CN105864125B - 一种基于废气利用的相继增压柴油机液压装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于废气利用的相继增压柴油机液压装置及控制方法,包括供油泵、液压泵、减速机构、主控增压器、受控增压器、第一液压马达、第二液压马达和柴油机,供油泵与液压泵相连通,所述液压泵与减速机构连接后安装在主控增压器上,第一液压马达安装在受控增压器上,第二液压马达安装在柴油机的辅助推进力曲轴前端,第一液压马达和第二液压马达处还分别并联有第一旁通阀和第二旁通阀,在液压泵与第一液压马达之间的油管上还设置有控制单元,第二液压马达与第二旁通阀并联后通过管路依次与控制单元和液压泵连接。本发明可以为柴油机提供辅助推进力,进一步提高了废气能量的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压装置,尤其涉及一种基于废气利用的相继增压柴油机液压装置及控制方法,特别适用于相继增压柴油机受控增压器切换过程与柴油机2TC(2台增压器工作)工况。
背景技术
相继增压(Sequential Turbo Charging)系统简称STC系统,由2台或2台以上涡轮增压器并联组成增压系统,随着增压柴油机辅助推进力转速和负荷的增长,相继按顺序投入运行。在转速或负荷低于某设定值时,切断一台或几台增压器涡轮的废气以及压气机的空气供给,使废气集中流过工作着的增压器涡轮,增加其废气流量,提高涡轮效率,从而能够充分利用废气能量,提高增压压力,改善柴油机低工况的燃油经济性、动力性和排放性。而当柴油机辅助推进力转速或负荷高于某设定值时,令被切断的一台或几台增压器重新投入使用,以保证柴油机辅助推进力的高工况性能。
但是相继增压柴油机在1TC(一台增压器工作)与2TC(2台增压器工作)之间的切换过程中,容易出现受控增压器响应缓慢问题,进而造成进汽量急剧下降、柴油机过量空气系数减小,燃烧恶化、产生大量碳烟、增加油耗等。致使柴油机性能比较差,会出现转速波动、冒黑烟、排温高、噪声大等不良现象。因而,要求切换过程具有较高的稳定性,即要求相继增压系统能够快速、平稳地切换。本发明装置在受控增压器切入时可以辅助其快速启动,较好地解决了这一问题。
目前在已授权或公布的专利中,涉及到柴油机液压装置尤其是相继增压柴油机的很少,如申请号为“2010102417764”的“柴油机液压式自适应气门正时可变系统与控制方法”,涉及一种内燃机气门正时液压式自适应可变系统,用于改善配气系统。申请号为“201110158442.5”的“柴油机液压起动储能装置”,涉及一种柴油机工作时可自动进行液压储能的装置。上述发明装置均涉及到柴油机液压利用装置,但都不是利用废气能量来辅助柴油机驱动装置,也没有运用于相继增压系统。
发明内容
本发明的目的是为了在为柴油机提供辅助推进力同时,可以在受控增压器切入时辅助其快速启动而提供一种基于废气利用的相继增压柴油机液压装置及控制方法。
本发明的目的是这样实现的:包括供油泵、液压泵2、减速机构1、主控增压器9、受控增压器10、第一液压马达5、第二液压马达7和柴油机8,供油泵与液压泵2相连通,所述液压泵2与减速机构1连接后安装在主控增压器9上,第一液压马达5安装在受控增压器10上,第二液压马达7安装在柴油机8的辅助推进力曲轴前端,第一液压马达5和第二液压马达7处还分别并联有第一旁通阀4和第二旁通阀6,在液压泵2与第一液压马达5之间的油管上还设置有控制单元3,第二液压马达7与第二旁通阀6并联后通过管路依次与控制单元3与液压泵2连接。
一种基于废气利用的相继增压柴油机液压装置的控制方法:采用如下的液压装置:包括供油泵、液压泵2、减速机构1、主控增压器9、受控增压器10、第一液压马达5、第二液压马达7和柴油机8,供油泵与液压泵2相连通,所述液压泵2与减速机构1连接后安装在主控增压器9上,第一液压马达5安装在受控增压器10上,第二液压马达7安装在柴油机8的辅助推进力曲轴前端,第一液压马达5和第二液压马达7处还分别并联有第一旁通阀4和第二旁通阀6,在液压泵2与第一液压马达5之间的油管上还设置有控制单元3,第二液压马达7与第二旁通阀6并联后通过管路依次与控制单元3和液压泵2连接,管道依次连接液压泵2、控制单元3、第一液压马达5、第二旁通阀6、控制单元3、液压泵2构成1TC向2TC切换过程时刻的工作回路一;管道依次连接液压泵2、控制单元3、第一旁通阀4、第二液压马达7、控制单元3、液压泵2构成2TC时刻的工作回路二;
(一)只有主控增压器工作时:
第一旁通阀4和第二旁通阀6均处于关闭状态;
(二)受控增压器切入时:
第一旁通阀4关闭,第二旁通阀6打开,油料沿着工作回路一流动;
(三)主控增压器与受控增压器同时并联工作时:
第一旁通阀4打开,第二旁通阀6关闭,油料沿着工作回路二流动。
本发明还包括这样一些结构特征:
1.管道依次连接液压泵2、控制单元3、第一液压马达5、第二旁通阀6、控制单元3、液压泵2构成1TC向2TC切换过程时刻的工作回路一;管道依次连接液压泵2、控制单元3、第一旁通阀4、第二液压马达7、控制单元3、液压泵2构成2TC时刻的工作回路二。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明提供了一种柴油机废气能量的新型利用方式,一方面可以为柴油机提供辅助推进力,进一步提高了废气能量的利用率;另一方面在受控增压器切入时可以辅助其快速启动,有效缓解了受控增压器响应延迟带来的一系列不良效果。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图。
图中:1-减速机构,2-液压泵,3-控制单元,4-第一旁通阀,5-第一液压马达,6-第二旁通阀,7-第二液压马达,8-柴油机,9-主控增压器,10-受控增压器。
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。
一种基于废气利用的相继增压柴油机液压装置,其特征在于:包括供油泵、液压泵2、减速机构1、主控增压器9、受控增压器10、第一液压马达5、第二液压马达7和柴油机8,供油泵与液压泵2相连通,所述液压泵2与减速机构1连接后安装在主控增压器9上,第一液压马达5安装在受控增压器10上,第二液压马达7安装在柴油机8的辅助推进力曲轴前端,第一液压马达5和第二液压马达7处还分别并联有第一旁通阀4和第二旁通阀6,在液压泵7与第一液压马达5之间的油管上还设置有控制单元3,第二液压马达7与第二旁通阀6并联后通过管路与液压泵2连接。
在受控增压器10切入时,第一旁通阀4关闭,第二旁通阀6打开,辅助受控增压器10快速启动;在受控增压器10完全开启后,第一旁通阀4打开,第二旁通阀6关闭。
结合图1,本发明相继增压柴油机液压系统包减速机构1、液压泵2、控制单元3、旁通阀4和6、液压马达5和7、柴油机本体8、主控增压器9、受控增压器10。液压泵2通过减速机构1安装在主控增压器传动轴靠近涡轮的外侧,第一和第二液压马达7直接安装在柴油机辅助推进力曲轴前端和受控增压器传动轴靠近压气机的外侧,在两个液压马达的出口和入口通过油路各连接一个旁通阀,在液压泵2与液压马达中间布置控制单元3,油管依次穿过液压泵2、控制单元3、液压马达(或旁通阀)、液压泵2并形成一个封闭的液压回路、供油泵则为整个液压回路提供油料以弥补液压回路中的各项泄露。
液压泵2-控制单元3-第一液压马达5-第二旁通阀6-控制单元3-液压泵2构成1TC向2TC切换过程时刻的工作回路一,其中第一液压马达5以前是高压油路,第一液压马达5以后是低压油路;液压泵2-控制单元3-第一旁通阀4-第二液压马达7-控制单元3-液压泵2构成2TC时刻的工作回路二,其中第二液压马达7以前是高压油路,第二液压马达7以后是低压油路。
液压泵2通过减速机构1与相继增压器中间体同轴安装在柴油机辅助推进力上,柴油机辅助推进力废气能量利用由驱动压气机改为同时驱动压气机和液压系统。废气能量被进气与油料同时利用。这样废气能量的一部分便以高压油的形式在液压回路中循环。高压油流至安装在受控增压器10上的液压马达,输出机械能,在受控增压器10切入时可以辅助其快速启动。在受控增压器10完成切入以后,高压油经旁通阀经油管到柴油机辅助推进力前端的液压马达,并驱动之,产生的机械能便可以作为柴油机辅助推进力。之后油压下降,低压油从液压马达出口放出并流回液压泵2,继续进行加压。这样废气能量的一部分便以高压油的形式在液压回路中循环。
在柴油机1TC时,两个旁通阀都处于开启状态,液压系统没有工作。只有主控增压器9工作,废气经过主控增压器9的涡轮,将能量传递给压气机,压缩空气。
在受控增压器10即将切入的时候,旁通阀4关闭,而旁通阀6开启形成一个液压回路一,主控增压器9的能量一部分液压形式进入回路一循环,辅助受控增压器10快速启动,另外一部分能量继续经由涡轮传递给压气机压缩空气。
当受控增压器10完全开启以后,旁通阀4关闭,而旁通阀6关闭,形成另外一个液压回路二,主控增压器9、受控增压器10同时工作,两个增压器的能量有相当一部分以液压形式进入回路二进行循环,此时液压系统能量作为柴油机辅助推进力。另外一部分能量继续经由各自的涡轮传递给压气机压缩空气。
由于液压油的可压缩性与压力温度变化的延时性,主控增压器9转速与液压马达转速之间并不存在线性关系,导致液压泵2出口质量流率与液压马达进口质量流率有时并不匹配。故而需要在液压泵2与液压马达之间安装一个控制单元3,以平衡闭环油料质量流率。
整个闭环回路液压系统只在柴油机进入2TC时才会启动,在2TC时废气一部分能量传给液压系统辅助受控增压器快速启动并作为柴油机辅助推进力。
由于液压泵2、液压马达、控制单元3等不可避免的会产生泄露,故而需要设置一个供油泵来弥补液压回路的损失。
另外,两个旁通阀由外部电源驱动,如轮机舱的主馈电线。
本发明相继增压柴油机液压系统,包括括柴油机本体、相继增压器、液压泵2、减速机构1、液压马达、旁通阀、控制单元3、供油泵以及油管等。液压泵2通过减速机构1安装在主控增压器9传动轴靠近涡轮的外侧,第一液压马达5安装在受控增压器传动轴靠近压气机的外侧,第二液压马达7安装在柴油机辅助推进力曲轴前端,在第一液压马达5的出口和入口通过油路连接第一旁通阀4,在第二液压马达7的出口和入口通过油路连接第二旁通阀6,在液压泵2与液压马达中间布置控制单元3,油管依次穿过液压泵2、控制单元3、液压马达(或旁通阀)、液压泵2并形成一个封闭的液压回路、供油泵则为整个液压回路提供油料以弥补液压回路中的各项泄露。其中,液压泵2-控制单元3-第一液压马达5-第二旁通阀6-控制单元3-液压泵2构成1TC向2TC切换过程时刻的工作回路一,其中第一液压马达5以前是高压油路,第一液压马达5以后是低压油路;液压泵2-控制单元3-第一旁通阀4-第二液压马达7-控制单元3-液压泵2构成2TC时刻的工作回路二,其中第二液压马达7以前是高压油路,第二液压马达7以后是低压油路。
本发明的功能实现原理是这样的:
(1)液压泵2通过减速机构1与相继增压器中间体同轴安装在柴油机辅助推进力上,柴油机辅助推进力废气能量利用由驱动压气机改为同时驱动压气机和液压系统。废气能量被进气与油料同时利用。这样废气能量的一部分便以高压油的形式在液压回路中循环。高压油流至安装在受控增压器10上的液压马达,输出机械能,在受控增压器10切入时可以辅助其快速启动。在受控增压器10完成切入以后,高压油经旁通阀经油管到柴油机辅助推进力前端的液压马达,并驱动之,产生的机械能便可以作为柴油机辅助推进力。之后油压下降,低压油从液压马达出口放出并流回液压泵2,继续进行加压。这样废气能量的一部分便以高压油的形式在液压回路中循环。
(2)1TC时刻,只有主控增压器9工作,废气经过主控增压器的涡轮,将能量传递给压气机,压缩空气;1TC向2TC切换时刻,主控增压器9和液压回路一同时工作,主控增压器9的能量一部分液压形式进入回路一循环,辅助受控增压器10快速启动,另外一部分能量继续经由涡轮传递给压气机压缩空气;2TC时刻,主控增压器9、受控增压器10同时工作,两个增压器的能量有相当一部分以液压形式进入回路二进行循环,此时液压系统能量作为柴油机辅助推进力。另外一部分能量继续经由各自的涡轮传递给压气机压缩空气。
(3)由于液压油的可压缩性与压力温度变化的延时性,主控增压器转速与液压马达转速之间并不存在线性关系,导致液压泵2出口质量流率与液压马达进口质量流率有时并不匹配。故而需要在液压泵2与液压马达之间安装一个控制单元3,以平衡闭环油料质量流率。
(4)整个闭环回路液压系统只在柴油机进入2TC时才会启动,2TC时废气一部分能量传给液压系统辅助受控增压器快速启动并作为柴油机辅助推进力。
本发明涉及的是基于废气利用的相继增压柴油机液压装置,特别适用于相继增压柴油机受控增压器切换过程与柴油机2TC(2台增压器工作)工况。本发明装置提供了一种废气能量的新型利用方式,在为柴油机提供辅助推进力同时,可以在受控增压器切入时辅助其快速启动。
相继增压柴油机液压系统包括相继增压柴油机、液压泵2、减速机构1、液压马达、旁通阀、控制单元3、供油泵以及油管等。液压泵2通过减速机构1安装在主控增压器传动轴靠近涡轮的外侧,第一液压马达5安装在受控增压器传动轴靠近压气机的外侧,第二液压马达7安装在柴油机辅助推进力曲轴前端,在第一液压马达5的出口和入口通过油路连接第一旁通阀4,在第二液压马达7的出口和入口通过油路连接第二旁通阀6,在液压泵2与液压马达中间布置控制单元3,油管依次穿过液压泵2、控制单元3、液压马达(或旁通阀)、液压泵2并形成一个封闭的液压回路、供油泵则为整个液压回路提供油料以弥补液压回路中的各项泄露。
液压泵2-控制单元3-第一液压马达5-第二旁通阀6-控制单元3-液压泵2构成1TC向2TC切换过程时刻的工作回路一,其中第一液压马达5以前是高压油路,第一液压马达5以后是低压油路。
液压泵2-控制单元3-第一旁通阀4-第二液压马达7-控制单元3-液压泵2构成2TC时刻的工作回路二,其中第二液压马达7以前是高压油路,第二液压马达7以后是低压油路。
整个液压系统可以在受控增压器切入时辅助其快速启动。
在受控增压器10切入过程,旁通阀关闭;待受控增压器稳定运行,旁通阀打开。
该系统改变了相继增压柴油机废气能量单一利用方式,由驱动压气机改为同时驱动压气机和液压系统。
整个闭环回路液压系统只在柴油机进入2TC时才会启动,此时废气一部分能量传给液压系统辅助受控增压器快速启动并作为柴油机辅助推进力。
由供油泵来弥补由于液压泵2、液压马达、控制单元3等不可避免的会产生泄露导致的液压回路的损失。
本发明的目的在于提供一种基于废气利用的相继增压柴油机液压装置及控制方法。包括相继增压柴油机、液压泵2、减速机构1、液压马达、旁通阀、控制单元3、供油泵以及油管等。液压泵2通过减速机构1安装在主控增压器传动轴靠近涡轮的外侧,第一液压马达5安装在受控增压器传动轴靠近压气机的外侧,第二液压马达7安装在柴油机辅助推进力曲轴前端,在第一液压马达5的出口和入口通过油路连接第一旁通阀4,在第二液压马达7的出口和入口通过油路连接第二旁通阀6,在液压泵2与液压马达中间布置控制单元3,油管依次穿过液压泵2、控制单元3、液压马达(或旁通阀)、液压泵2并形成一个封闭的液压回路、供油泵则为整个液压回路提供油料以弥补液压回路中的各项泄露。其中,液压泵2-控制单元3-第一液压马达5-第二旁通阀6-控制单元3-液压泵2构成1TC向2TC切换过程时刻的工作回路一,其中第一液压马达5以前是高压油路,第一液压马达5以后是低压油路;液压泵2-控制单元3-第一旁通阀4-第二液压马达7-控制单元3-液压泵2构成2TC时刻的工作回路二,其中第二液压马达7以前是高压油路,第二液压马达7以后是低压油路。本发明装置提供了一种废气能量的新型利用方式,一方面在受控增压器切入时可以辅助其快速启动,另一方面在2TC时可以为柴油机提供辅助推进力。
Claims (3)
1.一种基于废气利用的相继增压柴油机液压装置,其特征在于:包括供油泵、液压泵(2)、减速机构(1)、主控增压器(9)、受控增压器(10)、第一液压马达(5)、第二液压马达(7)和柴油机(8),供油泵与液压泵(2)相连通,所述液压泵(2)与减速机构(1)连接后安装在主控增压器(9)上,第一液压马达(5)安装在受控增压器(10)上,第二液压马达(7)安装在柴油机(8)的辅助推进力曲轴前端,第一液压马达(5)和第二液压马达(7)处还分别并联有第一旁通阀(4)和第二旁通阀(6),在液压泵(2)与第一液压马达(5)之间的油管上还设置有控制单元(3),第二液压马达(7)与第二旁通阀(6)并联后通过管路依次与控制单元(3)和液压泵(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于废气利用的相继增压柴油机液压装置,其特征在于:管道依次连接液压泵(2)、控制单元(3)、第一液压马达(5)、第二旁通阀(6)、控制单元(3)、液压泵(2)构成1TC向2TC切换过程时刻的工作回路一;管道依次连接液压泵(2)、控制单元(3)、第一旁通阀(4)、第二液压马达(7)、控制单元(3)、液压泵(2)构成2TC时刻的工作回路二。
3.一种基于废气利用的相继增压柴油机液压装置的控制方法,其特征在于:采用如下的液压装置:包括供油泵、液压泵(2)、减速机构(1)、主控增压器(9)、受控增压器(10)、第一液压马达(5)、第二液压马达(7)和柴油机(8),供油泵与液压泵(2)相连通,所述液压泵(2)与减速机构(1)连接后安装在主控增压器(9)上,第一液压马达(5)安装在受控增压器(10)上,第二液压马达(7)安装在柴油机(8)的辅助推进力曲轴前端,第一液压马达(5)和第二液压马达(7)处还分别并联有第一旁通阀(4)和第二旁通阀(6),在液压泵(2)与第一液压马达(5)之间的油管上还设置有控制单元(3),第二液压马达(7)与第二旁通阀(6)并联后通过管路依次与控制单元(3)和液压泵(2)连接,管道依次连接液压泵(2)、控制单元(3)、第一液压马达(5)、第二旁通阀(6)、控制单元(3)、液压泵(2)构成1TC向2TC切换过程时刻的工作回路一;管道依次连接液压泵(2)、控制单元(3)、第一旁通阀(4)、第二液压马达(7)、控制单元(3)、液压泵(2)构成2TC时刻的工作回路二;
(一)只有主控增压器工作时:
第一旁通阀(4)和第二旁通阀(6)均处于关闭状态;
(二)受控增压器切入时:
第一旁通阀(4)关闭,第二旁通阀(6)打开,油料沿着工作回路一流动;
(三)主控增压器与受控增压器同时并联工作时:
第一旁通阀(4)打开,第二旁通阀(6)关闭,油料沿着工作回路二流动。
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