專利名稱：一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機增壓系統(tǒng)，特別是一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統(tǒng)，屬于內(nèi)燃機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展和環(huán)保要求的提高，對柴油機的動力性和排放性能要求越來越高，采用增壓技術(shù)是一種提高柴油機功率、降低燃油消耗率和降低排放的行之有效的方法。柴油機作為一種重要的動力機械，是生產(chǎn)、生活中主要的動力源。目前中大功率的柴油機多采用渦輪增壓技術(shù)，為了提高柴油機熱效率，降低柴油機排放，降低單位功率生產(chǎn)成本，柴油機的功率密度和增壓度越來越高，這對增壓系統(tǒng)的可靠性、瞬態(tài)響應性和掃氣均勻性提出了更高要求。全工況性能好、廢氣能量利用率高、掃氣順暢、瞬態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)簡單是目前柴油機排氣管系優(yōu)化設計的綜合指標。目前為止，研究者發(fā)展出七種增壓系統(tǒng)形式定壓增壓系統(tǒng)、脈沖增壓系統(tǒng)、脈沖轉(zhuǎn)換器增壓系統(tǒng)、模件式脈沖增壓系統(tǒng)、混合式脈沖轉(zhuǎn)換器增壓系統(tǒng)、模件式多功能脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增壓系統(tǒng)和可變排氣管系統(tǒng)。定壓系統(tǒng)掃氣干擾小，泵氣功損失小，但排氣脈沖能量利用率低、低工況性能較差；脈沖系統(tǒng)能夠較好的避免掃氣干擾，排氣脈沖能量利用率高，掃氣均勻性好，低工況性能佳，但渦輪有多個進口，渦輪增壓器效率低，不宜在缸數(shù)較多的柴油機上使用，且結(jié)構(gòu)復雜；與脈沖系統(tǒng)相比脈沖轉(zhuǎn)換器增壓系統(tǒng)渦輪入口少、渦輪效率高，但脈沖轉(zhuǎn)換器的縮口增加了氣流阻力；模件式脈沖增壓系統(tǒng)排氣管系結(jié)構(gòu)簡單，便于生產(chǎn)，能較好的利用排氣脈沖能量，渦輪效率較高，但該系統(tǒng)降低掃氣干擾的性能較差。在現(xiàn)有的技術(shù)中，實用新型專利97242566. 7公開的混合式脈沖轉(zhuǎn)換器增壓系統(tǒng)，可較好地利用排氣脈沖能量，瞬態(tài)特性較好，結(jié)構(gòu)相對簡單，降低掃氣干擾的性能較好，但這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)隨著柴油機缸數(shù)的增加而急劇復雜化，其適用范圍有限。發(fā)明專利200810203029. 4公開了的模件式多功能脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)較簡單，但拱形截面的排氣支管延伸段靠近排氣管軸線，導致管內(nèi)流動損失較大，而且該系統(tǒng)降低掃氣干擾的能力有限。發(fā)明專利200810203054. 2、發(fā)明專利200810203055. 7和發(fā)明專利200920210502. I提出的可變排氣管系統(tǒng)方案，通過控制閥門使渦輪增壓系統(tǒng)在脈沖增壓和定壓增壓(或準定壓增壓)之間切換，可兼顧高低工況的要求，但對降低掃氣干擾沒有明顯的作用，且這類系統(tǒng)需要根據(jù)發(fā)動機運行特點確定切換邊界，增加了系統(tǒng)復雜程度，降低了可靠性。本發(fā)明提供了一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統(tǒng)，能有效降低掃氣干擾，降低排氣系統(tǒng)阻力，可充分利用排氣脈沖能量。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統(tǒng)，可降低排氣管內(nèi)的掃氣干擾，能充分利用排氣脈沖能量，可系列化模件式生產(chǎn)，便于組合安裝，適用于各種缸數(shù)、各種增壓度的發(fā)動機。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該系統(tǒng)包括上置式排氣管段、下置、式排氣管段、混合器，上置式排氣管段、下置式排氣管段和混合器組合形成二級排氣管系，上置式排氣管段由主排氣支管、主排氣管段、次級排氣管上管段、次級排氣管下管段與上置式次級排氣支管固結(jié)為一體構(gòu)成，下置式排氣管段由主排氣支管、主排氣管段、次級排氣管上管段、次級排氣管下管段與下置式次級排氣支管固結(jié)為一體構(gòu)成，混合器由混合器主管和混合器次管固結(jié)為一體構(gòu)成，主排氣支管連接主排氣管段，上置式次級排氣支管的出、入口分別連接次級排氣管上管段和主排氣支管，下置式次級排氣支管的出、入口分別連接次級排氣管下管段和主排氣支管，上置式次級排氣支管的軸線與所在氣缸主排氣支管的軸線方向一致，下置式次級排氣支管的軸線與所在氣缸主排氣支管的軸線方向一致，上置式次級排氣支管的入口到主排氣支管的入口的距離是0. I 0. 5倍主排氣支管的入口直徑，下置式次級排氣支管的入口到主排氣支管的入口的距離是0. I 0.5倍主排氣支管的入口直徑，上置式次級排氣支管和下置式次級排氣支管與主排氣支管的入口截面積比值范圍為
0.05 0. 4，依據(jù)發(fā)火順序，將氣缸分為兩組，一組用上置式排氣管段，另一組用下置式排氣管段，主排氣支管與主排氣管段組合成主排氣管，上置式次級排氣支管、下置式次級排氣支管、次級排氣管上管段、次級排氣管下管段組合成次級排氣管，主排氣管出口連接混合器 主管的入口，次級排氣管的出口連接混合器次管的入口，混合器的出口與渦輪入口相連。本發(fā)明有益效果在掃氣階段，氣缸排氣流量小，排氣門壓力低，主排氣管內(nèi)壓力較高，渦輪入口處是一個低壓區(qū)，排氣通過次級排氣管流到混合器，上置式排氣管段和下置式排氣管段對氣缸的掃氣起到隔離作用，降低掃氣干擾。排氣門開度較大時，主排氣支管內(nèi)壓力較高，次級排氣管的入口截面積相對較小，節(jié)流效應明顯，排氣主要經(jīng)由主排氣管流入渦輪增壓器，主排氣管內(nèi)腔光滑，能降低流動損失，能夠充分利用排氣脈沖的能量，提高了能量傳遞效率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，可系列化模件式生產(chǎn)，拆裝方便，適用于各種缸數(shù)、各種增壓度的發(fā)動機。


圖I是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中上置式排氣管段結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中上置式排氣管段右向視圖；圖4是沿圖3中A-A線的階梯剖視圖；圖5是本發(fā)明中下置式排氣管段結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明中下置式排氣管段右向視圖；圖7是沿圖6中B-B線的階梯剖視圖；圖8是本發(fā)明中混合器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明在八缸機上的實施例作詳細說明，本實施例以本發(fā)明的技術(shù)方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例如圖I所示，本發(fā)明包括上置式排氣管段I、下置式排氣管段2、混合器3，上置式排氣管段I、下置式排氣管段2和混合器3組合形成二級排氣管系；如圖2、圖3、圖4所示，上置式排氣管段I由主排氣支管4、主排氣管段5、次級排氣管上管段6、次級排氣管下管段7與上置式次級排氣支管8固結(jié)為一體構(gòu)成；如圖5、圖6、圖7所示，下置式排氣管段2由主排氣支管4、主排氣管段5、次級排氣管上管段6、次級排氣管下管段7與下置式次級排氣支管9固結(jié)為一體構(gòu)成；如圖8所不,混合器3由混合器主管10和混合器次管11固結(jié)為一體構(gòu)成；如圖2、圖6所示，主排氣支管4連接主排氣管段5 ;如圖2、圖3、圖4所示，上置式次級排氣支管8的出、入口分別連接次級排氣管上管段6和主排氣支管4，上置式次級排氣支管8的軸線與所在氣缸主排氣支管4的軸線方向一致，上置式次級排氣支管8的入口到主排氣支管4的入口的距離是0. I 0.5倍主排氣支管4的入口直徑；如圖5、圖6、圖7所示，下置式次級排氣支管9的出、入口分別連接次級排氣管下管段7和主排氣支管4，下置式次級排氣支管9的軸線與所在氣缸主排氣支管4的軸線方向一致，下置式次級排氣支管9的入口到主排氣支管4的入口的距離是0. I 0. 5倍主排氣支管4的入口直徑；上置式次級排氣支管8和下置式次級排氣支管9與主排氣支管4的入口截面積比值范圍為0. 05 0. 4 ;依據(jù)發(fā)火順序，將氣缸分為兩組，使每組氣缸之間掃氣干擾最低，一組用上置式排氣管段2，另一組用下置式排氣管段3 ;主排氣支管4與主排氣管段5組合成主排氣管，上置式次級排氣支管8、下置式次級排氣支管9、次級排氣管上管段6、次級排氣管下管段7組合成次級排氣管；主排氣管出口連接混合器主管10的入口，次級排氣管的出口連接混合器次管11的入口，混合器主管10的出口與渦輪入口相連。以八缸柴油機為例，當八缸柴油機的發(fā)火順序是1-6-2-4-8-3-7-5-1時，缸號為1、4、5、8的氣缸之間掃氣干擾比較弱,缸號為2、3、6、7的氣缸之間掃氣干擾比較弱,將缸號1、4、5、8的氣缸分為第一組，將缸號為2、3、6、7的氣缸分為第二組,第一組米用上置式排氣管段1，第二組采用下置式排氣管段2，上置式排氣管段I、下置式排氣管段2和混合器3組合形成二級排氣管系，如圖I所示，其中主排氣支管4與主排氣管段5組合成主排氣管，上置式次級排氣支管8、下置式次級排氣支管9、次級排氣管上管段6及次級排氣管下管段7組合成上下兩根次級排氣管。主排氣管、次級排氣管的上管及下管形成三個相對獨立的區(qū)域，主排氣管與上管或下管之間直接相連，次級排氣管的上管與下管經(jīng)主排氣管間接相連。在掃氣階段，氣缸排氣流量較小，排氣門處壓力較低,主排氣管內(nèi)壓力較高,排氣主要經(jīng)由次級排氣管流向渦輪。雖然一組內(nèi)各缸共用一根次級排氣管上管或下管，但由于同一組氣缸之間掃氣干擾較弱，不會影響掃氣；不同組氣缸之間由于次級排氣管的上管和下管的相對隔離作用，可降低掃氣干擾，如圖I、圖2、圖5所示。上置式次級排氣支管8的出、入口分別連接次級排氣管上管段6和主排氣支管4，下置式次級排氣支管9的出、入口分別連接次級排氣管下管段7和主排氣支管4，上置式次級排氣支管8的軸線或下置式次級排氣支管9的軸線與所在氣缸主排氣支管4的軸線方向一致；上置式次級排氣支管8或下置式次級排氣支管9的入口到主排氣支管4的入口的距 離是0. 43倍主排氣支管4的入口直徑，使上置式次級排氣支管8和下置式次級排氣支管9的入口盡量遠離主排氣管,增加主排氣管內(nèi)氣流倒流入次級排氣管內(nèi)的阻力，增強主排氣管與次級排氣管之間的隔離效應，有利于降低掃氣干擾，如圖2、圖4、圖5、圖7所示。
上置式次級排氣支管8和下置式次級排氣支管9與主排氣支管4的入口截面積比值為0. 11，上置式次級排氣支管8與下置式次級排氣支管9 A 口截面積相對較小，對流經(jīng)次級排氣管的流量有限制作用，在發(fā)動機排氣門流量較大時，排氣主要經(jīng)主排氣管流向渦輪，提高脈沖能量利用率，如圖2、圖3、圖5、圖6所示。主排氣支管4連接主排氣管段5，主排氣管出口連接混合器主管10的入口，次級排氣管出口連接混合器次管11的入口，混合器主管10的出口與渦輪入口相連，混合器主管10與混合器次管11相接處靠近渦輪入口，可增強渦輪入口低壓區(qū)對次級排氣管內(nèi)壓力的衰減效應，有利于掃氣，如圖I、圖2、圖3、圖8所示。權(quán)利要求
1.一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統(tǒng)，包括上置式排氣管段(I)、下置式排氣管段(2)、混合器(3)，其特征是上置式排氣管段(I)、下置式排氣管段(2)和混合器(3)組合形成二級排氣管系，依據(jù)發(fā)火順序，將氣缸分為兩組，一組用上置式排氣管段(I)，另一組用下置式排氣管段(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統(tǒng)，其特征在于，所述上置式排氣管段(I)由主排氣支管(4)、主排氣管段(5)、次級排氣管上管段￠)、次級排氣管下管段(7)與上置式次級排氣支管(8)固結(jié)為一體構(gòu)成，主排氣支管(4)連接主排氣管段(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統(tǒng)，其特征在于，所述下置式排氣管段(2)由主排氣支管(4)、主排氣管段(5)、次級排氣管上管段￠)、次級排氣管下管段(7)與下置式次級排氣支管(9)固結(jié)為一體構(gòu)成，主排氣支管(4)連接主排氣管段(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統(tǒng)，其特征在于，所述混合器(3)由混合器主管(10)和混合器次管(11)固結(jié)為一體構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統(tǒng)，其特征在于，所述上置式次級排氣支管(8)的出、入口分別連接次級排氣管上管段(6)和主排氣支管(4)，上置式次級排氣支管(8)的軸線與所在氣缸主排氣支管(4)的軸線方向一致，上置式次級排氣支管(8)的入口到主排氣支管(4)的入口的距離是0. I 0.5倍主排氣支管(4)的入口直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統(tǒng)，其特征在于，所述下置式次級排氣支管(9)的出、入口分別連接次級排氣管下管段(7)和主排氣支管(4)，下置式次級排氣支管(9)的軸線與所在氣缸主排氣支管(4)的軸線方向一致，下置式次級排氣支管(9)的入口到主排氣支管(4)的入口的距離是0. I 0. 5倍主排氣支管(4)的入口直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的一種模件式二級排氣管系渦輪增壓系統(tǒng)，其特征在于，所述上置式次級排氣支管(8)和下置式次級排氣支管(9)與主排氣支管(4)的入口截面積比值范圍為0. 05 0.4，所述主排氣支管(4)與主排氣管段(5)組合成主排氣管，上置式次級排氣支管(8)、下置式次級排氣支管(9)、次級排氣管上管段￠)、次級排氣管下管段(7)組合成次級排氣管，主排氣管出口連接混合器主管(10)的入口，次級排氣管的出口連接混合器次管(11)的入口，混合器主管(10)的出口與渦輪入口相連。
全文摘要
一種內(nèi)燃機技術(shù)領(lǐng)域的模件式二級排氣管系渦輪增壓系統(tǒng)，包括上置式排氣管段、下置式排氣管段、混合器，上置式排氣管段、下置式排氣管段和混合器組成二級排氣管系，上置式排氣管段或下置式排氣管段由主排氣支管、主排氣管段、次級排氣管段與上置式次級排氣支管或下置式次級排氣支管固結(jié)而成，次級排氣管段由上管段與下管段構(gòu)成，混合器由混合器主管和混合器次管固結(jié)而成，主排氣支管與主排氣管段組合成主排氣管，上置式次級排氣支管、下置式次級排氣支管、次級排氣管段組合成次級排氣管。在掃氣階段，次級排氣管起隔離作用，降低干擾，排氣門大開度時，主排氣管是排氣主要通道，提高排氣能量利用效率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，可模件式生產(chǎn)。
文檔編號F01N13/08GK102705052SQ201210188698
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者吳娜, 徐洋, 王希波, 解鵬, 邱緒云, 郭振 申請人:山東交通學院