CN110905654B - 一种发动机动力性能改善系统及改善方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机动力性能改善系统及改善方法,系统包括设置于压气机的出气口与涡轮机的进气口之间的增压空气旁通管路、设置于增压空气旁通管路上的增压空气旁通阀。增压空气旁通阀与发动机控制单元电连接。方法包括当判定允许打开增压空气旁通阀且发动机当前运行在预设的允许打开增压空气旁通阀的工况区间内时;控制打开增压空气旁通阀;对是否允许打开增压空气旁通阀进行二次判定,若二次判定仍允许打开增压空气旁通阀,且发动机当前运行已离开工况区间超过预设时间T1时,控制关闭增压空气旁通阀。本发明可以在不额外更改其他配置的情况下,显著提高低转速下的扭矩储备能力,改善发动机动力性能。
Description
技术领域
本发明属于发动机技术领域,尤其涉及一种适用于船用的发动机动力性能改善系统及改善方法。
背景技术
在船用柴油机的开发中,通常有低速大扭矩要求,但在实际增压器匹配中,无法兼顾低转速下的扭矩储备要求和高转速下的柴油机动力性能和经济指标,要么选择增压能力大一点增压器,满足高转速下的柴油机性能和经济指标,牺牲低转速的动力性要求;要么选择增压能力小一点增压器,满足低转速下的扭矩储备要求,牺牲高转速下的柴油机动力性能和经济指标。
鉴于此,亟需对现有技术进行改进,设计开发一种可以在不额外更改其他配置的情况下,显著提高低转速下的扭矩储备能力,以改善柴油机动力性能的系统及方法。
发明内容
旨在克服上述现有技术中存在的不足,本发明解决的技术问题是,提供了一种发动机动力性能改善系统及改善方法,可以在不额外更改其他配置的情况下,显著提高低转速下的扭矩储备能力,改善发动机动力性能。
为解决上述技术问题,第一方面,本发明实施例提供一种发动机动力性能改善系统,包括增压空气旁通管路、设置于所述增压空气旁通管路上的增压空气旁通阀,所述增压空气旁通阀与发动机控制单元电连接;所述增压空气旁通管路的一端与发动机增压器中压气机的出气口连通,另一端与所述发动机增压器中涡轮机的进气口连通。
进一步,所述增压空气旁通阀包括蝶阀本体和用于控制所述蝶阀本体动作的电磁阀,所述电磁阀与所述发动机控制单元电连接。
进一步,所述增压空气旁通管路上设置有波纹膨胀节。
第二方面,本发明实施例提供一种发动机动力性能改善方法,使用上述所述的发动机动力性能改善系统,包括以下步骤:
S1、当判定允许打开所述增压空气旁通阀且所述发动机当前运行工况在预设的允许打开所述增压空气旁通阀的工况区间内时;控制打开所述增压空气旁通阀;
S2、对是否允许打开所述增压空气旁通阀进行二次判定,若二次判定仍允许打开所述增压空气旁通阀,且所述发动机当前运行工况已离开所述工况区间时,计时器1开始计时T1,当T1超过预设时间T1时,所述计时器1清零并控制关闭所述增压空气旁通阀。
进一步,所述步骤S1还包括:
当判定不允许打开所述增压空气旁通阀时,控制关闭所述增压空气旁通阀;
当判定允许打开所述增压空气旁通阀但所述发动机当前运行工况不在预设的允许打开所述增压空气旁通阀的工况区间内时;控制关闭所述增压空气旁通阀。
进一步,所述步骤S2还包括:
当二次判定不允许打开所述增压空气旁通阀时,控制关闭所述增压空气旁通阀。
在所述发动机当前运行工况离开所述工况区间之前,循环对是否允许打开所述增压空气旁通阀进行判定,一旦判定不允许打开所述增压空气旁通阀,控制关闭所述增压空气旁通阀。
进一步,判定允许打开所述增压空气旁通阀的步骤具体包括:
当有转速信号、有负荷信号且没有合排请求信号时,判定允许打开所述增压空气旁通阀;否则,判定不允许打开所述增压空气旁通阀;
或者,当有转速信号、有负荷信号、有合排请求信号且合排请求信号延时时间超过了预设时间T2时,判定允许打开所述增压空气旁通阀;否则,判定不允许打开所述增压空气旁通阀。
进一步,计时器2从有合排请求信号是开始计时T2;当T2超过所述预设时间T2,所述计时器2清零并判定允许打开所述增压空气旁通阀。
进一步,在允许打开所述增压空气旁通阀的所述工况区间内,所述发动机的进气压力大于排气压力。
进一步,所述步骤S1中,允许打开所述增压空气旁通阀的所述工况区间的设定步骤为:
通过台架试验标定四个设定点A(Ax,Ay),B(Bx,By),C(Cx,Cy),D(Dx,Dy),根据A、B两点确定一条直线,根据C、D两点确定另一条直线,两条直线之间的区间为允许打开所述增压空气旁通阀的所述工况区间;
其中,Ax、Bx、Cx、Dx为转速值,且均小于发动机额定转速;Ay、By、Cy、Dy均为对应转速值下的负荷值,且均小于发动机额定负荷;0<Ax<Bx,0<Ay<By,0<Cx<Dx,0<Cx<Dx,Cy>Dx>0且(AxBy-AyBx)/(Ax-Bx)<(CxDy-CyBx)/(Cx-Dx)。
由于采用了上述技术方案,取得的有益效果如下:
本发明中的发动机动力性能改善系统,包括增压空气旁通管路、设置于增压空气旁通管路上的增压空气旁通阀,增压空气旁通阀与发动机控制单元电连接;增压空气旁通管路的一端与发动机增压器中压气机的出气口连通,另一端与发动机增压器中涡轮机的进气口连通。改善方法包括S1、当判定允许打开增压空气旁通阀且发动机当前运行工况在预设的允许打开增压空气旁通阀的工况区间内时;控制打开增压空气旁通阀;S2、对是否允许打开增压空气旁通阀进行二次判定,若二次判定仍允许打开增压空气旁通阀,且发动机当前运行工况已离开工况区间时,计时器1开始计时T1,当T1超过预设时间T1时,计时器1清零并控制关闭增压空气旁通阀。
在不同工况不同条件下,发动机控制单元控制增压空气旁通阀打开或关闭,可以兼顾低转速下的扭矩储备要求和高转速下的柴油机动力性能和经济指标;比如,在低速高负荷下,将发动机增压后中冷前的增压空气旁通至涡轮机前排气管中,虽然此时因旁通而进气减少,但增压器转速提高,总的影响是发动机增压中冷后空气压力提高,增加了总进气量,降低了排气温度,提高了发动机的低速扭矩储备能力,改善了发动机动力性能;且,在合排时,增压空气旁通阀关闭,可防止排气倒灌至增压后中冷前的管路进而堵塞中冷器。
综上,本发明无需额外更改其他配置,即可显著提高低转速下的扭矩储备能力,改善发动机动力性能。
附图说明
图1是本发明发动机动力性能改善系统的结构原理图;
图2是本发明发动机动力性能改善方法的流程框图;
图3是本发明发动机动力性能改善方法实施例的具体流程图;
图4是图3中允许打开增压空气旁通阀步骤的具体流程图;
图5是获得图3中工况区间的原理图;
图中,1-增压空气旁通管路,11-波纹膨胀节,2-增压空气旁通阀,21-蝶阀本体,22-电磁阀,3-发动机控制单元,4-发动机增压器,41-压气机,42-涡轮机,5-集控室。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
由图1所示,本实施例中,发动机动力性能改善系统包括增压空气旁通管路1、设置于增压空气旁通管路1上的增压空气旁通阀2,增压空气旁通阀2与发动机控制单元3电连接;增压空气旁通管路1的一端与发动机增压器4中压气机41的出气口连通,另一端与发动机增压器4中涡轮机42的进气口连通。发动机控制单元3与集控室5内的操作部件(合排开关)电连接,用于接收从集控室5发出的合排请求信号。
其中,增压空气旁通阀2包括蝶阀本体21(自带安装法兰)和用于控制蝶阀本体21的电磁阀22,实际是电磁阀22受控于发动机控制单元3。增压空气旁通阀2的打开或关闭是通过发动机控制单元3控制电磁阀22得失电实现的。电磁阀22得电,控制蝶阀本体21驱动用的压缩空气通,蝶阀本体21打开;电磁阀22失电,控制蝶阀本体21驱动用的压缩空气断,蝶阀本体21关闭。
为了补偿增压空气旁通管路1的相对移动,增压空气旁通管路1上设置了波纹膨胀节11。
增压空气旁通功能是否释放,实际是发动机控制单元内部的一种可选配置的选择类似通用的发动机控制单元,将该增压空气旁通控制功能逻辑植入发动机控制单元中,如果需要该功能,就在配置(为手动配置,类似于控制系统的设置)该发动机控制单元时选择该功能,如果不配置该功能,就不选择该功能释放。
由图2和图3共同所示,本实施例还公开了一种使用上述发动机动力性能改善系统的发动机动力改善方法,执行该方法之前需要核实增压空气旁通功能是否释放,包括以下步骤:
S1、当判定允许打开增压空气旁通阀2且发动机当前运行工况在预设的允许打开增压空气旁通阀2的工况区间内时;控制打开增压空气旁通阀2。
进一步,上述步骤S1还包括:
a、当判定不允许打开增压空气旁通阀2时,控制关闭增压空气旁通阀2(此时无论发动机当前运行工况在不在预设的允许打开增压空气旁通阀2的工况区间内,都控制关闭增压空气旁通阀2)。
b、当判定允许打开增压空气旁通阀2但发动机当前运行工况不在预设的允许打开增压空气旁通阀2的工况区间内时;控制关闭增压空气旁通阀2。
S2、对是否允许打开增压空气旁通阀2进行二次判定,若二次判定仍允许打开增压空气旁通阀2,且发动机当前运行工况已离开工况区间时,计时器1(内置于发动机控制单元3内部)开始计时T1,直到当T1超过预设时间T1时,计时器1清零并控制关闭增压空气旁通阀2。
进一步,上述步骤S2还包括:
c、当二次判定不允许打开增压空气旁通阀2时,控制关闭增压空气旁通阀2。
d、在发动机当前运行工况离开工况区间之前,循环对是否允许打开增压空气旁通阀2进行判定,一旦判定不允许打开增压空气旁通阀2,控制关闭增压空气旁通阀2。
由图4所示,本实施例中,判定允许打开增压空气旁通阀2的步骤具体包括:
当有转速信号、有负荷信号且没有合排请求信号时,判定允许打开增压空气旁通阀2;否则,判定不允许打开增压空气旁通阀2;即三个条件—1、有转速信号,2、有负荷信号,3、没有合排请求信号这个三个条件同时满足时,则允许打开增压空气旁通阀2,任一条件不满足时,则不允许打开增压空气旁通阀2。
或者,当有转速信号、有负荷信号、有合排请求信号且合排请求信号延时时间超过了预设时间T2时,即计时器2从有合排请求信号是开始计时T2;当T2超过预设时间T2,合排完成,计时器2清零并判定允许打开增压空气旁通阀2;否则,判定不允许打开增压空气旁通阀2。
目前所熟知的是,船用发动机借助集成有离合器的齿轮箱与螺旋桨连接。齿轮箱受控于齿轮箱控制箱,用于向齿轮箱控制箱传递合排请求信号的合排开关通常设置在集控室5内与齿轮箱控制柜和发动机控制单元3电连接,人为操作合排开关关闭时,离合器动作,船用发动机与齿轮箱接合,将船用发动机的动力借助齿轮箱传递给螺旋桨;人为操作合排开关断开时,离合器动作,船用发动机与齿轮箱分离,船用发动机的动力无法传递给螺旋桨,螺旋桨停止旋转。
合排时即合排进行时,是发动机与螺旋桨借助齿轮箱建立传动关系的过程。在合排时,负荷突加偏大,喷油量会瞬间变大,废气管中排气量会突然变大变浓,此时若增压空气旁通功能开启,易造成排气废气倒灌入增压器后中冷器处,从而污染中冷器,长此以往会造成中冷器堵塞。因此有合排请求信号且未完成合排前(未达到预设时间T2),不允许打开增压空气旁通阀2。
本实施例中,在允许打开增压空气旁通阀2的工况区间内,需要确保发动机的进气压力(增压后)大于排气压力(涡轮机前排气管)以防排气废气倒灌现象发生;因此需要在低速高负荷下对其工况区间根据具体发动机进行预先设定;具体设定步骤为:
通过台架试验标定四个设定点A(Ax,Ay),B(Bx,By),C(Cx,Cy),D(Dx,Dy),根据A、B两点确定一条直线,根据C、D两点确定另一条直线,两条直线之间的区间为允许打开增压空气旁通阀2的工况区间,A、B两点确定直线的下方和C、的两点确定直线的上方均为不允许打开增压空气旁通阀2的工况区间。由图5所示。
其中,Ax、Bx、Cx、Dx为转速值,且均小于发动机额定转速;Ay、By、Cy、Dy均为对应转速值下的负荷值,且均小于发动机额定负荷;0<Ax<Bx,0<Ay<By,0<Cx<Dx,0<Cx<Dx,Cy>Dx>0且(AxBy-AyBx)/(Ax-Bx)<(CxDy-CyBx)/(Cx-Dx)。
本实施例中,Ax=495rpm,Ay=21%;Bx=608rpm,By=23%;Cx=725rpm,Cy=56%;Dx=813rpm,Dy=54%。
综上,本发明在不同工况不同条件下,控制增压空气旁通阀2打开或关闭,以兼顾低转速下的扭矩储备要求和高转速下的柴油机动力性能和经济指标;比如,在低速高负荷下,将发动机增压后中冷前的增压空气旁通至涡轮机前排气管中,虽然此时因旁通而进气减少,但增压器转速提高,总的影响是发动机增压中冷后空气压力提高,增加了总进气量,降低了排气温度,提高发动机增压器4喘振余度,显著提高了发动机的低速扭矩储备能力,改善了发动机动力性能;且,在合排时,使增压空气旁通阀2关闭,可防止排气倒灌至增压后中冷前的管路进而堵塞中冷器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限值本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种发动机动力性能改善方法,其特征在于,使用发动机动力性能改善系统,所述发动机动力性能改善系统包括增压空气旁通管路、设置于所述增压空气旁通管路上的增压空气旁通阀,所述增压空气旁通阀与发动机控制单元电连接;所述增压空气旁通管路的一端与发动机增压器中压气机的出气口连通,另一端与所述发动机增压器中涡轮机的进气口连通;所述方法包括以下步骤:
S1、当判定允许打开所述增压空气旁通阀且所述发动机当前运行工况在预设的允许打开所述增压空气旁通阀的工况区间内时;控制打开所述增压空气旁通阀;
S2、对是否允许打开所述增压空气旁通阀进行二次判定,若二次判定仍允许打开所述增压空气旁通阀,且所述发动机当前运行工况已离开所述工况区间时,计时器1开始计时T1,当T1超过预设时间T1时,所述计时器1清零并控制关闭所述增压空气旁通阀;
判定允许打开所述增压空气旁通阀的步骤具体包括:
当有转速信号、有负荷信号且没有合排请求信号时,判定允许打开所述增压空气旁通阀;否则,判定不允许打开所述增压空气旁通阀;
或者,当有转速信号、有负荷信号、有合排请求信号且合排请求信号延时时间超过了预设时间T2时,判定允许打开所述增压空气旁通阀;否则,判定不允许打开所述增压空气旁通阀。
2.根据权利要求1所述的发动机动力性能改善方法,其特征在于,所述步骤S1还包括:
当判定不允许打开所述增压空气旁通阀时,控制关闭所述增压空气旁通阀;
当判定允许打开所述增压空气旁通阀但所述发动机当前运行工况不在预设的允许打开所述增压空气旁通阀的工况区间内时;控制关闭所述增压空气旁通阀。
3.根据权利要求2所述的发动机动力性能改善方法,其特征在于,所述步骤S2还包括:
当二次判定不允许打开所述增压空气旁通阀时,控制关闭所述增压空气旁通阀;
在所述发动机当前运行工况离开所述工况区间之前,循环对是否允许打开所述增压空气旁通阀进行判定,一旦判定不允许打开所述增压空气旁通阀,控制关闭所述增压空气旁通阀。
4.根据权利要求1所述的发动机动力性能改善方法,其特征在于,计时器2从有合排请求信号是开始计时T2;当T2超过所述预设时间T2,所述计时器2清零并判定允许打开所述增压空气旁通阀。
5.根据权利要求1所述的发动机动力性能改善方法,其特征在于,在允许打开所述增压空气旁通阀的所述工况区间内,所述发动机的进气压力大于排气压力。
6.根据权利要求4所述的发动机动力性能改善方法,其特征在于,所述步骤S1中,允许打开所述增压空气旁通阀的所述工况区间的设定步骤为:
通过台架试验标定四个设定点A(Ax,Ay),B(Bx,By),C(Cx,Cy),D(Dx,Dy), 根据A、B两点确定一条直线,根据C、D两点确定另一条直线,两条直线之间的区间为允许打开所述增压空气旁通阀的所述工况区间; 其中,Ax、Bx、Cx、Dx为转速值,且均小于发动机额定转速;Ay、By、Cy、Dy均为对应转速值下的负荷值,且均小于发动机额定负荷;0<Ax<Bx,0<Ay<By,0<Cx<Dx,0<Cx<Dx,Cy>Dx>0且(AxBy-AyBx)/(Ax-Bx)<(CxDy-CyBx)/(Cx-Dx)。
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