[发明专利]具有可变几何增压涡轮的涡轮复合装置及其发动机系统

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机排气能量回收领域，尤其是涉及一种具有可变几何增压涡轮的涡轮复合装置及具有该装置的涡轮复合发动机系统。

背景技术

在内燃机技术领域中，涡轮复合是回收内燃机排气能量，提高内燃机效率的技术。复合涡轮增压系统中包括增压涡轮和动力涡轮，前者用于驱动压气机工作，增加进气密度，提高发动机气缸功率密度；后者用于回收排气能量转化为机械功，提高发动机总功率。

传统的涡轮复合系统中，采用固定几何的增压涡轮与动力涡轮匹配，在发动机高速工况，排气能量充足，通过复合涡轮增压系统回收排气能量，能有效改善发动机燃油经济性。在发动机低速工况，排气能量较小，动力涡轮的存在会减小增压涡轮的可用能量，导致增压比减小，低速转矩降低，动力涡轮回收排气能量获得的机械功可能还不能补偿由于增压比减小导致的发动机功率下降。因此，采用固定几何增压涡轮的复合涡轮增压系统较难兼顾发动机的高速工况和低速工况，在发动机低速工况甚至会使发动机性能恶化。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种涡轮复合装置。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述涡轮复合装置的发动机系统，所述发动机系统可充分利用废气能量，改善发动机的动力性能和扭矩输出。

根据本发明第一方面实施例的涡轮复合装置，用于回收发动机排气能量，所述涡轮复合装置包括：可变几何增压涡轮，所述可变几何增压涡轮与所述发动机的排气歧管相连且具有可分配废气能量的调节机构；动力涡轮，所述动力涡轮设在所述可变几何增压涡轮的下游且由流经所述可变几何增压涡轮的废气驱动，其中所述动力涡轮的输出端与所述发动机的曲轴相连以将所述动力涡轮输出的机械功传递至所述曲轴；和执行器，所述执行器可根据所述发动机的实际工况来控制所述调节机构工作以分配给所述可变几何增压涡轮和动力涡轮不同的废气能量比例。

根据本发明实施例的涡轮复合装置还可以具有如下附加技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述调节机构包括邻近所述可变几何增压涡轮叶片设置的、且可改变开度大小的导流装置，所述导流装置被构造成其开度的大小可根据所述发动机的实际工况连续改变以分配给所述可变几何增压涡轮和所述动力涡轮不同的废气能量比例。

根据本发明第二方面实施例的发动机系统，包括：发动机，所述发动机具有曲轴、进气歧管和用于排出废气的排气歧管；根据本发明第一方面实施例描述的涡轮复合装置，其中所述可变几何增压涡轮安装在发动机的排气歧管的下游以接收所述发动机排出的气流；压气机，所述压气机与所述可变几何增压涡轮连接且由所述可变几何增压涡轮驱动以对进入其的气流进行增压；以及中冷器，所述中冷器连接在所述压气机和发动机的气缸之间以将所述增压后的气流冷却并送入到所述发动机的气缸中。

根据本发明实施例的发动机系统，通过将可变几何增压涡轮和动力涡轮组合在一起，在发动机的低速工况下可以提高可变几何增压涡轮的功率，改善发动机在低速情况下的扭矩，降低有害气体的排放，在发动机的高速工况下可以提高动力涡轮的功率输出，提高燃油经济性，从而使发动机系统在全工况范围内均能充分地利用发动机排出废气所具有的能量，提高发动机的动力性能和扭矩输出，改善燃油经济性，降低排放，利于环保，同时还提高了车辆的操控性能和通过能力，实用性好。

在本发明的一个实施例中，所述压气机与所述可变几何增压涡轮共轴连接。

在本发明的一个实施例中，所述发动机系统进一步包括：液力耦合器，所述液力耦合器的输入轴与所述动力涡轮相连，且输出轴与发动机的曲轴相连以将所述动力涡轮的回收功传递至所述曲轴。

可选地，所述发动机系统进一步包括：第一传动组件，所述第一传动组件连接在所述液力耦合器的输入轴和所述动力涡轮之间。

进一步可选地，所述发动机系统进一步包括：第二传动组件，所述第二传动组件连接在所述液力耦合器的输出轴和所述曲轴之间。

在本发明的一个实施例中，所述第一传动组件和所述第二传动组件分别为一级齿轮传动组件。

根据本发明实施例的发动机系统，可根据发动机的实际工况调节可变几何增压涡轮和动力涡轮的废气能量分配，改善发动机的扭矩输出和动力性能，提高发动机的燃油经济性，节约了能源，同时减少有害气体的排放，保护环境，充分利用废气能量，提高增压效率和废气能量利用率，大大改善了发动机的全工况性能。