增压柴油机多模式切换增压结构及增压方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及的是一种增压柴油机机构及其增压方法。
【背景技术】
[0002]增压技术一直作为提高柴油机性能的主要手段，尤其以废气涡轮增压技术为主。但是随着增压比的提高，增压器的匹配矛盾也就越突出，增压器的匹配难以同时满足柴油机所有工况运行时的燃烧空气的需要，在部分负荷下扭矩不足，热负荷增大。因此，使柴油机在所有工况范围内获得良好的运行性能，已成为急需解决的问题。针对高增压柴油机低工况性能较差和增压器与柴油机之间的匹配问题，国内外开发了各种涡轮在增压系统。如相继增压、进排气旁通增压、变截面涡轮增压、高工况放气增压等。
[0003]其中，相继增压(Sequential Turbo Charging)系统简称STC系统，由2台或2台以上涡轮增压器并联组成增压系统，随着增压发动机转速和负荷的增长，相继按顺序投入运行。在转速或负荷低于某设定值时，切断一台或几台增压器涡轮的废气以及压气机的空气供给，使废气集中流过工作着的增压器涡轮，增加其废气流量，提高涡轮效率，从而能够充分利用废气能量，提高增压压力，改善柴油机低工况的燃油经济性、动力性和排放性。而当发动机转速或负荷高于某设定值时，令被切断的一台或几台增压器重新投入使用，以保证发动机的高工况性能。
[0004]二级增压技术也称作双增压技术，是将两个涡轮增压器串联布置，空气经过两个串联的压气机压缩，压气机分别由两个涡轮(不同轴)驱动，柴油机排气先经过高压级涡轮，然后进入低压级涡轮。随着负荷和转速的增长，按照次序投入运行，从而拓宽了增压系统的流量范围，能够获得更好的瞬态响应性和低速转矩性能。
[0005]由于相继增压是并联运行，因此更多适用于流量范围大而压比低的工况点，特别是高转速、低负荷工况。而二级增压是串联运行，因此更多适用于流量范围小而压比大的工况点，特别是低转速、高负荷工况。
[0006]此进排气旁通增压系统是将来自增压器的一部分增压空气进入到涡轮内，使进入到涡轮内的流量、能量增加，涡轮的效率也随之提高，从而使增压压力提高、低工况性能得以改善。
[0007]高工况放气增压旨在解决柴油机缸内最高爆发压力过高，对柴油机进气采取部分旁通的技术手段，从而保证柴油机在高负荷、高转速下的运行性能。
[0008]虽然上述增压系统都可以一定程度的提高涡轮增压器与柴油机的匹配性能，扩大增压柴油机的运行范围，但由于每一种增压系统均是各有优缺点，为了进一步改善高增压柴油机低工况性能，扩大涡轮的当量流通面积的变化范围，考虑将各增压系统有机结合起来，覆盖更多的增压柴油机运行工况。
[0009]目前已经公布的专利中，如专利“200710144757.9”中并未涉及自然吸气和二级增压的工作模式，因此对怠速或暖机工况、高负荷工况的改善效果并不是很好；专利“200510025774.0”中所述技术方案未涉及怠速或暖机工况以及高工况对爆压的保护，同时该系统结构复杂性还有待提高；专利“201406533135.8”仅涉及相继增压与二级增压之间的切换，并不涉及怠速或者暖机工况以及高工况对爆压的保护，同时过多的阀门及管道额外增加了系统的成本和复杂性，需要进一步改善。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供实现自然吸气模式、单涡轮增压模式、双涡轮相继增压模式、双涡轮二级增压模式以及高工况放气增压模式等多模式切换的增压柴油机多模式切换增压结构及增压方法。
[0011 ]本发明的目的是这样实现的:
[0012]本发明增压柴油机多模式切换增压结构，其特征是:包括A列气缸、B列气缸、第一涡轮增压器、第二涡轮增压器、第一电动三通阀、第二电动三通阀、第三电动三通阀，第一涡轮增压器包括同轴的第一压气机和第一涡轮，第二涡轮增压器包括同轴的第二压气机和第二涡轮，第一压气机通过A列进气管连接A列气缸，第一涡轮通过A列排气管连接A列气缸，第二压气机通过B列进气管连接B列气缸，第二涡轮通过B列排气管连接B列气缸，A列进气管和B列进气管通过进气连通管相通，A列排气管和B列排气管通过排气连通管相通，第一压气机的入口处设置第一电动三通阀，第一电动三通阀的第一端口与第一压气机入口相连，第一电动三通阀的第二端口与大气相通，第一电动三通阀的第三端口与第一旁通管相连，第一旁通管与第二压气机和进气连通管之间的B列进气管相通，第一涡轮的出口处设置第二电动三通阀，第二电动三通阀的第一端口与第一涡轮出口相连，第二电动三通阀的第二端口与大气相通，第二电动三通阀的第三端口与第二旁通管相连，第二涡轮入口处的B列排气管上设置第三电动三通阀，第三电动三通阀的第一端口与排气连通管相连，第三电动三通阀的第二端口与第二涡轮入口相连，第三电动三通阀的第三端口与第二旁通管相连。
[0013]本发明增压柴油机多模式切换增压结构还可以包括:
[0014]1、A列进气管上安装A列中冷器，B列进气管上安装B列中冷器，第二旁通管与进气连通管之间的B列进气管上安装空气阀。
[0015]本发明增压柴油机多模式切换增压方法，其特征是:采用如下增压结构:
[0016]包括A列气缸、B列气缸、第一涡轮增压器、第二涡轮增压器、第一电动三通阀、第二电动三通阀、第三电动三通阀，第一涡轮增压器包括同轴的第一压气机和第一涡轮，第二涡轮增压器包括同轴的第二压气机和第二涡轮，第一压气机通过A列进气管连接A列气缸，第一涡轮通过A列排气管连接A列气缸，第二压气机通过B列进气管连接B列气缸，第二涡轮通过B列排气管连接B列气缸，A列进气管和B列进气管通过进气连通管相通，A列排气管和B列排气管通过排气连通管相通，第一压气机的入口处设置第一电动三通阀，第一电动三通阀的第一端口与第一压气机入口相连，第一电动三通阀的第二端口与大气相通，第一电动三通阀的第三端口与第一旁通管相连，第一旁通管与第二压气机和进气连通管之间的B列进气管相通，第一涡轮的出口处设置第二电动三通阀，第二电动三通阀的第一端口与第一涡轮出口相连，第二电动三通阀的第二端口与大气相通，第二电动三通阀的第三端口与第二旁通管相连，第二涡轮入口处的B列排气管上设置第三电动三通阀，第三电动三通阀的第一端口与排气连通管相连，第三电动三通阀的第二端口与第二涡轮入口相连，第三电动三通阀的第三端口与第二旁通管相连;A列进气管上安装A列中冷器，B列进气管上安装B列中冷器，第二旁通管与进气连通管之间的B列进气管上安装空气阀；
[0017](I)当柴油机处于怠速或暖机时:
[0018]打开第一电动三通阀的第二端口和第三端口，保持第一电动三通阀的第一端口关闭；打开第二电动三通阀的第二端口和第三端口，保持第二电动三通阀的第一端口关闭；打开第三电动三通阀的第一端口和第三端口，保持第三电动三通阀的第二端口关闭；打开空气阀；
[0019]空气通过第一电动三通阀的第二端口-第三端口间通道进入B列进气管，在流经空气阀之后进入柴油机气缸；
[0020]柴油机排气通过第三电动三通阀第一端口-第三端口间通道进入第二旁通管，再经由第二电动三通阀第三端口-第二端口间通道排入大气，第一涡轮增压器、二涡轮增压器均不工作，柴油机实现自然吸气工作模式；
[0021](2)当柴油机处于低速、低负荷时:
[0022]打开第一电动三通阀的第一端口和第二端口，保持第一电动三通阀的第三端口关闭；打开第二电动三通阀的第一端口第二端口，保持第二电动三通阀的第三端口关闭；关闭第三电动三通阀的第一端口；关闭空气阀；此时有且仅有第一涡轮增压器投入工作；
[0023]柴油机A、B列排气通过排气连通管共同汇入A列排气管，之后流入第一涡轮，完成膨胀做功之后经由第二电动三通阀的第一端口-第二端口间通道排入大气；空气通过第一电动三通阀第二端口-第一端口间通道进入第一压气机，压缩空气则通过进气连通管分别进入A、B列气缸参与燃烧；
[0024](3)当柴油机处于中低转速、中高负荷时:
[0025]打开第一电动三通阀的第一端口和第三端口，保持第一电动三通阀的第二端口关闭；打开第二电动三通阀的第一端口和第三端口，保持第二电动三通阀的第二端口关闭；打开第三电动三通阀的第二端口和第三端口，保持第三电动三通阀的第一端口关闭；关闭空气阀；
[0026]柴油机A、B列排气通过排气连通管共同汇入A列排气管之后，流入第一涡轮，完成膨胀做功之后，经由第二电动三通阀第一端口-第三端口间通道流入第二旁通管，再由第三电动三通阀第三端口-第二端口间通道流入第二涡轮，完成二次膨胀做功之后排入大气；
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