CN109404175A - 一种电喷柴油机进气温度控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机领域，公开了一种电喷柴油机进气温度控制系统及控制方法，该控制系统包括空气混合器，其上设有冷空气进口、热空气进口和空气出口，空气出口与增压器进气口连通；第一开度调节单元、第二开度调节单元，分别设于冷空气进口所在的管道和热空气进口所在管道内；温度传感器，用于测量柴油机进气歧管内的气体温度；及控制器，能够根据进气歧管内的温度调节第一开度调节单元和第二开度调节单元的开度。本发明能够根据柴油机的当前运行工况确定最佳的目标进气温度区间，通过调节空气混合器内部的开度调节单元的开度使冷空气和热空气按最佳混合比例，并选择性地配合风扇转速和/或进气预热器以确保发动机进气温度满足柴油机进气温度需求。

Description

一种电喷柴油机进气温度控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种电喷柴油机进气温度控制系统及控制方法。

背景技术

现有机械喷油泵已不能满足环保要求，电喷柴油机成为工程车辆的主要动力。而对于电喷柴油机，适宜温度的空气进入柴油机参与燃烧，才能最大限度的发挥柴油机的动力潜能。

柴油机的进气温度过低，会使燃油与空气的雾化不良，燃烧不充分，继而导致柴油机出现自降功率问题，耗油量大幅度提升，同时会冒黑烟，继而导致排放超标。柴油机进气温度过高，会使空气密度降低，增加中冷器负荷，会造成燃烧不充分等问题，若柴油机缸内处于持续高温状态，甚至会引发柴油机故障。因此，无论进气温度过高或者过低都会影响柴油机运行、寿命及可靠性，由此引起的柴油机可靠性及寿命问题也会增加维修成本。

目前推土机仍沿用“一机走天下”的开发模式，并未根据不同地理区域之间存在的温度差异进行针对性研究，会使同一型号的柴油机在不同地理区域，柴油机进气温度不同，导致不同地理区域的驾驶员对同一型号车辆的动力性、经济性、可靠性及使用寿命得出不同的结论，或者不同地理区域的车辆曝露出截然相反的故障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电喷柴油机进气温度控制系统及控制方法，能够自动调整柴油机的进气温度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电喷柴油机进气温度控制系统，包括：

空气混合器，其上设有冷空气进口、热空气进口和空气出口，所述空气出口与增压器进气口连通；

第一开度调节单元、第二开度调节单元，分别设于所述冷空气进口所在的管道和所述热空气进口所在管道内；

温度传感器，用于测量柴油机进气歧管内的气体温度；及

控制器，能够根据进气歧管内的气体温度调节所述第一开度调节单元和所述第二开度调节单元的开度。

进一步地，所述冷空气进口所在管道内径的平方和所述热空气进口所在管道内径的平方之和小于等于所述空气出口所在管道内径的平方。

进一步地，所述冷空气进口所在管道的中轴线与所述热空气进口所在管道的中轴线之间的夹角小于180°。

进一步地，还包括散热器总成，用于对所述散热器总成进行冷却的风扇，及用于对所述进气歧管内的空气进行加热的进气预热器；

所述散热器总成设于所述增压器和所述进气歧管之间，所述风扇和所述进气预热器电连接于所述控制器。

本发明还提供了一种电喷柴油机进气温度控制方法，采用上述的电喷柴油机进气温度控制系统对电喷柴油机进气温度进行控制，包括以下步骤：

柴油机启动后，根据曲轴转速、冷却液温度、环境温度、柴油机负荷率确定目标进气温度区间；

判断进气歧管内的气体温度是否在目标进气温度区间内，并在进气歧管内的气体温度不在目标进气温度区间内时，控制第一开度调节单元和第二开度调节单元的开度、风扇转速和/或进气预热器以使进气歧管内的气体温度在目标进气温度区间内。

进一步地，根据进气歧管内的气体温度与目标进气温度区间的最大值或最小值的差值计算开度调节单元的需求开度调节量；

根据开度调节单元的当前开度和其调节方向计算实际允许最大开度调节量；

在判断实际允许最大开度调节量大于等于对应的需求开度调节量时，调节第一开度调节单元和第二开度调节单元的开度以使进气歧管内的气体温度在目标进气温度区间内。

进一步地，第一开度调节单元的当前开度和第二开度调节单元的当前开度之和为定值。

进一步地，根据进气歧管内的气体温度与目标进气温度区间的最大值的差值计算开度调节单元的需求开度调节量；

根据开度调节单元的当前开度和其调节方向计算实际允许最大开度调节量；

在实际允许最大开度调节量小于对应的需求开度调节量时，使第一开度调节单元的开度达到最大且第二开度调节单元完全关闭，同时增加风扇的转速。

进一步地，根据进气歧管内的气体温度与目标进气温度区间的最小值的差值计算开度调节单元的需求开度调节量；

根据开度调节单元的当前开度和其调节方向计算实际允许最大开度调节量；

在实际允许最大开度调节量小于对应的需求开度调节量时，使第一开度调节单元完全关闭且第二开度调节单元的开度达到最大，同时控制进气预热器工作和/或降低风扇转速。

进一步地，进气预热器连接有用以提示其是否处于工作状态的加热指示灯；柴油机通电后且启动前，判断进气歧管内的气体温度是否大于预设温度，若是，则加热指示灯处于熄灭状态，提示驾驶员能够启动柴油机；否则，则启动进气预热器，加热指示灯被点亮，直至进气歧管内的温度达到预设温度，则加热指示灯处于熄灭状态，提示驾驶员能够启动柴油机。

本发明的有益效果：本发明提出的电喷柴油机进气温度控制系统及控制方法，能够根据柴油机的当前运行工况确定最佳的目标进气温度区间，并通过调节空气混合器内部的开度调节单元的开度使冷空气和热空气按照最佳混合比例，并选择性地配合风扇转速和/或进气预热器以确保发动机的进气温度满足柴油机的进气温度需求，实现了智能化的调整进气歧管内空气的温度，使进气温度始终维持在柴油机要求的最大扭矩输出区间内，动力性能达到最优，提高了柴油机动力输出的稳定性和可靠性。对于采用该柴油机的工程车辆如推土机等，扩大了同一型号推土机的适用范围，保证了推土机运行的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例所述电喷柴油机进气温度控制系统的结构示意图；

图2是图1中I处的局部放大示意图；

图3是本发明实施例所述电喷柴油机进气温度控制方法的流程图；

图4是本发明实施例通过调节第一开度调节单元和第二开度调节单元的开度使进气歧管内的温度在目标进气温度区间内的流程图。

图中：

1、空气混合器；11、冷空气进口；12、热空气进口；13、空气出口；14、流量传感器；15、第一节气门；16、第二节气门；

21、第一空气滤清器总成；22、第二空气滤清器总成；23、传感器；24、空气滤清器；

3、柴油机；

31、进气歧管；32、温度传感器；33、进气预热器；

41、散热器总成；42、风扇；

5、控制器；

6、增压器。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种电喷柴油机进气温度控制系统，包括空气混合器1，其上设有冷空气进口11、热空气进口12和空气出口13，冷空气进口11连接有第一空气滤清器总成21，第一空气滤清器总成21位于柴油机3的机罩外，热空气进口12连接有第二空气滤清器总成22，第二空气滤清器总成22位于柴油机3的机罩内。第一空气滤清器总成21和第二空气滤清器总成22可以设置为一体，也可以分体设置，每个空气滤清器总成均集成有空气滤清器24和分别用于检测经过空气滤清器24过滤后的气体温度、压力和流量的传感器23。上述空气出口13所在管道设有流量传感器14，用于测量通过该管道的流量，实现对柴油机的进气量进行监控。

柴油机3上设有增压器6，空气出口13与增压器进气口连通；增压器出气口和柴油机3的进气口之间依次设有散热器总成41、进气歧管31。上述电喷柴油机进气温度控制系统还包括用于对散热器总成41进行冷却的风扇42，及用于对进气歧管31内的空气进行加热的进气预热器33，优选进气加热格栅；风扇42和进气预热器33电连接于控制器5，通过控制器5控制风扇42和进气预热器33工作。上述控制器5可以集成在柴油机3上，也可以采用远程安装的方式，即设置在使用该柴油机的车辆上。

上述进气歧管31内还设有温度传感器32，用于测量进气歧管31内的气体温度；上述冷空气进口11所在管道和热空气进口12所在管道内分别设有第一开度调节单元、第二开度调节单元，上述第一开度调节单元和第二开度调节单元均采用节气门，分别为第一节气门15和第二节气门16，且第一节气门15和第二节气门16均为电子节气门，第一节气门15和第二节气门16均电连接于控制器5，控制器5能够根据进气歧管31内的气体温度调节第一节气门15和第二节气门16的开度，使进气歧管31内的气体温度满足电喷柴油机的使用要求，实现自动调整进入柴油机3缸体内的气体温度，使适宜温度的空气进入柴油机3缸体内参与燃烧，最大限度的发挥柴油机的动力潜能；解决了同一型号的柴油机在不同地理区域，因柴油机进气温度不同而导致不同地理区域的驾驶员对同一型号车辆的动力性、经济性、可靠性及使用寿命得出不同的结论，或者不同地理区域的车辆曝露出截然相反的故障的问题。

冷空气进口11所在管道、热空气进口12所在管道以及空气出口13所在管道呈对称Y型结构，而且冷空气进口11所在管道内径的平方和热空气进口12所在管道内径的平方之和小于等于空气出口13所在管道内径的平方，冷空气进口11所在管道的中轴线与热空气进口12所在管道的中轴线之间的夹角小于180°，优选地，冷空气进口11所在管道的中轴线与热空气进口12所在管道的中轴线之间的夹角大于60°且小于120°，通过上述设置能够最大限度的降低进气噪音，避免紊流及喘振产生，使空气流速平稳汇合，提高柴油机动力输出的稳定性。

柴油机通过点火开关启动，点火开关设置在使用该柴油机的车辆驾驶室内的仪表盘上，便于驾驶员操作。而且为了便于观察进气预热器33是否在工作，在使用该柴油机的车辆驾驶室内的仪表盘上还设有加热指示灯，进气预热器33工作，加热指示灯处于点亮状态；进气预热器33不工作，加热指示灯处于熄灭状态。

本实施例还提供了一种电喷柴油机进气温度控制方法，采用上述的电喷柴油机进气温度控制系统，图3是上述电喷柴油机进气温度控制方法的流程图，具体包括以下步骤：

S11、接通柴油机的点火开关。

通过接通柴油机的点火开关，实现柴油机的通电。

S12、判断进气歧管31内的气体温度是否大于预设温度，若是，则执行S14，若否，则执行S13。

S13、启动进气预热器33，点亮加热指示灯，并在进气歧管31内的气体温度达到预设温度时关闭进气预热器33，熄灭加热指示灯，提示驾驶员能够启动柴油机。

S14、加热指示灯处于熄灭状态，提示驾驶员能够启动柴油机，并执行S15。

步骤S11至S14是柴油机3通电后且启动前的自检过程，以使柴油机3启动时的气体温度达到预设温度，以便于启动柴油机3，在进气歧管31内的气体温度低于预设温度时，若是不启动进气预热器33进行加热，柴油机无法正常启动。上述预设温度是略高于能够启动柴油机3的最低环境温度，如-12℃。由于车辆的驾驶室仪表盘上设有加热指示灯，一旦加热指示灯被点亮，则说明此时进气预热器33在工作，进气歧管31内的气体温度低于预设温度，不适宜启动柴油机。柴油机3通电后的一段时间内，若是加热指示灯先被点亮而后被熄灭或一直处于熄灭状态，则在加热指示灯处于熄灭状态时，进气歧管31内的气体温度大于等于预设温度，则认为能够启动柴油机3。因此驾驶员能够根据加热指示灯是否被点亮，确认是否能够启动柴油机3。

S15、柴油机3启动后，根据曲轴转速、冷却液温度、环境温度、柴油机负荷率确定目标进气温度区间。

上述曲轴转速通过转速传感器测量曲轴转速获取，冷却液温度通过温度传感器测量冷却液的温度获取，环境温度通过温度传感器测量外界环境的温度获取，柴油机负荷率等于当前的喷油量和油门全开时喷油量的比值，喷油量由油门的当前大小确定，油门全开时喷油量为定值，当然不同型号的柴油机，油门全开时喷油量的大小不同。

曲轴转速、冷却液温度、环境温度、柴油机负荷率和目标进气温度区间的关系是通过多次重复试验确定的数据表格，在生产柴油机时已被嵌入上述控制器5内。

S16、判断进气歧管31内的气体温度是否在目标进气温度区间内，若是，则执行S17，若否，则执行S18。

其中进气歧管31内的气体温度大于等于目标进气温度区间的最小值且小于等于目标进气温度区间的最大值时，均认为进气歧管31内的气体温度在目标进气温度区间内。

S17、第一节气门15和第二节气门16均保持当前开度。

若进气歧管31内的气体温度在目标进气温度区间内，则说明此时进入柴油机3缸体内的气体温度是满足需求的，无需对柴油机的进气温度进行调整，因此使第一节气门15和第二节气门16均保持当前开度即可。

S18、调节第一节气门15和第二节气门16的开度并选择性地配合风扇42或进气预热器33使进气歧管31内的气体温度在目标进气温度区间内。

若进气歧管31内的气体温度不在目标进气温度区间内，说明此时进入柴油机3缸体内的气体温度是不满足需求的，需要对进气温度进行调节，此时存在以下三种情况：第一种，仅通过调节第一节气门15和第二节气门16的开度就能够使进气歧管31内的气体温度在目标进气温度区间内；第二种，第一节气门15完全关闭且第二节气门16的开度开到最大，同时降低风扇转速和/或启动进气预热器33；第三种，第一节气门15的开度开到最大且第二节气门16完全关闭时，同时增加风扇42的转速。

参照图4，S18具体包括以下步骤：

S181、判断进气歧管31内的气体温度是否大于目标进气温度区间的最大值，若是，则执行S182，若否，则执行S185。

若是进气歧管31内的气体温度大于目标进气温度区间的最大值，则说明此时进入柴油机3缸体内的气体温度偏高，此时需要增大第一节气门15的开度，以增加冷空气的量，减小第二节气门16的开度，以减小热空气的量。

S182、根据进气歧管31内的气体温度与目标进气温度区间的最大值的差值计算节气门的需求开度调节量，并根据节气门的当前开度和其调节方向计算节气门的实际允许最大开度调节量。

为了保证进气量不变，第一节气门15的当前开度和第二节气门16的当前开度之和为定值，因此第一节气门15每次的开度调节量和第二节气门16每次的开度调节量相等，且二者的调节方向相反，即其中一个节气门的增大相应的开度时，另一个节气门需要减小相应的开度。

节气门的开度调节量和进气歧管31内的气体温度与目标进气温度区间的最大值或最小值的差值之间的关系是通过多次重复试验得出的数据。

其中，根据节气门的当前开度和其调节方向计算节气门的实际允许最大开度调节量，具体如下：若是需要增大节气门的开度，则实际允许最大开度调节量等于其最大开度和其当前开度之间的差值，若是需要减小节气门的开度，则实际允许最大开度调节量等于其当前开度和其最小开度之间的差值。

S183、判断实际允许最大开度调节量是否小于上述需求开度调节量，若是，则执行S184，若否，则执行S188。

若是节气门的实际允许最大开度调节量大于等于上述需求开度调节量，则说明仅通过增大第一节气门15的开度和减小第二节气门16就能够将进气歧管31内的气体温度降至目标进气温度区间内。

作为优选，还可以通过PID控制调节两个节气门的开度，并在预设时间后通过再次判断进气歧管31内的气体温度是否大于目标进气温度区间的最小值，从而判断单纯的通过减小第一节气门15的开度和增大第二节气门16的开度是否能够满足柴油机对进气温度的限定。

S184、将第一节气门15的开度开到最大且第二节气门16完全关闭，同时增加风扇42的转速，使进气歧管31内的气体温度处于目标进气温度区间内。

在进气歧管31内的气体温度大于目标进气温度区间的最大值的情况下，若是节气门的实际允许最大开度调节量小于上述需求开度调节量，则说明即使把第一节气门15的开度开到最大且第二节气门16完全关闭，进气歧管31内的气体温度仍然会偏高，需要通过增加风扇42的转速降低散热器总成41的温度，继而降低进气歧管31内的气体温度，使进气歧管31内的气体温度处于目标进气温度区间内。

风扇42转速的调节与进气歧管31内的气体温度有关，至于如何根据进气歧管31内的气体温度匹配相应的风扇42转速，该技术为现有技术，在此不再详细赘叙。

S185、根据进气歧管31内的气体温度与目标进气温度区间的最小值的差值计算节气门的需求开度调节量，并根据节气门的当前开度和其调节方向计算节气门的实际允许最大开度调节量。

在进气歧管31内的气体温度不在目标进气温度区间内的情况下，若进气歧管31内的气体温度不大于目标进气温度区间的最大值，则说明进气歧管31内的温度小于目标进气温度区间的最小值，即进气歧管31内空气的温度偏低，需要提高热空气的进气量，减小冷空气的进气量。

S186、判断实际允许最大开度调节量是否小于上述需求开度调节量，若是，则执行S187，若否，则执行S188。

若是节气门的实际允许最大开度调节量大于等于上述需求开度调节量，则说明仅通过减小第一节气门15的开度和增大第二节气门16的开度就能够将进气歧管31内的气体温度升至目标进气温度区间内。

作为优选，还可以通过PID控制调节两个节气门的开度，并在预设时间后再次判断进气歧管31内的气体温度是否大于目标进气温度区间的最小值，从而判断单纯的通过减小第一节气门15的开度和增大第二节气门16的开度是否能够满足柴油机对进气温度的限定。若是此时进气歧管31内的气体温度已经在目标进气温度区间内，则说明单纯的通过增大第一节气门15的开度和减小第二节气门16的开度已经能够满足使进气歧管31内的气体温度降低至目标进气温度区间内。

S187、将第一节气门15完全关闭且第二节气门16的开度开到最大，同时控制进气预热器33工作，使进气歧管31内的气体温度处于目标进气温度区间内。

在进气歧管31内的气体温度大于目标进气温度区间的最大值的情况下，若是节气门的实际允许最大开度调节量小于上述需求开度调节量，则说明即使把第一节气门15完全关闭且第二节气门16的开度开到最大，进气歧管31内的气体温度仍然会偏低，需要通过进气预热器33对进气歧管31内的气体进行加热，以提高进气歧管31内的气体温度，使进气歧管31内的气体温度处于目标进气温度区间内；当进气歧管31内的气体温度达到目标进气温度区间内后，关闭进气预热器33。

在进气歧管内的温度偏低时，不限于仅采用进气预热器进行升温，还可以采用进气预热器和降低风扇转速结合的方式，也可以仅采用降低风扇转速的方式。

S188、根据需求开度调节量调节两个节气门的开度。

本实施例提出的电喷柴油机进气温度控制系统及控制方法，能够根据柴油机的当前运行工况确定最佳的目标进气温度区间，并通过调节空气混合器1内部的开度调节单元的开度使冷空气和热空气达到最佳混合比例，并选择性地配合风扇转速和/或进气预热器以确保发动机的进气温度满足柴油机的进气温度需求，实现了智能化的调整进气歧管31内空气的气体温度，使进气温度始终维持在柴油机要求的最大扭矩输出区间内，动力性能达到最优，提高了柴油机动力输出的稳定性和可靠性。对于采用该柴油机的工程车辆如推土机等，扩大了同一型号推土机的适用范围，保证了推土机运行的可靠性和稳定性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电喷柴油机进气温度控制系统，其特征在于，包括：

空气混合器(1)，其上设有冷空气进口(11)、热空气进口(12)和空气出口(13)，所述空气出口(13)与增压器进气口连通；

第一开度调节单元、第二开度调节单元，分别设于所述冷空气进口(11)所在的管道和所述热空气进口(12)所在管道内；

温度传感器(32)，用于测量柴油机(3)进气歧管(31)内的气体温度；及

控制器(5)，能够根据进气歧管(31)内的气体温度调节所述第一开度调节单元和所述第二开度调节单元的开度。

2.根据权利要求1所述的电喷柴油机进气温度控制系统，其特征在于，所述冷空气进口(11)所在管道内径的平方和所述热空气进口(12)所在管道内径的平方之和小于等于所述空气出口(13)所在管道内径的平方。

3.根据权利要求1所述的电喷柴油机进气温度控制系统，其特征在于，所述冷空气进口(11)所在管道的中轴线与所述热空气进口(12)所在管道的中轴线之间的夹角小于180°。

4.根据权利要求1所述的电喷柴油机进气温度控制系统，其特征在于，还包括散热器总成(41)，用于对所述散热器总成(41)进行冷却的风扇(42)，及用于对所述进气歧管(31)内的空气进行加热的进气预热器(33)；

所述散热器总成(41)设于所述增压器和所述进气歧管(31)之间，所述风扇(42)和所述进气预热器(33)电连接于所述控制器(5)。

5.一种电喷柴油机进气温度控制方法，其特征在于，采用权利要求1至4任一所述的电喷柴油机进气温度控制系统对电喷柴油机进气温度进行控制，包括以下步骤：

柴油机(3)启动后，根据曲轴转速、冷却液温度、环境温度、柴油机负荷率确定目标进气温度区间；

判断进气歧管(31)内的气体温度是否在目标进气温度区间内，并在进气歧管(31)内的气体温度不在目标进气温度区间内时，控制第一开度调节单元和第二开度调节单元的开度、风扇转速和/或进气预热器以使进气歧管(31)内的气体温度在目标进气温度区间内。

6.根据权利要求5所述的电喷柴油机进气温度控制方法，其特征在于，根据进气歧管(31)内的气体温度与目标进气温度区间的最大值或最小值的差值计算开度调节单元的需求开度调节量；

根据开度调节单元的当前开度和其调节方向计算实际允许最大开度调节量；

在判断实际允许最大开度调节量大于等于对应的需求开度调节量时，调节第一开度调节单元和第二开度调节单元的开度以使进气歧管(31)内的气体温度在目标进气温度区间内。

7.根据权利要求6所述的电喷柴油机进气温度控制方法，其特征在于，第一开度调节单元的当前开度和第二开度调节单元的当前开度之和为定值。

8.根据权利要求5所述的电喷柴油机进气温度控制方法，其特征在于，根据进气歧管(31)内的气体温度与目标进气温度区间的最大值的差值计算开度调节单元的需求开度调节量；

根据开度调节单元的当前开度和其调节方向计算实际允许最大开度调节量；

在实际允许最大开度调节量小于对应的需求开度调节量时，使第一开度调节单元的开度达到最大且第二开度调节单元完全关闭，同时增加风扇(42)的转速。

9.根据权利要求5所述的电喷柴油机进气温度控制方法，其特征在于，根据进气歧管(31)内的气体温度与目标进气温度区间的最小值的差值计算开度调节单元的需求开度调节量；

根据开度调节单元的当前开度和其调节方向计算实际允许最大开度调节量；

在实际允许最大开度调节量小于对应的需求开度调节量时，使第一开度调节单元完全关闭且第二开度调节单元的开度达到最大，同时控制进气预热器(33)工作和/或降低风扇转速。

10.根据权利要求5所述的电喷柴油机进气温度控制方法，其特征在于，进气预热器(33)连接有用以提示其是否处于工作状态的加热指示灯；柴油机(3)通电后且启动前，判断进气歧管(31)内的气体温度是否大于预设温度，若是，则加热指示灯处于熄灭状态，提示驾驶员能够启动柴油机(3)；否则，则启动进气预热器(33)，点亮加热指示灯，直至进气歧管(31)内的气体温度达到预设温度，熄灭加热指示灯，提示驾驶员能够启动柴油机(3)。