CN102865167A - 一种柴油机及其进气装置、进气控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柴油机进气装置，包括增压器、中冷器、柴油机进气管、温度传感器和柴油机电控单元，还包括辅助进气管和控制阀，所述增压器的出气口与所述控制阀的进气口连通，所述控制阀的第一出气口与所述中冷器的进气口连通、第二出气口与所述辅助进气管的进气口连通，所述中冷器和辅助进气管的出气口与所述柴油机进气管连通；所述柴油机电控单元根据所述温度传感器的信号通过所述控制阀调整所述辅助进气管和中冷器的进气量。该装置能够实时控制柴油机进气温度，可以改善柴油的燃烧环境，减轻冒白烟现象，提高柴油的燃烧效率，从而提高柴油机在寒冷地区的排放水平和经济性能。本发明还公开了一种柴油机进气控制方法和柴油机。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别是柴油机及其进气装置。本发明还涉及所述柴油机及其进气装置的进气控制方法。
背景技术
为了提高功率和降低油耗，涡轮增压柴油机在其进气端装有涡轮增压器。由于柴油机排出的废气的温度非常高，因此当空气进入涡轮增压器后，通过增压器的热传导会提高进气的温度。
而且，空气在被压缩的过程中压力会升高，这必然也会导致空气温度的升高，而中冷器正是起到冷却经增压后的高温空气的作用，高温空气经过中冷器的冷却，再进入柴油机中。
如果缺少中冷器而让增压后的高温空气直接进入柴油机，则会影响柴油机的充气效率，造成爆震等故障，而且会增加柴油机废气中的NOx的含量，造成空气污染。
可见，中冷器在涡轮增压柴油机中起着至关重要的作用，但也正是由于中冷器的存在，会影响柴油机在低温环境中的工作性能。
在低温（0～-40℃）的环境中，柴油机从静止到独立运动的过程中。由于环境温度低，机油的黏度增高，起动阻力矩增大，同时柴油的雾化性能变差，蓄电池的工作性能降低，使得柴油机起动困难。
由于燃油中含有水分，经炽热后化为蒸汽由排气管喷出，冬季冷起动时，柴油雾化不良，燃烧不充分，排气管会冒出大量没有充分燃烧的柴油雾滴，形成白烟。
在中国东北、西北地区，冬季气候寒冷，如哈尔滨冬季平均气温在-10℃以下。柴油机在这些地区运行时，柴油机进气温度较低，与试验室台架试验控制的温度差距很大，导致柴油机燃烧恶化，排放水平和整机性能下降，柴油机水温提升慢，暖机时间长，特别是运行负荷不大的公交车和部分中重型商用车，整个行驶过程中进气温度保持在较低水平，存在冒白烟现象，运行油耗偏高。
现有技术中，有利用进气加热器对空气进行加热的闭环加热系统，其包括两个控制模块、排温传感器、一个进气加热器，第一个控制模块为电子控制模块，通过设置排气温度低于预定温度时，向第二控制模块发出控制信号，控制进气加热器的起用与停用。
上述方案采用电加热的方式，主要是为了在低温状态下，柴油机顺利起动而设计，这种方式存在以下缺点：
（1）采用电加热的进气加热装置，电气特性限制了加热时间，不能长时间作用，同时增加了柴油机的负载，导致燃油消耗量增加，增加了车辆的运营成本。
（2）在技术层面上，此方法需要增加新的控制模块，而且控制模式相对简单，只是采取起用与停用的控制模式，没有参考实际的柴油机运行状态，不能准确有效的调整加热状态，在柴油机实际运转过程中，仍然会有冒白烟的现象。
因此，如何控制柴油机的进气温度，改善柴油机在低温环境中的整体性能，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种柴油机进气装置。该装置能够实时控制柴油机进气温度，可以改善柴油的燃烧环境，减轻冒白烟现象，提高柴油的燃烧效率，从而提高柴油机在寒冷地区的排放水平和经济性能。
本发明的第二目的是提供一种柴油机进气装置的进气控制方法。
本发明的第三目的是提供一种设有上述柴油机进气装置的柴油机。
为了实现上述第一目的，本发明提供一种柴油机进气装置，包括增压器、中冷器、柴油机进气管、温度传感器和柴油机电控单元，
还包括辅助进气管和控制阀，所述增压器的出气口与所述控制阀的进气口连通，所述控制阀的第一出气口与所述中冷器的进气口连通、第二出气口与所述辅助进气管的进气口连通，所述中冷器和辅助进气管的出气口与所述柴油机进气管连通；
所述柴油机电控单元根据所述温度传感器的信号通过所述控制阀调整所述辅助进气管和中冷器的进气量。
优选地，所述温度传感器包括发动机温度传感器、进气温度传感器和环境温度传感器。
优选地，所述进气温度传感器设于所述柴油机进气管。
优选地，所述发动机温度传感器设于所述柴油机水箱。
优选地，所述控制阀为三通混合比例阀。
为实现上述第二目的，本发明提供一种柴油机进气控制方法，用于控制上述柴油机进气装置，包括以下步骤：
步骤1：预先标定以一系列不同的发动机温度和进气温度所确定的阀门开度数据；
步骤2：将所述发动机温度传感器和进气温度传感器检测的实际温度与标定温度进行比较；
若实际温度等于标定温度，则阀门开度为标定温度对应的阀门开度值，若实际温度不等于标定温度，则转入步骤（3）或步骤（4）；
步骤3：若实际温度之一不等于标定温度，则阀门开度为该实际温度落入的两个标定温度所对应的两个阀门开度的平均值；
步骤4：若实际温度两者均不等于标定温度，则阀门开度为两个实际温度落入的四个标定温度所对应的四个阀门开度的平均值；
步骤5：所述柴油机电控单元按照步骤（2）、步骤（3）或步骤（4）确定的阀门开度值输出控制信号，将所述控制阀调整到标定的阀门开度。
优选地，在所述步骤（5）之前进一步修正阀门开度，包括以下步骤：
步骤a：预先标定以一系列不同的环境温度所确定的修正系数；
步骤b：将所述环境机温度传感器检测的实际温度与标定温度进行比较；
若实际温度等于标定温度，则修正后的阀门开度为步骤（2）、步骤（3）或步骤（4）确定的阀门开度值乘以相应的标定系数；
若实际温度不等于标定温度，则转入步骤（c）；
步骤c：若实际温度不等于标定温度，则修正后的阀门开度为步骤（2）、步骤（3）或步骤（4）确定的阀门开度值乘以该实际温度落入的两个标定温度所对应的标定系数的平均值。
优选地，若实际温度大于最大标定温度或小于最小标定温度，则阀门开度沿用最大标定温度或最小标定温度所对应的阀门开度值。
优选地，若所述发动机温度传感器、进气温度传感器或环境温度传感器出现故障，则阀门开度为辅助进气管关闭、中冷器全开。
为实现上述第三目的，本发明还提供一种柴油机，包括发动机机体、进气装置和排气装置，所述进气装置为上述任一项所述的柴油机进气装置。
本发明所提供的柴油机进气装置对现有柴油机进气管路做了进一步改进，在增压器出气口与柴油机进气管之间增加一路辅助进气管，并设置控制阀，此控制阀由柴油机电控单元控制，利用温度传感器的信号作为判断条件，来调节阀门开度，在低温环境条件下，通过辅助管路部分新鲜空气可以绕过中冷器直接进入柴油机，合理的避免进气冷却，将进气温度控制在理想的范围之内，达到了提高进气温度的目的，进而提高气缸内柴油的燃烧温度，改善柴油的雾化状况与燃烧环境，使得的更多的燃料能够充分燃烧，从而减少白烟，提高车辆运行的动力性与经济性。
本发明所提供的柴油机设有上述柴油机进气装置，由于上述柴油机进气装置具有上述技术效果，具有该柴油机进气装置的柴油机也应具备相应的技术效果。
附图说明
图1为本发明所提供柴油机进气装置的一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本发明所提供柴油机进气控制方法的控制逻辑图。
图中：
1.发动机机体 2.进气装置 2-1.增压器 2-2.中冷器 2-3.柴油机进气管 2-4.空气滤清器 2-5.辅助进气管 2-6.三通混合比例阀 3.排气装置 4-1.发动机温度传感器 4-2.进气温度传感器 4-3.环境温度传感器 5.柴油机电控单元
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供柴油机进气装置的一种具体实施方式的结构示意图。
如图所示，柴油机包括发动机机体1、进气装置2和排气装置3，其中进气装置2主要由增压器2-1、中冷器2-2、柴油机进气管2-3等部分构成，增压器2-1为涡轮增压器，其进气端设有空气滤清器2-4。
温度传感器包括发动机温度传感器4-1、进气温度传感器4-2和环境温度传感器4-3，发动机温度传感器4-1设于柴油机水箱，进气温度传感器4-2设于柴油机进气管2-3，上述温度传感器均连接于柴油机电控单元5。
增压器2-1出气口与柴油机进气管2-3之间设有一路辅助进气管2-5和三通混合比例阀2-6，增压器2-1的出气口与三通混合比例阀2-6的进气口连通，三通混合比例阀2-6的第一出气口与中冷器2-2的进气口连通、第二出气口与辅助进气管2-5的进气口连通，中冷器2-2和辅助进气管2-5的出气口与柴油机进气管2-3连通。
柴油机电控单元5根据上述温度传感器的信号通过三通混合比例阀2-6调整辅助进气管2-5和中冷器2-2的进气量。
在冬季寒冷条件下，经过增压器2-1的压缩以及吸收通过增压器传导的废气热量，新鲜空气的温度有所增加，利用辅助进气管2-5使部分空气绕过中冷器2-2，保持了新鲜空气的温度，从而达到提高进气温度的目的，进而提高气缸温度，使更多的燃料能够燃烧，从而提高燃烧效率，缩短白烟时间，充分利用了柴油机本身的特性，不需要附加的加热装置。
其具体工作过程如下：柴油机电控单元5（ECU）接收来自发动机温度传感器4-1、进气温度传感器4-2和环境温度传感器4-3的信号，进行一系列的运算，控制三通混合比例阀2-6的开度，从而调整通过中冷，2-2的进气量，最终达到控制柴油机进气温度的目的。实际的进气温度值的确定需要参考具体的环境温度，保证柴油机的进气温度为最理想状态，减少废气中的白烟，提高柴油的燃烧率，并防止爆压升高等。
当然，上述柴油机进气装置仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，控制阀2-6可选用其他能够同时调节辅助进气管2-5和中冷器2-2进气量的阀门，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
请参考图2，图2为本发明所提供柴油机进气控制方法的控制逻辑图。
本发明提供一种柴油机进气控制方法，用于控制上述柴油机进气装置，包括以下步骤：
步骤1：预先标定以一系列不同的发动机温度和进气温度所确定的阀门开度数据；
步骤2：将所述发动机温度传感器和进气温度传感器检测的实际温度与标定温度进行比较；
若实际温度等于标定温度，则阀门开度为标定温度对应的阀门开度值，若实际温度不等于标定温度，则转入步骤（3）或步骤（4）；
步骤3：若实际温度之一不等于标定温度，则阀门开度为该实际温度落入的两个标定温度所对应的两个阀门开度的平均值；
步骤4：若实际温度两者均不等于标定温度，则阀门开度为两个实际温度落入的四个标定温度所对应的四个阀门开度的平均值；
步骤5：所述柴油机电控单元按照步骤（2）、步骤（3）或步骤（4）确定的阀门开度值输出控制信号，将所述控制阀调整到标定的阀门开度。
考虑到实际温度可能会更高或更低，因此，若实际温度大于最大标定温度或小于最小标定温度，则阀门开度沿用最大标定温度或最小标定温度所对应的阀门开度值。
如下表所示的标定数据：横轴为发动机温度，纵轴为进气温度，中间数值为阀门开度。
| 进气温度\发动机温度 | -40 | 0 | 30 | 60 | 90 |
| -40 | 1 | 1 | 0.5 | 0.2 | 0 |
| 0 | 0.5 | 0.2 | 0.1 | 0 | 0 |
| 30 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
当发动机温度为-40℃以下时，阀门开度沿用-40℃的开度，当发动机温度为90℃以上时，阀门开度沿用90℃的开度，当进气温度-40℃以下时，阀门开度沿用-40℃的开度，当进气温度30℃以上时，阀门的开度沿用30℃的开度。
当实际温度在标定温度之间时，例如发动机温度为15℃，进气温度为-40℃时，阀门开度应为（1+0.5）/2，即输出值为0.75；若发动机温度为15℃，进气温度为-20℃，则阀门开度应为（1+0.5+0.2+0.1）/4，即输出值为0.45。
进一步地，在所述步骤（5）之前进一步修正阀门开度，包括以下步骤：
步骤a：预先标定以一系列不同的环境温度所确定的修正系数；
步骤b：将所述环境机温度传感器检测的实际温度与标定温度进行比较；
若实际温度等于标定温度，则修正后的阀门开度为步骤（2）、步骤（3）或步骤（4）确定的阀门开度值乘以相应的标定系数；
若实际温度不等于标定温度，则转入步骤（c）；
步骤c：若实际温度不等于标定温度，则修正后的阀门开度为步骤（2）、步骤（3）或步骤（4）确定的阀门开度值乘以该实际温度落入的两个标定温度所对应的标定系数的平均值。
如下表所示的标定系数：
| 环境温度 | -40 | -20 | 0 | 10 |
| 系数 | 1 | 0.8 | 0.6 | 0.5 |
当实际温度在标定温度之间时，例如发动机温度为15℃，进气温度为-40℃，环境温度为-40℃时，阀门开度应为1×（1+0.5）/2，即输出值为0.75；若发动机温度为15℃，进气温度为-20℃，环境温度为0℃时，则阀门开度应为0.6×（1+0.5+0.2+0.1）/4，即输出值为0.27。
图2中替代值的作用在于，一旦发动机温度传感器、进气温度传感器或环境温度传感器出现故障，则自动执行替代值阀门开度，这里的替代值阀门开度为辅助进气管关闭、中冷器全开状态，从而确保发动机仍以常规方式工作。
此外，如果发动机没有进气调节功能，则图2中的开关量标定为1（0—代表起作用，1—代表无此功能）。
除了上述柴油机进气装置和控制方法，本发明还提供一种柴油机，包括发动机机体、进气装置和排气装置，所述进气装置为上文所述的柴油机进气装置，其余结构请参考现有技术，本文不再赘述。
以上对本发明所提供的柴油机及其进气装置和控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种柴油机进气装置，包括增压器、中冷器、柴油机进气管、温度传感器和柴油机电控单元，其特征在于，
还包括辅助进气管和控制阀，所述增压器的出气口与所述控制阀的进气口连通，所述控制阀的第一出气口与所述中冷器的进气口连通、第二出气口与所述辅助进气管的进气口连通，所述中冷器和辅助进气管的出气口与所述柴油机进气管连通；
所述柴油机电控单元根据所述温度传感器的信号通过所述控制阀调整所述辅助进气管和中冷器的进气量。
2.根据权利要求1所述的柴油机进气装置，其特征在于，所述温度传感器包括发动机温度传感器、进气温度传感器和环境温度传感器。
3.根据权利要求2所述的柴油机进气装置，其特征在于，所述进气温度传感器设于所述柴油机进气管。
4.根据权利要求2所述的柴油机进气装置，其特征在于，所述发动机温度传感器设于所述柴油机水箱。
5.根据权利要求1至4任一项所述的柴油机进气装置，其特征在于，所述控制阀为三通混合比例阀。
6.一种柴油机进气控制方法，其特征在于，用于控制上述权利要求2至5任一项所述的柴油机进气装置，包括以下步骤：
步骤1：预先标定以一系列不同的发动机温度和进气温度所确定的阀门开度数据；
步骤2：将所述发动机温度传感器和进气温度传感器检测的实际温度与标定温度进行比较；
若实际温度等于标定温度，则阀门开度为标定温度对应的阀门开度值，若实际温度不等于标定温度，则转入步骤（3）或步骤（4）；
步骤3：若实际温度之一不等于标定温度，则阀门开度为该实际温度落入的两个标定温度所对应的两个阀门开度的平均值；
步骤4：若实际温度两者均不等于标定温度，则阀门开度为两个实际温度落入的四个标定温度所对应的四个阀门开度的平均值；
步骤5：所述柴油机电控单元按照步骤（2）、步骤（3）或步骤（4）确定的阀门开度值输出控制信号，将所述控制阀调整到标定的阀门开度。
7.根据权利要求6所述的柴油机进气控制方法，其特征在于，在所述步骤（5）之前进一步修正阀门开度，包括以下步骤：
步骤a：预先标定以一系列不同的环境温度所确定的修正系数；
步骤b：将所述环境机温度传感器检测的实际温度与标定温度进行比较；
若实际温度等于标定温度，则修正后的阀门开度为步骤（2）、步骤（3）或步骤（4）确定的阀门开度值乘以相应的标定系数；
若实际温度不等于标定温度，则转入步骤（c）；
步骤c：若实际温度不等于标定温度，则修正后的阀门开度为步骤（2）、步骤（3）或步骤（4）确定的阀门开度值乘以该实际温度落入的两个标定温度所对应的标定系数的平均值。
8.根据权利要求6所述的柴油机进气控制方法，其特征在于，若实际温度大于最大标定温度或小于最小标定温度，则阀门开度沿用最大标定温度或最小标定温度所对应的阀门开度值。
9.根据权利要求6至8任一项所述的柴油机进气控制方法，其特征在于，若所述发动机温度传感器、进气温度传感器或环境温度传感器出现故障，则阀门开度为辅助进气管关闭、中冷器全开。
10.一种柴油机，包括发动机机体、进气装置和排气装置，其特征在于，所述进气装置为上述权利要求1至5任一项所述的柴油机进气装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |