CN111173611A - 废气旁通可调增压系统 - Google Patents

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陆鹏
仇立兵
宋大为
郑长江
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Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute
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Abstract

本发明提供了一种废气旁通可调增压系统，属于动力设备技术领域，包括发动机、第一涡轮增压器、第一排气总管、第一旁通阀门、第一旁通管路、第一压力传感器、第二压力传感器、第二涡轮增压器、第二排气总管、第二旁通阀门、第二旁通管路、第三压力传感器、第四压力传感器以及控制装置，第一旁通阀门、第一压力传感器、第二压力传感器、第二旁通阀门、第三压力传感器、第四压力传感器分别与控制装置电连接；控制装置能够实时检测各总管压力从而控制旁通阀门的开度；本发明在柴油机排气管路上增加旁通阀门与涡轮增压器并行布置，通过控制旁通阀门开度实现排气压力调节，维持柴油机额定输出功率，结构简单，实用性强。

Description

废气旁通可调增压系统
技术领域
本发明涉及动力设备技术领域，具体地，涉及一种废气旁通可调增压系统。
背景技术
特种柴油机由于使用环境的特殊性，会存在排气压力高于或者低于正常大气压，而且最高值和最低值差值较大，且常出现复杂变化排气压力情况。例如，某特种柴油机处于较大的吸气真空、高排气压力及变排气压力条件下工作。排气压力增高将使排气过程中气缸内压力增高，发动机泵气功增加，涡轮膨胀比降低而做功能力下降，使得进气压缩比降低气量下降。同时，由于废气涡轮增压柴油机具有较大的气阀重叠角，排气压力增大后，进气压力又减小，因此不但不能进行正常的扫气，而且可能发生倒灌。以致残余废气增多，循环充气量显著减小，指示效率降低，柴油机的功率下降。为了维持柴油机的额定输出功率，需要在柴油机的各系统上进行研究设计，制造出一套可调增压系统，以解决现有技术的不足。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种废气旁通可调增压系统。
根据本发明提供的一种废气旁通可调增压系统，包括发动机，还包括第一涡轮增压器、第一排气总管、第一旁通阀门1、第一旁通管路101、第一压力传感器3、第二压力传感器4以及控制装置；
所述第一排气总管包括第一前段总管11以及第一后段总管12；
所述第一前段总管11设置在发动机和第一涡轮增压器之间；
所述第一后段总管12的一端安装在第一涡轮增压器上，所述第一后段总管12的另一端与大气相连；
所述第一旁通管路101的进气口与第一前段总管11连接，所述第一旁通管路101的出气口与第一后段总管12连接；
所述第一旁通阀门1安装在第一旁通管路101上；
所述第一压力传感器3安装在第一前段总管11上；
所述第二压力传感器4安装在第一后段总管12上；
所述第一旁通阀门1、第一压力传感器3、第二压力传感器4分别与控制装置电连接。
优选地，还包括第二涡轮增压器、第二排气总管、第二旁通阀门2、第二旁通管路102、第三压力传感器5以及第四压力传感器6；
所述第二排气总管包括第二前段总管13以及第二后段总管14；
所述第二前段总管13设置在发动机和第二涡轮增压器之间；
所述第二后段总管14的一端安装在第二涡轮增压器上，所述第二后段总管14的另一端与大气相连；
所述第二旁通管路102的进气口与第二前段总管13连接，所述第二旁通管路102的出气口与第二后段总管14连接；
所述第二旁通阀门2安装在第二旁通管路102上；
所述第三压力传感器5安装在第二前段总管13上；
所述第四压力传感器6安装在第二后段总管14上；
所述第二旁通阀门2、第三压力传感器5、第四压力传感器6分别与控制装置电连接。
优选地，还包括第三排气总管100；
所述第一后段总管12、第二后段总管14分别通过第三排气总管100与大气相连。
优选地，第三排气总管100上设置有第五压力传感器7；
所述第五压力传感器7与控制装置电连接。
优选地，所述发动机上设置有喷油控制阀8；
所述喷油控制阀8与控制装置电连接。
优选地，还包括第一温度传感器9以及第二温度传感器10；
所述第一温度传感器9安装在第一前段总管11上；
所述第二温度传感器10安装在第二前段总管13上；
所述第一温度传感器9、第二温度传感器10分别与控制装置电连接。
优选地，还包括压气机以及第六压力传感器15；
所述压气机通过进气管路111与发动机连接；
所述第六压力传感器15安装在进气管路111上；
所述压气机、第六压力传感器15分别与控制装置电连接。
优选地，还包括第一换热器17以及第二换热器16；
所述第一换热器17分别通过第一降温出水管103、第一降温进水管104与第二旁通阀门2连接；
所述第二换热器16分别通过第二降温出水管107、第二降温进水管108与第一旁通阀门1连接。
优选地，还包括第一三通电动阀18、第二三通电动阀19、第三三通电动阀20以及第四三通电动阀21；
所述第一三通电动阀18、第二三通电动阀19分别通过第一冷却回水管105、第一冷却上水管106与第一换热器17连接；
所述第三三通电动阀20、第四三通电动阀21分别通过第二冷却回水管109、第二冷却上水管110与第二换热器16连接；
所述第一三通电动阀18分别连接机带低温冷却水回水管路、外循环冷却水回水管路；
所述第二三通电动阀19分别连接机带低温冷却水上水管路、外循环冷却水上水管路；
所述第三三通电动阀20分别连接机带低温冷却水回水管路、外循环冷却水回水管路；
所述第四三通电动阀21分别连接机带低温冷却水上水管路、外循环冷却水上水管路；
所述第一三通电动阀18、第二三通电动阀19、第三三通电动阀20、第四三通电动阀21分别与控制装置电连接。
优选地，所述控制装置中包括第一阈值以及第二阈值；
当第一温度传感器9超过第一阈值时，所述控制装置控制第三三通电动阀20从机带低温冷却水回水管路切换到外循环冷却水回水管路，同时控制第四三通电动阀21从机带低温冷却水上水管路切换到外循环冷却水上水管路；
当第二温度传感器10超过第二阈值时，所述控制装置控制第一三通电动阀18从机带低温冷却水回水管路切换到外循环冷却水回水管路，同时控制第二三通电动阀19从机带低温冷却水上水管路切换到外循环冷却水上水管路。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明在柴油机排气管路上增加旁通阀门与涡轮增压器并行布置，当柴油机排气压力变化时，控制装置能够及时通过控制旁通阀门从而控制流通截面面积来旁通掉部分排气流量和压力调节排气，使涡轮增压器排气顺畅度提高，从而控制涡轮增压器的转速，同时控制装置控制压气机转速，进而改变增压空气压力，改变进气量，维持柴油机额定输出功率，结构简单，达到改善柴油机与涡轮增压器匹配性能的目的，实用性强。
2、控制装置通过各温度传感器以及压力传感器能够实时获得各处的温度、压力参数，一方面通过获得的压力参数及时调节第一旁通阀门1、第二旁通阀门2的开度，平衡涡轮增压器前后管路的压差；另一方面，通过获得的温度参数调节控制喷油控制阀8的开度，调节柴油机功率，达到改善柴油机与涡轮增压器性能匹配的目的，优化了柴油机的性能，提高了柴油机的做功效率。
3、本发明通过设置旁通阀门能够改变排气进入涡轮增压器的压力和流量，满足不同的气压变化，能够有效实现柴油机输出功率的稳定，满足实际需求。
4、通过设置冷却系统对旁通阀门进行冷却降温，且通过三通阀门分别与机带低温冷却水、外循环冷却水连接，既实现了能源的节约，减少了噪音，又有效解决了排气温度对旁通阀门的影响，保证了设备的正常运行。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图；
图2为旁通管路和旁通阀门实施例的布置示意图；
图3为旁通管路和旁通阀门实施例的布置示意图。
图中示出：
Figure BDA0002382389960000041
Figure BDA0002382389960000051
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种废气旁通可调增压系统，如图1所述，包括发动机、第一涡轮增压器、第一排气总管、第一旁通阀门1、第一旁通管路101、第一压力传感器3、第二压力传感器4以及控制装置；所述第一排气总管包括第一前段总管11以及第一后段总管12；所述第一前段总管11设置在发动机和第一涡轮增压器之间；所述第一后段总管12的一端安装在第一涡轮增压器上，所述第一后段总管12的另一端与大气相连；所述第一旁通管路101的进气口与第一前段总管11连接，所述第一旁通管路101的出气口与第一后段总管12连接；所述第一旁通阀门1安装在第一旁通管路101上；所述第一压力传感器3安装在第一前段总管11上；所述第二压力传感器4安装在第一后段总管12上；所述第一旁通阀门1、第一压力传感器3、第二压力传感器4分别与控制装置电连接，控制装置能够实时检测第一前段总管11、第一后段总管12内排气压力并根据检测到压力的情况控制第一旁通阀门1的开度；在一个优选例中，还包括第二涡轮增压器、第二排气总管、第二旁通阀门2、第二旁通管路102、第三压力传感器5以及第四压力传感器6，所述第二排气总管包括第二前段总管13以及第二后段总管14；所述第二前段总管13设置在发动机和第二涡轮增压器之间；所述第二后段总管14的一端安装在第二涡轮增压器上，所述第二后段总管14的另一端与大气相连；所述第二旁通管路102的进气口与第二前段总管13连接，所述第二旁通管路102的出气口与第二后段总管14连接；所述第二旁通阀门2安装在第二旁通管路102上；所述第三压力传感器5安装在第二前段总管13上；所述第四压力传感器6安装在第二后段总管14上；所述第二旁通阀门2、第三压力传感器5、第四压力传感器6分别与控制装置电连接；控制装置能够实通过第三压力传感器5、第四压力传感器6实时检测第二前段总管13、第二后段总管14的压力并根据检测到压力的情况控制第二旁通阀门2的开度；本发明在柴油机排气管路上增加旁通阀门与涡轮增压器并行布置，当柴油机排气压力变化时，控制装置能够及时通过控制旁通阀门从而控制流通截面面积来旁通掉部分排气流量和压力调节排气，使涡轮增压器排气顺畅度提高，从而控制涡轮增压器的转速，同时控制装置控制压气机转速，进而改变增压空气压力，改变进气量，维持柴油机额定输出功率，结构简单，达到改善柴油机与涡轮增压器匹配性能的目的，实用性强。
具体地，如图1所述，还包括第三排气总管100，所述第一后段总管12、第二后段总管14分别通过第三排气总管100与大气相连，废气旁通阀门的布置方案对两支排气管路气流状态具有显著影响，因此，在实际应用中根据发动机的具体结构及尺寸，考虑到发动机排气总管和涡轮增压器的位置，也会有不同的结构布置，在一个优选例中，如图2所示，考虑到两涡轮增压器出口管路的对称性，两根排气总管分别接出旁通阀，在汇合后从侧面通入涡轮增压器出口连接的第三排气总管100，该设计不但结构简单，外形美观，而且经试验验证，涡轮增压器前后的压力参数更加稳定；在一个变化例中，如图3所示，旁通管路经汇合后从正面通入涡轮增压器出口连接的第三排气总管100，因此本发明在实际的管路布置中结构灵活，实用性强。
具体地，如图1所述，第三排气总管100上设置有第五压力传感器7；所述第五压力传感器7与控制装置电连接，所述发动机上设置有喷油控制阀8；所述喷油控制阀8与控制装置电连接，本发明中还包括第一温度传感器9以及第二温度传感器10；所述第一温度传感器9安装在第一前段总管11上；所述第二温度传感器10安装在第二前段总管13上；所述第一温度传感器9、第二温度传感器10分别与控制装置电连接，控制装置通过各温度传感器以及压力传感器能够实时获得各处的温度、压力参数，一方面通过获得的压力参数及时调节第一旁通阀门1、第二旁通阀门2的开度，平衡涡轮增压器前后管路的压差，另一方面，通过获得的温度参数调节控制喷油控制阀8的开度，调节柴油机功率，达到改善柴油机与涡轮增压器性能匹配的目的，优化了柴油机的性能，提高了柴油机的做功效率。
进一步地，本发明通过设置旁通阀门能够改变排气进入涡轮增压器的压力和流量，满足不同的气压变化，能够有效实现柴油机输出功率的稳定，满足实际需求。
具体地，如图1所述，还包括压气机，在一个优选例中，压气机与发动机连接的进气管路111上安装有第六压力传感器15，压气机、第六压力传感器15分别与控制装置电连接，控制装置能够根据排气管路上的压力参数以及进气管路上的压力参数控制压气机的转动，进而改变进气压力，满足发动机需求，提供发动机的做功效率。
具体地，安装在气体管道中的旁通阀根据需求调节排气流量，在实际应用中，排气管道内流经气体工作温度最高可超过600℃，在高温工况下，旁通阀门执行机构以及相连的组件都需要冷却降温，以保证个组件的正常工作，根据系统的温度反馈，结合实际工况，旁通阀门的冷却液可以采用机带低温冷却水或者引入外循环冷却水，自动切换并通过安装换热器与冷媒分离实现循环冷却。机带的低温冷却水为内循环冷却方式，外循环冷却水为外循环冷却方式，外循环冷却水的水量根据冷却温度反馈，信号传输给控制装置，控制装置能够实时控制外循环冷却水变频泵，通过变频泵的动态响应，提供稳定的冷却效果。
进一步地，如图1所述，还包括第一换热器17以及第二换热器16；所述第一换热器17分别通过第一降温出水管103、第一降温进水管104第二旁通阀门2连接；所述第二换热器16分别通过第二降温出水管107、第二降温进水管108第一旁通阀门1连接，在一个优选例中，包括第一三通电动阀18、第二三通电动阀19、第三三通电动阀20以及第四三通电动阀21；所述第一三通电动阀18、第二三通电动阀19分别通过第一冷却回水管105、第一冷却上水管106与第一换热器17连接；所述第三三通电动阀20、第四三通电动阀21分别通过第二冷却回水管109、第二冷却上水管110与第二换热器16连接；所述第一三通电动阀18、第二三通电动阀19、第三三通电动阀20、第四三通电动阀21分别与控制装置电连接；第一三通电动阀18分别连接机带低温冷却水回水管路、外循环冷却水回水管路；所述第二三通电动阀19分别连接机带低温冷却水上水管路、外循环冷却水上水管路；所述第三三通电动阀20分别连接机带低温冷却水回水管路、外循环冷却水回水管路；所述第四三通电动阀21分别连接机带低温冷却水上水管路、外循环冷却水上水管路。
进一步地，所述控制装置中能够设置温度的高限值，在一个优选例中，包括第一阈值以及第二阈值，第一阈值对应第一温度传感器9的温度高限值，第二阈值对应第二温度传感器10的温度高限值，第一阈值以及第二阈值的设定可以根据柴油机的实际工况在控制装置中随时修改，以符合实际的需求。
更进一步地，当第一温度传感器9超过第一阈值时，所述控制装置控制第三三通电动阀20从机带低温冷却水回水管路切换到外循环冷却水回水管路，同时控制第四三通电动阀21从机带低温冷却水上水管路切换到外循环冷却水上水管路，当第二温度传感器10超过第二阈值时，所述控制装置控制第一三通电动阀18从机带低温冷却水回水管路切换到外循环冷却水回水管路，同时控制第二三通电动阀19从机带低温冷却水上水管路切换到外循环冷却水上水管路。
具体地，根据控制装置根据获得的各排气管路内的温度值，能够随时对冷却水进行控制调节，在一个优选例中，例如第一阈值、第二阈值都设置为60℃，当控制装置检测到的温度低于60℃时，可以采用机带的低温冷却水对旁通阀进行循环冷却；当控制装置检测到的温度高于60℃时，则通过控制装置控制电动三通自动切换冷媒形式，其中，由外部循环水泵提供循环动力，用机带低温水冷却可以节约能源，减少噪音，当冷却能力不足时，采用外循环变频泵提供不同流量的冷却水，则能快速实现旁通阀门的冷却，有效解决了排气温度对旁通阀门的影响，保证了设备的正常运行。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种废气旁通可调增压系统，包括发动机，其特征在于，还包括第一涡轮增压器、第一排气总管、第一旁通阀门(1)、第一旁通管路(101)、第一压力传感器(3)、第二压力传感器(4)以及控制装置；
所述第一排气总管包括第一前段总管(11)以及第一后段总管(12)；
所述第一前段总管(11)设置在发动机和第一涡轮增压器之间；
所述第一后段总管(12)的一端安装在第一涡轮增压器上，所述第一后段总管(12)的另一端与大气相连；
所述第一旁通管路(101)的进气口与第一前段总管(11)连接，所述第一旁通管路(101)的出气口与第一后段总管(12)连接；
所述第一旁通阀门(1)安装在第一旁通管路(101)上；
所述第一压力传感器(3)安装在第一前段总管(11)上；
所述第二压力传感器(4)安装在第一后段总管(12)上；
所述第一旁通阀门(1)、第一压力传感器(3)、第二压力传感器(4)分别与控制装置电连接。
2.根据权利要求1所述的废气旁通可调增压系统，其特征在于，还包括第二涡轮增压器、第二排气总管、第二旁通阀门(2)、第二旁通管路(102)、第三压力传感器(5)以及第四压力传感器(6)；
所述第二排气总管包括第二前段总管(13)以及第二后段总管(14)；
所述第二前段总管(13)设置在发动机和第二涡轮增压器之间；
所述第二后段总管(14)的一端安装在第二涡轮增压器上，所述第二后段总管(14)的另一端与大气相连；
所述第二旁通管路(102)的进气口与第二前段总管(13)连接，所述第二旁通管路(102)的出气口与第二后段总管(14)连接；
所述第二旁通阀门(2)安装在第二旁通管路(102)上；
所述第三压力传感器(5)安装在第二前段总管(13)上；
所述第四压力传感器(6)安装在第二后段总管(14)上；
所述第二旁通阀门(2)、第三压力传感器(5)、第四压力传感器(6)分别与控制装置电连接。
3.根据权利要求2所述的废气旁通可调增压系统，其特征在于，还包括第三排气总管(100)；
所述第一后段总管(12)、第二后段总管(14)分别通过第三排气总管(100)与大气相连。
4.根据权利要求3所述的废气旁通可调增压系统，其特征在于，第三排气总管(100)上设置有第五压力传感器(7)；
所述第五压力传感器(7)与控制装置电连接。
5.根据权利要求4所述的废气旁通可调增压系统，其特征在于，所述发动机上设置有喷油控制阀(8)；
所述喷油控制阀(8)与控制装置电连接。
6.根据权利要求5所述的废气旁通可调增压系统，其特征在于，还包括第一温度传感器(9)以及第二温度传感器(10)；
所述第一温度传感器(9)安装在第一前段总管(11)上；
所述第二温度传感器(10)安装在第二前段总管(13)上；
所述第一温度传感器(9)、第二温度传感器(10)分别与控制装置电连接。
7.根据权利要求2所述的废气旁通可调增压系统，其特征在于，还包括压气机以及第六压力传感器(15)；
所述压气机通过进气管路(111)与发动机连接；
所述第六压力传感器(15)安装在进气管路(111)上；
所述压气机、第六压力传感器(15)分别与控制装置电连接。
8.根据权利要求6所述的废气旁通可调增压系统，其特征在于，还包括第一换热器(17)以及第二换热器(16)；
所述第一换热器(17)分别通过第一降温出水管(103)、第一降温进水管(104)与第二旁通阀门(2)连接；
所述第二换热器(16)分别通过第二降温出水管(107)、第二降温进水管(108)与第一旁通阀门(1)连接。
9.根据权利要求8所述的废气旁通可调增压系统，其特征在于，还包括第一三通电动阀(18)、第二三通电动阀(19)、第三三通电动阀(20)以及第四三通电动阀(21)；
所述第一三通电动阀(18)、第二三通电动阀(19)分别通过第一冷却回水管(105)、第一冷却上水管(106)与第一换热器(17)连接；
所述第三三通电动阀(20)、第四三通电动阀(21)分别通过第二冷却回水管(109)、第二冷却上水管(110)与第二换热器(16)连接；
所述第一三通电动阀(18)分别连接机带低温冷却水回水管路、外循环冷却水回水管路；
所述第二三通电动阀(19)分别连接机带低温冷却水上水管路、外循环冷却水上水管路；
所述第三三通电动阀(20)分别连接机带低温冷却水回水管路、外循环冷却水回水管路；
所述第四三通电动阀(21)分别连接机带低温冷却水上水管路、外循环冷却水上水管路；
所述第一三通电动阀(18)、第二三通电动阀(19)、第三三通电动阀(20)、第四三通电动阀(21)分别与控制装置电连接。
10.根据权利要求9所述的废气旁通可调增压系统，其特征在于，所述控制装置中包括第一阈值以及第二阈值；
当第一温度传感器(9)超过第一阈值时，所述控制装置控制第三三通电动阀(20)从机带低温冷却水回水管路切换到外循环冷却水回水管路，同时控制第四三通电动阀(21)从机带低温冷却水上水管路切换到外循环冷却水上水管路；
当第二温度传感器(10)超过第二阈值时，所述控制装置控制第一三通电动阀(18)从机带低温冷却水回水管路切换到外循环冷却水回水管路，同时控制第二三通电动阀(19)从机带低温冷却水上水管路切换到外循环冷却水上水管路。
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