CN100363608C - 柴油机加速过程快速补气的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油机加速快速补气装置及方法，属于消除柴油机加速烟度排放技术。所述的装置包括在非增压柴油机进气管滤清器后面，在与进气管并联的补气管上设置电动压气机；对增压柴油机，在与进气管并联的补气管上设置电动压气机，与废气涡轮增压器构成串联装置；或者是与废气涡轮增压器构成并联装置。所述的方法是，当柴油机油门踏板上的加速度响应传感器，接收加速信号后，电控单元启动电动压气机，电动压气机可单独向柴油机进气实施快速补气，或是与废气涡轮增压器串联或并联向柴油机进气实施快速补气。本发明的优点在于，装置结构简单，易于实现造价低，操作过程可靠，采用该技术能使柴油机的碳烟排放比原机降低30%以上。

Description

柴油机加速过程快速补气的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种实现柴油机加速过程快速补气的装置及方法，属于降低柴油机加速过程烟度排放技术。

背景技术

增压技术是提高柴油机性能的重要措施，越来越多的柴油机采用增压技术，一方面提高燃油经济性，另一方面减少排气污染。但是，增压柴油机在加速时，由于增压器的压气机进气响应速度与喷油泵的燃油供应速度不同步，造成加速过程冒烟严重。尤其是需要频繁起步和加速的公交车用的柴油机更是如此。加速冒烟不仅对环境空气质量是一个严重污染，更有甚者，过浓的冒烟，不仅不会使加速度增大，甚至因为燃油太浓反而造成加速恶化。另外，由于所冒之烟为未燃尽之柴油，对燃料也是一种浪费。因此，减少柴油车起步加速时的冒烟意义极大。目前国际上解决加速冒烟的基本办法有：(一)在柴油机上采用高压喷射以及对喷油***进行电子控制。这一做法技术难度大，国内目前难以实现。(二)采用超低含硫量的高品质柴油，但目前国内供应的柴油品质难以达标。(三)在柴油机燃油泵内增装限油装置，减缓燃油在加速时供应速度以和空气相匹配，此措施的负面作用在于加速时间延长。(四)采用多级增压***。此方法对提高柴油机加速性能效果很好，但***十分复杂，而且制造成本高昂，目前仅在一些高级或特殊用途车辆上应用。国内尚无见到很好的解决方法。鉴于上述情况，为做到柴油机无烟燃烧，并节约宝贵的石油资源，改进和提高柴油机加速性能的燃烧技术十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柴油机加速过程快速补气的装置与方法。该加速过程补气装置结构简单，其方法操作运行可靠，补气技术能有效降低柴油机加速过程的烟度的排放。

本发明是通过下述技术方案加以实现的。一种柴油机加速过程补气的装置，对于非增压的发动机，其特征在于：该装置包括在空气滤清器后进气管A上设置一个常开电磁阀2，并在过滤器出口和常开电磁阀之后并联一个补气管B。该补气管上设置电动压气机5，它由高速无刷电机6驱动，高速无刷电机由控制单元9及油门加速传感器10控制运转。

对于增压发动机，一种补气装置，其特征在于：该装置包括在空气滤清器与废气涡轮增压气之间的进气管A上设置一个常开电磁阀，并在空气滤清器出口至废气涡轮增压器之前于进气管A上并联一个补气管B。在该补气管上设置一个电动压气机5，它由高速无刷电机6驱动，高速无刷电机由控制单元9及油门加速传感器10控制运转。

对于增压发动机，另一种补气装置，其特征在于：该装置包括在空气滤清器出口处至废气涡轮增压器之后的进气管A上并联一个补气管B。在该补气管上设置一个电动压气机，且在它之后的补气管上设置一个压力控制阀2′。电动压气机5由高速无刷电机6驱动，高速无刷电机由控制单元9及油门加速传感器控制运转。

采用上述快速补气装置实现发动机起步加速过程进行快速补气的方法，其特征在于包括下列具体做法：

1.非增压发动机，当油门踏板上感知加速信号后，通过电控单元9，向高速无刷电机6供电，同时接通控制进气管电磁阀门2，关闭进气管A，发动机进气经过补气管B，由电动压气机5向发动机燃烧室供气。一旦加速过程结束，便即刻切断电动压气机和进气管上控制阀门2的电源，进气管控制阀门复位，发动机进气直接经过进气管A向发动机燃烧室供气。

2.增压发动机，当电动压气机5置于空气滤清器1之后废气涡轮增压器之前的补气管上。当油门踏板上感知加速信号后，通过电控单元，向高速无刷电机6供电，同时接通控制进气管电磁阀门2，关闭进气管A，发动机进气从补气管B，经过电动压气机5和废气涡轮增压器压气机顺次增压后，向发动机燃烧室供气。一旦加速过程结束，便即刻切断电动压气机和进气管上控制阀门的电源，进气管控制阀门复位，发动机进气直接经过进气管A向发动机燃烧室供气。

3.增压发动机，当电动压气机5置于空气滤清器1出口处到废气涡轮增压器之后的补气管上。当油门踏板上感知加速信号后，通过电控单元9，向高速无刷电机6供电，当电动压气机5出口压力超过废气涡轮增压器压气机的出口压力时打开压力控制阀2′，发动机进气同时进入进气管A和补气管B，分别经废气涡轮增压器和电动压气机同时增压后向发动机燃烧室供气。加速过程结束，便即刻切断电动压气机和进气管上压力控制阀门的电源，进气管控制阀门复位，发动机进气直接经过进气管A，由废气涡轮增压器增压后向发动机燃烧室供气。

本发明的优点在于，在起步加速工况下，在增压柴油机上以电动压气机和涡轮增压器同时向柴油机燃烧室供气，以确保加速过程中足量空气的供应，达到减少碳烟的目的。采用加速快速补气***后，柴油机的碳烟排放原机降低30％以上，力求做到加速无烟。同样此电动压气机***也可应用于非增压柴油机，达到很好的效果。

采用本发明的装置对现有机型的柴油机，可以方便地进行改装，易于实现造价低，不仅可以提高加速响应的动力性要求，提高其瞬态排放品质，而且可以节能，减小原机达到更严格排放标准的难度；对新开发的机型，可以与柴油机供气***进行联合优化设计，达到降低成本和提高排放品质的双重作用。

附图说明

图1为应用于非增压柴油机上的本发明结构框图。

图2为应用于增压柴油机上本发明串联结构框图。

图3为应用于增压柴油机上本发明并联结构框图。

图4为电驱动压气机的结构示意图。

图5为控制策略流程图。

图中：1为空气滤清器，2为常开电磁阀门，2′为压力控制阀，3为废气涡轮，4为废气涡轮增压器压气机，5为电动压气机，6为高速无刷电机，7为蓄电池，8为发电机，9为控制单元，10为油门加速传感器，11***，12为联接法兰，13为锁紧螺母，14为压气机叶轮。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，本发明由设置在柴油机油门踏板上的加速度响应传感器10，接收此信号的控制单元9，控制进气管的常开电磁阀门2，电动压气机5，驱动压气机的高速无刷电机6等组成。电动压气机由高速无刷电机6通过联接法兰12定位与压气机5相连。高速无刷电机主轴直接和带动压气机叶轮14的转轴用锁紧螺母刚性联接，减少速度滞后和速差。高速无刷电机的电源为蓄电池7，也可以为柴油机上的发电机8。

稳态工况下，发动机上的废气涡轮增压器能够提供足够的压力，废气经排气管使废气涡轮增压器压气机4旋转，驱动废气涡轮增压器上的压气机叶轮旋转。进气管A上的电磁阀门2为常开状态，空气经过滤清器1过滤后，直接进入进气管A，通过废气涡轮增压器压气机进入气缸。  在加速工况时，由于废气涡轮的迟滞性，使进入气缸的燃料与空气的比例不合理，所以启动电动压气机进行补气。

如图1所示，电动压气机可安装在非增压发动机上独立使用。在加速工况时，油门加速传感器10接收加速信号，并将信号传送到控制单元9。控制单元9对加速度进行判断，当超过设定域值时关闭电磁阀门2并启动高速无刷电机6，经过滤清器过滤的空气进入补气管B，经高速无刷电机6驱动的压气机5直接进入发动机的燃烧室。

如图2所示，在增压发动机上，电驱动压气机与废气涡轮增压器串联。当加速工况时，油门加速传感器10接收加速信号，并将信号传输到控制单元9。控制单元9对加速度进行判断，当超过设定域值时关闭电磁阀门2并启动高速无刷电机6。经过滤器过滤的空气进入补气管B，经高速无刷电机6驱动的压气机5进入气管C，再经废气涡轮增压器的压气机4顺次增压后进入发动机的燃烧室。

如图3所示，电动压气机和废气涡轮增压器并联使用时，在电动压气机后的D气管上安装压力控制阀2′。当加速工况时，油门加速传感器10接收加速信号，并将信号传输到控制单元9。控制单元9对加速度进行判断，当超过设定域值时启动高速无刷电机6，当电动压气机出口压力超过废气涡轮增压器压气机的出口压力时打开压力控制阀2′，否则关闭此阀，以防止进气管A的进气回流到D气管。

电动压气机运转一定时间后，加速过程结束，便即刻切断电动压气机和电磁阀门2或压力控制阀2′的电源，进气管电磁阀门2或压力控制阀2′复位，发动机进气经过进气管A，此时仅废气涡轮增压器给发动机供气。采用加速快速补气***后，确保了加速时足量空气供应，达到降低碳烟的目的。

上述的操作过程，可以通过单片机控制实现，控制策略如图5所示。

实施例：

1.在直喷式增压型发动机上进行如图2所示的进气管布置，即电动压气机安装在原柴油涡轮增压器和空气滤清器之间。电动压气机由GWD1500高速无刷电机驱动，转速可达24000r/min。在一定恒转矩下，由步进电机匀速带动油门执行器拉动油门线向加油方向运动，使转速增加，改变步进电机步进间隔时间，可改变转速变化率，在油门踏板处安装加速传感器检测加速度。电控单元主要由MS-51单片机组成，可以采集发动机转速，扭矩，加速度等信号，并由此判断发动机工作工况，来发出电动压气机的启动信号。电动压气机的工作时间设定为15秒。

2.当转矩为95N.m，转速从700r/min加速到2000r/min，电动压气机在此过程工作，使原机烟度FSU值4.30降低到2.83，下降比例为34.2％。

Claims (6)

1.一种柴油机加速过程快速补气的装置，对非增压柴油机，其特征在于：该装置包括在空气滤清器后进气管A上设置一个常开电磁阀(2)，并在过滤器出口和常开电磁阀之后并联一个补气管B，该补气管上设置电动压气机(5)，它由高速无刷电机(6)驱动，高速无刷电机由控制单元(9)及油门加速传感器(10)控制运转。

2.一种柴油机加速过程快速补气的装置，对于增压发动机，其特征在于：该装置包括在空气滤清器与废气涡轮增压器之间进气管A上设置一个常开电磁阀，并在空气滤清器出口至废气涡轮增压器之前于进气管A上并联一个补气管B，在该补气管上设置一个电动压气机(5)，它由高速无刷电机(6)驱动，高速无刷电机由控制单元(9)及油门加速传感器(10)控制运转。

3.一种柴油机加速过程快速补气的装置，对于增压发动机，其特征在于：该装置包括在空气滤清器出口处至废气涡轮增压器之后的进气管A上并联一个补气管B，在该补气管上设置一个电动压气机，且在它之后的补气管上设置一个压力控制阀(2′)，电动压气机(5)由高速无刷电机(6)驱动，高速无刷电机由控制单元(9)及油门加速传感器控制运转。

4.一种采用权利要求1所述的柴油机加速过程快速补气的装置进行补气的方法，其特征在于包括下列具体做法：当油门踏板上感知加速信号后，通过电控单元(9)，向高速无刷电机(6)供电，同时接通控制进气管电磁阀门(2)，关闭进气管A，发动机进气经过补气管B，由电动压气机(5)向发动机燃烧室供气，一旦加速过程结束，便即刻切断电动压气机和进气管上控制阀门(2)的电源，进气管控制阀门复位，发动机进气直接经过进气管A向发动机燃烧室供气。

5.一种采用权利要求2所述的柴油机加速过程快速补气的装置进行补气的方法，其特征在于包括下列具体做法：电动压气机(5)置于空气滤清器(1)之后废气涡轮增压器之前的补气管上，当油门踏板上感知加速信号后，通过电控单元，向高速无刷电机(6)供电，同时接通控制进气管电磁阀门(2)，关闭进气管A，发动机进气从补气管B，经过电动压气机(5)和废气涡轮增压器压气机顺次增压后，向发动机燃烧室供气，一旦加速过程结束，便即刻切断电动压气机和进气管上控制阀门的电源，进气管控制阀门复位，发动机进气直接经过进气管A向发动机燃烧室供气。

6.一种采用权利要求3所述的柴油机加速过程快速补气的装置进行补气的方法，其特征在于包括下列具体做法：电动压气机(5)置于空气滤清器(1)出口处到废气涡轮增压器之后的补气管上，当油门踏板上感知加速信号后，通过电控单元(9)，向高速无刷电机(6)供电，当电动压气机(5)出口压力超过废气涡轮增压器压气机的出口压力时打开压力控制阀(2′)，发动机进气同时进入进气管A和补气管B，分别经废气涡轮增压器和电动压气机同时增压后向发动机燃烧室供气，加速过程结束，便即刻切断电动压气机和进气管上压力控制阀门的电源，进气管控制阀门复位，发动机进气直接经过进气管A，由废气涡轮增压器增压后向发动机燃烧室供气。

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