[发明专利]一种集成余热回收的内燃机增压系统

说明书

本发明公开了一种集成余热回收的内燃机增压系统，所述系统以内燃机余热为能量来源，通过集成内燃机、余热回收系统、增压涡轮和中冷器实现内燃机的进气增压。吸收内燃机余热后的高温高压工质推动增压涡轮做功，带动同轴相连的压气机实现进气增压。高温高压工质还可以经三通电磁阀分流成两路，实现进气增压的同时将多余的能量做功发电或驱动余热回收系统压缩机或作为车辆的辅助动力。该系统充分利用内燃机余热能量实现更大的内燃机输出功率，能显著提高内燃机的动力性及燃料利用率，且系统集成度高，具有显著的经济效益、社会效益和应用前景。

技术领域

本发明属于热能与动力领域，尤其涉及一种集成余热回收的内燃机增压系统。

背景技术

随着能源问题的日益突出和排放法规的逐步严苛，实现内燃机的高效率、小型化、低油耗越来越重要。

内燃机所能发出的最大功率受到每循环吸入气缸内实际空气量的限制，涡轮增压技术通过利用内燃机排气能量可使内燃机在保持排量不变的条件下大幅提高输出功率，或使内燃机实现相同输出功率所需的排量更小。传统的涡轮增压器通常采用排气旁通阀在内燃机运行至高速大负荷工况时将部分排气旁通，以限制增压压力和增压器转速。由于排气旁通阀的旁通作用，增压器并未充分回收内燃机废气能量。而经由涡轮增压器后的内燃机排气直接排入大气，这部分能量通常占到燃料燃烧总能量的30％以上，温度可达200-600℃，具有极高的利用价值却未被利用。

相关学者普遍认为，若能充分回收利用内燃机余热，将进一步提高内燃机的燃油利用率，实现内燃机的节能减排，基于朗肯循环的动力循环系统被认为是最具潜力的内燃机余热回收技术手段。目前针对余热回收系统的工质选择、循环构型、参数优化等已进行了大量研究工作，内燃机余热回收系统的研究正朝着高效率、小型化、经济性的方向发展。然而，内燃机余热回收系统与内燃机的耦合仍然是该领域的难点与热点问题。单纯的附加一套余热回收系统会增加整车重量而使燃油消耗量增多，且因受到安装空间制约而与内燃机集成困难。

基于朗肯循环的动力循环系统包括做功部件膨胀机，通过高温高压工质推动膨胀机做功，其型式可为涡轮，涡轮增压器也包括涡轮，通过内燃机排气推动涡轮产生动力。若能将这两部分涡轮集成或共用，可实现余热回收系统与内燃机的耦合，多余的排气能量还可以用来做功发电或作为车辆的辅助动力，且总体结构进一步简化，为内燃机增压系统、余热回收系统均提供了新的途径。

本发明基于上述技术现状和研究思路，提出一种集成余热回收的内燃机增压系统，用以提升内燃机动力性和经济性。通过对国内外相关的专利检索和分析，申请人未发现与本发明特征相近的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成内燃机余热回收的增压系统，实现内燃机的进气增压及余热利用。

为了实现上述目的，本发明提出的一种集成余热回收的内燃机增压系统的基本技术方案，包括内燃机、中冷器、压气机和增压涡轮，所述压气机通过所述中冷器的增压空气侧连接至所述内燃机，所述增压涡轮由一余热回收系统驱动，所述余热回收系统是基于朗肯循环的动力循环系统，包括依次串联的冷却器、工质罐、压缩机、缸套水换热器、烟气换热器，所述压缩机的出口连接至所述缸套水换热器的工质侧进口，所述缸套水换热器的工质侧出口连接至所述烟气换热器的工质侧进口，所述烟气换热器的工质侧出口经过所述增压涡轮连接至所述冷却器的工质侧进口；所述内燃机的缸套水经出水管后进入所述缸套水换热器的缸套水侧经过充分换热后经过回水管进入内燃机缸套；所述内燃机的排气口连接至所述烟气换热器的烟气侧进口，所述烟气侧出口连接至大气环境或是连接至内燃机后处理系统。

本发明中提出的一种集成余热回收的内燃机增压系统的改进技术方案，对基本技术方案中所述压缩机的出口连接进行变更，即：所述压缩机的出口经过所述中冷器的二次流体侧后连接至所述缸套水换热器的工质侧进口。