[发明专利]基于高压空气二级增压的单缸柴油机EGR装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

随着船舶有关NO_X排放法规的日益严格，如何有效降低柴油机NO_X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，如运用气泵、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方案主要通过气泵或者风机来实现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。

发明内容

本发明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。本发明的目的还在于提供一种基于本发明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。

本发明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。

基于本发明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P1＜P2，打开电磁控制阀；②若P1＞P2，关闭电磁控制阀；

(3)当进气压力范围为1-5bar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：

①P1＜P2，打开电磁控制阀；②若P1＞P2。关闭电磁控制阀；

外气源的进气压力范围为1bar-10bar。