增壓柴油機(jī)多模式切換增壓結(jié)構(gòu)及增壓方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及的是一種增壓柴油機(jī)機(jī)構(gòu)及其增壓方法。
【背景技術(shù)】
[0002]增壓技術(shù)一直作為提高柴油機(jī)性能的主要手段，尤其以廢氣渦輪增壓技術(shù)為主。但是隨著增壓比的提高，增壓器的匹配矛盾也就越突出，增壓器的匹配難以同時(shí)滿足柴油機(jī)所有工況運(yùn)行時(shí)的燃燒空氣的需要，在部分負(fù)荷下扭矩不足，熱負(fù)荷增大。因此，使柴油機(jī)在所有工況范圍內(nèi)獲得良好的運(yùn)行性能，已成為急需解決的問題。針對(duì)高增壓柴油機(jī)低工況性能較差和增壓器與柴油機(jī)之間的匹配問題，國內(nèi)外開發(fā)了各種渦輪在增壓系統(tǒng)。如相繼增壓、進(jìn)排氣旁通增壓、變截面渦輪增壓、高工況放氣增壓等。
[0003]其中，相繼增壓(Sequential Turbo Charging)系統(tǒng)簡稱STC系統(tǒng)，由2臺(tái)或2臺(tái)以上渦輪增壓器并聯(lián)組成增壓系統(tǒng)，隨著增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增長，相繼按順序投入運(yùn)行。在轉(zhuǎn)速或負(fù)荷低于某設(shè)定值時(shí)，切斷一臺(tái)或幾臺(tái)增壓器渦輪的廢氣以及壓氣機(jī)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(jī)低工況的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性。而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或負(fù)荷高于某設(shè)定值時(shí)，令被切斷的一臺(tái)或幾臺(tái)增壓器重新投入使用，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的高工況性能。
[0004]二級(jí)增壓技術(shù)也稱作雙增壓技術(shù)，是將兩個(gè)渦輪增壓器串聯(lián)布置，空氣經(jīng)過兩個(gè)串聯(lián)的壓氣機(jī)壓縮，壓氣機(jī)分別由兩個(gè)渦輪(不同軸)驅(qū)動(dòng)，柴油機(jī)排氣先經(jīng)過高壓級(jí)渦輪，然后進(jìn)入低壓級(jí)渦輪。隨著負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的增長，按照次序投入運(yùn)行，從而拓寬了增壓系統(tǒng)的流量范圍，能夠獲得更好的瞬態(tài)響應(yīng)性和低速轉(zhuǎn)矩性能。
[0005]由于相繼增壓是并聯(lián)運(yùn)行，因此更多適用于流量范圍大而壓比低的工況點(diǎn)，特別是高轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷工況。而二級(jí)增壓是串聯(lián)運(yùn)行，因此更多適用于流量范圍小而壓比大的工況點(diǎn)，特別是低轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷工況。
[0006]此進(jìn)排氣旁通增壓系統(tǒng)是將來自增壓器的一部分增壓空氣進(jìn)入到渦輪內(nèi)，使進(jìn)入到渦輪內(nèi)的流量、能量增加，渦輪的效率也隨之提高，從而使增壓壓力提高、低工況性能得以改善。
[0007]高工況放氣增壓旨在解決柴油機(jī)缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力過高，對(duì)柴油機(jī)進(jìn)氣采取部分旁通的技術(shù)手段，從而保證柴油機(jī)在高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速下的運(yùn)行性能。
[0008]雖然上述增壓系統(tǒng)都可以一定程度的提高渦輪增壓器與柴油機(jī)的匹配性能，擴(kuò)大增壓柴油機(jī)的運(yùn)行范圍，但由于每一種增壓系統(tǒng)均是各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了進(jìn)一步改善高增壓柴油機(jī)低工況性能，擴(kuò)大渦輪的當(dāng)量流通面積的變化范圍，考慮將各增壓系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，覆蓋更多的增壓柴油機(jī)運(yùn)行工況。
[0009]目前已經(jīng)公布的專利中，如專利“200710144757.9”中并未涉及自然吸氣和二級(jí)增壓的工作模式，因此對(duì)怠速或暖機(jī)工況、高負(fù)荷工況的改善效果并不是很好；專利“200510025774.0”中所述技術(shù)方案未涉及怠速或暖機(jī)工況以及高工況對(duì)爆壓的保護(hù)，同時(shí)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性還有待提高；專利“201406533135.8”僅涉及相繼增壓與二級(jí)增壓之間的切換，并不涉及怠速或者暖機(jī)工況以及高工況對(duì)爆壓的保護(hù)，同時(shí)過多的閥門及管道額外增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，需要進(jìn)一步改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供實(shí)現(xiàn)自然吸氣模式、單渦輪增壓模式、雙渦輪相繼增壓模式、雙渦輪二級(jí)增壓模式以及高工況放氣增壓模式等多模式切換的增壓柴油機(jī)多模式切換增壓結(jié)構(gòu)及增壓方法。
[0011 ]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0012]本發(fā)明增壓柴油機(jī)多模式切換增壓結(jié)構(gòu)，其特征是:包括A列氣缸、B列氣缸、第一渦輪增壓器、第二渦輪增壓器、第一電動(dòng)三通閥、第二電動(dòng)三通閥、第三電動(dòng)三通閥，第一渦輪增壓器包括同軸的第一壓氣機(jī)和第一渦輪，第二渦輪增壓器包括同軸的第二壓氣機(jī)和第二渦輪，第一壓氣機(jī)通過A列進(jìn)氣管連接A列氣缸，第一渦輪通過A列排氣管連接A列氣缸，第二壓氣機(jī)通過B列進(jìn)氣管連接B列氣缸，第二渦輪通過B列排氣管連接B列氣缸，A列進(jìn)氣管和B列進(jìn)氣管通過進(jìn)氣連通管相通，A列排氣管和B列排氣管通過排氣連通管相通，第一壓氣機(jī)的入口處設(shè)置第一電動(dòng)三通閥，第一電動(dòng)三通閥的第一端口與第一壓氣機(jī)入口相連，第一電動(dòng)三通閥的第二端口與大氣相通，第一電動(dòng)三通閥的第三端口與第一旁通管相連，第一旁通管與第二壓氣機(jī)和進(jìn)氣連通管之間的B列進(jìn)氣管相通，第一渦輪的出口處設(shè)置第二電動(dòng)三通閥，第二電動(dòng)三通閥的第一端口與第一渦輪出口相連，第二電動(dòng)三通閥的第二端口與大氣相通，第二電動(dòng)三通閥的第三端口與第二旁通管相連，第二渦輪入口處的B列排氣管上設(shè)置第三電動(dòng)三通閥，第三電動(dòng)三通閥的第一端口與排氣連通管相連，第三電動(dòng)三通閥的第二端口與第二渦輪入口相連，第三電動(dòng)三通閥的第三端口與第二旁通管相連。
[0013]本發(fā)明增壓柴油機(jī)多模式切換增壓結(jié)構(gòu)還可以包括:
[0014]1、A列進(jìn)氣管上安裝A列中冷器，B列進(jìn)氣管上安裝B列中冷器，第二旁通管與進(jìn)氣連通管之間的B列進(jìn)氣管上安裝空氣閥。
[0015]本發(fā)明增壓柴油機(jī)多模式切換增壓方法，其特征是:采用如下增壓結(jié)構(gòu):
[0016]包括A列氣缸、B列氣缸、第一渦輪增壓器、第二渦輪增壓器、第一電動(dòng)三通閥、第二電動(dòng)三通閥、第三電動(dòng)三通閥，第一渦輪增壓器包括同軸的第一壓氣機(jī)和第一渦輪，第二渦輪增壓器包括同軸的第二壓氣機(jī)和第二渦輪，第一壓氣機(jī)通過A列進(jìn)氣管連接A列氣缸，第一渦輪通過A列排氣管連接A列氣缸，第二壓氣機(jī)通過B列進(jìn)氣管連接B列氣缸，第二渦輪通過B列排氣管連接B列氣缸，A列進(jìn)氣管和B列進(jìn)氣管通過進(jìn)氣連通管相通，A列排氣管和B列排氣管通過排氣連通管相通，第一壓氣機(jī)的入口處設(shè)置第一電動(dòng)三通閥，第一電動(dòng)三通閥的第一端口與第一壓氣機(jī)入口相連，第一電動(dòng)三通閥的第二端口與大氣相通，第一電動(dòng)三通閥的第三端口與第一旁通管相連，第一旁通管與第二壓氣機(jī)和進(jìn)氣連通管之間的B列進(jìn)氣管相通，第一渦輪的出口處設(shè)置第二電動(dòng)三通閥，第二電動(dòng)三通閥的第一端口與第一渦輪出口相連，第二電動(dòng)三通閥的第二端口與大氣相通，第二電動(dòng)三通閥的第三端口與第二旁通管相連，第二渦輪入口處的B列排氣管上設(shè)置第三電動(dòng)三通閥，第三電動(dòng)三通閥的第一端口與排氣連通管相連，第三電動(dòng)三通閥的第二端口與第二渦輪入口相連，第三電動(dòng)三通閥的第三端口與第二旁通管相連;A列進(jìn)氣管上安裝A列中冷器，B列進(jìn)氣管上安裝B列中冷器，第二旁通管與進(jìn)氣連通管之間的B列進(jìn)氣管上安裝空氣閥；
[0017](I)當(dāng)柴油機(jī)處于怠速或暖機(jī)時(shí):
[0018]打開第一電動(dòng)三通閥的第二端口和第三端口，保持第一電動(dòng)三通閥的第一端口關(guān)閉；打開第二電動(dòng)三通閥的第二端口和第三端口，保持第二電動(dòng)三通閥的第一端口關(guān)閉；打開第三電動(dòng)三通閥的第一端口和第三端口，保持第三電動(dòng)三通閥的第二端口關(guān)閉；打開空氣閥；
[0019]空氣通過第一電動(dòng)三通閥的第二端口-第三端口間通道進(jìn)入B列進(jìn)氣管，在流經(jīng)空氣閥之后進(jìn)入柴油機(jī)氣缸；
[0020]柴油機(jī)排氣通過第三電動(dòng)三通閥第一端口-第三端口間通道進(jìn)入第二旁通管，再經(jīng)由第二電動(dòng)三通閥第三端口-第二端口間通道排入大氣，第一渦輪增壓器、二渦輪增壓器均不工作，柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)自然吸氣工作模式；
[0021](2)當(dāng)柴油機(jī)處于低速、低負(fù)荷時(shí):
[0022]打開第一電動(dòng)三通閥的第一端口和第二端口，保持第一電動(dòng)三通閥的第三端口關(guān)閉；打開第二電動(dòng)三通閥的第一端口第二端口，保持第二電動(dòng)三通閥的第三端口關(guān)閉；關(guān)閉第三電動(dòng)三通閥的第一端口；關(guān)閉空氣閥；此時(shí)有且僅有第一渦輪增壓器投入工作；
[0023]柴油機(jī)A、B列排氣通過排氣連通管共同匯入A列排氣管，之后流入第一渦輪，完成膨脹做功之后經(jīng)由第二電動(dòng)三通閥的第一端口-第二端口間通道排入大氣；空氣通過第一電動(dòng)三通閥第二端口-第一端口間通道進(jìn)入第一壓氣機(jī)，壓縮空氣則通過進(jìn)氣連通管分別進(jìn)入A、B列氣缸參與燃燒；
[0024](3)當(dāng)柴油機(jī)處于中低轉(zhuǎn)速、中高負(fù)荷時(shí):
[0025]打開第一電動(dòng)三通閥的第一端口和第三端口，保持第一電動(dòng)三通閥的第二端口關(guān)閉；打開第二電動(dòng)三通閥的第一端口和第三端口，保持第二電動(dòng)三通閥的第二端口關(guān)閉；打開第三電動(dòng)三通閥的第二端口和第三端口，保持第三電動(dòng)三通閥的第一端口關(guān)閉；關(guān)閉空氣閥；
[0026]柴油機(jī)A、B列排氣通過排氣連通管共同匯入A列排氣管之后，流入第一渦輪，完成膨脹做功之后，經(jīng)由第二電動(dòng)三通閥第一端口-第三端口間通道流入第二旁通管，再由第三電動(dòng)三通閥第三端口-第二端口間通道流入第二渦輪，完成二次膨脹做功之后排入大氣；
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