基于高压空气二级增压的单缸柴油机EGR装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供的是一种基于高压空气二级增压的单缸柴油机EGR装置及控制方法。包括进气三通阀、排气三通阀、旁通阀、单向阀、电磁控制阀、第一涡轮增压器、第二涡轮增压、废气稳压罐、EGR冷却器、温度传感器和流量计。本发明专利技术通过控制两个串联涡轮增压器，利用高压、高速压缩空气实现对EGR废气的二级增压，有效解决了不同进气压力，特别是高进气压力下的EGR废气回流问题，同时可以满足中高低不同工况下的EGR调节要求。特别适用于船舶柴油机节能减排或者单缸柴油机试验场所等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是船舶柴油机后处理装置及方法，具体的说是一种基于高压空气二级增压的单缸柴油机EGR装置及控制方法。
技术介绍
随着船舶有关ΝΟχ排放法规的日益严格，如何有效降低柴油机ΝΟχ污染物排放成为了研究的重点。其中，EGR(废气再循环)技术已经成为目前主流的的主要技术，EGR实现中最关键的技术是EGR废气的回流问题。对于一般的自然吸气柴油机，由于进气压力要比排气压力低，因此EGR废气很容易进入气缸内实现循环，对于增压型柴油机，由于进气压力要比排气压力高，因此EGR废气很难正常进入气缸，必须采取一些特殊方式，如运用气栗、文丘里管等，以上均常应用于多缸柴油机上。单缸柴油机EGR技术的研究在柴油机研究与开发中占据着重要地位，由于单缸柴油机进、排气不稳定，特别是排气不连续、排气量不足，导致无法正常使用涡轮增压器来进行单缸机的增压模式研究。由于高压外气源具有“增压空气”的效果，且具有较大的调节范围，因此提出用高压外气源来替代涡轮增压器的作用，实现单缸柴油机的增压模式。但是由于高压外气源压力可调范围较大，依然存在EGR废气回流的问题，特别是当进气压力较高的时候，EGR废气回流的问题更加突出，同时不同工况需要进行不同的EGR调节，这也给EGR的实现增加了新的困难，因此有必要对以上问题进行进一步深入研究。目前现有的单缸柴油机EGR方案主要通过气栗或者风机来实现EGR废气的升压，如“一种实现柴油单缸机EGR的装置及EGR实现方法”(专利号:201410804230.3)的专利文件中描述的技术方案等。尚没有结合高压外气源和涡轮增压器来完成单缸机EGR技术实现的有关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在有效提高EGR废气压力的同时，能够满足不同进气压力、不同工况下的EGR调节要求的基于高压空气二级增压的单缸柴油机EGR装置。本专利技术的目的还在于提供一种基于本专利技术的基于高压空气二级增压的单缸柴油机EGR装置的控制方法。本专利技术的基于高压空气二级增压的单缸柴油机EGR装置包括进气三通阀、排气三通阀、旁通阀、单向阀、电磁控制阀、第一涡轮增压器、第二涡轮增压、废气稳压罐、EGR冷却器、温度传感器和流量计，进气三通阀入口与外气源相连且入口处设置有第一压力传感器，进气三通阀第一端出口与第一涡轮入口相连，第一涡轮出口与第二涡轮入口相连，第二涡轮出口直接与大气相连，进气三通阀第二端出口直接与柴油机气缸相连且出口处设置有第一流量计;排气三通阀入口与柴油机排气出口相连，排气三通阀第一端出口与第一压气机入口相连且其间设置有第二流量计，第一压气机出口与第二压气机入口相连，第二压气机出口与废气稳压罐入口相连，废气稳压罐出口与电磁控制阀入口相连且其间设置有第二压力传感器，电磁控制阀出口依次与EGR冷却器、单向阀相连，单向阀出口与柴油机进气管相连，排气三通阀第二端出口直接与大气相连;第一涡轮进口与出口通过一段连通管连通，连通管上设置有旁通阀。基于本专利技术的基于高压空气二级增压的单缸柴油机EGR装置的控制方法为:获取第一压力传感器的信号P1、第二压力传感器的信号P2、第一流量计的信号Q1、第二流量计的信号Q2;(1)当柴油机处于怠速工况时保持电磁控制阀关闭、旁通阀关闭，并关闭进气三通阀第一端出口、排气三通阀第一端出口，打开进气三通阀第二端出口、排气三通阀第二端出口 ；(2)当进气压力范围为5-10bar且柴油机处于低、中工况时同时打开进气三通阀第一端出口、排气三通阀第一端出口、进气三通阀第二端出口、排气三通阀第二端出口，打开旁通阀，此时压缩空气直接进入第一涡轮或通过连通管直接进入第二涡轮分别驱动涡轮做功，EGR废气经过第一压气机增压之后，进入第二压气机完成二次增压；根据P1和P2的信号值判断:①若PI<P2，打开电磁控制阀；②若PI >P2，关闭电磁控制阀；(3)当进气压力范围为l_5bar且柴油机处于高工况时同时打开进气三通阀第一端出口、排气三通阀第一端出口、进气三通阀第二端出口、排气三通阀第二端出口，关闭旁通阀，此时压缩空气进入第一涡轮完成一次做功之后，再进入第二涡轮进行做功；根据P1和P2的信号值判断:①PI<P2，打开电磁控制阀；②若PI >P2。关闭电磁控制阀；外气源的进气压力范围为lbar-lObar。本专利技术旨在解决单缸柴油机EGR废气回流问题，特别是高进气压力下的单缸柴油机EGR废气回流问题。该装置通过控制两个串联的涡轮增压器，利用高压、高速的压缩空气驱动涡轮带动压气机对EGR废气进行升压，在有效提高EGR废气压力的同时，能够满足不同进气压力、不同工况下的EGR调节要求，特别适用于船舶柴油机节能减排或者单缸柴油机试验场所等。第一涡轮增压器和第二涡轮增压器为串联连接，二者尺寸不仅限于一大一小或者相等尺寸，且均运用涡轮增压器“逆向工作”，即高压、高速的压缩空气流经第一涡轮，带动同轴第一压气机对EGR废气进行一次增压，由第一涡轮出口的压缩空气进入第二涡轮入口或者压缩空气通过旁通阀直接进入第二涡轮入口，带动同轴的第二压气机对EGR废气进行二次增压，可以更大程度的提高EGR废气的压力，满足不同进气压力下EGR废气的回流要求。本专利技术的有益效果是:可以有效解决EGR废气的回流问题，特别是进气压力过高时的EGR废气回流问题;通过控制两个串联的涡轮增压器，利用高压、高速的压缩空气驱动废气涡轮，带动压气机对EGR废气进行一次增压和二次增压，更大程度的提高了 EGR废气压力，可以实现不同进气压力下的EGR废气回流，同时可以满足不同工况下的EGR调节要求。【附图说明】图1是本专利技术的基于高压空气二级增压的单缸柴油机EGR装置示意图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做更详细的描述:结合图1，本专利技术的基于高压空气二级增压的单缸柴油机EGR装置包括单缸柴油机本体D、进气三通阀6、排气三通阀2、旁通阀7、单向阀1、电磁控制阀14、第一涡轮增压器、第二涡轮增压、EGR废气稳压罐12、EGR冷却器15、温度传感器和流量计。进气三通阀6入口与高压外气源相连，进气三通阀6第一端出口与第一涡轮8入口相连，第一涡轮8出口与第二涡轮10入口相连，第二涡轮10出口直接与大气相连，进气三通阀6第二端出口直接与柴油机气缸相连;排气三通阀2入口与柴油机排气出口相连，排气三通阀2第一端出口与第一压气9机入口相连，第一压气机9出口与第二压气机11入口相连，第二压气机11出口与EGR废气稳压罐12入口相连，EGR废气稳压罐12出口与电磁控制阀14入口相连，电磁控制阀14出口依次与EGR冷却器15、单向阀1相当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高压空气二级增压的单缸柴油机EGR装置包括进气三通阀、排气三通阀、旁通阀、单向阀、电磁控制阀、第一涡轮增压器、第二涡轮增压、废气稳压罐、EGR冷却器、温度传感器和流量计，其特征是：进气三通阀入口与外气源相连且入口处设置有第一压力传感器，进气三通阀第一端出口与第一涡轮入口相连，第一涡轮出口与第二涡轮入口相连，第二涡轮出口直接与大气相连，进气三通阀第二端出口直接与柴油机气缸相连且出口处设置有第一流量计；排气三通阀入口与柴油机排气出口相连，排气三通阀第一端出口与第一压气机入口相连且其间设置有第二流量计，第一压气机出口与第二压气机入口相连，第二压气机出口与废气稳压罐入口相连，废气稳压罐出口与电磁控制阀入口相连且其间设置有第二压力传感器，电磁控制阀出口依次与EGR冷却器、单向阀相连，单向阀出口与柴油机进气管相连，排气三通阀第二端出口直接与大气相连；第一涡轮进口与出口通过一段连通管连通，连通管上设置有旁通阀。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王银燕，祖象欢，崔欣洁，王贺春，李旭，宋贵涛，马传杰，杨传雷，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23