專利名稱：汽油發(fā)動機的廢熱再利用復(fù)合式增壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種廢熱再利用復(fù)合式增壓裝置，其應(yīng)用于汽油發(fā)動機。
技術(shù)背景 隨著汽車產(chǎn)銷量的快速增長，石油等能源消耗和大氣污染的問題越來越受到世界各國的重視，同時我國也在近幾年提出了“節(jié)能減排”和“建設(shè)能源節(jié)約型社會”的口號。而發(fā)動機作為汽車的核心部件，其燃料的利用效率更是直接關(guān)系到汽車的能源消耗和廢氣排放等問題，先進的發(fā)動機技術(shù)在汽車節(jié)能、環(huán)保技術(shù)開發(fā)中起著關(guān)鍵的決定性的作用。目前，我國現(xiàn)有乘用轎車大多采用強制水冷系統(tǒng)，雖然可以有效降溫，但散熱器散發(fā)到環(huán)境中的熱量卻不能很好的利用起來，存在一定程度上的能量浪費現(xiàn)象。而且現(xiàn)有增壓裝置中的渦輪增壓有遲滯現(xiàn)象，機械增壓雖響應(yīng)較快但本身也需要消耗一部分能量，不能產(chǎn)生特別強大的動力，尤其是在高轉(zhuǎn)速時，會產(chǎn)生大量的摩擦從而影響到發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提聞，并且噪首大。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種汽油發(fā)動機的廢熱再利用復(fù)合式增壓裝置，該復(fù)合式增壓裝置能夠?qū)Πl(fā)動機廢熱進行有效利用，極大地提高汽油發(fā)動機的動カ性能以及燃油經(jīng)濟性，提高了燃油發(fā)動機的高速性能、加速性能。為實現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本實用新型將采取以下的技術(shù)方案一種汽油發(fā)動機的廢熱再利用復(fù)合式增壓裝置，包括廢氣渦輪增壓裝置以及機械增壓裝置，還包括與廢氣渦輪增壓裝置并行設(shè)置的廢熱增壓循環(huán)裝置；所述機械增壓裝置分別通過電磁離合器與廢氣渦輪增壓裝置、廢熱增壓循環(huán)裝置相串聯(lián)；所述廢熱增壓循環(huán)裝置包括廢熱吸收再利用裝置、蒸汽增壓器以及ー級增壓器；所述廢氣渦輪增壓裝置包括廢氣渦輪增壓器以及ニ級增壓器；所述廢熱吸收再利用裝置為熱交換器，該熱交換器的熱側(cè)通道進ロ與汽油發(fā)動機的散熱器連接，而熱交換器的冷側(cè)通道中輸入冷源，且熱交換器的冷側(cè)通道出ロ與蒸汽增壓器的進氣ロ連接，而蒸汽增壓器的動カ輸出端通過第一增壓轉(zhuǎn)軸與ー級增壓器剛性連接，蒸汽增壓器的排氣ロ通過排氣循環(huán)管與熱交換器的冷側(cè)通道進ロ連通，且該排氣循環(huán)管上安裝氣壓控制調(diào)節(jié)器；所述廢氣渦輪增壓裝置包括廢氣渦輪增壓器以及ニ級增壓器，廢氣渦輪增壓器的進氣ロ通過廢氣輸送管與汽油發(fā)動機的廢氣排ロ連接，而廢氣渦輪增壓器的動カ輸出端通過第二增壓轉(zhuǎn)軸與ニ級增壓器剛性連接；ー級增壓器與氣源連通，而ニ級增壓器通過連通氣管與一級增壓器相連通，同時ニ級增壓器的排氣ロ通過管道與汽油發(fā)動機的油缸連接。所述蒸汽增壓器、一級增壓器、廢氣渦輪增壓器、ニ級增壓器均包括腔室以及安裝在腔室中的葉輪機構(gòu)。所述機械增壓裝置的動カ輸出軸與第二增壓轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置，且機械增壓裝置的動力輸出軸與第二增壓轉(zhuǎn)軸之間安裝電磁離合器；而機械增壓裝置的動カ輸出軸通過萬向傳動裝置與第一增壓轉(zhuǎn)軸連接，且該萬向傳動裝置與機械增壓裝置的動カ輸出軸之間安裝另ー個電磁離合器。所述氣壓控制調(diào)節(jié)器包括用于檢測排氣循環(huán)管內(nèi)氣壓的壓カ傳感器以及根據(jù)壓力傳感器所反饋壓カ值控制啟閉的閥門。所述冷源為臨界于蒸發(fā)的水-低壓水蒸氣混合物。根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)以下的有益效果本實用新型所述的增壓系統(tǒng)采用廢氣渦輪增壓、廢熱增壓循環(huán)裝置以及機械增壓三種方式，因此，一方面可以利用發(fā)動機排出的廢氣作為廢氣渦輪增壓裝置的啟動力，另ー方面還可以采用發(fā)動機工作過程中所產(chǎn)生的廢熱作為廢熱增壓循環(huán)裝置的啟動力，同吋，配置了由發(fā)動機曲軸驅(qū)動的機械增壓系統(tǒng)，由此可知本實用新型能夠有效地利用發(fā)動機在運行過程中所產(chǎn)生的廢熱，有效地提高了發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性。另外，本實用新型采用ニ級增壓方式，可以有效地提高發(fā)動機壓縮比，從而提高發(fā)動機功率?！?br>
圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1.廢氣輸送管，2.廢氣渦輪增壓器，3.廢氣排氣管，4.水蒸氣排氣循環(huán)管，
5.氣壓控制調(diào)節(jié)器，6.散熱器，7.廢熱吸收再利用裝置，8.水蒸氣進氣循環(huán)管，9.蒸汽增壓器，10.第一增壓轉(zhuǎn)軸，11.增壓進氣管，12. —級增壓器，13.連通氣管，14.萬向傳動裝置，15. ニ級增壓器，16.電磁離合器，17.機械增壓器，18.發(fā)動機進氣管。
具體實施方式
附圖非限制性地公開了本實用新型所涉及優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以下將結(jié)合附圖詳細地說明本實用新型的技術(shù)方案。如圖I所示，本實用新型所述汽油發(fā)動機的廢熱再利用復(fù)合式增壓裝置，包括廢氣渦輪增壓裝置、機械增壓裝置以及與廢氣渦輪增壓裝置并行設(shè)置的廢熱增壓循環(huán)裝置；所述機械增壓裝置分別通過電磁離合器16與廢氣渦輪增壓裝置、廢熱增壓循環(huán)裝置相串聯(lián)；所述廢熱增壓循環(huán)裝置包括廢熱吸收再利用裝置7、蒸汽增壓器9以及ー級增壓器12 ；所述廢氣渦輪增壓裝置包括廢氣渦輪增壓器2以及ニ級增壓器15 ;所述廢熱吸收再利用裝置7為熱交換器，該熱交換器的熱側(cè)通道進ロ與汽油發(fā)動機的散熱器6連接，而熱交換器的冷側(cè)通道中輸入冷源，所述冷源為臨界于蒸發(fā)的水-低壓水蒸氣混合物，且熱交換器的冷側(cè)通道出口與蒸汽增壓器9的進氣ロ連接，而蒸汽增壓器9的動カ輸出端通過第一增壓轉(zhuǎn)軸10與一級增壓器12剛性連接，蒸汽增壓器9的排氣ロ通過排氣循環(huán)管與熱交換器的冷側(cè)通道進ロ連通，且該排氣循環(huán)管上安裝氣壓控制調(diào)節(jié)器5，該氣壓控制調(diào)節(jié)器5包括用于檢測排氣循環(huán)管內(nèi)氣壓的壓カ傳感器以及根據(jù)壓カ傳感器所反饋壓カ值自動控制啟閉的閥門；所述廢氣渦輪增壓裝置包括廢氣渦輪增壓器2以及ニ級增壓器15，廢氣渦輪增壓器2的進氣ロ通過廢氣輸送管I與汽油發(fā)動機的廢氣排ロ連接，而廢氣渦輪增壓器2的動カ輸出端通過第二增壓轉(zhuǎn)軸與ニ級增壓器15剛性連接；一級增壓器12通過增壓進氣管11與氣源連通，而ニ級增壓器15通過連通氣管13與一級增壓器12相連通，同時ニ級增壓器15的排氣ロ通過發(fā)動機進氣管18與汽油發(fā)動機的油缸連接。[0017]本實用新型中，所述蒸汽增壓器9、一級增壓器12、廢氣渦輪增壓器2、ニ級增壓器15均包括腔室以及安裝在腔室中的葉輪機構(gòu)，其中，蒸汽增壓器9、廢氣渦輪增壓器2中的葉輪機構(gòu)為渦輪機構(gòu)，而ー級增壓器12、ニ級增壓器15中的葉輪機構(gòu)則為泵輪機構(gòu)。所述機械增壓裝置的動カ輸出軸與第二增壓轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置，且機械增壓裝置的動カ輸出軸與第ニ增壓轉(zhuǎn)軸之間安裝電磁離合器16 ;而機械增壓裝置的動カ輸出軸通過萬向傳動裝置14與第一增壓轉(zhuǎn)軸10連接，且該萬向傳動裝置14與機械增壓裝置的動カ輸出軸之間安裝另一個電磁離合器16。本實用新型通過發(fā)動機工作時排出的廢氣推動廢氣渦輪增壓器2內(nèi)的渦輪轉(zhuǎn)動，從而帶動ニ級增壓器15內(nèi)的泵輪轉(zhuǎn)動進行ニ級增壓，即EGR。機械增壓裝置工作吋，由發(fā)動機的曲軸通過傳動裝置帶動機械增壓器17內(nèi)的渦輪進行轉(zhuǎn)動，從而帶動ー級增壓器12和ニ級增壓器15內(nèi)的泵輪轉(zhuǎn)動進行增壓。其中，廢熱增壓循環(huán)裝置與廢氣渦輪增壓裝置為并行連接，同時廢熱增壓循環(huán)裝置又通過萬向傳動裝置14和廢氣渦輪增壓裝置一起通過電磁離合器16與機械增壓裝置串聯(lián)，從而整體上形成復(fù)合式增壓系統(tǒng)。汽車起步至低速小負荷狀態(tài)這ー過程中，由于發(fā)動機散熱器6溫度不高且汽車尾部排出的廢氣溫度(能量)也不高，所以廢熱增壓循環(huán)裝置和渦輪增壓系統(tǒng)均起不到很好的增壓效果，會使發(fā)動機增壓遲滯，故此時應(yīng)通過電磁離合器16控制傳動軸結(jié)合，使機械增壓器17發(fā)揮增壓作用，對進氣管進入的氣體進行一、ニ級增壓工作，提高發(fā)動機功率。汽車(中)高速(中)大負荷工作狀態(tài)中，由于摩擦等作用會使機械增壓器17限制發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提升和功率的提高，所以此時應(yīng)控制電磁離合器16使傳動軸分離，從而使廢熱增壓循環(huán)裝置起到一級增壓作用，廢氣渦輪增壓系統(tǒng)起到ニ級增壓作用。通過兩級增壓后進氣量提聞，進而提聞了發(fā)動機功率。冷源的氣體壓力(水蒸氣排氣循環(huán)管4處)原本低于廢熱吸收再利用裝置7、水蒸氣進氣循環(huán)管8處的壓力，但當積聚一定量后，氣壓也會逐漸變大，然后氣壓控制調(diào)節(jié)器5的閥門打開，氣體進入廢熱吸收再利用裝置7，廢熱吸收再利用裝置7處溫度由于熱傳導(dǎo)作用，受散熱器6影響，與散熱器6溫度近似相同，溫度較高，由于此時氣體溫度要低于廢熱吸收再利用裝置7處溫度，故氣體受熱膨脹，壓カ増大，進而通過壓差帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動增壓；由于熱量會優(yōu)先向溫度較低處傳遞，散熱器6周圍空氣溫度一般較高，所以集熱操作可有可無，只是在有集熱操作的情況下，利用率更高ー些。這里用隔熱材料將散熱器6與廢熱再利用裝置7封裝在一個密閉空間，這樣熱流失就比較少了。
權(quán)利要求1.一種汽油發(fā)動機的廢熱再利用復(fù)合式增壓裝置，包括廢氣渦輪增壓裝置以及機械增壓裝置，其特征在于，還包括與廢氣渦輪增壓裝置并行設(shè)置的廢熱增壓循環(huán)裝置；所述機械增壓裝置分別通過電磁離合器與廢氣渦輪增壓裝置、廢熱增壓循環(huán)裝置相串聯(lián)；所述廢熱增壓循環(huán)裝置包括廢熱吸收再利用裝置、蒸汽增壓器以及ー級增壓器；所述廢氣渦輪增壓裝置包括廢氣渦輪增壓器以及ニ級增壓器；所述廢熱吸收再利用裝置為熱交換器，該熱交換器的熱側(cè)通道進ロ與汽油發(fā)動機的散熱器連接，而熱交換器的冷側(cè)通道中輸入冷源，且熱交換器的冷側(cè)通道出口與蒸汽增壓器的進氣ロ連接，而蒸汽增壓器的動カ輸出端通過第一增壓轉(zhuǎn)軸與ー級增壓器剛性連接，蒸汽增壓器的排氣ロ通過排氣循環(huán)管與熱交換器的冷側(cè)通道進ロ連通，且該排氣循環(huán)管上安裝氣壓控制調(diào)節(jié)器；所述廢氣渦輪增壓裝置包括廢氣渦輪增壓器以及ニ級增壓器，廢氣渦輪增壓器的進氣ロ通過廢氣輸送管與汽油發(fā)動機的廢氣排ロ連接，而廢氣渦輪增壓器的動カ輸出端通過第二增壓轉(zhuǎn)軸與ニ級增壓器剛性連接；一級增壓器與氣源連通，而ニ級增壓器通過連通氣管與一級增壓器相連通，同時ニ級增壓器的排氣ロ通過管道與汽油發(fā)動機的油缸連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述汽油發(fā)動機的廢熱再利用復(fù)合式增壓裝置，其特征在于所述蒸汽增壓器、一級增壓器、廢氣渦輪增壓器、ニ級增壓器均包括腔室以及安裝在腔室中的葉輪機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述汽油發(fā)動機的廢熱再利用復(fù)合式增壓裝置，其特征在于所述機械增壓裝置的動カ輸出軸與第二增壓轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置，且機械增壓裝置的動カ輸出軸與第ニ增壓轉(zhuǎn)軸之間安裝電磁離合器；而機械增壓裝置的動カ輸出軸通過萬向傳動裝置與第一增壓轉(zhuǎn)軸連接，且該萬向傳動裝置與機械增壓裝置的動カ輸出軸之間安裝另ー個電磁離合器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述汽油發(fā)動機的廢熱再利用復(fù)合式增壓裝置，其特征在于所述氣壓控制調(diào)節(jié)器包括用于檢測排氣循環(huán)管內(nèi)氣壓的壓カ傳感器以及根據(jù)壓カ傳感器所反饋壓カ值控制啟閉的閥門。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述汽油發(fā)動機的廢熱再利用復(fù)合式增壓裝置，其特征在于所述冷源為臨界于蒸發(fā)的水-低壓水蒸氣混合物。
專利摘要本實用新型公開了一種汽油發(fā)動機的廢熱再利用復(fù)合式增壓裝置，包括廢氣渦輪增壓裝置、機械增壓裝置、與廢氣渦輪增壓裝置并行設(shè)置的廢熱增壓循環(huán)裝置；廢熱增壓循環(huán)裝置包括廢熱吸收再利用裝置、蒸汽增壓器、一級增壓器；廢熱吸收再利用裝置為熱交換器，其熱側(cè)通道進口與汽油發(fā)動機的散熱器連接，而冷側(cè)通道中輸入冷源，且熱交換器的冷側(cè)通道出口與蒸汽增壓器的進氣口連接，而蒸汽增壓器的動力輸出端通過第一增壓轉(zhuǎn)軸與一級增壓器剛性連接，蒸汽增壓器的排氣口通過排氣循環(huán)管與熱交換器的冷側(cè)通道進口連通。因此，本實用新型能夠?qū)Πl(fā)動機廢熱進行有效利用，極大地提高汽油發(fā)動機的動力性能以及燃油經(jīng)濟性，提高了燃油發(fā)動機的高速性能、加速性能。
文檔編號F02B41/10GK202659338SQ20122023937
公開日2013年1月9日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者李小龍, 高東 申請人:南京航空航天大學(xué)