[发明专利]相继增压系统防喘振控制装置和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及柴油机的涡轮增压技术，具体涉及到柴油机相继涡轮增压系统的 防喘振技术。

背景技术

提高柴油机升功率最有效的手段之一是提高增压度。但随着增压比的提高， 增压器与柴油机的匹配矛盾更加突出.涡轮增压器不能满足柴油机全工况运行的 需要，使部分负荷扭矩不足，热负荷增大。一些特殊的增压系统被发展用以改善 高增压柴油机的低负荷性能，相继增压系统就是其中之一。它的基本工作原理 是采用多个小型涡轮增压器，随柴油机工况的提高，相继按次序地投入运行，改 变了常规串联增压系统在低工况时由于排气能量减少而使涡轮转速下降，增压压 力不足，柴油机得不到要求扭矩所必须的空气量，从而出现燃烧恶化、功率下降 的现象。在标定工况，柴油机的每台增压器都在高效率区工作，效率高、燃油消 耗率低；在部分工况，减少投入使用的涡轮增压器数量，使得投入使用的增压器 仍然在高效率区附近工作，最大限度地增加了气缸的进气量，从而改善了柴油机 的动力性与经济性。可见，相继增压技术是解决高Pe柴油机低工况问题的一种最 为有效的方法。

离心式压气机是废气涡轮增压器的主要组成部分，在涡轮增压器工作过程 中，特别是在相继增压系统切换过程中，由于空气阀相对于燃气阀的延迟开启， 造成流经压气机的流量几乎为零，内部流场基本处于紊乱，随着空气阀的开启， 压气机出口流量稍有增加，但仍然是很小的，进口气流的方向就和叶片角很不一 致，这时冲角大大增加，引起流道中边界层严重分离，使流道进出口出现强烈的 气流脉动，这就是所谓的“喘振”。喘振控制可通过打开压缩机的旁通阀或直接 将一部分气体放空以维持压缩机的最低流量来实现。但是使气体通过旁路或放空 都意味着浪费能量，所以通常总希望既能防止喘振又能不浪费能量。

相继增压系统需要通过控制阀的开闭来实现涡轮增压器的切换，一般采用气 动的开关蝶阀，同时要求转换阀有较快的响应速度，这样可以缩短转换时间，避 免喘振和倒流等不良现象的发生。对于相继增压系统来讲，在合理的时机打开燃 气阀和空气阀是可以避免压气机喘振的，但是很多时候，燃气阀和空气阀之间的 延迟时间的控制受太多因素影响，比如控制空气的压力及其波动情况、气动阀体 气缸的摩擦，气路管道的容积和长短等，这些因素都可能使得空气阀没有按时打 开，有时还是会发生喘振现象。

目前在已授权或公布的专利中，涉及到防止涡轮增压器喘振的较多，比如申 请号为“200410045240.X”的“自动检测和避免发动机上的涡轮增压器喘振的装 置和方法”专利；申请号为“200710072228.1”的“船用柴油机涡轮增压器喘振 预测控制装置和控制方法”专利。它们主要是把防喘振技术单纯地运用在防止涡 轮增压器喘振上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够防止柴油机相继增压系统转换过程中喘振 的相继增压系统防喘振控制装置。本发明的目的还在于提供一种相继增压系统防 喘振控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的喘振的相继增压系统防喘振控制装置的组成包括柴油机转速传感 器、涡轮增压器转速传感器、压力传感器、空气流量计、空气阀、燃气阀、空气 循环阀、空气旁通阀、空气循环管道、空气旁通管道、信号调理模块、信号采集 模块、信号处理模块、存储模块、电磁装置、阀体驱动装置；压力传感器安装在 涡轮增压器压气机出口管道；空气流量计安装在涡轮增压器压气机进口管道；空 气阀安装在受控涡轮增压器压气机出口管道；燃气阀安装在受控涡轮增压器涡轮 进口管道；1#空气循环阀的一端连接到1#涡轮增压器压气机进口管道，另一端 连接在空气循环管道的一端；2#空气循环阀的一端连接到2#涡轮增压器压气机 进口管道，另一端连接在空气循环管道的另一端；空气循环管道是一个三通管道， 它的另一端连接在两台压气机出口；空气旁通管道一端连接在两台压气机出口， 另一端连接在两台涡轮入口管道，中间装有空气旁通阀；所述各传感器、流量计 及各阀的反馈信号输入信号调理模块；信号采集模块对调理完的模拟电信号转换 为数字信号送入信号处理模块；信号处理模块对采集到的各传感器信号进行分析 处理，输出控制指令；存储模块存放一些喘振数据以备信号处理模块使用；电磁 装置气动开关阀的气路进行控制；阀体驱动装置对电动阀进行驱动，接受并完成 信号处理模块的指令。