柴油機柔性增壓系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種柴油機，具體地說是中高速船用柴油機。
【背景技術(shù)】
[0002]廢氣渦輪增壓技術(shù)已成為柴油機各大制造廠商的必備技術(shù)，其一產(chǎn)生就有天生的缺陷。由于渦輪和壓氣機屬于葉片機械，其最佳的工作轉(zhuǎn)速或是工作狀態(tài)只有一個，即設計工況點。但是，柴油機一般是多工況點運行(發(fā)電機組除外)，必然引起增壓系統(tǒng)大部分時間都在非工況點運行，造成增壓器效率降低，從而降低柴油機的整機效率。
[0003]科技工作者經(jīng)過多年的努力，創(chuàng)造了眾多的改善增壓系統(tǒng)匹配缺點的技術(shù)，如可變幾何渦輪增壓系統(tǒng)、相繼增壓系統(tǒng)、旁通放氣技術(shù)等。
[0004]可變幾何禍輪增壓器(VGT，variable Geometry Turbocharger)設計有可動元件(可變噴嘴環(huán))，能改變經(jīng)過VGT渦輪燃氣的流通面積。隨發(fā)動機工況變化，電子控制器可自動控制VGT提供最佳的發(fā)動機增壓。與普通的渦輪增壓器相比，可變幾何渦輪增壓器(VGT)可增加發(fā)動機低速扭矩、擴展發(fā)動機可用速度范圍、改變低速經(jīng)濟性、降低發(fā)動機排放煙度。
[0005]相繼增壓(Sequential Turbo Charging)系統(tǒng)簡稱STC系統(tǒng)，由2臺或2臺以上禍輪增壓器并聯(lián)組成增壓系統(tǒng)，隨著增壓發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷的增長，相繼按順序投入運行。在轉(zhuǎn)速或負荷低于某設定值時，切斷一臺或幾臺增壓器渦輪的廢氣以及壓氣機的空氣供給，使廢氣集中流過工作著的增壓器渦輪，增加其廢氣流量，提高渦輪效率，從而能夠充分利用廢氣能量，提高增壓壓力，改善柴油機低工況的燃油經(jīng)濟性、動力性和排放性。而當發(fā)動機轉(zhuǎn)速或負荷高于某設定值時，被切斷的一臺或幾臺增壓器重新投入使用，以保證發(fā)動機的高工況性能。
[0006]旁通放氣技術(shù)一般用在車用發(fā)動機上。在高速高負荷時，排氣流量大，因而排氣能量大，導致渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速高，增壓壓力也高。但是柴油機在低速時，即使增加負荷，廢氣流量也不大，因而出現(xiàn)了增壓空氣壓力低，發(fā)動機扭矩增量過小的缺點。作為改善的辦法，可以用小容量的渦輪增壓器和柴油機的中速相匹配，以提高柴油機中速時的扭矩。然而，這樣又將產(chǎn)生柴油機高速高負荷時增壓過高、增壓器轉(zhuǎn)速過大的問題。為此可采用排氣旁通閥。即在高速高負荷時，旁通閥打開，放掉一部分廢氣，以降低增壓器轉(zhuǎn)速，控制增壓壓力。
[0007]柴油機怠速或低速時，發(fā)動機排氣量以及排溫都不高，即排氣能量有限。但是增壓器匹配一般都匹配在中高速區(qū)，所以低工況時，如果裝有渦輪增壓器，對于進氣來講，影響不大，但也有一定影響，效率極低，壓氣機葉片基本是阻礙作用。對于渦輪來講，問題就更大了，阻力特別大，阻礙排氣，增加排氣背壓，影響發(fā)動機缸內(nèi)燃燒，不利于發(fā)動機工作。所以怠速或低工況時，將進排氣管路順暢比增壓更重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供可以有效實現(xiàn)低工況下的大扭矩輸出，高工況下轉(zhuǎn)速保護，提高整機的效率以及降低全工況下燃油消耗量的柴油機柔性增壓系統(tǒng)及其控制方法。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0010]本發(fā)明柴油機柔性增壓系統(tǒng)，其特征是:包括柴油機、廢氣渦輪、壓氣機，廢氣渦輪通過排氣管連接柴油機，壓氣機通過進氣管連接柴油機，廢氣渦輪和壓氣機之間通過液力耦合器相連，進氣管上安裝中冷器，排氣管上支出連通大氣的廢氣控制管，廢氣控制管上安裝廢氣控制閥，中冷器和壓氣機之間的進氣管上支出連通大氣的空氣控制管，空氣控制管上安裝空氣控制閥，壓氣機出口處安裝壓力傳感器，廢氣渦輪與液力耦合器連接的軸上安裝轉(zhuǎn)速傳感器。
[0011]本發(fā)明柴油機柔性增壓控制方法，其特征是:采用如下增壓系統(tǒng):包括柴油機、廢氣渦輪、壓氣機，廢氣渦輪通過排氣管連接柴油機，壓氣機通過進氣管連接柴油機，廢氣渦輪和壓氣機之間通過液力耦合器相連，進氣管上安裝中冷器，排氣管上支出連通大氣的廢氣控制管，廢氣控制管上安裝廢氣控制閥，中冷器和壓氣機之間的進氣管上支出連通大氣的空氣控制管，空氣控制管上安裝空氣控制閥，壓氣機出口處安裝壓力傳感器，廢氣渦輪與液力耦合器連接的軸上安裝轉(zhuǎn)速傳感器；
[0012](I)非增壓模式
[0013]發(fā)動機功率<85%額定功率時，啟動非增壓模式:同時打開空氣控制閥和廢氣控制閥，并切斷液力耦合器中的油液供應，空氣通過空氣控制閥由大氣進入柴油機缸內(nèi)，排氣通過廢氣控制閥排出大氣；
[0014](2)增壓模式
[0015]發(fā)動機功率?85%額定功率時，啟動增壓模式:同時關(guān)閉空氣控制閥和廢氣控制閥，并向液力耦合器注入2 95%的循環(huán)工作油量；
[0016]當P 2 0.35MPa或R > 30000r/min時，抽走50 %循環(huán)油，降低液力耦合器輸出軸的轉(zhuǎn)速；
[0017]當P<0.35MPa或R<30000r/min時，加大循環(huán)油量至95%，提高液力耦合器輸出軸的轉(zhuǎn)速。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:通過控制閥的開啟和關(guān)閉快捷實現(xiàn)柴油機增壓和非增壓工作方式；當柴油機處于怠速或低工況時，由控制閥將增壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為非增壓模式，減少進氣阻力，使柴油機進氣更順暢，整機效率更高。當柴油機處于中高工況時，控制器利用控制閥轉(zhuǎn)為增壓模式，通過液力耦合器調(diào)節(jié)壓氣機的轉(zhuǎn)速，從而根據(jù)既定的控制策略實現(xiàn)閉環(huán)的轉(zhuǎn)速或壓力調(diào)節(jié)，實現(xiàn)柴油機與廢氣渦輪增壓器的全工況優(yōu)化匹配。柴油機在采用柔性增壓系統(tǒng)后，可以實現(xiàn)低工況下的大扭矩輸出，高工況下轉(zhuǎn)速保護，提高整機的效率以及降低全工況下的燃油消耗量。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述:
[0021]結(jié)合圖1，本發(fā)明種柴油機柔性增壓系統(tǒng)，包括柴油機、廢氣渦輪增壓器、中冷器、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、空氣控制閥、廢氣控制閥及ECU控制器。空氣控制閥9安裝在壓氣機7出口與中冷器10入口之間，一端與進氣管相連，另一端與大氣相連;廢氣控制閥2安裝在廢氣渦輪3入口與柴油機I排氣口之間，一端與排氣管相連，另一端與大氣相連;廢氣渦輪3與壓氣機7之間通過液力耦合器6柔性連接;壓力傳感器4安裝在壓氣機出7 口處;轉(zhuǎn)速傳感器8安裝在廢氣渦輪3上；空氣控制閥9、廢氣控制閥2以及液力耦合器6的控制通過ECU控制器5實現(xiàn)。
[0022]壓力傳感器4采集壓氣機7出口壓力信號，并反饋到ECU控制器5;轉(zhuǎn)速傳感器8采集廢氣渦輪3的轉(zhuǎn)速信號，并反饋到ECU控制器5;
[0023]ECU控制器5根據(jù)反饋的實時轉(zhuǎn)速、壓力信號調(diào)節(jié)控制空氣控制閥9和廢氣控制閥2的開啟和關(guān)閉；
[0024]E⑶控制器5根據(jù)反饋的實時轉(zhuǎn)速、壓力信號調(diào)節(jié)液力耦合器6的循環(huán)工作油量，從而改變傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，控制壓氣機7的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)柴油機與廢氣渦輪增壓器的全工況優(yōu)化匹配。
[0025]在柴油機運行過程中，ECU控制器5根據(jù)發(fā)動機的運行參數(shù)，實現(xiàn)非增壓/增壓模式的切換:同時采集壓力傳感器8信號P、轉(zhuǎn)速傳感器4信號R，根據(jù)既定的控制策略實現(xiàn)閉環(huán)的轉(zhuǎn)速或壓力調(diào)節(jié)。
[0026]1、非增壓模式
[0027]低工況時，啟動非增壓模式。同時打開空氣控制閥9和廢氣控制閥2，并切斷液力耦合器6中的油液供應，空氣通過空氣控制閥9由大氣進入柴油機I缸內(nèi)，排氣通過廢氣控制閥排出大氣，進氣阻力和排氣阻力都較小，有利于發(fā)動機燃燒。
[0028]2、增壓模式
[0029]發(fā)動機功率I85%額定功率時，啟動增壓模式。同時關(guān)閉空氣控制閥和廢氣控制閥，并向液力耦合器注入2 95%的循環(huán)工作油量；
[0030]當P 2 0.35MPa或R > 30000r/min時，抽走50%循環(huán)油，降低液力耦合器輸出軸的轉(zhuǎn)速，從而達到降低壓氣機轉(zhuǎn)速的目的。