用于內燃機的兩級相繼增壓系統以及內燃機的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種內燃機領域的增壓系統，特別是涉及一種用于內燃機的兩級相繼增壓系統以及具有該兩級相繼增壓系統的內燃機。
【背景技術】
[0002]兩級增壓技術以其較高的增壓比得到應用，可以較大幅度的提高內燃機功率密度，并且可結合強米勒、排氣再循環EGR(Exhaust Gas Recirculat1n)等技術改善柴油機經濟性、熱負荷和排放特性，但兩級增壓技術在低負荷時存在增壓壓力不足，進氣量不足的問題，較難兼顧內燃機高、低工況性能。相繼增壓是采用兩臺或兩臺以上渦輪增壓器，根據內燃機的工況的增加而順序增加增壓器運行數量的技術，其本質上是單級增壓，不能滿足當前更高指標內燃機對高增壓壓力的需求。
[0003]兩級相繼增壓技術是將相繼增壓技術和兩級增壓技術結合應用的新技術，同時具有相繼增壓和兩級增壓技術的優點，即可在提高內燃機功率密度和功率儲備的同時，提高經濟性、降低氮氧化物和碳煙排放、提高低速大扭矩特性和加速特性。兩級相繼增壓系統為內燃機提供高增壓壓力和大空氣流量的同時，可很好的兼顧高、低工況性能，提高全工況增壓系統效率，使內燃機在整個運行工況內都能和增壓系統達到良好匹配。
[0004]將相繼增壓和兩級增壓兩種增壓技術相結合的增壓系統也有被應用，中國專利CN204357554 U提出可切換相繼/二級增壓結構，將相繼增壓和二級增壓兩種增壓結構通過改動融合在一起，實現了兩級增壓系統和相繼增壓系統的切換，但因其只有兩臺渦輪增壓器，至多組成一組兩級增壓結構，并不能在內燃機運行的全工況同時實現兩級增壓和相繼增壓。
【實用新型內容】
[0005]鑒于現有技術中的上述缺陷或不足，本實用新型提供一種用于內燃機的兩級相繼增壓系統以及內燃機。
[0006]根據本實用新型的一個方面，提供一種用于內燃機的兩級相繼增壓系統，其包括:并聯并構成相繼增壓結構的第一增壓器組和第二增壓器組；
[0007]所述第一增壓器組包括:串聯的第一高壓級壓氣機和第一低壓級壓氣機，和串聯的第一高壓級渦輪機和第一低壓級渦輪機。
[0008]根據本實用新型的另一個方面，提供一種內燃機，包括氣缸，還包括連接至所述氣缸的排氣管和進氣管以及上述兩級相繼增壓系統。
[0009]本實用新型中，提供的一種應用于內燃機的兩級相繼增壓系統，通過第一增壓器組和第二增壓器組并聯構成相繼增壓結構，且至少其中一個增壓器組包括兩個增壓級，在內燃機運行的全工況同時實現兩級增壓和相繼增壓，該增壓系統具有相繼增壓和兩級增壓技術的優點，即可在提高內燃機功率密度和功率儲備的同時，提高經濟性、降低NOx和碳煙排放、提高低負荷性能和加速特性。本實用新型能夠為內燃機提供兩級相繼增壓系統，為內燃機提供高增壓壓力和大空氣流量的同時，可很好的兼顧高、低工況性能，提高內燃機全工況增壓系統效率。
【附圖說明】
[0010]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0011]圖1為本實用新型提供的內燃機的增壓系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和實施例對本申請作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋相關實用新型，而非對該實用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與實用新型相關的部分。
[0013]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本申請。
[0014]—方面，本實用新型的一個實施例提供了一種用于內燃機的兩級相繼增壓系統，其包括:并聯并構成相繼增壓結構的第一增壓器組和第二增壓器組;第一增壓器組包括:串聯的第一高壓級壓氣機和第一低壓級壓氣機，和串聯的第一高壓級渦輪機和第一低壓級渦輪機。
[0015]如圖1中虛線框內所示的設計即為用于內燃機的兩級相繼增壓系統，第一增壓器組包括:串聯的第一高壓級壓氣機6和第一低壓級壓氣機12，和串聯的第一高壓級渦輪機7和第一低壓級渦輪機9。其中，第一高壓級壓氣機6連接第一高壓級渦輪機7形成高壓增壓級，第一低壓級壓氣機12連接第一低壓級渦輪機9形成低壓增壓級。
[0016]進一步地，第一增壓器組為基本增壓器組，用于給內燃機提供增壓空氣;第二增壓器組為受控增壓器組，在第一增壓器組給內燃機提供增壓空氣的條件下，根據內燃機的流量要求進一步給內燃機提供增壓空氣。
[0017]作為本實用新型一種可選的實施方式，如圖1虛線框內的結構所示，第二增壓器組包括連接至內燃機的進氣管的壓氣機通道3和連接至內燃機氣缸的排氣管的渦輪機通道3 ’，第二增壓器組還包括:設置在壓氣機通道3中的空氣控制閥4和設置在渦輪機通道3 ’中的燃氣控制閥5，在第一增壓器組給內燃機提供增壓空氣的條件下，空氣控制閥4和燃氣控制閥5根據內燃機的空氣和燃氣流量控制第二增壓器組的啟動和停止。
[0018]本實用新型提供的兩級相繼增壓系統，第一增壓器組為基本增壓器組，第二增壓器組為受控增壓器組，通過第一增壓器組和第二增壓器組并聯并形成相繼增壓結構，且兩個增壓器組中至少其中一個包括兩個增壓級，如上所述，第一增壓器組包括兩個增壓級，形成二級增壓結構。本實用新型提供的兩級相繼增壓系統，可以使內燃機運行的全工況同時實現兩級增壓和相繼增壓。此外，視內燃機內流量要求控制第二增壓器組的啟停，第二增壓器組可設置為一級增壓結構，當然也可以設置為二級增壓結構。
[0019]作為一種可選的實施方法，本實用新型中的第二增壓器組優選為二級增壓結構，具體的，如圖1所示，第二增壓器組包括:串聯的第二高壓級壓氣機6，和第二低壓級壓氣機12’，和串聯的第二高壓級渦輪機7’和第二低壓級渦輪機9’。其中，第二高壓級壓氣機6’連接第二高壓級渦輪機7 ’形成高壓增壓級，第二低壓級壓氣機12 ’連接第二低壓級渦輪機9 ’形成低壓增壓級。
[0020]通過空氣控制閥4以及燃氣控制閥5控制圖示所述的具有二級增壓結構的第二增壓器組的啟動和停止。當內燃機運行在空氣流量需求較低的部分工況時，可以通過關閉燃氣控制閥和空氣控制閥使得第二增壓器組不再運行，內燃機排氣通過專門設計的排氣連通管全部進入基本增壓器組，達到提高部分負荷增壓壓力、改善內燃機部分負荷性能的目的。
[0021]進一步地，作為一種可選的實施方式，本實用新型提供的用于內燃機的兩級相繼增壓系統，還包括:中間冷卻器，設置在第一高壓級壓氣機和第一低壓級壓氣機之間以及第二高壓級壓氣機和第二低壓級壓氣機之間；以及
[0022]可調流量的冷卻水栗，其連通第一增壓器組和第二增壓器組內的中間冷卻器，用于調節中間冷卻器的冷卻水流量。
[0023]具體的，在第一高壓級壓氣機和第一低壓級壓氣機之間以及第二高壓級壓氣機和第二低壓級壓氣機之間設置一個中間冷卻器以共用；當然也可以如圖1所示，在第一高壓級壓氣機6和第一低壓級壓氣機之間12之間以及第二高壓級壓氣機6’和第二低壓級壓氣機12’之間分別設置一個中間冷卻器11，用以分別對各自的增壓器組內經低壓級壓氣機處理后的空氣進行冷卻。
[0024]并且，通過可調流量冷卻水栗13給中間冷卻器11提供不同的冷卻水流量，以控制經中間冷卻器冷卻后的氣體溫度與系統的運行狀態相匹配。優選的，經中間冷卻器冷卻后的氣體溫度為30_50°C，可在內燃機不同工況下提供不同的經中間冷卻器冷卻后的氣體溫度，優化系統全工況性能，提高增壓系統總效率。
[0025]進一步地，作為一種優選的實施方式，本實用新型提供的用于內燃機的兩級相繼增壓系統還包括進氣放氣閥14，其連接至第一高壓級壓氣機6和第二高壓級壓氣機6 ’的出口，用于調節提供內燃機的空氣的壓力。當內燃機運行在較高工況時，可以通過調節進氣放氣閥14的開度，使得部分增壓空氣直接排入大氣，從而降低增壓壓力、減少進入內燃機氣缸的空氣量，進而控制降低增壓系統效率，防止內燃機機械負荷過高和增壓器超速，使內燃機和增壓系統可以安全的在高工況運行。
[0026]進一步地，第一增壓器組和第二增壓器組中的至少一個還設置有:高壓級渦輪旁通閥，并聯在高壓級渦輪的兩端，當高壓級渦輪旁通閥打開時，減少通過高壓級渦輪旁通閥的廢氣流量;和/或
[0027]低壓級渦輪放氣閥，并聯在低壓級渦輪的兩端，低壓級渦輪放氣閥打開時，釋放流向低壓級渦輪的部分廢氣。
[0028]作為本實用新型一種可選的實施方案，第一增壓器組和第二增壓器內均設置有高壓級渦輪旁通閥和低壓級渦輪放氣閥。
[0029]如圖1所示，第一增壓器組內第一高壓級渦輪旁通閥8并聯在第一高壓級渦輪7的兩端，第一低壓級渦輪放氣閥10并聯在第一低壓級渦輪9的兩端;第二增壓器組內第二高壓級渦輪旁通閥8’并聯在第二高壓級渦輪7’的兩端，第二低壓級渦輪放氣閥10’并聯在第二低壓級渦輪9’的兩端。
[0030]即在每個增壓器組內，在高壓級渦輪進口和低壓級渦輪進口之間設置可調節開度的高壓級渦輪旁通閥，通過調節高壓級渦輪旁通閥的開度，利用高壓級渦輪進口和低壓級渦輪進口之間的壓力差，使部分內燃機排氣不經過高壓渦輪機而直接進入低壓渦輪機，降低兩級渦輪機的總功率，達到可調節降低增壓壓力的目的;在每個增壓器組內，在低壓級渦輪進出口之間并聯可調節開度的低壓級渦輪放氣閥，通過調節低壓級渦輪放氣閥的開度，使部分內燃機排氣不經過低壓級渦輪機而直接排入大氣，降低兩級渦輪機的總功率，達到防止低壓級增壓器超速和降低增壓壓力的目的。
[0031]作為另一方面，本