单缸柴油机废气再循环系统废气增压装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种柴油机废气增压装置。本发明也涉及一种柴油机废气增压控制方法。
【背景技术】
[0002]废气再循环系统简称EGR，通过使部分排气进入气缸，同新鲜空气混合后进入气缸降低燃烧火焰温度和氧的含量来实现降低NOx的方法，随着全球船舶柴油机NOX相关法律法规越来越严格，EGR已经成为了降低柴油机NOx排放最有效的措施之一。
[0003]单缸机研究在柴油机研究开发中占据着重要地位，特别是单缸机的增压性能研究称为了目前研究的热点，其中包括单缸机EGR技术的实现。对于自然吸气的单缸机，由于排气压力一般都比进气压力要高，因此废气很容易实现回流。对于“增压型”单缸机，由于进排气不稳定，特别是排气不连续，排气量不足，容易造成涡轮增压器喘振，且难以与柴油匹配，因此不宜采用涡轮增压器来实现进气增压。由于高压外气源压力范围可无级调节，作用相当于涡轮增压器的进气增压，因此可以用来替代涡轮增压器，且易于实现，方便调节。但是由于高压气源压力调节范围较大，如何实现不同进气压力下的EGR废气回流成为了新的技术难点，同时如何满足不同工况的EGR调节要求也值得进一步研究。目前现有的单缸柴油机EGR技术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”(申请号: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。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种可以有效解决不同进气压力、不同工况的EGR废气回流以及EGR调节要求的单缸柴油机废气再循环系统废气增压装置。本发明的目的还在于提供一种基于本发明的单缸柴油机废气再循环系统废气增压装置的控制方法。
[0005]本发明的单缸柴油机废气再循环系统废气增压装置包括进气三通阀、排气三通阀、基本增压器、受控增压器、EGR废气缓冲罐、EGR调节阀、EGR冷却器、单向阀，进气三通阀入口与外接气源相连，进气三通阀第一端出口与柴油机气缸相连、第二端出口分别与基本涡轮和受控涡轮相连，基本涡轮和受控涡轮出口通过管道与排气三通阀第一端出口管道相连，排气三通阀入口与柴油机排气相连，排气三通阀第一端出口直接与大气相连、第二端出口分别与基本压气机和受控压气机相连入口相连，基本压气机和受控压气机出口均与EGR废气缓冲罐相连，EGR废气缓冲罐出口与EGR调节阀入口相连，EGR调节阀出口与EGR冷却器入口相连，EGR冷却器出口与单向阀入口相连，单向阀出口与柴油机进气管相连;进气三通阀入口处设置有第一压力传感器，第一端出口处设置有第一流量计;EGR废气缓冲罐出口处设置有第二压力传感器、第二流量计和旁通阀。
[0006]本发明的单缸柴油机废气再循环系统废气增压装置还可以包括:
[0007]基本涡轮和基本压气机构成基本增压器，受控涡轮和受控压气机构成受控增压器;受控涡轮入口前设置有空气阀，受控压气机出口前设置有废气阀。
[0008]基于本发明的单缸柴油机废气再循环系统废气增压装置的控制方法包括:
[0009]首先获得第一压力传感器P1、第二压力传感器P2、第一流量计Ql、第二流量计Q2的实时信号；
[0010]进、排气三通阀的进、出口默认状态均设置为关闭，空气阀、废气阀、EGR调节阀、旁通阀的默认状态均设置为关闭；
[0011](I)当柴油机处于怠速或暖机
[0012]分别打开进、排气三通阀的第一端出口，其余均保持现状；
[0013](2)当柴油机处于中低工况
[0014]同时打开进、排气三通阀的所有出口，且打开空气阀和废气阀，其余阀门均保持现状，压缩空气分别进入基本涡轮和受控涡轮，EGR废气分别进入基本压气机和受控压气机，基本增压器和受控增压器同时工作，EGR废气实现增压之后，共同汇入EGR废气缓冲罐；
[0015]此时判断Pl和P2信号:
[0016]①P1>P2，关闭EGR调节阀，保持旁通阀关闭；
[0017]②若P1<P2，打开EGR调节阀；若|P2-P1 | >2bar时，打开旁通阀，若| P2-P1 |小于2bar，关闭旁通阀；
[0018](3)当柴油机处于高工况
[0019]同时打开进、排气三通阀的所有出口，其余阀门均保持现状;压缩空气进入基本涡轮，EGR废气进入基本压气机，仅基本增压器投入工作;EGR废气完成增压后由基本压气机出口排入EGR废气缓冲罐；
[0020]此时判断Pl和P2信号:
[0021]①P1>P2，关闭EGR调节阀，保持旁通阀关闭；
[0022]②若P1<P2，打开EGR调节阀；若|P2-P1 | >2bar时，打开旁通阀，若| P2-P1 |小于2bar，关闭旁通阀。
[0023]压缩空气气源的进气压力调节范围为:1-1Obar。
[0024]本发明的基本涡轮和基本压气机构成基本增压器，受控涡轮和受控压气机构成受控增压器，基本增压器和受控增压器为并联连接，二者工作方式均为涡轮通入高压、高速的压缩空气，压气机通入EGR废气。二者尺寸可以相同，也可以不同。
[0025]本发明通过高压外气源和两个并联的涡轮增压器，在实现单缸机增压模式的基础上，实现对EGR废气的升压，并根据不同进气压力、不同工况下EGR的不同要求，对EGR废气的压力和循环量进行调节，特别适合于船舶柴油机节能减排以及单缸机试验台架等场所。
[0026]本发明的有益效果是:可以有效解决不同进气压力、不同工况的EGR废气回流以及EGR调节要求。通过控制并联的两个涡轮增压器，利用高压、高速的压缩空气驱动废气涡轮，带动同轴压气机对EGR废气进行增压。该装置能够快速实现中、低工况时大EGR率循环，高工况时的小EGR率循环，可以满足不同EGR方案的循环要求，扩大了 EGR率和EGR循环的调节范围。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的单缸柴油机废气再循环系统废气增压装置的示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明做更详细的描述:
[0029]结合图1，本发明的本发明的单缸柴油机废气再循环系统废气增压装置，包括进气三通阀2、排气三通阀5、基本增压器、受控增压器、废气阀8、空气阀12、旁通阀13、EGR废气缓冲罐11、EGR调节阀16、EGR7令却器17、单向阀4、压力传感器和质量流量计。
[0030]进气三通阀2入口与高压、高速的外接气源相连，进气三通阀2第一端出口与柴油机气缸相连，第二端出口分别与基本涡轮7和受控涡轮10相连，基本涡轮7和受控涡轮10出口通过管道与排气三通阀5第一端出口管道相连;排气三通阀5入口与柴油机排气相连，排气三通阀5第一端出口直接与大气相连，第二端出口分别与基本压气机6和受控压气机9相连入口相连，基本压气机6和受控压气机9出口均与EGR废气缓冲罐11相连，EGR废气缓冲罐11出口与EGR调节阀16入口相连，EGR调节阀16出口与EGR冷却器17入口相连，EGR冷却器17出口与单向阀4入口相连，单向阀4出口与柴油机进气管相连。
[0031]其中，基本涡轮7和基本压气机6构成基本增压器，受控涡轮10和受控压气机9构成受控增压器;受控涡轮1入口前设置有空气阀12，受控压气机9出口前设置有废气阀8;进气三通阀2入口处设置有第一压力传感器I，第一端出口处设置有第一流量计3 ;EGR废气缓冲罐11出口处设置有第二压力传感器14、第二流量计15和旁通阀13。
[0032 ]整个装置共计由第一、第二、第三空气回路和第一、第二、第三废气回路构成:
[0033](I)空气回路。压缩空气由进气