[发明专利]一种利用内燃机废气余热能实现进气增压的装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及到内燃机排气余热能的利用领域，特指一种利用内燃机废气余热能并将回收的有效功用于实现进气增压的装置。

背景技术

当前世界上面临最严峻的挑战是能源和环境问题，“节约能源，保护环境”成为各个国家的重要发展战略。近年来我国经济快速发展，汽车保有量与日俱增，面临汽车能源需求和环境保护的双重巨大压力。内燃机仍旧是当今社会最主要的动力源，它所发出的功率占全世界所有动力装备总功率的50%以上，消耗的燃料占石油燃料的60%以上；同时，它也是人类最大的环境污染源之一，它所排放的废气约占工业废气的50%左右。因此，从节约能源和保护环境的角度出发，人们对其性能提出了愈来愈苛刻的要求，内燃机的节能减排是其今后的主要发展方向。

受内燃机气缸膨胀比的限制，缸内燃烧的高温、高压气体没有得到充分膨胀，还有相当一部分能量直接随排气带出缸外，从而造成能量的浪费、热污染和较高的排气噪声。如何有效回收利用内燃机这部分排气能量，将是有效提高其热效率的一个重要突破口，这也成为了科学家和工程师们一直追求的目标。目前国内外已经提出了多种回收内燃机排气能量的方法，其中，采用排气二次膨胀做功的废气涡轮增压方式（直接回收排气余压能）回收排气能量实现进气增压已经较为成熟并且已经实现了产业化，广泛应用在现代车用内燃机上。

但是，传统的废气涡轮增压方式面临着许多无法解决的缺点，主要表现在以下几个方面：

1、传统的废气涡轮增压是利用排气直接在涡轮中膨胀会带来额外的排气背压，从而导致内燃机排气不畅通，缸内残余废气系数过高，恶化燃烧过程，最终影响到内燃机的性能。其中，最直接的影响是排气背压过高会给内燃机带来额外的泵气损失功（或叫排气损失功），使通过废气在涡轮中膨胀回收的能量大打折扣，有时甚至得不偿失。研究表明，通过废气涡轮增压后，与原机（未增压）性能相比，内燃机的燃油经济性（热效率）并没有得到明显改善，这是因为需要克服额外的泵气损失功。

2、在传统的废气涡轮增压中，涡轮很难适应内燃机排气的瞬变脉动特性。由于内燃机特别是车用发动机运行工况的无规则变化，导致排气参数（流量、压力、温度等）具有很强的瞬变脉动性，而涡轮只能被动的接受状态参数随时变化的排气，使得废气涡轮很少在高效率区工作。

3、传统的废气涡轮增压很难与内燃机进行全工况优化匹配。往往在低速工况时由于排气流量不足，很难提供所需的增压压力并且压气机容易发生喘振，影响了增压器寿命，并带来振动与噪声；在高速工况时排气流量过多，又容易使涡轮发生堵塞，这时必须采用打开旁通废气阀门的办法放掉部分气体，从而造成排气能量的浪费。

4、如前所述，传统的废气涡轮增压方式很难解决内燃机低速时增压压力不够的难题。由于低速时内燃机的排气流量和排气压力较小，导致涡轮的输出功较小，从而使得增压压力不够，最终导致内燃机低速时扭矩特性较差。

5、传统废气涡轮增压系统的瞬态响应性较差。由于排气的惯性效应引起增压器的迟滞效应，最终导致内燃机的加速响应性不够。因此，增压器的瞬态响应问题，是一个很难克服的技术难点。

6、在传统的废气涡轮增压中，涡轮叶片直接与高温废气接触，由于废气呈酸性，容易腐蚀涡轮叶片，这对涡轮叶片材料提出了非常高的要求。以汽油机为例，排气温度可高达800℃以上，这就要求涡轮叶片材料具有一定的耐热性；排气中含有许多酸性物质，容易对涡轮叶片产生化学腐蚀，这就要求涡轮叶片具有一定的耐腐蚀性。为了避免这些问题，通常需要对涡轮叶片材料进行特殊处理、或采用特殊的价格高的材料，这些都增大了涡轮的制作成本。

7、另有一些方式，仍旧没有解决内燃机低速时增压度不够、起动时蒸汽动力循环迟滞性等一系列问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、操作简便、适用范围广、增压效率高、瞬态响应性好、利用传热方式间接回收内燃机的排气余热能并将其作为高温热源驱动以实现内燃机进气增压的装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种利用内燃机废气余热能实现进气增压的装置，包括连接于内燃机的排气总管上的换热器以及位于换热器换热端的底循环回路，所述底循环回路包括ECU控制器以及通过管道依次串联的动力涡轮、冷凝器、泵，所述管道中通有换热工质，所述换热工质在经换热器后流入所述动力涡轮；所述动力涡轮通过传动轴与内燃机进气总管上的压气机相连，所述传动轴上耦合有第二电机。

作为本发明的进一步改进：