一種基於輔助渦輪增壓器的增壓柴油機EGR實現裝置的製作方法

2023-06-21 09:06:21

本發明涉及的是一種柴油機裝置，具體地說是帶有EGR的柴油機裝置。

背景技術：

隨著人類科學技術的迅猛發展，柴油機憑藉其在熱效率、經濟性、可靠性等方面的優勢備受關注，並且已經廣泛地應用在汽車、船舶、鐵路、發電設備等領域。雖然柴油機的使用極大地促進了社會的發展與進步，但是其在使用過程中也會帶來環境汙染等一系列的問題。其中NOx是主要的有害汙染物之一，能夠對人體產生極大的危害。影響NOx生成的主要因素為：燃燒溫度高低、氧濃度高低、燃燒產物的滯留時間的長短。目前用在柴油機上，減少NOx生成的措施主要有：廢氣再循環系統(EGR)、摻水燃燒技術、以及廢氣的後處理(SCR等)等。所謂EGR技術是將柴油機排氣中一部分廢氣引入到進氣管，同新鮮空氣混合後進入氣缸重新參與燃燒，使進氣氧含量和燃燒溫度降低，進而能夠降低柴油機NOx排放。對於增壓柴油機而言，柴油機進氣壓力高於排氣壓力，導致廢氣不能自發的從排氣集管引入到進氣總管，同時EGR裝置的投入使用，會導致排氣總管會產生壓力波動，另外在較低工況下實現EGR可能會使渦輪增壓器壓氣機出現喘振，在柴油機100％負荷甚至超負荷非EGR運行時可能還會導致渦輪增壓器出現超速，影響渦輪增壓器的使用壽命。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供通過EGR技術實現降低排放的一種基於輔助渦輪增壓器的增壓柴油機EGR實現裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種基於輔助渦輪增壓器的增壓柴油機EGR實現裝置，其特徵是：包括主渦輪增壓器壓氣機、主渦輪增壓器渦輪、輔助渦輪增壓器壓氣機、輔助渦輪增壓器渦輪、進氣總管、排氣總管，排氣總管包括主排氣總管、輔助排氣總管，主渦輪增壓器壓氣機的出口通過主壓氣機出口管連接進氣總管，主渦輪增壓器渦輪的進口通過主渦輪進口管連接主排氣總管，每個氣缸分別通過其進氣支管連接進氣總管，第一氣缸通過第一排氣支管連接輔助排氣總管，其餘氣缸通過各自的排氣支管連接主排氣總管，輔助排氣總管通過輔助渦輪進口管連接輔助渦輪增壓器渦輪的進口，輔助渦輪增壓器壓氣機的出口連接進氣總管，輔助渦輪增壓器壓氣機的進口連接EGR連通管路，主渦輪增壓器渦輪的出口同時連通大氣和EGR連通管路，第二氣缸與主排氣總管相連的第二排氣支管上安裝2號截止閥，第三氣缸與主排氣總管相連的第三排氣支管上安裝1號截止閥，2號截止閥之前的第二排氣支管、1號截止閥之前的第三排氣支管以及輔助排氣總管通過EGR控制管路相連通，輔助排氣總管之前的EGR控制管路上設置3號截止閥。

本發明還可以包括；

1、主壓氣機出口管與主渦輪進口管之間通過氣缸旁通管相通，氣缸旁通管上設置氣缸旁通閥；主渦輪增壓器壓氣機出口後的壓氣機出口管上設置進氣流量計；輔助渦輪增壓器壓氣機與進氣總管之間設置EGR流量計和EGR控制閥；輔助渦輪進口管上設置輔助渦輪增壓器渦輪控制閥，輔助渦輪增壓器渦輪控制閥前方的輔助渦輪進口管支出廢氣旁通管，廢氣旁通管上設置廢氣旁通閥；EGR連通管路上設置廢氣控制閥和EGR冷卻器。

本發明的優勢在於：相對傳統的EGR實現裝置，本發明裝置可以藉助輔助渦輪增壓器使部分廢氣從渦輪後引入到進氣總管，可以實現人為規定的任意EGR率，排氣總管分為主排氣總管和輔助排氣總管，可以有效降低排氣總管內的壓力波動，氣缸旁通管路的設計可以避免柴油機在低負荷EGR模式下主渦輪增壓器壓氣機發生喘振，輔助渦輪增壓器渦輪入口前的廢氣旁通閥以及相關管路的設計可以避免柴油機在高負荷運行時主渦輪增壓器超速，輔助渦輪增壓器壓氣機前設立了空氣控制閥，可以使輔助渦輪增壓器在非EGR模式下對部分新鮮空氣進行加壓增加進氣流量，避免了輔助排氣總管內廢氣能量的浪費。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：

結合圖1，本發明包括主渦輪增壓器壓氣機1、主渦輪增壓器渦輪2、廢氣控制閥3、EGR冷卻器4、空氣控制閥5、輔助渦輪增壓器渦輪6、輔助渦輪增壓器壓氣機7、輔助渦輪增壓器渦輪控制閥8、廢氣旁通閥9、EGR流量計10、輔助排氣總管11、主排氣總管12、1號截止閥13、2號截止閥14、3號截止閥15、氣缸旁通閥16、主渦輪增壓器轉速信號17、ECU控制系統18、柴油機轉速信號19、柴油機負荷信號20、進氣總管21、進氣流量計22、進氣壓力傳感器23、EGR流量信號24、EGR控制閥25、主渦輪增壓器壓氣機後進氣流量信號26、主渦輪增壓器壓氣機後進氣壓力信號27。其中柴油機各氣缸通過進氣支管和排氣支管分別與進氣總管21和排氣總管相連，排氣總管分為主排氣總管12和輔助排氣總管11，輔助排氣總管11通過輔助渦輪增壓器渦輪控制閥8與輔助渦輪增壓器渦輪6的入口相連，輔助排氣總管11通過廢氣旁通閥9與大氣相連，輔助渦輪增壓器壓氣機7通過空氣控制閥5與大氣相連，此時柴油機處於非EGR模式；輔助渦輪增壓器壓氣機7還可以通過廢氣控制閥3和EGR冷卻器4與主渦輪增壓器渦輪2出口相連，此時柴油機處於EGR模式，輔助渦輪增壓器壓氣機7通過EGR控制閥25和EGR流量計10與進氣總管21相連，主渦輪增壓器渦輪2入口與主排氣總管12相連，主渦輪增壓器壓氣機1出口與進氣總管21相連，並且壓氣機1出口與進氣總管21之間裝有進氣流量計22和進氣壓力傳感器23，主渦輪增壓器壓氣機1出口通過氣缸旁通管道與主渦輪增壓器渦輪2的入口相連，氣缸旁通管道上裝有氣缸旁通閥16，ECU控制系統18能夠採集主渦輪增壓器的轉速信號17、柴油機的轉速信號19、柴油機的負荷信號20、主渦輪增壓器壓氣機後進氣流量信號26、主渦輪增壓器壓氣機後進氣壓力信號27以及EGR流量信號24，同時ECU控制系統能夠根據柴油機運行工況和用戶指令控制一系列電磁開關閥的開關情況以及電磁開度閥的開度大小。

該裝置具體的控制方案如下：

當用戶指令為EGR模式時，ECU控制系統18控制關閉空氣控制閥5同時打開廢氣控制閥3，此時ECU控制系統18採集主渦輪增壓器的轉速信號17、柴油機轉速信號19、柴油機負荷信號20、EGR流量信號24、主渦輪增壓器壓氣機後進氣流量信號26以及主渦輪增壓器壓氣機後進氣壓力信號27，判定柴油機當前所處工況，輔助排氣總管默認情況下只連接一個氣缸，此時3號截止閥關，1號和2號截止閥開，當柴油機處於低轉速低負荷運行時，ECU控制系統18分析主渦輪增壓器壓氣機1後進氣流量信號26以及主渦輪增壓器壓氣機後進氣壓力信號27，當主渦輪增壓器壓氣機1運行點已處於喘振狀態或處於喘振線邊緣時，ECU控制系統根據控制氣缸旁通閥開度的MAP圖使氣缸旁通閥開啟一定開度，使主渦輪增壓器壓氣機1運行點離喘振線一定裕度。當柴油機處於中高負荷運行時，ECU控制系統18首先判斷主渦輪增壓器轉速是否超速，如果主渦輪增壓器轉速超速，ECU控制系統18會控制廢氣旁通閥9全開，再次判斷主渦輪增壓器是否超速，如果還是超速打開3號截止閥15關閉2號截至閥14，如果還是不滿足要求繼續關閉1號截至閥13，最後根據柴油機運行工況和MAP圖中此工況下的最佳EGR率閉環控制廢氣旁通閥開度9和EGR閥25開度從而實現目標EGR率。如果主渦輪增壓器不超速時，廢氣旁通閥9保持關閉狀態，根據柴油機運行工況和相應工況下的最佳EGR率，ECU控制系統閉環控制EGR閥25的開度和1、2、3號截止閥13、14、15的開關，從而實現最佳EGR率。

當用戶指令為非EGR模式時，ECU控制系統18會控制廢氣控制閥3關閉，空氣控制閥5開啟，此時輔助渦輪增壓器能夠對部分新鮮空氣加壓輸送到進氣總管，減少廢氣能量的浪費。此時ECU控制系統18採集主渦輪增壓器的轉速信號17、柴油機轉速信號19、柴油機負荷信號20、EGR流量信號24、主渦輪增壓器壓氣機後進氣流量信號26以及主渦輪增壓器壓氣機後進氣壓力信號27，判定柴油機當前所處工況，輔助排氣總管默認情況下只連接一個氣缸，此時3號截止閥關，1號和2號截止閥開，當柴油機處於低轉速低負荷運行時，ECU控制系統18分析主渦輪增壓器壓氣機1後進氣流量信號26以及主渦輪增壓器壓氣機後進氣壓力信號27，當主渦輪增壓器壓氣機1運行點已處於喘振狀態或處於喘振線邊緣時，ECU控制系統根據控制氣缸旁通閥開度的MAP圖使氣缸旁通閥開啟一定開度，使主渦輪增壓器壓氣機1運行點離喘振線一定裕度。當柴油機處於中高負荷運行時，ECU控制系統18首先判斷主渦輪增壓器轉速是否超速，如果主渦輪增壓器轉速超速，ECU控制系統18會控制廢氣旁通閥9全開，再次判斷主渦輪增壓器是否超速，如果還是超速打開3號截止閥15關閉2號截至閥14，如果還是不滿足要求繼續關閉1號截至閥13，最後再調節廢氣旁通閥9的開度，使主渦輪增壓器轉速和最高轉速之間存在一定裕度，如果主渦輪增壓器不超速時，廢氣旁通閥9保持關閉狀態。