基于高壓空氣二級(jí)增壓的單缸柴油機(jī)egr裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是船舶柴油機(jī)后處理裝置及方法，具體的說(shuō)是一種基于高壓空氣二級(jí)增壓的單缸柴油機(jī)EGR裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著船舶有關(guān)ΝΟχ排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，如何有效降低柴油機(jī)ΝΟχ污染物排放成為了研究的重點(diǎn)。其中，EGR(廢氣再循環(huán))技術(shù)已經(jīng)成為目前主流的的主要技術(shù)，EGR實(shí)現(xiàn)中最關(guān)鍵的技術(shù)是EGR廢氣的回流問(wèn)題。對(duì)于一般的自然吸氣柴油機(jī)，由于進(jìn)氣壓力要比排氣壓力低，因此EGR廢氣很容易進(jìn)入氣缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)循環(huán)，對(duì)于增壓型柴油機(jī)，由于進(jìn)氣壓力要比排氣壓力高，因此EGR廢氣很難正常進(jìn)入氣缸，必須采取一些特殊方式，如運(yùn)用氣栗、文丘里管等，以上均常應(yīng)用于多缸柴油機(jī)上。
[0003]單缸柴油機(jī)EGR技術(shù)的研究在柴油機(jī)研究與開(kāi)發(fā)中占據(jù)著重要地位，由于單缸柴油機(jī)進(jìn)、排氣不穩(wěn)定，特別是排氣不連續(xù)、排氣量不足，導(dǎo)致無(wú)法正常使用渦輪增壓器來(lái)進(jìn)行單缸機(jī)的增壓模式研究。
[0004]由于高壓外氣源具有“增壓空氣”的效果，且具有較大的調(diào)節(jié)范圍，因此提出用高壓外氣源來(lái)替代渦輪增壓器的作用，實(shí)現(xiàn)單缸柴油機(jī)的增壓模式。但是由于高壓外氣源壓力可調(diào)范圍較大，依然存在EGR廢氣回流的問(wèn)題，特別是當(dāng)進(jìn)氣壓力較高的時(shí)候，EGR廢氣回流的問(wèn)題更加突出，同時(shí)不同工況需要進(jìn)行不同的EGR調(diào)節(jié)，這也給EGR的實(shí)現(xiàn)增加了新的困難，因此有必要對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步深入研究。目前現(xiàn)有的單缸柴油機(jī)EGR方案主要通過(guò)氣栗或者風(fēng)機(jī)來(lái)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”(專利號(hào):201410804230.3)的專利文件中描述的技術(shù)方案等。尚沒(méi)有結(jié)合高壓外氣源和渦輪增壓器來(lái)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】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種在有效提高EGR廢氣壓力的同時(shí)，能夠滿足不同進(jìn)氣壓力、不同工況下的EGR調(diào)節(jié)要求的基于高壓空氣二級(jí)增壓的單缸柴油機(jī)EGR裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種基于本發(fā)明的基于高壓空氣二級(jí)增壓的單缸柴油機(jī)EGR裝置的控制方法。
[0006]本發(fā)明的基于高壓空氣二級(jí)增壓的單缸柴油機(jī)EGR裝置包括進(jìn)氣三通閥、排氣三通閥、旁通閥、單向閥、電磁控制閥、第一渦輪增壓器、第二渦輪增壓、廢氣穩(wěn)壓罐、EGR冷卻器、溫度傳感器和流量計(jì)，進(jìn)氣三通閥入口與外氣源相連且入口處設(shè)置有第一壓力傳感器，進(jìn)氣三通閥第一端出口與第一渦輪入口相連，第一渦輪出口與第二渦輪入口相連，第二渦輪出口直接與大氣相連，進(jìn)氣三通閥第二端出口直接與柴油機(jī)氣缸相連且出口處設(shè)置有第一流量計(jì);排氣三通閥入口與柴油機(jī)排氣出口相連，排氣三通閥第一端出口與第一壓氣機(jī)入口相連且其間設(shè)置有第二流量計(jì)，第一壓氣機(jī)出口與第二壓氣機(jī)入口相連，第二壓氣機(jī)出口與廢氣穩(wěn)壓罐入口相連，廢氣穩(wěn)壓罐出口與電磁控制閥入口相連且其間設(shè)置有第二壓力傳感器，電磁控制閥出口依次與EGR冷卻器、單向閥相連，單向閥出口與柴油機(jī)進(jìn)氣管相連，排氣三通閥第二端出口直接與大氣相連;第一渦輪進(jìn)口與出口通過(guò)一段連通管連通，連通管上設(shè)置有旁通閥。
[0007]基于本發(fā)明的基于高壓空氣二級(jí)增壓的單缸柴油機(jī)EGR裝置的控制方法為:
[0008]獲取第一壓力傳感器的信號(hào)P1、第二壓力傳感器的信號(hào)P2、第一流量計(jì)的信號(hào)Q1、第二流量計(jì)的信號(hào)Q2;
[0009](1)當(dāng)柴油機(jī)處于怠速工況時(shí)
[0010]保持電磁控制閥關(guān)閉、旁通閥關(guān)閉，并關(guān)閉進(jìn)氣三通閥第一端出口、排氣三通閥第一端出口，打開(kāi)進(jìn)氣三通閥第二端出口、排氣三通閥第二端出口 ；
[0011](2)當(dāng)進(jìn)氣壓力范圍為5-10bar且柴油機(jī)處于低、中工況時(shí)
[0012]同時(shí)打開(kāi)進(jìn)氣三通閥第一端出口、排氣三通閥第一端出口、進(jìn)氣三通閥第二端出口、排氣三通閥第二端出口，打開(kāi)旁通閥，此時(shí)壓縮空氣直接進(jìn)入第一渦輪或通過(guò)連通管直接進(jìn)入第二渦輪分別驅(qū)動(dòng)渦輪做功，EGR廢氣經(jīng)過(guò)第一壓氣機(jī)增壓之后，進(jìn)入第二壓氣機(jī)完成二次增壓；
[0013]根據(jù)P1和P2的信號(hào)值判斷:
[0014]①若PI<P2，打開(kāi)電磁控制閥；②若PI >P2，關(guān)閉電磁控制閥；
[0015](3)當(dāng)進(jìn)氣壓力范圍為l_5bar且柴油機(jī)處于高工況時(shí)
[0016]同時(shí)打開(kāi)進(jìn)氣三通閥第一端出口、排氣三通閥第一端出口、進(jìn)氣三通閥第二端出口、排氣三通閥第二端出口，關(guān)閉旁通閥，此時(shí)壓縮空氣進(jìn)入第一渦輪完成一次做功之后，再進(jìn)入第二渦輪進(jìn)行做功；
[0017]根據(jù)P1和P2的信號(hào)值判斷:
[0018]①PI<P2，打開(kāi)電磁控制閥；②若PI >P2。關(guān)閉電磁控制閥；
[0019]外氣源的進(jìn)氣壓力范圍為lbar-lObar。
[0020]本發(fā)明旨在解決單缸柴油機(jī)EGR廢氣回流問(wèn)題，特別是高進(jìn)氣壓力下的單缸柴油機(jī)EGR廢氣回流問(wèn)題。該裝置通過(guò)控制兩個(gè)串聯(lián)的渦輪增壓器，利用高壓、高速的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)對(duì)EGR廢氣進(jìn)行升壓，在有效提高EGR廢氣壓力的同時(shí)，能夠滿足不同進(jìn)氣壓力、不同工況下的EGR調(diào)節(jié)要求，特別適用于船舶柴油機(jī)節(jié)能減排或者單缸柴油機(jī)試驗(yàn)場(chǎng)所等。
[0021]第一渦輪增壓器和第二渦輪增壓器為串聯(lián)連接，二者尺寸不僅限于一大一小或者相等尺寸，且均運(yùn)用渦輪增壓器“逆向工作”，即高壓、高速的壓縮空氣流經(jīng)第一渦輪，帶動(dòng)同軸第一壓氣機(jī)對(duì)EGR廢氣進(jìn)行一次增壓，由第一渦輪出口的壓縮空氣進(jìn)入第二渦輪入口或者壓縮空氣通過(guò)旁通閥直接進(jìn)入第二渦輪入口，帶動(dòng)同軸的第二壓氣機(jī)對(duì)EGR廢氣進(jìn)行二次增壓，可以更大程度的提高EGR廢氣的壓力，滿足不同進(jìn)氣壓力下EGR廢氣的回流要求。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:可以有效解決EGR廢氣的回流問(wèn)題，特別是進(jìn)氣壓力過(guò)高時(shí)的EGR廢氣回流問(wèn)題;通過(guò)控制兩個(gè)串聯(lián)的渦輪增壓器，利用高壓、高速的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)廢氣渦輪，帶動(dòng)壓氣機(jī)對(duì)EGR廢氣進(jìn)行一次增壓和二次增壓，更大程度的提高了 EGR廢氣壓力，可以實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)氣壓力下的EGR廢氣回流，同時(shí)可以滿足不同工況下的EGR調(diào)節(jié)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明的基于高壓空氣二級(jí)增壓的單缸柴油機(jī)EGR裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述:
[0025]結(jié)合圖1，本發(fā)明的基于高壓空氣二級(jí)增壓的單缸柴油機(jī)EGR裝置包括單缸柴油機(jī)本體D、進(jìn)氣三通閥6、排氣三通閥2、旁通閥7、單向閥1、電磁控制閥14、第一渦輪增壓器、第二渦輪增壓、EGR廢氣穩(wěn)壓罐12、EGR冷卻器15、溫度傳感器和流量計(jì)。進(jìn)氣三通閥6入口與高壓外氣源相連，進(jìn)氣三通閥6第一端出口與第一渦輪8入口相連，第一渦輪8出口與第二渦輪10入口相連，第二渦輪10出口直接與大氣相連，進(jìn)氣三通閥6第二端出口直接與柴油機(jī)氣缸相連;排氣三通閥2入口與柴油機(jī)排氣出口相連，排氣三通閥2第一端出口與第一壓氣9機(jī)入口相連，第一壓氣機(jī)9出口與第二壓氣機(jī)11入口相連，第二壓氣機(jī)11出口與EGR廢氣穩(wěn)壓罐12入口相連，EGR廢氣穩(wěn)壓罐12出口與電磁控制閥14入口相連，電磁控制閥14出口依次與EGR冷卻器15、單向閥1相