阅读说明：本技术 柴油机油门自适应调节装置及调节方法 (Diesel engine accelerator self-adaptive adjusting device and method ) 是由 蒋大伟 李俊鹏 丁乐中 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种柴油机油门自适应调节装置及调节方法,装置包括气动执行器、补气电磁阀、气动执行器电磁阀和调速器油门杆,压缩空气管路一端与气动执行器电磁阀和补气电磁阀之间的连接管路相连,气动执行器的下端接口与增压器压气端的近端接口相连。方法包括A、柴油机启动、B、柴油机持续运行,C、柴油机工作负荷突然增加,D、调速器故障紧急停车不同工况的不同步骤。本发明调节方法有效地控制了柴油机启动、负荷突加及紧急停车时尾气排放黑烟问题,并能在紧急状态下将柴油机空燃比提高到无穷大,从而大大减小了尾气排放的烟度值,使得柴油机的动态调速特性满足船级社规范的要求,降低了柴油机的使用成本。(The invention discloses a self-adaptive adjusting device and a self-adaptive adjusting method for a diesel engine throttle, wherein the device comprises a pneumatic actuator, a gas supplementing electromagnetic valve, a pneumatic actuator electromagnetic valve and a speed regulator throttle lever, one end of a compressed air pipeline is connected with a connecting pipeline between the pneumatic actuator electromagnetic valve and the gas supplementing electromagnetic valve, and a lower end interface of the pneumatic actuator is connected with a near-end interface of a gas compression end of a supercharger. The method comprises the steps of A, starting the diesel engine, B, continuously operating the diesel engine, C, suddenly increasing the work load of the diesel engine, D, emergently stopping the speed regulator in case of failure and under different working conditions. The adjusting method effectively controls the problem of black smoke emission of tail gas during the starting, load sudden-adding and emergency stopping of the diesel engine, and can improve the air-fuel ratio of the diesel engine to infinity in an emergency state, thereby greatly reducing the smoke value of the tail gas emission, ensuring that the dynamic speed regulating characteristic of the diesel engine meets the requirement of the classification society standard, and reducing the use cost of the diesel engine.)

柴油机油门自适应调节装置及调节方法

技术领域

本发明涉及一种自动根据柴油机工况限制柴油机空燃比的装置，尤其涉及一种避免柴油机在启动或负荷突加过程中喷油量过大，进气量跟不上导致出现燃油燃烧不充分，冒黑烟的故障，并能在紧急状态下将柴油机空燃比提高到无穷大，实现断油停机的装置和调节方法，属于内燃机技术领域。

背景技术

柴油机的空燃比A/F是指进入气缸的混合气中空气和燃油质量的混合比。空燃比是柴油机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、柴油机的动力性和经济性具有很大影响。柴油机在启动过程中，由于额定转速和实际转速差较大，为快速提高柴油机转速，此时调速器输出最大值，相应的柴油机喷油量最大，使柴油机转速迅速升高。另当柴油机在受到突加负载时调速器也存在同样动作，但此时因过量喷射入燃烧室的燃油不充分燃烧，变成黑色颗粒物排入大气，形成浓烈的黑烟。不仅对环境造成危害，还降低柴油机的经济性。

另外，当调速器出现故障而无法自动控制时，需手动操作油门来紧急停车。如因船员紧急停车的操作经验不足，而无法在短时间进行停车操作时，则存在着损坏柴油机或船舶的风险。

发明内容

本发明提供了一种柴油机油门自适应调节装置及调节方法，在不影响柴油机调速性能的前提下，有效地控制柴油机启动、负荷突加及紧急停车时尾气排放出现黑烟污染环境的问题。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种柴油机油门自适应调节装置，包括气动执行器、补气电磁阀、气动执行器电磁阀和调速器油门杆，所述气动执行器的上端接口先通过连接管路依次与气动执行器电磁阀和补气电磁阀相连后，再与增压器压气端的远端接口相连，压缩空气管路一端与气动执行器电磁阀和补气电磁阀之间的连接管路相连；调速器油门杆一端与铰接座铰接，所述铰接座固定在调速器内；气动执行器的下端接口通过连接管路与增压器压气端的近端接口相连。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

进一步的，所述气动执行器包括壳体、气动执行器顶杆、活塞、压簧、上导向套、下导向套、上端盖和下端盖，活塞固定在气动执行器顶杆中部上，活塞嵌入壳体内腔中，活塞径向通过数道活塞密封圈将壳体内腔分隔成互不贯通的上腔和下腔，上端接口与上腔相通，下端接口与下腔相通；上端盖和下端盖分别密封固定在壳体的上下端；气动执行器顶杆两端分别穿出位于上端盖中的上导向套和下端盖中的下导向套，气动执行器顶杆下端端头与调速器油门杆另一端位置相对；压簧两端分别抵靠在活塞下侧和下端盖上侧之间。

进一步的，所述活塞下端设有沉孔，下端盖中心向上延伸出弹簧芯柱，压簧上端抵靠在沉孔底面上，压簧下端套在弹簧芯柱上。

进一步的，接触式开关固定在调速器油门杆另一端的上侧，且接触式开关与气动执行器顶杆下端端头位置相对。

进一步的，所述补气电磁阀和气动执行器电磁阀均为气动二位二通电磁换向阀；压缩空气的气压为500～800Kpa。

一种柴油机油门自适应调节装置的调节方法，包括以下A、柴油机启动、B、柴油机持续运行，C、柴油机工作负荷突然增加，D、调速器故障紧急停车不同工况的不同步骤：

A、柴油机启动

A1)柴油机启动，调速器给出最大油门，进气量远小于喷油量完全燃烧所需的空气，空燃比远低于正常水平，燃油发生不完全燃烧形成黑烟排入大气；

A2)此时气动执行器电磁阀接收到柴油机启动信号，气动执行器电磁阀的电磁铁得电阀芯移动到开启位置2.5秒，从柴油机外的压缩空气气源通过压缩空气管路输送过来的500～800Kpa的压缩空气从气动执行器的上端接口冲入气动执行器的上腔内，推动活塞向下移动，气动执行器顶杆随之下移；

A3)气动执行器顶杆下移下压调速器油门杆的另一端，从而减少喷油量，同时接触式开关接通，补气电磁阀的电磁铁得电，阀芯移动到开启位置，压缩空气气源输送过来的500～800Kpa的压缩空气和从增压器压气端的远端接口输送过来的高压气体两路合并进入燃烧室进气道进行补气，进气量瞬间提高，从而将空燃比提高到正常水平；

B、柴油机持续运行

B1）增压器转速上升，燃烧室的进气压力随之升高，从增压器压气端的近端接口输出的高压气体通过连接管路从气动执行器的下端接口输进气动执行器的下腔内，下腔内的气压升高，上腔内气压缓慢下降，从而使气动执行器内的活塞克服压簧的弹性力缓慢上移；气动执行器顶杆对调速器油门杆的压力逐渐减小，对调速器油门杆的限制逐渐减小，调速器因而能输出更大的油门；

B2）当柴油机进气压力高于设定值时，气动执行器顶杆脱离调速器油门杆的另一端，接触式开关断开、补气电磁阀的电磁铁失电，阀芯移动到关闭位置，补气停止；

C、柴油机工作负荷突然增加

C1）柴油机工作负荷突加时，调速器迅速响应，喷油量增加，空燃比变小，调速器油门杆逆时针转动上翘，接触式开关触碰气动执行器顶杆下端而开启，补气电磁阀的电磁铁得电，阀芯移动到开启位置，压缩空气气源输送过来的500～800Kpa的压缩空气通过补气电磁阀从增压器压气端的远端接口进入燃烧室进气道进行补气，提高空燃比，改善气缸内的燃烧质量；

C2）柴油机工作稳定后，进气压力升高，增压器压气端的近端接口输出的高压气体通过连接管路从气动执行器的下端接口输入到气动执行器的下腔，下腔内的气压升高，从而气动执行器内的活塞克服压簧的弹性力缓慢上移；气动执行器顶杆上行与气动执行器顶杆下端下的接触式开关脱离接触，接触式开关断开；补气电磁阀的电磁铁失电，阀芯移动到断开位置，补气停止；以防止进气过量，空燃比过大；

D、调速器故障紧急停车

D1）收到停车信号后，气动执行器电磁阀的电磁铁得电，阀芯移动到开启位置，压缩空气气源输送过来的500～800Kpa的压缩空气通过压缩空气管路，再通过气动执行器电磁阀至气动执行器的上端接口进入气动执行器的上腔内；

D2)由于压缩空气的500～800Kpa气压超过了调速器正常工作时下腔的250Kpa压力，因而活塞被迅速下压，气动执行器顶杆下行将调速器油门杆下压至零位，从而油门输出为零，空燃比无限大而使柴油机停机；此时接触式开关虽被下压打开但补气电磁阀的电磁铁信号被停车信号屏蔽，补气电磁阀的电磁铁不得电而阀芯保持在关闭位置，压缩空气气源输送过来的500～800Kpa的压缩空气被断开而不进行补气，此时柴油机断油，确保实现紧急停车。

本发明的装置结构简单，本发明的调节方法有效地控制了柴油机启动、负荷突加及紧急停车时尾气排放黑烟的问题，且能进行自适应调节。避免出现柴油机在启动过程或负荷突加过程中喷油量过大，进气量跟不上导致燃油燃烧不充分的缺陷，并能够在紧急状态下将柴油机空燃比提高到无穷大，实现断油停机，从而大大减小了尾气排放的烟度值，使得柴油机的动态调速特性满足船级社规范的要求。降低了柴油机的单位油耗，从而降低了柴油机的使用成本。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1是本发明柴油机油门自适应调节装置的剖视图；

图2是a、柴油机启动和持续运行，b、柴油机工作负荷突然增加和c、调速器故障紧急停车工况的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和某型1225kW船用柴油发电机组的实施例对本发明作进一步说明。

如图2所示，本实施例的柴油机油门自适应调节装置包括气动执行器1、补气电磁阀2、气动执行器电磁阀3和调速器油门杆4，气动执行器1的上端接口11先通过连接管路19依次与气动执行器电磁阀3和补气电磁阀2相连后，再与增压器压气端4的远端接口41相连，压缩空气管路5左端与气动执行器电磁阀3和补气电磁阀2之间的连接管路19相连，压缩空气管路5右端与船舶机舱内的压缩空气气源51相连。调速器油门杆4左端与铰接座41铰接，铰接座41固定在调速器内。气动执行器1的下端接口114通过连接管路19与增压器压气端7的近端接口71相连，增压器压气端7通过燃烧室进气道72通向燃烧室10，燃烧室10爆燃做功后的废气通过排气道74排入增压器的废气端8。

如图1所示，气动执行器1包括壳体11、气动执行器顶杆12、活塞13、压簧14、上导向套15、下导向套16、上端盖17和下端盖18，活塞13通过平键131固定在气动执行器顶杆12的中部上，活塞13嵌入壳体11内腔中，活塞13径向通过2道活塞密封圈132将壳体11内腔分隔成互不贯通的上腔111和下腔112，上端接口113与上腔111相通，下端接口114与下腔112相通。上端盖17和下端盖18分别通过卡簧171和密封圈172密封固定在壳体11的上下端。气动执行器顶杆12两端分别穿出位于上端盖17中的上导向套15和下端盖18中的下导向套16，气动执行器顶杆12下端端头与调速器油门杆4右端位置相对。

活塞13下端设有沉孔133，下端盖18中心向上延伸出弹簧芯柱181，压簧14上端抵靠在沉孔133的底面上，下端套在弹簧芯柱181上，弹簧芯柱181采用与下端盖18组合的结构，使得压簧14受压变形时不会发生扭曲。

接触式开关6固定在调速器油门杆4的右端上侧，且接触式开关6与气动执行器顶杆12下端端头位置相对；便于触发接触式开关6。

如图2所示，补气电磁阀2和气动执行器电磁阀3均为气动二位二通电磁换向阀，气动二位二通电磁换向阀的电磁铁得电或失电时电磁换向阀换向灵敏，便于实现本发明不同的工况。压缩空气的气压为500～800Kpa。

本发明的工作方法包括以下A、柴油机启动、B、柴油机持续运行，C、柴油机工作负荷突然增加，D、调速器故障紧急停车不同工况的不同步骤：

如图2的a所示的柴油机启动和持续运行中包括A、柴油机启动和B、柴油机持续运行两种工况。

A、柴油机启动

A1)柴油机启动，调速器给出最大油门，进气量远小于喷油量完全燃烧所需的空气，空燃比远低于正常水平，燃油发生不完全燃烧形成黑烟排入大气。

A2)此时气动执行器电磁阀3接收到柴油机启动信号，气动执行器电磁阀3的电磁铁得电阀芯移动到左位的开启位置2.5秒，从船舶机舱内的压缩空气气源51通过压缩空气管路5输送过来的500～800Kpa的压缩空气从气动执行器1的上端接口113冲入气动执行器1的上腔111内，推动活塞13向下移动，气动执行器顶杆12随之下移。

A3)气动执行器顶杆12下移下压调速器油门杆4右端，从而减少喷油量，同时接触式开关6接通，补气电磁阀3的电磁铁得电，阀芯右移到开启位置；压缩空气气源输送过来的500～800Kpa的压缩空气和从增压器压气端7的远端接口72输送过来的高压气体两路合并进入燃烧室进气道73进行补气，进气量瞬间提高，从而将空燃比提高到正常水平。

B、柴油机持续运行

B1）如图2的b所示，增压器转速上升，燃烧室10的进气压力随之升高，从增压器压气端7的近端接口71输出的高压气体通过连接管路19从气动执行器1的下端接口114输进气动执行器1的下腔112内，下腔112内的气压升高，上腔111内气压缓慢下降，从而使气动执行器1内的活塞13克服压簧14的弹性力缓慢上移，直至上腔111内气压与压簧14 的弹性力平衡。气动执行器顶杆12对调速器油门杆4的压力逐渐减小，因而对调速器油门杆4的限制逐渐减小，调速器因而能输出更大的油门。

B2）当柴油机进气压力高于设定值时，气动执行器顶杆12脱离调速器油门杆4的右端，接触式开关6断开、补气电磁阀2的电磁铁失电，阀芯移动到关闭的右位，补气停止。

C、柴油机工作负荷突然增加

C1）柴油机工作负荷突加时，调速器迅速响应，喷油量增加，空燃比变小，调速器油门杆4逆时针转动上翘，接触式开关6触碰气动执行器顶杆12下端而开启，补气电磁阀2的电磁铁得电，阀芯移动到开启的左位，压缩空气气源输送过来的500～800Kpa的压缩空气通过补气电磁阀2从增压器压气端7的远端接口72进入燃烧室进气道72进行补气，提高空燃比，改善气缸内的燃烧质量。

C2）柴油机工作稳定后，进气压力升高，增压器压气端7的近端接口71输出的高压气体通过连接管路19从气动执行器1的下端接口114输入到气动执行器1的下腔112，下腔112内气压升高，从而气动执行器1内的活塞13克服压簧14的弹性力缓慢上移。气动执行器顶杆12上行与其一端下的接触式开关6脱离接触，接触式开关6断开；补气电磁阀2的电磁铁失电，阀芯移动到断开的右位，补气停止；以防止进气过量，空燃比过大。

D、调速器故障紧急停车

D1）如图2的c所示，收到停车信号后，气动执行器电磁阀3的电磁铁得电，阀芯移动到开启的左位，压缩空气气源51输送过来的500～800Kpa的压缩空气通过压缩空气管路5，再通过气动执行器电磁阀3至气动执行器1的上端接口113进入气动执行器1的上腔111内。

D2)由于压缩空气的500～800Kpa气压超过了调速器正常工作时下腔的250Kpa压力，因而活塞13被迅速下压，气动执行器顶杆12下行将调速器油门杆4下压至零位，从而油门输出为零，空燃比无限大而使柴油机停机。此时接触式开关6虽被下压打开但补气电磁阀4的电磁铁信号被停车信号屏蔽，补气电磁阀2的电磁铁不得电而阀芯保持在右位的关闭位置，压缩空气气源51输送过来的500～800Kpa的压缩空气被断开而不进行补气，此时柴油机断油，确保实现紧急停车。

以某型1225kW船用柴油发电机组为例，安装本发明的柴油机油门自适应调节装置和采用本发明的工作方法后，柴油发电机组的柴油机启动时的烟度值从未装本发明的2.71FSN降到安装本发明的1.96FSN，降低了28.3%。在柴油机工作负荷从50%突然增加到75%时，烟度值从未装本发明的1.41FSN降到安装本发明的0.8FSN，降低了43.3%。大大减小了尾气排放的烟度值，改善了尾气排放污染环境的问题，且各动态过程的调速特性满足各船级社的要求。在紧急停车的工况下，10次试验均获得成功，效果显著。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。