[發(fā)明專利]基于電動增壓的高背壓柴油機功率恢復方法及其實施裝置

有效

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• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113864041B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設計）人: 楊名洋;馬澤泰;鄧康耀;石磊;崔毅;張琨
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F02B37/04
• 分類號: F02B37/04;F02B37/12;F02D41/00
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙) 31251
• 代理人: 郭桂峰

一種柴油機技術領域的基于電動增壓的高背壓柴油機功率恢復方法及其實施裝置，功率恢復方法包括以下步驟：利用渦輪流量公式計算得出渦前壓力；利用渦輪能量公式計算得出渦輪所能提供的能量；利用渦輪與壓氣機之間的能量平衡公式與壓氣機效率公式，結合計算求出電動壓氣機后壓力和電動壓氣機后實際溫度；利用能量公式計算出電動壓氣機所需要的能量；根據(jù)計算得出的電動壓氣機所需要的能量值，通過變頻電機對電動壓氣機轉速進行調節(jié)。在本發(fā)明中，電動壓氣機串接在低壓級，當柴油機處于高排氣背壓的環(huán)境時，根據(jù)排氣背壓調節(jié)驅動電機轉速，提高進氣壓力，以達到在高排氣背壓下柴油機進氣量的補充，從而可以實現(xiàn)柴油機功率的恢復。

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種柴油機技術領域的功率恢復方法及其實施裝置，特別是一種帶有變頻電機的基于電動增壓的高背壓柴油機功率恢復方法及其實施裝置。

背景技術

自50年代以來，柴油機因其功率范圍大、燃油消耗率低、維修簡單方便、可靠性高，被廣泛運用于船舶主動力及船用發(fā)電等領域。在水下工作的特殊工況時，由于柴油機排氣管處于海平面以下一定深度，柴油機面臨著高排氣背壓的環(huán)境，且通常最高背壓范圍可高達1.65bar～1.85bar左右。

研究顯示，高背壓環(huán)境對柴油機功率特性產生嚴重影響。當排氣背壓從1.0bar增加至1.65bar時，柴油機輸出功率大幅下降，最大降幅能達到52.9％，柴油機排氣溫度、壓力、煙度均快速增加。通過發(fā)動機運行參數(shù)的分析證實，其主要原因是高背壓導致泵氣損失及殘余廢氣系數(shù)快速增加，增壓渦輪前排氣能量不足，進氣量隨之減少，進而引起燃燒持續(xù)期增長及后燃比例增加。

目前的船舶動力所用的中、大型柴油機已經廣泛采用廢氣渦輪增壓器技術用以提升柴油機輸出功率。渦輪功率依賴其入口端發(fā)動機排氣及出口端環(huán)境的壓力與溫度，在波動高背壓工況下渦輪出口端環(huán)境狀況與大氣背壓工況下出現(xiàn)明顯差異，增壓器性能將會發(fā)生劇烈的變化。因此，單獨靠渦輪增壓器難以滿足高背壓下柴油機的功率恢復。

為滿足船舶動力要求，柴油機需要具備多背壓工況適應能力，在波動高背壓工況下和普通大氣工況下均能提供長時間、穩(wěn)定的高功率輸出，同時其排氣溫度和缸內最大壓力等各項參數(shù)不能超出設計指標以保證其運行可靠性。但是，在現(xiàn)有的技術中還沒有相關的專利。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于電動增壓的高背壓柴油機功率恢復方法及其實施裝置，既可以滿足在穩(wěn)態(tài)高背壓下柴油機功率的恢復，同時也能實現(xiàn)波動高背壓下電機的隨動控制。

本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的，本發(fā)明的基于電動增壓的高背壓柴油機功率恢復方法包括以下步驟：

第一，利用渦輪流量公式計算得出渦前壓力P₃：

第二，利用渦輪能量公式計算得出渦輪所能提供的能量E_T：

第三，利用渦輪與壓氣機之間的能量平衡公式與壓氣機效率公式，結合計算求出電動壓氣機后壓力P₁′和電動壓氣機后實際溫度T₁′：

第四，利用能量公式計算出電動壓氣機所需要的能量E_C1：

第五，根據(jù)計算得出的電動壓氣機所需要的能量值，通過變頻電機對電動壓氣機轉速進行調節(jié)；