CN105980684B - 增压系统及增压系统的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种在主增压器运行的状态下，启动或停止副增压器时，能够防止副增压器的喘振，并且能够抑制内燃机的燃料经济性恶化的增压系统及增压系统的运行方法。本发明的增压系统(1)具备：主增压器(2)；副增压器(3)；排气管(L5)，排气向涡轮(3a)流过；气体入口阀(5)，设置于排气管(L5)，且调整排气的流量；进气管(L8)，压缩空气从压缩机(3b)向进气歧管(12)流过；止回阀(6)，设置于进气管(L8)，且压缩机(3b)的出口空气的压力为进气歧管(12)的压力以上时呈打开状态；旁通管(L9)，与进气管(L8)和排气管(L5)连接；及旁通阀(7)，设置于旁通管(L9)，且调整从进气管(L8)向排气管(L5)流经旁通管(L9)的压缩空气的流量。

Description

增压系统及增压系统的运行方法

技术领域

本发明涉及一种具备适用于内燃机的多个增压器的增压系统及增压系统的运行方法。

背景技术

在船舶的航行中，为了降低耗油量，因此存在使主发动机(例如柴油机)以低负载连续地运行即所谓的进行减速运行的情况。在这种情况下，由于主发动机的负载范围变广，因此在使1台或多台增压器(主增压器)始终运行的控制中，难以遍及该广范围的主发动机的所有负载而使增压器效率适当。

因此，具备多台增压器，根据主发动机的负载，控制增压器的运行台数，由此在主发动机的负载较广的范围内使增压器效率变得适当。该技术作为顺序增压系统而熟知，并用作在主发动机运行的期间，使多台增压器中至少1台始终运行的主增压器，用作1台根据主发动机的负载运行或停止的副增压器。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4950082号公报

专利文献2：日本专利公开2005-155356号公报

发明的概要

发明要解决的技术课题

在主发动机运行的状态下，开始(启动)或停止运行1台副增压器时，由于从另外的主增压器向主发动机输送压缩空气，因此发动机扫气室处于被加压的状态。因此，如专利文献1所记载，启动副增压器时，为了防止副增压器中的喘振的产生，在副增压器的压缩机出口空气的压力达到扫气室内的压力(扫气压)为止，需要向外部释放从副增压器的压缩机输送的压缩空气。并且，停止副增压器时也同样地，为了防止副增压器中的喘振的产生，需要向外部释放从副增压器的压缩机输送的压缩空气。

但是，从空气释放阀向外部释放压缩空气的情况下，由于未利用通过排气得到的能量而进行释放，因此导致产生能量损失。并且，由于向主发动机输送的空气的量也暂时减少，因此存在主发动机中产生的排气的温度上升，造成主发动机的热负载上升的问题。

在上述专利文献2的发动机增压装置中，主涡轮增压器的涡轮被设为可变喷嘴型。但是，即使缩小主涡轮增压器的可变喷嘴，也会导致排气大多流向副涡轮增压器，最终排气没有较多地流向主涡轮增压器，而无法提高扫气压。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种在主增压器运行的状态下，启动或停止另外的副增压器时，能够防止副增压器的喘振，并且能够抑制内燃机的燃料经济性恶化的增压系统及增压系统的运行方法。

用于解决技术课题的手段

本发明的第1方式所涉及的增压系统具备：主增压器，具备通过从内燃机供给的排气被驱动，且在所述内燃机运行的期间，始终运行的至少一个主涡轮部、及通过所述主涡轮部被驱动，且向所述内燃机输送压缩气体的主压缩机部；副增压器，具备通过从所述内燃机供给的排气被驱动，且根据所述内燃机的负载，运行或停止的至少一个副涡轮部、及通过所述副涡轮部被驱动，且向所述内燃机输送压缩气体的副压缩机部，并具备：排气管，与所述副涡轮部连接，并且有从所述内燃机供给的排气流过；气体入口阀，设置于所述排气管，且调整所述排气的流量；进气管，与所述副压缩机部及所述内燃机的进气歧管连接，并且有所述压缩气体流过；阀，设置于所述进气管，且所述副压缩机部的出口气体的压力为所述进气歧管的压力以上时呈打开状态；旁通管，与所述进气管中的所述阀的上游侧部分和所述排气管中的所述气体入口阀的下游侧部分连接；及旁通阀，设置于所述旁通管，且调整从所述进气管向所述排气管流经所述旁通管的所述压缩气体的流量。

根据该结构，在主发动机运行时，在副增压器停止，且旁通阀打开的状态下，通过打开气体入口阀，副增压器的副涡轮部开始旋转，且副增压器的转速上升。

副增压器的副压缩机部输送压缩空气，由此经由旁通管，压缩气体返回到排气管，副涡轮部通过来自排气歧管的排气和来自副压缩机部的压缩气体旋转。因此，打开气体入口阀之后，副增压器的转速在短期间内快速上升。副压缩机部的出口气体的压力小于进气歧管的压力时，阀为关闭状态。

之后，副增压器的出口气体的压力为进气歧管的压力以上时，阀呈打开状态。由此，经由进气管，向进气歧管输送来自副压缩机部的压缩气体，且从主增压器和副增压器向内燃机供给气体。

并且，在副增压器运行的状态下，停止副增压器时，首先打开旁通阀之后，关闭气体入口阀。由此，副增压器的副涡轮部开始停止旋转，副增压器的转速逐渐下降。此时，副压缩机部的出口气体的压力变得小于进气歧管的压力时，阀呈关闭状态。由于副压缩机部输送的压缩气体经由旁通管返回到排气管，因此副压缩机部中，在关闭阀之后也不会产生喘振。

而且，关于压缩空气，由于压缩空气经由旁通管返回到排气管，因此与副增压器运行时相比，从排气歧管经由排气管向副增压器输送的排气量减少。并且，从排气歧管向主增压器输送的排气量增加，且主增压器的转速增加。因此，从主增压器向进气歧管输送的空气增加。

在上述第1方式中，将所述副增压器从停止状态启动时，在所述旁通阀打开的状态下，所述气体入口阀逐渐地或局部性地被打开，所述副增压器的转速稳定之后，可以完全打开所述气体入口阀，并且，也可以完全关闭所述旁通阀。

根据该结构，即使在气体入口阀逐渐地或局部性地被打开的情况下，副增压器的副涡轮部也开始旋转，且副增压器的转速上升。并且，副增压器的副压缩机部输送压缩空气，由此经由旁通管，压缩气体返回到排气管，副涡轮部通过来自排气歧管的排气和来自副压缩机部的压缩空气旋转。

在上述第1方式中，将所述副增压器从运行状态停止时，打开所述旁通阀，并且所述气体入口阀逐渐地或局部性地被关闭，所述副增压器的转速稳定之后，可以完全关闭所述气体入口阀。

根据该结构，即使在气体入口阀局部性地被关闭的情况下，副增压器的副压缩机部也停止旋转，且副增压器的转速逐渐下降。此时，关于副增压器的副压缩机部输送的压缩气体，压缩气体经由旁通管返回到排气管。副压缩机部的出口气体的压力变得小于进气歧管的压力时，阀呈关闭状态。

本发明的第2方式所涉及的增压系统的运行方法，该增压系统是上述的增压系统，所述增压系统的运行方法具备：开始所述排气向所述排气管的流通的步骤；所述副压缩机部的出口气体的压力小于所述进气歧管的压力的期间，从所述副压缩机部的出口向所述副涡轮部的入口输送压缩气体的步骤；及所述副压缩机部的出口气体的压力为所述进气歧管的压力以上时，经由所述进气管，从所述副压缩机部的出口向所述进气歧管输送压缩气体的步骤。

在上述第2方式中，可以具备：停止所述排气向所述排气管的流通的步骤；及所述副压缩机部的出口气体的压力变得小于所述进气歧管的压力时，在所述进气管中，停止从所述副压缩机部的出口向所述进气歧管的压缩气体的供给，且从所述副压缩机部的出口向所述副涡轮部的入口输送压缩气体的步骤。

发明效果

根据本发明，在主增压器运行的状态下，启动或停止另外的副增压器时，通过防止副增压器的喘振，并且将该压缩空气使用于副增压器的运行的辅助而未向增压系统外部释放压缩空气，来抑制向内燃机输送的空气量的减少，且抑制在内燃机产生的排气温度的上升，由此能够抑制伴随副增压器的启动或停止的内燃机的燃料经济性恶化与热负载的上升。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的增压系统的结构图。

图2是表示本发明的一实施方式所涉及的增压系统的动作的，并以时间表示横轴的曲线图。

具体实施方式

以下，对本发明的一实施方式所涉及的增压系统1进行说明。

增压系统1适用于船用柴油机，例如低速二冲程柴油机等内燃机(未图示。以下称为“发动机”。)。另外，内燃机并不限定于上述的例子。

增压系统1具备至少1台主增压器2及1台副增压器3。在发动机运行的期间，主增压器2将始终运行作为前提，根据发动机的负载，启动副增压器3来开始进行运行，或停止副增压器3的运行。由此，在发动机的负载较广的范围内使增压器效率变得适当。例如，在船舶的航行中，连续进行减速运行的情况，以及进行额定运行的情况的任一情况下，均能够使增压器效率最佳。

发动机具备曲轴，在船舶的情况下，在曲轴中经由传动轴直接或间接安装有螺旋桨。并且，在发动机中设有由气缸套、气缸盖等构成的气缸部(未图示。)，在各气缸部中，配置有经由未图示的十字头与曲轴连结的活塞。

各气缸部的排气口(未图示。)与图1所示的排气歧管11连接，排气歧管11经由第1排气管L1与主增压器2的涡轮2a的入口侧连接，且经由第2排气管L5与副增压器3的涡轮3a的入口侧连接。各气缸部的进气口(未图示。)与进气歧管12连接，进气歧管12经由第1排气管L4与主增压器2的压缩机2b连接，且经由第2进气管L8与副增压器3的压缩机3b连接。

主增压器2具备涡轮2a、压缩机2b及旋转轴2c。涡轮2a经由第1排气管L1通过作为从发动机供给的燃烧气体的排气被驱动。压缩机2b通过涡轮2a被驱动，并压缩外部气体(不仅包含发动机外部的空气，还包含EGR(Exhaust Gas Recirculation)气体或EGR气体与空气的混合气体。以下，相同。)来向发动机输送。使旋转轴2c的一端部突出于涡轮2a侧，使另一端部突出于压缩机2b。旋转轴2c的一端部安装于构成涡轮2a的涡轮转子的涡轮盘中，旋转轴2c的另一端部安装于构成压缩机2b的压缩机叶轮的轮毂中。主增压器2是在发动机运行的期间始终运行的增压器。本实施方式中，主增压器2仅为1台，但根据增压系统的规模，可设置多台主增压器。

副增压器3与主增压器2另行设置，且具备涡轮3a、压缩机3b及旋转轴3c。涡轮3a经由第2排气管L5通过作为从发动机供给的燃烧气体的排气被驱动。压缩机3b通过涡轮3a被驱动，且压缩外部气体来向发动机输送。使旋转轴3c的一端部突出于涡轮3a侧，使另一端部突出于压缩机3b。旋转轴3c的一端部安装于构成涡轮3a的涡轮转子的涡轮盘中，旋转轴3c的另一端部安装于构成压缩机3b的压缩机叶轮的轮毂中。副增压器3是根据发动机的负载而运行或停止的增压器。本实施方式中，副增压器3仅为1台，但根据增压系统的规模，可设置多台副增压器。

通过涡轮2a、3a的排气分别经由与涡轮2a、3a的出口侧连接的排气管L2、L6而被导入到烟囱之后，被排出于船外。

在与压缩机2b、3b的入口侧连接的进气管L3、L7中分别配置有消音器(未图示。)，通过该消音器的外部气体分别被导入到压缩机2b、3b。并且，在分别连接在压缩机2b、3b的出口侧的第1进气管L4、第2进气管L8的中途，设有空气冷却器13或稳压罐(未图示。)等。通过压缩机2b、3b的外部气体通过空气冷却器13或稳压罐等之后，被供给至发动机的进气歧管12。

在第2排气管L5中连接有气体入口阀5。气体入口阀5能够调整开度，且能够调整排气的流量。若气体入口阀5打开，则从排气歧管11向副增压器3的涡轮3a供给排气，若气体入口阀5关闭，则停止排气的供给。

在第2进气管L8中设有止回阀6。止回阀6在副增压器3的压缩机3b的出口空气的压力为进气歧管12的压力以上时呈打开状态，小于进气歧管12的压力时呈关闭状态。另外，本实施方式中，对在第2进气管L8中设置止回阀6的情况进行了说明，但本发明并不限定于该例。例如，若存在仅利用单向压力差打开的阀，则可以为利用压力传感器工作的控制阀。

旁通管L9与第2进气管L8中的止回阀6的上游侧部分(更具体而言，从压缩机3b的出口到止回阀6的入口为止的部分)和第2排气管L5中的气体入口阀5的下游侧部分(更具体而言，从气体入口阀5的出口到涡轮3a的入口为止的部分)连接。在旁通管L9中设有旁通阀7，若旁通阀7打开，则压缩空气从第2进气管L8向第2排气管L5流过，若旁通阀7关闭，则停止压缩空气的流动。

以下，对本实施方式所涉及的增压系统1的动作进行说明。在下述说明中，主增压器2以处于始终运行状态作为前提。

起初，对启动副增压器3的情况进行说明。

首先，启动副增压器3之前，预先开放旁通阀7。由此，若从副增压器3的压缩机3b输送压缩空气，则立刻就能使压缩空气返回到作为旁通管L9的连接端的排气管L5。

并且，如图2所示，为了启动副增压器3，而逐渐开始打开副增压器3的气体入口阀5。由此，流经第2排气管L5的排气的量会逐渐增加，且副增压器3的涡轮3a开始旋转，且副增压器3的转速逐渐上升。而且，副增压器3的转速上升至充分高时，例如，成为比在主增压器2及副增压器3一同运行的期间能够设想的副增压器3的转速高5～10％的转速时(图2中未图示)，暂且中断气体入口阀5的打开动作。气体入口阀5是局部性地被打开的状态，而不会在短时间内设为完全打开。此时，副增压器3的压缩机3b输送压缩空气，经由旁通管L9，压缩空气返回到排气管L5，涡轮3a通过来自排气歧管11的排气和来自压缩机3b的压缩空气旋转。因此，副增压器3的转速在短期间快速上升。

在使压缩空气旁通的期间，从排气歧管11向副增压器3输送排气，但由于压缩空气经由旁通管L9返回，因此与未设置旁通管L9的情况相比，能够减少从排气歧管11向副增压器3输送的排气量。

因此，从排气歧管11向主增压器2输送的排气量的减少也可以少于以往，并能够抑制主增压器2的转速的降低。因此，能够够较多地维持从主增压器2向进气歧管12输送的空气。

之后，如图2所示，副增压器3的转速上升至上述转速且稳定之后，逐渐完全打开气体入口阀5的同时，逐渐完全关闭旁通阀7。其结果，副增压器3的压缩机3b的出口空气的压力P1进一步上升。而且，出口空气的压力P1为进气歧管12的压力P2(＝主发动机的扫气压P2)以上时，止回阀6呈打开状态。由此，经由进气管L8，向进气歧管12输送来自压缩机3b的压缩空气，且会从主增压器2和副增压器3向主发动机供给空气。

即，从开始打开副增压器3的气体入口阀5到止回阀6呈打开状态为止的期间，由于止回阀6为关闭状态，因此能够防止空气向副增压器3的压缩机3b逆流，并能够防止副增压器3中的喘振的产生。

并且，在启动副增压器3的过程中，使压缩空气旁通的期间较短。而且，通过将该压缩空气使用于副增压器3的运行的辅助而未向增压系统1的外部释放压缩气体，能够减少从排气歧管11向副增压器3输送的排气量，因此能够抑制从排气歧管11向主增压器2输送的排气量的减少量。其结果，在主发动机产生的排气的温度变得难以上升，并能够抑制主发动机的热负载上升和燃料经济性的恶化。

接着，对停止副增压器3的情况进行说明。

首先，为了减少来自压缩机3b的出口空气，而开放旁通阀7。并且，如图2所示，在开始开放旁通阀7之后，开始关闭副增压器3的气体入口阀5。而且，逐渐开放旁通阀7的同时，逐渐关闭气体入口阀5。由此，流经第2排气管L5的排气的量逐渐减少，且副增压器3的涡轮3a开始停止旋转，且副增压器3的转速逐渐下降。

而且，压缩机3b的出口空气的压力P1变得小于进气歧管12的压力P2(＝主发动机的扫气压P2)时，止回阀6呈关闭状态。关于副增压器3的压缩机3b输送的压缩空气，压缩空气经由旁通管L9，返回到排气管L5。由此，能够防止空气向副增压器3的压缩机3b逆流，并能够防止副增压器3中的喘振的产生。

而且，副增压器3的转速稳定之后，逐渐完全关闭气体入口阀5。由于未向外部释放压缩空气，因此即使止回阀6被关闭，副增压器3的转速也不会上升。并且，由于压缩空气返回，因此与副增压器3运行时相比，从排气歧管11经由排气管L5向副增压器3输送的排气量减少。而且，从排气歧管11向主增压器2输送的排气量增加，且主增压器2的转速增加。因此，从主增压器2向进气歧管12输送的空气增加。

即，在停止副增压器3的过程中，增加从主增压器2向进气歧管12输送的空气增加，因此如以往一样，不存在降低扫气压P2来向主发动机输送的空气的量减少的情况。其结果，在主发动机产生的排气的温度变得难以上升，并能够抑制主发动机的热负载上升和燃料经济性的恶化。

符号说明

1-增压系统，2-主增压器，2a-涡轮(主涡轮部)，2b-压缩机(主压缩机部)，3-副增压器，3a-涡轮(副涡轮部)，3b-压缩机(副压缩机部)，5-气体入口阀，6-止回阀(阀)，7-旁通阀，11-排气歧管，12-进气歧管，13-空气冷却器，L1-第1排气管，L2、L6-排气管，L3、L7-进气管，L4-第1进气管，L5-第2排气管(排气管)，L8-第2进气管(进气管)，L9-旁通管。

Claims (5)

1.一种增压系统，其特征在于，具备：

主增压器，具备通过从内燃机供给的排气被驱动，且在所述内燃机运行的期间，始终运行的至少一个主涡轮部、及通过所述主涡轮部被驱动，且向所述内燃机输送压缩气体的主压缩机部；

副增压器，具备通过从所述内燃机供给的排气被驱动，且根据所述内燃机的负载，运行或停止的至少一个副涡轮部、及通过所述副涡轮部被驱动，且向所述内燃机输送压缩气体的副压缩机部，并具备：

排气管，与所述副涡轮部连接，并且有从所述内燃机供给的排气流过；

气体入口阀，设置于所述排气管，且调整所述排气的流量；

进气管，与所述副压缩机部及所述内燃机的进气歧管连接，并且有所述压缩气体流过；

阀，设置于所述进气管，且所述副压缩机部的出口气体的压力为所述进气歧管的压力以上时呈打开状态；

旁通管，与所述进气管中的所述阀的上游侧部分和所述排气管中的所述气体入口阀的下游侧部分连接；及

旁通阀，设置于所述旁通管，且调整从所述进气管向所述排气管流经所述旁通管的所述压缩气体的流量。

2.根据权利要求1所述的增压系统，其中，

将所述副增压器从停止状态启动时，在所述旁通阀打开的状态下，所述气体入口阀逐渐地或局部性地被打开，所述副增压器的转速稳定之后，完全打开所述气体入口阀，并且，完全关闭所述旁通阀。

3.根据权利要求1或2所述的增压系统，其中，

将所述副增压器从运行状态停止时，打开所述旁通阀，并且所述气体入口阀逐渐地或局部性地被关闭，所述副增压器的转速稳定之后，完全关闭所述气体入口阀。

4.一种增压系统的运行方法，该增压系统是权利要求1所述的增压系统，

所述增压系统的运行方法的特征在于，具备：

开始所述排气向所述排气管的流通的步骤；

所述副压缩机部的出口气体的压力小于所述进气歧管的压力的期间，从所述副压缩机部的出口向所述副涡轮部的入口输送压缩气体的步骤；及

所述副压缩机部的出口气体的压力为所述进气歧管的压力以上时，经由所述进气管，从所述副压缩机部的出口向所述进气歧管输送压缩气体的步骤。

5.根据权利要求4所述的增压系统的运行方法，其具备：

停止所述排气向所述排气管的流通的步骤；及

所述副压缩机部的出口气体的压力变得小于所述进气歧管的压力时，在所述进气管中，停止从所述副压缩机部的出口向所述进气歧管的压缩气体的供给，从所述副压缩机部的出口向所述副涡轮部的入口输送压缩气体的步骤。