发动机增压方法.pdf

本发明公开了一种发动机增压方法，是在发动机空滤前增加由电机、压气机、传动机构、控制器、电机转速传感器、气体压力传感器等构成的电动增压器，根据所需压力以及压气机特性来设定电机的初始转速，在运行过程中实时采集压气机的出气压力，并根据出气压力实时调整电机转速，形成闭环控制，保持出气压力稳定。本发明通过增加电动增压器的方式，解决在高原低气压情况下，由于进气不足所导致的发动机/发电机组功率下降和突加负载能力降低的问题，电机不受气压影响，能够将输出功率恢复至平原水平，是其它机械增压方式没法超越的。

1.  一种发动机增压方法，其特征在于：在发动机空滤前增加电动增压器，该电动增压器根据所需压力以及电动增压器压气机特性设定电机初始转速，运行过程中实时采集电动增压器压气机出气压力，根据出气压力调整电机转速，形成闭环控制；所述电动增压器包括电机（6）、压气机（5）、传动机构（8）、控制器（7）、电机转速传感器、气体压力传感器，所述气体压力传感器包括大气压力传感器、压气机出气压力传感器（3），其中电机（6）经传动机构（8）连接压气机（5），压气机（5）出口连接发动机进气管（4），控制器（7）输出端连接电机（6），控制器输入端连接气体压力传感器和电机转速传感器，控制器采用单片机控制电路，采集各气体压力传感器的压力信号以及电机转速传感器的转速信号，通过控制程序，输出控制电机的驱动控制信号。

2.  根据权利要求1所述的发动机增压方法，其特征在于：所需压力为设定压力与检测的实际大气压力的差值，当发动机无其它增压器时，设定压力为标准大气压力，有其它增压器时，设定压力为实时计算的标准大气压力与其它增压器出气压力的差值。

3.  根据权利要求1所述的发动机增压方法，其特征在于：还包括压力表（1）、泄压阀（2），所述的压力表（1）和泄压阀（2）安装在发动机进气管（4）上。

发动机增压方法
技术领域
本发明涉及一种发动机增压技术，具体涉及一种发动机增压方法及增压装置。
背景技术
发动机/发电机组依靠燃烧燃料，将化学能转换为机械能/电能。在高海拔低气压情况下，由于进气不足，导致燃烧时氧气不足和工作介质不足，使得燃烧工况恶化，使得发动机/发电机组输出功率下降很多，影响正常使用。
目前发动机所采用的增压器主要有机械增压器和废气涡轮增压器。机械增压器由发动机通过传动机构带动压气机，提高进气压力。废气涡轮增压器是利用发动机排气的能量，驱动涡轮及其同轴安装的压气机旋转做功，提高进入发动机燃烧室的空气密度，从而增加发动机功率。此外还有气波增压器、共振进气管等类型，但通常都不独立使用。机械增压器的缺点是：1、与发动机固定传动比连接，增压效果随发动机转速变化，无法根据需要调节压比以使发动机性能和压气机都处于最佳状态，当海拔升高后，进气压力随大气压降低而降低；2、在不需要时，无法将连接脱开以降低发动机的功率损耗；3、需要占用一定的发动机功率输出接口并受输出接口功率限制；4、与发动机的传动机构和气路连接复杂。
废气涡轮增压器的缺点是：1、只有在大负荷时，才有足够的排气能量用于驱动压气机做功；2、无法完全克服高海拔带来的功率下降；3、由于废气涡轮—压气机存在转动惯量，加之进排气流动的速度限制，对于突加负载存在响应延迟。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种在高原低气压情况下，恢复发动机/发电机组输出功率到正常水平，输出功率不降低的发动机增压方法及增压装置。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种发动机增压方法，是在发动机空滤前增加电动增压器，该电动增压器由电机驱动，根据所需压力以及该电动增压器所配置的压气机特性来设定电机的初始转速，在运行过程中实时采集电动增压器压气机的出气压力，并根据出气压力实时调整电机转速，形成闭环控制，保持出气压力稳定；所述电动增压器包括电机、压气机、传动机构、控制器、电机转速传感器、气体压力传感器，所述气体压力传感器包括大气压力传感器、压气机出气压力传感器，其中电机经传动机构连接压气机，压气机出口连接发动机进气管，控制器输出端连接电机，控制器输入端连接气体压力传感器和电机转速传感器，控制器采用单片机控制电路，采集各气体压力传感器的压力信号以及电机转速传感器的转速信号，通过控制程序，输出控制电机的驱动控制信号。电机运转经传动机构带动压气机进行增压，单片机根据反馈的压气机出气压力，调整电机转速，保持出气压力稳定。
进一步的，所需压力为设定压力与检测的实际大气压力的差值，当发动机为普通发动机，没有其它增压器时，所述设定压力即为标准大气压力，有其它增压器时，设定压力为实时计算的差值压力，该差值压力为标准大气压力与其它增压器出气压力之差。
为了直观观察电动增压器增压情况，并防止控制器、传感器、电机等出现故障导致的压力过高，在发动机进气管上安装压力表和泄压阀。
当发动机配置了其它增压器时，还要增加其它增压器出气压力传感器，该传感器连接控制器的输入端，参与控制。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明通过增加电动增压器的方式，解决在高原低气压情况下，由于进气不足所导致的发动机/发电机组功率下降和突加负载能力降低的问题，电机不受气压影响，能够将输出功率恢复至平原水平，是其它机械增压方式没法超越的。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明程序流程图；
图3是本发明用于非增压发动机的检测控制流程图；
图4是本发明用于增压发动机的检测控制流程图；
其中：1、压力表，2、泄压阀，3、压气机出气压力传感器，4、进气管，5、压气机，6、电机，7、控制器，8、传动机构。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
本发明用于解决在高原低气压情况下，由于进气不足所导致的发动机/发电机组功率下降和突加负载能力降低的问题。
本发明提供一种解决发动机/发电机组在高原低气压情况下功率下降和突加负载能力降低的方法，该方法是在发动机/发电机组空气滤前增加电动增压器，该电动增压器由电机驱动，带动压气机，将进入发动机的空气密度恢复到平原水平或某一中间值，从而改善发动机的燃烧过程，降低油耗和排温，并恢复发动机的输出功率。该电动增压器根据所需压力以及该电动增压器所配置的压气机特性来设定电机的初始转速，在运行过程中实时采集电动增压器压气机的出气压力，并根据出气压力实时调整电机转速，形成闭环控制，保持出气压力稳定。上述所需压力为控制器内的设定压力与检测的实际大气压力的差值，对于非增压发动机，将电动增压器装在发动机进气管处，将进入发动机的空气密度恢复到平原水平（标准大气压），所述设定压力即为标准大气压力。对于增压发动机，将电动增压器装在发动机空气滤和其它增压器之间，将进入发动机的空气密度恢复到某一中间值，所述设定压力为实时计算的差值压力，该差值压力为标准大气压力与其它增压器出气压力之差。
本发明的发动机增压方法需要电动增压器来实现，基于上述方法以及现有技术，发明人设计了一种发动机增压装置，如图1所示，该装置包括电机6、压气机5、传动机构8、控制器7、电机转速传感器（安装在电机轴上，采用编码器，图中没有标出）、气体压力传感器，所述的气体压力传感器包括大气压力传感器（输入控制器，图中没标出）、压气机出气压力传感器3，其中电机6经传动机构8（可以是皮带传动、链条传动，也可以是变速齿轮箱传动，本发明采用变速齿轮箱传动）连接压气机5，压气机5出口连接发动机进气管4，控制器7输出端连接电机6，控制器输入端连接气体压力传感器和电机转速传感器，控制器采用单片机控制电路，采集各气体压力传感器的压力信号以及电机转速传感器的转速信号，通过控制程序，输出控制电机的驱动控制信号，电机运转经传动机构带动压气机进行增压，单片机根据反馈的压气机出气压力，调整电机转速，保持出气压力稳定。
为了直观观察电动增压器增压情况，并防止控制器、传感器、电机等出现故障导致的压力过高，在发动机进气管上安装压力表1和泄压阀2，当出气压力过高时自动泄压；操作者还可以通过压力表及时发现出气压力过高或过低的故障。
当发动机配置了其它增压器时，还要增加其它增压器出气压力传感器，该传感器连接控制器的输入端，参与控制。
工作原理：
图2所示为本发明控制程序流程图，在正常工作时，控制器读取大气压力，根据压气机特性数据选择相应的转速曲线作为电机转速的设定值。在运行中实时读取出气压力和电机转速，及时调整电机转速使出气压力稳定，并识别故障，采取相应的保护措施。
以涡轮增压发动机为例，在空载时，将压气机出气压力设置为接近于平原气压（标准大气压，按照非增压发动机来设定，检测控制流程如图2所示），保证发动机燃烧良好和突加负载时的功率储备。带大负载稳态时，由于发动机自带的废气涡轮增压器具有补偿高原气压下降的能力，因此在保证空气流量的前提下，适当降低压气机出口压力（设定压力为实时计算的标准大气压力与涡轮增压器出气压力之差，检测控制流程如图3所示）。这样既能减少发电机的功率消耗，还能防止由于涡轮增压器的二次增压导致发动机进气压力过高。当出气压力过高时自动泄压。操作者还可以通过压力表及时发现出气压力过高或过低的故障。
应用实例效果：
以BF8M1015C增压柴油机为例，在平原上功率为400kW的发动机，到海拔3500m后功率损失22.5%，即90kW。而要将空载进气压力恢复到平原水平，压气机做功的功率为4kW。按压气机效率60%、电动机效率90%、传动机构效率95%计算，电动增压器只需要消耗8kW的功率即可恢复发动机进气压力到平原水平。