一种有机朗肯循环和电力双驱动的内燃机增压系统技术方案

本发明专利技术涉及一种有机朗肯循环和电力双驱动的内燃机增压系统，用以对空气加压并输送到内燃机中，该系统包括：增压器装置：与内燃机气缸的进气门连接，为内燃机提供高压空气；有机朗肯循环装置：与内燃机气缸的出气门连接，接收内燃机高温尾气的热能作为热源，并将其转化为机械能输出；电力驱动装置：接收有机朗肯循环装置输出的机械能并将其转化为电能来驱动增压器装置；驱动调控装置：用以调控有机朗肯循环装置和电力驱动装置对增压器装置的驱动方式；控制器：用以调节整个系统的运行。与现有技术相比，本发明专利技术具有节能高效、提高利用率、结构简单，方式可调等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内燃机领域，尤其是涉及一种有机朗肯循环和电力双驱动的内燃机增压系统。
技术介绍
目前研究表明，内燃机转变为有效功的热当量仅占燃料燃烧发热量的30?45%(柴油发动机)或20?30% (汽油发动机)。内燃机废热能量约占燃料燃烧总能量的40%，其中大多数热量，以缸套水余热、润滑油余热和排气余热等形式排入大气中。如果能够将这部分能量进行回收利用，对提高发动机能量的利用率和减少环境污染具有重要意义。通过提高内燃机助燃空气的压力来增加输出功率，是一种提高内燃机性能的有效措施。提高空气进气压力可增大进入气缸的空气密度，使进入气缸内的空气量增加。这样可以燃烧更多的燃料，从而可以大幅度地提高效率，还能改善内燃机的燃料经济性。按内燃机增压器的驱动方式，增压器主要包括机械增压器、废气涡轮增压器等。机械增压由内燃机曲轴通过传动机构驱动空气压缩机进行增压。驱动空气压缩机要消耗内燃机一部分功率，而所耗功率又随增压压力的提高而迅速增加，这就使得内燃机燃料消耗量增加。因此，这种增压方法只适用于低增压内燃机，目前已很少采用。废气涡轮增压利用内燃机的排气能量推动涡轮增压器的涡轮旋转，涡轮驱动与其同轴的空气压缩机向内燃机提供一定压力的空气。一般而言，加装废气涡轮增压器后可在不增加内燃机排量的基础上，将内燃机的功率及扭矩增大20?30%。这是目前应用最广的一种增压方法。但是，废气涡轮增压器仍然存在以下几个方面的不足:首先，当内燃机启动或者内燃机工况发生变化时，由于油门的开启速度略快于发动机的动力输出速度，所以存在“涡轮迟滞”，使得内燃机变工况运行的性能欠佳；其次，内燃机尾气从汽缸中被排出后需要推动涡轮，增大了尾气在排气管道中的阻力，增加了排气背压，对内燃机的输出性能不利；最后，由于内燃机尾气的排气温度较高，涡轮容易损坏，维护保养要求较高。为了提高内燃机尾气废热能的利用率以及弥补机械增压和涡轮增压器的不足，本专利技术提出一种新的双驱动内燃机增压系统。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种节能高效、提高利用率、结构简单，方式可调的有机朗肯循环和电力双驱动的内燃机增压系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:—种有机朗肯循环和电力双驱动的内燃机增压系统，用以对空气加压并输送到内燃机中，该系统包括:增压器装置:与内燃机气缸的进气门连接，为内燃机提供高压空气；有机朗肯循环装置:与内燃机气缸的出气门连接，接收内燃机高温尾气的热能作为热源，并将其转化为机械能输出；电力驱动装置:接收有机朗肯循环装置输出的机械能并将其转化为电能来驱动增压器装置；驱动调控装置:分别与增压器装置、有机朗肯循环装置和电力驱动装置连接，用以调控有机朗肯循环装置和电力驱动装置对增压器装置的驱动方式；分别与增压器装置、有机朗肯循环装置、电力驱动装置和驱动调控装置连接，用以调节整个系统的运行。所述的增压器装置包括空气过滤器、空气压缩机和冷却器，所述的空气过滤器、空气压缩机、冷却器和内燃机气缸的进气门依次连接，所述的空气压缩机通过驱动调控装置分别与有机朗肯循环装置和电力驱动装置连接，所述的空气压缩机与控制器连接。所述的有机朗肯循环装置包括储液罐、工质栗、蒸发器、膨胀机、冷凝器和冷却回路，所述的储液罐、工质栗、蒸发器、膨胀机和冷凝器通过不锈钢管道依次连接形成工质循环回路，所述的工质循环回路内充注ORC有机工质，所述的膨胀机的输出端与驱动调控装置连接，所述的冷凝器和冷却回路连接，所述的蒸发器与内燃机气缸的出气门连接，所述的工质栗和膨胀机分别与控制器连接。所述的电力驱动装置包括发电机、储电设备、电动机和电动机调速器组成，所述的驱动调控装置、发电机、储电设备、电动机和空气压缩机依次连接，所述的电动机调速器和发电机分别与控制器连接。所述的驱动调控装置的驱动方式包括有机朗肯循环装置单独驱动、电力驱动装置单独驱动以及有机朗肯循环装置和电力驱动装置混合驱动。所述的有机朗肯循环装置为回热型有机朗肯循环装置，所述的回热型有机朗肯循环装置内部设有回热器。所述的空气压缩机的数量为一台或多台，多台空气压缩机(2)通过并联或串联的方式运行。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:—、节能高效:本专利技术与广泛应用的涡轮增压器相比，提高了内燃机的动力输出性能和效率，通过采用ORC和电力双驱动增压的方式可避免涡轮增压器的“迟滞效应”，并通过ORC系统吸收尾气废热能可降低内燃机的排气温度，进而对后续设备的运行环境进行优化。二、提高利用率:本专利技术的ORC系统与电力双驱动内燃机增压系统的空气压缩机的动力全部来自内燃机排放的尾气废热能，实现了内燃机尾气余热的综合利用，并且通过改变空气压缩机的串并联的连接关系和运行方式，提高了内燃机总能量的综合利用效率。三、结构简单，方式可调:本专利技术结构紧凑，构造简单，并且能够通过驱动调控装置调节驱动的方式，能够适应不同的驱动要求，具有较强的实用性。【附图说明】图1为实施例1的系统结构示意图。图2为实施例2的系统结构示意图。图3为实施例3的系统中空气压缩机串联设置的结构示意图。图4为实施例3的系统中空气压缩机并联设置的结构示意图。图5为实施例3的系统中空气压缩机通过阀门切换串并联的结构示意图。其中，1、空气过滤器，2、空气压缩机，3、冷却器，4、内燃机，5、高温尾气，6、驱动调控装置，7、电动机，8、电动机调速器，9、储电设备，10、发电机，11、蒸发器，12、膨胀机，13、冷凝器，14、储液罐，15、工质栗，16、冷却回路，17、回热器，18、第一阀门，19、第二阀门，20、第三阀门。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1:如图1所示，在本实施例中，内燃机4至少包括一个气缸，每个汽缸至少有一个进气门和一个排气门，本专利技术主要包括增压器装置、ORC装置、电力驱动装置、控制器以及驱动调控装置。增压器装置主要包括空气过滤器1、空气压缩机2和空气冷却器3。外界的空气首先通过空气过滤器I除尘净化，然后经空气压缩机2压缩至一定的压力，经空气冷却器3冷却后，最后进入当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机朗肯循环和电力双驱动的内燃机增压系统，用以对空气加压并输送到内燃机(4)中，其特征在于，该系统包括：增压器装置：与内燃机(4)气缸的进气门连接，为内燃机(4)提供高压空气；有机朗肯循环装置：与内燃机(4)气缸的出气门连接，接收内燃机(4)高温尾气(5)的热能作为热源，并将其转化为机械能输出；电力驱动装置：接收有机朗肯循环装置输出的机械能并将其转化为电能来驱动增压器装置；驱动调控装置(6)：分别与增压器装置、有机朗肯循环装置和电力驱动装置连接，用以调控有机朗肯循环装置和电力驱动装置对增压器装置的驱动方式；控制器：分别与增压器装置、有机朗肯循环装置、电力驱动装置和驱动调控装置(6)连接，用以调节整个系统的运行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢飞博，朱彤，高乃平，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31