专利名称：工况自适应排气能量回收系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种内燃机领域的涡轮增压系统，特别是一种带有发电机的工况自适应排气能量回收系统。
背景技术：
从目前发动机的热平衡来看，用于动力输出的功率只占燃油燃烧总热量的40% -50% (柴油机)或25%-40% (汽油机)，其它热量则经由冷却系统和废气排入到大气环境中。因此，回收利用发动机余热是提高发动机热效率的有效途径。从国内外排气能量利用的技术途径上来看，有制冷、采暖 、温差发电、燃料催化重整、后接动力涡轮、加装动力循环装置等方式。由于排气能量具有品位低、回收比较困难的特点，使得现有的一些技术仍存在较多问题，如利用温差发电的能量转换效率不高，采用燃料催化重整技术实施过程比较困难，利用余热制冷和采暖用途比较单一，动力涡轮适用范围较窄，后接动力循环装置结构比较复杂等等。经过对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号CN1363764A，发明名称内燃机注汽涡轮增压系统，该申请公开了一种利用发动机排气热能加热液态水，并将加热后的过热水蒸气注入到涡轮前进行气汽混合来增大涡轮膨胀功，从而达到改善发动机部分负荷性能的注汽涡轮增压系统，但由于该注汽涡轮增压系统在发动机低速工况也在工作，从而使涡轮排气背压较高，发动机进气量较少。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种工况自适应排气能量回收系统，SP可以在低速工况降低涡轮排气背压提高进气流量，又可以在高速工况回收排气能量。本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括压气机进气管、压气机、发动机进气管、发动机、发动机排气管、涡轮、涡轮排气管、第一连接轴、换热器进气管、换热器排气管、排气管、阀门、换热器、膨胀机出□管、膨胀机人□管、膨胀机、发电机、第二连接轴、冷凝器和泵，压气机的进出气口分别与压气机进气管的出气口、发动机进气管的进气口相连接，发动机的进出气口分别与发动机进气管的出气口、发动机排气管的进气口相连接，涡轮的进出气口分别与发动机排气管的出气口、涡轮排气管的进气口相连接，压气机进气管的进气口与大气环境相连通，压气机和涡轮通过第一连接轴同轴相连，涡轮排气管的出气口、换热器进气管的进气口、排气管的进气口三者连接在一起，阀门安装在排气管上，换热器进气管的出气口、换热器排气管的进气口、膨胀机入口管的进口、膨胀机出口管的出口均与换热器相连接，膨胀机的进出口分别与膨胀机入口管的出口、膨胀机出口管的进口相连接，在膨胀机出口管上沿工质流动方向依次安装冷凝器和泵，排气管的出气口、换热器排气管的出气口均与大气环境相连通，膨胀机和发电机通过第二连接轴同轴相连。在本发明的工作过程中，流经压气机的流体为空气，流经涡轮的流体为发动机排气，流经膨胀机的流体为沸点温度为20度至50度的有机工质。阀门开度可以根据工况进行调节。在发动机的中低速高负荷工况，打开排气管中的阀门，涡轮排气管中的排气大部分从排气管中流出，涡轮的排气背压较低，涡轮做功能力较强，发动机进气流量较大，从而使发动机的燃烧较好，油耗较低；在发动机的中低速低负荷工况和高速工况，关闭排气管中的阀门，涡轮排气管中的排气全部经换热器后流到换热器排气管中，从而使膨胀机从换热器回收一部分排气能量，带动发电机发电。发电机发出的电能，既可以用来驱动发动机的曲轴，也可以用来驱动发动机系统或整车系统的其他附件。在本发明中，排气能量回收的热力循环为有机朗肯循环。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明设计合理，结构简单，适用于带有发电机的涡轮增压系统；本发明既能回收排气能量，又能兼顾发动机的各种工况。
图I为本发明的结构示意图； 图2为本发明的阀门调节策略图；其中1、压气机进气管,2、压气机,3、发动机进气管,4、发动机,5、发动机排气管，
6、润轮,7、润轮排气管,8、第一连接轴,9、换热器进气管，10、换热器排气管，11、排气管，12、阀门，13、换热器，14、膨胀机出口管，15、膨胀机进口管，16、膨胀机，17、发电机，18、第二连接轴，19、冷凝器，20、泵。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例如图I所示，本发明包括压气机进气管I、压气机2、发动机进气管3、发动机4、发动机排气管5、涡轮6、涡轮排气管7、第一连接轴8、换热器进气管9、换热器排气管10、排气管11、阀门12、换热器13、膨胀机出口管14、膨胀机入口管15、膨胀机16、发电机17、第二连接轴18、冷凝器19和泵20，压气机2的进出气口分别与压气机进气管I的出气口、发动机进气管3的进气口相连接，发动机4的进出气口分别与发动机进气管3的出气口、发动机排气管5的进气口相连接，涡轮6的进出气口分别与发动机排气管5的出气口、涡轮排气管7的进气口相连接，压气机进气管I的进气口与大气环境相连通，压气机2和涡轮6通过第一连接轴同轴相连，涡轮排气管7的出气口、换热器进气管9的进气口、排气管11的进气口三者连接在一起，阀门12安装在排气管11上，换热器进气管9的出气口、换热器排气管10的进气口、膨胀机入口管15的进口、膨胀机出口管的出口均与换热器13相连接，膨胀机16的进出口分别与膨胀机入口管15的出口、膨胀机出口管14的进口相连接，在膨胀机出口管14上沿工质流动方向依次安装冷凝器19和泵20，排气管11的出气口、换热器排气管10的出气口均与大气环境相连通，膨胀机16和发电机通过第二连接轴18同轴相连。在本发明的工作过程中，流经压气机2的流体为空气，流经涡轮6的流体为发动机4的排气，流经膨胀机16的流体为沸点温度为20度至50度的有机工质。阀门开度可以根据工况进行调节，如图2所示。在发动机4的中低速高负荷工况，打开排气管11中的阀门12，涡轮排气管中7的排气大部分从排气管11中流出，涡轮6的排气背压较低，涡轮6的做功能力较强，发动机4的进气流量较大,从而使发动机4的燃烧较好,油耗较低；在发动机4的中低速低负荷工况和高速工况，关闭排气管11中的阀门12，涡轮排气管中7的排气全部经换热器13后流到换热器排气管10中，从而使膨胀机16从换热器13回收一部分排气能量，带动发电机16发电。发电机16发出的电能，既可以用来驱动发动机4的曲轴，也可以用来驱动发动机系统或整车系统的其他附件。在本发明中，排气能量回收的热力循环为有机朗肯循环。因此，本发明既能回收排气能量，又能兼顾发 动机4的各种工况。
权利要求
1 一种工况自适应排气能量回收系统，包括压气机进气管(I)、压气机(2)、发动机进气管(3)、发动机(4)、发动机排气管(5)、涡轮(6)、涡轮排气管(7)和第一连接轴(8)，压气机(2)的进出气口分别与压气机进气管(I)的出气口、发动机进气管(3)的进气口相连接，发动机(4)的进出气口分别与发动机进气管(3)的出气口、发动机排气管(5)的进气口相连接，涡轮(6)的进出气口分别与发动机排气管(5)的出气口、涡轮排气管(7)的进气口相连接，压气机进气管(I)的进气口与大气环境相连通，压气机(2)和涡轮(6)通过第一连接轴同轴相连，其特征在于还包括换热器进气管(9)、换热器排气管(10)、排气管(11)、阀门(12)、换热器(13)、膨胀机出口管(14)、膨胀机入口管(15)、膨胀机(16)、发电机(17)、第二连接轴(18 )、冷凝器(19 )和泵(20 )，涡轮排气管(7 )的出气口、换热器进气管(9 )的进气口、排气管(11)的进气口三者连接在一起，阀门(12 )安装在排气管(11)上，换热器进气管(9 )的出气口、换热器排气管(10)的进气口、膨胀机入口管(15)的进口、膨胀机出口管(14)的出口均与换热器(13)相连接，膨胀机(16)的进出口分别与膨胀机入口管(15)的出口、膨胀机出口管(14)的进口相连接，在膨胀机出口管(14)上沿工质流动方向依次安装冷凝器(19)和泵(20)，排气管(11)的出气口、换热器排气管(10)的出气口均与大气环境相连通，膨胀机(16)和发电机通过第二连接轴(18)同轴相连。
全文摘要
一种内燃机技术领域的工况自适应排气能量回收系统，包括压气机、发动机、涡轮、排气管、阀门、换热器、膨胀机、冷凝器、泵和发电机，阀门安装在排气管上，换热器进气管的出气口、换热器排气管的进气口、膨胀机入口管的进口、膨胀机出口管的出口均与换热器相连接。阀门开度可以根据工况进行调节。在中低速高负荷工况，打开排气管中的阀门，涡轮排气背压降低，涡轮做功能力增大，发动机进气量较大，燃烧较好；在中低速低负荷工况和高速工况，关闭排气管中的阀门，排气全部经换热器流出，膨胀机利用换热器回收的热量做功，带动发电机发电。排气能量回收的热力循环为有机朗肯循环。本发明设计合理，结构简单，适用于带有发电机的涡轮增压柴油机。
文档编号F02B37/04GK102900511SQ20121035084
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者崔毅, 邓康耀, 田中旭, 石磊 申请人:上海交通大学