全文摘要
本发明公开了一种增压型发动机，包括发动机本体、进气系统、排气系统和增压系统，在所述排气系统包括连通于发动机排气口与消声器之间的排气管道，所述排气管道设有排气谐振腔，排气谐振腔位于发动机排气口与增压系统之间；本发明通过在排气管道上设置排气谐振腔，能够有效减少用于驱动涡轮组件的排气的频率特征导致的波动性，避免由于泵气负功原因导致的增压效果无法体现的问题，提高发动机功率，且结构简单，降低发动机能耗及排放，并不会增加增压系统的成本。
主设计要求
1.一种增压型发动机，其特征在于：包括发动机本体、进气系统、排气系统和增压系统，在所述排气系统包括连通于发动机排气口与消声器之间的排气管道，所述排气管道设有排气谐振腔，所述排气谐振腔位于发动机排气口与增压系统之间。
设计方案
1.一种增压型发动机，其特征在于：包括发动机本体、进气系统、排气系统和增压系统，在所述排气系统包括连通于发动机排气口与消声器之间的排气管道，所述排气管道设有排气谐振腔，所述排气谐振腔位于发动机排气口与增压系统之间。
2.根据权利要求1所述的增压型发动机，其特征在于：所述排气管道设置有旁路，所述旁路连通于增压系统前排气管段和增压系统后排气管段之间，且所述旁路设置有控制旁路启闭以及开度的控制阀。
3.根据权利要求2所述的增压型发动机，其特征在于：所述控制阀的启闭以及启闭程度通过发动机进气压力联锁控制。
4.根据权利要求1所述的增压型发动机，其特征在于：所述进气系统包括进气管道，所述进气管道设有进气谐振腔，所述进气谐振腔位于增压系统与发动机进气口之间。
5.根据权利要求3所述的增压型发动机，其特征在于：所述进气管道连通设置有压力控制支线，所述压力控制支线连接控制阀用于将进气压力输送至控制阀用于控制控制阀的启闭及启闭程度。
6.根据权利要求4所述的增压型发动机，其特征在于：所述发动机为单缸发动机；所述排气谐振腔的容积为发动机排量的1.5-9倍。
7.根据权利要求6所述的增压型发动机，其特征在于：所述进气谐振腔的容积大于发动机排量的1.5倍；
8.根据权利要求7所述的增压型发动机，其特征在于：所述进气谐振腔的容积为发动机排量的1.5倍，排气谐振腔的容积为发动机排量的6倍。
9.根据权利要求8所述的增压型发动机，其特征在于：所述排气管道位于发动机排气口与排气谐振腔之间的管段长度为100-400mm。
10.根据权利要求5所述的增压型发动机，其特征在于：所述压力控制支线连通于进气管道的增压系统后管段。
设计说明书
技术领域
本发明涉及发动机领域，具体涉及一种利用增压系统提高功率的发动机。
背景技术
涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩。现有技术中涡轮增压系统主要包括增压装置以及中冷器等设备，增压装置包括一个安装于排气系统的涡轮组件和安装于进气系统的增压器(空气压缩机组件)，通过排气压力驱动涡轮组件带动增压器增加进气压力，从而提高发动机的功率。
现有技术中，由于发动机排气具有一定的频率，因而对于被驱动的涡轮组件的驱动也具有波动性。特别是对于单缸发动机来说这种波动性尤为严重，利用传统的排气结构会导致非常大的泵气负功使增压效果无法体现，同时增压器的工作稳定性也会受到影响。因此，采用传统的增压系统结构难以规避上述问题，使得增压结构的优势无法完全体现，特别是在单缸发动机，增压系统的效力无法完全体现。
因此，需要对现有技术的增压系统进行改进，能够有效减少由于排气的频率特征导致的波动性，避免由于泵气负功原因导致的增压效果无法体现的问题，提高发动机功率，且结构简单，降低发动机能耗，并不会增加增压系统的成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种增压型发动机，能够有效减少由于排气的频率特征导致的波动性，避免由于泵气负功原因导致的增压效果无法体现的问题，提高发动机功率，且结构简单，降低发动机能耗，并不会增加增压系统的成本。
本发明的增压型发动机，包括发动机本体、进气系统、排气系统和增压系统，在所述排气系统包括连通于发动机排气口与消声器之间的排气管道，所述排气管道设有排气谐振腔，所述排气谐振腔位于发动机排气口与增压系统之间；对于发动机来说，进气系统包括空滤器、进气管道等部件，排气系统包括排气管道和消声器等部件，而发动机本体还包括一些必要的部件，属于现有技术，在此不再赘述；而增压系统包括由排气系统驱动的涡轮组件、由涡轮组件驱动的增压组件(压缩机)以及中冷器等组件，属于现有技术，在此不再赘述；本发明在涡轮组件前设置排气谐振腔，利用排气谐振腔的缓冲谐振作用，降低由于排气频率引起的波动，当然，谐振腔内还可设置一些谐振挡板之类的部件。
进一步，所述排气管道设置有旁路，所述旁路连通于增压系统前排气管段和增压系统后排气管段之间，且所述旁路设置有控制旁路启闭以及开度的控制阀；由于排气压力的作用，在排气较大压力时，涡轮组件驱动增压组件会较大的增加进气压力，过大的进气压力会导致整体进气的不平稳，因此，利用控制阀控制旁路的开度，使得部分废气直接通过旁路排出而不经过涡轮组件，同时，该旁路结合排气谐振腔还能有效降低进入涡轮组件的气体的波动性。
进一步，所述控制阀的启闭以及启闭程度通过发动机进气压力联锁控制；利用进气压力联锁控制进入涡轮组件的排气，直接调整涡轮组件的转速从而控制进气压力，具有直接的调节效果；这种联锁控制的方法及结构具有多种，可采用压力传感器检测进气压力并通过电控控制阀的开闭，还可以采用气动结构进行控制，均属于你现有的控制技术，在此不再赘述；这种联锁控制的进气压力的来源可以在增压器后或者增压器前，优选增压器后，因增压器后管道内的进气压力具有及时性的同时而且是增压器增压后的压力，压力的提高以及波动性较为明显，更利于进气压力的控制。
进一步，所述进气系统包括进气管道，所述进气管道设有进气谐振腔，所述进气谐振腔位于增压系统与发动机进气口之间；如图所示，进气谐振腔安装于中冷器与增压器之间，并与排气谐振腔相结合，从源头上和从输出上共同消除进气的频动特性，从而利于保持发动机的稳定运行。
进一步，所述进气管道连通设置有压力控制支线，所述压力控制支线连接控制阀用于将进气压力输送至控制阀用于控制控制阀的启闭及启闭程度；该结构中，利用压力控制支线引出进气道，并连接于气动控制阀的控制端口，具有直接性的特点，从而迅速控制进气压力和增压组件；控制阀为气动弹簧控制阀，利用进气压力控制控制阀的开闭，气动弹簧控制阀的动作原理以及控制方法属于现有技术，在此不再赘述；相对于电控阀来说，具有结构简单，故障率低且成本低的特点。
进一步，所述发动机为单缸发动机；所述排气谐振腔的容积为发动机排量的1.5-9倍，该容积范围的排气谐振腔，具有较好的消除波动性的特点，如图所示，对于单缸发动机来说，可大大提高发动机功率，即本发明特别适合于单缸发动机使用。
进一步，所述进气谐振腔的容积大于发动机排量的1.5倍，该容积的进气谐振腔，与排气谐振腔相结合，大大增加近期的平稳性，具有叠加性的发动机功率提高效果。
进一步，所述进气谐振腔的容积为1.5倍的发动机排量，排气谐振腔的容积为发动机排量的6倍，优选的进气以及排气谐振腔容积，可大大增加发动机功率，起到了涡轮增压应有的效果，特别是对于单缸发动机来说，保证进气平稳的同时，提高发动机效率；如图所示，在优选的进气以及排气谐振腔容积条件下，发动机功率最高，高于优选和低于优选功率均具有一定程度的下降。
进一步，所述排气管道位于发动机排气口与排气谐振腔之间的管段长度为100-400mm；该长度范围结合排气谐振腔的容积参数，利于形成谐振以及缓冲，从而利于保证进入涡轮组件的排气的平稳性，结合旁路的设置，更能保证排气的平稳，从而使得增压系统平稳运行，实现对近期的有效控制。
进一步，所述压力控制支线连通于进气管道的增压系统后管段，能够直接体现发动机进气的压力，从而实现有效控制，保证发动机的平稳运行，利于提高功率以及燃烧效率，最终保证发动机的排放以及降低能耗。
发明的有益效果是：本发明的增压型发动机，通过在排气管道上设置排气谐振腔，能够有效减少用于驱动涡轮组件由于排气的频率特征导致的波动性，避免由于泵气负功原因导致的增压效果无法体现的问题，提高发动机功率，且结构简单，降低发动机能耗及排放，并不会增加增压系统的成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明结构原理示意图；
图2为仅接入进气谐振腔对发动机功率影响图(不同容积)；
图3为仅接入排气谐振腔对发动机功率影响图(不同容积)；
图4为发动机排气口与排气谐振腔之间排气管段的长度对发动机功率的影响图；
图5为改进后的进排气系统对发动机功率影响图。
具体实施方式
如图所示，本发明的发动机，包括发动机本体1、进气系统、排气系统和增压系统，在所述排气系统包括连通于发动机排气口与消声器之间的排气管道3，所述排气管道3设有排气谐振腔2，所述排气谐振腔2位于发动机排气口与增压系统之间；对于发动机来说，进气系统包括空滤器8、进气管道9等部件，排气系统包括排气管道3和消声器7等部件，而发动机本体1还包括一些必要的部件，比如缸体、活塞组件、连杆曲轴等等，属于现有技术，在此不再赘述；而增压系统包括由排气系统驱动的涡轮组件14、由涡轮组件驱动的增压组件(压缩机)12以及中冷器11等组件，属于现有技术，在此不再赘述；本发明在涡轮组件14前设置排气谐振腔2，利用排气谐振腔2的缓冲谐振作用，降低由于排气频率引起的波动，当然，谐振腔内还可设置一些谐振挡板之类的部件；如图所示，排气谐振腔连通于排气管道上，即排气谐振腔14的进气口连通于发动机排气口，出气口连通于涡轮组件的进气口，在此不再赘述。
本实施例中，所述排气管道3设置有旁路5，所述旁路连5通于增压系统前排气管段和增压系统后排气管段之间，前指的是涡轮组件14进气来向，即发动机排气口方向；且所述旁路5设置有控制旁路启闭以及开度的控制阀4；由于排气压力的作用，在排气较大压力时，涡轮组件驱动增压组件会较大的增加进气压力，过大的进气压力会导致整体进气的不平稳，因此，利用控制阀控制旁路的开度，使得部分废气直接通过旁路排出而不经过涡轮组件14，同时，该旁路5结合排气谐振腔2还能有效降低进入涡轮组件的气体的波动性。
本实施例中，所述控制阀4的启闭以及启闭程度通过发动机进气压力联锁控制；利用进气压力联锁控制进入涡轮组件14的排气，直接调整涡轮组件的转速从而控制进气压力，具有直接的调节效果；这种联锁控制的方法及结构具有多种，可采用压力传感器检测进气压力并通过电控控制阀的开闭，还可以采用气动结构进行控制，均属于你现有的控制技术，在此不再赘述；这种联锁控制的进气压力的来源可以在增压器后或者增压器前，优选增压器后，因增压器后管道内的进气压力具有及时性的同时而且是增压器增压后的压力，压力的提高以及波动性较为明显，更利于进气压力的控制。
本实施例中，所述进气系统包括进气管道9，所述进气管道9设有进气谐振腔10，所述进气谐振腔10位于增压系统与发动机进气口之间；如图所示，进气谐振腔安装于中冷器11与增压器12之间，如图所示，进气谐振腔10连通于进气管道上，即进气谐振腔10的进气口连通于增压器出气口，出气口连通于中冷器的进气口，在此不再赘述；进气谐振腔10与排气谐振腔14相结合，从源头上和从输出上共同消除进气的频动特性，从而利于保持发动机的稳定运行。
本实施例中，所述进气管道9连通设置有压力控制支线6，所述压力控制支线6连接控制阀4用于将进气压力输送至控制阀用于控制控制阀的启闭及启闭程度；该结构中，利用压力控制支线6引出进气道的进气压力，并连接于气动控制阀的控制端口，通过进气压力控制气动控制阀的启闭，具有直接性的特点，从而迅速的利用进气压力控制增压组件的动力输出，最终控制进气压力，从而实现进气压力控制的闭环；控制阀为气动弹簧控制阀，利用进气压力控制控制阀的开闭，气动弹簧控制阀的动作原理为利用压力控制支线6引来进气气体，该进气气体直接进入气动弹簧控制阀的进气端，达到设定压力后进气压缩气动弹簧控制阀的弹簧，使得阀芯开启，旁路开通，使得排气部分通过旁路直接排放，减少对涡轮的驱动，气动弹簧控制阀的原理以及控制方法属于现有技术，在此不再赘述；相对于电控阀来说，具有结构简单，故障率低且成本低的特点。
本实施例中，所述发动机为单缸发动机；所述排气谐振腔2的容积为发动机排量的1.5-9倍，该容积范围的排气谐振腔，具有较好的消除波动性的特点，如图所示，对于单缸发动机来说，可大大提高发动机功率，即本发明特别适合于单缸发动机使用。
本实施例中，所述进气谐振腔10的容积大于发动机排量的1.5倍，该容积的进气谐振腔10，与排气谐振腔相结合，大大增加近期的平稳性，具有叠加性的发动机功率提高效果。
本实施例中，所述进气谐振腔10的容积为发动机排量的1.5倍，排气谐振腔2的容积为发动机排量的6倍，优选的进气以及排气谐振腔容积，可大大增加发动机功率，起到了涡轮增压应有的效果，特别是对于单缸发动机来说，保证进气平稳的同时，提高发动机效率；如图所示，在优选的进气以及排气谐振腔容积条件下，发动机功率最高，高于优选和低于优选功率均具有一定程度的下降。
本实施例中，所述排气管道3位于发动机排气口与排气谐振腔之间的管段13长度为100-400mm；优选300mm，该长度范围结合排气谐振腔的容积参数，利于形成谐振以及缓冲，从而利于保证进入涡轮组件的排气的平稳性，结合旁路的设置，更能保证排气的平稳，从而使得增压系统平稳运行，实现对近期的有效控制。
如图所示，本实施例的试验用发动机排量为650ml的单缸发动机，即0.65L，接入1L进气谐振腔，能够使发动机的功率得到有效提升，继续增加该谐振腔容积，发动机功率反而呈下降趋势，见图2，采用0.5L、1L、1.5L和2L的进气谐振腔进行对比，1L的进气谐振腔相对效果最好，此时的比例为1.5倍左右；
排气系统直接加涡轮增压系统，无法达到增压效果。在涡轮增压系统前引入一定容积的排气谐振腔，可以使发动机功率得到大幅度提升，但容积达到4L后，继续增加容积，发动机功率进一步提升幅度并不明显，4000m海拔，2.1压比下，4L容积的谐振腔方案使发动机功率较原机提升了78％；如图3所示，采用1L、2L、4L和6L的排气谐振腔进行对比，6L的排气谐振腔相对于4L的排气谐振腔虽然功率有所增加，但增加幅度较小，而体积却较大，综合性价比则采用4L的排气谐振腔较优，同时4L的排气谐振腔是0.65L发动机排量的6倍左右；
连接排气口和谐振腔的排气管管长在100mm-400mm范围内，功率随着该排气管的长度增加而逐渐提升，当该排气管长度增加到400mm时，发动机功率随之具有下降的趋势，如图4所示，排气管管长在100、200、300和400mm，300mm效率最高，当接到400mm时，功率下降到比100mm稍高，因此，优选长度为300mm。
接入1L进气谐振腔，4L排气谐振腔，且在排气口和排气谐振腔之间接入管长为300mm的排气管后，发动机功率在4000m海拔，2.1压比下较原机提升了85％，见图5。
图2-图5中，横坐标均为增压比，纵坐标为功率。
本实施例中，所述压力控制支线6连通于进气管道9的增压系统(增压器12)后管段，能够直接体现发动机进气的压力，从而实现有效控制，保证发动机的平稳运行，利于提高功率以及燃烧效率，最终保证发动机的排放以及降低能耗。
本发明中，排气谐振腔、进气谐振腔与排气管道以及进气管道的连通均可采用现有的机械连接方式，比如焊接成一体、可拆卸式连接等方式，在此不再赘述；增压系统包括涡轮组件、增压组件和中冷器，与进排气系统的连接配合关系也属于现有技术，在此不再赘述。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910535894.7
申请日:2019-06-20
公开号:CN110159417A
公开日:2019-08-23
国家:CN
国家/省市:85(重庆)
授权编号:授权时间:主分类号:F02B 37/02
专利分类号:F02B37/02;F02B37/12
范畴分类:28B;
申请人:重庆隆鑫通航发动机制造有限公司
第一申请人:重庆隆鑫通航发动机制造有限公司
申请人地址:400052 重庆市九龙坡区九龙园区C区
发明人:张斌;钟德妹;李国卿;陈永燕;陈翔
第一发明人:张斌
当前权利人:重庆隆鑫通航发动机制造有限公司
代理人:吕小琴
代理机构:11129
代理机构编号:北京海虹嘉诚知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计