双级涡轮增压系统及起重机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工程机械领域，尤其涉及一种双级涡轮增压系统及起重机。
【背景技术】
[0002]在工程机械领域中，起重机是一种常用的吊装工程机械设备，其中，汽车起重机是使用最广泛的起重机，其所用的发动机均为四冲程发动机，发动机每个工作循环是由进气、压缩、做功和排气四个工作步骤组成的封闭过程，发动机只有周而复始的进行这些过程才能持续工作。为了增加发动机的进气量，提高发动机燃烧效率和动力特性，通常需要设置增压系统，增压系统通过发动机废气能量将低密度空气压缩为高密度空气。
[0003]如图1所示，为现有的汽车起重机用涡轮增压系统的结构示意图，在发动机吸气冲程中，外界空气首先通过进气管a2进入涡轮增压器al，经过涡轮增压器al加压后变成高温高压气体，高温高压气体通过中冷进气管a3进入中冷器a4，在中冷器a4内冷却后，再经过中冷出气管a5进入发动机a6，供发动机燃烧使用。发动机排气过程中，从发动机a6缸体内排出的废气首先进入涡轮增压器al，推动涡轮增压器al旋转并对进气加压后，通过排气管a7排入大气。
[0004]如图2所示，为涡轮增压器al的内部结构示意图，涡轮增压器al包括:压气机壳all，压气机叶轮al2，轴承体al3，涡轮箱al4，涡轮al5。涡轮al5为做功部件，废气从排气进口 B进入后通过涡轮al5推动涡轮轴旋转并从排气出口 C排出，涡轮轴和压气机轴刚性连接，进而带动压气机的压气机叶轮al2旋转，并对从空气进口 A进入的空气做功，将常温常压空气变为高温高压气体。涡轮增压系统主要分为单级涡轮增压系统和串联式双级涡轮增压系统。
[0005]如图3所示，为单级涡轮增压系统的结构示意图，单级涡轮增压系统主要特征是只有一个涡轮增压器b2，空气从空气进口 A进入涡轮增压器b2被一次压缩，然后通过中冷器b3冷却后被送入发动机bl。单级涡轮增压系统的优点是结构简单；缺点是气体只进行一次增压，增压压力低，而且一个涡轮增压器需要同时兼顾高速和低速性能，涡轮增压器转动惯量大，涡轮迟滞现象较严重。
[0006]如图4所示，为串联式双级涡轮增压系统的结构示意图，串联式双级涡轮增压系统由高压轮增压器c2和低压轮增压器c4两个涡轮增压器串联组成，空气从空气进口 A依次进入低压轮增压器c4和高压轮增压器c2被二次压缩，然后通过中冷器c3冷却后被送入发动机Cl。串联式双级涡轮增压系统可以实现空气的二次增压，其优点是增压压力高，进气量足，涡轮迟滞效应小，发动机高速和低速性能优异；缺点是结构复杂。
[0007]现有的串联式双级涡轮增压系统对上述的双级涡轮增压系统做出了改进，如图5所示，现有的串联式双级涡轮增压系统包括高压涡轮增压器d2，中冷器d3，低压涡轮增压器d4，电控比例阀d5，电控比例阀d5与高压涡轮增压器d2并联。当发动机dl转速较低或排气压力较低时，电控比例阀d5基本处于关闭状态，此时低压空气主要通过低压涡轮增压器d4和高压涡轮增压器d2进入发动机dl ;当发动机dl转速较高或排气压力较高时，电控比例阀d5基本处于打开状态，此时低压空气主要通过低压涡轮增压器d4和电控比例阀d5进入发动机，同时部分低压空气也会通过低压涡轮增压器d4和高压涡轮增压器d2进入发动机，电控比例阀的开度受发动机dl转速或排气压力控制。在发动机工作过程中，废气均依次经过高压涡轮增压器d2和低压涡轮增压器d4排入大气。
[0008]现有串联式双涡轮增压系统，无论发动机dl处于什么工作状态，低压空气必须经过低压涡轮增压器d4才能进入发动机dl。当发动机dl转速较低或排气压力较低时，对低压空气的增压工作主要靠高压涡轮增压器d2来实现，此时低压涡轮增压器d4只起到进气通道的作用，由于高压涡轮增压器d2转动惯量小，反应灵敏，所以串联式双涡轮增压系统相对于单涡轮增压系统涡轮迟滞效应小，建压速度快，能够提高发动机低转速和低负荷时的性能。但是，由于发动机dl转速较低或排气压力较低时，低压空气必须经过低压涡轮增压器d4才能进入高压涡轮增压器d2，进气阻力大，限制了串联式双涡轮增压系统进一步降低涡轮迟滞效应的能力，无法最大程度上消除涡轮迟滞效应，发动机的反应速度继而被降低，起重机的驾驶性能没有得到有效的改善。另外，电控比例阀d5开启程度只受发动机转速或者排气压力控制，控制策略简单，无法使车辆负荷完全反馈到发动机进气系统上。
【实用新型内容】
[0009]为克服以上技术缺陷，本实用新型解决的技术问题是提供一种双级涡轮增压系统，该双级涡轮增压系统能够有效降低涡轮增压系统的迟滞现象，提高发动机反应速度，改善起重机的驾驶性能。
[0010]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种双级涡轮增压系统，具有空气进口和排气出口，双级涡轮增压系统包括:高压涡轮增压器、低压涡轮增压器以及与低压涡轮增压器并联连接的旁路进风通道，低压涡轮增压器具有连接空气进口的直路进风通道，高压涡轮增压器通过串联连接低压涡轮增压器与空气进口连接，高压涡轮增压器还通过旁路进风通道直接连接空气进口。
[0011]在该基本的技术方案中，通过增加旁路进风通道，并采用旁路进风通道与低压涡轮增压器并联连接的结构形式，实现了气流在发动机低转速和低负荷时绕过低压涡轮增压器的功能，最大程度上降低了涡轮增压器的迟滞效应，提升了发动机的反应速度，改善了起重机的驾驶性能。
[0012]进一步地，双级涡轮增压系统还包括与高压涡轮增压器并联连接的电控比例阀，电控比例阀能够按比例控制流过高压涡轮增压器和电控比例阀的流量。
[0013]在该改进的技术方案中，电控比例阀通过控制流过高压涡轮增压器和电控比例阀的流量来配合发动机不同的工作状态，优化发动机的工作效率，使得双级涡轮增压系统具备单涡轮增压和双涡轮增压的两种工作模式。当发动机转速较低或排气压力较低时，电控比例阀使得低压空气主要通过低压涡轮增压器和高压涡轮增压器进入发动机；当发动机转速较高或排气压力较高时，电控比例阀使得低压空气主要通过低压涡轮增压器和电控比例阀进入发动机。
[0014]进一步地，双级涡轮增压系统还包括设置在直路进风通道和旁路进风通道上的通道阀门组件，通道阀门组件能够控制直路进风通道与旁路进风通道的通断状态。
[0015]在该改进的技术方案中，阀门组件能够在发动机不同转速下控制流过直路进风通道与旁路进风通道的空气流量，有效提高了增压系统的工作效率和适用性。
[0016]优选地，通道阀门组件为蝶阀组件。
[0017]在该优选的技术方案中，通道阀门组件选用常用的蝶阀能够节约制造成本且具有较高的可靠性。
[0018]进一步地，蝶阀组件包括阀杆、第一阀叶以及第二阀叶，第一阀叶和第二阀叶固定设置在阀杆上，通过转动阀杆，第一阀叶和第二阀叶分别改变直路进风通道与旁路进风通道的通断状态。
[0019]在该优选的技术方案中，蝶阀组件主要由两个阀叶和一个阀杆组成，结构简单、加工方便且能够有效保证阀门组件的通断功能，具有较高的可靠性。
[0020]进一步地，第一阀叶和第二阀叶互相垂直。
[0021]在该改进的技术方案中，互相垂直的两个阀叶能够使得直路进风通道与旁路进风通道的通断状态相反以适应发动机在不同转速下的增压需要。
[0022]优选地，通道阀门组件为电磁通断阀组件。
[0023]在该优选的技术方案中，通道阀门组件选用电路控制的电磁通断阀，控制灵敏、快捷方便且具有较高的可靠性和通断稳定性。
[0024]进一步地，双级涡轮增压系统还包括设置在通道阀门组件的下游且连接直路进风通道与旁路进风通道的补偿管路。
[0025]在该改进的技术方案中，在直路进风通道与旁路进风通道设置补偿管路能够在气流方向切换时减小对低压涡轮增压器的冲击，保证了低压涡轮增压器的工作稳定性。
[0026]进一步地，补偿管路的管径均小于直路进风通道与旁路进风通道的管径。
[0027]在该改进的技术方案中，只需将补偿管路的制造管径限制在小于直路进风通道与旁路进风通道的管径的范围内，选用简单的结构