一种适用于单缸柴油机的涡轮增压系统

摘要

本发明公开了一种适用于单缸柴油机的涡轮增压系统，包括主要由压气机和涡轮组成的涡轮增压器，单缸柴油机的汽缸的排气门与涡轮的进气口之间并联设置有管径相同的第一废气排气管路和第二废气排气管路，第二废气排气管路的长度大于第一废气排气管路的长度；优点是通过第一废气排气管路和第二废气排气管路疏导的废气在不同的时刻进入到涡轮中，即通过第一废气排气管路和第二废气排气管路疏导的废气进入到涡轮存在一个时间差，而该时间差由第一废气排气管路和第二废气排气管路的长度确定，通过这种废气进入涡轮控制方式，有效地解决了单缸柴油机工作中排气间歇长而引起的流到涡轮中的废气不稳定的问题，从而方便了单缸柴油机实施涡轮增压。

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压系统，尤其是涉及一种适用于单缸柴油机的涡轮增压系 统。

背景技术

涡轮增压系统在多缸发动机上已经得到了广泛的应用。而将现有的涡轮增压系统应 用于单缸柴油机上时，由于单缸柴油机工作中排气间歇较长，因此流入到涡轮的废气很 不稳定，这样就使得当压力波进入到涡轮时，涡轮加速，而当压力减弱时，因压气机吸 收功率而涡轮趋于减速，导致排气能量的利用很差，从而造成单缸柴油机很难进行涡轮 增压。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于单缸柴油机的涡轮增压系统，其结构 简单，且能够有效地解决单缸柴油机工作中排气间歇长而引起的流到涡轮中的废气不稳 定的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种适用于单缸柴油机的涡轮增压 系统，包括主要由压气机和涡轮组成的涡轮增压器，其特征在于：所述的单缸柴油机的 汽缸的排气门与所述的涡轮的进气口之间并联设置有管径相同的第一废气排气管路和 第二废气排气管路，所述的第二废气排气管路的长度大于所述的第一废气排气管路的长 度；在此，利用管径相同的第一废气排气管路和第二废气排气管路对单缸柴油机排出的 废气进行疏导，由于第二废气排气管路的长度大于第一废气排气管路的长度，因此通过 第一废气排气管路和第二废气排气管路疏导的废气在不同的时刻进入到涡轮中，即通过 第一废气排气管路和第二废气排气管路疏导的废气进入到涡轮存在一个时间差，而该时 间差由第一废气排气管路和第二废气排气管路的长度确定，这种通过控制废气进入涡轮 的时间间隔的方式，有效地解决了单缸柴油机工作中排气间歇长而引起的流到涡轮中的 废气不稳定的问题，从而方便了单缸柴油机实施涡轮增压。

所述的第二废气排气管路与所述的第一废气排气管路的长度差ΔL为：ΔL＝V_ex× 60/4n，其中，V_ex表示所述的第二废气排气管路与所述的第一废气排气管路中的气流的 速度，n表示单缸柴油机的转速。

所述的压气机的进气口上连接有空气进气管路，所述的压气机的出气口上连接有增 压气体排出管路，所述的增压气体排出管路的出气口与所述的单缸柴油机的汽缸的进气 门之间设置有储气罐；在此，由于在近500°的曲轴转角范围内汽缸的进气门是关闭的， 非增压时为汽缸供应增压气体的管路(即增压气体排出管路)的容积较小，汽缸的排气 门打开时增压气体的压力瞬间卸载，这样就很难有效地对汽缸充气，因此在增压气体排 出管路的出气口与单缸柴油机的汽缸的进气门之间设置一个大容积的储气罐，该储气罐 用于储存一定量的高压气体，在汽缸的进气门打开时可以充分地对汽缸充气。

所述的压气机的出气口通过增压气体流通管路与所述的涡轮的进气口相连通，所述 的增压气体流通管路上设置有第一单向阀，所述的压气机的出气口通过增压气体回流管 路与所述的压气机的进气口相连通，所述的增压气体回流管路上设置有第二单向阀；在 此，对于四冲程的单杠柴油机而言，单缸柴油机在一个工作循环中，除了约220°的进气 进程外，约500°的曲轴转角时间内汽缸的进气门是关闭的，汽缸的排气门也同样如此， 而涡轮增压器由于惯性还处于旋转状态，为了避免由此引起的压气机喘振(阻塞)，因 此在压气机的出气口与涡轮的进气口之间设置一根增压气体流通管路，压气机的出气口 与压气机的进气口之间设置一根增压气体回流管路，并在增压气体流通管路上设置一个 第一单向阀，在增压气体回流管路上设置一个第二单向阀，这样当压气机的出气口排出 的增压气体的增压压力低于所需增压压力时，增压气体直接通过增压气体排出管路进入 到单缸柴油机的汽缸内；当压气机的出气口排出的增压气体的增压压力高于或等于所需 增压压力时，打开第一单向阀，增压气体经增压气体流通管路流入涡轮，涡轮膨胀(冲 击)做功；在汽缸的进气门和第一单向阀关闭时打开第二单向阀，此时增压气体通过增 压气体回流管路回流到压气机的进气口处，有效地避免了压气机喘振。

所述的第一单向阀和所述的第二单向阀均为压力开关阀。

所述的涡轮的出气口上连接有废气排出管路。

所述的第二废气排气管路的结构呈槽形，所述的第二废气排气管路包括两根侧管和 一根连接管，第一根所述的侧管的一端与所述的第一废气排气管路的一端连通，第一根 所述的侧管的另一端与所述的连接管的一端连通，第二根所述的侧管的一端与所述的第 一废气排气管路的另一端连通，第二根所述的侧管的另一端与所述的连接管的另一端连 通。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在单缸柴油机的汽缸的排气门与涡轮的 进气口之间并联设置管径相同的第一废气排气管路和第二废气排气管路，且要求第二废 气排气管路的长度大于第一废气排气管路的长度，这样通过第一废气排气管路和第二废 气排气管路疏导的废气在不同的时刻进入到涡轮中，即通过第一废气排气管路和第二废 气排气管路疏导的废气进入到涡轮存在一个时间差，而该时间差由第一废气排气管路和 第二废气排气管路的长度确定，这种通过控制废气进入涡轮的时间间隔的方式，有效地 解决了单缸柴油机工作中排气间歇长而引起的流到涡轮中的废气不稳定的问题，从而方 便了单缸柴油机实施涡轮增压，实现了对单缸柴油机的动力提升和排放改善。

附图说明

图1为本发明的涡轮增压系统的原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明提出的一种适用于单缸柴油机的涡轮增压系统，其原理图如图1所示，其包 括主要由压气机C和涡轮T组成的涡轮增压器，压气机C的进气口上连接有空气进气 管路1，空气进气管路1的进气口通入大气，压气机C的出气口上连接有增压气体排出 管路2，增压气体排出管路2的出气口与单缸柴油机的汽缸cyl的进气门之间设置有储 气罐3，压气机C的出气口通过增压气体流通管路4与涡轮T的进气口相连通，增压气 体流通管路4上设置有第一单向阀5，压气机C的出气口通过增压气体回流管路6与压 气机C的进气口相连通，增压气体回流管路6上设置有第二单向阀7，单缸柴油机的汽 缸cyl的排气门与涡轮T的进气口之间并联设置有管径相同的第一废气排气管路81和 第二废气排气管路82，第二废气排气管路82的长度大于第一废气排气管路81的长度， 涡轮T的出气口上连接有废气排出管路9，废气排出管路9的出气口排出废气到大气中。

本发明的涡轮增压系统工作时，当单缸柴油机的汽缸cyl的排气门打开时，假设第 二废气排气管路82和第一废气排气管路81中的气流的速度、流量是相等的，则可得到 气流经第二废气排气管路82和第一废气排气管路81进入到涡轮T的时间差Δt， Δt＝V_ex/L₂-V_ex/L₁，v表示气流的速度，L₂表示第二废气排气管路82的长度，L₁表示第 一废气排气管路81的长度，从Δt＝V_ex/L₂-V_ex/L₁中可以看出，通过设计第二废气排气管 路82的长度和第一废气排气管路81的长度，可以控制废气进入到涡轮T的时间间隔， 这样就解决了单缸柴油机排气间歇长而引起的进入到涡轮的气流不稳定的问题，方便了 单缸柴油机的涡轮增压。在此，第二废气排气管路82的长度与第一废气排气管路81的 长度的长度差可以根据管路中的气流的速度和单缸柴油机的相位角计算得出，如假设气 流的速度为V_ex，单缸柴油机的转速为n，则设计第二废气排气管路82与第一废气排气 管路81时可将两者的长度差ΔL设为ΔL＝V_ex×60/4n，在实际操作过程中考虑到单缸柴 油机的排量和管路的沿程损失，第二废气排气管路82与第一废气排气管路81的长度差 可控制在1米以内，若对管道截面形状和面积作精确计算，则可控制在0.5米内。

在具体设计第二废气排气管路82时，出于制造工艺性，可将第二废气排气管路82 设计成槽形，即包括三段管路，两根侧管和一根连接管，第一根侧管的一端与第一废气 排气管路81的一端连通，第一根侧管的另一端与连接管的一端连通，第二根侧管的一 端与第一废气排气管路81的另一端连通，第二根侧管的另一端与连接管的另一端连通， 在此，连接管为一段直型管道。

在此具体实施例中，第一单向阀5和第二单向阀7均采用现有的压力开关阀，如具 体操作时可采用现有的弹簧式的压力开关阀。

本发明的涡轮增压系统工作时的主要过程为：工作时，大气通过空气进气管路进入 压气机中，空气经压气机压缩后形成的增压气体通过增压气体排出管路进入储气罐中， 储气罐内的增压气体对单缸柴油机的汽缸进行充气；单缸柴油机排废气时，单缸柴油机 的汽缸的排气门打开，单缸柴油机排出的废气一部分通过第一废气排气管路进入涡轮 中，另一部分通过第二废气排气管路进入涡轮中，由于第二废气排气管路的长度大于第 一废气排气管路的长度，因此通过第一废气排气管路和第二废气排气管路进入涡轮的废 气存在时间间隔。当压气机端气压过高发生阻塞时，气流经第二单向阀回流至压气机的 进气口，同时也可经第一单向阀流入涡端，起到平衡两端气压，以解决压端阻塞、涡端 气流不足等一系列问题。