直进气道中的 进气挡板阀6打开，进气由直进气道7和螺旋进气道8双进气道进气；旁通阀 13在高负荷的某些工况打开，进气直接旁通到增压器的涡轮前，增加压气机的 流量，防止增压器喘振。当柴油机工作在低负荷工况时，空气阀2、燃气阀关闭 11，受控增压器l停止工作，使柴油机的排气都用来推动基本增压器12工作， 此时基本增压器12的工作效率高，增压压力提高，提高了低负荷的进气量；在 低负荷，旁通阀13始终处于关闭状态；根据进气压力和柴油机转速査询通过试 验确定的该工况进气挡板阀6的最佳开启状态，以组织最佳的进气涡流强度，得 到最佳的可燃混合气，最大限度地改善缸内燃烧。
结合图3，进气挡板阀6的执行机构，将一列气缸的多个进气挡板阀6的轴 28通过一个挡板摇臂21机构共同连接到一个拉杆22上，在拉杆22上安装上齿 条25，由电机带动一个齿轮24，推动拉杆22的运动，进而可以转动进气挡板阀 的轴28，带动进气挡板23的转动，在拉杆的一端安装位移传感器27,就可以实 现对进气挡板阀的带反馈的闭环控制。
权利要求
1、一种高增压柴油机的相继增压和进气可控涡流联合系统，包括相继增压系统和进气可控涡流系统，相继增压系统由两台以上涡轮增压器、增压器的进气和燃气控制阀、进气连通管、排气连通管和进排气旁通阀构成，进气可控涡流系统由直进气道、螺旋进气道和直进气道内的挡板阀构成，其特征在于柴油机的每个气缸头具有由一个直进气道和一个螺旋进气道组成的双进气道，在直进气道中安装一个进气挡板阀，涡轮增压器至少有两个，分为基本增压器和受控增压器，安装在增压器的压气机出口的蝶阀为空气阀，安装在增压器的涡轮入口的蝶阀为燃气阀，在进气系统和排气系统之间有一段进气旁通管路，在进气旁通管路上安装一个蝶阀为旁通阀，在基本增压器的压气机出口后、中冷器前和受控增压器的空气阀后、中冷器前连接一段管路为进气连通支管，在基本增压器的涡轮入口前和受控增压器的燃气阀前连接一段管路为排气连通支管。
2、 根据权利要求1所述的高增压柴油机的相继增压和进气可控涡流联合系统，其特征在于柴油机的所有气缸的直进气道中的进气挡板阀安装在同一个 执行机构上，所述的执行机构包括一个拉杆、电机，拉杆上安装有齿条，电机 轴上安装有与齿条相啮合的齿轮，每个挡板阀通过挡板阀轴安装在拉杆上。
3、 根据权利要求2所述的高增压柴油机的相继增压和进气可控涡流联合系统，其特征在于在拉杆的一端安装有位移传感器。
全文摘要
本发明提供的是一种高增压柴油机的相继增压和进气可控涡流联合系统。包括相继增压系统和进气可控涡流系统，相继增压系统由两台以上涡轮增压器、增压器的进气和燃气控制阀、进气连通管、排气连通管和进排气旁通阀构成，进气可控涡流系统由直进气道、螺旋进气道和直进气道内的挡板阀构成，相继增压系统和进气可控涡流系统联合作用。本发明能够同时具有相继增压系统和进气可控涡流系统的功能，能同时提高柴油机低负荷的进气量和可燃混合气的质量、在最大程度上改善高增压柴油机的低负荷性能。
文档编号F02B37/24GK101182804SQ20071014475
公开日2008年5月21日 申请日期2007年12月6日 优先权日2007年12月6日
发明者冯永明, 张鹏奇, 杨传雷, 王贺春, 王银燕 申请人:哈尔滨工程大学