[发明专利]发动机两级顺序增压装置及发动机在平原和高原增压的方法

说明书

技术领域

本发明涉及发动机的增压技术，特别是一种发动机两级顺序增压装置及发动机在平原地区运行和在高原地区运行时增压的方法。

背景技术

发动机在平原地区工作和在高原地区工作时的功率会发生很大的变化，发动机在高原地区工作时功率会下降。根据地球大气物理学有关知识，我们知道，随着海拔的升高，大气压力和大气密度会随之降低。在5500米高原，大气压力约为50kPa，密度约为0.7 kg/m ³，分别大约为平原的50%和57%。为了使发动机在5500米海拔高度恢复功率达到平原功率80%的目标，使中冷器后的空气密度达到平原相应工况下的80%，则压气机的压比在标定工况和最大扭矩工况要分别达到4.3和3.85。众所周知，压气机的压比越高，流量范围越窄，如果采用单级增压，目前国产的涡轮增压器很难满足如此高的压比和流量范围的要求，因此需要采用两级增压。

同样，为了实现在5500米海拔高度恢复功率达到平原功率80%的目标，其空气质量流量必须在环境空气密度为平原空气密度的57%的条件下大于平原空气质量流量的80%。由于环境热力状态的变化，压气机的进口空气体积流量将大大增加。如果仅仅采用一级增压方案，目前世界上没有任何一款压气机能够具有如此宽广的流量范围，因此需要采用两级顺序增压。

常规的发动机两级增压技术，是采用两个大小不同的增压器和发动机在气路上串连起来，经采用一定的控制方式，使发动机从低速到高速的整个运行工况范围内，都具有较高的增压压力，从而满足发动机在不同工况下的各项性能指标要求。尤其是即要保证低速段的排放性能指标，又能满足发动机在高速大负荷时对增压压力和大流量的要求。然而针对不同地域海拔差距较大，当两级增压设计匹配点选择为平原地区的发动机，到了高原地区运行时，随着海拔的升高，空气密度迅速下降，发动机功率也会相应下降。当两级增压设计匹配点选择为高原地区的发动机，到了平原地区运行时，发动机低速段的排放性能又难以保证。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种发动机两级顺序增压装置及发动机在平原地区运行和在高原地区运行时增压的方法。

本发明的技术方案是：一种发动机两级顺序增压装置，它包括高压级增压器、低压级增压器、压气机进气控制阀、压气机进气控制阀执行器、涡轮废气控制阀、涡轮废气控制阀执行器、高压级增压器压气机进气管道、低压级增压器压气机压缩空气管道和增压器涡轮箱废气排气岐管。高压级增压器包括高压级增压器涡轮机和高压级增压器压气机，低压级增压器包括低压级增压器涡轮机和低压级增压器压气机。压气机进气控制阀执行器安装在压气机进气控制阀上，在压气机进气控制阀内设有一个由压气机进气控制阀执行器控制的压气机进气控制阀阀门。涡轮废气控制阀执行器安装在涡轮废气控制阀上，在涡轮废气控制阀内设有一个由涡轮废气控制阀执行器控制的涡轮废气控制阀阀门。增压器涡轮箱废气排气岐管由高压级增压器废气排气岐管和低压级增压器废气排气岐管组成，高压级增压器废气排气岐管和低压级增压器废气排气岐管相互连通。

高压级增压器的进气法兰与发动机的排气岐管固定联接，并起支撑作用。高压级增压器涡轮机与涡轮废气控制阀连接，涡轮废气控制阀的另一端与高压级增压器废气排气岐管连接。压气机进气控制阀有四个通道，第一通道与低压级增压器压气机连接，第二通道与低压级增压器压气机压缩空气管道连接，低压级增压器压气机压缩空气管道又与低压级增压器压气机出口连接，第三通道为大气的进气口，第四通道与高压级增压进气管道连接，高压级增压进气管道与高压级增压器压气机进气口连接。低压级增压器涡轮机与低压级增压器废气排气岐管连接。

本发明还提供了一种发动机在平原地区运行和在高原地区运行时增压的方法，发动机采用本发明提供的两级顺序增压装置，当发动机在平原地区运行时采用一级增压，当发动机在高原地区运行时采用两级增压。

当发动机在平原地区工作时，只需单级的高压级增压器工作，就能满足发动机的工作要求，此时低压级增压器无需运行，压气机进气控制阀、涡轮废气控制阀同时打开。压气机进气控制阀阀门在压气机进气控制阀执行器的作用下转向压气机进气控制阀的第二通道，将第二通道封闭，此时低压级增压器压气机出口封闭。发动机在运行状态时，新鲜空气从压气机进气控制阀进口进入，流经阀体内腔，再经过高压级增压器进气管道而流入高压级增压器，经高压级增压器压气机压缩后进入发动机气缸做功。