CN103790694B - 相继增压柴油机加气系统及其加气方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供相继增压柴油机加气系统及其加气方法，相继增压柴油机加气系统，包括柴油机、基本涡轮增压器、受控涡轮增压器、加气装置，基本涡轮增压器的基本压气机与柴油机的A列进气管相连通，受控涡轮增压器的受控涡轮与柴油机的B列排气管相连通，B列排气管上安装燃气阀，加气装置通过加气管A连通受控涡轮与燃气阀之间的B列排气管，加气装置通过加气管B连通基本压气机，加气管A上安装加气阀A，加气管B上安装加气阀B。本发明相继增压柴油机在切入和切出过程中，加气装置通过加气管分别向B列排气管和基本压气机的蜗壳喷气，增加切换过程柴油机的进气量，改善缸内燃烧，减小速度波动，降低燃油消耗和不完全燃烧产物的排放量。

Description

相继增压柴油机加气系统及其加气方法

技术领域

本发明涉及的是一种柴油机系统及其控制方法，具体地说是船舶相继增压柴油机系统及其控制方法。

背景技术

相继增压柴油机的原理是在柴油机上采用两台或者多台涡轮增压器，随着柴油机的转速和负荷的增加，涡轮增压器相继按次序投入或退出运行，使工作的涡轮增压器始终在高效率区运行，以达到降低柴油机在整个运行区间的油耗。在低工况时，基本增压系统单独工作为柴油机提供压缩空气，称为1TC状态；在高工况时，基本增压系统和受控增压系统同时工作，称为2TC状态。在低工况升至高工况过程中，在柴油机各项参数达到设定的切入点时，燃气阀和空气阀打开，受控增压器切入工作，这个过程为切入过程即1TC状态变成2TC状态。相反，当柴油机从高工况降至低工况时，达到切出点，燃气阀和空气阀关闭，受控增压器切出工作，这个过程叫做切出过程即2TC状态变为1TC状态。

相继增压技术是改善增压柴油机低工况性能的有效办法，可以提高经济性和有效的扩大运行范围。相继增压柴油机的主要问题是在切换过程中，需要一段响应时间使涡轮增压器转速达到稳定值，重新建立增压压力。在这段时间内由于进气量不能满足柴油机燃烧所需要，因此导致切换过程中空燃比瞬时减小，燃烧恶化，柴油机转速降低，调速器通过控制进一步加大喷油量，排气烟度进一步增加，柴油机出现冒黑烟的现象。因此在切换过程中，柴油机的动力会产生波动，不完全燃烧产物如一氧化碳和颗粒物排放量会急剧升高。

发明内容

本发明的目的在于提供用于改善柴油机切换过程中性能的相继增压柴油机加气系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明相继增压柴油机加气系统，包括柴油机、基本涡轮增压器、受控涡轮增压器，基本涡轮增压器的基本压气机与柴油机的A列进气管相连通，受控涡轮增压器的受控涡轮与柴油机的B列排气管相连通，其特征是：还包括加气装置，B列排气管上安装燃气阀，加气装置通过加气管A连通受控涡轮与燃气阀之间的B列排气管，加气装置通过加气管B连通基本压气机，加气管A上安装加气阀A，加气管B上安装加气阀B。

本发明相继增压柴油机加气系统还可以包括：

1、所述的加气装置包括电动机、压气机、第一气瓶、第二气瓶，电动机、压气机、第一气瓶和第二气瓶通过加气总管依次相连，加气总管经第二气瓶后分别连通加气管A和加气管B，第一气瓶与第二气瓶之间的加气总管上安装节流阀，第二气瓶与加气管A和加气管B之间的加气总管上安装加气总阀；开启或关闭电动机并通过压气机可使第一气瓶的压力在所需值，通过控制节流阀从而控制第二气瓶的压力。

2、第二气瓶上安装气瓶放气阀，通过同时控制节流阀和气瓶放气阀可控制第二气瓶的压力。

本发明相继增压柴油机加气方法，其特征是：采用如下相继增压柴油机加气系统：包括柴油机、基本涡轮增压器、受控涡轮增压器、加气装置，基本涡轮增压器的基本压气机与柴油机的A列进气管相连通，受控涡轮增压器的受控涡轮与柴油机的B列排气管相连通，B列排气管上安装燃气阀，加气装置通过加气管A连通受控涡轮与燃气阀之间的B列排气管，加气装置通过加气管B连通基本压气机，加气管A上安装加气阀A，加气管B上安装加气阀B；所述的加气装置包括电动机、压气机、第一气瓶、第二气瓶，电动机、压气机、第一气瓶和第二气瓶通过加气总管依次相连，加气总管经第二气瓶后分别连通加气管A和加气管B，第一气瓶与第二气瓶之间的加气总管上安装节流阀，第二气瓶与加气管A和加气管B之间的加气总管上安装加气总阀；第二气瓶上安装气瓶放气阀；开启或关闭电动机并通过压气机可使第一气瓶的压力在所需值，通过控制节流阀和气瓶放气阀从而控制第二气瓶的压力；

柴油机从1TC切换到2TC的过程：首先，基本涡轮增压器单独工作，当柴油机工况上升达到1TC到2TC的切换点时，控制燃气阀、空气阀和加气阀A开启，柴油机进入2TC状态，即基本涡轮增压器和受控涡轮增压器同时工作，加气装置开始通过加气管A向B列排气管加气；当受控涡轮增压器的转速达到预设的目标值时，控制加气阀A关闭，加气过程结束，加气装置第二气瓶的压力达到2TC状态的压力；

柴油机2TC切换到1TC的过程：当柴油机工况下降达到2TC到1TC的切换点时，控制燃气阀关闭、空气阀关闭以及加气阀B开启，柴油机进入1TC状态，即基本涡轮增压器单独工作，加气装置开始通过加气管B向基本压气机加气；当A列进气管进气压力达到预定的目标值时，控制加气阀B关闭，加气过程结束；加气装置的第二气瓶2的压力达到1TC状态的压力。

本发明相继增压柴油机加气方法还可以包括：

柴油机处于1TC时，并当柴油机转速大于或等于100r/min,控制加气总阀和加气阀B打开，当柴油机转速低于100r/min，控制加气总阀关闭。

本发明的优势在于：本发明相继增压柴油机在切入和切出过程中，加气装置通过加气管分别向B列排气管和基本压气机的蜗壳喷气，增加切换过程柴油机的进气量，改善缸内燃烧，减小速度波动，降低燃油消耗和不完全燃烧产物的排放量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明加气装置结构示意图；

图3为本发明控制单元的示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明包括柴油机11，A列进气管12，基本涡轮增压器14，基本压气机15，受控涡轮增压器17，受控涡轮18，空气阀19，燃气阀20，B列排气管21，加气管A22，加气管B23，加气阀A24，加气阀B25，加气装置28，控制单元29。加气装置28包括电动机211，压气机212，第一气瓶213，节流阀214，第二气瓶215，加气阀216，加气管217，放气阀218，压力控制单元219、线220，线221，线222，线223。控制单元29包括相继增压控制模块311，加气模块312，线301，线302，线303，线304，线305，线306。

如图1所示，加气装置28分别通过加气管A22和加气管B23与B列排气管和基本压气机蜗壳相连，加气阀A24和加气阀B25分别在加气管A22和加气管B23上控制着连通与断开；控制单元29通过线301、线303、线304和线305控制着燃气阀20、空气阀19、加气阀A24和加气阀B25的开关，通过线302向加气装置28输出相继增压系统运行状态信号。

本发明的工作过程如下：柴油机11工作时，加气装置28中压力控制单元(219)检测到主机转速大于100r/min,通过线220控制加气阀216打开，加气装置切入工作。控制单元29中相继增压控制模块311根据柴油运行参数确定相继增压系统运行状态，并通过线306把状态信号传递给加气模块312，加气模块312通过线301和线303控制燃气阀20和空气阀19开启和关闭达到相继增压系统的目标运行状态；通过302把状态信号传递给加气装置28。加气装置28中压力控制单元219，通过启动和关闭电动机211，保持第一气瓶213内压力在一恒定值，根据从控制单元29得到的状态信号，确定第二气瓶215中压力，并通过线221、线222控制节流阀214的开度和放气阀218开关使第二气瓶215中的压力达到目标压力。当检测到柴油机11转速低于100r/min，压力控制单元219通过线220控制加气阀216关闭，加气装置退出工作。

在柴油机11从低工况升到高工况的过程：低工况，此时相继增压系统处于1TC状态，即基本涡轮增压器14单独工作；随着柴油机的功率增加，各参数增加，当柴油机达到切换点时，即相继增压系统切入过程，控制单元28通过线301、线303和线304控制燃气阀20、空气阀19和加气阀A24开启，相继增压系统在2TC状态工作，即基本增压系统和受控增压系统同时工作，加气装置28开始通过加气管A22向B列排气21管加气；当控制单元29加气模块312检测到受控涡轮增压器17的转速达到目标值，控制加气阀A24关闭，加气过程结束；控制单元29向加气装置输出2TC状态信号，加气装置28第二气瓶的压力达到2TC的压力。

柴油机11从高工况到低工况的过程：在高工况，此时相继增压系统处于2TC状态；随着柴油机的功率降低，各参数降低，当柴油机达到切换点时，即相继增压系统切出过程，控制单元28通过线301、线303和线305控制燃气阀20关闭、空气阀19关闭以及加气阀B25开启，相继增压系统在1TC状态工作，加气装置28开始通过加气管B23向基本压气机15蜗壳喷气；当控制单元29喷气模块312检测到A列进气管12进气压力达到目标值，控制加气阀B25关闭，加气过程结束；控制单元29向加气装置输出1TC状态信号，加气装置28第二气瓶的压力达到1TC的压力。

本发明一种相继增压柴油机的加气系统包括，加气管A22左端连接在受控涡轮18与燃气阀20间的柴油机B列排气管21上，右端连接加气装置28；加气管B23左端连接在基本压气机15的蜗壳上，右端与加气装置28相连。加气管A22和加气管B23上分别装有加气阀A24和加气阀B25，开启和关闭受控制单元29控制。

控制单元29可以根据发动机运行参数确定相继增压柴油机此时切换状态和是否发生切换过程。控制单元通过控制空气阀19、燃气阀20、加气阀A24和加气阀B25控制切换过程和加气过程，并向加气装置输出相继增压系统状态信号。

如果发生加气过程，控制单元29根据收到的受控涡轮18转速或者A列进气管12的进气压力确定加气结束的时间。

加气装置28根据控制单元29传递的相继增压系统状态信号输出不同压力的气体。

本发明的技术方案：包括加气装置，两根带有阀门的加气管以及把相继增压控制模块和加气模块集成在一起的控制单元。

增压系统包括涡轮增压器、受控涡轮增压器以及空气阀和燃气阀，加气装置左端分别连接着加气管A和加气管B，在加气管A、B上分别有加气阀A、B，可以开启和关闭。所述的加气管A左端连接着B列排气管在燃气阀与受控涡轮之间的部分，加气管B左端连接在基本压气机蜗壳上。所述的控制单元控制着燃气阀、空气阀、加气阀A和加气阀B的开启和关闭。所述加气装置依次连接，包括电动机，压气机，第一气瓶，节流阀，第二气瓶，放气阀，加气总管和加气阀；压力控制模块控制加气阀、节流阀、放气阀和电动机。

作为本发明的进一步改进，是在所述相继增压系统上增加了加气装置。

作为本发明的进一步改进，是把加气装置通过加气管A和加气管B与相继增压柴油机连接起来，并通过加气阀A和加气阀B控制连通与断开。

作为本发明的进一步改进，在原有相继增压控制模块中添加加气模块集成为控制模块。通过控制燃气阀和空气阀的开启和关闭确定相继增压系统的状态；通过控制加气阀A和加气阀B的开启和关闭控制加气过程；根据切换过程受控涡轮转速和A列进气管的压力确定喷气时间；把相机增压系统的运行状态信号传递给加气装置。

作为本发明的进一步改进，压力模块通过控制电动的机启动和停机控制第一气瓶的压力；通过控制单元的传递的信号，确定第二气瓶内的压力；通过控制节流阀的旋转角度和放气阀调节第二气瓶的压力；通过控制加气阀的开、关控制是否接入加气系统。

Claims (4)

1.相继增压柴油机加气系统，包括柴油机、基本涡轮增压器、受控涡轮增压器，基本涡轮增压器的基本压气机与柴油机的A列进气管相连通，受控涡轮增压器的受控涡轮与柴油机的B列排气管相连通，其特征是：还包括加气装置，B列排气管上安装燃气阀，加气装置通过加气管A连通受控涡轮与燃气阀之间的B列排气管，加气装置通过加气管B连通基本压气机，加气管A上安装加气阀A，加气管B上安装加气阀B；

所述的加气装置包括电动机、压气机、第一气瓶、第二气瓶，电动机、压气机、第一气瓶和第二气瓶通过加气总管依次相连，加气总管经第二气瓶后分别连通加气管A和加气管B，第一气瓶与第二气瓶之间的加气总管上安装节流阀，第二气瓶与加气管A和加气管B之间的加气总管上安装加气总阀；开启或关闭电动机并通过压气机可使第一气瓶的压力在所需值，通过控制节流阀从而控制第二气瓶的压力。

2.根据权利要求1所述的相继增压柴油机加气系统，其特征是：第二气瓶上安装气瓶放气阀，通过同时控制节流阀和气瓶放气阀可控制第二气瓶的压力。

3.相继增压柴油机加气方法，其特征是：采用如下相继增压柴油机加气系统：包括柴油机、基本涡轮增压器、受控涡轮增压器、加气装置，基本涡轮增压器的基本压气机与柴油机的A列进气管相连通，受控涡轮增压器的受控涡轮与柴油机的B列排气管相连通，B列排气管上安装燃气阀，加气装置通过加气管A连通受控涡轮与燃气阀之间的B列排气管，加气装置通过加气管B连通基本压气机，加气管A上安装加气阀A，加气管B上安装加气阀B；所述的加气装置包括电动机、压气机、第一气瓶、第二气瓶，电动机、压气机、第一气瓶和第二气瓶通过加气总管依次相连，加气总管经第二气瓶后分别连通加气管A和加气管B，第一气瓶与第二气瓶之间的加气总管上安装节流阀，第二气瓶与加气管A和加气管B之间的加气总管上安装加气总阀；第二气瓶上安装气瓶放气阀；开启或关闭电动机并通过压气机可使第一气瓶的压力在所需值，通过控制节流阀和气瓶放气阀从而控制第二气瓶的压力；

柴油机从1TC切换到2TC的过程：首先，基本涡轮增压器单独工作，当柴油机工况上升达到1TC到2TC的切换点时，控制燃气阀、空气阀和加气阀A开启，柴油机进入2TC状态，即基本涡轮增压器和受控涡轮增压器同时工作，加气装置开始通过加气管A向B列排气管加气；当受控涡轮增压器的转速达到预设的目标值时，控制加气阀A关闭，加气过程结束，加气装置第二气瓶的压力达到2TC状态的压力；

柴油机2TC切换到1TC的过程：当柴油机工况下降达到2TC到1TC的切换点时，控制燃气阀关闭、空气阀关闭以及加气阀B开启，柴油机进入1TC状态，即基本涡轮增压器单独工作，加气装置开始通过加气管B向基本压气机加气；当A列进气管进气压力达到预定的目标值时，控制加气阀B关闭，加气过程结束；加气装置的第二气瓶2的压力达到1TC状态的压力。

4.根据权利要求3所述的相继增压柴油机加气方法，其特征是：柴油机处于1TC时，并当柴油机转速大于或等于100r/min,控制加气总阀和加气阀B打开，当柴油机转速低于100r/min，控制加气总阀关闭。