本發(fā)明涉及的是一種柴油機廢氣利用裝置及其控制方法，具體地說是egr裝置及其控制方法。

背景技術：

傳統(tǒng)的渦輪增壓技術可以大大提高柴油機的平均有效壓力，但是同時會帶來一定的問題，當柴油機運行在低工況時，排氣能量較低，增壓器效率和增壓壓力明顯降低導致供氣量不足，缸內(nèi)燃燒不良，燃油消耗率升高，排氣溫度過高以及排放性能惡化，如果所選增壓器選擇過小，當柴油機運行在高工況時，增壓壓力以及增壓器轉速都會過高，影響柴油機和渦輪增壓器的使用壽命，相繼增壓系統(tǒng)采用兩個及以上的渦輪增壓器，隨著增壓發(fā)動機轉速和負荷的增長，相繼按順序投入運行，從而使渦輪增壓柴油機能夠在整個運轉區(qū)域內(nèi)有較高的增壓比和較好的經(jīng)濟性，滿足不同工況柴油機的空氣需求，相繼增壓階段越多，切換越平穩(wěn)，工作越穩(wěn)定。近年來，柴油機憑借其在熱效率、經(jīng)濟性、可靠性等方面的優(yōu)勢備受關注，雖然柴油機的使用極大地促進了社會的發(fā)展與進步，但是其在使用過程中也會帶來環(huán)境污染等一系列的問題，其中nox是主要的有害污染物之一，能夠?qū)θ梭w產(chǎn)生極大的危害，世界各國紛紛制定了相應的排放法規(guī)，對于船用柴油機而言，在排放控制區(qū)域要求nox排放在原來的基礎之上在降低70％，egr技術是將柴油機排氣中一部分廢氣引入到進氣管，同新鮮空氣混合后進入氣缸重新參與燃燒，使進氣氧含量和燃燒溫度降低，進而能夠降低柴油機nox排放并滿足排放要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供能實現(xiàn)柴油機在非排放控制區(qū)的相繼渦輪增壓以及排放控制區(qū)的相繼渦輪增壓聯(lián)合egr的具有egr實現(xiàn)功能的三渦輪增壓器三階段相繼渦輪增壓裝置及其控制方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明具有egr實現(xiàn)功能的三渦輪增壓器三階段相繼渦輪增壓裝置，其特征是：包括排氣集管、進氣集管、1號大渦輪增壓器、2號大渦輪增壓器、小渦輪增壓器，1號大渦輪增壓器包括1號壓氣機、1號渦輪，2號大渦輪增壓器包括2號壓氣機、2號渦輪，小渦輪增壓器包括小壓氣機、小渦輪；1號渦輪的進口端通過1號排氣管連通排氣集管，2號渦輪的進口端通過2號排氣管連通排氣集管，小號渦輪的進口端通過小號排氣管連通排氣集管，1號渦輪的出口端、2號渦輪的出口端、小渦輪的出口端均連通排放總管，排放管連通大氣；1號壓氣機、2號壓氣機、小壓氣機的進口端均連通進氣總管，進氣總管一端連通大氣，另一端連通egr管，egr管連通排放總管，1號壓氣機的出口端通過1號出氣管連通出氣總管，2號壓氣機的出口端通過2號出氣管連通出氣總管，小壓氣機的出口端通過小號出氣管連通出氣總管，出氣總管通過進氣連通管連通進氣集管；1號排氣管上安裝1號燃氣閥，2號排氣管上安裝2號燃氣閥，小號排氣管上安裝3號燃氣閥，1號出氣管上安裝1號空氣截止閥，2號出氣管上安裝2號空氣截止閥，小號出氣管上安裝egr閥。

本發(fā)明具有egr實現(xiàn)功能的三渦輪增壓器三階段相繼渦輪增壓裝置還可以包括：

1、2號壓氣機與小壓氣機之間的進氣總管上安裝小壓氣機空氣控制閥，egr管上安裝egr冷卻器、egr洗滌器、小壓氣機廢氣控制閥，進氣連通管上安裝空氣冷卻器。

本發(fā)明具有egr實現(xiàn)功能的三渦輪增壓器三階段相繼渦輪增壓控制方法，其特征是：

當柴油機運行在非排放控制區(qū)時：

小壓氣機空氣控制閥打開，小壓氣機廢氣控制閥關閉，egr洗滌器和egr冷卻器不參與工作；

(1)當柴油機處于低工況時：關閉1號燃氣截止閥、2號燃氣截止閥、1號空氣閥以及2號空氣閥，打開3號燃氣控制閥并全開egr閥；

(2)當柴油機運行在中等工況時：在柴油機低工況的基礎上打開2號燃氣閥和2號空氣閥，使2號大渦輪增壓器開始投入工作，此時2號大渦輪增壓器和小渦輪增壓器同時工作；

(3)當柴油機運行在高工況時：在柴油機中等工況的基礎上打開1號空氣截止閥和1號燃氣截止閥，此時三臺渦輪增壓器同時工作。

當柴油機運行在排放控制區(qū)時：

(a)當柴油機處在低工況范圍內(nèi)時：關閉1號燃氣截止閥、2號燃氣截止閥、1號空氣截止閥、2號空氣截止閥以及小壓氣機廢氣控制閥，打開3號燃氣控制閥、小壓氣機空氣控制閥并全開egr閥，；

(b)當柴油機運行在中等工況時：打開3號燃氣閥、2號燃氣閥、2號空氣閥、小壓氣機廢氣控制閥、egr閥，同時關閉小壓氣機空氣控制閥，egr洗滌器和egr冷卻器開始工作，此時2號大渦輪增壓器和小渦輪增壓器同時工作，2號壓氣機入口連接大氣，小壓氣機入口連接經(jīng)洗滌和冷卻后的廢氣；

(c)當柴油機運行在高工況時：打開1號燃氣截止閥、1號空氣截止閥、2號燃氣閥、2號空氣閥、3號燃氣閥、小壓氣機廢氣控制閥、egr閥，同時關閉小壓氣機空氣控制閥，egr洗滌器和egr冷卻器開始工作，此時三渦輪增壓器同時工作，1號壓氣機、2號壓氣機入口連接大氣，小壓氣機入口連接經(jīng)洗滌和冷卻后的廢氣。

本發(fā)明的優(yōu)勢在于：本發(fā)明能夠通過兩個大渦輪增壓器和一個小渦輪增壓器實現(xiàn)柴油機在非排放控制區(qū)域的三階段可調(diào)相繼增壓，解決柴油機在低工況時由于排氣能量不足，渦輪增壓器遲滯嚴重，渦輪效率較低導致的氣缸進氣量不足，燃燒惡化，燃油消耗率較高等問題，三階段相繼渦輪增壓相對兩階段相繼渦輪增壓而言，工作更加穩(wěn)定，切換效果更理想能夠兼顧全工況性能。同時在排放控制區(qū)還可以在三階段相繼增壓的基礎上實現(xiàn)egr，降低進氣的氧含量以及最高燃燒溫度，進而降低柴油機的nox排放，從而滿足排放控制區(qū)的排放要求，此時小號渦輪增壓器壓氣機壓縮的不是空氣而是渦輪后的廢氣，不需要額外借助egr風機就可以克服柴油機進排氣之間的壓差，提高了柴油機整機效率，柴油機的egr率是通過借助小渦輪增壓器壓氣機后的egr閥調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)范圍較大可以實現(xiàn)柴油機不同工況的最佳egr率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述：

結合圖1-2，本發(fā)明公開的具有egr實現(xiàn)功能的三渦輪增壓器三階段相繼渦輪增壓裝置主要包括：排氣集管1、進氣集管2、柴油機3、3號燃氣閥4、1號燃氣閥5、2號燃氣閥6、小渦輪增壓器壓氣機廢氣控制閥7、egr洗滌器8、egr冷卻器9、小渦輪增壓器壓氣機空氣控制閥10、1號大渦輪增壓器壓氣機11、1號大渦輪增壓器渦輪12、2號大渦輪增壓器壓氣機13、2號大渦輪增壓器渦輪14、小渦輪增壓器壓氣機15、小渦輪增壓器渦輪16、1號空氣截止閥17、2號空氣截止閥18、egr閥19、空氣冷卻器20以及直徑較大廢氣管路21。柴油機各氣缸分別通過排氣支管連接排氣集管1，通過進氣支管連接進氣集管2；經(jīng)排氣集管1穩(wěn)壓后的廢氣分別通過1號燃氣截止閥5、2號燃氣截止閥6、3號燃氣截止閥4通向1號大渦輪增壓器、2號大渦輪增壓器以及小渦輪增壓器渦輪12、14、16的入口，從渦輪增壓器渦輪12、14、16出來的廢氣通過一根直徑較大的21直接排向大氣；1號大渦輪增壓器壓氣機11以及2號大渦輪增壓器壓氣機13入口直接連接大氣，小號渦輪增壓器壓氣機15入口既可以直接連接大氣也可以連接廢氣管路末端的廢氣，其中它們通過小渦輪增壓器壓氣機空氣控制閥10和小渦輪增壓器壓氣機廢氣控制閥7控制，小渦輪增壓器壓氣機15入口連接大氣的管路上安裝有小渦輪增壓器壓氣機空氣控制閥10，小渦輪增壓器壓氣機入口與廢氣管路21末端之間的egr管路上安裝有小渦輪增壓器壓氣機廢氣控制閥7、egr洗滌器8以及egr冷卻器9；1號大渦輪增壓器、2號大渦輪增壓器壓及小渦輪增壓器的壓氣機出口分別通過1號空氣截止閥17、2號空氣截止閥18及egr閥19連接空氣冷卻器20入口，并且從空氣冷卻器20出來的新鮮空氣直接通向進氣集管3，進入氣缸參與燃燒，柴油機不同工況的egr率是通過閉環(huán)調(diào)節(jié)egr閥19的開度來實現(xiàn)的。

該裝置具體的控制方案如下：

當柴油機運行在非排放控制區(qū)時

小渦輪增壓器壓氣機空氣控制閥10打開，小渦輪增壓器壓氣機廢氣控制閥7關閉，egr洗滌器8和egr冷卻器9不參與工作，此時柴油機處于純相繼增壓模式。

(1)當柴油機處于低工況時：關閉1號燃氣截止閥5、2號燃氣截止閥6、1號空氣閥17以及2號空氣閥18，打開3號燃氣控制閥4并全開egr閥19，此時只有小渦輪增壓器工作，渦輪流通面積較小，響應快，渦輪效率高，做功能力強，能夠產(chǎn)生較高的壓比和流量，提高低工況的加速和加載響應特性。

(2)當柴油機運行在中等工況時：在(1)的基礎上打開2號燃氣閥6和2號空氣閥18，使2號大渦輪增壓器開始投入工作，此時2號大渦輪增壓器和小渦輪增壓器同時工作，渦輪流通面積增大，不會使小渦輪增壓器轉速超限，同時壓比也不會太高，空氣流量增加，滿足柴油機中等工況的空氣需求。

(3)當柴油機運行在高工況時：此時柴油機工作所需要的空氣流量增加，在(2)的基礎上打開1號空氣截止閥17和1號燃氣截止閥5，此時三臺渦輪增壓器同時工作，渦輪流通面積最大，壓比不會很高同時總流量較大，滿足柴油機高工況的空氣需求。

當柴油機運行在排放控制區(qū)時

(1)如果柴油機處在低工況范圍內(nèi)時：nox排放相對較少，同時在低工況下主要滿足柴油機的進氣量問題，所以當柴油機處于低工況時，沒有egr，此時關閉1號燃氣截止閥5、2號燃氣截止閥6、1號空氣截止閥17、2號空氣截止閥18以及小渦輪增壓器壓氣機廢氣控制閥7，打開3號燃氣控制閥4、小渦輪增壓器壓氣機空氣控制閥10并全開egr閥19，egr冷卻器和egr洗滌器不工作，這時只有小渦輪增壓器工作，渦輪流通面積較小，響應快，渦輪效率高，做功能力強，能夠產(chǎn)生較高的壓比和流量，提高低工況的加速和加載響應特性，滿足柴油機低工況的空氣需求。

(2)當柴油機運行在中等工況時，打開3號燃氣閥4、2號燃氣閥6、2號空氣閥18、小渦輪增壓器壓氣機廢氣控制閥7、egr閥19保持一定開度，同時關閉小渦輪增壓器壓氣機空氣控制閥10，這時egr洗滌器8和egr冷卻器9開始工作，此時2號大渦輪增壓器和小渦輪增壓器同時工作，2號大渦輪增壓器壓氣機13入口連接大氣，小渦輪增壓器壓氣機15入口連接經(jīng)洗滌和冷卻后的廢氣，這樣會導致進入進氣集管2內(nèi)的氣體比熱容增加，氧含量降低，最終導致最高燃燒溫度降低，nox排放降低，同時由于增壓柴油機過量空氣系數(shù)較大，廢氣中也含有大量的氧氣，所以經(jīng)過小渦輪增壓器壓氣機15的廢體內(nèi)氧含量也較高不會導致進氣集管2內(nèi)氣體氧含量很低進而影響燃燒品質(zhì)。

(3)當柴油機運行在高工況時，打開1號燃氣截止閥5、1號空氣截止閥17、2號燃氣閥6、2號空氣閥18、3號燃氣閥4、小渦輪增壓器壓氣機廢氣控制閥7、egr閥19保持一定開度，同時關閉小渦輪增壓器壓氣機空氣控制閥10，這時egr洗滌器和egr冷卻器開始工作，此時三渦輪增壓器同時工作，1、2號大渦輪增壓器壓氣機11、13入口連接大氣，小渦輪增壓器壓氣機15入口連接經(jīng)洗滌和冷卻后的廢氣，渦輪的總流通面積最大，增壓壓力不會很高，同時流量最大，滿足高工況燃燒所需要的空氣，同時通過小渦輪增壓器壓氣機進入進氣集管2內(nèi)的廢氣會使進氣集管2內(nèi)的氣體比熱容增加，氧含量降低，最終導致最高燃燒溫度降低，nox排放降低，同時由于增壓柴油機過量空氣系數(shù)很大，廢氣中也含有大量的氧氣，所以經(jīng)過小渦輪增壓器壓氣機15的廢氣內(nèi)氧含量也較高，不會導致進氣集管2內(nèi)氣體氧含量很低進而影響燃燒品質(zhì)。