一種有機(jī)朗肯循環(huán)和電力雙驅(qū)動的內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，尤其是涉及一種有機(jī)朗肯循環(huán)和電力雙驅(qū)動的內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前研究表明，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒岙?dāng)量僅占燃料燃燒發(fā)熱量的30?45%(柴油發(fā)動機(jī))或20?30% (汽油發(fā)動機(jī))。內(nèi)燃機(jī)廢熱能量約占燃料燃燒總能量的40%，其中大多數(shù)熱量，以缸套水余熱、潤滑油余熱和排氣余熱等形式排入大氣中。如果能夠?qū)⑦@部分能量進(jìn)行回收利用，對提高發(fā)動機(jī)能量的利用率和減少環(huán)境污染具有重要意義。
[0003]通過提高內(nèi)燃機(jī)助燃空氣的壓力來增加輸出功率，是一種提高內(nèi)燃機(jī)性能的有效措施。提高空氣進(jìn)氣壓力可增大進(jìn)入氣缸的空氣密度，使進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣量增加。這樣可以燃燒更多的燃料，從而可以大幅度地提高效率，還能改善內(nèi)燃機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性。按內(nèi)燃機(jī)增壓器的驅(qū)動方式，增壓器主要包括機(jī)械增壓器、廢氣渦輪增壓器等。
[0004]機(jī)械增壓由內(nèi)燃機(jī)曲軸通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動空氣壓縮機(jī)進(jìn)行增壓。驅(qū)動空氣壓縮機(jī)要消耗內(nèi)燃機(jī)一部分功率，而所耗功率又隨增壓壓力的提高而迅速增加，這就使得內(nèi)燃機(jī)燃料消耗量增加。因此，這種增壓方法只適用于低增壓內(nèi)燃機(jī)，目前已很少采用。
[0005]廢氣渦輪增壓利用內(nèi)燃機(jī)的排氣能量推動渦輪增壓器的渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪驅(qū)動與其同軸的空氣壓縮機(jī)向內(nèi)燃機(jī)提供一定壓力的空氣。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器后可在不增加內(nèi)燃機(jī)排量的基礎(chǔ)上，將內(nèi)燃機(jī)的功率及扭矩增大20?30%。這是目前應(yīng)用最廣的一種增壓方法。但是，廢氣渦輪增壓器仍然存在以下幾個方面的不足:首先，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動或者內(nèi)燃機(jī)工況發(fā)生變化時，由于油門的開啟速度略快于發(fā)動機(jī)的動力輸出速度，所以存在“渦輪遲滯”，使得內(nèi)燃機(jī)變工況運(yùn)行的性能欠佳；其次，內(nèi)燃機(jī)尾氣從汽缸中被排出后需要推動渦輪，增大了尾氣在排氣管道中的阻力，增加了排氣背壓，對內(nèi)燃機(jī)的輸出性能不利；最后，由于內(nèi)燃機(jī)尾氣的排氣溫度較高，渦輪容易損壞，維護(hù)保養(yǎng)要求較高。
[0006]為了提高內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱能的利用率以及彌補(bǔ)機(jī)械增壓和渦輪增壓器的不足，本發(fā)明提出一種新的雙驅(qū)動內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種節(jié)能高效、提高利用率、結(jié)構(gòu)簡單，方式可調(diào)的有機(jī)朗肯循環(huán)和電力雙驅(qū)動的內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0009]—種有機(jī)朗肯循環(huán)和電力雙驅(qū)動的內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)，用以對空氣加壓并輸送到內(nèi)燃機(jī)中，該系統(tǒng)包括:
[0010]增壓器裝置:與內(nèi)燃機(jī)氣缸的進(jìn)氣門連接，為內(nèi)燃機(jī)提供高壓空氣；
[0011]有機(jī)朗肯循環(huán)裝置:與內(nèi)燃機(jī)氣缸的出氣門連接，接收內(nèi)燃機(jī)高溫尾氣的熱能作為熱源，并將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出；
[0012]電力驅(qū)動裝置:接收有機(jī)朗肯循環(huán)裝置輸出的機(jī)械能并將其轉(zhuǎn)化為電能來驅(qū)動增壓器裝置；
[0013]驅(qū)動調(diào)控裝置:分別與增壓器裝置、有機(jī)朗肯循環(huán)裝置和電力驅(qū)動裝置連接，用以調(diào)控有機(jī)朗肯循環(huán)裝置和電力驅(qū)動裝置對增壓器裝置的驅(qū)動方式；
[0014]分別與增壓器裝置、有機(jī)朗肯循環(huán)裝置、電力驅(qū)動裝置和驅(qū)動調(diào)控裝置連接，用以調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的運(yùn)行。
[0015]所述的增壓器裝置包括空氣過濾器、空氣壓縮機(jī)和冷卻器，所述的空氣過濾器、空氣壓縮機(jī)、冷卻器和內(nèi)燃機(jī)氣缸的進(jìn)氣門依次連接，所述的空氣壓縮機(jī)通過驅(qū)動調(diào)控裝置分別與有機(jī)朗肯循環(huán)裝置和電力驅(qū)動裝置連接，所述的空氣壓縮機(jī)與控制器連接。
[0016]所述的有機(jī)朗肯循環(huán)裝置包括儲液罐、工質(zhì)栗、蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、冷凝器和冷卻回路，所述的儲液罐、工質(zhì)栗、蒸發(fā)器、膨脹機(jī)和冷凝器通過不銹鋼管道依次連接形成工質(zhì)循環(huán)回路，所述的工質(zhì)循環(huán)回路內(nèi)充注ORC有機(jī)工質(zhì)，所述的膨脹機(jī)的輸出端與驅(qū)動調(diào)控裝置連接，所述的冷凝器和冷卻回路連接，所述的蒸發(fā)器與內(nèi)燃機(jī)氣缸的出氣門連接，所述的工質(zhì)栗和膨脹機(jī)分別與控制器連接。
[0017]所述的電力驅(qū)動裝置包括發(fā)電機(jī)、儲電設(shè)備、電動機(jī)和電動機(jī)調(diào)速器組成，所述的驅(qū)動調(diào)控裝置、發(fā)電機(jī)、儲電設(shè)備、電動機(jī)和空氣壓縮機(jī)依次連接，所述的電動機(jī)調(diào)速器和發(fā)電機(jī)分別與控制器連接。
[0018]所述的驅(qū)動調(diào)控裝置的驅(qū)動方式包括有機(jī)朗肯循環(huán)裝置單獨(dú)驅(qū)動、電力驅(qū)動裝置單獨(dú)驅(qū)動以及有機(jī)朗肯循環(huán)裝置和電力驅(qū)動裝置混合驅(qū)動。
[0019]所述的有機(jī)朗肯循環(huán)裝置為回?zé)嵝陀袡C(jī)朗肯循環(huán)裝置，所述的回?zé)嵝陀袡C(jī)朗肯循環(huán)裝置內(nèi)部設(shè)有回?zé)崞鳌?br>[0020]所述的空氣壓縮機(jī)的數(shù)量為一臺或多臺，多臺空氣壓縮機(jī)(2)通過并聯(lián)或串聯(lián)的方式運(yùn)行。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022]—、節(jié)能高效:本發(fā)明與廣泛應(yīng)用的渦輪增壓器相比，提高了內(nèi)燃機(jī)的動力輸出性能和效率，通過采用ORC和電力雙驅(qū)動增壓的方式可避免渦輪增壓器的“遲滯效應(yīng)”，并通過ORC系統(tǒng)吸收尾氣廢熱能可降低內(nèi)燃機(jī)的排氣溫度，進(jìn)而對后續(xù)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化。
[0023]二、提高利用率:本發(fā)明的ORC系統(tǒng)與電力雙驅(qū)動內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)的動力全部來自內(nèi)燃機(jī)排放的尾氣廢熱能，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)尾氣余熱的綜合利用，并且通過改變空氣壓縮機(jī)的串并聯(lián)的連接關(guān)系和運(yùn)行方式，提高了內(nèi)燃機(jī)總能量的綜合利用效率。
[0024]三、結(jié)構(gòu)簡單，方式可調(diào):本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，構(gòu)造簡單，并且能夠通過驅(qū)動調(diào)控裝置調(diào)節(jié)驅(qū)動的方式，能夠適應(yīng)不同的驅(qū)動要求，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
【附圖說明】
[0025]圖1為實(shí)施例1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為實(shí)施例2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為實(shí)施例3的系統(tǒng)中空氣壓縮機(jī)串聯(lián)設(shè)置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為實(shí)施例3的系統(tǒng)中空氣壓縮機(jī)并聯(lián)設(shè)置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖5為實(shí)施例3的系統(tǒng)中空氣壓縮機(jī)通過閥門切換串并聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]其中，1、空氣過濾器，2、空氣壓縮機(jī)，3、冷卻器，4、內(nèi)燃機(jī)，5、高溫尾氣，6、驅(qū)動調(diào)控裝置，7、電動機(jī)，8、電動機(jī)調(diào)速器，9、儲電設(shè)備，10、發(fā)電機(jī)，11、蒸發(fā)器，12、膨脹機(jī)，13、冷凝器，14、儲液罐，15、工質(zhì)栗，16、冷卻回路，17、回?zé)崞鳎?8、第一閥門，19、第二閥門，20、第三閥門。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0032]實(shí)施例1:
[0033]如圖1所示，在本實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)4至少包括一個氣缸，每個汽缸至少有一個進(jìn)氣門和一個排氣門，本發(fā)明主要包括增壓器裝置、ORC裝置、電力驅(qū)動裝置、控制器以及驅(qū)動調(diào)控裝置。
[0034]增壓器裝置主要包括空氣過濾器1、空氣壓縮機(jī)2和空氣冷卻器3。外界的空氣首先通過空氣過濾器I除塵凈化，然后經(jīng)空氣壓縮機(jī)2壓縮至一定的壓力，經(jīng)空氣冷卻器3冷卻后，最后進(jìn)入