专利名称：模件式多功能脉冲转换涡轮增压系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机涡轮增压系统，特别是一种模件式多功能脉冲转换涡 轮增压系统，属于内燃机技术领域。
背景技术：
涡轮增压系统是增压柴油机的关键系统，对其动力性、经济性和排放性能均 有重要影响；涡轮增压系统中排气管系的气体流动对四冲程增压柴油机的性能有 很大影响。大、中功率中速柴油机为进一步降低单位功率重量，增压程度越来越 高，这对增压系统的研究与设计提出了更高的要求，如要具有良好的全工况性 能、废气能量利用率要高、气缸扫气要顺畅、瞬态特性要好、排气管结构要尽可 能地简单、要易于实现系列化生产和涡轮要尽量采用单进口等，上述要求在同一 种增压系统中有时很难实现。因此，必须根据柴油机的实际用途与条件，合理地 优选增压系统。对涡轮增压系统而言，根据排气管系的结构特征，现已存在的增 压系统有五种基本型式即定压增压系统、脉冲增压系统、脉冲转换器增压系统、 模件式脉冲转换增压系统和气体导流复合脉冲转换涡轮增压系统。定压增压系统 扫气干扰小、泵气功损失小，但该系统不适合对低工况性能与瞬态特性要求高的 场合。脉冲增压系统可以避免扫气干扰，又可以较好地利用排气脉冲能量，而且 扫气量大、低工况性能好，该系统适用的缸数受限制。脉冲转换器增压系统减少 了因涡轮多进口所造成的涡轮部分进气损失和部分排气管排空所造成的涡轮鼓风 损失，并通过脉冲转换器的縮口以抑制所连排气管各缸之间压力波对扫气的干扰， 但该系统体积大、结构较复杂，而且生产制造成本高。模件式脉冲转换增压系统 各排气支管做成縮口抑制各缸间的扫气干扰，该系统既有与脉冲涡轮增压系统相 近的排气脉动能量利用率，也有与定压涡轮增压系统相近的涡轮效率，能较好地 兼顾高低工况性能，排气管系结构相当简单，便于加工生产，现使用较为普遍； 但缺点是在8缸机上使用时，各缸之间的扫气会发生干扰，导致受干扰的气缸排 温增高、影响可靠性，有时排温增高甚至使柴油机达不到预定的功率。在己有技术中，专利申请号为200710047675.1，发明名称为气体导流复合脉冲转换涡轮增 压系统的专利申请书中，公开了一种适用于4 20缸机型的增压系统，其结构为 远离涡轮端的2 4个气缸采用脉冲转换器的结构、靠近涡轮端的几个气缸采用模 件式脉冲转换增压系统的结构形式，该系统与定压系统相比，可更好地利用排气 脉动能量，有更好的瞬态和加速性能；与脉冲增压系统比，结构简单，泵气功损 失小，涡轮效率高；与脉冲转换增压系统比，泵气功损失小，避免了大的扫气干 扰，结构也不复杂；与模件式脉冲转换增压系统比，其扫气干扰小、泵气功损失 少；但此增压系统排气管系结构比较复杂。
发明内容
为了克服己有技术的不足，本发明提供一种模件式多功能脉冲转换涡轮增压 系统，在排气管段中不会形成扫气干扰，能系列化模件式生产，并适应于任何一 种4至20缸的各种增压度的大功率四冲程柴油机。
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、 排气管段、涡轮和导流板，各个排气管段相连接构成排气总管，排气总管的出口 和涡轮的进口相连接，导流板在排气支管和排气管段的连接处插入排气管段中， 并沿排气流动方向逐渐延伸至与排气管段的轴线平行；导流板为拱状结构，导流 板在插入部位与排气管段的内壁光滑连接，导流板的两边缘部位均与排气管段的 内壁光滑连接，导流板把排气管段分为排气管段上游段、排气管段下游段和排气 支管延伸段三部分；排气支管延伸段和排气支管流线型连接；排气管段上游段的 截面积逐渐縮小，排气管段上游段的出口截面积和进口截面积的比值范围为0.75 至0.8;排气支管、排气管段和导流板固接为一体。 本发明的有益效果
排气管段上游段的出口处可以形成高速气流，在排气支管延伸段的出口处形 成一个低压区，使扫气不仅不受干扰反而有利于扫气。排气管段上游段出口的气 流和排气支管延伸段出口的气流基本上都与排气管段轴线平行，相互不产生气流 干扰，使气体流动损失降到最小。本发明结构简单，占位较小，可以系列化模件 式生产，拆装方便、降低维护时间及费用，适应于任何一种4至20缸的各种增压 度的大功率四冲程柴油机。
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中导流板的安装示意图 图3是本发明中导流板、排气支管和排气管段连接的结构示意图； 图4是图3的左视图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的具体实施作进一步描述。
如图l、图2、图3和图4所示，本发明包括气缸l、排气支管2、排气管段 4、涡轮8和导流板7，各个排气管段4相连接构成排气总管，排气总管的出口和 涡轮8的进口相连接，导流板7在排气支管2和排气管段4的连接处插入排气管 段4中，并沿排气流动方向逐渐延伸至与排气管段4的轴线平行；导流板7为拱 状结构，导流板7在插入部位与排气管段4的内壁光滑连接，导流板7的两边缘 部位均与排气管段4的内壁光滑连接，导流板7把排气管段4分为排气管段上游 段5、排气管段下游段6和排气支管延伸段3三部分；排气支管延伸段3和排气支 管2流线型连接；排气管段上游段5的截面积逐渐縮小，排气管段上游段5的出 口截面积和进口截面积的比值范围为0.75至0.8;排气支管2、排气管段4和导 流板7固接为一体。导流板7的起始位置在排气支管2和排气管段4的连接处， 导流板7沿排气流动方向在排气管段4中延伸，最后一直延伸到与排气管段4的 轴线相平行，即导流板7最后一直延伸到与排气管段4的轴线的交角为零度，如 图2所示。沿排气流动方向，从排气管段5的进口到导流板7的起始位置，排气 管段上游端5的截面积也是逐渐縮小的，所以在导流板7的起始位置导流板7可 以和排气管段4的内壁光滑连接在一起。导流板7为拱状结构，导流板7的两边 缘部位和排气管段4的内壁光滑连接，如图4所示，这样排气的流动性能更好。 由于排气支管2进口截面大小由各个机型的气缸头排气道的截面大小决定，排气 支管2和排气支管延伸段3流线型连接成一体，故排气支管2和排气支管延伸段3 不局限于缩口形状。当高温高压排气从排气支管中流向排气管段4时，在支管的 出口处，压力波转换成速度波，同时气流在排气管段4中分成两层，在排气管段4 中当上游气缸的排气流过时，由于排气管段上游段5的出口截面积和排气管段上游段5的进口截面积的比值范围为0. 75至0. 8，使压力波在排气管段上游段5的 出口处转换成速度波，该高速气流在排气支管延伸段3的出口处形成一个低压区， 此时在排气总管中排气压力未升高，这使气缸的扫气不仅不受干扰反而有利于扫 气。上游气缸的来流即排气管段上游段5的出口气流与排气支管延伸段3的气流 基本上与排气管段4的轴线平行，相互不产生气流干扰，使气体流动损失降到最 小，这使得整个排气管系中气体流动损失减小，提高了排气能量传递效率，最终 可使柴油机热效率提高。在不影响扫气的情况下，把排气管段4的直径做得较小 些，则整个排气总管容积变小，可以提高低工况性能及加载加速性能，使之达到 模件式脉冲转换增压系统的水平，并高于脉冲转换器增压系统和定压系统的性能。 本发明可使整个排气管系做成模件式，这对系列化生产特别有利，降低生产成本； 整个增压系统排气管系结构简单，占位较小，拆装方便、降低维护时间及费用， 适应于任何一种4至20缸的各种增压度的大功率四冲程柴油机。
经试验，本发明与国内外常用的涡轮增压系统性能比较如下与定压系统相 比，高工况时，定压系统泵气功损失比本发明小，但排气能量传递效率低，因此 油耗率相近；而低工况和加载加速时，本发明性能比定压系统优越得多；二者的 排气管系均比较简单。与脉冲转换器系统相比，本发明中流道縮口较小，流动损 失小，而且在排气能量传递效率较高；而脉冲转换器系统中，各排气支管中均为 两脉冲，而且后面有縮口使能量传递效率低，因此本发明的柴油机比脉冲转换器 增压系统的柴油机油耗率低2 5g/kW.h左右，排气温度可降低10 20°C;而且本 发明排气管系结构简单，并可做成各种缸数的柴油机、实现系列化生产。与模件 式脉冲转换增压系统相比，本发明中排气管系縮口较小，泵气功损失较小，因此 油耗率较模件式脉冲转换增压系统低2 5g/kW. h左右；而且各缸排气温度较均匀 且较低、在8缸机上避免了各缸间的扫气干扰；低工况性能及加载加速性能均好； 二者的排气管系均比较简单、利于系列化生产。与气体导流复合脉冲转换涡轮增 压系统相比，在性能上相近油耗率可降低l 3g/kW.h，排气温度降低10 20。C; 在结构上比气体导流复合脉冲转换涡轮增压系统更为简单，有利于系列化生产。 与6、 9缸脉冲系统相比本发明的泵气功损失小，因此油耗率可稍低；扫气系数虽
小些，但已达到要求；且对5、 7、 8缸柴油机系列化生产来说是有利的。
权利要求
1. 一种模件式多功能脉冲转换涡轮增压系统，包括气缸(1)、排气支管(2)、排气管段(4)和涡轮(8)，各个排气管段(4)相连接构成排气总管，排气总管的出口和涡轮(8)的进口相连接，其特征在于还包括导流板(7)，导流板(7)在排气支管(2)和排气管段(4)的连接处插入排气管段(4)中，并沿排气流动方向逐渐延伸至与排气管段(4)的轴线平行；导流板(7)为拱状结构，导流板(7)在插入部位与排气管段(4)的内壁光滑连接，导流板(7)的两边缘部位均与排气管段(4)的内壁光滑连接，导流板(7)把排气管段(4)分为排气管段上游段(5)、排气管段下游段(6)和排气支管延伸段(3)三部分；排气支管延伸段(3)和排气支管(2)流线型连接；排气管段上游段(5)的截面积逐渐缩小，排气管段上游段(5)的出口截面积和进口截面积的比值范围为0.75至0.8；排气支管(2)、排气管段(4)和导流板(7)固接为一体。
全文摘要
模件式多功能脉冲转换涡轮增压系统，属于内燃机技术领域。包括气缸、排气支管、排气管段、涡轮和导流板。导流板在排气支管和排气管段的连接处插入排气管段中，并沿排气流动方向逐渐延伸至与排气管段的轴线平行，排气管段分为排气管段上游段、排气管段下游段和排气支管延伸段三部分，排气管段上游段的截面积逐渐缩小。排气管段上游段的出口处可以形成高速气流，在排气支管延伸段的出口处形成一个低压区，使扫气不仅不受干扰反而还有利于扫气。排气支管延伸段出口的气流基本上与排气管段轴线平行，相互不产生气流干扰。本发明结构简单，占位较小，拆装方便、降低维护时间及费用，适应于任何一种4至20缸的各种增压度的大功率四冲程柴油机。
文档编号F02C6/12GK101413423SQ200810203029
公开日2009年4月22日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者毅 崔, 王绍明, 邓康耀, 郭中朝, 顾宏中 申请人:上海交通大学