CN111141525A - 一种模拟柴油机中冷器性能下降的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟柴油机中冷器性能下降的方法，包括，调节冷却水的流量大小，模拟中冷器的不同冷却状态；根据所述中冷器的不同冷却状态，分别测量增压后的高温空气、冷却后的新鲜空气和冷却水进口的温度；根据所述增压后的高温空气、所述冷却后的新鲜空气和所述冷却水进口的温度，计算所述中冷器的不同冷却状态的冷却效率。本发明还公开了一种模拟柴油机中冷器性能下降的装置。上述模拟柴油机中冷器性能下降的方法无需设计生产故障件，通过调节冷却水流量的大小即可快速模拟中冷器故障导致的制冷效率下降，适用范围广，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种模拟柴油机中冷器性能下降的方法。还涉及一种模拟柴油机中冷器性能下降的装置。
背景技术
重型柴油机为提升动力性和经济性均选择配置增压器，为确保发动机的正常工作，在在增压器后安装中冷器。中冷器的冷却方式分为水冷和风冷，通过降低增压后的高温空气温度、降低发动机热负荷，增加新鲜空气进气量，从而提高发动机功率和扭矩。如果中冷器的冷却性能下降严重，会导致影响发动机的充气效率下降，使发动机燃烧室温度过高，造成爆震等故障发生，而且会增加发动机废气中NOx的含量，造成排放污染物超标。根据《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》标准，在车载诊断系统中要求，生产厂商对中冷器冷却效率下降进行监测，当中冷器的冷却效率低至某一限值时，OBD系统能够报错和提示驾驶员故障信息。
现有的技术方案中最多的是由零部件生产商提供中冷器故障件，设计生产故障件的周期较长，费时费力，而且故障件的结构状态单一，不能满足多个项目的开发要求，大大地增加了项目开发成本。
因此，如何能够提供一种基于发动机台架为主要的试验资源、利用现有的发动机布置方案进行改造的适用范围广和成本低的快速模拟中冷器故障导致的制冷效率下降的模拟柴油机中冷器性能下降的方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟柴油机中冷器性能下降的方法，无需设计生产故障件，通过调节冷却水流量的大小即可快速模拟中冷器故障导致的制冷效率下降，适用范围广，成本低。本发明的另一目的是提供一种模拟柴油机中冷器性能下降的装置。
为实现上述目的，本发明提供一种模拟柴油机中冷器性能下降的方法，包括，调节冷却水的流量大小，模拟中冷器的不同冷却状态；根据所述中冷器的不同冷却状态，分别测量增压后的高温空气、冷却后的新鲜空气和冷却水进口的温度；根据所述增压后的高温空气、所述冷却后的新鲜空气和所述冷却水进口的温度，计算所述中冷器的不同冷却状态的冷却效率。
优选地，所述调节冷却水的流量大小的步骤，具体为，调节所述冷却水进口处的第一可调阀门和/或冷却水出口处的第二可调阀门以改变所述冷却水的流量大小。
优选地，所述第一可调阀门和所述第二可调阀门的开度范围为完全关闭至完全打开。
优选地，所述计算所述中冷器的不同冷却状态的冷却效率的步骤之后，还包括，记录大于预设高限温度的所述冷却后的新鲜空气的温度所对应的所述冷却效率为预设低限效率，当所述冷却效率低于所述预设低限效率时，触发OBD系统报错。
优选地，所述冷却水为冷冻水或自来水。
本发明还提供一种模拟柴油机中冷器性能下降的装置，应用上述模拟柴油机中冷器性能下降的方法，包括中冷器以及设于所述中冷器的进水管道和/或出水管道的可调阀门，还包括用以分别测量增压后的高温空气、冷却后的新鲜空气和冷却水进口的温度的第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器。
优选地，所述可调阀门包括分别设于所述进水管道和所述出水管道的第一可调阀门和第二可调阀门。
相对于上述背景技术，本发明所提供的模拟柴油机中冷器性能下降的方法包括三步，首先，调节冷却水的流量大小，模拟中冷器的不同冷却状态；然后，根据中冷器的不同冷却状态，分别测量增压后的高温空气、冷却后的新鲜空气和冷却水进口的温度；最终，根据增压后的高温空气、冷却后的新鲜空气和冷却水进口的温度，计算中冷器的不同冷却状态的冷却效率。该模拟柴油机中冷器性能下降的方法通过调节冷却水的流量大小从而模拟中冷器的不同冷却状态，在中冷器处于不同冷却状态的前提下，进而测量三处温度，分别为流入中冷器前的空气温度也即增压后的高温空气的温度、流出中冷器后的空气温度也即冷却后的新鲜空气的温度、以及流入中冷器的冷却水的温度也即冷却水进口的温度，进而利用热交换原理以及冷却效率的计算公式得到冷却效率；该发明基于发动机台架为主要的试验资源、利用现有的发动机布置方案进行改造，无需设计制造失效零部件，节省了设计制造失效零部件的成本，能够模拟中冷器的多种失效状态的冷却效率，可进一步根据冷却效率设置报警效率等以便进行失效监测，可适用于不同的中冷器构造，灵活运用，还可以为车辆的中冷器提供边界条件设定，以保持发动机正常运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的模拟柴油机中冷器性能下降的方法的流程图；
图2为现有技术中发动机台架的布置图；
图3为本发明实施例提供的模拟柴油机中冷器性能下降的装置的结构图；
图4为本发明实施例提供的冷却效率的折线图。
其中：
1-过滤后的新鲜空气、2-增压器、3-冷却水进口、4-中冷器、5-冷却水出口、6-进气歧管、7-发动机、8-排气管、901-第一温度传感器、902-第二温度传感器、903-第三温度传感器、1001-第一可调阀门、1002-第二可调阀门、11-增压后的高温空气、12-冷却后的新鲜空气。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的技术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至图4，其中，图1为本发明实施例提供的模拟柴油机中冷器性能下降的方法的流程图，图2为现有技术中发动机台架的布置图，图3为本发明实施例提供的模拟柴油机中冷器性能下降的装置的结构图，图4为本发明实施例提供的冷却效率的折线图。
在现有技术的发动机台架的布置中，增压器2、中冷器4和发动机7依次首尾衔接，中冷器4具有分别设有冷却水进口3和冷却水出口5的进水管道和出水管道，冷却水由冷却水进口3流入并从冷却水出口5流出实现冷却；在工作过程中，过滤后的新鲜空气1由增压器2处进气，过滤后的新鲜空气1在增压器2中处理得到增压后的高温空气11；增压后的高温空气11通入中冷器4中，增压后的高温空气11在中冷器4中处理得到冷却后的新鲜空气12；冷却后的新鲜空气12通过进气歧管6通入发动机7，发动机7排出的废气通过增压器2由排气管8排出。
在第一种具体的实施方式中，本发明提供的模拟柴油机中冷器性能下降的方法，包括：S1、调节冷却水的流量大小，模拟中冷器4的不同冷却状态；S2、根据中冷器4的不同冷却状态，分别测量增压后的高温空气11、冷却后的新鲜空气12和冷却水进口3的温度；S3、根据增压后的高温空气11、冷却后的新鲜空气12和冷却水进口3的温度，计算中冷器4的不同冷却状态的冷却效率。
在本实施例中，为了模拟中冷器4的冷却性能下降，对中冷器4的进出水管进行改进，在进水管和/或出水管设置可调阀门，在步骤S1中以实现调节经由冷却水进口3流入和经由冷却水出口5流出的冷却水的流量，从而模拟中冷器4的不同冷却状态；为了准确测得中冷器4的冷却效率，需要同时安装三个温度传感器，在步骤S2中以实现对增压后的高温空气11、冷却后的新鲜空气12和冷却水进口3共计三处温度进行测量，并进一步在步骤S3中以实现根据三处温度计算得到冷却效率。
具体而言，在应用上述方法的实验过程中，通过调节进水管的可调阀门，使流经中冷器4的冷却水越来越少，经过中冷器4冷却后的空气温度会越来越高，当温度升高到一定程度，发动机7的燃烧室温度急剧升高，发生爆震现象。
除此以外，还可以在进水管和出水管均设置可调阀门；在步骤S1中，调节冷却水的流量大小的步骤具体为调节冷却水进口3处的第一可调阀门1001和/或冷却水出口5处的第二可调阀门1002以改变冷却水的流量大小。其中，在本实施例中，第一可调阀门1001和第二可调阀门1002的开度范围为完全关闭至完全打开。
在发动机台架试验时，该方法可模拟中冷器4的冷却性能下降并进行限值标定，核心思路在于在中冷器4安装第一可调阀门1001和第二可调阀门1002，控制不同的阀门开度，在中冷器4的下游会测得不同的温度，通过热效率换算得到中冷器4的冷却效率。根据试验数据，可适当设置报警限值，以满足标准中的监测要求。进一步的，为确保发动机台架试验有效进行和整车故障的快速排查，有必要对各个零部件进行功能监测，同时为满足环保部标准规定，在中冷器4的冷却效率下降时可在车载诊断系统也即OBD系统中显示故障码。
该模拟柴油机中冷器性能下降的方法基于现有的发动机台架为主要的试验资源、利用现有的发动机7的布置方案进行改造，无需设计制造失效零部件，省时省力，减少了项目的开发成本；可适用于不同构造的中冷器4，灵活运用。
表1某种发动机的实验结果
| T<sub>1</sub>/℃ | T<sub>2</sub>/℃ | 阀门开度/％ | T<sub>3</sub>/℃ | 冷却效率 |
| 170 | 31 | 100(全开) | 25 | 0.96 |
| 171 | 34 | 90 | 24.2 | 0.93 |
| 170 | 38 | 80 | 25 | 0.91 |
| 171 | 45 | 75 | 24.5 | 0.86 |
| 170 | 50 | 65 | 25 | 0.83 |
| 170 | 69 | 55 | 25 | 0.70 |
| 170 | 83 | 45 | 25 | 0.60 |
| 169 | 102 | 35 | 24.8 | 0.46 |
| 171 | 118 | 25 | 25 | 0.36 |
| 170 | 136 | 15 | 25.3 | 0.23 |
| 171 | 147 | 5 | 25 | 0.16 |
| 170 | 151 | 0(全关) | 24.8 | 0.13 |
其中，T1为增压后的高温空气11的温度，为第一温度传感器901的实测值，T2为冷却后的新鲜空气12的温度，为第二温度传感器902的实测值，T3为冷却水进口3处冷却水的温度，为第三温度传感器903的实测值；该实验在实验室进行，为确保T1温度稳定，使发动机7在恒定工况运行；冷却效率＝(T1-T2)/(T1-T3)；其中冷却水采用自来水(约为25℃)。
根据表1的实验数据，绘制得到折线图，可以直观的看出中冷器4效率下降的趋势。
进一步，在步骤S3之后，还包括计算中冷器4的不同冷却状态的冷却效率的步骤之后，还包括步骤S4：记录大于预设高限温度的冷却后的新鲜空气12的温度所对应的冷却效率为预设低限效率，当冷却效率低于预设低限效率时，触发OBD系统报错。
具体而言，随着阀门开度的减小，冷却效率显著降低，在阀门开度为45％以下时，T2温度已经超过80℃，超过出了进气歧管6对于进气的温度要求，会使得发动机7燃烧劣化，不利于正常运行，也即预设高限温度为80℃；设定此时的冷却效率为报警限值，也即预设低限效率为0.7，当中冷器4的冷却效率低于0.7时，应该触发OBD系统报错，以提示驾驶员及时检查、处理故障。同时，在国家检测中心做该项验证时，可以用同样的方案，快速实现故障再现。在灵活运用的基础上，还可以为车辆的中冷器4提供边界条件设定，以保持发动机7正常运行。
需要说明的是，冷却水除自来水外还可以为温度更低的冷冻水。
结合发动机7在台架上的实验方案及结果，考虑到实际使用状况，在批产车辆上，为减少传感器数量增加而带来的附加硬件故障，对增压后的高温空气11设定为模型温度，这就要求在发动机台架上对增压后的高温空气11的模型温度提前进行标定校准，方便在计算冷却效率时调用；同时，在批产车辆上，中冷器4为风冷，是增压后的高温空气11与环境中的空气进行热交换，在台架实验尽可能地采用自来水，与环境空气温度相差较小，能够减少效率计算过程中的误差。
在本实施例中，增压器2：将空气在供入气缸之前预先压缩，以提高空气密度、增加进气量的一项技术，一般常用的有机械增压和涡轮增压；中冷器4：安装在增压器2与进气歧管6之间，用于降低增压后的高温空气11的温度的一种装置；车载诊断系统：又称OBD系统，是指安装在汽车和发动机7上的计算机信息系统，属于污染控制装置，应具备下列功能，a)诊断影响发动机7排放性能的故障；b)在故障发生时通过报警系统显示；c)通过存储在电控单元存储器中的信息确定可能的故障区域并提供信息离线通讯。
本发明还提供了一种模拟柴油机中冷器性能下降的装置，应用上述模拟柴油机中冷器性能下降的方法，包括中冷器4以及设于中冷器4的进水管道和/或出水管道的可调阀门，还包括用以分别测量增压后的高温空气11、冷却后的新鲜空气12和冷却水进口3的温度的第一温度传感器901、第二温度传感器902和第三温度传感器903。
在一种具体的实施方式中，可调阀门包括分别设于进水管道和出水管道的第一可调阀门1001和第二可调阀门1002。
除此以外，还与车载诊断系统相连，车载诊断系统可通过中冷器4的冷却效率来反映中冷器4的冷却能力，根据计算出的冷却效率，可以检测出有故障缺陷的中冷器4；在冷却效率低于某一报警限值，系统应该识别出故障缺陷。
换句话说，本发明方案的关键点在于要求能够实现中冷器4的效率监测，基于发动机台架为主要的试验资源，利用现有的发动机7布置方案进行改造，快速模拟出中冷器4故障导致的制冷效率下降；同时，本方案也可以作为零部件性能监测的方法，在中冷器4失效时及时提醒驾驶员进行故障排查。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的模拟柴油机中冷器性能下降的方法及装置进行了详细介绍。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方法及其核心思想。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)
1.一种模拟柴油机中冷器性能下降的方法，其特征在于，包括，
调节冷却水的流量大小，模拟中冷器(4)的不同冷却状态；
根据所述中冷器(4)的不同冷却状态，分别测量增压后的高温空气(11)、冷却后的新鲜空气(12)和冷却水进口(3)的温度；
根据所述增压后的高温空气(11)、所述冷却后的新鲜空气(12)和所述冷却水进口(3)的温度，计算所述中冷器(4)的不同冷却状态的冷却效率。
2.根据权利要求1所述的模拟柴油机中冷器性能下降的方法，其特征在于，所述调节冷却水的流量大小的步骤，具体为，
调节所述冷却水进口(3)处的第一可调阀门(1001)和/或冷却水出口(5)处的第二可调阀门(1002)以改变冷却水的流量大小。
3.根据权利要求2所述的模拟柴油机中冷器性能下降的方法，其特征在于，所述第一可调阀门(1001)和所述第二可调阀门(1002)的开度范围为完全关闭至完全打开。
4.根据权利要求1所述的模拟柴油机中冷器性能下降的方法，其特征在于，所述计算所述中冷器(4)的不同冷却状态的冷却效率的步骤之后，还包括，
记录大于预设高限温度的所述冷却后的新鲜空气(12)的温度所对应的所述冷却效率为预设低限效率，当所述冷却效率低于所述预设低限效率时，触发OBD系统报错。
5.根据权利要求1至4任一项所述的模拟柴油机中冷器性能下降的方法，其特征在于，所述冷却水为冷冻水或自来水。
6.一种模拟柴油机中冷器性能下降的装置，应用如权利要求1至5任一项所述的模拟柴油机中冷器性能下降的方法，其特征在于，包括中冷器(4)以及设于所述中冷器(4)的进水管道和/或出水管道的可调阀门，还包括用以分别测量增压后的高温空气(11)、冷却后的新鲜空气(12)和冷却水进口(3)的温度的第一温度传感器(901)、第二温度传感器(902)和第三温度传感器(903)。
7.根据权利要求6所述的模拟柴油机中冷器性能下降的装置，其特征在于，所述可调阀门包括分别设于所述进水管道和所述出水管道的第一可调阀门(1001)和第二可调阀门(1002)。
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