CN104989536B - 一种柴油机进气控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油机进气控制系统，包括：增压器；中冷器，设有中冷前进气管和中冷后进气管，并通过所述中冷前进气管与所述增压器相连通；三通阀，设于所述中冷前进气管，其旁通口通过旁通管与柴油机气缸的进气口相连通，在关闭状态下，所述三通阀切断所述增压器与旁通管，并导通所述增压器与中冷器，在开启状态下，所述三通阀导通所述增压器与旁通管，并切断所述增压器与中冷器。该系统在柴油机排气温度较低的情况下，可自动切换进气循环，从而通过提高进气温度，达到提高柴油机排气温度、提高SCR后处理利用效率的目的。本发明还公开了应用于所述控制系统的控制方法。

Description

一种柴油机进气控制方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别是柴油机的进气控制系统。本发明还涉及所述进气控制系统的控制方法。

背景技术

随着排放法规要求的日益严格，不管是道路用柴油机还是非道路用柴油机，均增加了相应的瞬态测试循环。例如非道路用柴油机达到Tier 4F排放阶段时柴油机需要进行冷、热状态下的NRTC瞬态循环测试。为满足此排放要求，SCR后处理技术得到了普遍的使用。

但是，当前SCR后处理系统不管采用何种催化剂，其低温工况下均存在NOx转化效率低的问题。如图1所示，图中为一种非道路用柴油机NRTC循环过程中其SCR上游温度变化。可以看出，在循环初始阶段，SCR上游温度上升很慢，而SCR催化剂均有一定的活性温度限制，在整个循环近20％的时间里，由于柴油机排气温度较低，NOx排放物几乎不能依靠SCR处理掉，SCR后处理系统对柴油机NOx处于不作为状态。这种情况下，瞬态循环初始阶段柴油机的NOx排放量比重较高，直接影响到整个循环柴油机排放结果。

现有技术可以通过控制冷却系统的开关程度，达到提高柴油机进气温度，提高排温的目的。考虑到在整车上柴油机均安装有风扇、水箱等附件，为提高排温，即便是切断冷却水循环，柴油机气路仍然是经过水箱散热器，为了达到更好的提高进气温度的目的，该技术需要额外采用独立可控的风扇，控制冷却系统的同时需要协调控制风扇转速，这在一定程度上增加了柴油机成本和控制难度，并局限了该技术的应用范围。

因此，如何快速提高带SCR后处理柴油机排气温度，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种柴油机进气控制系统。该系统在柴油机排气温度较低的情况下，可自动切换进气循环，从而通过提高进气温度，达到提高柴油机排气温度、提高SCR后处理利用效率的目的。

本发明的另一目的是提供一种所述进气控制系统的控制方法。

为实现上述目的，本发明提供一种柴油机进气控制系统，包括：

增压器；

中冷器，设有中冷前进气管和中冷后进气管，并通过所述中冷前进气管与所述增压器相连通；

进一步包括三通阀，设于所述中冷前进气管，其旁通口通过旁通管与柴油机气缸的进气口相连通，在关闭状态下，所述三通阀切断所述增压器与旁通管，并导通所述增压器与中冷器，在开启状态下，所述三通阀导通所述增压器与旁通管，并切断所述增压器与中冷器。

为实现上述另一目的，本发明提供一种柴油机进气控制方法，应用于上述柴油机进气控制系统，包括：

检测柴油机SCR箱上游温度T；

判断所述温度T是否升高且大于温度上限值A，若是，则关闭所述三通阀，若否，则开启所述三通阀；

判断所述温度T是否下降且小于温度下限值B，若是，则开启所述三通阀，若否，则关闭所述三通阀；

所述温度上限值A高于SCR箱尿素起喷温度；

所述温度下限值B高于SCR箱尿素止喷温度，并低于所述温度上限值A。

进一步地，所述温度上限值A为所述SCR箱尿素起喷温度的1.02至1.05倍。

进一步地，所述温度上限值A的范围在195℃至205℃之间。

进一步地，所述温度上限值A为200℃。

进一步地，所述温度下限值B为SCR箱尿素起喷温度和止喷温度的平均值。

进一步地，所述温度下限值B的范围在186℃至194℃之间。

进一步地，所述温度下限值B为190℃。

本发明针对当前带SCR后处理柴油机冷、热态NRTC循环普遍存在的排温上升缓慢的问题，设计了一种柴油机进气控制系统和控制方法。该系统和方法以SCR箱上游温度为输入信号，以尿素起喷温度和止喷温度为临界值，通过控制三通阀的开关，来控制进气的行进路线，可以实现两种完全不同的柴油机进气循环过程。当SCR箱上游温度高于上限值A时，三通阀正常关闭，新鲜空气的循环过程是先经过增压器增压，依次经过柴油机中冷前进气管和中冷器等，进入柴油机气缸；另一种循环工况是当SCR箱上游温度低于下限值B时，三通阀开启，此时通往中冷器的管路完全封闭，增压后的新鲜空气经过旁通管直接进入柴油机气缸。这样就能保证在柴油机排温较低的情况下尽可能的提高进气温度，从而达到实现快速提高排温的目的。

附图说明

图1为一种非道路用柴油机NRTC循环过程中其SCR上游温度变化示意图；

图2为本发明所提供柴油机进气控制系统的气路示意图；

图3为本发明所提供进气控制方法的逻辑框图；

图4为试验得到的一种非道路用柴油机NRTC循环过程中其中冷前后进气温度的对比图；

图5为采用本发明控制系统和控制方法前后，发动机排气温度的变化趋势图。

图中：

1.柴油机涡前排气管 2.中冷前进气管 3.旁通管 4.中冷器 5.中冷器进水管 6.中冷器出水管 7.中冷后进气管 8.增压器 9.三通阀

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。

本发明主要适用于增压中冷柴油机，此类柴油机在其冷启动或者瞬态循环过程中，中冷后的进气温度一直较低，而中冷前的进气温度是逐渐升高的，而且柴油机进气温度升高，对其排温的提升影响很大，基于此，本发明设计了下述进气控制系统和控制方法。

请参考图2，图2为本发明所提供柴油机进气控制系统的气路示意图。

在一种具体实施例中，本发明提供的柴油机进气控制系统，主要由柴油机涡前排气管1、中冷前进气管2、旁通管3、中冷器4、中冷器进水管5、中冷器出水管6、中冷后进气管7、增压器8、三通阀9等构成。

其中，增压器8通过中冷前进气管2与中冷器4相连通，中冷前进气管2上设三通阀9，其旁通口通过旁通管3与柴油机气缸的进气口相连通，在关闭状态下，三通阀9切断增压器8与旁通管3，并导通增压器8与中冷器4，在开启状态下，三通阀9导通增压器8与旁通管3，并切断增压器8与中冷器4。

请参考图3，图3为本发明所提供进气控制方法的逻辑框图。

本发明提供的控制方法采用上述控制系统，并以SCR箱上游温度T为输入信号，对进气路线进行控制，可形成两种完全不同的柴油机进气循环过程。

具体地，当检测到SCR箱上游温度T逐渐上升但不高于温度上限值A时(为了保持与SCR箱尿素喷射达到更好的协调一致控制，该温度上限值A高于SCR箱尿素起喷温度)，控制系统发出指令，三通阀9处于开启状态。此时三通阀起到封闭中冷管路的作用，增压后的进气通过旁通管3直接进入柴油机气缸。随着柴油机排温的不断上升，当SCR箱上游温度传感器检测到温度数值T高于温度上限值A时，控制系统发出指令控制三通阀9处于关闭状态，此时旁通管3处于封闭状态，增压后进气进过中冷器4冷却后再进入柴油机气缸。

此处温度上限值A设定的比SCR系统尿素起喷温度高，一方面可确保在柴油机后处理系统起作用之后，该进气控制系统才开始转变状态，得以维持柴油机后处理系统工作状态的连续性，另一方面可有效防止当三通阀9突然从开启状态切换到关闭状态时，柴油机进气经过中冷器4后温度有所降低可能出现因柴油机排温波动引起尿素泵状态不断切换问题的发生。

除此之外，还设置了该进气控制系统控制的温度下限值B。也就是说当SCR箱上游温度传感器检测到温度数值T是从高温情况逐渐下降且低于温度下限值B时，控制系统控制三通阀9处于开启状态，旁通管3变成通路，增压后进气不经冷却直接进入柴油机气缸。

此温度下限值B设定为略高于SCR系统尿素止喷温度，但是低于温度上限值A，目的在于保证在柴油机某些工况出现排气温度突降时，通过该进气控制系统的调节，尽量避免出现因温度较低引起尿素不喷情况的出现，以保证柴油机后处理系统工作的连续性。

这里，温度上限值A可取SCR箱尿素起喷温度的1.02至1.05倍，温度下限值B可取SCR箱尿素起喷温度和止喷温度的平均值。

例如，SCR箱尿素止喷温度为185℃，起喷温度为195℃，通常SCR上游温度上升超过195℃时，开始喷尿素，SCR上游温度下降至低于185℃时，停止喷尿素，温度上限值A高于起喷温度195℃，可标定为200℃，温度下限值B略高于止喷温度185℃，可以按起喷温度和止喷温度的平均值进行标定，取190℃。

本发明以柴油机后处理SCR箱上游温度数值为输入，能够快速、准确的根据该温度的变化给出动作指示。与传统的提排温控制方式相比，采用该发明对柴油机性能、排放等方面不会产生负面影响，在快速提高柴油机进气温度的同时，对进气量的影响很微弱，所以在降低NOx排放的同时，不会引起柴油机其它排放物的恶化。同时采用该进气控制系统还有缩短柴油机热车时间，控制油耗的效果。该控制系统使用范围广，不管是在台架试验还是整车配套使用方面都能很好的应用，且控制策略简单、适用，提排温效果十分明显。

如图4所示，是试验得到的一种非道路用柴油机NRTC循环过程中其中冷前后进气温度的对比图。从中可以看出，柴油机采用正常中冷方式时，循环过程中冷前的进气温度始终是高于中冷后的进气温度的，而且这种趋势随着柴油机配套在整车上表现的将更加明显。

柴油机排气温度较低的情况下，通过控制三通阀9，实现增压气体的不冷却循环，快速提高柴油机排气温度。而基于上述非道路用柴油机NRTC瞬态循环也确实验证了该发明的可行性和有效性。如图5所示，图中显示了采用该控制系统前后，发动机排气温度的变化趋势。很显然低温情况下采用非冷却循环进气控制，能有效的提高柴油机排气温度，缩短SCR箱尿素喷射温度建立时间，从而达到降柴油机NOx降低的目的。

以上对本发明所提供的柴油机进气控制系统及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 (7)

1.一种柴油机进气控制方法，应用于柴油机进气控制系统，

所述柴油机进气控制系统包括：

增压器(8)；

中冷器(4)，设有中冷前进气管(2)和中冷后进气管(7)，并通过所述中冷前进气管(2)与所述增压器(8)相连通；

进一步包括三通阀(9)，设于所述中冷前进气管(2)，其旁通口通过旁通管(3)与柴油机气缸的进气口相连通，在关闭状态下，所述三通阀(9)切断所述增压器(8)与旁通管(3)，并导通所述增压器(8)与中冷器(4)，在开启状态下，所述三通阀(9)导通所述增压器(8)与旁通管(3)，并切断所述增压器(8)与中冷器(4)；

所述柴油机进气控制方法包括：

检测柴油机SCR箱上游温度T；

判断所述温度T是否升高且大于温度上限值A，若是，则关闭所述三通阀，若否，则开启所述三通阀；

判断所述温度T是否下降且小于温度下限值B，若是，则开启所述三通阀，若否，则关闭所述三通阀；

所述温度上限值A高于SCR箱尿素起喷温度；

所述温度下限值B高于SCR箱尿素止喷温度，并低于所述温度上限值A。

2.根据权利要求1所述的柴油机进气控制方法，其特征在于，所述温度上限值A为所述SCR箱尿素起喷温度的1.02至1.05倍。

3.根据权利要求2所述的柴油机进气控制方法，其特征在于，所述温度上限值A的范围在195℃至205℃之间。

4.根据权利要求3所述的柴油机进气控制方法，其特征在于，所述温度上限值A为200℃。

5.根据权利要求1所述的柴油机进气控制方法，其特征在于，所述温度下限值B为SCR箱尿素起喷温度和止喷温度的平均值。

6.根据权利要求5所述的柴油机进气控制方法，其特征在于，所述温度下限值B的范围在186℃至194℃之间。

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，所述温度下限值B为190℃。