内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置，内燃机具有高压级涡轮和低压级涡轮，该流动控制装置包括：压力传感器，用于检测高压级涡轮的进气口和/或低压涡轮的进气口的瞬时压力；旁通阀，与低压级涡轮并联连接；控制器，用于在高压级涡轮的进气口和/或低压级涡轮的进气口的瞬时压力低于第一压力阈值时，发送开启旁通阀的控制信号至执行器，以及在高压级涡轮的进气口和/或低压级涡轮的进气口的瞬时压力高于第二压力阈值时，发送关闭旁通阀的控制信号至执行器；执行器，用于根据控制信号控制旁通阀开启或关闭。本发明专利技术的装置能够提高两级涡轮系统对内燃机脉冲排气能量的利用率，从而提高系统总利用率，改善燃油经济性。

【技术实现步骤摘要】
内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置
本专利技术涉及内燃机和叶轮机械
，特别涉及一种内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置。
技术介绍
节能减排的需求推动着内燃机技术的不断发展，其中，内燃机涡轮增压技术是提高传统内燃机效率、降低能源消耗的关键技术。涡轮增压技术通过涡轮回收发动机排气能量，对发动机进气进行压缩，提高了发动机的功率密度和动力性能，国际各大汽车公司均致力于增压技术的研发。发动机缩小排量和变工况性能的要求使增压技术从最初的固定几何涡轮增压，发展到废气旁通涡轮技术、变几何涡轮技术及两级涡轮增压技术。除涡轮增压技术以外，涡轮复合技术也是降低发动机油耗的重要技术之一。在涡轮复合技术中，动力涡轮与增压涡轮串联布置，动力涡轮回收的排气能量用于发电或者输出到发动机曲轴，从而实现发动机排气能量的充分利用。由此可见，两级涡轮系统在内燃机上的应用将越加广泛，提高两级涡轮系统的整体效率将对内燃机的节能减排有重大贡献。目前，内燃机与两级涡轮系统的协同工作存在一个重要问题。由于内燃机为往复式发动机，其排气为脉冲式排气，其压力、温度均随排气门的快速开启和关闭而大幅度变化，这对基于稳态工况设计的两级涡轮性能产生巨大的影响。通过研究发现，当压力波波峰传播到涡轮前时，两级涡轮均运行在较高效率点工况；当压力波波谷传播到涡轮前时，由于两级涡轮的膨胀比均比较低，导致两级涡轮的效率均产生显著下降。传统的涡轮控制技术，包括废气旁通和变几何涡轮技术等，其调整是基于发动机工况的变化，如发动机转速、负荷等，当发动机工况固定时，则不需要对涡轮进行控制。然而，尽管发动机工况固定，涡轮前的气流状态仍然是脉动的，因此废气旁通、变几何涡轮等技术不能克服发动机脉冲排气所带来的负面影响。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置，该装置能够提高两级涡轮系统对内燃机脉冲排气能量的利用率，从而提高系统总利用率，改善燃油经济性。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提出了一种内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置，其中，所述内燃机为两级增压内燃机或涡轮复合内燃机，具有高压级涡轮和低压级涡轮，所述两级涡轮脉冲流动控制装置包括：压力传感器，所述压力传感器用于检测所述高压级涡轮的进气口的瞬时压力和/或所述低压涡轮的进气口的瞬时压力；旁通阀，所述旁通阀与所述低压级涡轮并联连接；控制器，所述控制器与所述压力传感器相连，用于在所述高压级涡轮的进气口的瞬时压力和/或所述低压级涡轮的进气口的瞬时压力低于第一压力阈值时，发送开启所述旁通阀的控制信号至执行器，以及在所述高压级涡轮的进气口的瞬时压力和/或所述低压级涡轮的进气口的瞬时压力高于第二压力阈值时，发送关闭所述旁通阀的控制信号至所述执行器；以及所述执行器，分别与所述控制器和所述旁通阀相连，用于根据所述控制器发送的控制信号控制所述旁通阀开启或关闭。根据本专利技术实施例的内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置，两级涡轮为串联布置，低压级涡轮并联连接一个快速响应的旁通阀，该旁通阀可根据内燃机气缸排气脉冲压力值的大小快速开启或关闭，动态调整两级涡轮的负荷分配，实现对脉冲排气能量利用的最大化。例如当气缸瞬时排气压力低于第一压力阈值时，控制旁通阀立即开启，使排气能量主要分配到高压级涡轮，避免其由于负荷过低而导致效率下降；当气缸瞬时排气压力大于第二压力阈值时，控制旁通阀立即关闭，此时排气能量合理地分配到两级涡轮中，使两级涡轮均达到较高的效率。因此，该装置可显著提高两级涡轮系统对内燃机脉冲排气能量的利用率，从而提高系统总效率，改善燃油经济性。另外，根据本专利技术上述实施例的内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述压力传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器设置在所述高压级涡轮的进气口，所述第二压力传感器设置在所述低压级涡轮的进气口。在一些示例中，所述内燃机的排气口输出周期性变化的脉冲气流。在一些示例中，所述旁通阀的开启或关闭频率与所述内燃机输出的脉冲气流的频率一致。在一些示例中，所述内燃机为往复式活塞发动机。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置的结构示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的旁通阀开度的控制方法示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的旁通阀控制方法对两级涡轮膨胀比影响的示意图；图4是根据本专利技术一个实施例的旁通阀控制方法对高压级涡轮瞬时效率的影响示意图；图5是根据本专利技术一个实施例的旁通阀控制方法对低压级涡轮瞬时效率的影响示意图；以及图6是根据本专利技术一个实施例的旁通阀控制方法对两级涡轮总功率输出的影响示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。以下结合附图描述根据本专利技术实施例的内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置。图1是根据本专利技术一个实施例的内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置的结构示意图。其中，内燃机为往复式活塞内燃机，包括依次相连的内燃机气缸1、高压级涡轮2和低压级涡轮3。具体地，高压级涡轮2的进气口与内燃机气缸1的出气口相连，低压级涡轮3的进气口与高压级涡轮2的出气口相连。换言之，即高压级涡轮2和低压级涡轮3串联连接。内燃机气缸1的出气口输出周期性变化的脉冲气流，会对高压级涡轮2及低压级涡轮3的性能产生巨大影响，使其性能恶化。如图1所示，该两级涡轮脉冲流动控制装置包括：压力传感器10(图中未示出)、旁通阀4、控制器6和执行器5。压力传感器10用于检测高压级涡轮2的进气口的瞬时压力和/或低压涡轮3的进气口的瞬时压力。具体地，在本专利技术的一个实施例中，如图1所示，压力传感器10包括第一压力传感器7和第二压力传感器8。其中，第一压力传感器7设置在高压级涡轮2的进气口，用于检测高压级涡轮2的进气口的瞬时压力。第二压力传感器8设置在低压级涡轮3的进气口，用于检测低压级涡轮3的进气口的瞬时压力。在一些示例中，压力传感器10还可以包括第三压力传感器9，如图1所示，第三压力传感器9设置在低压级涡轮3的出气口，用于检测低压级涡轮3的出气口的瞬时压力。控制器6根据第一压力传感器7、第二压力传感器8和第三压力传感器9的检测值决定旁通阀4的开启或关闭，这样，可以提高控制精确度。需要说明的是，出于降低系统复杂性和成本的考虑，第三压力传感器9也可以去除。旁通阀4与低压级涡轮3并联连接，例如图1所示。控制器6与压力传感器10相连，更为具体地，控制器6分别与第一压力传感器7和第二压力传感器8相连，用于在高压级涡轮2的进气口的瞬时压力和/或低压级涡轮3的进气口的瞬时压力低于第一压力阈值时，发送开启旁通阀4的控制信号至执行器5，以及在高压级涡轮2的进气口的瞬时压力和/或低压级涡轮3的进气口的瞬时压力高于第二压力阈值时，发送关闭旁通阀4的控制信号至执行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置，其特征在于，所述内燃机为两级增压内燃机或涡轮复合内燃机，具有高压级涡轮和低压级涡轮，所述两级涡轮脉冲流动控制装置包括：压力传感器，所述压力传感器用于检测所述高压级涡轮的进气口的瞬时压力和/或所述低压涡轮的进气口的瞬时压力；旁通阀，所述旁通阀与所述低压级涡轮并联连接；控制器，所述控制器与所述压力传感器相连，用于在所述高压级涡轮的进气口的瞬时压力和/或所述低压级涡轮的进气口的瞬时压力低于第一压力阈值时，发送开启所述旁通阀的控制信号至执行器，以及在所述高压级涡轮的进气口的瞬时压力和/或所述低压级涡轮的进气口的瞬时压力高于第二压力阈值时，发送关闭所述旁通阀的控制信号至所述执行器；以及所述执行器，分别与所述控制器和所述旁通阀相连，用于根据所述控制器发送的控制信号控制所述旁通阀开启或关闭。

【技术特征摘要】
1.一种内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置，其特征在于，所述内燃机为两级增压内燃机或涡轮复合内燃机，具有高压级涡轮和低压级涡轮，所述两级涡轮脉冲流动控制装置包括：压力传感器，所述压力传感器用于检测所述高压级涡轮的进气口的瞬时压力和/或所述低压涡轮的进气口的瞬时压力；旁通阀，所述旁通阀与所述低压级涡轮并联连接；控制器，所述控制器与所述压力传感器相连，用于在所述高压级涡轮的进气口的瞬时压力和/或所述低压级涡轮的进气口的瞬时压力低于第一压力阈值时，发送开启所述旁通阀的控制信号至执行器，以及在所述高压级涡轮的进气口的瞬时压力和/或所述低压级涡轮的进气口的瞬时压力高于第二压力阈值时，发送关闭所述旁通阀的控制信号至所述执行...

【专利技术属性】
技术研发人员：张扬军，赵荣超，诸葛伟林，杨名洋，李楠，李志刚，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11