一种相继增压系统以及控制方法与流程

本发明涉及船用柴油机领域，具体涉及一种相继增压系统以及控制方法。

背景技术：

相继增压系统是指两台或由者两台以上涡轮增压器并联组成的增压系统。相继增压系统是解决柴油机与增压器匹配矛盾，提高柴油机低工况性能的有效方法之一。该技术可以显著扩大柴油机运行范围，提高燃油经济性和降低有害气体排放，同时还可改善加速性能。与其它技术相比，相继增压系统改造成本较低、结构简单、运行可靠，易于在现有的涡轮增压柴油机上实现，因而得到越来越广泛的应用。

但是，现有技术中相继增压柴油机在切换过程中因一台增压器由静止状态转为高速旋转，所需时间长，增压压力在这一阶段则仅由另一台增压器提供，柴油机燃烧所需空气严重不足，因而导致缸内燃烧恶化、碳烟排放升高、柴油机转速降低。

针对相继增压切换过程中的上述现象，本领域专业技术人员通过优化增压器燃气阀和空气阀开启及延迟时间、油气协同控制等方向去改善，但仍存在增压压力不足、碳烟排放过高、柴油机转速降低严重等问题。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了至少部分解决上述的问题，提供了一种相继增压系统，包括：

第一列气缸组，包括多个并列设置的气缸，多个所述气缸的一端并联连通第一列出气总管；

第二列气缸组，包括多个并列设置的所述气缸，多个所述气缸的一端并联连通第二列出气总管；

第一列增压器，与所述第一列气缸组连接；

第二列增压器，与所述第二列气缸组连接；

排气连通管，用于连通所述第一列出气总管和所述第二列出气总管；

燃气阀，设置在所述第二列出气总管上且位于所述排气连通管和所述第二列增压器之间，用于控制所述第二列出气总管和所述第二列增压器的连通状态；

燃气预供阀，一端设置在所述燃气阀与所述第二列增压器之间并与所述第二列出气总管连通，另一端设置在所述燃气阀与所述排气连通管之间并与所述第二列出气总管连通。

在实施方式中，所述第二列增压器包括第二列压气机和第二列涡轮，所述第二列压气机与第二列涡轮传动连接，所述第二列压气机和第二列涡轮之间还设置有穿轴电机，所述穿轴电机用于驱动第二列压气机。

由此，第一列以及第二列的气缸产生的废气可以部分通过燃气预供阀进入到第二列涡轮内，第二列涡轮在进入到内的废气以及穿轴电机的作用下可以迅速地被提升到正常工作状态下需要的转速，使受控增压器用较少的排气能量就能达到需要的转速，然后再打开空气阀和燃气阀，第二列增压器进而可以通过空气阀而吸入空气并将其供给第二列气缸，使得第二列增压器可以用较少的排气能量就能进入到正常的工作状态，进而快速地提供增压压力，有效解决相继增压柴油机切换过程中因增压压力过低造成的性能严重恶化，增压压力不足、碳烟排放过高、柴油机转速降低严重的问题。

在实施方式中，所述燃气预供阀的通径小于所述燃气阀的通径。

由此，因燃气预供阀的通径小于燃气阀的通径，使得第二列的气缸所产生的废气因燃气阀的孔径大于燃气预供阀的孔径而直接通过燃气阀7排向第二列涡轮，避免了因废气通过排气连通管排向第一列涡轮的问题。

在实施方式中，所述第一列气缸组还包括第一列进气总管，多个所述气缸的另一端并联连通所述第一列进气总管；

所述第二列气缸组还包括第二列进气总管，多个所述气缸的另一端并联连通所述第二列进气总管；

所述第一列进气总管与所述第二列进气总管之间设置有进气连通管路并通过其连通。

由此，第一列增压器可以为第二列气缸组供空气。

在实施方式中，所述第一列进气总管与所述第二列进气总管上分别设置有空冷器。

由此，可以降低进气总管内的空气温度。

在实施方式中，所述第一列气缸组的气缸数量和第二列气缸组的气缸数量相等。

由此，保证柴油机稳定运行。

在本实施方式中，所述排气连通管、所述第二列排气总管以及与燃气预供阀的另一端相互连通而形成一四通。

本发明还提供了一种控制如上所述的相继增压系统的控制方法，包括步骤：

当燃气阀、燃气预供阀和空气阀均处于关闭状态时，打开燃气预供阀和穿轴电机；

打开燃气预供阀和穿轴电机后，当第二列涡轮达到预设转速时，打开燃气阀和空气阀。

由此，在切换过程中能够快速的提供增压压力，有效解决相继增压柴油机切换过程中因增压压力过低造成的性能严重恶化问题。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为本发明的实施例提供的一种相继增压系统的结构示意图；以及

图2为本发明的实施例提供的一种控制的相继增压系统的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

图1为本发明的实施例提供的一种相继增压系统的结构示意图。如图1所示，该系统可以包括：空气阀16、第二列压气机1、第二列空冷器2、第二列进气总管3、气缸4、第二列排气总管5、排气连通管6、燃气阀7、燃气预供阀8、第二列涡轮9、穿轴电机10，第一列排气总管11、第一列进气总管12、第一列空冷器13，第一列增压器14，以及它们之间的连接管路，其中第二列压气机1和第二列涡轮9组成第二列增压器15。

在本实施方式中，该系统可以包括第一、第二两列气缸组。每列气缸组内可以包括多个气缸4。各气缸4之间通过管道并联连通，例如，参照图1所示，第一列的气缸4的进气端设置有第一列进气总管12，各进气端可以分别与第一列进气总管12并联连通；气缸4的排气端设置有第一列排气总管11，各排气端可以分别与第一列排气总管11并联连通。同样地，第二列的气缸4的两侧也类似设置有第二列进气总管3以及第二列排气总管5。在柴油机工作的状态下，由压气机将压缩后的空气通过进气总管注入到气缸4内并与汽化后的燃油混合燃烧，进而驱动气缸4内的活塞运动，燃烧后产生的废气再通过排气总管排出。

第二列压气机1和第二列涡轮9共同组成第二列增压器15。具体地，第二列涡轮9和第二列压气机1之间可以通过传动轴传动连接。第二列涡轮9可以包括进气端和排气端。气缸4内混合燃烧产生的废气通过进气端进入第二列涡轮9内并由排气端排出，从而带动第二列涡轮9转动，第二列涡轮9通过传送轴再带动第二列压气机1工作，第二列压气机1进而能将空气吸入并压缩后通过第二列进气总管3提供给气缸4。同样地，第一列增压器的结构和工作原理与其相似，在此不再赘述。与第一列增压器不同之处在于，为了保证第二列增压器15在启动过程中可以迅速地转到预定的转速，第二列压气机1和第二列涡轮9之间还可以设置有穿轴电机10，穿轴电机10与传动轴传动连接，进而通过驱动传动轴转动，进而带动第二列压气机1工作。例如，当刚开始启动第二列增压器15时，可以同时启动穿轴电机10，穿轴电机10能带动第二列压气机1转动，进而与第二列涡轮9共同配合迅速地将第二列增压器15带动到正常的工作状态。

在本实施例中，空气阀16可以设置在第二列压气机1的空气进气管路上，第一列增压器14和第二列压气机1后可以分别安装有第一列空冷器13和第二列空冷器2，空冷器再与进气总管相连通。第一、第二两列气缸可以通过各自的压气机、空冷器、进气总管将空气注入到气缸4内参与燃烧。可选地，当柴油机运行在低负荷时空气阀16可以关闭，柴油机进气全部由第一列增压器14提供。相应地，第一列进气总管12和第二列进气总管3之间可以设置有进气连通管路17，其用于将第二列增压器15鼓入的空气部分地输送给第二列的气缸4内，第二列增压器15进而可以关闭。

进一步地，相继增压系统还可以包括燃气阀7。燃气阀7可以设置在第二列涡轮9和第二列排气总管5之间且位于第二列排气总管5上。排气连通管6设置在第一列排气总管11和第二列排气总管5之间，用于将两个排气总管连通起来，且燃气阀7位于第二列涡轮9和排气连通管6与第二列排气总管5连接处的之间，当燃气阀7关闭时，第二列的气缸4产生的废气可以通过排气连通管6由第一列涡轮排出，第二列涡轮9此时不转动。

相继增压系统还可以包括燃气预供阀8。该阀体的一端设置在燃气阀7与第二列涡轮9之间，另一端设置在燃气阀7与排气连通管6之间，例如，参照图1所示，排气连通管6、第二列排气总管5以及与燃气预供阀8的另一端相互连通而形成一四通。

柴油机工作在高负荷时，例如在45％额定功率以上，燃气阀7和空气阀16都打开，第一列增压器14以及第二列增压器15均运行，柴油机得到较大的空气流量。低负荷时，例如在44％额定功率以下，燃气阀7、燃气预供阀8和空气阀16均关闭，只有第一列增压器14运行。柴油机进气全部由第一列增压器14提供。第二列的气缸4产生的废气通过排气连通管6由第一列涡轮排出。第二列涡轮9此时不转动。此时柴油机排气能量较低，只运行一台增压器可以有效的提高增压压力和增压系统效率。

当柴油机在加速加载时，增压系统由一台增压器切换至两台增压器。第二列增压器15需要从静止加速至一定转速。结合图1和图2内容，此时，在步骤s10中，燃气阀7、燃气预供阀8和空气阀16均处于关闭状态。首先打开燃气预供阀8和穿轴电机10，第一列以及第二列的气缸4产生的废气可以部分通过燃气预供阀8进入到第二列涡轮9内，第二列涡轮9在进入到内的废气以及穿轴电机10的作用下可以迅速地被提升到正常工作状态下需要的转速，使受控增压器用较少的排气能量就能达到需要的转速。在步骤s20中，当第二列涡轮达到预设转速时，打开燃气阀和空气阀然后再打开空气阀16和燃气阀7，第二列增压器15进而可以通过空气阀16而吸入空气并将其供给第二列气缸，使得第二列增压器15可以用较少的排气能量就能进入到正常的工作状态，进而快速地提供增压压力，有效解决相继增压柴油机切换过程中因增压压力过低造成的性能严重恶化，增压压力不足、碳烟排放过高、柴油机转速降低严重的问题。

进一步地，为了保证该切换过程的稳定，燃气预供阀8的通径可以小于燃气阀7的通径，例如，燃气预供阀8的通径可以为燃气阀7的通径的1/2，使得当刚打开燃气预供阀8后，其内废气的流量较小，只有少部分的废气进入到第二列涡轮9内，进而不会造成第一列涡轮内废气量的突然减少，避免第一列增压器14的压力突然降低，影响柴油机的运转。另外，在第一列的气缸4和第二列的气缸4都正常运行时，因燃气预供阀8的通径小于燃气阀7的通径，使得第二列的气缸4所产生的废气因燃气阀7的孔径大于燃气预供阀8的孔径而直接通过燃气阀7排向第二列涡轮9，避免了因废气通过排气连通管6排向第一列涡轮的问题。

综合上述的内容可以看出，本发明在传统的相继增压系统基础上，为了解决现有技术存在的问题，增设了燃气预供阀8和穿轴电机10，在切换过程中能够快速的提供增压压力，有效解决相继增压柴油机切换过程中因增压压力过低造成的性能严重恶化问题。

此外，参照图2所示，本发明还提供了一种控制如上所述的相继增压系统的方法，包括步骤：

当燃气阀7、燃气预供阀8和空气阀16均处于关闭状态时，打开燃气预供阀8和穿轴电机10；打开燃气预供阀8和穿轴电机10后，当第二列涡轮9达到预设转速时，打开燃气阀7和空气阀16。由此，在切换过程中能够快速的提供增压压力，有效解决相继增压柴油机切换过程中因增压压力过低造成的性能严重恶化问题。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。