[发明专利]船用柴油机涡轮增压器喘振预测控制装置和控制方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及柴油机涡轮增压技术，具体涉及柴油机涡轮增压器喘振的预测与控制技术。

(二)背景技术

喘振是发动机的一种不正常的工作状态，是由压气机内的空气流量和压气机转速偏离设计状态过多而引发的。喘振是发动机的致命故障，严重时可能导致发动机停车甚至发动机致命损坏，所以喘振事件是一项不可忽视的大问题。目前在授权的发明专利中多数是应用于工业压缩机领域的，只有美国通用公司于2004年6月4日在中国申请的题为“自动检测和避免发动机上涡轮增压器喘振的装置和方法”的发明专利是与发动机增压器有关的，其技术方法是通过测量增压器转速来判断是否发生喘振，通过调整发动机其它各参数来控制喘振，申请号为200410045240.X。美国卡明斯公司于2006年4月10日申请在中国申请的题目为“用于控制涡轮增压器压缩机喘振系统”的发明专利通过判断随转速变化的新鲜空气的质量流率来判断喘振，并通过改变EGR和VCT阀位置控制喘振，其申请号为200610074680.7。

在柴油机领域，特别是船用柴油机，增压技术被广泛应用，并且柴油机为了获得更大的功率，通常都是工作在喘振线附近。分析增压器压缩机的特性曲线，在某些特定的工作状态下，增压器可能会出现通常所讲的“喘振”状态。一般而言，在增压器入口处气流量较低或高压力比时容易出现喘振事件，由此导致增压器叶片被迫在这种高入射角的条件下进行工作，使叶片上产生明显的气流分离，在增压器内产生很强的气流波动，严重时可能将增压器或柴油机损坏出现重大事故。由喘振出现的原因得知，喘振主要是由叶片扩压器引起的，通常是通过改变叶片扩压器喉口面积的办法来改变喘振线的位置，以减小喘振现象出现的概率，但发动机的工况总是在变化的，上述方法只能在某个范围内起到作用，具有一定的局限性，不具有实时预测和控制功能。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够大大减少增压器喘振事件在船用柴油机工作中出现的频率，同时避免因此而出现重大事故的船用柴油机涡轮增压器喘振预测控制装置和控制方法。

本发明的处理装置为：它包括转速传感器、压力传感器、喘振调节阀、电源模块、喘振预测控制单元、空气循环装置、废气分流装置、数据记录和指示装置，调节阀包括喘振一级调节阀和喘振二级调节阀，转速传感器安装在柴油机的飞轮壳上，压力传感器安装在柴油机涡轮增压器压缩机的出口处，空气循环装置安装在压缩机出口和外界空气入口之间、连接喘振一级调节阀，废气分流装置安装在排气总管出口和涡轮增压器后排气管出口之间、连接喘振二级调节阀，转速传感器和压力传感器连接喘振预测控制单元，喘振预测控制单元分别连接调节阀、电源模块、空气循环装置、废气分流装置、数据记录和指示装置；所述的空气循环装置为压缩机前进气管经喘振一级调节阀和压缩机后连接出气管6；所述的废气分流装置为涡轮增压器前排气管经喘振二级调节阀2连接涡后排气管。

本发明的处理装置还有这样一些结构特征：

1、所述的其特征在于所述的转速传感器连接转速信号调理A/D模块，转速信号调理A/D模块连接喘振预测控制单元和数据存储模块；压力传感器经压力信号调理电路连接V/F转换电路，V/F转换电路连接频率计，频率计连接喘振预测测控制单元，另外压力传感器经压力信号调理A/D电路连接数据存储模块。

2、所述的喘振预测控制单元包括喘振预测分析模块和喘振控制模块，喘振预测分析模块连接转速传感器和压力传感器，喘振控制模块连接喘振预测分析模块、调节阀、电源模块、空气循环装置、废气分流装置、数据记录和指示装置；

3、所述的喘振控制模块连接电磁装置，电磁装置连接调节阀，调节阀均为电磁阀；

4、所述的数据记录和指示装置包括喘振参数存储模块和喘振指示灯。

本发明的控制方法为：

首先接收传感器反馈的转速和出口压力数据；

将预先试验得到的各转速下对应的喘振压力波动频率和波动幅值，通过插值的方法得到整个转速范围内喘振压力波动频率和波动幅值，与实际所测的转速和喘振压力波动频率和波动幅值进行对比分析；

分析结果中若有喘振先兆，控制空气循环装置进行预防；如果不存在喘振先兆，空气循环装置不动作，增压器正常工作；

柴油机若突然发生喘振，控制废气分流装置进行废气分流，启动数据存储模块、指示灯变亮；当出口压力波动峰值小于喘振压力，且一定时间内小于喘振压力值的出口压力波动峰值波动次数小于规定值时，认为喘振消失，命令废气分流装置关闭，空气循环装置仍然打开，直到出口压力小于规定值时，空气循环装置关闭，增压器正常工作。