一种涡轮增压系统用的排气旁通阀的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种涡轮增压系统中用的排气旁通阀(它也是涡前压力调节器/涡轮背压调节器)。本发明采用的核心技术是在涡轮增压器的涡轮叶轮出口后面串接安装一个气体引射抽吸装置，造成涡轮出口燃气压力(背压)的显著下降，从而可大幅改善增压内燃机的变工况性能。本发明实用性很强，技术成熟，结构简单，使用安全、可靠、方便，节能效果显著，技改成本低，值得大力推广普及。
【专利说明】一种涡轮增压系统用的排气旁通阀
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机增压【技术领域】内涡轮增压系统中的排气旁通阀。
【背景技术】
[0002]当转速变化范围宽广的内燃机与一个通流部分截面几何形状固定不变的涡轮增压器进行匹配时，为改善变工况下的内燃机性能，现有技术采用的最广泛、简单和有效的调节方式，是在涡轮增压器的涡轮出口 /压气机出口 /同时在涡轮和压气机的出口安装放气旁通阀实施放气调节。譬如，
[0003]?对于车用内燃机，一般要求涡轮增压器的设计/选配，应使内燃机在低于中等转速以下时能获得最大扭矩，也即增压器与内燃机宜按最大扭矩工况(约50~55%额定转速的外特性工况)的参数匹配。这样，在高转速工况，为了将增压压力/最高爆发压力/增压器转子转速限制在许可的允许范围内，就须将内燃机排出的部分高温、高压燃气(废气)不流过涡轮叶轮作功，经放气阀旁通泄放至大气。而在一些转速变化范围较大的轿车用内燃机的中、低转速工况，为了防止压气机喘振和对增压压力值进行控制，往往也在压气机出口旁通放掉部分增压空气至压气机的空气进口管/大气，实施放气调节。
[0004]?如同车用内燃机一样，目前一些高增压中速柴油机也广泛采用高负荷工况旁通泄放部分高温高压燃气排气/增压空气至大气的措施来改善低工况的性能。
[0005]以上内容详见陆家祥主编?《柴油机涡轮增压技术》?北京?机械工业出版社.1999年9月?第141~145页和156页，以及朱大鑫编著.《涡轮增压与涡轮增压器》.北京.机械工业出版社.1992年11月?第432~434页中的相关部分。
[0006] 由现有技术旁通放气阀在涡轮增压系统中的“抑压防喘”作用机理与工作过程可知:
[0007]正方形不论是高温、高压燃气排气的旁通放气泄放，还是增压空气的旁通放气泄放，所泄放气体携带的能量(压力、温度)都未能再有效地加以回收利用，造成能量损失，而且该能量损失随“抑压防喘”需求力度的增加而增加。因此，旁通放气阀是一个以浪费旁通泄放气体携带的有用能量为代价获得“抑压防喘”功能的调节元件。
[0008]正方形排气旁通阀泄放部分高温高压排气燃气抑制增压压力/最高爆发压力/增压器转子速度超限的实质是调节降低涡轮箱进口的燃气压力Pt值，因此排气旁通阀也是涡前压力的调节元件。
[0009]正方形增压空气放气旁通阀在压气机出口泄放部分增压空气至大气(或压气机空气吸入管)以控制增压压力值变化与避免出现喘振的调节，实质就是普通常用的压气机特性调节中的“放气调节”。
[0010]为了减少旁通排气放气损失，回收利用部分排气泄气的能量，多年前KKK公司(现Borgwarner公司前身)曾在小型车用涡轮增压器的涡轮箱上设置夹层，将旁通泄放的部分排气引至涡轮箱出口，对涡轮出口的气流产生一定的引射作用，以降低涡轮前燃气压力Pt值，从而减少活塞排出功(减少排气损失)，降低燃料耗率。该技术与一般排气旁通相比，结构复杂性增加，性能虽有所改善，但改进幅度很有限，至今未实现商品化。
[0011]为了克服现有技术排气旁通阀不能充分有效利用旁通泄放气体(高温高压燃气排气/增压空气)携带的能量，大幅降低涡前燃气压力Pt值/燃料耗率的缺点和不足，本发明公开了一种新的改进方案。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于为排气旁通阀提供一个实用性很强，技术成熟，结构简单，使用安全、可靠、方便、节能效果显著，技改成本低的技术方案。
[0013]本发明为实现上述目的采用的核心技术，是在涡轮增压器的涡轮叶轮的出口后面串接安装一个气体引射抽吸装置。该引射器中的高压气体(射流气体)是排气旁通阀/增压空气旁通阀泄放的排气燃气/增压空气；低压气体(被引射气体)则是已通过涡轮级作功、由涡轮叶轮流出的排气燃气。经过气体引射器的气体引射抽吸作用后，在涡轮叶轮流出口处的燃气压力(背压)可出现显著的下降，从而导致涡轮级的可用总焓降增加(涡轮级实际发出的有用功率增加，热效率提高)和涡轮进口燃气压力(涡前压力)Pt的显著下降(下降幅度的量级与背压的降幅相同)，其综合效果是改善了燃烧、减低了泵气损失、降低了燃料耗率，且改善幅度与背压下降的幅度成正比。
[0014]下面依据涡轮级的热力工作过程原理，确定背压变化对涡轮级的可用总焓降的影响。
[0015]?背压下降的情况
[0016]当将背压从初始值P1 = Pk降低到P2时，涡轮级的热降(焓降)增加Λ i ;燃气的比容也增加:V2>VK。在涡轮级流量Gt不变的情况下，由于涡轮叶轮出口的通流面积Fa保持
不变，依流动连续方程
【权利要求】
1.一种涡轮增压系统用的排气旁通阀(也是一种涡前压力调节器/涡轮背压调节器)，它由涡轮增压器排气燃气流出部位的涡轮箱体和一个气体引射器共两部分组合而成，其特征在于:二者呈串接连接，引射器附接在涡轮箱体的后方(排气燃气流出的下游)。
2.按权利要求1所述的排气旁通阀，其特征在于:排气燃气流出部位的涡轮箱体中，一般布放两个流道——一个是涡轮叶轮出口流出燃气的排放通道；另一个是旁通泄放排气燃气的通道。但在一些不用旁通泄放排气燃气作为高压流体的涡前压力调节器/涡轮背压调节器的情况里，其涡轮箱体内仅有一个输送涡轮叶轮流出燃气的通道。
3.按权利要求1所述的排气旁通阀，其特征在于:气体引射器是一个单级气体引射器，其工作流体(高压射流流体，一次流体)可以是下述五种来源中的单独一种或几种的组合:①由涡轮箱进口部位旁通泄放的部分内燃机高温高压排气燃气；②压气机出口部位旁通泄放的部分增压空气；③内燃机起动装置/制动装置高压空气贮罐中的压缩空气采用内燃机停缸节能技术产生的压缩空气；⑤高压水。引射器中的被引射流体(低压流体，二次流体)是由涡轮级的涡轮叶轮出口流出的燃气。引射器的喷嘴型式可以是①中心引射式；②环形引射式多孔引射式中的单独一种或几种的组合。
【文档编号】F02B37/18GK103726928SQ201410010215
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】孙敏超, 孙正柱 申请人:孙敏超, 孙正柱