CN104863768B - 燃油温度控制的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃油温度控制的方法，控制方法为：在发动机启动和/或正常工作时，控制单元监控油箱中燃油温度，当检测到油箱中燃油温度超过设定的油温上限值时，控制单元控制按照发动机运行所需提供燃油；当检测到油箱中燃油温度低于设定的油温下限值时，控制单元控制加大进油量，电子限压阀控制轨压，使得有多余燃油通过回流管回流至油箱，使得燃油温度升高。本发明还提供了燃油温度控制的装置，包括：主油箱、与主油箱连接的容量小于主油箱的副油箱，在高压轨管上设有压力传感器和电子限压阀；还包括一个控制单元。本发明中油路只与副油箱直接相连，使得需要加热的燃油量大大减小，加快了燃油温度的上升，主油箱内的燃油不实时加热，降低能耗。

Description

燃油温度控制的装置和方法

技术领域

本发明涉及内燃机控制领域，尤其是一种燃油温度控制的装置和方法。

背景技术

对于柴油发动机为了达到排放法规的标准和提高经济性的目的，需要对柴油机的燃烧进行改善，最小化有害物的排放，最大程度的提高工作效率。众所周知，较低温度的燃油黏度比较大，雾化效果差，燃烧效率比较低，那么，加热燃油便可以优化发动机各工况点的燃烧，从而达到提高经济性和降低排放的目的。现有的一些燃油加热装置或方法如下所述：

1）中国专利CN200680000614.3提供了一种具有燃料加热装置的燃油喷射系统。该方案加热装置由可加热的适配器，外部触点开关以及连接它们的热开关组成。可加热适配器安装在燃料共轨和燃料喷射阀之间，与之相连的热开关设置在燃料共轨内。当外部触点开关接通后，当轨内燃油温度低于一个设定的阀值时，热开关内的热传感器使得开关接通开始对流入喷射阀的燃油加热，当检测到温度大于设定的阀值时热开关断开，停止加热，实现燃油温度的控制。

该方案加热元件和开关都安装在燃料共轨内，所用材料需要耐压耐油，而且安装需要考虑高压密封，加工困难，成本高。

（2）中国专利CN200910087568.0提供了一种电加热燃油装置，通过电热丝通电加热燃油，通过串联的温度控制器控制被加热的燃油温度。这些加热装置串联的安装在燃油箱内和燃油管道内，对油箱和管道内的燃油进行加热。

该方案中电加热装置的安装需要考虑安装位置，需要对油路进行改造，同时采用电加热系统会存在一定的安全隐患。

（3）中国专利CN201180029107. 3提供了一种在电动输油泵的控制电流上叠加高频电流分量，使得电机绕组产生了用于加热燃油的热量，达到加热燃油的目的。

该方案只能用在电动输油泵供油的系统，且电机必须能够在叠加高频电流分量后能正常运行。

（4）中国专利CN201210059608.2提供了一种利用发动机冷却系统来加热燃油的方法。把燃油加热系统集成到发动机冷却系统中，燃油通过利用冷却水带走的发动机的热量加热，实现不用外加能量消耗达到加热燃油的目的。

该方案的实现需要对燃油供应系统和发动机冷却系统结构进行改动，冷启动后，冷却液温度低，升温慢，燃油不能够得到快速加热，正常工作过程中冷却水一直加热燃油可能会造成燃油温度过高。

现有的解决方案中，采用高压油路（如专利1）或低压油路（如专利2）加热燃油的方案，都没有提供多级加热，油箱内的温度和喷射量将影响加热后的燃油温度，这不利于控制加热后的燃油温度，且都需要增加额外的加热装置，专利2还存还安全隐患。特别专利1还要考虑高压密封与成本的问题。专利3只能用在电动输油泵供油的系统，且电机必须能够在叠加高频电流分量后能正常运行。专利4在冷启动后，冷却液温度低，升温慢，燃油不能够得到快速加热，正常工作过程中冷却水一直加热燃油还可能会造成燃油温度过高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种燃油温度控制的方法，以及一种燃油温度控制的装置。本发明利用通过电子限压阀的高温燃油来提升燃油温度，并设计了一种油箱减少了同时需要升温的燃油的量，可以实现快速升温的目的。本发明采用的技术方案是：

一种燃油温度控制的方法，控制方法为：在发动机启动和/或正常工作时，控制单元监控油箱中燃油温度，当检测到油箱中燃油温度超过设定的油温上限值时，控制单元控制按照发动机运行所需提供燃油；当检测到油箱中燃油温度低于设定的油温下限值时，控制单元控制加大进油量，电子限压阀控制轨压，使得有多余燃油通过回流管回流至油箱，使得燃油温度升高。

进一步地，所述油箱包括主油箱和与主油箱连接的容量小于主油箱的副油箱；燃油回流至副油箱中；以容量小于主油箱的副油箱来加快燃油温度的上升。

更进一步地，副油箱上部通过直通管和主油箱相连；副油箱下部通过带有温度阀的油管以及带有单向阀的油管和主油箱相连；当副油箱燃油温度高于温度阀导通温度时温度阀打开，主副油箱连通；或者当副油箱的液面低于主油箱液面一定值时，单向阀导通，导通方向为主油箱往副油箱方向。

更进一步地，在发动机启动时，控制单元控制使得发动机具有：

初始化状态；

检测到转速后转换到开始启动状态；

当启动时间超过禁止喷射时间后，进入启动中状态；

当转速达到启动完成转速后，进入启动完成状态；

从进入开始启动状态，保持到启动中状态，控制单元执行第一温度控制模式：控制安装在高压泵上的进油计量阀处于全供油状态，高压轨管上的电子限压阀处于闭环控制轨压状态,通过电子限压阀的燃油进入副油箱；

当进入启动完成状态，控制单元13根据检测的燃油温度来执行相应的温度控制模式：

当燃油温度低于设定的油温下限值时，继续执行上述第一温度控制模式；当燃油温度超过设定的油温上限值时，执行第二温度控制模式:控制进油计量阀6处于闭环控制轨压状态，电子限压阀11处于关闭状态，燃油加热停止。

一种燃油温度控制的装置，包括：主油箱、与主油箱连接的容量小于主油箱的副油箱，副油箱的底部通过出油管连接输油泵；输油泵连接高压泵，高压泵上安装有进油计量阀；高压泵连接高压轨管；在高压轨管上设有压力传感器和电子限压阀；喷油器和高压轨管连接；高压轨管通过回油管连接副油箱；

还包括一个控制单元，控制单元电连接进油计量阀、压力传感器、电子限压阀、喷油器、以及安装在副油箱上的油温传感器；

当检测到副油箱中燃油温度低于设定的油温下限值时，控制单元控制加大进油量，电子限压阀控制轨压，使得有多余燃油通过回流管回流至副油箱。

进一步地，所述控制单元中设有：调节单元，用于判断发动机的工作状态，并根据发动机工作状态执行相应的温度控制模式；所述调节单元包括温度控制模式调节单元、与温度控制模式调节单元的输出连接的电子限压阀控制单元和进油计量阀控制单元；温度控制模式调节单元用于确定电子限压阀和进油计量阀应该被控制的状态，给出电子限压阀控制状态信号和进油计量阀控制状态信号；电子限压阀控制单元用于产生实际的电子限压阀控制信号，进油计量阀控制单元用于产生实际的进油计量阀控制信号。

更进一步地，所述温度控制模式调节单元包括一个禁止喷射时间计算单元，用于计算发动机开始启动时的禁止喷射时间；还包括一个状态转换单元，通过状态转换单元确定发动机的状态；然后在阀的控制模式判断单元中判断电子限压阀和进油计量阀应处于的工作状态，给出对应的电子限压阀控制状态信号和进油计量阀控制状态信号。

更进一步地，状态转换单元确定发动机的状态具体包括：

控制单元上电后，发动机进入初始化状态，当状态转换单元检测到发动机转速时，转换到开始启动状态，当启动时间超过禁止喷射时间后，进入启动中状态，当转速达到启动完成转速后，进入启动完成状态；

从进入开始启动状态，保持到启动中状态，控制单元执行第一温度控制模式：控制安装在高压泵上的进油计量阀处于全供油状态，高压轨管上的电子限压阀处于闭环控制轨压状态；

当进入启动完成状态，控制单元根据检测的燃油温度来执行相应的温度控制模式：

当燃油温度低于设定的油温下限值时，继续执行上述第一温度控制模式；当燃油温度超过设定的油温上限值时，执行第二温度控制模式:控制进油计量阀处于闭环控制轨压状态，电子限压阀处于关闭状态，燃油加热停止。

本发明的优点在于：不需要额外的加热装置，减少了对原机系统的改动，节约了成本。可以根据发动机工况控制燃油温度，降低燃油的粘度，使燃油流动性更好，改善燃油雾化条件，改善发动机性能，优化排放和燃油经济性。改善发动机低温环境的燃烧状态，使燃烧更充分，提高发动机动力性。提高发动机的冷启动性能，使发动机在低温环境下的适应能力更好。使燃油加热更稳定，燃油加热更快。

附图说明

图1为本发明的系统结构组成示意图。

图2a为本发明的油箱结构示意图。

图2b为图2a的A-A向示意图。

图3为本发明的调节单元示意图。

图4为本发明的温度控制模式调节单元示意图。

图5为本发明的状态转换单元确定发动机的状态示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

众所周知，随着共轨系统的发展，电子限压阀将逐渐取代目前的机械限压阀。电子限压阀（简称PCV阀）是安装在共轨管（即高压轨管）上，起到限制轨内压力的作用，不同的电流对应不同的压力，起到维持轨内压力恒定的作用。当轨内压力小于限制压力时，电子限压阀是关闭的，没有出油，而当轨内压力大于限制压力时，电子限压阀打开，卸掉一部份油回到回油管，维持轨内压力等于限制压力。高压燃油变成低压油会释放热能，使燃油温度升高。

本发明的方案利用高压燃油通过PCV阀进入到回油管释放的热能加热燃油，当发动机燃油温度低时，通过加大燃油供应量，使得大量的多余的高压燃油进入回油管，高温燃油通过回油管回到油箱后使燃油温度迅速上升。当检测到燃油温度过高时，通过调节进油量，关闭电子限压阀，不再有多余的高压燃油进入回油管，达到控制燃油温度的目的。

该方案在启动过程也可以对燃油进行加热，改善启动性能。

该方案还提供了一种主副油箱的设计，油路只与副油箱（小）直接相连，使得需要加热的燃油量大大减小，加快了燃油温度的上升，主油箱内的燃油不实时加热，降低能耗。

本方案通过控制流经电子限压阀的燃油来控制燃油温度。在发动机启动和/或正常工作时，控制单元13通过安装在油箱上的油温传感器来监控油箱中燃油温度，当检测到油箱中燃油温度超过设定的油温上限值时，控制单元13控制按照发动机运行所需提供燃油，没有多余的燃油通过PCV阀流回油箱；当检测到油箱中燃油温度低于设定的油温下限值时，控制单元13控制加大进油量，电子限压阀11控制轨压（轨压过高则会泄油），使得多余的燃油通过回流管8回流至油箱，多余的燃油使油箱燃油温度升高，最终达到控制燃油温度的目的。

本方案为了加快燃油温度上升设计了一种油箱，该油箱由主副两个油箱构成，副油箱2相对于主油箱1体积要小很多（一般在2升左右），燃油回路直接与副油箱相连。这样燃油回流至副油箱2中，以容量小于主油箱1的副油箱2来加快燃油温度的上升。

本实施例所提出的发动机燃油系统如图1所示，其是一个柴油发动机的燃油系统，包括主油箱1、与主油箱1连接的副油箱2，副油箱2的底部通过出油管3连接输油泵5，出油管3上可设置一个过滤器4；输油泵5连接高压泵7，高压泵7上安装有进油计量阀6；高压泵7通过高压油管连接高压轨管10；在高压轨管10上两端分别设有压力传感器9和电子限压阀11；喷油器12通过高压油管和高压轨管10连接。高压轨管10通过回油管8连接副油箱2。

输油泵5从副油箱2中输送燃油给高压泵7，进油计量阀6控制进入高压泵7的燃油流量，燃油经高压泵7加压后储存到高压轨管10中，喷油器12通过高压油管和高压轨管10连接。电子限压阀11通过释放高压燃油到回油管8中，降低高压轨管10中的压力，回油管8中的回油最终回到副油箱2中。

此外，该系统还包括一个控制单元13，即整个系统的MCU微处理器。控制单元13电连接进油计量阀6、压力传感器9、电子限压阀11、喷油器12、以及安装在副油箱2上的油温传感器14。它能够控制进油计量阀6、电子限压阀11和喷油器12，并且监测高压轨管10中的燃油压力和副油箱2中的燃油温度。

图2a和图2b给出的是油箱结构图，主副油箱结构不受限与此。该油箱包括主油箱1和副油箱2，副油箱2远小于主油箱1，它们上部通过直通管15相连通，它们的下部通过带有温度阀16的油管以及带有单向阀17的油管相连。当回油较多较快时，副油箱2中满溢的燃油可以通过直通管15溢流到主油箱1中去。当副油箱2内燃油温度大于一个定值（温度阀导通温度）时，温度阀16打开，主副油箱连通；单向阀17可采用弹簧阀，当副油箱2的液面低于主油箱1液面一定值时，单向阀17导通，导通方向为主油箱往副油箱方向；单向阀17的作用在于：当副油箱内燃油温度还较低时，发动机启动时也需要消耗燃油，此时温度阀16还未打开，则副油箱内的燃油可能会被消耗殆尽，加入了单向阀17，当副油箱2内液面低于主油箱1液面一定值时，单向阀17由于两侧的压差而导通，主油箱1中燃油可以补充一部分进入副油箱。

为了控制燃油温度，给出了图3的调节单元18，该调节单元18用于判断发动机的工作状态，并根据发动机工作状态执行相应的温度控制模式：要么选择执行第一温度控制模式：控制安装在高压泵7上的进油计量阀6处于全供油状态，高压轨管10上的电子限压阀11处于闭环控制轨压状态，这种模式下进油计量阀控制在全供油状态，大量高温燃油进入副油箱2，油温升高。要么选择执行第二温度控制模式:控制进油计量阀6处于闭环控制轨压状态，电子限压阀11处于关闭状态，燃油加热停止。

所述调节单元18包括温度控制模式调节单元19、与温度控制模式调节单元19的输出连接的电子限压阀控制单元20和进油计量阀控制单元21；温度控制模式调节单元19用于确定电子限压阀11和进油计量阀6应该被控制的状态，给出电子限压阀控制状态信号ST_PCV_CTL和进油计量阀控制状态信号ST_IMV_CTL；电子限压阀控制单元20用于产生实际的电子限压阀控制信号PCV_CTL，进油计量阀控制单元21用于产生实际的进油计量阀控制信号IMV_CTL。实际的PCV_CTL信号是具有一定占空比的数字信号，驱动电子限压阀，占空比受到ST_IMV_CTL信号的调节，ST_IMV_CTL信号为1或0时，占空比不同。实际的IMV_CTL信号同样如此。

图4给出了温度控制模式调节单元19的内部结构。温度控制模式调节单元19包括一个禁止喷射时间计算单元22，用于计算发动机开始启动时的禁止喷射时间DisInj_ti；为了防止此时燃油温度过低，造成燃烧不好排放差。喷射时间计算单元22可利用燃油温度Fuel_t、发动机水温Eng_t、进气温度Air_t通过查表方式查询计算禁止喷射时间DisInj_ti。还包括一个状态转换单元23，通过状态转换单元23确定发动机的状态；然后在阀的控制模式判断单元24中判断电子限压阀11和进油计量阀6应处于的工作状态（下文叙述的第一温度控制模式和第二温度控制模式中对应了该两个阀的工作状态），给出对应的电子限压阀控制状态信号ST_PCV_CTL和进油计量阀控制状态信号ST_IMV_CTL。

图5给出了状态转换单元23的工作过程；控制单元13上电后，发动机进入初始化状态25，此时各阀处于禁止工作状态。当状态转换单元23检测到发动机转速时，也就是发动机转速参数Eng_n>0时，转换到开始启动状态26，此状态控制单元控制喷油器12禁止喷油，是为了防止燃油温度过低，造成燃烧不好排放差，禁止喷射时间由禁止喷射时间计算22单元得到。当启动时间Strt_ti超过禁止喷射时间DisInj_ti后，进入启动中状态27，控制单元控制喷油器12开始喷油。当转速达到启动完成转速后（即图5中的Eng_n>Eng_nStrtEnd)，进入启动完成状态28。

从进入开始启动状态26，保持到启动中状态27，ST_IMV_CTL置0，ST_PCV_CTL置1，控制单元13执行第一温度控制模式：控制安装在高压泵7上的进油计量阀6处于全供油状态，高压轨管10上的电子限压阀11处于闭环控制轨压状态。当进入启动完成状态28，控制单元13根据油温传感器14反馈的燃油温度来执行相应的温度控制模式：当燃油温度低于设定的油温下限值时，ST_IMV_CTL置0，ST_PCV_CTL置1，继续执行上述第一温度控制模式，进油计量阀全供油，通过电子限压阀的大量高温燃油进入副油箱，使得油箱内燃油温度升高；当燃油温度超过设定的油温上限值时，ST_IMV_CTL置1，ST_PCV_CTL清零，执行第二温度控制模式:控制进油计量阀6处于闭环控制轨压状态，电子限压阀11处于关闭状态，禁止高压燃油通过阀进入回油管，停止加热燃油。油温上下限值可根据发动机运行所处的工况确定。

本发明利用通过电子限压阀的高温燃油来提升燃油温度，并设计了一种油箱减少了同时需要升温的燃油的量，可以实现快速升温的目的。通过控制电子限压阀调节通过阀的燃油，可以控制燃油温度在设定的范围内，改善了发动机的性能。

本方案只能用在具有电子限压阀的共轨燃油系统中。

Claims (6)

1.一种燃油温度控制的方法，其特征在于：

在发动机启动和/或正常工作时，控制单元(13)监控油箱中燃油温度，当检测到油箱中燃油温度超过设定的油温上限值时，控制单元(13)控制按照发动机运行所需提供燃油；当检测到油箱中燃油温度低于设定的油温下限值时，控制单元(13)控制加大进油量，电子限压阀(11)控制轨压，使得有多余燃油通过回流管(8)回流至油箱，使得燃油温度升高；

所述油箱包括主油箱(1)和与主油箱(1)连接的容量小于主油箱(1)的副油箱(2)；燃油回流至副油箱(2)中；以容量小于主油箱(1)的副油箱(2)来加快燃油温度的上升；

副油箱(2)上部通过直通管(15)和主油箱(1)相连；副油箱(2)下部通过带有温度阀(16)的油管以及带有单向阀(17)的油管和主油箱(1)相连；当副油箱燃油温度高于温度阀导通温度时温度阀(16)打开，主副油箱连通；或者当副油箱(2)的液面低于主油箱(1)液面一定值时，单向阀(17)导通，导通方向为主油箱往副油箱方向。

2.如权利要求1所述的燃油温度控制的方法，其特征在于：

在发动机启动时，控制单元(13)控制使得发动机具有：

初始化状态(25)；

检测到转速后转换到开始启动状态(26)；

当启动时间超过禁止喷射时间后，进入启动中状态(27)；

当转速达到启动完成转速后，进入启动完成状态(28)；

从进入开始启动状态(26)，保持到启动中状态(27)，控制单元(13)执行第一温度控制模式：控制安装在高压泵(7)上的进油计量阀(6)处于全供油状态，高压轨管(10)上的电子限压阀(11)处于闭环控制轨压状态,通过电子限压阀(11)的燃油进入副油箱；

当进入启动完成状态(28)，控制单元(13)根据检测的燃油温度来执行相应的温度控制模式：

当燃油温度低于设定的油温下限值时，继续执行上述第一温度控制模式；当燃油温度超过设定的油温上限值时，执行第二温度控制模式:控制进油计量阀(6)处于闭环控制轨压状态，电子限压阀(11)处于关闭状态，燃油加热停止。

3.一种燃油温度控制的装置，其特征在于，包括：

主油箱(1)、与主油箱(1)连接的容量小于主油箱(1)的副油箱(2)，副油箱(2)的底部通过出油管(3)连接输油泵(5)；输油泵(5)连接高压泵(7)，高压泵(7)上安装有进油计量阀(6)；高压泵(7)连接高压轨管(10)；在高压轨管(10)上设有压力传感器(9)和电子限压阀(11)；喷油器(12)和高压轨管(10)连接；高压轨管(10)通过回流管(8)连接副油箱(2)；

副油箱(2)上部通过直通管(15)和主油箱(1)相连；副油箱(2)下部通过带有温度阀(16)的油管以及带有单向阀(17)的油管和主油箱(1)相连；当副油箱燃油温度高于温度阀导通温度时温度阀(16)打开，主副油箱连通；或者当副油箱(2)的液面低于主油箱(1)液面一定值时，单向阀(17)导通，导通方向为主油箱往副油箱方向；

还包括一个控制单元(13)，控制单元(13)电连接进油计量阀(6)、压力传感器(9)、电子限压阀(11)、喷油器(12)、以及安装在副油箱(2)上的油温传感器(14)；

当检测到副油箱(2)中燃油温度低于设定的油温下限值时，控制单元(13)控制加大进油量，电子限压阀(11)控制轨压，使得有多余燃油通过回流管(8)回流至副油箱2。

4.如权利要求3所述的燃油温度控制的装置，其特征在于：

所述控制单元(13)中设有：调节单元(18)，用于判断发动机的工作状态，并根据发动机工作状态执行相应的温度控制模式；

所述调节单元(18)包括温度控制模式调节单元(19)、与温度控制模式调节单元(19)的输出连接的电子限压阀控制单元(20)和进油计量阀控制单元(21)；温度控制模式调节单元(19)用于确定电子限压阀(11)和进油计量阀(6)应该被控制的状态，给出电子限压阀控制状态信号和进油计量阀控制状态信号；电子限压阀控制单元(20)用于产生实际的电子限压阀控制信号，进油计量阀控制单元(21)用于产生实际的进油计量阀控制信号。

5.如权利要求4所述的燃油温度控制的装置，其特征在于：

所述温度控制模式调节单元(19)包括一个禁止喷射时间计算单元(22)，用于计算发动机开始启动时的禁止喷射时间；还包括一个状态转换单元(23)，通过状态转换单元(23)确定发动机的状态；然后在阀的控制模式判断单元(24)中判断电子限压阀(11)和进油计量阀(6)应处于的工作状态，给出对应的电子限压阀控制状态信号和进油计量阀控制状态信号。

6.如权利要求5所述的燃油温度控制的装置，其特征在于：

状态转换单元(23)确定发动机的状态具体包括：

控制单元(13)上电后，发动机进入初始化状态(25)，当状态转换单元(23)检测到发动机转速时，转换到开始启动状态(26)，当启动时间超过禁止喷射时间后，进入启动中状态(27)，当转速达到启动完成转速后，进入启动完成状态（28）；

从进入开始启动状态(26)，保持到启动中状态(27)，控制单元(13)执行第一温度控制模式：控制安装在高压泵(7)上的进油计量阀(6)处于全供油状态，高压轨管(10)上的电子限压阀(11)处于闭环控制轨压状态；

当进入启动完成状态(28)，控制单元(13)根据检测的燃油温度来执行相应的温度控制模式：

当燃油温度低于设定的油温下限值时，继续执行上述第一温度控制模式；当燃油温度超过设定的油温上限值时，执行第二温度控制模式:控制进油计量阀(6)处于闭环控制轨压状态，电子限压阀(11)处于关闭状态，燃油加热停止。