一种单缸发动机的进气边界控制装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种单缸发动机的进气边界控制装置，该进气边界控制装置包括空气压缩机、板式换热器、冷冻干燥机和进气加热器等部件，使单缸发动机在不同环境条件和不同运行工况下，获得和整机相同的进气温度。本发明专利技术中的单缸发动机的进气边界控制装置，与现有的单缸发动机进气系统相比，进气温度调节范围大，使单缸发动机在不同环境条件和不同运行工况下均能精确模拟整机的进气边界条件，从而有助于准确地预测整机的性能及排放。此外，本发明专利技术还提供了一种单缸发动机的进气边界的控制方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发动机的进气系统，具体地，涉及一种单缸发动机的进气边界控制装置和方法。
技术介绍
单缸发动机具有设计、制造简单，试验时各参数独立性强、需更换试验件数量少、大幅降低试验成本等优点，是一种常用的试验机。在发动机新机型研发过程中，有必要先通过单缸发动机试验筛选零部件匹配方案、验证主要零部件的可靠性，以降低整机的试验成本和开发风险。对于船用大型发动机，由于整机造价高、试验成本高，通过单缸发动机模拟整机先期开展零部件开发和性能验证试验就显得更为重要。船用大型发动机均采用增压、中冷的进气方式，最大增压比可以达到5以上，整机在不同的环境条件和不同的运行工况，作为进气边界条件之一的进气温度在较大的范围内变化。现有技术中，当外部环境温度较高时，进气温度较高，在一定运行工况下使得单缸发动机的进气温度比整机高。进气温度高会造成气缸充气效率降低，导致燃烧温度升高，增加活塞、缸盖和气缸套的热负荷，同时会增加废气中的NOx含量，使单缸发动机NOx排放预测值偏高，造成单缸发动机对整机性能、可靠性和排放的预测不够准确。进一步，为了实现单缸发动机对整机工作过程更精确的模拟，期望单缸发动机的进气系统还能精确地模拟整机的进气压力和/或压力波的波形，以在进气系统具有温度调节的功能的基础上，使单缸发动机在不同的环境条件和不同的运行工况下，获得和整机近似相同的进气边界条件。因此，有必要提出一种单缸发动机的进气边界控制装置，从而解决上述现有技术中的诸多不足中的至少一者。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的专利技术内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为了解决上述现有技术中的诸多不足中的至少一者，本专利技术公开了一种单缸发动机的进气边界控制装置，该进气边界控制装置用于模拟整机的进气边界条件，其中，该进气边界控制装置包括：空气压缩机，该空气压缩机设置为加压来自外部环境的空气并经由出口端向外输出加压后的空气；板式换热器，该板式换热器通过管路连接到所述空气压缩机的出口端，从而接受来自所述空气压缩机的空气以降低空气的温度；冷冻干燥机，该冷冻干燥机通过管路连接到所述板式换热器，从而接收来自所述板式换热器的空气以进一步降低空气的温度和湿度；一级进气稳压筒，该一级进气稳压筒通过管路连接到所述冷冻干燥机，从而接收来自所述冷冻干燥机的空气以稳定空气的压力；进气加热器，该进气加热器通过管路连接到所述一级进气稳压筒，从而接收来自所述一级进气稳压筒的空气以提高空气的温度；二级进气稳压筒，该二级进气稳压筒通过管路连接到所述进气加热器，从而接收来自所述进气加热器的空气以稳定空气的压力；进气稳压箱，该进气稳压箱通过管路连接到所述二级进气稳压筒以接收来自所述二级进气稳压筒的空气以进一步稳定空气的压力，所述进气稳压箱通过管路连接到单缸发动机，以向所述单缸发动机供给能模拟整机进气边界条件的空气。根据本专利技术中的单缸发动机的进气边界控制装置，与现有的单缸发动机的进气系统相比，进气温度调节范围更大，即使在外部环境温度高时也能将进气冷却到整机进气温度以下，从而使单缸发动机在不同环境条件和不同运行工况下(尤其是外部环境温度高的情况下)均能够精确模拟整机的进气边界条件，从而有助于比较准确的预测整机的性能及排放。优选地，所述进气稳压箱连接到单缸发动机的管路为可调整的进气谐振管，并且所述二级进气稳压筒、所述进气稳压箱和所述进气谐振管中的至少一者构造成能够调整单缸发动机的进气的压力和/或压力波的波形。根据优选的进气边界控制装置，能够根据发动机的具体运行参数及工况，灵活调整进气稳压筒、进气稳压箱和进气谐振管路的结构形式，使得发动机的进气压力波动与多缸整机保持一致。优选地，其中所述板式换热器为气液板式换热器，所述板式换热器包括：分别位于换热器两端的空气入口和空气出口，所述空气入口和所述空气出口通过空气流道联通；位于换热器一侧的冷却液入口和冷却液出口，所述冷却液入口和所述冷却液出口通过冷却液流道联通；其中所述空气流道和所述冷却液流道能够以串联或者并联的方式设置。根据优选的进气边界控制装置，能够利用气液板式换热器高效地对加压后的空气进行换热冷却，从而扩大进气温度的调节范围以在不同的环境条件和不同运行工况下精确模拟整机的进气边界条件。优选地，还包括并联地设置在所述一级进气稳压筒和所述进气加热器之间的进气压力粗调阀和进气压力细调阀，以及设置在所述进气加热器的入口端的管路上的进气压力传感器；其中所述进气压力传感器采集该管路中的气体压力，并将该压力转换为控制信号反馈至所述进气压力细调阀。根据优选的进气边界控制装置，能够根据外部控制信号和/或进气压力传感器传来的控制信号对进气进行节流控制，从而将进气压力调节至目标进气压力。优选地，还包括经由带旁通调压阀的管路连接到所述一级进气稳压筒的旁通消音器和设置在所述一级进气稳压筒上的压力传感器，其中所述压力传感器采集所述一级进气稳压筒中的气体压力并将该压力转换为控制信号反馈至所述旁通调压阀进行开度调节从而将所述一级进气稳压筒中的压力维持在目标阈值压力。根据优选的进气边界控制装置，能够根据一级进气稳压筒中的气体压力所转换的控制信号对旁通调压阀进行开度调节，从而将所述一级进气稳压筒中的压力维持在目标阈值压力，从而提高了整个进气边界控制装置的操作安全性。优选地，还包括设置在所述进气加热器和所述二级进气稳压筒间的管路上的进气温度传感器，其中所述进气温度传感器采集经由所述进气加热器加热后的气体温度并将该温度转换为控制信号反馈至所述进气加热器。根据优选的进气边界控制装置，根据进气温度传感器测量得到的实时进气温度与目标进气温度的差值，通过优选为比例积分微分(PID)控制的方式自动调节进气加热器的加热功率的大小，使不同运行工况下单缸发动机进气温度和整机保持基本一致。优选地，还包括设置在所述进气稳压箱上的温度传感器和压力传感器，其中所述温度传感器和压力传感器采集进气稳压箱中的气体的温度和压力并将该温度和压力转换为外显的读数向外输出。根据优选的进气边界控制装置，能够利用进气稳压箱上的温度传感器和压力传感器外显进气稳压箱中的气体的压力和温度，使操作人员能够实时地对进入单缸发动机的气体的压力和温度进行监测，从而提高了整个进气边界控制装置的操作安全性。本专利技术还公开了一种使用单缸发动机的进气边界控制装置控制单缸发动机的进气边界的方法。附图说明本专利技术实施例的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施方式及其描述，用来解释本专利技术的原理。在附图中，图1为根据本专利技术的一个优选实施方式的进气边界控制装置的示意图。附图标记说明：1、空气压缩机2、板式换热器3、冷冻干燥机4、一级进气稳压筒5、旁通调压阀6、旁通消音器7、进气压力粗调阀8、进气压力细调阀9、进气压力传感器10、进气加热器11、进气温度传感器12、二级进气稳压筒13、进气稳压箱14、进气谐振管15、单缸发动机16、排气系统具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单缸发动机的进气边界控制装置，该进气边界控制装置用于模拟整机的进气边界条件，其特征在于，该进气边界控制装置包括：空气压缩机，该空气压缩机设置为加压来自外部环境的空气并经由出口端向外输出加压后的空气；板式换热器，该板式换热器通过管路连接到所述空气压缩机的出口端，从而接受来自所述空气压缩机的空气以降低空气的温度；冷冻干燥机，该冷冻干燥机通过管路连接到所述板式换热器，从而接收来自所述板式换热器的空气以进一步降低空气的温度和湿度；一级进气稳压筒，该一级进气稳压筒通过管路连接到所述冷冻干燥机，从而接收来自所述冷冻干燥机的空气以稳定空气的压力；进气加热器，该进气加热器通过管路连接到所述一级进气稳压筒，从而接收来自所述一级进气稳压筒的空气以提高空气的温度；二级进气稳压筒，该二级进气稳压筒通过管路连接到所述进气加热器，从而接收来自所述进气加热器的空气以稳定空气的压力；进气稳压箱，该进气稳压箱通过管路连接到所述二级进气稳压筒，从而接收来自所述二级进气稳压筒的空气以进一步稳定空气的压力；所述进气稳压箱通过管路连接到单缸发动机，以向所述单缸发动机供给能模拟整机进气边界条件的空气。

【技术特征摘要】
1.一种单缸发动机的进气边界控制装置，该进气边界控制装置用于模拟整机的进气边界条件，其特征在于，该进气边界控制装置包括：空气压缩机，该空气压缩机设置为加压来自外部环境的空气并经由出口端向外输出加压后的空气；板式换热器，该板式换热器通过管路连接到所述空气压缩机的出口端，从而接受来自所述空气压缩机的空气以降低空气的温度；冷冻干燥机，该冷冻干燥机通过管路连接到所述板式换热器，从而接收来自所述板式换热器的空气以进一步降低空气的温度和湿度；一级进气稳压筒，该一级进气稳压筒通过管路连接到所述冷冻干燥机，从而接收来自所述冷冻干燥机的空气以稳定空气的压力；进气加热器，该进气加热器通过管路连接到所述一级进气稳压筒，从而接收来自所述一级进气稳压筒的空气以提高空气的温度；二级进气稳压筒，该二级进气稳压筒通过管路连接到所述进气加热器，从而接收来自所述进气加热器的空气以稳定空气的压力；进气稳压箱，该进气稳压箱通过管路连接到所述二级进气稳压筒，从而接收来自所述二级进气稳压筒的空气以进一步稳定空气的压力；所述进气稳压箱通过管路连接到单缸发动机，以向所述单缸发动机供给能模拟整机进气边界条件的空气。2.如权利要求1所述的进气边界控制装置，其特征在于所述进气稳压箱连接到单缸发动机的管路为进气谐振管，并且所述二级进气稳压筒、所述进气稳压箱和所述进气谐振管中的至少一者构造成能够调整单缸发动机的进气的压力和/或压力波的波形。3.如权利要求1所述的进气边界控制装置，其特征在于所述板式换热器为气液板式换热器，所述板式换热器包括：分别位于换热器两端的空气入口和空气出口，所述空气入口和所述空气出口通过空气流道联通；位于换热器一侧的冷却液入口和冷却液出口，所述冷却液入口和所述冷却液出口通过冷却液流道联通；其中所述空气流道和所述冷却液流道能够以串联或者并联的方式设置。4.如权利要求1所述的进气...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛金龙，张文正，平涛，何清林，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一一研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31