CN112576365A - 发动机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于工业动力技术领域,具体涉及一种发动机及其控制方法。所述发动机包括发动机机体和增压器系统,所述发动机机体与所述增压器系统连接,所述增压器系统包括:增压器;增压器进气管,所述增压器进气管与所述增压器连接,所述增压器进气管用于为所述增压器输送被增压的气体;调节阀,所述调节阀设置在所述增压器进气管上,所述调节阀用于调节所述增压器进气管的流量。根据本发明的发动机,在增压器进气管上设置调节阀,通过调节阀的开度可以减少增压器进气管的进气流量,在发动机尾气输入增压器的量不变的情况下,由于进入增压器的气体量减小,从而增加了增压器的进气压力,降低了压比,从而减少增压器发生喘振现象。

Description

发动机及其控制方法
技术领域
本发明属于工业动力技术领域,具体涉及一种发动机及其控制方法。
背景技术
大功率气体机增压器在低温环境运行时同一发生喘振现象,因此,难以适应较大范围环境温度。现有技术中,通常采用进气旁通和废气方通的方法来解决大功率气体机低温环境喘振问题,具体地,进气旁通主要是将增压后气体旁通到增压前,起到泄压、降低增压后压力的目的,这种布置相对复杂,能量损失大;废气旁通主要是将涡轮前的气体旁通到涡轮后,降低涡轮的废气能量,起到降低增压能力的目的,但由于废气的温度较高,对旁通阀的寿命影响较大。
发明内容
本发明的目的是至少解决增压器低温运行发生喘振的问题。该目的是通过以下技术方案实现的:
本发明第一方面提出了一种发动机,所述发动机包括发动机机体和增压器系统,所述发动机机体与所述增压器系统连接,所述增压器系统包括:
增压器;
增压器进气管,所述增压器进气管与所述增压器连接,所述增压器进气管用于为所述增压器输送被增压的气体;
调节阀,所述调节阀设置在所述增压器进气管上,所述调节阀用于调节所述增压器进气管的流量。
根据本发明实施例的发动机,在增压器进气管上设置调节阀,通过调节调节阀的开度可以减少增压器进气管的进气流量,在发动机尾气输入增压器的量不变的情况下,由于进入增压器的气体量减小,从而增加了增压器的进气压力,降低了压比,从而减少增压器发生喘振现象。
另外,根据本发明实施例的发动机,还可以具有如下的技术特征:
在本发明的一些实施例中,所述增压器系统还包括温度检测器,所述温度检测器设置在所述增压器进气管上,所述温度检测器沿进气的流动方向位于所述调节阀的前端。
在本发明的一些实施例中,所述发动机还包括控制器,所述控制器与所述调节阀、所述温度检测器电连接。
在本发明的一些实施例中,所述增压器系统还包括空气过滤器,所述空气过滤器设置在所述增压器进气管上,所述空气过滤器沿所述进气的流动方向位于所述调节阀的前端。
在本发明的一些实施例中,所述增压器系统还包括中冷器,所述中冷器通过增压器排气管与所述增压器连接,所述中冷器用于连接所述发动机机体。
在本发明的一些实施例中,所述发动机还包括:供气管路和排气管路,所述供气管路的两端分别连通所述中冷器和所述发动机机体,所述排气管路的两端分别连通所述增压器与所述发动机机体。
本发明第二方面提供了一种发动机的控制方法,所述发动机的控制方法用于控制根据上述任一实施例所述的发动机,所述控制方法包括以下步骤:
获取增压器的进气温度;
比较增压器的进气温度和温度阈值;
根据进气温度小于温度阈值,控制调节阀的开度。
根据本发明实施例的发动机的控制方法,控制器将获取的增压器的进气温度与温度阈值做比较,当进气温度小于温度阈值时(增压器会发生喘振),控制器控制调节阀的开度,以减少增压器进气管的流量,在发动机尾气输入增压器的量不变的情况下,由于进入增压器的气体量减小,从而增加了增压器的进气压力,降低了增压后的气体压力,从而减少增压器发生喘振现象。
另外,根据本发明实施例的发动机的控制方法,还可以具有如下的技术特征:
在本发明的一些实施例中,所述根据进气温度小于温度阈值,控制调节阀的开度还包括以下步骤:
根据标定的温度与调节阀开度的map表,控制调节阀的开度。
在本发明的一些实施例中,所述温度与调节阀开度的map表的标定方法包括以下步骤:
在不同温度下,获取增压器出气压力下降;
根据增压器出气压力大于压力阈值,控制调节阀的开度;
根据增压器出气压力不大于压力阈值,控制调节阀保持在当前开度。
在本发明的一些实施例中,所述比较增压器的进气温度和温度阈值后还包括以下步骤:
根据进气温度不小于温度阈值,控制调节阀保持常开状态。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的值。而且在整个附图中,用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中:
图1为本发明第一方面实施例的发动机整体结构示意图;
图2为本发明第二方面实施例的控制方法流程示意图。
附图中各标记表示如下:
100:发动机;
10:发动机机体;
20:增压器系统、21:增压器、22:增压器进气管、23:调节阀、24:温度检测器、25:空气过滤器、26:中冷器;
30:控制器;
40:供气管路、41:节气门、42:节气门压力传感器、43:进气压力传感器;
50:排气管路。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所值。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是,文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的,而无意于进行值。除非上下文另外明确地指出,否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的,并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段,但是,这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所值。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与第二区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出,否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此,以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述,可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于第二元件或者特征的关系,这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如,如果在图中的装置翻转,那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此,示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
如图1所示,本发明第一方面提出了一种发动机100,发动机100包括发动机机体10和增压器系统20,发动机机体10与增压器系统20连接,增压器系统20包括:增压器21、增压器进气管22和调节阀23,具体地,增压器进气管22与增压器21连接,增压器进气管22用于为增压器21输送被增压的气体,调节阀23设置在增压器进气管22上,调节阀23用于调节增压器进气管22的流量。
根据本发明实施例的发动机100,在增压器进气管22上设置调节阀23,通过调节调节阀23的开度可以减少增压器进气管22的进气流量,在发动机尾气输入增压器的量不变的情况下,由于进入增压器的气体量减小,从而增加了增压器的进气压力,降低了压比,从而减少增压器发生喘振现象。
具体地,增压器的进气压力和压比存在以下关系:
πv=P1/P2 式(1)
其中,πv为压比,P1为增压器增压后压力,P2为增压器增压前压力。
根据公式可以看出,在P1不变的情况下,增大增压前压力P2会使压比πv变小,从而避免增压器发生喘振。
进一步地,增压前压力P2与调节开度造成的压力变化存在如下关系:
P2=P大气+PΔ 式(2)
其中,P大气为大气压力,PΔ为调节阀开度变化造成的压力变化。
增大调节阀的开度可以增大PΔ,而大气压力P大气保持不变,因此,增压前压力P2增大。通过式(1)和式(2)可以得出,通过增压调节阀开度可以增大PΔ,进而增大P2,P2的增大使压比πv减小,从而避免增压器发生喘振。
在本发明的一些实施例中,增压器系统20还包括温度检测器24,温度检测器24设置在增压器进气管22上,温度检测器24沿进气的流动方向位于调节阀23的前端。通过温度检测器24检测增压器进气管22中进气的温度,当温度小于阈值时,调整调节阀23的开度,以降低增压器21的增压后的气体的压力,进而避免增压器21发生喘振。
具体地,温度检测器24可以是直接读取数据的温度计,操作人员将温度计中读取的温度与温度阈值比较,以控制调节阀23的开度。温度检测器24也可以是温度传感器,温度传感器与控制器30电连接,同时控制器30与调节阀23电连接,控制器30通过温度传感器获取增压器21的进气温度,控制器30将该温度对应到控制器30内已标定的温度与调节阀的map表(如表1所示,其中,开度为0%时调节阀为全开状态,100%时调节阀为关闭状态),从而得到调节阀23的开度,若该温度未标注在温度与调节阀的map表中,则控制器30不控制调节阀23动作。
表1温度与调节阀开度的map表
Figure BDA0002785082790000061
在本发明的一些实施例中,增压器系统20还包括空气过滤器25,空气过滤器25设置在增压器进气管22上,空气过滤器25沿进气的流动方向位于调节阀23的前端,即空气过滤器25位于增压器进气管22的最前端,用于过滤进入增压器21的空气,以避免空气中的杂质、有害物质等进入发动机机体10中。
在本发明的一些实施例中,增压器系统20还包括中冷器26,中冷器26通过增压器排气管(图中未示出)与增压器21连接,中冷器26通过供气管路40连接发动机机体10。中冷器26用于降低增压后的高温气体温度,以降低发动机100的热负荷,提高进气量,进而增加发动机100的功率。
在本发明的一些实施例中,发动机100还包括:供气管路40和排气管路50,供气管路40的两端分别连通中冷器26和发动机机体10,排气管路50的两端分别连通增压器21与发动机机体10,发动机机体10的尾气通过排气管路50进入增压器21。具体地,将空气输送到增压器21中,发动机机体10的尾气驱动增压器21的涡轮转动,从而对增压器进气管22输送到增压器21的空气进行增压,增压后的空气通过供气管路40进入发动机机体10,为发动机的燃烧提供助燃气体。
进一步地,供气管路40上设有节气门41,通过节气门41调节发动机100的进气量,供气管路40上还设有节气门压力传感器42,节气门压力传感器42沿气体的流动方向位于节气门41的前端,通过节气门压力传感器42测得进气压力调节节气门41。另外,供气管路40上还设有进气压力传感器43,进气压力传感器沿气体的流动方向位于节气门41的后端,用于获取进气压力。节气门41、节气门压力传感器42和进气压力传感器43均与控制器30电连接,控制器30通过节气门进气压力调节节气门41的开度,通过进气压力控制发动机运行。
本发明第二方面提供了一种发动机的控制方法,发动机的控制方法用于控制根据上述任一实施例的发动机,控制方法包括以下步骤:
S1:获取增压器的进气温度;
S2:比较增压器的进气温度和温度阈值;
S3:根据进气温度小于温度阈值,控制调节阀的开度。
根据本发明实施例的发动机的控制方法,控制器将获取的增压器的进气温度与温度阈值做比较,当进气温度小于温度阈值时(增压器会发生喘振),控制器控制调节阀的开度,以减少增压器进气管的流量,在发动机尾气输入增压器的量不变的情况下,由于进入增压器的气体量减小,从而增加了增压器的进气压力,降低了增压后的气体压力,从而减少增压器发生喘振现象。
在本发明的一些实施例中,根据进气温度小于温度阈值,控制调节阀的开度还包括以下步骤:
根据标定的温度与调节阀开度的map表(如表1所示),控制调节阀的开度。
根据进气温度的不同,调节与之相对应的调节阀的开度,以保证增压后的气体压力减小,避免增压器发生喘振。表1只给出了一个温度与调节阀开的实例,温度与调节阀开度的map表可以根据增压器型号等参数进行标定。
在本发明的一些实施例中,温度与调节阀开度的map表的标定方法包括以下步骤:
在不同温度下,获取增压器出气压力下降;
根据增压器出气压力大于压力阈值,控制调节阀的开度;
根据增压器出气压力不大于压力阈值,控制调节阀保持在当前开度。
在增压器的出气口设置压力传感器等测压设备,通过压力传感器测量怎呀器的出气压力,当增压器的出气压力大于压力阈值时,增压器会发生喘振,因此,根据增压器的出气压力调节控制阀的开度,直至增压器初期压力小于或等于压力阈值为止。
在本发明的一些实施例中,比较增压器的进气温度和温度阈值后还包括以下步骤:
根据进气温度不小于温度阈值,控制调节阀保持常开状态。
增压器在该温度下不会发生喘振,因此,无需控制调节阀的开度即可。
以上,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种发动机,其特征在于,所述发动机包括发动机机体和增压器系统,所述发动机机体与所述增压器系统连接,所述增压器系统包括:
增压器;
增压器进气管,所述增压器进气管与所述增压器连接,所述增压器进气管用于为所述增压器输送被增压的气体;
调节阀,所述调节阀设置在所述增压器进气管上,所述调节阀用于调节所述增压器进气管的流量。
2.根据权利要求1所述的发动机,其特征在于,所述增压器系统还包括温度检测器,所述温度检测器设置在所述增压器进气管上,所述温度检测器沿进气的流动方向位于所述调节阀的前端。
3.根据权利要求1所述的发动机,其特征在于,所述发动机还包括控制器,所述控制器与所述调节阀、所述温度检测器电连接。
4.根据权利要求1所述的发动机,其特征在于,所述增压器系统还包括空气过滤器,所述空气过滤器设置在所述增压器进气管上,所述空气过滤器沿所述进气的流动方向位于所述调节阀的前端。
5.根据权利要求1所述的发动机,其特征在于,所述增压器系统还包括中冷器,所述中冷器通过增压器排气管与所述增压器连接,所述中冷器用于连接所述发动机机体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的发动机,其特征在于,所述发动机还包括:供气管路和排气管路,所述供气管路的两端分别连通所述中冷器和所述发动机机体,所述排气管路的两端分别连通所述增压器与所述发动机机体。
7.一种发动机的控制方法,所述发动机的控制方法用于控制根据权利要求1至6中任一项所述的发动机,其特征在于,所述控制方法包括以下步骤:
获取增压器的进气温度;
比较增压器的进气温度和温度阈值;
根据进气温度小于温度阈值,控制调节阀的开度。
8.根据权利要求7所述的发动机的控制方法,其特征在于,所述根据进气温度小于温度阈值,控制调节阀的开度还包括以下步骤:
根据标定的温度与调节阀开度的map表,控制调节阀的开度。
9.根据权利要求8所述的发动机的控制方法,其特征在于,所述温度与调节阀开度的map表的标定方法包括以下步骤:
在不同温度下,获取增压器出气压力下降;
根据增压器出气压力大于压力阈值,控制调节阀的开度;
根据增压器出气压力不大于压力阈值,控制调节阀保持在当前开度。
10.根据权利要求7所述的发动机的控制方法,其特征在于,所述比较增压器的进气温度和温度阈值后还包括以下步骤:
根据进气温度不小于温度阈值,控制调节阀保持常开状态。
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