單缸柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣增壓裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種柴油機(jī)廢氣增壓裝置。本發(fā)明也涉及一種柴油機(jī)廢氣增壓控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]廢氣再循環(huán)系統(tǒng)簡稱EGR，通過使部分排氣進(jìn)入氣缸，同新鮮空氣混合后進(jìn)入氣缸降低燃燒火焰溫度和氧的含量來實(shí)現(xiàn)降低NOx的方法，隨著全球船舶柴油機(jī)NOX相關(guān)法律法規(guī)越來越嚴(yán)格，EGR已經(jīng)成為了降低柴油機(jī)NOx排放最有效的措施之一。
[0003]單缸機(jī)研究在柴油機(jī)研究開發(fā)中占據(jù)著重要地位，特別是單缸機(jī)的增壓性能研究稱為了目前研究的熱點(diǎn)，其中包括單缸機(jī)EGR技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。對于自然吸氣的單缸機(jī)，由于排氣壓力一般都比進(jìn)氣壓力要高，因此廢氣很容易實(shí)現(xiàn)回流。對于“增壓型”單缸機(jī)，由于進(jìn)排氣不穩(wěn)定，特別是排氣不連續(xù)，排氣量不足，容易造成渦輪增壓器喘振，且難以與柴油匹配，因此不宜采用渦輪增壓器來實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓。由于高壓外氣源壓力范圍可無級調(diào)節(jié)，作用相當(dāng)于渦輪增壓器的進(jìn)氣增壓，因此可以用來替代渦輪增壓器，且易于實(shí)現(xiàn)，方便調(diào)節(jié)。但是由于高壓氣源壓力調(diào)節(jié)范圍較大，如何實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)氣壓力下的EGR廢氣回流成為了新的技術(shù)難點(diǎn)，同時如何滿足不同工況的EGR調(diào)節(jié)要求也值得進(jìn)一步研究。目前現(xiàn)有的單缸柴油機(jī)EGR技術(shù)方案主要通過氣栗或者風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)EGR廢氣的升壓，如“一種實(shí)現(xiàn)柴油單缸機(jī)EGR的裝置及EGR實(shí)現(xiàn)方法”(申請?zhí)?201410804230.3)的專利文件中描述的技術(shù)方案等。尚沒有結(jié)合高壓外氣源和渦輪增壓器來完成單缸機(jī)EGR技術(shù)實(shí)現(xiàn)的有關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可以有效解決不同進(jìn)氣壓力、不同工況的EGR廢氣回流以及EGR調(diào)節(jié)要求的單缸柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣增壓裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種基于本發(fā)明的單缸柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣增壓裝置的控制方法。
[0005]本發(fā)明的單缸柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣增壓裝置包括進(jìn)氣三通閥、排氣三通閥、基本增壓器、受控增壓器、EGR廢氣緩沖罐、EGR調(diào)節(jié)閥、EGR冷卻器、單向閥，進(jìn)氣三通閥入口與外接氣源相連，進(jìn)氣三通閥第一端出口與柴油機(jī)氣缸相連、第二端出口分別與基本渦輪和受控渦輪相連，基本渦輪和受控渦輪出口通過管道與排氣三通閥第一端出口管道相連，排氣三通閥入口與柴油機(jī)排氣相連，排氣三通閥第一端出口直接與大氣相連、第二端出口分別與基本壓氣機(jī)和受控壓氣機(jī)相連入口相連，基本壓氣機(jī)和受控壓氣機(jī)出口均與EGR廢氣緩沖罐相連，EGR廢氣緩沖罐出口與EGR調(diào)節(jié)閥入口相連，EGR調(diào)節(jié)閥出口與EGR冷卻器入口相連，EGR冷卻器出口與單向閥入口相連，單向閥出口與柴油機(jī)進(jìn)氣管相連;進(jìn)氣三通閥入口處設(shè)置有第一壓力傳感器，第一端出口處設(shè)置有第一流量計(jì);EGR廢氣緩沖罐出口處設(shè)置有第二壓力傳感器、第二流量計(jì)和旁通閥。
[0006]本發(fā)明的單缸柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣增壓裝置還可以包括:
[0007]基本渦輪和基本壓氣機(jī)構(gòu)成基本增壓器，受控渦輪和受控壓氣機(jī)構(gòu)成受控增壓器;受控渦輪入口前設(shè)置有空氣閥，受控壓氣機(jī)出口前設(shè)置有廢氣閥。
[0008]基于本發(fā)明的單缸柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣增壓裝置的控制方法包括:
[0009]首先獲得第一壓力傳感器P1、第二壓力傳感器P2、第一流量計(jì)Ql、第二流量計(jì)Q2的實(shí)時信號；
[0010]進(jìn)、排氣三通閥的進(jìn)、出口默認(rèn)狀態(tài)均設(shè)置為關(guān)閉，空氣閥、廢氣閥、EGR調(diào)節(jié)閥、旁通閥的默認(rèn)狀態(tài)均設(shè)置為關(guān)閉；
[0011](I)當(dāng)柴油機(jī)處于怠速或暖機(jī)
[0012]分別打開進(jìn)、排氣三通閥的第一端出口，其余均保持現(xiàn)狀；
[0013](2)當(dāng)柴油機(jī)處于中低工況
[0014]同時打開進(jìn)、排氣三通閥的所有出口，且打開空氣閥和廢氣閥，其余閥門均保持現(xiàn)狀，壓縮空氣分別進(jìn)入基本渦輪和受控渦輪，EGR廢氣分別進(jìn)入基本壓氣機(jī)和受控壓氣機(jī)，基本增壓器和受控增壓器同時工作，EGR廢氣實(shí)現(xiàn)增壓之后，共同匯入EGR廢氣緩沖罐；
[0015]此時判斷Pl和P2信號:
[0016]①P1>P2，關(guān)閉EGR調(diào)節(jié)閥，保持旁通閥關(guān)閉；
[0017]②若P1<P2，打開EGR調(diào)節(jié)閥；若|P2-P1 | >2bar時，打開旁通閥，若| P2-P1 |小于2bar，關(guān)閉旁通閥；
[0018](3)當(dāng)柴油機(jī)處于高工況
[0019]同時打開進(jìn)、排氣三通閥的所有出口，其余閥門均保持現(xiàn)狀;壓縮空氣進(jìn)入基本渦輪，EGR廢氣進(jìn)入基本壓氣機(jī)，僅基本增壓器投入工作;EGR廢氣完成增壓后由基本壓氣機(jī)出口排入EGR廢氣緩沖罐；
[0020]此時判斷Pl和P2信號:
[0021]①P1>P2，關(guān)閉EGR調(diào)節(jié)閥，保持旁通閥關(guān)閉；
[0022]②若P1<P2，打開EGR調(diào)節(jié)閥；若|P2-P1 | >2bar時，打開旁通閥，若| P2-P1 |小于2bar，關(guān)閉旁通閥。
[0023]壓縮空氣氣源的進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)范圍為:1-1Obar。
[0024]本發(fā)明的基本渦輪和基本壓氣機(jī)構(gòu)成基本增壓器，受控渦輪和受控壓氣機(jī)構(gòu)成受控增壓器，基本增壓器和受控增壓器為并聯(lián)連接，二者工作方式均為渦輪通入高壓、高速的壓縮空氣，壓氣機(jī)通入EGR廢氣。二者尺寸可以相同，也可以不同。
[0025]本發(fā)明通過高壓外氣源和兩個并聯(lián)的渦輪增壓器，在實(shí)現(xiàn)單缸機(jī)增壓模式的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對EGR廢氣的升壓，并根據(jù)不同進(jìn)氣壓力、不同工況下EGR的不同要求，對EGR廢氣的壓力和循環(huán)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，特別適合于船舶柴油機(jī)節(jié)能減排以及單缸機(jī)試驗(yàn)臺架等場所。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:可以有效解決不同進(jìn)氣壓力、不同工況的EGR廢氣回流以及EGR調(diào)節(jié)要求。通過控制并聯(lián)的兩個渦輪增壓器，利用高壓、高速的壓縮空氣驅(qū)動廢氣渦輪，帶動同軸壓氣機(jī)對EGR廢氣進(jìn)行增壓。該裝置能夠快速實(shí)現(xiàn)中、低工況時大EGR率循環(huán)，高工況時的小EGR率循環(huán)，可以滿足不同EGR方案的循環(huán)要求，擴(kuò)大了 EGR率和EGR循環(huán)的調(diào)節(jié)范圍。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的單缸柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣增壓裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更詳細(xì)的描述:
[0029]結(jié)合圖1，本發(fā)明的本發(fā)明的單缸柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)廢氣增壓裝置，包括進(jìn)氣三通閥2、排氣三通閥5、基本增壓器、受控增壓器、廢氣閥8、空氣閥12、旁通閥13、EGR廢氣緩沖罐11、EGR調(diào)節(jié)閥16、EGR7令卻器17、單向閥4、壓力傳感器和質(zhì)量流量計(jì)。
[0030]進(jìn)氣三通閥2入口與高壓、高速的外接氣源相連，進(jìn)氣三通閥2第一端出口與柴油機(jī)氣缸相連，第二端出口分別與基本渦輪7和受控渦輪10相連，基本渦輪7和受控渦輪10出口通過管道與排氣三通閥5第一端出口管道相連;排氣三通閥5入口與柴油機(jī)排氣相連，排氣三通閥5第一端出口直接與大氣相連，第二端出口分別與基本壓氣機(jī)6和受控壓氣機(jī)9相連入口相連，基本壓氣機(jī)6和受控壓氣機(jī)9出口均與EGR廢氣緩沖罐11相連，EGR廢氣緩沖罐11出口與EGR調(diào)節(jié)閥16入口相連，EGR調(diào)節(jié)閥16出口與EGR冷卻器17入口相連，EGR冷卻器17出口與單向閥4入口相連，單向閥4出口與柴油機(jī)進(jìn)氣管相連。
[0031]其中，基本渦輪7和基本壓氣機(jī)6構(gòu)成基本增壓器，受控渦輪10和受控壓氣機(jī)9構(gòu)成受控增壓器;受控渦輪1入口前設(shè)置有空氣閥12，受控壓氣機(jī)9出口前設(shè)置有廢氣閥8;進(jìn)氣三通閥2入口處設(shè)置有第一壓力傳感器I，第一端出口處設(shè)置有第一流量計(jì)3 ;EGR廢氣緩沖罐11出口處設(shè)置有第二壓力傳感器14、第二流量計(jì)15和旁通閥13。
[0032 ]整個裝置共計(jì)由第一、第二、第三空氣回路和第一、第二、第三廢氣回路構(gòu)成:
[0033](I)空氣回路。壓縮空氣由進(jìn)氣