CN105756774A - 一种柴油机四级切换顺序增压装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柴油机四级切换顺序增压装置及控制方法，包括柴油机、大涡轮增压器、小涡轮增压器、控制单元、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第一电磁阀、第二电磁阀，大涡轮增压器和小涡轮增压器并联布置且二者的涡轮均有双进气口，通过管路的不同设置及配合相应的阀体实现四级增压。本发明结构简单，采用大小两台涡轮增压器并联布置，能够在柴油机不同工况实现四种不同程度的增压效果，使增压系统的特性更加接近柴油机的需求。

Description

一种柴油机四级切换顺序增压装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种增压装置，尤其涉及一种柴油机四级切换顺序增压装置及控制方法。

背景技术

涡轮增压技术的应用，使柴油机的功率密度和燃油经济性有了显著提高，成为柴油机发展史上的一个里程碑。但在柴油机和涡轮增压器联合工作中，增压压力和空气流量不仅受到柴油机转速影响，也受到柴油机负荷的影响[1]当柴油机在低速低负荷工况运转时，增压压力和空气流量迅速降低，涡轮增压器在低效率区工作。发动机增压度越高，上述缺点越严重。

为了解决上述矛盾，研究者提出了很多改进措施，如低工况进气旁通、高工况放气、变截面涡轮和顺序增压技术等。其中，顺序增压技术具有较好的可靠性和可操作性。本发明装置提供了一种新型的柴油机分级增压方式，采用大小两台涡轮增压器并联布置，能够在柴油机不同工况实现四种不同程度的增压效果，使增压系统的特性更加接近柴油机的需求。从涡轮增压器与柴油机的匹配来讲，顺序增压的级数越多，越能是增压系统的特性接近柴油机的需求。

在已申请的专利中，“大小涡轮增压器串并联可调高增压系统”(200510025774.0)“大小涡轮增压器三阶段相继涡轮增压装置”(200820157308.7)，“大小涡轮增压器串并联锅炉可调增压系统”(200910072418.2)，涉及到大小涡轮增压器增压系统的内容。但是这3个专利都只能实现三级切换顺序增压，都不涉及在大小涡轮增压器同时工作时继续分级增压的情况。

发明内容

本发明的目的是为了能够在柴油机不同工况实现四种不同程度的增压效果，使增压系统的特性更加接近柴油机的需求而提供一种柴油机四级切换顺序增压装置及控制方法。

本发明的目的是这样实现的：包括柴油机、大涡轮增压器、小涡轮增压器、控制单元、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第一电磁阀、第二电磁阀，大涡轮增压器和小涡轮增压器并联布置且二者的涡轮均有双进气口，大涡轮增压器的压气机和小涡轮增压器的压气机并联后在进气管合流节点处于柴油机的进气总管连通，第三控制阀和第四控制阀分别设置在进气管合流节点与小涡轮增压器的压气机和进气管合流节点与大涡轮增压器的压气机之间的管路上，在进气管合流节点与柴油机的进气总管之间的管路上设置有中冷器，柴油机排气总管通过管路连接稳压球，且稳压球分流成三个支管，第一支管与小蜗轮增压器的涡轮的一个进气口连通，第一控制阀设置在第一支管与小蜗轮增压器的涡流的一个进气口之间的管路上，第二支管与大涡轮增压器的涡轮的一个进气口连通，第二控制阀设置在第二支管与大涡轮增压器的涡轮的一个进气口之间的管路上，第三支路的端部分成第四支管和第五支管，第四支管和第五支管分别与小蜗轮增压器的涡流的另一个进气口和大涡轮增压器的涡轮的另一个进气口连通，第一电磁阀设置在第四支管与小蜗轮增压器的涡流的另一个进气口之间的管路上，第二电磁阀设置在第五支管与大涡轮增压器的涡轮的另一个进气口之间的管路上，第一控制阀和第二控制阀上分别设置第一位置传感器和第二位置传感器，进气管合流节点与中冷器之间的管路上设置压力传感器。

一种柴油机四级切换顺序增压装置的控制方法，包括如下增压装置：包括柴油机、大涡轮增压器、小涡轮增压器、控制单元、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第一电磁阀、第二电磁阀，大涡轮增压器和小涡轮增压器并联布置且二者的涡轮均有双进气口，大涡轮增压器的压气机和小涡轮增压器的压气机并联后在进气管合流节点处于柴油机的进气总管连通，第三控制阀和第四控制阀分别设置在进气管合流节点与小涡轮增压器的压气机和进气管合流节点与大涡轮增压器的压气机之间的管路上，在进气管合流节点与柴油机的进气总管之间的管路上设置有中冷器，柴油机排气总管通过管路连接稳压球，且稳压球分流成三个支管，第一支管与小蜗轮增压器的涡轮的一个进气口连通，第一控制阀设置在第一支管与小蜗轮增压器的涡流的一个进气口之间的管路上，第二支管与大涡轮增压器的涡轮的一个进气口连通，第二控制阀设置在第二支管与大涡轮增压器的涡轮的一个进气口之间的管路上，第三支路的端部分成第四支管和第五支管，第四支管和第五支管分别与小蜗轮增压器的涡流的另一个进气口和大涡轮增压器的涡轮的另一个进气口连通，第一电磁阀设置在第四支管与小蜗轮增压器的涡流的另一个进气口之间的管路上，第二电磁阀设置在第五支管与大涡轮增压器的涡轮的另一个进气口之间的管路上，第一控制阀和第二控制阀上分别设置第一位置传感器和第二位置传感器，进气管合流节点与中冷器之间的管路上设置压力传感器；

(1)第一级增压：

柴油机低负荷时，仅打开第三控制阀和第一控制阀，小涡轮增压器工作；

(2)第二级增压：

柴油机中等负荷时，仅打开第四控制阀和第二控制阀，大涡轮增压器工作；

(3)第三级增压：

柴油机高负荷时，打开第三控制阀、第一控制阀、第四控制阀、第二控制阀和第一电磁阀，大涡轮增压器和小涡轮增压器同时工作，但小涡轮增压器有两份排气通过能量，大涡轮增压器有一份排气通过能量；

(4)第四级增压：

柴油机接近额定负荷时，打开第三控制阀、第一控制阀、第四控制阀、第二控制阀和第二电磁阀，大涡轮增压器和小涡轮增压器同时工作，但小涡轮增压器有一份排气通过能量，大涡轮增压器有两份排气通过能量。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.第一控制阀和第三控制阀同时开启或关闭，第二控制阀和第四控制阀4同时开启或关闭。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种新型的柴油机分级增压方式，采用大小两台涡轮增压器并联布置，能够在柴油机不同工况实现四种不同程度的增压效果，使增压系统的特性更加接近柴油机的需求。从涡轮增压器与柴油机的匹配来讲，顺序增压的级数越多，越能是增压系统的特性接近柴油机的需求。也即本发明能够在柴油机不同工况实现四种不同程度的增压效果，使增压系统的特性更加接近柴油机的需求。

附图说明

图1是本发明的液压装置的结构示意图；

图2是本发明的电磁阀控制器控制流程图；

图中1-大涡轮增压器，2-小涡轮增压器，3-第三控制阀，4-第四控制阀，5-压力传感器，6-中冷器，7-进气总管，8-柴油机本体，9-电磁阀控制器，10-排气总管，11-排气分流装置，12-第二控制阀，13-第二位置传感器，14-第二电磁阀，15-第一电磁阀，16-第一控制阀，17-第一位置传感器，A、B、C、D是柴油机气缸，A1、B1、C1、D1是进气歧管，A2、B2、C2、D2是排气歧管，a是排气分流节点，e是排气和流节点，f是进气分流节点，g是进气合流节点，a-b、a-d、a-c、d-h、d-i为排气支管，a-b是第一支管、a-d是第三支管、a-c是第二支管、d-h是第四支管、d-i是第五支管。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明包括：包括柴油机8、进排气管、大涡轮增压器、小涡轮增压器2、中冷器6、控制单元、稳压球、电磁阀、控制阀、压力传感器5、位置传感器等。大小两台涡轮增压器并联布置，且两台增压器的涡轮均为双进气口。第一控制阀16一端和稳压球连接，另一端和小涡轮增压器2涡轮的其中一个进气口连接；第一电磁阀15一端和稳压球连接，另一端和小涡轮增压器2涡轮的另外一个进气口连接。第二控制阀12一端和稳压球连接，另一端和大涡轮增压器涡轮的其中一个进气口连接；第二电磁阀14一端和稳压球连接，另一端和大涡轮增压器涡轮的另外一个进气口连接。小涡轮增压器2压气机之后、进气管合流节点g之前安装第三控制阀3；大涡轮增压器压气机之后、进气管合流节点g之前安装第四控制阀4。第一和第三控制阀3同时开启或关闭，第二和第四控制阀4同时开启或关闭。第一位置传感器17安装在第一控制阀16上，第二位置传感器13安装在第二控制阀12上，压力传感器5安装在进气管合流节点g之后、中冷器6之前，中冷器6安装在进气管合流节点g之后、进气总管7之前。稳压球安装在排气总管10之后，排气经过稳压球之后分成三份分别进入a-b、a-d、a-c三个支管，然后a-d支管排气又分为两份分别进入d-h、d-i支管。电磁阀控制器分别采集第一、第二控制阀12的开启或关闭状态信号、进气管合流节点g处的压力信号，并对第一电磁阀15、第二电磁阀14发送开启或关闭的指令。

排气经过稳压球之后分成三份分别进入a-b、a-d、a-c三个支管，然后a-d支管排气又分为两份分别进入d-h、d-i支管，排气最多分成四份分别进入四个支管。

第一控制阀16可以控制a-b支管的流通状态，第二控制阀12可以控制a-c支管的流通状态，第一电磁阀15可以控制d-h支管的流通状态，第二电磁阀14可以控制d-i支管的流通状态。

第一级增压：柴油机低负荷时，第二控制阀12、第一电磁阀15、第二电磁阀14关闭，第一控制阀16开启，a-c、d-h、d-i支管不流通，a-b支管流通，只有小涡轮增压器2工作。

第二级增压：柴油机中等负荷时，第一控制阀16、第一电磁阀15、第二电磁阀14关闭，第二控制阀12开启，a-b、d-h、d-i支管不流通，a-c支管流通，只有大涡轮增压器工作。

第三级增压：柴油机高负荷时，第一电磁阀15关闭，第一控制阀16、第二控制阀12、第二电磁阀14开启，d-h支管不流通，a-b、a-c、d-i支管流通，大小两台涡轮增压器同时工作，但是小涡轮增压器2有一份排气通过能量，大涡轮增压器只有两份排气通过能量

第四级增压：柴油机接近额定负荷时，第二电磁阀14关闭，第一控制阀16、第二控制阀12、第一电磁阀15开启，d-i支管不流通，a-b、a-c、d-h支管流通，大小两台涡轮增压器同时工作，但是大涡轮增压器有一份排气通过能量，小涡轮增压器2只有两份排气通过能量。

开始时刻，第一电磁阀15、第二电磁阀14均处于关闭状态。

电磁阀控制器9分别采集第一、第二控制阀12的开启或关闭状态信号、进气管合流节点g处的压力信号。第一控制阀16开启、第二控制阀12关闭或者第一控制阀16关闭、第二控制阀12开启时，电磁阀控制器9发送指令。第一、第二电磁阀14同时开启时，电磁阀控制器9采集进气管合流节点g处的压力信号，当进气压力达到设定值x1，电磁阀控制器9给第一电磁阀15发送开启指令，第一电磁阀15开启；当进气压力达到设定值x2，电磁阀控制器9给第一电磁阀15发送关闭指令，第一电磁阀15关闭，电磁阀控制器9给第二电磁阀14发送关闭指令，第二电磁阀14开启。

本发明包括柴油机8、进排气管、大涡轮增压器、小涡轮增压器2、中冷器6、控制单元、稳压球、电磁阀、控制阀、压力传感器5、位置传感器等。大小两台涡轮增压器并联布置，且两台增压器的涡轮均为双进气口。第一控制阀16一端和稳压球连接，另一端和小涡轮增压器2涡轮的其中一个进气口连接；第一电磁阀15一端和稳压球连接，另一端和小涡轮增压器2涡轮的另外一个进气口连接。第二控制阀12一端和稳压球连接，另一端和大涡轮增压器涡轮的其中一个进气口连接；第二电磁阀14一端和稳压球连接，另一端和大涡轮增压器涡轮的另外一个进气口连接。小涡轮增压器2压气机之后、进气管合流节点g之前安装第三控制阀3；大涡轮增压器压气机之后、进气管合流节点g之前安装第四控制阀4。第一和第三控制阀3同时开启或关闭，第二和第四控制阀4同时开启或关闭。第一位置传感器17安装在第一控制阀16上，第二位置传感器13安装在第二控制阀12上，压力传感器5安装在进气管合流节点g之后、中冷器6之前，中冷器6安装在进气管合流节点g之后、进气总管7之前。稳压球安装在排气总管10之后，排气经过稳压球之后分成三份分别进入a-b、a-d、a-c三个支管，然后a-d支管排气又分为两份分别进入d-h、d-i支管。电磁阀控制器9分别采集第一、第二控制阀12的开启或关闭状态信号、进气管合流节点g处的压力信号，并对第一电磁阀15、第二电磁阀14发送开启或关闭的指令。大小两台涡轮增压器并联布置，且两台增压器的涡轮均为双进气口，有利于在不同工况下调节经过两台增压器涡轮的排气流量。在排气总管10之后安装稳压球，有利于对排气进行分流。第一位置传感器17安装在第一控制阀16上，第二位置传感器13安装在第二控制阀12上，压力传感器5安装在进气管合流节点g之后、中冷器6之前，有利于实时监测第一控制阀16、第二控制阀12的开启或关闭状态信号，以及进气压力信号。通过第一电磁阀15、第二电磁阀14开启或关闭，可以实现柴油机的分级增压。第一电磁阀15、第二电磁阀14发送开启或关闭的指令来自于电磁阀控制器9。

本发明的控制原理是这样的：

(1)排气经过稳压球之后分成三份分别进入a-b、a-d、a-c三个支管，然后a-d支管排气又分为两份分别进入d-h、d-i支管，排气最多分成四份分别进入四个支管。

(2)第一控制阀16可以控制a-b支管的流通状态，第二控制阀12可以控制a-c支管的流通状态，第一电磁阀15可以控制d-h支管的流通状态，第二电磁阀14可以控制d-i支管的流通状态。

(3)第一级增压：柴油机低负荷时，第二控制阀12、第一电磁阀15、第二电磁阀14关闭，第一控制阀16开启，a-c、d-h、d-i支管不流通，a-b支管流通，只有小涡轮增压器2工作。

(4)第二级增压：柴油机中等负荷时，第一控制阀16、第一电磁阀15、第二电磁阀14关闭，第二控制阀12开启，a-b、d-h、d-i支管不流通，a-c支管流通，只有大涡轮增压器工作。

(5)第三级增压：柴油机高负荷时，第一电磁阀15关闭，第一控制阀16、第二控制阀12、第二电磁阀14开启，d-h支管不流通，a-b、a-c、d-i支管流通，大小两台涡轮增压器同时工作，但是小涡轮增压器2有一份排气通过能量，大涡轮增压器只有两份排气通过能量

(6)第四级增压：柴油机接近额定负荷时，第二电磁阀14关闭，第一控制阀16、第二控制阀12、第一电磁阀15开启，d-i支管不流通，a-b、a-c、d-h支管流通，大小两台涡轮增压器同时工作，但是大涡轮增压器有一份排气通过能量，小涡轮增压器2只有两份排气通过能量。

(7)开始时刻，第一电磁阀15、第二电磁阀14均处于关闭状态。

(8)电磁阀控制器9分别采集第一、第二控制阀12的开启或关闭状态信号、进气管合流节点g处的压力信号。第一控制阀16开启、第二控制阀12关闭或者第一控制阀16关闭、第二控制阀12开启时，电磁阀控制器9发送指令。第一、第二电磁阀14同时开启时，电磁阀控制器9采集进气管合流节点g处的压力信号，当进气压力达到设定值x1，电磁阀控制器9给第一电磁阀15发送开启指令，第一电磁阀15开启；当进气压力达到设定值x2，电磁阀控制器9给第一电磁阀15发送关闭指令，第一电磁阀15关闭，电磁阀控制器9给第二电磁阀14发送关闭指令，第二电磁阀14开启。

本发明的目的在于提供一种新型的柴油机四级切换顺序增压装置及控制方法。包括柴油机、进排气管、大涡轮增压器、小涡轮增压器2、中冷器6、控制单元、稳压球、电磁阀、控制阀、压力传感器5、位置传感器等。大小两台涡轮增压器并联布置，且两台增压器的涡轮均为双进气口。第一控制阀16一端和稳压球连接，另一端和小涡轮增压器2涡轮的其中一个进气口连接；第一电磁阀15一端和稳压球连接，另一端和小涡轮增压器2涡轮的另外一个进气口连接。第二控制阀12一端和稳压球连接，另一端和大涡轮增压器涡轮的其中一个进气口连接；第二电磁阀14一端和稳压球连接，另一端和大涡轮增压器涡轮的另外一个进气口连接。小涡轮增压器2压气机之后、进气管合流节点g之前安装第三控制阀3；大涡轮增压器压气机之后、进气管合流节点g之前安装第四控制阀4。第一和第三控制阀3同时开启或关闭，第二和第四控制阀4同时开启或关闭。第一位置传感器17安装在第一控制阀16上，第二位置传感器13安装在第二控制阀12上，压力传感器5安装在进气管合流节点g之后、中冷器6之前，中冷器6安装在进气管合流节点g之后、进气总管7之前。稳压球安装在排气总管10之后，排气经过稳压球之后分成三份分别进入a-b(第一支管)、a-d(第三支管)、a-c(第二支管)三个支管，然后a-d支管排气又分为两份分别进入d-h(第四支管)、d-i(第五支管)支管。电磁阀控制器9分别采集第一、第二控制阀12的开启或关闭状态信号、进气管合流节点g处的压力信号，并对第一电磁阀15、第二电磁阀14发送开启或关闭的指令。本发明装置提供了一种新型的柴油机分级增压方式，能够在柴油机不同工况实现四种不同程度的增压效果，使增压系统的特性更加接近柴油机的需求。

Claims (3)

1.一种柴油机四级切换顺序增压装置，其特征在于：包括柴油机、大涡轮增压器、小涡轮增压器、控制单元、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第一电磁阀、第二电磁阀，大涡轮增压器和小涡轮增压器并联布置且二者的涡轮均有双进气口，大涡轮增压器的压气机和小涡轮增压器的压气机并联后在进气管合流节点处于柴油机的进气总管连通，第三控制阀和第四控制阀分别设置在进气管合流节点与小涡轮增压器的压气机和进气管合流节点与大涡轮增压器的压气机之间的管路上，在进气管合流节点与柴油机的进气总管之间的管路上设置有中冷器，柴油机排气总管通过管路连接稳压球，且稳压球分流成三个支管，第一支管与小蜗轮增压器的涡轮的一个进气口连通，第一控制阀设置在第一支管与小蜗轮增压器的涡流的一个进气口之间的管路上，第二支管与大涡轮增压器的涡轮的一个进气口连通，第二控制阀设置在第二支管与大涡轮增压器的涡轮的一个进气口之间的管路上，第三支路的端部分成第四支管和第五支管，第四支管和第五支管分别与小蜗轮增压器的涡流的另一个进气口和大涡轮增压器的涡轮的另一个进气口连通，第一电磁阀设置在第四支管与小蜗轮增压器的涡流的另一个进气口之间的管路上，第二电磁阀设置在第五支管与大涡轮增压器的涡轮的另一个进气口之间的管路上，第一控制阀和第二控制阀上分别设置第一位置传感器和第二位置传感器，进气管合流节点与中冷器之间的管路上设置压力传感器。

2.根据权利要求1所述的一种柴油机四级切换顺序增压装置，其特征在于：第一控制阀和第三控制阀同时开启或关闭，第二控制阀和第四控制阀同时开启或关闭。

3.一种柴油机四级切换顺序增压装置的控制方法，其特征在于：包括如下增压装置：包括柴油机、大涡轮增压器、小涡轮增压器、控制单元、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第一电磁阀、第二电磁阀，大涡轮增压器和小涡轮增压器并联布置且二者的涡轮均有双进气口，大涡轮增压器的压气机和小涡轮增压器的压气机并联后在进气管合流节点处于柴油机的进气总管连通，第三控制阀和第四控制阀分别设置在进气管合流节点与小涡轮增压器的压气机和进气管合流节点与大涡轮增压器的压气机之间的管路上，在进气管合流节点与柴油机的进气总管之间的管路上设置有中冷器，柴油机排气总管通过管路连接稳压球，且稳压球分流成三个支管，第一支管与小蜗轮增压器的涡轮的一个进气口连通，第一控制阀设置在第一支管与小蜗轮增压器的涡流的一个进气口之间的管路上，第二支管与大涡轮增压器的涡轮的一个进气口连通，第二控制阀设置在第二支管与大涡轮增压器的涡轮的一个进气口之间的管路上，第三支路的端部分成第四支管和第五支管，第四支管和第五支管分别与小蜗轮增压器的涡流的另一个进气口和大涡轮增压器的涡轮的另一个进气口连通，第一电磁阀设置在第四支管与小蜗轮增压器的涡流的另一个进气口之间的管路上，第二电磁阀设置在第五支管与大涡轮增压器的涡轮的另一个进气口之间的管路上，第一控制阀和第二控制阀上分别设置第一位置传感器和第二位置传感器，进气管合流节点与中冷器之间的管路上设置压力传感器；

(1)第一级增压：

柴油机低负荷时，仅打开第三控制阀和第一控制阀，小涡轮增压器工作；

(2)第二级增压：

柴油机中等负荷时，仅打开第四控制阀和第二控制阀，大涡轮增压器工作；

(3)第三级增压：

柴油机高负荷时，打开第三控制阀、第一控制阀、第四控制阀、第二控制阀和第一电磁阀，大涡轮增压器和小涡轮增压器同时工作，但小涡轮增压器有两份排气通过能量，大涡轮增压器有一份排气通过能量；

(4)第四级增压：

柴油机接近额定负荷时，打开第三控制阀、第一控制阀、第四控制阀、第二控制阀和第二电磁阀，大涡轮增压器和小涡轮增压器同时工作，但小涡轮增压器有一份排气通过能量，大涡轮增压器有两份排气通过能量。