CN106762242B - 一种基于辅助涡轮增压器的增压柴油机egr实现装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种基于辅助涡轮增压器的增压柴油机EGR实现装置，包括主涡轮增压器、辅助涡轮增压器，排气总管分为主排气总管和辅助排气总管，主排气总管连接主涡轮增压器的涡轮，辅助排气总管分别与辅助涡轮增压器的涡轮入口和大气相连。进气总管分别与主涡轮增压器的压气机和辅助涡轮增压器的压气机相连。主涡轮增压器的压气机出口与主涡轮增压器的涡轮入口相连，辅助涡轮增压器的压气机入口分别与主涡轮增压器涡轮出口和大气相连。本发明能够在EGR模式下对主涡轮增压器涡轮后的排气进行升压，使此部分排气压力高于进气压力从而实现EGR，与此同时，在非EGR模式下，辅助涡轮增压器能够对部分空气进行升压，进而增加进气总管中新鲜空气的量。

Description

一种基于辅助涡轮增压器的增压柴油机EGR实现装置
技术领域
本发明涉及的是一种柴油机装置，具体地说是带有EGR的柴油机装置。
背景技术
随着人类科学技术的迅猛发展，柴油机凭借其在热效率、经济性、可靠性等方面的优势备受关注，并且已经广泛地应用在汽车、船舶、铁路、发电设备等领域。虽然柴油机的使用极大地促进了社会的发展与进步，但是其在使用过程中也会带来环境污染等一系列的问题。其中NOx是主要的有害污染物之一，能够对人体产生极大的危害。影响NOx生成的主要因素为：燃烧温度高低、氧浓度高低、燃烧产物的滞留时间的长短。目前用在柴油机上，减少NOx生成的措施主要有：废气再循环系统(EGR)、掺水燃烧技术、以及废气的后处理(SCR等)等。所谓EGR技术是将柴油机排气中一部分废气引入到进气管，同新鲜空气混合后进入气缸重新参与燃烧，使进气氧含量和燃烧温度降低，进而能够降低柴油机NOx排放。对于增压柴油机而言，柴油机进气压力高于排气压力，导致废气不能自发的从排气集管引入到进气总管，同时EGR装置的投入使用，会导致排气总管会产生压力波动，另外在较低工况下实现EGR可能会使涡轮增压器压气机出现喘振，在柴油机100％负荷甚至超负荷非EGR运行时可能还会导致涡轮增压器出现超速，影响涡轮增压器的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供通过EGR技术实现降低排放的一种基于辅助涡轮增压器的增压柴油机EGR实现装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种基于辅助涡轮增压器的增压柴油机EGR实现装置，其特征是：包括主涡轮增压器压气机、主涡轮增压器涡轮、辅助涡轮增压器压气机、辅助涡轮增压器涡轮、进气总管、排气总管，排气总管包括主排气总管、辅助排气总管，主涡轮增压器压气机的出口通过主压气机出口管连接进气总管，主涡轮增压器涡轮的进口通过主涡轮进口管连接主排气总管，每个气缸分别通过其进气支管连接进气总管，第一气缸通过第一排气支管连接辅助排气总管，其余气缸通过各自的排气支管连接主排气总管，辅助排气总管通过辅助涡轮进口管连接辅助涡轮增压器涡轮的进口，辅助涡轮增压器压气机的出口连接进气总管，辅助涡轮增压器压气机的进口连接EGR连通管路，主涡轮增压器涡轮的出口同时连通大气和EGR连通管路，第二气缸与主排气总管相连的第二排气支管上安装2号截止阀，第三气缸与主排气总管相连的第三排气支管上安装1号截止阀，2号截止阀之前的第二排气支管、1号截止阀之前的第三排气支管以及辅助排气总管通过EGR控制管路相连通，辅助排气总管之前的EGR控制管路上设置3号截止阀。
本发明还可以包括；
1、主压气机出口管与主涡轮进口管之间通过气缸旁通管相通，气缸旁通管上设置气缸旁通阀；主涡轮增压器压气机出口后的压气机出口管上设置进气流量计；辅助涡轮增压器压气机与进气总管之间设置EGR流量计和EGR控制阀；辅助涡轮进口管上设置辅助涡轮增压器涡轮控制阀，辅助涡轮增压器涡轮控制阀前方的辅助涡轮进口管支出废气旁通管，废气旁通管上设置废气旁通阀；EGR连通管路上设置废气控制阀和EGR冷却器。
本发明的优势在于：相对传统的EGR实现装置，本发明装置可以借助辅助涡轮增压器使部分废气从涡轮后引入到进气总管，可以实现人为规定的任意EGR率，排气总管分为主排气总管和辅助排气总管，可以有效降低排气总管内的压力波动，气缸旁通管路的设计可以避免柴油机在低负荷EGR模式下主涡轮增压器压气机发生喘振，辅助涡轮增压器涡轮入口前的废气旁通阀以及相关管路的设计可以避免柴油机在高负荷运行时主涡轮增压器超速，辅助涡轮增压器压气机前设立了空气控制阀，可以使辅助涡轮增压器在非EGR模式下对部分新鲜空气进行加压增加进气流量，避免了辅助排气总管内废气能量的浪费。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
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，本发明包括主涡轮增压器压气机1、主涡轮增压器涡轮2、废气控制阀3、EGR冷却器4、空气控制阀5、辅助涡轮增压器涡轮6、辅助涡轮增压器压气机7、辅助涡轮增压器涡轮控制阀8、废气旁通阀9、EGR流量计10、辅助排气总管11、主排气总管12、1号截止阀13、2号截止阀14、3号截止阀15、气缸旁通阀16、主涡轮增压器转速信号17、ECU控制系统18、柴油机转速信号19、柴油机负荷信号20、进气总管21、进气流量计22、进气压力传感器23、EGR流量信号24、EGR控制阀25、主涡轮增压器压气机后进气流量信号26、主涡轮增压器压气机后进气压力信号27。其中柴油机各气缸通过进气支管和排气支管分别与进气总管21和排气总管相连，排气总管分为主排气总管12和辅助排气总管11，辅助排气总管11通过辅助涡轮增压器涡轮控制阀8与辅助涡轮增压器涡轮6的入口相连，辅助排气总管11通过废气旁通阀9与大气相连，辅助涡轮增压器压气机7通过空气控制阀5与大气相连，此时柴油机处于非EGR模式；辅助涡轮增压器压气机7还可以通过废气控制阀3和EGR冷却器4与主涡轮增压器涡轮2出口相连，此时柴油机处于EGR模式，辅助涡轮增压器压气机7通过EGR控制阀25和EGR流量计10与进气总管21相连，主涡轮增压器涡轮2入口与主排气总管12相连，主涡轮增压器压气机1出口与进气总管21相连，并且压气机1出口与进气总管21之间装有进气流量计22和进气压力传感器23，主涡轮增压器压气机1出口通过气缸旁通管道与主涡轮增压器涡轮2的入口相连，气缸旁通管道上装有气缸旁通阀16，ECU控制系统18能够采集主涡轮增压器的转速信号17、柴油机的转速信号19、柴油机的负荷信号20、主涡轮增压器压气机后进气流量信号26、主涡轮增压器压气机后进气压力信号27以及EGR流量信号24，同时ECU控制系统能够根据柴油机运行工况和用户指令控制一系列电磁开关阀的开关情况以及电磁开度阀的开度大小。
该装置具体的控制方案如下：
当用户指令为EGR模式时，ECU控制系统18控制关闭空气控制阀5同时打开废气控制阀3，此时ECU控制系统18采集主涡轮增压器的转速信号17、柴油机转速信号19、柴油机负荷信号20、EGR流量信号24、主涡轮增压器压气机后进气流量信号26以及主涡轮增压器压气机后进气压力信号27，判定柴油机当前所处工况，辅助排气总管默认情况下只连接一个气缸，此时3号截止阀关，1号和2号截止阀开，当柴油机处于低转速低负荷运行时，ECU控制系统18分析主涡轮增压器压气机1后进气流量信号26以及主涡轮增压器压气机后进气压力信号27，当主涡轮增压器压气机1运行点已处于喘振状态或处于喘振线边缘时，ECU控制系统根据控制气缸旁通阀开度的MAP图使气缸旁通阀开启一定开度，使主涡轮增压器压气机1运行点离喘振线一定裕度。当柴油机处于中高负荷运行时，ECU控制系统18首先判断主涡轮增压器转速是否超速，如果主涡轮增压器转速超速，ECU控制系统18会控制废气旁通阀9全开，再次判断主涡轮增压器是否超速，如果还是超速打开3号截止阀15关闭2号截至阀14，如果还是不满足要求继续关闭1号截至阀13，最后根据柴油机运行工况和MAP图中此工况下的最佳EGR率闭环控制废气旁通阀开度9和EGR阀25开度从而实现目标EGR率。如果主涡轮增压器不超速时，废气旁通阀9保持关闭状态，根据柴油机运行工况和相应工况下的最佳EGR率，ECU控制系统闭环控制EGR阀25的开度和1、2、3号截止阀13、14、15的开关，从而实现最佳EGR率。
当用户指令为非EGR模式时，ECU控制系统18会控制废气控制阀3关闭，空气控制阀5开启，此时辅助涡轮增压器能够对部分新鲜空气加压输送到进气总管，减少废气能量的浪费。此时ECU控制系统18采集主涡轮增压器的转速信号17、柴油机转速信号19、柴油机负荷信号20、EGR流量信号24、主涡轮增压器压气机后进气流量信号26以及主涡轮增压器压气机后进气压力信号27，判定柴油机当前所处工况，辅助排气总管默认情况下只连接一个气缸，此时3号截止阀关，1号和2号截止阀开，当柴油机处于低转速低负荷运行时，ECU控制系统18分析主涡轮增压器压气机1后进气流量信号26以及主涡轮增压器压气机后进气压力信号27，当主涡轮增压器压气机1运行点已处于喘振状态或处于喘振线边缘时，ECU控制系统根据控制气缸旁通阀开度的MAP图使气缸旁通阀开启一定开度，使主涡轮增压器压气机1运行点离喘振线一定裕度。当柴油机处于中高负荷运行时，ECU控制系统18首先判断主涡轮增压器转速是否超速，如果主涡轮增压器转速超速，ECU控制系统18会控制废气旁通阀9全开，再次判断主涡轮增压器是否超速，如果还是超速打开3号截止阀15关闭2号截至阀14，如果还是不满足要求继续关闭1号截至阀13，最后再调节废气旁通阀9的开度，使主涡轮增压器转速和最高转速之间存在一定裕度，如果主涡轮增压器不超速时，废气旁通阀9保持关闭状态。

Claims (1)

1.一种基于辅助涡轮增压器的增压柴油机EGR实现装置，其特征是：包括主涡轮增压器压气机、主涡轮增压器涡轮、辅助涡轮增压器压气机、辅助涡轮增压器涡轮、进气总管、排气总管，排气总管包括主排气总管、辅助排气总管，主涡轮增压器压气机的出口通过主压气机出口管连接进气总管，主涡轮增压器涡轮的进口通过主涡轮进口管连接主排气总管，每个气缸分别通过其进气支管连接进气总管，第一气缸通过第一排气支管连接辅助排气总管，其余气缸通过各自的排气支管连接主排气总管，辅助排气总管通过辅助涡轮进口管连接辅助涡轮增压器涡轮的进口，辅助涡轮增压器压气机的出口连接进气总管，辅助涡轮增压器压气机的进口连接EGR连通管路，主涡轮增压器涡轮的出口同时连通大气和EGR连通管路，第二气缸与主排气总管相连的第二排气支管上安装2号截止阀，第三气缸与主排气总管相连的第三排气支管上安装1号截止阀，2号截止阀之前的第二排气支管、1号截止阀之前的第三排气支管以及辅助排气总管通过EGR控制管路相连通，辅助排气总管之前的EGR控制管路上设置3号截止阀；
主压气机出口管与主涡轮进口管之间通过气缸旁通管相通，气缸旁通管上设置气缸旁通阀；主涡轮增压器压气机出口后的压气机出口管上设置进气流量计；辅助涡轮增压器压气机与进气总管之间设置EGR流量计和EGR控制阀；辅助涡轮进口管上设置辅助涡轮增压器涡轮控制阀，辅助涡轮增压器涡轮控制阀前方的辅助涡轮进口管支出废气旁通管，废气旁通管上设置废气旁通阀；EGR连通管路上设置废气控制阀和EGR冷却器。
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