The invention discloses a waste heat utilization device of a turbo-composite internal combustion engine and its control method, including a controller, a steam generator, an electronic control valve, a compressor and an intercooler connected sequentially with the intake port of an internal combustion engine, and the exhaust port of the internal combustion engine is sequentially connected with the intake port of a turbocharged turbine and a variable geometry power turbine. The output end of the power turbine is connected in turn with the continuously variable transmission, the hydraulic coupling and the gear pair, and the output end of the gear pair is connected with the crankshaft drive of the internal combustion engine; the outlet of the variable geometry power turbine is connected with the steam generator for heat transfer, and the outlet of the steam generator is connected with the turbocharged turbine through an electrically controlled valve. The controller is connected with a load sensor, an electronic control valve, a variable geometry power turbine and a continuously variable transmission circuit in an internal combustion engine. The invention can recover more exhaust energy, significantly improve the performance of the turbine composite internal combustion engine under all operating conditions, improve the thermal efficiency of the engine at medium and high loads, and reduce fuel consumption.
【技术实现步骤摘要】
一种涡轮复合内燃机余热利用装置及其控制方法
专利技术属于内燃机热力循环领域,尤其涉及一种涡轮复合内燃机余热利用装置及其控制方法。
技术介绍
国内外众多科研机构均开展了内燃机余热利用研究,当前,余热利用的主要技术方案包括朗肯循环、涡轮复合。(1)朗肯循环余热利用朗肯循环的基本原理如图1所示,在内燃机排气管中外接朗肯循环系统,高温排气在蒸发器加热工质使之气化,然后工质在膨胀机中做功发电,膨胀后的工质经冷凝器和气液分离器后,工质在泵中加压,然后再回到蒸发器中吸收排气热量,完成一个完整的朗肯循环。尽管朗肯循环余热回收效果显著,但系统较为复杂,体积较大、成本较高,有机工质价格较高,并且面临泄露的难题。因此要实现有机朗肯循环在车用内燃机上的应用,还需解决这些难题。(2)涡轮复合典型涡轮复合内燃机的结构如图2所示,在内燃机增压涡轮下游串联一级动力涡轮,使排气在动力涡轮中进一步膨胀做功,动力涡轮功率通过齿轮和液力偶合器传到内燃机曲轴,增加发动机功率输出,降低油耗。涡轮复合系统相对简单,结构紧凑,增加成本低,目前已被成功应用于重型柴油机中。涡轮复合技术由于在排气中增加了一级动力涡轮,内燃机的排气背压显著提高,泵气功损失严重,因此对内燃机热力循环效率产生负面影响,制约了涡轮复合技术的节油潜力。此外,车用内燃机工况变化复杂,涡轮复合内燃机的工况适应能力较差,在低转速工况下燃油改善不明显。目前,涡轮复合研究中主要通过排气在动力涡轮中膨胀获得回收能量,提高幅值有限。原因在于气体在动力涡轮膨胀后的温度依然较高,排气余热能未被充分利用,进一步提高动力涡轮膨胀比则导致内燃机排气背压过高, ...
【技术保护点】
1.一种涡轮复合内燃机余热利用装置,其特征在于,包括:控制器(14)、蒸汽发生器、电控阀门(12)、依次连接内燃机(8)进气口的压气机(10)和中冷(9)器,所述内燃机(8)排气口依次连接增压涡轮(11)和可变几何动力涡轮(4)的进气口,所述可变几何动力涡轮(4)的输出端依次连接无级变速器(5)、液力偶合器(6)和齿轮对(7),所述齿轮对(7)的输出端与内燃机(8)曲轴驱动连接;所述可变几何动力涡轮(4)的出气口连接所述蒸汽发生器进行换热,所述蒸汽发生器的出气口通过电控阀门(12)连接所述增压涡轮(11)进气口;所述控制器(14)分别与内燃机(8)内的负荷传感器、电控阀门(12)、可变几何动力涡轮(4)和无级变速器(5)电路连接,用于根据所检测的内燃机(8)负荷信号对电控阀门(2)的开关状态、可变几何动力涡轮(4)的开度和无级变速器(5)减速比进行协同控制。
【技术特征摘要】
1.一种涡轮复合内燃机余热利用装置,其特征在于,包括:控制器(14)、蒸汽发生器、电控阀门(12)、依次连接内燃机(8)进气口的压气机(10)和中冷(9)器,所述内燃机(8)排气口依次连接增压涡轮(11)和可变几何动力涡轮(4)的进气口,所述可变几何动力涡轮(4)的输出端依次连接无级变速器(5)、液力偶合器(6)和齿轮对(7),所述齿轮对(7)的输出端与内燃机(8)曲轴驱动连接;所述可变几何动力涡轮(4)的出气口连接所述蒸汽发生器进行换热,所述蒸汽发生器的出气口通过电控阀门(12)连接所述增压涡轮(11)进气口;所述控制器(14)分别与内燃机(8)内的负荷传感器、电控阀门(12)、可变几何动力涡轮(4)和无级变速器(5)电路连接,用于根据所检测的内燃机(8)负荷信号对电控阀门(2)的开关状态、可变几何动力涡轮(4)的开度和无级变速器(5)减速比进行协同控制。2.根据权利要求1所述的一种涡轮复合内燃机余热利用装置,其特征在于,所述的电控阀门(12)为常闭阀门。3.根据权利要求1所述的一种涡轮复合内燃机余热利用装置,其特征在于,所述的蒸汽发生器包括水箱(1)、水泵(2)、换热器(3)、蒸汽储存罐(13),所述的水箱(1)通过管路依次连接水泵(2)、换热器(3)、蒸汽储存罐(13)、电控阀门(12),所述可变几何动力涡轮(4)的出气口连接所述换热器(3)进...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵荣超,李巍华,诸葛伟林,张扬军,
申请(专利权)人:华南理工大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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