CN105386862A - 一种增压器压气机进气流量的调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增压器压气机进气流量的调节方法，通过在增压器的压气机出口与涡轮机进口之间设置进排气旁通管路，将压气机出口的一部分进气直接通入涡轮机中，从而实现进气流量的加量调节；通过在增压器的压气机出口与涡轮机出口之间设置进气旁通放气管路，将压气机出口处的一部分进气直接通入涡轮机出口后的管路中，从而实现进气流量的减量调节；通过在进排气旁通管路和进气旁通放气管路中分别放置喷嘴和孔板，并且监测控制阀前后的压力来实现流量的精确调节。本发明不需要增加增压器，仅需在原有增压器配置上，采用最少的控制阀数量就可以实现增加和减少流量的双向调节控制功能。

Description

一种增压器压气机进气流量的调节方法
技术领域
本发明涉及增压器领域，尤其涉及一种增压器压气机进气流量的调节方法。
背景技术
增压器与内燃机理想的联合运行线如图1实线所示，在小流量时具备一定的喘振裕度，而在大流量时能够穿过压气机的高效率区。但是由于受到增压器固有特性的影响，当内燃机匹配推进主机时，在压气机上的联合运行线容易在小流量时运行至压气机的喘振区，且在大流量时不能完全穿过高效率区，从而导致增压器运行风险高，运行效率低，如图1的虚线所示。
解决此问题的常用方法如下：
1)采用多个增压器；
在内燃机上布置多个增压器，按内燃机在各工况下的流量需求逐个接入增压器，使增压器始终处于安全高效的运行范围。由于采用多台增压器运行，在机上布置时需要多套管路连接增压器以及上下游的空冷器和排气管，同时需要安装多个控制阀进行切换调节，结构十分复杂，布置困难。
2)可变供气特性的增压器；
主要指可变几何涡轮增压器，增压器采用可变几何截面的通流元件如喷嘴环，使增压比在排气能量不变时在一定范围内变化，从而实现进气流量在一定范围内调节。由于喷嘴环几何截面对增压比的影响较为敏感，需要一套复杂的控制系统来实现喷嘴环几何截面的精确调节，控制复杂且成本高昂。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何实现内燃机的进气量在全部运行范围内的双向调节。
为实现上述目的，本发明提供了一种增压器压气机进气流量的调节方法，通过在所述增压器的压气机出口与涡轮机进口之间设置进排气旁通管路，将压气机出口的一部分进气直接通入涡轮机中，从而实现进气流量的加量调节；通过在所述增压器的压气机出口与涡轮出口之间设置进气旁通放气管路，将压气机出口处的一部分进气直接通入涡轮机出口后的管路中，从而实现进气流量的减量调节。
进一步地，在所述进排气旁通管路上设置第一控制阀，用于控制压气机出口到涡轮机进口的流量。当所述第一控制阀开启时，压气机出口的一部分进气通过进排气旁通管路进入到涡轮机中，推动涡轮加速旋转，从而带动增压器的转速上升，使压气机压缩更多的空气进入到内燃机中，从而实现进气流量的加量调节；所述第一控制阀为开关阀或可调节阀；优选地，所述第一控制阀为蝶阀。
进一步地，在所述进气旁通放气管路上设置第二控制阀，用于控制涡轮机进口旁通到出口的流量。当所述第二控制阀开启时，涡轮机入口处的一部分排气通过进气旁通放气管路，进入到涡轮机出口后的管路，造成涡轮机可利用的能量下降，使涡轮减速旋转，从而造成增压器的转速下降，使压气机压缩空气的能力下降，从而实现进气流量的减量调节；所述第二控制阀为开关阀或可调节阀；优选地，所述第二控制阀为蝶阀。
优选地，所述第一控制阀和所述第二控制阀与管路之间用法兰连接。
进一步优选地，所述进排气旁通管路与所述进气旁通放气管路通过一个四通管连接，四通管内气体流向受第一控制阀和第二控制阀的开闭状态控制；两个控制阀停机时为常闭状态，运行时不可同时开启。
优选地，第一控制阀和第二控制阀的开闭时刻和/或角度通过内燃机的控制系统进行控制。通过事先的台架标定将控制策略写入到控制系统中，当内燃机运行时由传感器将采集的控制阀前后压力、发动机转速、增压压力等运行参数的相关信号传递给控制系统，控制系统根据内置控制策略输出控制信号，对第一控制阀和第二控制阀进行电子控制。
优选地，在所述进排气旁通管路中还可增设喷嘴，在所述进气旁通放气管路中还可增设孔板，并且监测控制阀前后的压力来实现流量的精确调节。可当管路及控制阀的尺寸与流量的要求不完全符合时，对管路的有效流通面积进行修正，保证调节效果。喷嘴和孔板的尺寸规格可以根据实际的使用需求进行调换。
本发明增压器压气机进气流量的调节方法相比于现有技术，具有如下显著的有益效果：
1.不需要增加增压器，仅需在原有增压器配置上，采用最少的控制阀数量就可以实现增加和减少流量的双向调节控制功能；
2.调节方式：无级调节或开闭调节均可；
3.根据不同流量控制要求，可以通过增加喷嘴和孔板实现更加精确的控制。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是增压器匹配内燃机后在压气机上的联合运行曲线图；
图2是根据本发明的方法设计的优选实施例的结构示意图；
图3是第一控制阀开启时该优选实施例管路中气流方向的示意图；
图4是第二控制阀开启时该优选实施例管路中气流方向的示意图。
具体实施方式
本发明的一个较佳实施例如图2所示，图中A为增压器的压气机，B为增压器的涡轮机，C为内燃机的进气总管，D为内燃机的排气总管，E为空冷器，F为控制系统。
压气机进气流量调节装置包括：
(1)设置于所述增压器的压气机出口与涡轮机进口之间的进排气旁通管路，在进排气旁通管路上设置蝶阀1(第一控制阀)控制压气机出口到涡轮机进口的流量，蝶阀1可以为开关阀，也可以为可调阀；
(2)设置于所述增压器的压气机出口与涡轮机出口之间的进气旁通放气管路，在进气旁通放气管路上设置蝶阀2(第二控制阀)控制涡轮机进口旁通到出口的流量，蝶阀2可以为开关阀，也可以为可调阀。
蝶阀1、蝶阀2与管路之间用法兰连接，两个蝶阀停机时为常闭状态，运行时不可同时开启。
当蝶阀1开启时，蝶阀2关闭。此时压气机出口的一部分进气通过进排气旁通管路，经过蝶阀1进入到涡轮机中，推动涡轮加速旋转，从而带动增压器的转速上升，使压气机压缩更多的空气进入到内燃机中，从而实现进气流量的加量调节，如图3所示。
当蝶阀2开启时，蝶阀1关闭。此时压气机出口处的一部分进气通过进气旁通放气管路，经过蝶阀2进入到涡轮出口后的管路，造成增压后进气流量下降，从而实现进气流量的减量调节，如图4所示。
进排气旁通管路与内燃机的排气总管通过三通管5连接，进气旁通放气管路与总排气管通过三通管4连接，进排气旁通管路与进气旁通放气管路通过四通管3连接。
蝶阀1和蝶阀2的开闭时刻和/或角度通过内燃机的控制系统进行控制。通过事先的台架标定将控制策略写入到控制系统中，当内燃机运行时由传感器将采集的控制阀前后压力、发动机转速、增压压力等运行参数的相关信号传递给控制系统，控制系统根据内置控制策略输出控制信号，对第一控制阀和第二控制阀进行电子控制。
此外，进排气旁通管路中还设有喷嘴6，进气旁通放气管路中还设有孔板7。当蝶阀的流量控制精度与要求不完全符合时，可对管路的有效流通面积进行修正，保证流量的精确调节。喷嘴6和孔板7的尺寸规格可以根据实际的使用需求进行调换。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种增压器压气机进气流量的调节方法，其特征在于，通过在所述增压器的压气机出口与涡轮机进口之间设置进排气旁通管路，将所述压气机出口的一部分进气直接通入所述涡轮机中，从而实现进气流量的加量调节；通过在所述增压器的压气机出口与涡轮机出口之间设置进气旁通放气管路，将所述压气机出口的一部分进气直接通入所述涡轮机出口后的管路中，从而实现进气流量的减量调节。
2.如权利要求1所述的一种增压器压气机进气流量的调节方法，其特征在于，在所述进排气旁通管路上设置第一控制阀，用于控制所述压气机出口到所述涡轮机进口的流量；在所述进气旁通放气管路上设置第二控制阀，用于控制所述压气机出口旁通到所述涡轮机出口的流量。
3.如权利要求2所述的一种增压器压气机进气流量的调节方法，其特征在于，所述第一控制阀和所述第二控制阀的开闭时刻和/或角度由控制系统通过监测所述第一控制阀和所述第二控制阀的前后压差进行控制。
4.如权利要求3所述的一种增压器压气机进气流量的调节方法，其特征在于，预先将控制策略写入到所述控制系统中，当内燃机运行时由传感器将采集的运行参数的相关信号传递给所述控制系统，所述控制系统根据内置的所述控制策略输出控制信号，对所述第一控制阀和所述第二控制阀进行电子控制。
5.如权利要求2所述的一种增压器压气机进气流量的调节方法，其特征在于，通过在所述进排气旁通管路中放置喷嘴来实现进气流量的精确调节。
6.如权利要求2所述的一种增压器压气机进气流量的调节方法，其特征在于，通过在所述进气旁通放气管路中放置孔板来实现进气流量的精确调节。
7.如权利要求2所述的一种增压器压气机进气流量的调节方法，其特征在于，所述第一控制阀与所述进排气旁通管路用法兰连接。
8.如权利要求2所述的一种增压器压气机进气流量的调节方法，其特征在于，所述第二控制阀与所述进气旁通放气管路用法兰连接。
9.如权利要求2所述的一种增压器压气机进气流量的调节方法，其特征在于，所述第一控制阀和所述第二控制阀在所述增压器停机时均为常闭状态，所述第一控制阀和所述第二控制阀在所述增压器运行时不可同时开启。
10.如权利要求2所述的一种增压器压气机进气流量的调节方法，其特征在于，所述进排气旁通管路与所述进气旁通放气管路通过一个四通管连接，所述四通管内的气体流向受所述第一控制阀和所述第二控制阀控制。
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