CN107246305A - 商用车天然气发动机二次空气供给系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种商用车天然气发动机二次空气供给系统及方法，所述系统包括增压压力传感器，进气歧管压力传感器，发动机水温传感器，转速传感器，催化器前氧传感器，催化器后氧传感器，二次空气电磁阀，压缩空气储气罐压力传感器，车辆压缩空气储气罐及发动机控制单元。本发明的商用车天然气发动机二次空气供给系统中，由于商用车普遍配备压缩空气储气罐，二次空气的来源可谓就地取材，并且取消了二次空气泵、真空旁通阀等部件，在保证二次空气供给量与精度的前提下，降低了系统成本及复杂程度；另外，由于压缩空气储气罐里的空气压力远高于排气管里废气压力，因此可在发动机运行全工况范围内向排气管里补充新鲜空气，扩大了使用范围。本系统结构简单，安全可靠。

Description

商用车天然气发动机二次空气供给系统及方法

技术领域

本发明涉及一种商用车天然气发动机二次空气供给系统及方法，属于发动机排放控制领域。

背景技术

对于汽油发动机来说，为降低冷启动工况的污染物排放，需要向排气管里补充一定量的新鲜空气，以促进废气中HC及CO的氧化，同时HC与CO的氧化放热也能缩短三元催化器的起燃时间，使其更快的进入到高效率工作区。

上述新鲜空气的供应是通过二次空气系统完成的，其分两种，一种是带有空气泵的二次空气供给系统，通过一个电动空气泵向排气管里泵入新鲜空气，另一种是脉冲式二次空气供给系统，利用排气管里的排气脉冲来吸入新鲜空气。

但是对于前者，由于配备空气泵、真空旁通阀、分流阀等，因此增加了成本与系统复杂程度，而对于后者，由于是利用排气脉冲来吸入新鲜空气，因此对排气气流压力分布在设计上有较高的要求，同时所吸入的空气量也不大，有一定的使用局限性，且同样存在系统复杂成本高问题。

对于使用当量燃烧技术的天然气发动机的商用车而言，其燃烧方案与降排放措施与汽油发动机类似，当应用二次空气系统时，采用带有二次空气泵的空气系统存在技术复杂的不足，同时，与乘用车不同，商用车发动机机舱为敞开式，在排气管路上布置复杂的二次空气泵系统对部件可靠性也提出了更高的要求；另外，商用车排气系统设计精度不如乘用车，也限制了脉冲式二次空气系统的使用。因此，如果能提出一种简易可靠的商用车使用的二次空气系统，其意义重大。

发明内容

本发明目的是针对上述现有技术的不足，提出了一种商用车天然气发动机二次空气供给系统，包括系统结构和对应的控制方法，二次空气直接来源于商用车普遍配备的压缩空气储气瓶里的高压空气，通过一个电磁阀来控制高压空气供给量的多少，从而省去了二次空气泵等复杂部件，降低现有二次空气供给系统的复杂度，可维护性好，还能提供较高精度的二次空气供给量。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种商用车天然气发动机二次空气供给系统，其包括增压压力传感器，进气歧管压力传感器，发动机水温传感器，转速传感器，催化器前氧传感器，催化器后氧传感器，二次空气电磁阀，压缩空气储气罐压力传感器，车辆压缩空气储气罐及发动机控制单元；

所述天然气发动机的进气管上安装有节气门，所述节气门用于调节发动机进气量；

所述增压压力传感器安装于天然气发动机进气管上，并位于所述节气门的上游侧，用于计算天然气发动机进气量；所述进气歧管压力传感器安装于所述天然气发动机的进气管上，并位于所述节气门的下游侧，用于计算发动机进气量；

所述发动机水温传感器安装于天然气发动机的冷却回路上，以识别发动机的水温，进而可以用于判断发动机是否处于冷启动工况；

所述天然气发动机的排气管上安装有涡轮增压器；

所述转速传感器安装于天然气发动机的飞轮壳上，以识别天然气发动机转速，进而识别天然气发动机是否处于起动后工况；

所述天然气发动机的排气管上还设置有三元催化器，所述三元催化器位于所述涡轮增压器的下游侧；

所述催化器前氧传感器和催化器后氧传感器均安装于天然气发动机的排气管上，且所述催化器前氧传感器位于所述涡轮增压器和三元催化器之间，用于识别经催化器转换之前的发动机燃烧后废气的空燃比，用来实现发动机缸内燃烧空燃比的控制；所述催化器后氧传感器位于所述三元催化器的下游侧，用于识别经催化器转换之后的发动机燃烧后废气的空燃比，以实现催化器最佳转换效率的控制；

车辆压缩空气储气罐通过管路与排气管连通，且连通处位于涡轮增压器的上游侧；所述管路上设置有二次空气电磁阀，所述压缩空气储气罐压力传感器安装于二次空气电磁阀之前的管路上，用于实时采集车辆压缩空气储气罐里的空气压力；

所述增压压力传感器，进气歧管压力传感器，节气门，转速传感器，催化器前氧传感器，催化器后氧传感器信号连接至发动机控制单元，用以发动机控制单元识别发动机负荷和所处工况；所述控制单元信号连接于所述二次空气电磁阀，以控制所述二次空气电磁阀的开度；

所述发动机控制单元判断是否需要进行二次空气喷射以及所需喷射的二次空气量的多少，进而根据车辆压缩空气储气罐压力传感器所采集的车辆压缩空气储气罐里空气压力值，再根据二次空气电磁阀流量特性，计算出二次空气电磁阀所需的占空比开度，通过控制二次空气电磁阀的开度，最终实现向排气管里喷射所需质量的空气。

本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种商用车天然气发动机二次空气供给方法，其利用上述的商用车天然气发动机二次空气供给系统实现，所述方法包括：

S10、发动机控制单元根据水温信号及转速信号判断发动机是否处于冷启动工况；如果发动机处于冷启动工况，则进行二次空气喷射量的计算；

S20、当需要进行二次空气喷射时，发动机控制单元根据水温信号、进气量及转速信号计算当前工况二次空气喷射后的排气管目标空燃比；

S30、在催化器前氧传感器没进入工作状态时，发动机控制单元根据水温信号、进气量及转速信号估算当前工况的排气管实际空燃比；当催化器前氧传感器进入工作状态后，发动机控制单元直接通过催化器前氧传感器采集当前工况的排气管实际空燃比；

S40、发动机控制单元根据当前工况目标空燃比与实际空燃比的偏差，结合当前工况的发动机进气量，计算出二次空气目标喷射量；

S50、发动机控制单元根据二次空气目标喷射量，结合车辆压缩空气储气罐的压力信号与二次空气电磁阀流量特性参数，计算出二次空气电磁阀的占空比；

S60、发动机控制单元根据计算的占空比信号驱动二次空气电磁阀执行，向排气管里喷射所需的新鲜空气。

本发明具有如下有益效果：本发明的商用车天然气发动机二次空气供给系统，由于商用车普遍配备压缩空气储气罐，二次空气的来源可谓就地取材，并且取消了二次空气泵、真空旁通阀等部件，在保证二次空气供给量与精度的前提下，降低了系统成本及复杂程度；另外，由于压缩空气储气罐里的空气压力远高于排气管里废气压力，因此可在发动机运行全工况范围内向排气管里补充新鲜空气，扩大了使用范围。本系统结构简单，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的商用车天然气发动机二次空气供给系统的结构示意图；

图2为本发明的商用车天然气发动机二次空气供给方法的流程图；

图中标记示意为：1-增压压力传感器；2-进气歧管压力传感器；3-节气门；4-涡轮增压器；5-发动机水温传感器；6-三元催化器；7-催化器前氧传感器；8-催化器后氧传感器；9-二次空气电磁阀；10-压缩空气储气罐压力传感器；11-车辆压缩空气储气罐；；12-转速传感器；13-发动机控制单元。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种商用车天然气发动机二次空气供给系统，其包括增压压力传感器1，进气歧管压力传感器2，发动机水温传感器5，催化器前氧传感器7，催化器后氧传感器8，二次空气电磁阀9，压缩空气储气罐压力传感器10，车辆压缩空气储气罐11，转速传感器12及发动机控制单元13。

所述天然气发动机的进气管上安装有节气门3，所述节气门用于调节发动机进气量(负荷)；

所述增压压力传感器1安装于天然气发动机进气管上，并位于所述节气门的上游侧(沿进气方向)，用于计算天然气发动机进气量；所述进气歧管压力传感器2安装于所述天然气发动机的进气管上，并位于所述节气门的下游侧(沿进气方向)，用于计算发动机进气量。

所述天然气发动机的排气管上安装有涡轮增压器4，由天然气发动机燃烧后废气来驱动，带动同轴压气机旋转，从而提高进气密度，以提高发动机的最大进气量。

所述发动机水温传感器5安装于天然气发动机的冷却回路上，以识别发动机温度，进而可以用于判断发动机是否处于冷启动工况。

所述天然气发动机的排气管上还设置有三元催化器6，所述三元催化器位于所述涡轮增压器的下游侧(沿排气方向)。

所述催化器前氧传感器7和催化器后氧传感器8均安装于天然气发动机的排气管上，且所述催化器前氧传感器7位于所述涡轮增压器和三元催化器之间，用于识别经催化器转换之前的发动机燃烧后废气的空燃比，用来实现发动机缸内燃烧空燃比的控制；所述催化器后氧传感器位于所述三元催化器的下游侧，用于识别经催化器转换之后的发动机燃烧后废气的空燃比，以实现催化器最佳转换效率的控制。

车辆压缩空气储气罐11通过管路与排气管(排气歧管或者排气总管)连通，且连通处位于涡轮增压器的上游侧；所述管路上设置有二次空气电磁阀9，所述压缩空气储气罐压力传感器10安装于二次空气电磁阀9之前的管路上，用于实时采集车辆压缩空气储气罐11里的空气压力。

所述转速传感器12安装于天然气发动机的飞轮壳上，以识别天然气发动机转速，进而可以用于计算发动机进气量。

由于商用车普遍配备压缩空气储气罐，二次空气的来源可谓就地取材，并且取消了二次空气泵、真空旁通阀等部件，在保证二次空气供给量与精度的前提下，降低了系统成本及复杂程度；另外，由于压缩空气储气罐里的空气压力远高于排气管里废气压力，因此可在发动机运行全工况范围内向排气管里补充新鲜空气，扩大了使用范围。本系统结构简单，安全可靠。

实施例2

本实施例提供了一种商用车天然气发动机二次空气供给方法，其利用实施例1中所述的商用车天然气发动机二次空气供给系统，所述方法包括：

S10、发动机控制单元13根据水温信号及转速信号判断发动机是否处于冷启动工况；如果发动机处于冷启动工况，则进行二次空气喷射量的计算。

S20、当需要进行二次空气喷射时，发动机控制单元13根据水温信号、进气量及转速信号计算当前工况二次空气喷射后的排气管目标空燃比。

S30、在催化器前氧传感器没进入工作状态时，发动机控制单元13根据水温信号、进气量及转速信号估算当前工况的排气管实际空燃比；当催化器前氧传感器进入工作状态后，发动机控制单元13直接通过催化器前氧传感器采集当前工况的排气管实际空燃比。

S40、发动机控制单元13根据当前工况目标空燃比与实际空燃比的偏差，结合当前工况的发动机进气量，计算出二次空气目标喷射量。

S50、发动机控制单元13根据二次空气目标喷射量，结合车辆压缩空气储气罐的压力信号与二次空气电磁阀流量特性参数，计算出二次空气电磁阀的占空比。

S60、发动机控制单元根据计算的占空比信号驱动二次空气电磁阀执行，向排气管里喷射所需的新鲜空气。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种商用车天然气发动机二次空气供给系统，其特征在于，包括增压压力传感器，进气歧管压力传感器，发动机水温传感器，转速传感器，催化器前氧传感器，催化器后氧传感器，二次空气电磁阀，压缩空气储气罐压力传感器，车辆压缩空气储气罐及发动机控制单元；

所述天然气发动机的进气管上安装有节气门，所述节气门用于调节发动机进气量；

所述增压压力传感器安装于天然气发动机进气管上，并位于所述节气门的上游侧，用于计算天然气发动机进气量；所述进气歧管压力传感器安装于所述天然气发动机的进气管上，并位于所述节气门的下游侧，用于计算发动机进气量；

所述发动机水温传感器安装于天然气发动机的冷却回路上，以识别发动机的水温，进而可以用于判断发动机是否处于冷启动工况；

所述天然气发动机的排气管上安装有涡轮增压器；

所述转速传感器安装于天然气发动机的飞轮壳上，以识别天然气发动机转速，进而识别天然气发动机是否处于起动后工况；

所述天然气发动机的排气管上还设置有三元催化器，所述三元催化器位于所述涡轮增压器的下游侧；

所述催化器前氧传感器和催化器后氧传感器均安装于天然气发动机的排气管上，且所述催化器前氧传感器位于所述涡轮增压器和三元催化器之间，用于识别经催化器转换之前的发动机燃烧后废气的空燃比，用来实现发动机缸内燃烧空燃比的控制；所述催化器后氧传感器位于所述三元催化器的下游侧，用于识别经催化器转换之后的发动机燃烧后废气的空燃比，以实现催化器最佳转换效率的控制；

车辆压缩空气储气罐通过管路与排气管连通，且连通处位于涡轮增压器的上游侧；所述管路上设置有二次空气电磁阀，所述压缩空气储气罐压力传感器安装于二次空气电磁阀之前的管路上，用于实时采集车辆压缩空气储气罐里的空气压力；

所述增压压力传感器，进气歧管压力传感器，节气门，转速传感器，催化器前氧传感器，催化器后氧传感器信号连接至发动机控制单元，用以发动机控制单元识别发动机负荷和所处工况；所述控制单元信号连接于所述二次空气电磁阀，以控制所述二次空气电磁阀的开度；

所述发动机控制单元判断是否需要进行二次空气喷射以及所需喷射的二次空气量的多少，进而根据车辆压缩空气储气罐压力传感器所采集的车辆压缩空气储气罐里空气压力值，再根据二次空气电磁阀流量特性，计算出二次空气电磁阀所需的占空比开度，通过控制二次空气电磁阀的开度，最终实现向排气管里喷射所需质量的空气。

2.一种商用车天然气发动机二次空气供给方法，其利用权利要求1所述的商用车天然气发动机二次空气供给系统实现，所述方法包括：

S10、发动机控制单元根据水温信号及转速信号判断发动机是否处于冷启动工况；如果发动机处于冷启动工况，则进行二次空气喷射量的计算；

S20、当需要进行二次空气喷射时，发动机控制单元根据水温信号、进气量及转速信号计算当前工况二次空气喷射后的排气管目标空燃比；

S30、在催化器前氧传感器没进入工作状态时，发动机控制单元根据水温信号、进气量及转速信号估算当前工况的排气管实际空燃比；当催化器前氧传感器进入工作状态后，发动机控制单元直接通过催化器前氧传感器采集当前工况的排气管实际空燃比；

S40、发动机控制单元根据当前工况目标空燃比与实际空燃比的偏差，结合当前工况的发动机进气量，计算出二次空气目标喷射量；

S50、发动机控制单元根据二次空气目标喷射量，结合车辆压缩空气储气罐的压力信号与二次空气电磁阀流量特性参数，计算出二次空气电磁阀的占空比；

S60、发动机控制单元根据计算的占空比信号驱动二次空气电磁阀执行，向排气管里喷射所需的新鲜空气。