相繼增壓柴油機加氣系統(tǒng)及其加氣方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供相繼增壓柴油機加氣系統(tǒng)及其加氣方法，相繼增壓柴油機加氣系統(tǒng)，包括柴油機、基本渦輪增壓器、受控渦輪增壓器、加氣裝置，基本渦輪增壓器的基本壓氣機與柴油機的A列進氣管相連通，受控渦輪增壓器的受控渦輪與柴油機的B列排氣管相連通，B列排氣管上安裝燃氣閥，加氣裝置通過加氣管A連通受控渦輪與燃氣閥之間的B列排氣管，加氣裝置通過加氣管B連通基本壓氣機，加氣管A上安裝加氣閥A，加氣管B上安裝加氣閥B。本發(fā)明相繼增壓柴油機在切入和切出過程中，加氣裝置通過加氣管分別向B列排氣管和基本壓氣機的蝸殼噴氣，增加切換過程柴油機的進氣量，改善缸內燃燒，減小速度波動，降低燃油消耗和不完全燃燒產物的排放量。
【專利說明】相繼增壓柴油機加氣系統(tǒng)及其加氣方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種柴油機系統(tǒng)及其控制方法，具體地說是船舶相繼增壓柴油機系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術】
[0002]相繼增壓柴油機的原理是在柴油機上采用兩臺或者多臺渦輪增壓器，隨著柴油機的轉速和負荷的增加，渦輪增壓器相繼按次序投入或退出運行，使工作的渦輪增壓器始終在高效率區(qū)運行，以達到降低柴油機在整個運行區(qū)間的油耗。在低工況時，基本增壓系統(tǒng)單獨工作為柴油機提供壓縮空氣，稱為ITC狀態(tài)；在高工況時，基本增壓系統(tǒng)和受控增壓系統(tǒng)同時工作，稱為2TC狀態(tài)。在低工況升至高工況過程中，在柴油機各項參數(shù)達到設定的切入點時，燃氣閥和空氣閥打開，受控增壓器切入工作，這個過程為切入過程即ITC狀態(tài)變成2TC狀態(tài)。相反，當柴油機從高工況降至低工況時，達到切出點，燃氣閥和空氣閥關閉，受控增壓器切出工作，這個過程叫做切出過程即2TC狀態(tài)變?yōu)镮TC狀態(tài)。
[0003]相繼增壓技術是改善增壓柴油機低工況性能的有效辦法，可以提高經濟性和有效的擴大運行范圍。相繼增壓柴油機的主要問題是在切換過程中，需要一段響應時間使渦輪增壓器轉速達到穩(wěn)定值，重新建立增壓壓力。在這段時間內由于進氣量不能滿足柴油機燃燒所需要，因此導致切換過程中空燃比瞬時減小，燃燒惡化，柴油機轉速降低，調速器通過控制進一步加大噴油量，排氣煙度進一步增加，柴油機出現(xiàn)冒黑煙的現(xiàn)象。因此在切換過程中，柴油機的動力會產生波動，不完全燃燒產物如一氧化碳和顆粒物排放量會急劇升高。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供用于改善柴油機切換過程中性能的相繼增壓柴油機加氣系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明相繼增壓柴油機加氣系統(tǒng)，包括柴油機、基本渦輪增壓器、受控渦輪增壓器，基本渦輪增壓器的基本壓氣機與柴油機的A列進氣管相連通，受控渦輪增壓器的受控渦輪與柴油機的B列排氣管相連通，其特征是:還包括加氣裝置，B列排氣管上安裝燃氣閥，加氣裝置通過加氣管A連通受控渦輪與燃氣閥之間的B列排氣管，加氣裝置通過加氣管B連通基本壓氣機，加氣管A上安裝加氣閥A，加氣管B上安裝加氣閥B。
[0007]本發(fā)明相繼增壓柴油機加氣系統(tǒng)還可以包括:
[0008]1、所述的加氣裝置包括電動機、壓氣機、第一氣瓶、第二氣瓶，電動機、壓氣機、第一氣瓶和第二氣瓶通過加氣總管依次相連，加氣總管經第二氣瓶后分別連通加氣管A和加氣管B，第一氣瓶與第二氣瓶之間的加氣總管上安裝節(jié)流閥，第二氣瓶與加氣管A和加氣管B之間的加氣總管上安裝加氣總閥；開啟或關閉電動機并通過壓氣機可使第一氣瓶的壓力在所需值，通過控制節(jié)流閥從而控制第二氣瓶的壓力。
[0009]2、第二氣瓶上安裝氣瓶放氣閥，通過同時控制節(jié)流閥和氣瓶放氣閥可控制第二氣瓶的壓力。
[0010]本發(fā)明相繼增壓柴油機加氣方法，其特征是:采用如下相繼增壓柴油機加氣系統(tǒng):包括柴油機、基本渦輪增壓器、受控渦輪增壓器、加氣裝置，基本渦輪增壓器的基本壓氣機與柴油機的A列進氣管相連通，受控渦輪增壓器的受控渦輪與柴油機的B列排氣管相連通，B列排氣管上安裝燃氣閥，加氣裝置通過加氣管A連通受控渦輪與燃氣閥之間的B列排氣管，加氣裝置通過加氣管B連通基本壓氣機，加氣管A上安裝加氣閥A，加氣管B上安裝加氣閥B ;所述的加氣裝置包括電動機、壓氣機、第一氣瓶、第二氣瓶，電動機、壓氣機、第一氣瓶和第二氣瓶通過加氣總管依次相連，加氣總管經第二氣瓶后分別連通加氣管A和加氣管B，第一氣瓶與第二氣瓶之間的加氣總管上安裝節(jié)流閥，第二氣瓶與加氣管A和加氣管B之間的加氣總管上安裝加氣總閥；第二氣瓶上安裝氣瓶放氣閥；開啟或關閉電動機并通過壓氣機可使第一氣瓶的壓力在所需值，通過控制節(jié)流閥和氣瓶放氣閥從而控制第二氣瓶的壓力；
[0011]柴油機從ITC切換到2TC的過程:首先，基本渦輪增壓器單獨工作，當柴油機工況上升達到ITC到2TC的切換點時，控制燃氣閥、空氣閥和加氣閥A開啟，柴油機進入2TC狀態(tài)，即基本渦輪增壓器和受控渦輪增壓器同時工作，加氣裝置開始通過加氣管A向B列排氣管加氣；當受控渦輪增壓器的轉速達到預設的目標值時，控制加氣閥A關閉，加氣過程結束，加氣裝置第二氣瓶的壓力達到2TC狀態(tài)的壓力；
[0012]柴油機2TC切換到ITC的過程:當柴油機工況下降達到2TC到ITC的切換點時，控制燃氣閥關閉、空氣閥關閉以及加氣閥B開啟，柴油機進入ITC狀態(tài)，即基本渦輪增壓器單獨工作，加氣裝置開始通過加氣管B向基本壓氣機加氣；當々列進氣管進氣壓力達到預定的目標值時，控制加氣閥B關閉，加氣過程結束；加氣裝置的第二氣瓶2的壓力達到ITC狀態(tài)的壓力。
[0013]本發(fā)明相繼增壓柴油機加氣方法還可以包括:
[0014]柴油機處于ITC時，并當柴油機轉速大于或等于lOOr/min，控制加氣總閥和加氣閥B打開，當柴油機轉速低于100r/min,控制加氣總閥關閉。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:本發(fā)明相繼增壓柴油機在切入和切出過程中，加氣裝置通過加氣管分別向B列排氣管和基本壓氣機的蝸殼噴氣，增加切換過程柴油機的進氣量，改善缸內燃燒，減小速度波動，降低燃油消耗和不完全燃燒產物的排放量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明加氣裝置結構示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明控制單元的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述:
[0020]結合圖1?3，本發(fā)明包括柴油機11，A列進氣管12，基本渦輪增壓器14，基本壓氣機15，受控渦輪增壓器17，受控渦輪18，空氣閥19，燃氣閥20，B列排氣管21，加氣管A22，加氣管B23，加氣閥A24，加氣閥B25，加氣裝置28，控制單元29。加氣裝置28包括電動機211，壓氣機212，第一氣瓶213，節(jié)流閥214，第二氣瓶215，加氣閥216，加氣管217，放氣閥218，壓力控制單元219、線220，線221，線222，線223?？刂茊卧?9包括相繼增壓控制模塊311，加氣模塊 312，線 301，線 302，線 303，線 304，線 305，線 306。
[0021]如圖1所示，加氣裝置28分別通過加氣管A22和加氣管B23與B列排氣管和基本壓氣機蝸殼相連，加氣閥A24和加氣閥B25分別在加氣管A22和加氣管B23上控制著連通與斷開；控制單元29通過線301、線303、線304和線305控制著燃氣閥20、空氣閥19、加氣閥A24和加氣閥B25的開關，通過線302向加氣裝置28輸出相繼增壓系統(tǒng)運行狀態(tài)信號。
[0022]本發(fā)明的工作過程如下:柴油機11工作時，加氣裝置28中壓力控制單元(219)檢測到主機轉速大于100r/min，通過線220控制加氣閥216打開，加氣裝置切入工作?？刂茊卧?9中相繼增壓控制模塊311根據(jù)柴油運行參數(shù)確定相繼增壓系統(tǒng)運行狀態(tài)，并通過線306把狀態(tài)信號傳遞給加氣模塊312，加氣模塊312通過線301和線303控制燃氣閥20和空氣閥19開啟和關閉達到相繼增壓系統(tǒng)的目標運行狀態(tài)；通過302把狀態(tài)信號傳遞給加氣裝置28。加氣裝置28中壓力控制單元219，通過啟動和關閉電動機211，保持第一氣瓶213內壓力在一恒定值，根據(jù)從控制單元29得到的狀態(tài)信號，確定第二氣瓶215中壓力，并通過線221、線222控制節(jié)流閥214的開度和放氣閥218開關使第二氣瓶215中的壓力達到目標壓力。當檢測到柴油機11轉速低于100r/min，壓力控制單元219通過線220控制加氣閥216關閉，加氣裝置退出工作。
[0023]在柴油機11從低工況升到高工況的過程:低工況，此時相繼增壓系統(tǒng)處于ITC狀態(tài)，即基本渦輪增壓器14單獨工作；隨著柴油機的功率增加，各參數(shù)增加，當柴油機達到切換點時，即相繼增壓系統(tǒng)切入過程，控制單元28通過線301、線303和線304控制燃氣閥20、空氣閥19和加氣閥A24開啟，相繼增壓系統(tǒng)在2TC狀態(tài)工作，即基本增壓系統(tǒng)和受控增壓系統(tǒng)同時工作，加氣裝置28開始通過加氣管A22向B列排氣21管加氣；當控制單元29加氣模塊312檢測到受控渦輪增壓器17的轉速達到目標值，控制加氣閥A24關閉，加氣過程結束；控制單元29向加氣裝置輸出2TC狀態(tài)信號，加氣裝置28第二氣瓶的壓力達到2TC的壓力。
[0024]柴油機11從高工況到低工況的過程:在高工況，此時相繼增壓系統(tǒng)處于2TC狀態(tài)；隨著柴油機的功率降低，各參數(shù)降低，當柴油機達到切換點時，即相繼增壓系統(tǒng)切出過程，控制單元28通過線301、線303和線305控制燃氣閥20關閉、空氣閥19關閉以及加氣閥B25開啟，相繼增壓系統(tǒng)在ITC狀態(tài)工作，加氣裝置28開始通過加氣管B22向基本壓氣機15蝸殼噴氣；當控制單元29噴氣模塊312檢測到A列進氣管12進氣壓力達到目標值，控制加氣閥B25關閉，加氣過程結束；控制單元29向加氣裝置輸出ITC狀態(tài)信號，加氣裝置28第二氣瓶的壓力達到ITC的壓力。
[0025]本發(fā)明一種相繼增壓柴油機的加氣系統(tǒng)包括，加氣管A22左端連接在受控渦輪18與燃氣閥20間的柴油機B列排氣管21上，右端連接加氣裝置28 ;加氣管B23左端連接在基本壓氣機15的蝸殼上，右端與加氣裝置28相連。加氣管A22和加氣管B23上分別裝有加氣閥A24和加氣閥B25，開啟和關閉受控制單元29控制。
[0026]控制單元29可以根據(jù)發(fā)動機運行參數(shù)確定相繼增壓柴油機此時切換狀態(tài)和是否發(fā)生切換過程。控制單元通過控制空氣閥19、燃氣閥20、加氣閥A24和加氣閥B25控制切換過程和加氣過程，并向加氣裝置輸出相繼增壓系統(tǒng)狀態(tài)信號。[0027]如果發(fā)生加氣過程，控制單元29根據(jù)收到的受控渦輪18轉速或者A列進氣管12的進氣壓力確定加氣結束的時間。
[0028]加氣裝置28根據(jù)控制單元29傳遞的相繼增壓系統(tǒng)狀態(tài)信號輸出不同壓力的氣體。
[0029]本發(fā)明的技術方案:包括加氣裝置，兩根帶有閥門的加氣管以及把相繼增壓控制模塊和加氣模塊集成在一起的控制單元。
[0030]增壓系統(tǒng)包括渦輪增壓器、受控渦輪增壓器以及空氣閥和燃氣閥，加氣裝置左端分別連接著加氣管A和加氣管B，在加氣管A、B上分別有加氣閥A、B，可以開啟和關閉。所述的加氣管A左端連接著B列排氣管在燃氣閥與受控渦輪之間的部分，加氣管B左端連接在基本壓氣機蝸殼上。所述的控制單元控制著燃氣閥、空氣閥、加氣閥A和加氣閥B的開啟和關閉。所述加氣裝置依次連接，包括電動機，壓氣機，第一氣瓶，節(jié)流閥，第二氣瓶，放氣閥，加氣總管和加氣閥；壓力控制模塊控制加氣閥、節(jié)流閥、放氣閥和電動機。
[0031]作為本發(fā)明的進一步改進，是在所述相繼增壓系統(tǒng)上增加了加氣裝置。
[0032]作為本發(fā)明的進一步改進，是把加氣裝置通過加氣管A和加氣管B與相繼增壓柴油機連接起來，并通過加氣閥A和加氣閥B控制連通與斷開。
[0033]作為本發(fā)明的進一步改進，在原有相繼增壓控制模塊中添加加氣模塊集成為控制模塊。通過控制燃氣閥和空氣閥的開啟和關閉確定相繼增壓系統(tǒng)的狀態(tài)；通過控制加氣閥A和加氣閥B的開啟和關閉控制加氣過程；根據(jù)切換過程受控渦輪轉速和A列進氣管的壓力確定噴氣時間；把相機增壓系統(tǒng)的運行狀態(tài)信號傳遞給加氣裝置。
[0034]作為本發(fā)明的進一步改進，壓力模塊通過控制電動的機啟動和停機控制第一氣瓶的壓力；通過控制單元的傳遞的信號，確定第二氣瓶內的壓力；通過控制節(jié)流閥的旋轉角度和放氣閥調節(jié)第二氣瓶的壓力；通過控制加氣閥的開、關控制是否接入加氣系統(tǒng)。
【權利要求】
1.相繼增壓柴油機加氣系統(tǒng)，包括柴油機、基本渦輪增壓器、受控渦輪增壓器，基本渦輪增壓器的基本壓氣機與柴油機的A列進氣管相連通，受控渦輪增壓器的受控渦輪與柴油機的B列排氣管相連通，其特征是:還包括加氣裝置，B列排氣管上安裝燃氣閥，加氣裝置通過加氣管A連通受控渦輪與燃氣閥之間的B列排氣管，加氣裝置通過加氣管B連通基本壓氣機，加氣管A上安裝加氣閥A，加氣管B上安裝加氣閥B。
2.根據(jù)權利要求1所述的相繼增壓柴油機加氣系統(tǒng)，其特征是:所述的加氣裝置包括電動機、壓氣機、第一氣瓶、第二氣瓶，電動機、壓氣機、第一氣瓶和第二氣瓶通過加氣總管依次相連，加氣總管經第二氣瓶后分別連通加氣管A和加氣管B,第一氣瓶與第二氣瓶之間的加氣總管上安裝節(jié)流閥，第二氣瓶與加氣管A和加氣管B之間的加氣總管上安裝加氣總閥；開啟或關閉電動機并通過壓氣機可使第一氣瓶的壓力在所需值，通過控制節(jié)流閥從而控制第二氣瓶的壓力。
3.根據(jù)權利要求2所述的相繼增壓柴油機加氣系統(tǒng)，其特征是:第二氣瓶上安裝氣瓶放氣閥，通過同時控制節(jié)流閥和氣瓶放氣閥可控制第二氣瓶的壓力。
4.相繼增壓柴油機加氣方法，其特征是:采用如下相繼增壓柴油機加氣系統(tǒng):包括柴油機、基本渦輪增壓器、受控渦輪增壓器、加氣裝置，基本渦輪增壓器的基本壓氣機與柴油機的A列進氣管相連通，受控渦輪增壓器的受控渦輪與柴油機的B列排氣管相連通，B列排氣管上安裝燃氣閥，加氣裝置通過加氣管A連通受控渦輪與燃氣閥之間的B列排氣管，加氣裝置通過加氣管B連通基本壓氣機，加氣管A上安裝加氣閥A，加氣管B上安裝加氣閥B ;所述的加氣裝置包括電動機、壓氣機、第一氣瓶、第二氣瓶，電動機、壓氣機、第一氣瓶和第二氣瓶通過加氣總管依次相連，加氣總管經第二氣瓶后分別連通加氣管A和加氣管B,第一氣瓶與第二氣瓶之間的加氣總管上安裝節(jié)流閥，第二氣瓶與加氣管A和加氣管B之間的加氣總管上安裝加氣總閥；第二氣瓶上安裝氣瓶放氣閥；開啟或關閉電動機并通過壓氣機可使第一氣瓶的壓力在所需值，通過控制節(jié)流閥和氣瓶放氣閥從而控制第二氣瓶的壓力； 柴油機從ITC切換到2TC的過程:首先，基本渦輪增壓器單獨工作，當柴油機工況上升達到ITC到2TC的切換點時，控制燃氣閥、空氣閥和加氣閥A開啟，柴油機進入2TC狀態(tài)，即基本渦輪增壓器和受控渦輪增壓器同時工作，加氣裝置開始通過加氣管A向B列排氣管加氣；當受控渦輪增壓器的轉速達到預設的目標值時，控制加氣閥A關閉，加氣過程結束，力口氣裝置第二氣瓶的壓力達到2TC狀態(tài)的壓力； 柴油機2TC切換到ITC的過程:當柴油機工況下降達到2TC到ITC的切換點時，控制燃氣閥關閉、空氣閥關閉以及加氣閥B開啟，柴油機進入ITC狀態(tài)，即基本渦輪增壓器單獨工作，加氣裝置開始通過加氣管B向基本壓氣機加氣；當A列進氣管進氣壓力達到預定的目標值時，控制加氣閥B關閉，加氣過程結束；加氣裝置的第二氣瓶2的壓力達到ITC狀態(tài)的壓力。
5.根據(jù)權利要求4所述的相繼增壓柴油機加氣方法，其特征是:柴油機處于ITC時，并當柴油機轉速大于或等于lOOr/min，控制加氣總閥和加氣閥B打開，當柴油機轉速低于100r/min,控制加氣總閥關閉。
【文檔編號】F02B37/007GK103790694SQ201410055282
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權日:2014年2月19日
【發(fā)明者】王銀燕, 孫永瑞, 王賀春, 楊傳雷, 潘克銀, 李旭 申請人:哈爾濱工程大學