雙級渦輪增壓系統(tǒng)及起重機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及工程機械領(lǐng)域，尤其涉及一種雙級渦輪增壓系統(tǒng)及起重機。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程機械領(lǐng)域中，起重機是一種常用的吊裝工程機械設(shè)備，其中，汽車起重機是使用最廣泛的起重機，其所用的發(fā)動機均為四沖程發(fā)動機，發(fā)動機每個工作循環(huán)是由進氣、壓縮、做功和排氣四個工作步驟組成的封閉過程，發(fā)動機只有周而復始的進行這些過程才能持續(xù)工作。為了增加發(fā)動機的進氣量，提高發(fā)動機燃燒效率和動力特性，通常需要設(shè)置增壓系統(tǒng)，增壓系統(tǒng)通過發(fā)動機廢氣能量將低密度空氣壓縮為高密度空氣。
[0003]如圖1所示，為現(xiàn)有的汽車起重機用渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，在發(fā)動機吸氣沖程中，外界空氣首先通過進氣管a2進入渦輪增壓器al，經(jīng)過渦輪增壓器al加壓后變成高溫高壓氣體，高溫高壓氣體通過中冷進氣管a3進入中冷器a4，在中冷器a4內(nèi)冷卻后，再經(jīng)過中冷出氣管a5進入發(fā)動機a6，供發(fā)動機燃燒使用。發(fā)動機排氣過程中，從發(fā)動機a6缸體內(nèi)排出的廢氣首先進入渦輪增壓器al，推動渦輪增壓器al旋轉(zhuǎn)并對進氣加壓后，通過排氣管a7排入大氣。
[0004]如圖2所示，為渦輪增壓器al的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，渦輪增壓器al包括:壓氣機殼all，壓氣機葉輪al2，軸承體al3，渦輪箱al4，渦輪al5。渦輪al5為做功部件，廢氣從排氣進口 B進入后通過渦輪al5推動渦輪軸旋轉(zhuǎn)并從排氣出口 C排出，渦輪軸和壓氣機軸剛性連接，進而帶動壓氣機的壓氣機葉輪al2旋轉(zhuǎn)，并對從空氣進口 A進入的空氣做功，將常溫常壓空氣變?yōu)楦邷馗邏簹怏w。渦輪增壓系統(tǒng)主要分為單級渦輪增壓系統(tǒng)和串聯(lián)式雙級渦輪增壓系統(tǒng)。
[0005]如圖3所示，為單級渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，單級渦輪增壓系統(tǒng)主要特征是只有一個渦輪增壓器b2，空氣從空氣進口 A進入渦輪增壓器b2被一次壓縮，然后通過中冷器b3冷卻后被送入發(fā)動機bl。單級渦輪增壓系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單；缺點是氣體只進行一次增壓，增壓壓力低，而且一個渦輪增壓器需要同時兼顧高速和低速性能，渦輪增壓器轉(zhuǎn)動慣量大，渦輪遲滯現(xiàn)象較嚴重。
[0006]如圖4所示，為串聯(lián)式雙級渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，串聯(lián)式雙級渦輪增壓系統(tǒng)由高壓輪增壓器c2和低壓輪增壓器c4兩個渦輪增壓器串聯(lián)組成，空氣從空氣進口 A依次進入低壓輪增壓器c4和高壓輪增壓器c2被二次壓縮，然后通過中冷器c3冷卻后被送入發(fā)動機Cl。串聯(lián)式雙級渦輪增壓系統(tǒng)可以實現(xiàn)空氣的二次增壓，其優(yōu)點是增壓壓力高，進氣量足，渦輪遲滯效應小，發(fā)動機高速和低速性能優(yōu)異；缺點是結(jié)構(gòu)復雜。
[0007]現(xiàn)有的串聯(lián)式雙級渦輪增壓系統(tǒng)對上述的雙級渦輪增壓系統(tǒng)做出了改進，如圖5所示，現(xiàn)有的串聯(lián)式雙級渦輪增壓系統(tǒng)包括高壓渦輪增壓器d2，中冷器d3，低壓渦輪增壓器d4，電控比例閥d5，電控比例閥d5與高壓渦輪增壓器d2并聯(lián)。當發(fā)動機dl轉(zhuǎn)速較低或排氣壓力較低時，電控比例閥d5基本處于關(guān)閉狀態(tài)，此時低壓空氣主要通過低壓渦輪增壓器d4和高壓渦輪增壓器d2進入發(fā)動機dl ;當發(fā)動機dl轉(zhuǎn)速較高或排氣壓力較高時，電控比例閥d5基本處于打開狀態(tài)，此時低壓空氣主要通過低壓渦輪增壓器d4和電控比例閥d5進入發(fā)動機，同時部分低壓空氣也會通過低壓渦輪增壓器d4和高壓渦輪增壓器d2進入發(fā)動機，電控比例閥的開度受發(fā)動機dl轉(zhuǎn)速或排氣壓力控制。在發(fā)動機工作過程中，廢氣均依次經(jīng)過高壓渦輪增壓器d2和低壓渦輪增壓器d4排入大氣。
[0008]現(xiàn)有串聯(lián)式雙渦輪增壓系統(tǒng)，無論發(fā)動機dl處于什么工作狀態(tài)，低壓空氣必須經(jīng)過低壓渦輪增壓器d4才能進入發(fā)動機dl。當發(fā)動機dl轉(zhuǎn)速較低或排氣壓力較低時，對低壓空氣的增壓工作主要靠高壓渦輪增壓器d2來實現(xiàn)，此時低壓渦輪增壓器d4只起到進氣通道的作用，由于高壓渦輪增壓器d2轉(zhuǎn)動慣量小，反應靈敏，所以串聯(lián)式雙渦輪增壓系統(tǒng)相對于單渦輪增壓系統(tǒng)渦輪遲滯效應小，建壓速度快，能夠提高發(fā)動機低轉(zhuǎn)速和低負荷時的性能。但是，由于發(fā)動機dl轉(zhuǎn)速較低或排氣壓力較低時，低壓空氣必須經(jīng)過低壓渦輪增壓器d4才能進入高壓渦輪增壓器d2，進氣阻力大，限制了串聯(lián)式雙渦輪增壓系統(tǒng)進一步降低渦輪遲滯效應的能力，無法最大程度上消除渦輪遲滯效應，發(fā)動機的反應速度繼而被降低，起重機的駕駛性能沒有得到有效的改善。另外，電控比例閥d5開啟程度只受發(fā)動機轉(zhuǎn)速或者排氣壓力控制，控制策略簡單，無法使車輛負荷完全反饋到發(fā)動機進氣系統(tǒng)上。
【實用新型內(nèi)容】
[0009]為克服以上技術(shù)缺陷，本實用新型解決的技術(shù)問題是提供一種雙級渦輪增壓系統(tǒng)，該雙級渦輪增壓系統(tǒng)能夠有效降低渦輪增壓系統(tǒng)的遲滯現(xiàn)象，提高發(fā)動機反應速度，改善起重機的駕駛性能。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種雙級渦輪增壓系統(tǒng)，具有空氣進口和排氣出口，雙級渦輪增壓系統(tǒng)包括:高壓渦輪增壓器、低壓渦輪增壓器以及與低壓渦輪增壓器并聯(lián)連接的旁路進風通道，低壓渦輪增壓器具有連接空氣進口的直路進風通道，高壓渦輪增壓器通過串聯(lián)連接低壓渦輪增壓器與空氣進口連接，高壓渦輪增壓器還通過旁路進風通道直接連接空氣進口。
[0011]在該基本的技術(shù)方案中，通過增加旁路進風通道，并采用旁路進風通道與低壓渦輪增壓器并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)了氣流在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速和低負荷時繞過低壓渦輪增壓器的功能，最大程度上降低了渦輪增壓器的遲滯效應，提升了發(fā)動機的反應速度，改善了起重機的駕駛性能。
[0012]進一步地，雙級渦輪增壓系統(tǒng)還包括與高壓渦輪增壓器并聯(lián)連接的電控比例閥，電控比例閥能夠按比例控制流過高壓渦輪增壓器和電控比例閥的流量。
[0013]在該改進的技術(shù)方案中，電控比例閥通過控制流過高壓渦輪增壓器和電控比例閥的流量來配合發(fā)動機不同的工作狀態(tài)，優(yōu)化發(fā)動機的工作效率，使得雙級渦輪增壓系統(tǒng)具備單渦輪增壓和雙渦輪增壓的兩種工作模式。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低或排氣壓力較低時，電控比例閥使得低壓空氣主要通過低壓渦輪增壓器和高壓渦輪增壓器進入發(fā)動機；當發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高或排氣壓力較高時，電控比例閥使得低壓空氣主要通過低壓渦輪增壓器和電控比例閥進入發(fā)動機。
[0014]進一步地，雙級渦輪增壓系統(tǒng)還包括設(shè)置在直路進風通道和旁路進風通道上的通道閥門組件，通道閥門組件能夠控制直路進風通道與旁路進風通道的通斷狀態(tài)。
[0015]在該改進的技術(shù)方案中，閥門組件能夠在發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速下控制流過直路進風通道與旁路進風通道的空氣流量，有效提高了增壓系統(tǒng)的工作效率和適用性。
[0016]優(yōu)選地，通道閥門組件為蝶閥組件。
[0017]在該優(yōu)選的技術(shù)方案中，通道閥門組件選用常用的蝶閥能夠節(jié)約制造成本且具有較高的可靠性。
[0018]進一步地，蝶閥組件包括閥桿、第一閥葉以及第二閥葉，第一閥葉和第二閥葉固定設(shè)置在閥桿上，通過轉(zhuǎn)動閥桿，第一閥葉和第二閥葉分別改變直路進風通道與旁路進風通道的通斷狀態(tài)。
[0019]在該優(yōu)選的技術(shù)方案中，蝶閥組件主要由兩個閥葉和一個閥桿組成，結(jié)構(gòu)簡單、加工方便且能夠有效保證閥門組件的通斷功能，具有較高的可靠性。
[0020]進一步地，第一閥葉和第二閥葉互相垂直。
[0021]在該改進的技術(shù)方案中，互相垂直的兩個閥葉能夠使得直路進風通道與旁路進風通道的通斷狀態(tài)相反以適應發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速下的增壓需要。
[0022]優(yōu)選地，通道閥門組件為電磁通斷閥組件。
[0023]在該優(yōu)選的技術(shù)方案中，通道閥門組件選用電路控制的電磁通斷閥，控制靈敏、快捷方便且具有較高的可靠性和通斷穩(wěn)定性。
[0024]進一步地，雙級渦輪增壓系統(tǒng)還包括設(shè)置在通道閥門組件的下游且連接直路進風通道與旁路進風通道的補償管路。
[0025]在該改進的技術(shù)方案中，在直路進風通道與旁路進風通道設(shè)置補償管路能夠在氣流方向切換時減小對低壓渦輪增壓器的沖擊，保證了低壓渦輪增壓器的工作穩(wěn)定性。
[0026]進一步地，補償管路的管徑均小于直路進風通道與旁路進風通道的管徑。
[0027]在該改進的技術(shù)方案中，只需將補償管路的制造管徑限制在小于直路進風通道與旁路進風通道的管徑的范圍內(nèi)，選用簡單的結(jié)構(gòu)