专利名称：柴油机剩余功率回收系统的制作方法
技术领域：
柴油机剩余功率回收系统涉及动力系统设备，属于柴油机增压系统部件。
柴油机动力系统中增压设备是为了充分利用柴油机的热能，目前柴油机增压设备已提高到高增压和超高增压的水平，相应涡轮增压器的总效率也不断提高。目前大型涡轮增压器的总效率已达68～72％。近期内出现了中速大功率高增压柴油机中使用动力涡轮，即在增压器涡轮外再用一动力涡轮回收剩余功，通过减速齿轮、液力偶合器传给曲轴。与此同时，世界各国都在研究陶瓷隔热复合发动机，即燃烧室部件用陶瓷隔热，使原来传给气缸冷却水的部分热量转入排气，同样也在增压涡轮后用一动力涡轮回收这部分热量，通过减速齿轮、液力偶合器传给曲轴或动力涡轮直接带一高速发电机发电输出。
上述用动力涡轮回收剩余功的系统存在以下缺点1、整个系统结构复杂，布置困难；2、整个复合机比重量大，比体积大；3、加速瞬态响应慢；4、由于气缸壁温度高，使充气效率低，循环温度高，最大爆发压力大，NOx大；5、初始成本高，且由于车用柴油机大部分时间是在低工况运行，而在低工况时，动力涡轮基本上得不到功，而该传动系统却仍要耗功，这些均使整机运行经济效益低。
为了克服上述缺点，本实用新型采用一种缸内膨胀回收涡轮剩余功的低温循环增压系统。这一系统使涡轮剩余功通过提高增压压力，再在气缸内进行膨胀，省掉了动力涡轮、减速齿轮和液力偶合器。
图1是缸内膨胀回收涡轮剩余功低温循环增压系统工作原理图。
图中1是压气机；2是中冷器；3是进行管；4是进气阀；5是气缸；6是活塞；7是连杆；8是曲轴；9是涡轮；10是排气管；11是排气阀；12是上止点；13是下止点。
附图2是缸内膨胀回收涡轮剩余功低温循环增压系统的排气阀配气机构图。
图中14是气道；11是排气阀；15是摇臂；16是摇臂轴；17是推杆；18是推杆套筒；19是凸轮轴；20是二次排气凸轮。
附图3是缸内膨胀回收涡轮剩余功低温循环增压系统的气阀正时图。
图中12是上止点，13是下止点，21是进气阀开，22是排气阀关，23是排气阀开，24是排气阀第二次开，25是进气阀关，26是排气口第二次关，箭头为曲轴旋转方向。
图1和图2的动作原理为当活塞6运动到上止点12前，进气阀4已打开，使新鲜空气进入气缸5，排气阀11在活塞6运动到上止点12后关闭，此时，排气阀11与喷油器均不工作，活塞6从上止点12向下止点13方向运动。
当活塞6运动到下止点13前，进气阀4即关闭，活塞6到达下止点13后又向上止点12运动，此时，进气阀4关闭，排气阀11第二次开启，由于在高工况下，膨胀后的缸内压力与排气管压力相近，故排气阀的第二次开启不会有气体流进或流出，当活塞6进一步向上时，缸内气体受压使温度和压力提高。
当活塞6向上运动至上止点12前时，喷油器向活塞6顶部燃烧室喷油，与高温高压气体混合，当气缸5内温度及压力达到燃烧要求时即自燃，依靠气体产生的压力推动活塞6下行并通过曲轴向外输出功。
当气体膨胀推动活塞6下行至下止点13前，排气阀11第一次开启，废气流入排气管10，活塞6至下止点13后又向上运动至上止点12后，排气阀11关闭。此时进气阀4已打开，气缸5内重新注入新鲜空气。
当活塞6运动至下止点13前，进气阀4快关闭时，排气阀11第二次开启。这是在高增压机型时，当几何压缩比不太高的情况下保证起动及低工况运行时用的。此时进气压力较低，气体在气缸5内膨胀后压力和温度降低，压缩终点温度不能保证发火，而在下止点13附近，气缸5内压力低于排气管10压力，排气管10内气体倒流入气缸5内，且由于低工况时燃烧不好，有部分新鲜空气未参加燃烧就被排入排气管10内，倒流后，这部分未燃空气可补充气缸5内空气量的不足，废气温度高又可加热气缸5内气体以保证起动与低工况运行。在高工况时，由于进气管3压力大于排气管10压力，进气下止点13时，气缸5内压力与排气管10压力近乎相等，因此虽然排气阀11开启着，并不会产生大的气体流动。
该系统的有效程度主要决定于涡轮增压器的总效率ηTK，ηTK愈高，系统的剩余功回收率愈接近于动力涡轮回收剩余功系统。在热力学分析及实际工作过程的模拟计算都说明了这一点。
该系统气阀正时图(图3)中，进气阀4是在下止点13前关，至于进气阀4在下止点13前多少度关，视涡轮增压器的总效率而定。
与常规增压柴油机系统的配气机构相比，该系统排气阀11配气机构(图2)采用了二次排气凸轮20。
缸内膨胀回收涡轮剩余功低温循环增压系统的优点是1、整个系统比重量，比体积小，结构简单；2、瞬态响应性好；3、由于是进气膨胀，低温循环，最大爆发压力低，热负荷低，NOx低；4、虽然在热量回收率方面，缸内膨胀系统比动力涡轮系统稍差一些，但由于省掉了动力涡轮，减速齿轮及液力偶合器等，故可获得初始成本低，而总的经济效益高之效果。
本实用新型可应用在中速高增压或超高增压柴油机中以回收涡轮剩余功，并可应用于目前正在开发为九十年代投入实际使用的高速车用陶瓷隔热发动机中。根据予测，ηTK在五年后可达65～70％时，故此系统将更有发展前途，而且由于九十年代后能源短缺，剩余能量的回收将会普遍开展，鉴予该系统所具有的特点，可以肯定，它将会优先投入使用。
权利要求一种缸内膨胀回收涡轮剩余功的低温循环增压系统是由压气机1，中冷器2，进气管3，进气阀4，气缸5，活塞6，连杆7，曲轴8，涡轮9，排气管10，排气阀11所组成，其特征在于排气阀11的配气机构采用二次排气凸轮20。
专利摘要缸内膨胀回收涡轮剩余功的低温循环增压系统是一种新型柴油机剩余功率回收系统，通过提高增压压力使涡轮剩余功再在气缸内进行膨胀，省掉了动力涡轮、减速齿轮和液力偶合器。系统中排气阀配气机构采用了二次排气凸轮。整个系统比重量轻、比体积小、结构简单，瞬态响应好，且由于是进气膨胀、低温循环，最大爆发压力低，热负荷低，NO
文档编号F02G5/02GK2036998SQ8821181
公开日1989年5月3日 申请日期1988年5月24日 优先权日1988年5月24日
发明者顾宏中 申请人:上海交通大学