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CN112832901A - 一种两级增压系统、发动机及发动机进排气压差控制方法 - Google Patents

一种两级增压系统、发动机及发动机进排气压差控制方法 Download PDF

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CN112832901A CN202110321438.XA CN202110321438A CN112832901A CN 112832901 A CN112832901 A CN 112832901A CN 202110321438 A CN202110321438 A CN 202110321438A CN 112832901 A CN112832901 A CN 112832901A
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Abstract

本发明涉及发动机技术领域，具体公开了一种两级增压系统、发动机及发动机进排气压差控制方法，该两级增压系统包括第一涡轮增压器、第二涡轮增压器和排气旁通装置，第一涡轮增压器包括第一压气机；第二涡轮增压器包括第二压气机；第一压气机与第二压气机依次间隔设于空气进口与发动机之间；第一压气机与第二压气机之间设有第一空冷器，第一空冷器设有温度调节组件；排气旁通装置用于调节通过第一涡轮增压器和/或第二涡轮增压器的废气量；第一压力传感器和第二压力传感器分别用于检测发动机进气和排气压力，控制器通过第一、第二压力传感器的数据控制温度调节组件。上述设置能够有效对发动机的进气压力及进排气压差进行独立、准确地调节。

Description

一种两级增压系统、发动机及发动机进排气压差控制方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种两级增压系统、发动机及发动机进排气压差控制方法。
背景技术
发动机功率不断提高，涡轮增压方式是增加发动机功率的重要手段。受增压器本身技术的限制，单级增压压比难以大幅提升，因此，两级增压系统在发动机上的应用逐步增多。
增压系统输出的增压压力即发动机的进气压力是发动机的一项重要参数，直接影响发动机的燃烧和性能，其容易受环境的进气温度和压力的影响，增压压力过高会引起发动机爆发压力等机械负荷的升高，而过低会引起发动机燃烧恶化、性能下降。发动机的进排气压差也是影响发动机性能的一项重要参数，进排气压差越大，发动机缸内废气的扫气效果越好，燃烧和性能也越好，但当压差过大时可能造成发动机燃烧的氮氧化物排放超标，以及由于发动机耗气量增加导致的排气温度过低。排气温度过低一方面会降低发动机废气能量利用的数量和效率，另一方面会低于催化还原装置的催化剂工作温度，导致其氮氧化物的转化率不足。因此，发动机进气压力和进排气压差的控制对于优化发动机性能是有利的。
目前，传统发动机的两级增压系统采用排气旁通的方式来调节进气压力和进排气压差之间的关系，但此方式在调节进气压力的过程中，进排气压差会随着进气压力的下降而下降，进排气压差无法独立于进气压力进行调节。无法适应发动机对进气压力和进排气压差两个方面的需求，使得发动机的燃烧和性能受到影响。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种两级增压系统、发动机及发动机进排气压差控制方法，以解决无法适应发动机对进气压力和进排气压差两个方面的需求的问题。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种两级增压系统，该两级增压系统包括：
第一涡轮增压器，包括第一涡轮机和第一压气机；
第二涡轮增压器，包括第二涡轮机和第二压气机；
所述第一压气机与所述第二压气机依次间隔设于空气进口与发动机之间；
所述第一涡轮机与所述第二涡轮机依次间隔设于废气出口与发动机之间；
所述第一压气机与所述第二压气机之间设有第一空冷器；
所述第一空冷器设有温度调节组件；所述温度调节组件用于调节所述第一空冷器出口处空气的温度；
排气旁通装置，所述排气旁通装置用于调节通过所述第一涡轮增压器和/或第二涡轮增压器的废气量；
第一压力传感器，所述第一压力传感器用于监测所述发动机的进气压力值；
第二压力传感器，所述第二压力传感器用于监测所述发动机的排气压力值；
控制器，所述控制器与所述第一压力传感器和所述第二压力传感器连接，并通过所述第一压力传感器和所述第二压力传感器反馈的数据控制所述温度调节组件和所述排气旁通装置。
可选地，所述排气旁通装置包括第一排气管和第一放气阀，所述第一排气管的入口设于所述第二涡轮机和所述发动机之间，所述第一放气阀设于所述第一排气管，所述第一放气阀能调节通过所述第二涡轮机和所述第一涡轮机的废气量。
可选地，所述排气旁通装置还包括第二排气管和第二放气阀；
所述第一排气管的出口设于所述第一涡轮机与所述废气出口之间，所述第二排气管的入口设于所述第一涡轮机和所述第二涡轮机之间；所述第二排气管的出口设于所述第一放气阀和所述第一排气管的出口之间，所述第二放气阀设于所述第一排气管且位于所述第二排气管的出口和所述第一排气管的出口之间。
可选地，所述温度调节组件包括水冷冷却件以及与所述水冷冷却件连通的进水管路与出水管路，所述进水管路设有阀体，所述控制器能控制所述阀体的开度以控制进入水冷冷却件的冷却液体的流量。
可选地，所述水冷冷却件为冷却管，所述冷却管绕设在所述第一空冷器的内部，所述冷却管的走向与空气流动方向垂直，所述冷却管用于冷却流经所述第一空冷器的空气。
可选地，所述阀体为三通阀，所述三通阀的入水口与出水口串联于所述进水管路，所述三通阀的旁路通过旁通管与所述出水管路连通。
可选地，所述第一空冷器与所述第二压气机之间设有温度传感器与第三压力传感器，所述控制器能根据所述第三压力传感器测得的数值计算饱和蒸汽温度，且能通过控制所述温度调节组件以使得温度传感器测得的温度高于所述饱和蒸汽温度。
可选地，所述温度传感器与所述第三压力传感器均的通过可拆卸的方式设于所述第一空冷器与所述第二压气机之间的管路。
第二方面，本发明提供一种发动机，包括上述任一方案中的两级增压系统。
第三方面，本发明提供一种发动机进排气压差控制方法，其中，包括以下步骤：
a.通过第一压力传感器监测发动机的进气压力值；
b.通过控制器将所述进气压力值和当前转速与负荷下的目标值进行对比；
c.当所述进气压力值与所述目标值不同时，通过温度调节组件调节第一空冷器出口处空气的温度；
通过排气旁通装置调节通过第一涡轮增压器和/或第二涡轮增压器的废气量；
其中，当所述进气压力值小于所述目标值时，降低所述第一空冷器出口处空气的温度，提高通过所述第一涡轮增压器和/或所述第二涡轮增压器的废气量，当所述进气压力值大于所述目标值时，升高所述第一空冷器出口处空气的温度，降低通过所述第一涡轮增压器和/或所述第二涡轮增压器的废气量。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种两级增压系统，该两级增压系统通过监测发动机的转速和负荷，控制器按照预先标定数据计算出实时最佳的进气压力和进排气压差。通过传感器检测到发动机的进气压力值和排气压力值，当进排气压差低于计算的最佳值时，减小三通阀的旁通开度，减少进入旁通管的冷却水量，增加进入第一空冷器的冷却水量，增大进排气压差；反之则增大三通管的旁通开度。而当进气压力低于计算的最佳值时，减小第一放气阀的开度，提高进气压力；反之则增大第一放气阀的开度。通过对发动机的进气压力和进排气压差的实时监测，并对三通阀、第一放气阀进行调控，保证上述参数始终处于预设值范围。该设置能够有效对发动机的进气压力及进排气压差进行独立、准确地调节，能适应发动机对进气压力和进排气压差两个方面的需求，有利于使发动机保持在预设的燃烧性能。
附图说明
图1为本发明实施例中带有第一排气管的两级增压系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中带有第一排气管和第二排气管的两级增压系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中进气压力和进排气压差的变化规律图。
图中：
1、第一涡轮增压器；
11、第一涡轮机；12、第一压气机；
2、第二涡轮增压器；
21、第二涡轮机；22、第二压气机；
3、温度调节组件；
31、进水管路；32、出水管路；33、旁通管；34、阀体；
4、第一空冷器；5、第二空冷器；6、发动机；7、第一汽水分离器；8、第二汽水分离器；
91、第一排气管；92、第二排气管；93、第一放气阀；94、第二放气阀。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
目前，传统发动机两级增压系统采用排气旁通装置的方式来调节进气压力，具体方法如下：
首先保证在极限环境下排气旁通装置关闭时，进气压力不会过低以至于影响发动机6的燃烧和性能，而对于进气压力超过优化范围后，通过控制排气旁通装置的开度来降低进气压力，同时，进排气压差随着进气压力的下降而下降。此调节方式，使得进排气压差无法独立于进气压力进行调节，当最佳的进气压力和最佳的进排气压差不满足相关函数关系时，则无法通过排气旁通装置完成调节，只能保证其中一个最佳值，牺牲另一个最佳值。
如图1-2所示，本实施例提供一种两级增压系统，该两级增压系统包括第一涡轮增压器1与第二涡轮增压器2和排气旁通装置，第一涡轮增压器1包括第一涡轮机11与第一压气机12；第二涡轮增压器2包括第二涡轮机21与第二压气机22；第一涡轮机11与第二涡轮机21依次间隔设于废气出口与发动机6之间；第一压气机12与第二压气机22依次间隔设于空气进口与发动机6之间；第一压气机12与第二压气机22之间设有第一空冷器4；第二压气机22与发动机6之间设有第二空冷器5；第一空冷器4设有温度调节组件3；温度调节组件3用于调节第一空冷器4出口处空气的温度；排气旁通装置用于调节通过第一涡轮增压器1和/或第二涡轮增压器2的废气量；两级增压系统还包括第一压力传感器和一个控制器，第一压力传感器用于监测发动机6的进气压力值；第二压力传感器用于监测发动机6的排气压力值；控制器与第一压力传感器和第二压力传感器连接，并通过第一压力传感器和第二压力传感器反馈的数据控制温度调节组件3和排气旁通装置。
本实施例通过传感器检测到发动机6的进气压力值，控制器根据检测到的发动机6的进气压力值控制温度调节组件3对第一空冷器4进行温度调节，以改变第二压气机22进气口的温度和第二压气机22出气口处的压力值，该设置能够有效对发动机6的进气压力值进行及时准确的调节，避免发动机6内的压力过高或者过低，有利于使发动机6保持在预设的燃烧性能，也能控制发动机6的进气压力值和进排气压差的关系。
同时，通过排气旁通装置控制进入第一涡轮增压器1和/或第二涡轮增压器2的废气量，也能控制发动机6的进气压力值和进排气压差的关系。
本实施例利用温度调节组件3和排气旁通装置对于发动机6进气压力和进排气压差特性关系之间的差异，通过调节发动机6不同的进气温度与进入第一涡轮增压器1和/或第二涡轮增压器2的废气量，来实现不同的进气压力和进排气压差组合。
具体地，如图3所示，方形标记的线条为某型发动机单独采用温度调节组件3对第二压气机22进气口温度进行控制时，发动机6的进气压力和进排气压差的变化规律。圆形标记的线条为某型发动机单独采用排气旁通控制时，发动机6进气压力和进排气压差的变化规律。
其中，方形标记的线条是通过控制进入第一空冷器4冷却水量实现第二压气机22进气温度由44℃增加到108℃过程中进排气压差随进气压力变化的规律。圆形标记的线条是通过增大第一放气阀93的开度实现废气旁通率由0％增加到5.2％过程中进排气压差随进气压力变化的规律，其中，需要说明的是，废气旁通率越大，进入第二涡轮增压器2和第一涡轮增压器1的废气量相同且逐渐减小。从中可以看出随着进气压力的下降，圆形标记的线条的斜率要小于方形标记的线条的斜率。利用两种进排气压差随进气压力变化曲线不同的技术的特点，可以将两种技术手段组合起来使用，实现一定区域内任意进气压力和进排气压差的调节，即图中圆形标记的线条和方形标记的线条之间的区域，区域内任意一点的进气压力和进排气压差均能实现，且均可以有若干种废气旁通率和第二压气机22进气口温度的组合来实现。
由上可知，通过本实施例的设置，在一定范围内，能实现最佳的进气压力和最佳的进排气压差共存的状态，以适应发动机6对进气压力和进排气压差两个方面的需求，使得发动机6的燃烧和性能获得提升。
示例性地，由于第二压气机22进气口温度控制的方式在相同进气压力变化下的进排气压差变化较大，对于进排气压差控制的敏感性较好，因此，选择通过控制第二压气机22进气口的温度来闭环控制进排气压差。同理，选择废气旁通率来闭环控制进气压力。
关于排气旁通装置，本实施例中，可选地，排气旁通装置包括第一排气管91和第一放气阀93，第一排气管91的入口设于第二涡轮机21和发动机6之间，第一放气阀93设于第一排气管91，第一放气阀93能调节通过第二涡轮机21和第一涡轮机11的废气量。该设置使得调节第一放气阀93即可控制通过第一涡轮增压器1与第二涡轮增压器2的废气量，结构简单，控制方便。
当然，在其他实施例中，排气旁通装置还可以包括第二排气管92和第二放气阀94；第一排气管91的出口设于第一涡轮机11与废气出口之间，第二排气管92的入口设于第一涡轮机11和第二涡轮机21之间；第二排气管92的出口设于第一放气阀93和第一排气管91的出口之间，第二放气阀94设于第一排气管91且位于第二排气管92的出口和第一排气管91的出口之间。该设置既可以单独控制通过第一涡轮增压器1或第二涡轮增压器2的废气量，也可以同时控制通过第一涡轮增压器1与第二涡轮增压器2的废气量。其中，当第一放气阀93闭合，可以通过第二放气阀94调节通过第一涡轮增压器1的废气量；当第二放气阀94闭合，可以通过第一放气阀93调节通过第二涡轮增压器2的废气量；当第一放气阀93和第二放气阀94同时打开，则可以同时调节通过第一涡轮增压器1和第二涡轮增压器2的废气量。
测量发动机6进气压力的第二传感器出现故障，导致调节失效，进而影响发动机6的燃烧性能。由于进排气压差与进气压力相对应，控制器还可以通过发动机6进排气压差或者出气压力值对发动机6的进气压力进行控制，其控制方式同样采用温度调节组件3对第一空冷器4的温度进行调节，以改变第二压气机22出口处的压力值。为此，本实施例中，两级增压系统还包括第四压力传感器，第四压力传感器用于监测发动机6的排气压力值，该值可以作为第二压力传感器的校核值，当第二压力传感器测得的值在预设范围内时，控制器可以采用第二压力传感器的值作为参考值，当第二压力传感器出现故障，测得的值不在预设范围内时，控制器采用第四压力传感器的值作为参考值，当有利于提高发动机6的燃烧性能的稳定性。另外，第二传感器与第四传感器测得的值均在预设范围内时，两个数值可以求得进排气压差，该数值用于判断扫除尾气的能力更加精确。
可选地，温度调节组件3包括水冷冷却件以及与水冷冷却件连通的进水管路31与出水管路32，进水管路31设有阀体34，控制器能控制阀体34的开度以控制进入水冷冷却件的冷却液体的流量。该设置通过水冷冷却件对第一空冷器4进行控温，易实现，且成本低。
可选地，水冷冷却件为冷却管，冷却管绕设在第一空冷器4的内部，冷却管的走向与空气流动方向垂直，冷却管用于冷却流经第一空冷器4的空气。空气流过冷却管表面得到冷却。进一步地，冷却管沿空气流动方向设有多层，每层均蛇形弯折排布，该设置能对第一空冷器4进行有效地冷却。作为优选，冷却管设有翅片，且翅片在冷却管上远离第一空冷器4一侧的焊接形状为蛇形，该设置进一步提高了冷却管的冷却效率。
可选地，阀体34可以为三通阀，三通阀的入水口与出水口串联于进水管路31，三通阀的旁路通过旁通管33与出水管路32连通。该设置可以通过调节旁通管33的开度调节进入冷却管的冷却体液的流量，当旁通管33的开度增大，进入冷却管的流量减少，第一空冷器4的降温效果降低，进入第二压气机22的气体的温度升高，第二压气机22的消耗增加，第二压气机22出口的压力降低，进入发动机6的气体的压力降低；反之，旁通管33的开度减小，进入发动机6的气体的压力升高。当然，在其他实施例中，阀体34还可以为二通阀，此时仅需要调节二通阀的出水口的开度即可调节进入冷却管的冷却液体的流量。
另外，温度调节组件3还可以为但不限于风冷式或者水冷与风冷结合的方式。
可选地，第一空冷器4与第二压气机22之间设有第一汽水分离器7。该设置能将进入第二压气机22的气体中的水分进行吸收，一方面有利于提高第二压气机22的工作效率；另一方面，还有利于延长第二压气机22的使用寿命。
可选地，第二压气机22与发动机6之间设有第二空冷器5，第二空冷器5与发动机6之间设有第二汽水分离器8。该设置能将进入发动机6的气体中的水分进行吸收，一方面有利于提高发动机6的工作效率；另一方面，还有利于延长发动机6的使用寿命。
可选地，第一空冷器4与第二压气机22之间设有温度传感器与第三压力传感器，控制器能根据第三压力传感器测得的数值计算饱和蒸汽温度，通过控制温度调节组件3以使得温度传感器测得的温度高于饱和蒸汽温度。该设置使得进入第二压气机22的气体的温度高于在当前压力下的饱和蒸汽温度，进而避免进入第二压气机22的气体中的液态水析出，节省安装水滴分离器的前提下能提供干燥的气体，提高了第二压气机22的工作效率，且还有利于延长第二压气机22的使用寿命。
温度传感器与第三压力传感器均通过可拆卸的方式设于第一空冷器4与第二压气机22之间的管路。进一步地，管路的侧壁设有贯通的第一孔与第二孔，温度传感器与压力传感器分别通过第一孔与第二孔连接于管路。
可选地，第一空冷器4与第二压气机22之间的管路设有螺纹孔，温度传感器与压力传感器的外侧设有螺纹且均能与螺纹孔螺接。该设置能提高温度传感器与压力传感器和管路的连接效率。
本实施例还提供一种发动机，包括上述方案中的两级增压系统。
本实施例还提供一种发动机进排气压差控制方法，其中，包括以下步骤：
a.通过第一压力传感器监测发动机6的进气压力值。
b.通过控制器将进气压力值和当前转速与负荷下的目标值进行对比。
c.当进气压力值与目标值不同时，通过温度调节组件3调节第一空冷器4出口处空气的温度；通过排气旁通装置调节通过第一涡轮增压器1和/或第二涡轮增压器2的废气量。
其中，当进气压力值小于目标值时，降低第一空冷器4出口处空气的温度，提高通过第一涡轮增压器1和/或第二涡轮增压器2的废气量，当进气压力值大于目标值时，升高第一空冷器4出口处空气的温度，降低通过第一涡轮增压器1和/或第二涡轮增压器2的废气量。
可选地，通过调节旁通管33的开度来调节进入冷却管的冷却液的流量，进而控制第一空冷器4的降温效果。调节原理见上述。
可选地，调节原理基于公式
Figure BDA0002993025370000121
调节第一空冷器4的温度，以调整第二压气机22出气口的压力值；式中γ为气体比热容比，低压空气取1.4；
Figure BDA0002993025370000122
为空气流量；Rg为气体常数，空气取287J/kg·K；η为第二压气机22效率；p2和p1分别是第二压气机22出气口和进气口的压力值；T为第二压气机22进气口的温度，P为第二压气机22消耗的功率。
其中，公式一为
Figure BDA0002993025370000123
公式二为
Figure BDA0002993025370000131
公式一由公式二推导出来，由公式二可以看出，通过降低第二压气机22的进口温度可以减小第二压气机22消耗的功率。
从另一个角度来说，如果废气能量、第一涡轮增压器1和第二涡轮增压器2的效率(涡轮效率与压气机效率之积)以及空气流量保持不变，则第一涡轮机11和第二涡轮机21获得的功率不变，第二压气机22和第一压气机12所消耗的功率不变，第一压气机12出口压力保持不变(参考公式二)，第二压气机22进口压力等于第一压气机12出口压力减去第一空冷器4压力损失，而第一空冷器4损失与空气流量相关，因此第二压气机22进口压力也保持不变。
当第二压气机22进口压力p1、消耗功率P、效率η以及空气流量
Figure BDA0002993025370000132
保持不变时，公式一中p1、
Figure BDA0002993025370000133
均为常值，此时，第二压气机22出口压力会随着进口温度的降低而增大。发动机6的进气压力等于第二压气机22出口压力减去第二空冷器5和第二汽水分离器8的压损，两者压损在空气流量不变的情况下不会有较大变化，所以发动机6的进气压力也将随之增加，而发动机6的排气压力基本等于第一涡轮机11进口压力保持不变，因此，发动机6进排气压差将增大，有利于空气将发动机6缸内的废气扫出。同时发动机6进气压力的提高使得缸内充入更多空气，也有利于发动机6的缸内燃烧性能。反之，当发动机6进气压力过高、缸内空气过多时，可提高第二压气机22进口温度，从而保障发动机6安全稳定运行。
由于空气从第一空冷器4的出口经第一汽水分离器7后进入第二压气机22的进口，此过程中除经流动通道的壁面有少量传热外不会大幅改变空气温度，因此，可以将第一空冷器4出口的空气温度等同于第二压气机22进口温度。由此，可以在第一空冷器4出口设置温度传感器代替监测发动机6进气压力值的第一压力传感器，该设置一方面，节约了成本，另一方面，改变了传感器的安装位置，提高了传感器的安装效率。
以排气旁通装置仅有第一放气阀93为例对工作过程进行介绍，其中，调节第一放气阀93能同时通过对第一涡轮增压器1与第二涡轮增压器2废气量进行调节。本实施例中，通过调节三通阀、第一放气阀93，以保持发动机6的进气压力和进排气压差均能保持在经优化的设计值。通过监测发动机6的转速和负荷，控制器按照预先标定数据计算出实时最佳的进气压力和进排气压差。当进排气压差低于计算的最佳值时，减小三通阀的旁通开度，减少进入旁通管33的冷却水量，增加进入第一空冷器4的冷却水量，增大进排气压差；反之则增大三通管的旁通开度。而当进气压力低于计算的最佳值时，减小第一放气阀93的开度，提高进气压力；反之则增大第一放气阀93的开度。通过对发动机6的进气压力和进排气压差的实时监测，并对三通阀、第一放气阀93进行调控，保证进气压力和进排气压差均始终处于预设值或者预设值范围。
另外，在其他实施例中，还可以通过调节第一放气阀93和第二放气阀94共同作用，以调节废气旁通率。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种两级增压系统，其特征在于，包括：
第一涡轮增压器(1)，包括第一涡轮机(11)和第一压气机(12)；
第二涡轮增压器(2)，包括第二涡轮机(21)和第二压气机(22)；
所述第一压气机(12)与所述第二压气机(22)依次间隔设于空气进口与发动机(6)之间；
所述第一涡轮机(11)与所述第二涡轮机(21)依次间隔设于废气出口与发动机(6)之间；
所述第一压气机(12)与所述第二压气机(22)之间设有第一空冷器(4)；
所述第一空冷器(4)设有温度调节组件(3)；所述温度调节组件(3)用于调节所述第一空冷器(4)出口处空气的温度；
排气旁通装置，所述排气旁通装置用于调节通过所述第一涡轮增压器(1)和/或第二涡轮增压器(2)的废气量；
第一压力传感器，所述第一压力传感器用于监测所述发动机(6)的进气压力值；
第二压力传感器，所述第二压力传感器用于监测所述发动机(6)的排气压力值；
控制器，所述控制器与所述第一压力传感器和所述第二压力传感器连接，并通过所述第一压力传感器和所述第二压力传感器反馈的数据控制所述温度调节组件(3)和所述排气旁通装置。
2.根据权利要求1所述的两级增压系统，其特征在于，所述排气旁通装置包括第一排气管(91)和第一放气阀(93)，所述第一排气管(91)的入口设于所述第二涡轮机(21)和所述发动机(6)之间，所述第一放气阀(93)设于所述第一排气管(91)，所述第一放气阀(93)能调节通过所述第二涡轮机(21)和所述第一涡轮机(11)的废气量。
3.根据权利要求2所述的两级增压系统，其特征在于，所述排气旁通装置还包括第二排气管(92)和第二放气阀(94)；所述第一排气管(91)的出口设于所述第一涡轮机(11)与所述废气出口之间，所述第二排气管(92)的入口设于所述第一涡轮机(11)和所述第二涡轮机(21)之间；所述第二排气管(92)的出口设于所述第一放气阀(93)和所述第一排气管(91)的出口之间，所述第二放气阀(94)设于所述第一排气管(91)且位于所述第二排气管(92)的出口和所述第一排气管(91)的出口之间。
4.根据权利要求1所述的两级增压系统，其特征在于，所述温度调节组件(3)包括水冷冷却件以及与所述水冷冷却件连通的进水管路(31)与出水管路(32)，所述进水管路(31)设有阀体(34)，所述控制器能控制所述阀体(34)的开度以控制进入水冷冷却件的冷却液体的流量。
5.根据权利要求4所述的两级增压系统，其特征在于，所述水冷冷却件为冷却管，所述冷却管设在所述第一空冷器(4)的内部，所述冷却管的走向与空气流动方向垂直，所述冷却管用于冷却流经所述第一空冷器(4)的空气。
6.根据权利要求4所述的两级增压系统，其特征在于，所述阀体(34)为三通阀，所述三通阀的入水口与出水口串联于所述进水管路(31)，所述三通阀的旁路通过旁通管(33)与所述出水管路(32)连通。
7.根据权利要求1所述的两级增压系统，其特征在于，所述第一空冷器(4)与所述第二压气机(22)之间设有温度传感器与第三压力传感器，所述控制器能根据所述第三压力传感器测得的数值计算饱和蒸汽温度，且能通过控制所述温度调节组件(3)以使得温度传感器测得的温度高于所述饱和蒸汽温度。
8.根据权利要求7所述的两级增压系统，其特征在于，所述温度传感器与所述第三压力传感器均通过可拆卸的方式设于所述第一空冷器(4)与所述第二压气机(22)之间的管路。
9.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的两级增压系统。
10.一种发动机进排气压差控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.通过第一压力传感器监测发动机(6)的进气压力值；
b.通过控制器将所述进气压力值和当前转速与负荷下的目标值进行对比；
c.当所述进气压力值与所述目标值不同时，通过温度调节组件(3)调节第一空冷器(4)出口处空气的温度；
通过排气旁通装置调节通过第一涡轮增压器(1)和/或第二涡轮增压器(2)的废气量；
其中，当所述进气压力值小于所述目标值时，降低所述第一空冷器(4)出口处空气的温度，提高通过所述第一涡轮增压器(1)和/或所述第二涡轮增压器(2)的废气量，当所述进气压力值大于所述目标值时，升高所述第一空冷器(4)出口处空气的温度，降低通过所述第一涡轮增压器(1)和/或所述第二涡轮增压器(2)的废气量。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114135391A (zh) * 2021-12-13 2022-03-04 潍柴动力股份有限公司 中冷器控制系统、控制方法以及装置
CN114294092A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 一种发动机用动态空气补偿与排温管理系统
CN114294095A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 发动机冷端动态空气补偿与旁通节气门后置排温管理系统
CN114294098A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 柴油机用动态空气补偿及排温管理系统
CN114294097A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 发动机热端动态空气补偿与旁通节气门后置排温管理系统
CN114294101A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 柴油机动态空气补偿及热管理系统
CN114294100A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 发动机用热端动态空气补偿与带加热装置的排温管理系统

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1387058A2 (de) * 2002-08-03 2004-02-04 DaimlerChrysler AG Verfahren zur Ladedruckregelung eines Verbrennungsmotors
DE102009005285A1 (de) * 2009-01-21 2010-07-29 Audi Ag Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
CN202832771U (zh) * 2012-09-18 2013-03-27 中国人民解放军军事交通学院 高原功率恢复二级可调增压装置
CN103615309A (zh) * 2013-12-10 2014-03-05 吉林大学 内燃机全工况可调的两级增压系统
US20140358404A1 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 General Electric Company System and method of operating an internal combustion engine
RU152163U1 (ru) * 2013-08-07 2015-05-10 Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и системой обработки выхлопных газов
DE102014211127A1 (de) * 2014-06-11 2015-12-17 Ford Global Technologies, Llc Aufgeladene Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Abgasturboladern und Abgasrückführung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
CN105386856A (zh) * 2015-12-08 2016-03-09 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 用于内燃机的两级相继增压系统以及内燃机
DE102015208418A1 (de) * 2015-05-06 2016-11-10 Ford Global Technologies, Llc R2S Aufladesystem mit Zwischenabgasnachbehandlung
US20180058310A1 (en) * 2016-08-24 2018-03-01 General Electric Company Systems and method for an engine bypass valve
CN108104941A (zh) * 2017-12-30 2018-06-01 中国科学院工程热物理研究所 一种高空两级涡轮增压器冷却系统及其调控方法
EP3587762A2 (en) * 2018-06-27 2020-01-01 Borgwarner Inc. Multi-stage turbocharger with bypass to an aftertreatment system
CN212583793U (zh) * 2020-06-30 2021-02-23 潍柴重机股份有限公司 一种船用柴油机外循环冷却系统
CN214616755U (zh) * 2021-03-25 2021-11-05 中船动力研究院有限公司 一种两级增压系统及发动机

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1387058A2 (de) * 2002-08-03 2004-02-04 DaimlerChrysler AG Verfahren zur Ladedruckregelung eines Verbrennungsmotors
DE102009005285A1 (de) * 2009-01-21 2010-07-29 Audi Ag Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
CN202832771U (zh) * 2012-09-18 2013-03-27 中国人民解放军军事交通学院 高原功率恢复二级可调增压装置
US20140358404A1 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 General Electric Company System and method of operating an internal combustion engine
RU152163U1 (ru) * 2013-08-07 2015-05-10 Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и системой обработки выхлопных газов
CN103615309A (zh) * 2013-12-10 2014-03-05 吉林大学 内燃机全工况可调的两级增压系统
DE102014211127A1 (de) * 2014-06-11 2015-12-17 Ford Global Technologies, Llc Aufgeladene Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Abgasturboladern und Abgasrückführung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
DE102015208418A1 (de) * 2015-05-06 2016-11-10 Ford Global Technologies, Llc R2S Aufladesystem mit Zwischenabgasnachbehandlung
CN105386856A (zh) * 2015-12-08 2016-03-09 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 用于内燃机的两级相继增压系统以及内燃机
US20180058310A1 (en) * 2016-08-24 2018-03-01 General Electric Company Systems and method for an engine bypass valve
CN108104941A (zh) * 2017-12-30 2018-06-01 中国科学院工程热物理研究所 一种高空两级涡轮增压器冷却系统及其调控方法
EP3587762A2 (en) * 2018-06-27 2020-01-01 Borgwarner Inc. Multi-stage turbocharger with bypass to an aftertreatment system
CN212583793U (zh) * 2020-06-30 2021-02-23 潍柴重机股份有限公司 一种船用柴油机外循环冷却系统
CN214616755U (zh) * 2021-03-25 2021-11-05 中船动力研究院有限公司 一种两级增压系统及发动机

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114294100A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 发动机用热端动态空气补偿与带加热装置的排温管理系统
CN114294101B (zh) * 2021-11-19 2023-05-23 东风商用车有限公司 柴油机动态空气补偿及热管理系统
CN114294095A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 发动机冷端动态空气补偿与旁通节气门后置排温管理系统
CN114294098A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 柴油机用动态空气补偿及排温管理系统
CN114294097A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 发动机热端动态空气补偿与旁通节气门后置排温管理系统
CN114294101A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 柴油机动态空气补偿及热管理系统
CN114294092A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东风商用车有限公司 一种发动机用动态空气补偿与排温管理系统
CN114294098B (zh) * 2021-11-19 2023-05-23 东风商用车有限公司 柴油机用动态空气补偿及排温管理系统
CN114294100B (zh) * 2021-11-19 2023-05-23 东风商用车有限公司 发动机用热端动态空气补偿与带加热装置的排温管理系统
CN114294092B (zh) * 2021-11-19 2023-05-23 东风商用车有限公司 一种发动机用动态空气补偿与排温管理系统
CN114294097B (zh) * 2021-11-19 2023-05-23 东风商用车有限公司 发动机热端动态空气补偿与旁通节气门后置排温管理系统
CN114294095B (zh) * 2021-11-19 2023-05-23 东风商用车有限公司 发动机冷端动态空气补偿与旁通节气门后置排温管理系统
CN114135391B (zh) * 2021-12-13 2023-01-06 潍柴动力股份有限公司 中冷器控制系统、控制方法以及装置
CN114135391A (zh) * 2021-12-13 2022-03-04 潍柴动力股份有限公司 中冷器控制系统、控制方法以及装置

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