相繼增壓柴油機(jī)加氣系統(tǒng)及其加氣方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供相繼增壓柴油機(jī)加氣系統(tǒng)及其加氣方法，相繼增壓柴油機(jī)加氣系統(tǒng)，包括柴油機(jī)、基本渦輪增壓器、受控渦輪增壓器、加氣裝置，基本渦輪增壓器的基本壓氣機(jī)與柴油機(jī)的A列進(jìn)氣管相連通，受控渦輪增壓器的受控渦輪與柴油機(jī)的B列排氣管相連通，B列排氣管上安裝燃?xì)忾y，加氣裝置通過加氣管A連通受控渦輪與燃?xì)忾y之間的B列排氣管，加氣裝置通過加氣管B連通基本壓氣機(jī)，加氣管A上安裝加氣閥A，加氣管B上安裝加氣閥B。本發(fā)明相繼增壓柴油機(jī)在切入和切出過程中，加氣裝置通過加氣管分別向B列排氣管和基本壓氣機(jī)的蝸殼噴氣，增加切換過程柴油機(jī)的進(jìn)氣量，改善缸內(nèi)燃燒，減小速度波動(dòng)，降低燃油消耗和不完全燃燒產(chǎn)物的排放量。
【專利說明】相繼增壓柴油機(jī)加氣系統(tǒng)及其加氣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種柴油機(jī)系統(tǒng)及其控制方法，具體地說是船舶相繼增壓柴油機(jī)系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相繼增壓柴油機(jī)的原理是在柴油機(jī)上采用兩臺(tái)或者多臺(tái)渦輪增壓器，隨著柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增加，渦輪增壓器相繼按次序投入或退出運(yùn)行，使工作的渦輪增壓器始終在高效率區(qū)運(yùn)行，以達(dá)到降低柴油機(jī)在整個(gè)運(yùn)行區(qū)間的油耗。在低工況時(shí)，基本增壓系統(tǒng)單獨(dú)工作為柴油機(jī)提供壓縮空氣，稱為ITC狀態(tài)；在高工況時(shí)，基本增壓系統(tǒng)和受控增壓系統(tǒng)同時(shí)工作，稱為2TC狀態(tài)。在低工況升至高工況過程中，在柴油機(jī)各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到設(shè)定的切入點(diǎn)時(shí)，燃?xì)忾y和空氣閥打開，受控增壓器切入工作，這個(gè)過程為切入過程即ITC狀態(tài)變成2TC狀態(tài)。相反，當(dāng)柴油機(jī)從高工況降至低工況時(shí)，達(dá)到切出點(diǎn)，燃?xì)忾y和空氣閥關(guān)閉，受控增壓器切出工作，這個(gè)過程叫做切出過程即2TC狀態(tài)變?yōu)镮TC狀態(tài)。
[0003]相繼增壓技術(shù)是改善增壓柴油機(jī)低工況性能的有效辦法，可以提高經(jīng)濟(jì)性和有效的擴(kuò)大運(yùn)行范圍。相繼增壓柴油機(jī)的主要問題是在切換過程中，需要一段響應(yīng)時(shí)間使渦輪增壓器轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定值，重新建立增壓壓力。在這段時(shí)間內(nèi)由于進(jìn)氣量不能滿足柴油機(jī)燃燒所需要，因此導(dǎo)致切換過程中空燃比瞬時(shí)減小，燃燒惡化，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速降低，調(diào)速器通過控制進(jìn)一步加大噴油量，排氣煙度進(jìn)一步增加，柴油機(jī)出現(xiàn)冒黑煙的現(xiàn)象。因此在切換過程中，柴油機(jī)的動(dòng)力會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，不完全燃燒產(chǎn)物如一氧化碳和顆粒物排放量會(huì)急劇升高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供用于改善柴油機(jī)切換過程中性能的相繼增壓柴油機(jī)加氣系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明相繼增壓柴油機(jī)加氣系統(tǒng)，包括柴油機(jī)、基本渦輪增壓器、受控渦輪增壓器，基本渦輪增壓器的基本壓氣機(jī)與柴油機(jī)的A列進(jìn)氣管相連通，受控渦輪增壓器的受控渦輪與柴油機(jī)的B列排氣管相連通，其特征是:還包括加氣裝置，B列排氣管上安裝燃?xì)忾y，加氣裝置通過加氣管A連通受控渦輪與燃?xì)忾y之間的B列排氣管，加氣裝置通過加氣管B連通基本壓氣機(jī)，加氣管A上安裝加氣閥A，加氣管B上安裝加氣閥B。
[0007]本發(fā)明相繼增壓柴油機(jī)加氣系統(tǒng)還可以包括:
[0008]1、所述的加氣裝置包括電動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)、第一氣瓶、第二氣瓶，電動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)、第一氣瓶和第二氣瓶通過加氣總管依次相連，加氣總管經(jīng)第二氣瓶后分別連通加氣管A和加氣管B，第一氣瓶與第二氣瓶之間的加氣總管上安裝節(jié)流閥，第二氣瓶與加氣管A和加氣管B之間的加氣總管上安裝加氣總閥；開啟或關(guān)閉電動(dòng)機(jī)并通過壓氣機(jī)可使第一氣瓶的壓力在所需值，通過控制節(jié)流閥從而控制第二氣瓶的壓力。
[0009]2、第二氣瓶上安裝氣瓶放氣閥，通過同時(shí)控制節(jié)流閥和氣瓶放氣閥可控制第二氣瓶的壓力。
[0010]本發(fā)明相繼增壓柴油機(jī)加氣方法，其特征是:采用如下相繼增壓柴油機(jī)加氣系統(tǒng):包括柴油機(jī)、基本渦輪增壓器、受控渦輪增壓器、加氣裝置，基本渦輪增壓器的基本壓氣機(jī)與柴油機(jī)的A列進(jìn)氣管相連通，受控渦輪增壓器的受控渦輪與柴油機(jī)的B列排氣管相連通，B列排氣管上安裝燃?xì)忾y，加氣裝置通過加氣管A連通受控渦輪與燃?xì)忾y之間的B列排氣管，加氣裝置通過加氣管B連通基本壓氣機(jī)，加氣管A上安裝加氣閥A，加氣管B上安裝加氣閥B ;所述的加氣裝置包括電動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)、第一氣瓶、第二氣瓶，電動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)、第一氣瓶和第二氣瓶通過加氣總管依次相連，加氣總管經(jīng)第二氣瓶后分別連通加氣管A和加氣管B，第一氣瓶與第二氣瓶之間的加氣總管上安裝節(jié)流閥，第二氣瓶與加氣管A和加氣管B之間的加氣總管上安裝加氣總閥；第二氣瓶上安裝氣瓶放氣閥；開啟或關(guān)閉電動(dòng)機(jī)并通過壓氣機(jī)可使第一氣瓶的壓力在所需值，通過控制節(jié)流閥和氣瓶放氣閥從而控制第二氣瓶的壓力；
[0011]柴油機(jī)從ITC切換到2TC的過程:首先，基本渦輪增壓器單獨(dú)工作，當(dāng)柴油機(jī)工況上升達(dá)到ITC到2TC的切換點(diǎn)時(shí)，控制燃?xì)忾y、空氣閥和加氣閥A開啟，柴油機(jī)進(jìn)入2TC狀態(tài)，即基本渦輪增壓器和受控渦輪增壓器同時(shí)工作，加氣裝置開始通過加氣管A向B列排氣管加氣；當(dāng)受控渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)值時(shí)，控制加氣閥A關(guān)閉，加氣過程結(jié)束，加氣裝置第二氣瓶的壓力達(dá)到2TC狀態(tài)的壓力；
[0012]柴油機(jī)2TC切換到ITC的過程:當(dāng)柴油機(jī)工況下降達(dá)到2TC到ITC的切換點(diǎn)時(shí)，控制燃?xì)忾y關(guān)閉、空氣閥關(guān)閉以及加氣閥B開啟，柴油機(jī)進(jìn)入ITC狀態(tài)，即基本渦輪增壓器單獨(dú)工作，加氣裝置開始通過加氣管B向基本壓氣機(jī)加氣；當(dāng)々列進(jìn)氣管進(jìn)氣壓力達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)值時(shí)，控制加氣閥B關(guān)閉，加氣過程結(jié)束；加氣裝置的第二氣瓶2的壓力達(dá)到ITC狀態(tài)的壓力。
[0013]本發(fā)明相繼增壓柴油機(jī)加氣方法還可以包括:
[0014]柴油機(jī)處于ITC時(shí)，并當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速大于或等于lOOr/min，控制加氣總閥和加氣閥B打開，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速低于100r/min,控制加氣總閥關(guān)閉。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:本發(fā)明相繼增壓柴油機(jī)在切入和切出過程中，加氣裝置通過加氣管分別向B列排氣管和基本壓氣機(jī)的蝸殼噴氣，增加切換過程柴油機(jī)的進(jìn)氣量，改善缸內(nèi)燃燒，減小速度波動(dòng)，降低燃油消耗和不完全燃燒產(chǎn)物的排放量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明加氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明控制單元的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0020]結(jié)合圖1?3，本發(fā)明包括柴油機(jī)11，A列進(jìn)氣管12，基本渦輪增壓器14，基本壓氣機(jī)15，受控渦輪增壓器17，受控渦輪18，空氣閥19，燃?xì)忾y20，B列排氣管21，加氣管A22，加氣管B23，加氣閥A24，加氣閥B25，加氣裝置28，控制單元29。加氣裝置28包括電動(dòng)機(jī)211，壓氣機(jī)212，第一氣瓶213，節(jié)流閥214，第二氣瓶215，加氣閥216，加氣管217，放氣閥218，壓力控制單元219、線220，線221，線222，線223?？刂茊卧?9包括相繼增壓控制模塊311，加氣模塊 312，線 301，線 302，線 303，線 304，線 305，線 306。
[0021]如圖1所示，加氣裝置28分別通過加氣管A22和加氣管B23與B列排氣管和基本壓氣機(jī)蝸殼相連，加氣閥A24和加氣閥B25分別在加氣管A22和加氣管B23上控制著連通與斷開；控制單元29通過線301、線303、線304和線305控制著燃?xì)忾y20、空氣閥19、加氣閥A24和加氣閥B25的開關(guān)，通過線302向加氣裝置28輸出相繼增壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信號。
[0022]本發(fā)明的工作過程如下:柴油機(jī)11工作時(shí)，加氣裝置28中壓力控制單元(219)檢測到主機(jī)轉(zhuǎn)速大于100r/min，通過線220控制加氣閥216打開，加氣裝置切入工作?？刂茊卧?9中相繼增壓控制模塊311根據(jù)柴油運(yùn)行參數(shù)確定相繼增壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并通過線306把狀態(tài)信號傳遞給加氣模塊312，加氣模塊312通過線301和線303控制燃?xì)忾y20和空氣閥19開啟和關(guān)閉達(dá)到相繼增壓系統(tǒng)的目標(biāo)運(yùn)行狀態(tài)；通過302把狀態(tài)信號傳遞給加氣裝置28。加氣裝置28中壓力控制單元219，通過啟動(dòng)和關(guān)閉電動(dòng)機(jī)211，保持第一氣瓶213內(nèi)壓力在一恒定值，根據(jù)從控制單元29得到的狀態(tài)信號，確定第二氣瓶215中壓力，并通過線221、線222控制節(jié)流閥214的開度和放氣閥218開關(guān)使第二氣瓶215中的壓力達(dá)到目標(biāo)壓力。當(dāng)檢測到柴油機(jī)11轉(zhuǎn)速低于100r/min，壓力控制單元219通過線220控制加氣閥216關(guān)閉，加氣裝置退出工作。
[0023]在柴油機(jī)11從低工況升到高工況的過程:低工況，此時(shí)相繼增壓系統(tǒng)處于ITC狀態(tài)，即基本渦輪增壓器14單獨(dú)工作；隨著柴油機(jī)的功率增加，各參數(shù)增加，當(dāng)柴油機(jī)達(dá)到切換點(diǎn)時(shí)，即相繼增壓系統(tǒng)切入過程，控制單元28通過線301、線303和線304控制燃?xì)忾y20、空氣閥19和加氣閥A24開啟，相繼增壓系統(tǒng)在2TC狀態(tài)工作，即基本增壓系統(tǒng)和受控增壓系統(tǒng)同時(shí)工作，加氣裝置28開始通過加氣管A22向B列排氣21管加氣；當(dāng)控制單元29加氣模塊312檢測到受控渦輪增壓器17的轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值，控制加氣閥A24關(guān)閉，加氣過程結(jié)束；控制單元29向加氣裝置輸出2TC狀態(tài)信號，加氣裝置28第二氣瓶的壓力達(dá)到2TC的壓力。
[0024]柴油機(jī)11從高工況到低工況的過程:在高工況，此時(shí)相繼增壓系統(tǒng)處于2TC狀態(tài)；隨著柴油機(jī)的功率降低，各參數(shù)降低，當(dāng)柴油機(jī)達(dá)到切換點(diǎn)時(shí)，即相繼增壓系統(tǒng)切出過程，控制單元28通過線301、線303和線305控制燃?xì)忾y20關(guān)閉、空氣閥19關(guān)閉以及加氣閥B25開啟，相繼增壓系統(tǒng)在ITC狀態(tài)工作，加氣裝置28開始通過加氣管B22向基本壓氣機(jī)15蝸殼噴氣；當(dāng)控制單元29噴氣模塊312檢測到A列進(jìn)氣管12進(jìn)氣壓力達(dá)到目標(biāo)值，控制加氣閥B25關(guān)閉，加氣過程結(jié)束；控制單元29向加氣裝置輸出ITC狀態(tài)信號，加氣裝置28第二氣瓶的壓力達(dá)到ITC的壓力。
[0025]本發(fā)明一種相繼增壓柴油機(jī)的加氣系統(tǒng)包括，加氣管A22左端連接在受控渦輪18與燃?xì)忾y20間的柴油機(jī)B列排氣管21上，右端連接加氣裝置28 ;加氣管B23左端連接在基本壓氣機(jī)15的蝸殼上，右端與加氣裝置28相連。加氣管A22和加氣管B23上分別裝有加氣閥A24和加氣閥B25，開啟和關(guān)閉受控制單元29控制。
[0026]控制單元29可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)確定相繼增壓柴油機(jī)此時(shí)切換狀態(tài)和是否發(fā)生切換過程?？刂茊卧ㄟ^控制空氣閥19、燃?xì)忾y20、加氣閥A24和加氣閥B25控制切換過程和加氣過程，并向加氣裝置輸出相繼增壓系統(tǒng)狀態(tài)信號。[0027]如果發(fā)生加氣過程，控制單元29根據(jù)收到的受控渦輪18轉(zhuǎn)速或者A列進(jìn)氣管12的進(jìn)氣壓力確定加氣結(jié)束的時(shí)間。
[0028]加氣裝置28根據(jù)控制單元29傳遞的相繼增壓系統(tǒng)狀態(tài)信號輸出不同壓力的氣體。
[0029]本發(fā)明的技術(shù)方案:包括加氣裝置，兩根帶有閥門的加氣管以及把相繼增壓控制模塊和加氣模塊集成在一起的控制單元。
[0030]增壓系統(tǒng)包括渦輪增壓器、受控渦輪增壓器以及空氣閥和燃?xì)忾y，加氣裝置左端分別連接著加氣管A和加氣管B，在加氣管A、B上分別有加氣閥A、B，可以開啟和關(guān)閉。所述的加氣管A左端連接著B列排氣管在燃?xì)忾y與受控渦輪之間的部分，加氣管B左端連接在基本壓氣機(jī)蝸殼上。所述的控制單元控制著燃?xì)忾y、空氣閥、加氣閥A和加氣閥B的開啟和關(guān)閉。所述加氣裝置依次連接，包括電動(dòng)機(jī)，壓氣機(jī)，第一氣瓶，節(jié)流閥，第二氣瓶，放氣閥，加氣總管和加氣閥；壓力控制模塊控制加氣閥、節(jié)流閥、放氣閥和電動(dòng)機(jī)。
[0031]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，是在所述相繼增壓系統(tǒng)上增加了加氣裝置。
[0032]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，是把加氣裝置通過加氣管A和加氣管B與相繼增壓柴油機(jī)連接起來，并通過加氣閥A和加氣閥B控制連通與斷開。
[0033]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在原有相繼增壓控制模塊中添加加氣模塊集成為控制模塊。通過控制燃?xì)忾y和空氣閥的開啟和關(guān)閉確定相繼增壓系統(tǒng)的狀態(tài)；通過控制加氣閥A和加氣閥B的開啟和關(guān)閉控制加氣過程；根據(jù)切換過程受控渦輪轉(zhuǎn)速和A列進(jìn)氣管的壓力確定噴氣時(shí)間；把相機(jī)增壓系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信號傳遞給加氣裝置。
[0034]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，壓力模塊通過控制電動(dòng)的機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)控制第一氣瓶的壓力；通過控制單元的傳遞的信號，確定第二氣瓶內(nèi)的壓力；通過控制節(jié)流閥的旋轉(zhuǎn)角度和放氣閥調(diào)節(jié)第二氣瓶的壓力；通過控制加氣閥的開、關(guān)控制是否接入加氣系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.相繼增壓柴油機(jī)加氣系統(tǒng)，包括柴油機(jī)、基本渦輪增壓器、受控渦輪增壓器，基本渦輪增壓器的基本壓氣機(jī)與柴油機(jī)的A列進(jìn)氣管相連通，受控渦輪增壓器的受控渦輪與柴油機(jī)的B列排氣管相連通，其特征是:還包括加氣裝置，B列排氣管上安裝燃?xì)忾y，加氣裝置通過加氣管A連通受控渦輪與燃?xì)忾y之間的B列排氣管，加氣裝置通過加氣管B連通基本壓氣機(jī)，加氣管A上安裝加氣閥A，加氣管B上安裝加氣閥B。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相繼增壓柴油機(jī)加氣系統(tǒng)，其特征是:所述的加氣裝置包括電動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)、第一氣瓶、第二氣瓶，電動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)、第一氣瓶和第二氣瓶通過加氣總管依次相連，加氣總管經(jīng)第二氣瓶后分別連通加氣管A和加氣管B,第一氣瓶與第二氣瓶之間的加氣總管上安裝節(jié)流閥，第二氣瓶與加氣管A和加氣管B之間的加氣總管上安裝加氣總閥；開啟或關(guān)閉電動(dòng)機(jī)并通過壓氣機(jī)可使第一氣瓶的壓力在所需值，通過控制節(jié)流閥從而控制第二氣瓶的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的相繼增壓柴油機(jī)加氣系統(tǒng)，其特征是:第二氣瓶上安裝氣瓶放氣閥，通過同時(shí)控制節(jié)流閥和氣瓶放氣閥可控制第二氣瓶的壓力。
4.相繼增壓柴油機(jī)加氣方法，其特征是:采用如下相繼增壓柴油機(jī)加氣系統(tǒng):包括柴油機(jī)、基本渦輪增壓器、受控渦輪增壓器、加氣裝置，基本渦輪增壓器的基本壓氣機(jī)與柴油機(jī)的A列進(jìn)氣管相連通，受控渦輪增壓器的受控渦輪與柴油機(jī)的B列排氣管相連通，B列排氣管上安裝燃?xì)忾y，加氣裝置通過加氣管A連通受控渦輪與燃?xì)忾y之間的B列排氣管，加氣裝置通過加氣管B連通基本壓氣機(jī)，加氣管A上安裝加氣閥A，加氣管B上安裝加氣閥B ;所述的加氣裝置包括電動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)、第一氣瓶、第二氣瓶，電動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)、第一氣瓶和第二氣瓶通過加氣總管依次相連，加氣總管經(jīng)第二氣瓶后分別連通加氣管A和加氣管B,第一氣瓶與第二氣瓶之間的加氣總管上安裝節(jié)流閥，第二氣瓶與加氣管A和加氣管B之間的加氣總管上安裝加氣總閥；第二氣瓶上安裝氣瓶放氣閥；開啟或關(guān)閉電動(dòng)機(jī)并通過壓氣機(jī)可使第一氣瓶的壓力在所需值，通過控制節(jié)流閥和氣瓶放氣閥從而控制第二氣瓶的壓力； 柴油機(jī)從ITC切換到2TC的過程:首先，基本渦輪增壓器單獨(dú)工作，當(dāng)柴油機(jī)工況上升達(dá)到ITC到2TC的切換點(diǎn)時(shí)，控制燃?xì)忾y、空氣閥和加氣閥A開啟，柴油機(jī)進(jìn)入2TC狀態(tài)，即基本渦輪增壓器和受控渦輪增壓器同時(shí)工作，加氣裝置開始通過加氣管A向B列排氣管加氣；當(dāng)受控渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)值時(shí)，控制加氣閥A關(guān)閉，加氣過程結(jié)束，力口氣裝置第二氣瓶的壓力達(dá)到2TC狀態(tài)的壓力； 柴油機(jī)2TC切換到ITC的過程:當(dāng)柴油機(jī)工況下降達(dá)到2TC到ITC的切換點(diǎn)時(shí)，控制燃?xì)忾y關(guān)閉、空氣閥關(guān)閉以及加氣閥B開啟，柴油機(jī)進(jìn)入ITC狀態(tài)，即基本渦輪增壓器單獨(dú)工作，加氣裝置開始通過加氣管B向基本壓氣機(jī)加氣；當(dāng)A列進(jìn)氣管進(jìn)氣壓力達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)值時(shí)，控制加氣閥B關(guān)閉，加氣過程結(jié)束；加氣裝置的第二氣瓶2的壓力達(dá)到ITC狀態(tài)的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的相繼增壓柴油機(jī)加氣方法，其特征是:柴油機(jī)處于ITC時(shí)，并當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速大于或等于lOOr/min，控制加氣總閥和加氣閥B打開，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速低于100r/min,控制加氣總閥關(guān)閉。
【文檔編號】F02B37/007GK103790694SQ201410055282
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】王銀燕, 孫永瑞, 王賀春, 楊傳雷, 潘克銀, 李旭 申請人:哈爾濱工程大學(xué)