一种两级增压系统及发动机的制作方法

1.本实用新型涉及发动机技术领域，尤其涉及一种两级增压系统及发动机。


背景技术：

2.发动机功率不断提高，涡轮增压方式是增加发动机功率的重要手段。受增压器本身技术的限制，单级增压压比难以大幅提升，因此两级增压系统在发动机上的应用逐步增多。但是增压压力过高会引起发动机爆发压力等机械负荷的升高，而增压压力过低会引起发动机燃烧恶化、性能下降。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于：提供一种两级增压系统及发动机，以解决两级增压系统中增压压力过高导致发动机机械负荷过高，或者过低导致发动机燃烧性能恶化的问题。
4.为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.第一方面，本实用新型提供一种两级增压系统，该两级增压系统包括：
6.低级涡轮增压器，所述低级涡轮增压器包括第一涡轮与第一压气机；
7.高级涡轮增压器，所述高级涡轮增压器包括第二涡轮与第二压气机；
8.所述第一涡轮与所述第二涡轮依次间隔设于废气出口与发动机之间；
9.所述第一压气机与所述第二压气机依次间隔设于空气进口与发动机之间；
10.所述第一压气机与所述第二压气机之间设有第一空冷器；
11.所述第一空冷器设有温度调节装置；所述温度调节装置用于调节所述第一空冷器出口处空气的温度；
12.第一压力传感器，所述第一压力传感器用于监测所述发动机的进气压力值；
13.控制器，所述控制器与所述第一压力传感器连接，并通过所述第一压力传感器反馈的数据控制所述温度调节装置。
14.可选地，所述温度调节装置包括水冷冷却件以及与所述水冷冷却件连通的进水管路与出水管路，所述进水管路设有阀体，所述控制器能控制所述阀体的开度以控制进入水冷冷却件的冷却液体的流量。
15.可选地，所述水冷冷却件为冷却管，所述冷却管绕设在所述第一空冷器的内部，所述冷却管的走向与空气流动方向垂直，所述冷却管用于冷却流经所述第一空冷器的空气。
16.可选地，所述阀体为三通阀，所述三通阀的入水口与出水口串联于所述进水管路，所述三通阀的旁路通过旁通管与所述出水管路连通。
17.可选地，所述第一空冷器与所述第二压气机之间设有第一滴水分离器。
18.可选地，所述第二压气机与所述发动机之间设有第二空冷器，所述第二空冷器与所述发动机之间设有第二滴水分离器。
19.可选地，所述第一空冷器与所述第二压气机之间设有温度传感器与第二压力传感器，所述控制器能根据所述第二压力传感器测得的数值计算饱和蒸汽温度，且能通过控制
所述温度调节装置以使得温度传感器测得的温度高于所述饱和蒸汽温度。
20.可选地，所述温度传感器与所述第二压力传感器均的通过可拆卸的方式设于所述第一空冷器与所述第二压气机之间的管路。
21.可选地，所述管路的侧壁设有贯通的第一孔与第二孔，所述温度传感器与所述压力传感器分别和所述第一孔的侧壁与所述第二孔侧侧壁螺接。
22.第二方面，本实用新型提供一种发动机，包括上述任一方案中的两级增压系统。
23.本实用新型的有益效果为：
24.本实用新型提供一种两级增压系统，该两级增压系统通过传感器检测到发动机的进气压力值，控制器根据检测到的发动机的进气压力值控制温度调节装置对第一空冷器进行温度调节，以改变第二压气机出口处的压力值，该设置能够有效对发动机的进气压力值进行及时准确地调节，避免发动机内的压力过高或者过低，有利于使发动机保持在预设的燃烧性能。
附图说明
25.图1为本实用新型实施例中两级增压系统的结构示意图。
26.图中：
27.1、低级涡轮增压器；
28.11、第一涡轮；12、第一压气机；
29.2、高级涡轮增压器；
30.21、第二涡轮；22、第二压气机；
31.3、温度调节装置；
32.31、进水管路；32、出水管路；33、旁通管；34、阀体；
33.4、第一空冷器；5、第二空冷器；6、发动机；7、第一滴水分离器；8、第二滴水分离器。
具体实施方式
34.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安
装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
38.如图1所示，本实施例提供一种两级增压系统，该两级增压系统包括低级涡轮增压器1与高级涡轮增压器2，低级涡轮增压器1包括第一涡轮11与第一压气机12；高级涡轮增压器2包括第二涡轮21与第二压气机22；第一涡轮11与第二涡轮21依次间隔设于废气出口与发动机6之间；第一压气机12与第二压气机22依次间隔设于空气进口与发动机6之间；第一压气机12与第二压气机22之间设有第一空冷器4；第二压气机22与发动机6之间设有第二空冷器5；第一空冷器4设有温度调节装置3；温度调节装置3用于调节第一空冷器4出口处空气的温度；两级增压系统还包括第一压力传感器和一个控制器，第一压力传感器用于监测发动机6的进气压力值；控制器与两个第一压力传感器连接，并通过两个第一压力传感器反馈的数据控制温度调节装置3。
39.本实施例通过传感器检测到发动机6的进气压力值，控制器根据检测到的发动机6的进气压力值控制温度调节装置3对第一空冷器4进行温度调节，以改变第二压气机22出口处的压力值，该设置能够有效对发动机6的进气压力值进行及时准确的调节，避免发动机6内的压力过高或者过低，有利于使发动机6保持在预设的燃烧性能。
40.测量发动机6进气压力的第一传感器出现故障，导致调节失效，进而影响发动机6的燃烧性能。由于进排气压差与进气压力相对应，控制器还可以通过发动机6进排气压差或者出气压力值对发动机6的进气压力进行控制，其控制方式同样采用温度调节装置3对第一空冷器4的温度进行调节，以改变第二压气机22出口处的压力值。为此，本实施例中，两级增压系统还包括第三压力传感器，第三压力传感器用于监测发动机6的出气压力值，该值可以作为第一压力传感器的校核值，当第一压力传感器测得的值在预设范围内时，控制器可以采用第一压力传感器的值作为参考值，当第一压力传感器出现故障，测得的值不在预设范围内时，控制器采用第三压力传感器的值作为参考值，当有利于提高发动机6的燃烧性能的稳定性。另外，第一传感器与第三传感器测得的值均在预设范围内时，两个数值可以求得进排气压差，一方面，作为控制器调节第一空冷器4温度的参考值，另一方面，用于判断扫除尾气的能力。
41.可选地，温度调节装置3包括水冷冷却件以及与水冷冷却件连通的进水管路31与出水管路32，进水管路31设有阀体34，控制器能控制阀体34的开度以控制进入水冷冷却件的冷却液体的流量。该设置通过水冷冷却件对第一空冷器4进行控温，易实现，且成本低。
42.可选地，水冷冷却件为冷却管，冷却管绕设在第一空冷器4的内部，冷却管的走向与空气流动方向垂直，冷却管用于冷却流经第一空冷器4的空气。空气流过冷却管表面得到冷却。进一步地，冷却管沿空气流动方向设有多层，每层均蛇形弯折排布，该设置能对第一空冷器4进行有效地冷却。作为优选，冷却管设有翅片，且翅片在冷却管上远离第一空冷器4
的一侧的焊接形状为蛇形，该设置进一步提高了冷却管的冷却效率。
43.可选地，阀体34可以为三通阀，三通阀的入水口与出水口串联于进水管路31，三通阀的旁路通过旁通管33与出水管路32连通。该设置可以通过调节旁通管33的开度调节进入冷却管的冷却体液的流量，当旁通管33的开度增大，进入冷却管的流量减少，第一空冷器4的降温效果降低，进入第二压气机22的气体的温度升高，第二压气机22的消耗增加，第二压气机22出口的压力降低，进入发动机6的气体的压力降低；反之，旁通管33的开度减小，进入发动机6的气体的压力升高。当然，在其他实施例中，阀体34还可以为二通阀，此时仅需要调节二通阀的出水口的开度即可调节进入冷却管的冷却液体的流量。
44.另外，温度调节装置3还可以为但不限于风冷式或者水冷与风冷结合的方式。
45.可选地，第一空冷器4与第二压气机22之间设有第一滴水分离器7。该设置能将进入第二压气机22的气体中的水分进行吸收，一方面有利于提高第二压气机22的工作效率；另一方面，还有利于延长第二压气机22的使用寿命。
46.可选地，第二压气机22与发动机6之间设有第二空冷器5，第二空冷器5与发动机6之间设有第二滴水分离器8。该设置能将进入发动机6的气体中的水分进行吸收，一方面有利于提高发动机6的工作效率；另一方面，还有利于延长发动机6的使用寿命。
47.可选地，第一空冷器4与第二压气机22之间设有温度传感器与第二压力传感器，控制器能根据第二压力传感器测得的数值计算饱和蒸汽温度，通过控制温度调节装置3以使得温度传感器测得的温度高于饱和蒸汽温度。该设置使得进入第二压气机22的气体的温度高于在当前压力下的饱和蒸汽温度，进而避免进入第二压气机22的气体中的液态水析出，节省安装水滴分离器的前提下能提供干燥的气体，提高了第二压气机22的工作效率，且还有利于延长第二压气机22的使用寿命。
48.温度传感器与第二压力传感器均通过可拆卸的方式设于第一空冷器4与第二压气机22之间的管路。进一步地，管路的侧壁设有贯通的第一孔与第二孔，温度传感器与压力传感器分别通过第一孔与第二孔连接于管路。
49.可选地，第一空冷器4与第二压气机22之间的管路设有螺纹孔，温度传感器与压力传感器的外侧设有螺纹且均能与螺纹孔螺接。该设置能提高温度传感器与压力传感器与管路的连接效率。
50.本实施例还提供一种发动机，包括上述方案中的两级增压系统。
51.本实施例还提供一种发动机进气压力控制方法，其中，包括以下步骤：
52.a.通过第一压力传感器监测发动机6的进气压力值；
53.b.通过控制器将进气压力值和当前转速与负荷下的目标值进行对比；
54.c.当进气压力值与目标值不同时，通过温度调节装置3调节第一空冷器4出口处空气的温度，其中，当进气压力值小于目标值时，降低第一空冷器4出口处空气的温度，当进气压力值大于目标值时，升高第一空冷器4出口处空气的温度。
55.可选地，通过调节旁通管33的开度来调节进入冷却管的冷却液的流量，进而控制第一空冷器4的降温效果。调节原理见上述。
56.可选地，调节原理基于公式调节第一空冷
器4的温度，以调整第二压气机22出气口的压力值；式中γ为气体比热容比，低压空气取1.4；为空气流量；r
g
为气体常数，空气取287j/kg
·
k；η为第二压气机22效率；p2和p1分别是第二压气机22出气口和进气口的压力值；t为第二压气机22进气口的温度，p为第二压气机22消耗的功率。
57.其中，公式一为公式二为
58.公式一由公式二推导出来，由公式二可以看出，通过降低第二压气机22的进口温度可以减小第二压气机22消耗的功率。
59.从另一个角度来说，如果废气能量、低级涡轮增压器1和高级涡轮增压器2的效率(涡轮效率与压气机效率之积)以及空气流量保持不变，则第一涡轮11和第二涡轮21获得的功率不变，第二压气机22和第一压气机12所消耗的功率不变，第一压气机12出口压力保持不变(参考公式二)，第二压气机22进口压力等于第一压气机12出口压力减去级间空冷器压力损失，而空冷器压力损失与空气流量相关，因此第二压气机22进口压力也保持不变。
60.当第二压气机22进口压力p1、消耗功率p、效率η以及空气流量保持不变时，公式一中p1、均为常值，此时，第二压气机22出口压力会随着进口温度的降低而增大。发动机6的进气压力等于第二压气机22出口压力减去第二空冷器5和第二滴水分离器8的压损，两者压损在空气流量不变的情况下不会有较大变化，所以发动机6的进气压力也将随之增加，而发动机6的排气压力基本等于第一涡轮11进口压力保持不变，因此，发动机6进排气压差将增大，有利于空气将发动机6缸内的废气扫出。同时发动机6进气压力的提高使得缸内充入更多空气，也有利于发动机6的缸内燃烧性能。反之，当发动机6进气压力过高、缸内空气过多时，可提高第二压气机22进口温度，从而保障发动机6安全稳定运行。
61.使用时，根据检测到的发动机6的转速和负荷，计算出发动机6需要的最佳的进气压力，通过调节进入第一空冷器4的冷却水流量，可以控制第一空冷器4出口的空气温度，通过控制第二压气机22进口的空气温度，调节第二压气机22对压力的消耗，从而实现控制发动机6进气压力的目标。
62.由于空气从第一空冷器4的出口经第一滴水分离器7后进入第二压气机22的进口，此过程中除经流动通道的壁面有少量传热外不会大幅改变空气温度，因此，可以将第一空冷器4出口的空气温度等同于第二压气机22进口温度。由此，可以在第一空冷器4出口设置温度传感器代替监测发动机6进气压力值的第一压力传感器，该设置一方面，节约了成本，另一方面，改变了传感器的安装位置，提高了传感器的安装效率。
63.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。