一種增壓內(nèi)燃機(jī)的壓縮空氣輔助裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓技術(shù)，尤其涉及一種增壓內(nèi)燃機(jī)的壓縮空氣輔助裝 置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 采用渦輪增壓技術(shù)可以提高內(nèi)燃機(jī)的升功率、降低燃油消耗率，因此大多數(shù)內(nèi)燃 機(jī)都已經(jīng)采用的增壓技術(shù)。但是采用渦輪增壓技術(shù)，內(nèi)燃機(jī)在加速或加載過程中，由于增壓 器的轉(zhuǎn)動慣性，增壓器轉(zhuǎn)速升高較慢，壓氣機(jī)出口空氣壓力低，使得內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣量不能滿 足燃燒，因此在加速過程中燃油消耗率升高，排氣中有害物質(zhì)量增加，使得內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性 和排放性都急劇惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題而提供一種增壓內(nèi)燃機(jī)的壓縮空氣 輔助裝置及控制方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種增壓內(nèi)燃機(jī)的壓縮空氣輔助裝置，包括內(nèi)燃機(jī) 和渦輪增壓器，渦輪增壓器的渦輪安裝在內(nèi)燃機(jī)的排氣管上，渦輪增壓器的壓氣機(jī)安裝在 內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管上，其特征在于：還包括依次用管道連接的空氣壓縮機(jī)、氣源氣瓶、調(diào)壓閥、 穩(wěn)壓氣瓶和電磁閥，所述壓氣機(jī)的進(jìn)氣道上設(shè)置有噴管a，壓氣機(jī)的機(jī)匣上設(shè)置有噴管b， 噴管a和噴管b的數(shù)量都是兩個以上，噴管a上設(shè)置有能使噴管a移動的促動器II和能使 噴管a改變角度的促動器I，所述促動器II和促動器I固定安裝在壓氣機(jī)的進(jìn)氣道上，且促 動器II和促動器I的輸出端分別和噴管a固定連接，電磁閥的兩個輸出端分別通過管路和 噴管a和噴管b的入口端連接，所述穩(wěn)壓氣瓶上還設(shè)置有放氣閥。
[0005] -種增壓內(nèi)燃機(jī)的壓縮空氣輔助裝置的控制方法，包括如下步驟：
[0006] (1)監(jiān)測增壓內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速信號，當(dāng)監(jiān)測到增壓內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速大于100r/min，空 氣壓縮機(jī)接通電源，預(yù)先給出氣源氣瓶內(nèi)氣體壓力的設(shè)定值，判斷氣源氣瓶內(nèi)氣體壓力值 是否達(dá)到該設(shè)定值，且該設(shè)定值高于穩(wěn)壓氣瓶的最大噴氣壓力：如果氣源氣瓶的壓力值低 于所述設(shè)定值，則空氣壓縮機(jī)開始工作直至氣源氣瓶的壓力值達(dá)到設(shè)定值；如果氣源氣瓶 的壓力值達(dá)到設(shè)定值，空氣壓縮機(jī)不工作；
[0007] (2)實時監(jiān)測增壓內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣管的壓力、渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速和循環(huán)噴油 量，根據(jù)增壓內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速和循環(huán)噴油量確定增壓內(nèi)燃機(jī)是否進(jìn)行加速或加載過程：當(dāng)根 據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和循環(huán)噴油量信號判斷內(nèi)燃機(jī)處于加速或加載過程中時：(a)調(diào)節(jié)調(diào)壓閥和 放氣閥的開度并打開電磁閥直至穩(wěn)壓氣瓶內(nèi)的壓力達(dá)到噴氣壓力，（b)根據(jù)得到的噴管a 的噴氣角度和噴氣位置信號輸出促動器I和促動器II的控制信號，通過促動器I控制噴氣 角度，促動器II控制噴管a在進(jìn)氣道中的位置，促動器II使噴管a從初始位置移入進(jìn)氣道； 根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣管的壓力和循環(huán)噴油量確定穩(wěn)壓氣瓶的噴氣壓力，根據(jù)增壓器轉(zhuǎn)速 和進(jìn)氣管的壓力確定噴管a的噴氣角度和噴氣位置；
[0008] (3)在噴氣過程中對內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣管壓力和循環(huán)噴油量進(jìn)行實時監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測 到加速或加載過程結(jié)束，使電磁閥、調(diào)壓閥、放氣閥、促動器I和促動器II輸出為低壓值信 號或信號值為零，此時電磁閥、放氣閥關(guān)閉，調(diào)壓閥保持開度不變，促動器I保持噴管a的 噴氣角度不變，促動器II控制噴氣管a回到初始位置；
[0009] (4)當(dāng)監(jiān)測到內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速低于lOOr/min時，空氣壓縮機(jī)斷開電源，完成增壓內(nèi)燃 機(jī)的壓縮空氣輔助裝置的一次控制。
[0010] 本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：
[0011] 1.所述噴管a是沿著進(jìn)氣道的周向均勻設(shè)置，所述噴管b是沿著機(jī)匣的周向均勻 設(shè)置。
[0012] 2.所述促動器I是液壓促動器或氣壓促動器或凸輪一彈簧促動器或壓電促動器， 促動器II是液壓促動器或氣壓促動器或凸輪一彈簧促動器或壓電促動器。
[0013] 3.所述噴管a噴氣角度α的確定是：
[0014] 第一步：對壓氣機(jī)進(jìn)行流體計算得出不同轉(zhuǎn)速下最高效率點對應(yīng)的葉輪葉片入口 氣流角 a nax，記 a nax= f(n);
[0015] 第二步：確定實際壓氣機(jī)流量Jh與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速n和進(jìn)氣管總壓力值？。3的關(guān)系是： rh_==;/(.*VWm)，其中pQ1大氣壓力；__是根據(jù)壓氣機(jī)的map圖得到壓氣機(jī)喘振邊界流量；
[0016] 第三步，確定壓氣機(jī)的最小喘振裕度Δ_，其中喘振裕度定義為 = (m - ) Jmlm ；
[0017] 第四步，在噴氣過程中當(dāng)壓氣機(jī)的喘振裕度△多AnilJt，噴氣角度α確定為 當(dāng)A〈Δ _，逐漸增大噴氣角度α直到壓氣機(jī)的喘震裕度Δ = Δ_，此時的噴氣角度 記作α_，則噴氣角度α確定為（1_和α _中的最大值，記為a =max(a _，α_)。
[0018] 4.所述噴管a噴氣位置的確定是：噴管a沿壓氣機(jī)的進(jìn)氣道徑向方向位置的確定 是隨著壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而遠(yuǎn)離進(jìn)氣道的中心線，噴管a沿壓氣機(jī)的進(jìn)氣道軸向位置的確 定是使噴管a靠近壓氣機(jī)的葉輪葉片的末端但不與壓氣機(jī)的葉輪葉片的末端接觸。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出了壓縮空氣輔助裝置，在內(nèi)燃 機(jī)加速或加載的過程中，通過噴管a6、噴管b7進(jìn)行噴氣，增加內(nèi)燃機(jī)加速、加載過程中的進(jìn) 氣量；并且提出了調(diào)壓裝置的控制方法，可以根據(jù)監(jiān)控參數(shù)調(diào)節(jié)噴氣壓力和噴氣管b的噴 射角度，使噴入氣體的能量可以更加高效的利用。本發(fā)明可以降低內(nèi)燃機(jī)加速、加載過程中 的燃油消耗率和有害氣體排放。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明壓氣機(jī)處的側(cè)視圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明的壓氣機(jī)處的噴管a移動后的側(cè)視圖；
[0023] 圖4是本發(fā)明的壓氣機(jī)處的俯視圖；
[0024] 圖5是本發(fā)明的控制方法的原理圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0026] 結(jié)合圖1至圖4對本發(fā)明的一種增壓內(nèi)燃機(jī)的壓縮空氣輔助裝置進(jìn)行詳細(xì)的描 述：
[0027] 本發(fā)明的壓縮空氣輔助裝置的總體結(jié)構(gòu)如附圖1所示，具體在壓氣機(jī)的安裝方式 如圖2、3所示。該裝置可以用于任意的增壓內(nèi)燃機(jī)包括增壓柴油機(jī)和增壓汽油機(jī)，同時該 裝置亦可以應(yīng)用于車用內(nèi)燃機(jī)以及船用內(nèi)燃機(jī)。所述的壓縮空氣輔助裝置包括：氣源裝置， 調(diào)壓裝置和噴氣裝置。
[0028] 本發(fā)明應(yīng)用于增壓內(nèi)燃機(jī)，所述的增壓內(nèi)燃機(jī)1為任意內(nèi)燃機(jī)包括至少一套渦輪 增壓器，并且增壓內(nèi)燃機(jī)至少包括一個進(jìn)氣管3,進(jìn)氣管上裝有渦輪增壓器的壓氣機(jī)5 ;增 壓內(nèi)燃機(jī)1至少包括一個排氣管2,排氣管上裝有渦輪增壓器的渦輪4。
[0029] 如圖1所示：內(nèi)燃機(jī)1上有排氣管2和進(jìn)氣管4,排氣管2上裝有渦輪4,進(jìn)氣管3 上裝有壓氣機(jī)5 ;壓氣機(jī)5裝有噴管a6、噴管b7。壓縮空氣輔助裝置的連接方式：空氣壓縮 機(jī)12通過管道連接在氣源氣瓶11的左端，氣源氣瓶11的右端通過管道連接在調(diào)壓閥10 的左端，調(diào)壓閥10的右端通過管道與穩(wěn)壓氣瓶9的左端相連，穩(wěn)壓氣瓶9上裝有放氣閥23， 穩(wěn)壓氣瓶9的右端與電磁閥8左端相連，電磁閥右端通過管道分別連接到噴氣管a6、噴氣 管b7上，促動器II 24裝在噴管a6上，控制其位置。壓縮空氣輔助裝置中的各部件通過氣 管連接。
[0030] 圖2~4為噴管在壓氣機(jī)上的具體安裝方式。本發(fā)明中的壓氣機(jī)為一帶擴(kuò)壓器葉 片的壓氣機(jī)，其組成包括：進(jìn)氣道27,葉輪13、機(jī)匣28、擴(kuò)壓器葉片26、蝸殼25。噴管a6安 裝在壓氣機(jī)5進(jìn)氣道中，噴管b7安裝在壓氣機(jī)5機(jī)匣28處。在噴管6上裝有促動器I 22、 促動器II 24,促動器I 22可以調(diào)節(jié)噴管角度，促動器II 24可以調(diào)節(jié)噴管a6位置。在噴氣 開始時噴管a6在促動器II 24的控制下從附圖3中的虛線位置21移動到圖2中的噴管a6 位置處。在噴氣結(jié)束后，通過促動器II 24調(diào)節(jié)，使噴管a6移動到噴管a6虛線位置21處， 虛線位置21記為初始位置。
[0031] 參考附圖1，氣源裝置包括空氣壓縮機(jī)12和氣源氣瓶11，通過控制空氣壓縮機(jī)12 使氣源氣瓶11中的壓力保持在設(shè)定值，其中的設(shè)定值應(yīng)該不低于最高的噴氣壓力。調(diào)壓裝 置包括調(diào)壓閥10,穩(wěn)壓氣瓶9、放氣閥23和電磁閥8,調(diào)壓閥10與放氣閥23聯(lián)合工作使穩(wěn) 壓氣瓶23中的氣體達(dá)到目標(biāo)壓力，電磁閥8控制噴氣過程的開始與停止。技術(shù)人員可以根 據(jù)實際情況設(shè)定目標(biāo)噴氣壓力。
[0032] 參考附圖2、3、4,所述的噴氣裝置包括：噴管a6、噴管b7、促動器I和促動器II。
[0033] 參考附圖2、3、4所示，噴管a6安裝在壓氣機(jī)5進(jìn)氣道27中，噴管b安裝壓氣機(jī)5 機(jī)匣28處。本圖提供一種較為優(yōu)化的方案，技術(shù)人員可以根據(jù)實際情況合理調(diào)節(jié)噴管的安 裝位置和噴管個數(shù)。
[0034] 參考附圖2、3中的噴管a6上裝有促動器I可以按照技術(shù)人員的意愿調(diào)節(jié)噴管角 度。
[0035] 參考附圖2、3中噴管a6在壓氣機(jī)5進(jìn)氣道中位置通過促動器II 24調(diào)節(jié)。在噴氣 時，通過促動器II 24調(diào)節(jié)噴管a6到適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行噴氣；噴氣結(jié)束后，通過促動器II 24使 噴管a6移出壓氣機(jī)5進(jìn)氣道27達(dá)到噴管a6虛線位置21。技術(shù)人員可以根據(jù)實際情況確 定噴管a6在壓氣機(jī)5進(jìn)氣道21合適的位置。
[0036] 參考附圖2中所示促動器II 24可以沿徑向和周向調(diào)節(jié)噴管a6的位置。
[0037] 參考附圖2中的促動器I 22、促動器II 24可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何合適的促 動器。例如，促動器I 22、促動器II 24可從包括液壓促動器、氣壓促動器、凸輪一彈簧促動 器、壓電促動器和它們的組合的組中選擇。
[0038] 所述的氣源裝置包括空氣壓縮機(jī)12和氣源氣瓶11。過控制空氣壓縮機(jī)12使氣源 氣瓶12中的壓力保持在設(shè)定值，其中的設(shè)定值應(yīng)該不低于最高的噴氣壓力。
[0039] 所述的調(diào)壓裝置為：調(diào)壓閥10,穩(wěn)壓氣瓶9,放氣閥23,電磁閥8。調(diào)壓閥10左端 連接到氣源氣瓶11出口處，根據(jù)需求調(diào)節(jié)噴氣壓力。穩(wěn)壓氣瓶9可以在噴氣過程中使噴氣 壓力保持穩(wěn)定。通過調(diào)壓閥10和放氣閥23 -起工作調(diào)節(jié)穩(wěn)壓氣瓶9中的壓力。通過電磁 閥8的開啟和關(guān)閉控制噴氣的開始與結(jié)束。
[0040] 噴氣裝置包括：噴管a6、噴管b7、促動器I 22和促動器II 24。所述的噴管a6布 置在壓氣機(jī)入口進(jìn)氣道27處，所述的噴管b7布置在壓氣機(jī)5機(jī)匣處28。
[0041] 噴管a的噴口可以根據(jù)壓氣機(jī)的工況通過促動器I 22控制，轉(zhuǎn)動噴孔，調(diào)節(jié)噴氣 角度。噴管a6在壓氣機(jī)5進(jìn)氣道27中可以通過促動器II 24控制其移動。在噴氣停止時， 在促動器I