CN115163347A - 一种柴油机补气控制方法及补气系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油机补气控制方法及补气系统，其中一种柴油机补气控制方法，包括采集柴油机的工况信号和储气瓶的气压信号；根据所采集的气压信号并结合柴油机的工况，控制储气瓶的充气和出气；其中一种柴油机补气系统，包括柴油机、储气瓶、压气装置、控制单元，控制阀；所述压气装置连接有离合装置，用于控制所述压气装置的启停；所述控制单元分别与所述离合装置、储气瓶上预设的气压检测装置、柴油机和控制阀电路连接。本发明根据柴油工况和储气瓶的气压两个参数来源，控制气瓶的充气和排气时机，以匹配柴油机自身固有的工作特性，有利于柴油机的性能优化，并且提高安全性。

Description

一种柴油机补气控制方法及补气系统

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体是一种柴油机补气控制方法及柴油机。

背景技术

涡轮增压是提高柴油机的进气密度，增加柴油机功率和功率密度的常用方式，有利于增加柴油机效率和经济性。但是涡轮增压应用到柴油机，在启动或加速工况下，特别在高原环境下，增压器瞬间反应滞后，需要增加补气装置，为柴油机补充空气。

对于补气动力来源于柴油机自身的补气系统，如果柴油机在启动时带动补气装置，会增加柴油机启动装置功率消耗，不利于柴油机顺利启动，并会恶化尾气排放。此外，对于补气动力来源于柴油机自身的补气系统，如果补气装置的储气压力超过安全限制，而安保系统故障时，柴油机仍然会继续工作，会造成设备损坏，甚至威胁到人员安全，安全性不高。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种补气控制方法，目的在于，针对补气的气瓶的动力来源于柴油机自身的补气系统，控制气瓶的充气和排气时机，以匹配柴油机自身固有的工作特性，有利于柴油机的性能优化，并在此基础上提高补气系统的安全性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种补气控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：采集柴油机的工况信号和用于补气的储气瓶的气压信号；

S2：根据所采集的气压信号，判断气压值是否位于高压限值与低压限值之间；如果该气压值超过高压限值，则控制储气瓶的出气量为最大出气量，并且停止向所述储气瓶进行充气，并且控制柴油机降速直至停机；如果该气压值低于低压限值，则向所述储气瓶进行充气，直至压力值达到高压限值后停止；当气压值位于高压限值与低压限值之间时，则进行步骤S3；

S3：根据所采集的工况信号，判断柴油机工况，并根据柴油机工况控制储气瓶4的充气和出气；其中,所述柴油机工况包括启动工况、怠速工况、加速工况、均速工况、减速工况、停机工况；所述控制储气瓶的充气和出气的具体方法包括：

在启动工况下，停止向储气瓶充气，且逐渐扩大出气量；

在怠速工况下，向储气瓶充气，且以固定的预设的怠速出气量为柴油机补气；

在加速工况下，向储气瓶充气，且以最大出气量为柴油机补气；

在减速工况下，向储气瓶充气，且逐渐缩小出气量；

在停机工况下，停止向储气瓶4充气，且停止出气。

为了更好的实现发明目的，所述工况信号包括所述柴油机的曲轴转速信号；

所述步骤S3中柴油机工况的判断方法，包括根据所述曲轴转速来判断，其判断方法包括：

当曲轴转速为零至怠速转速之间时，判断柴油机工况为启动工况；

当曲轴转速为怠速转速之间时，判断柴油机工况为怠速工况；

当曲轴转速大于怠速转速，且逐渐增高时，判断柴油机工况为加速工况；

当曲轴转速大于怠速转速，且逐渐降低时，判断柴油机工况为减速工况；

当曲轴转速小于怠速转速，且逐渐降低时，判断柴油机工况为停机工况。

为了更好的实现发明目的，所述步骤3中控制向所述储气瓶充气的方法为，控制为所述储气瓶充气的压气装置的启停。

为了更好的实现发明目的，所述步骤3中控制所述储气瓶出气的方法为，在所述储气瓶的出气管道上设置控制阀。

本发明还提供了一种柴油机补气系统，包括柴油机、储气瓶以及为所述储气瓶充气的压气装置，此外还包括控制单元，以及连接在所述储气瓶的出气管道上的控制阀；

所述出气管道末端连通所述柴油机的进气管道，用于向所述柴油机补气；

所述压气装置连接有离合装置，用于控制所述压气装置的启停；

所述控制单元分别与所述离合装置、储气瓶上预设的气压检测装置、柴油机和控制阀电路连接，用于使用上述的柴油机补气控制方法。

作为进一步优化，所述离合装置的动力输入端与所述柴油机的曲轴扭矩连接，用于所述压气装置的动力来源于所述柴油机。

作为进一步优化，所述离合装置为电磁离合器，用于根据所述控制单元发出的指令控制压气装置的启停。

作为进一步优化，所述控制阀为电磁调压阀，用于根据所述控制单元发出的指令控制所述出气管道的关闭或打开。

作为进一步优化，所述控制单元为所述柴油机自带的ECU电控单元，所述ECU电控单元分别与所述离合装置、储气瓶上预设的气压检测装置、柴油机和控制阀通过CAN总线电路连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用两种信号来源综合评判，以便选择充气和出气的时机，从而能够与柴油机自身固有特性匹配。避免了启动时，带压气装置工作，优化了启动性能；利用了减速时，柴油机自身的动能，将其转化为储压能，一方面有利于柴油机快速降速，另一方面，避免能源浪费，达到节能的效果。

(2)安全性高，当系统故障时，不设条件的、立即的对此故障进行停机检修，更安全。

(3)本控制方法适合应用到储气瓶的压气动力来源于柴油机自身的补气系统；但不限于从柴油机取力，对于压气动力为柴油机之外的动力源的情况，也同样适用，适应性好。

本发明根据柴油工况和储气瓶的气压两个参数来源，控制气瓶的充气和排气时机，以匹配柴油机自身固有的工作特性，有利于柴油机的性能优化，并在此基础上提高补气系统的安全性。

附图说明

图1为本发明的实施例1的控制方法示意图；

图2为本发明的实施例1的低压限值、高压限值和泄压阈值的大小关示意图；

图3为本发明的实施例1的补气系统的工作原理示意图。

图中：1、动力传递路线；2、气路连线；3、电路连线；4、储气瓶；5、压气装置；6、控制阀；7、控制单元；8、离合装置。

具体实施方式

下面结合本发明的附图，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优选实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1：请参阅图1-3；

本发明提供如下技术方案：一种柴油机补气控制方法，应用于一种柴油机补气系统，包括如下步骤：

S1：采集柴油机的工况信号和用于补气的储气瓶4的气压信号；故而采用了两种信号来源作为控制基础；

S2：根据所采集的气压信号，判断气压值是否位于高压限值与低压限值之间；如果该气压值超过高压限值，则控制储气瓶4的出气量为最大出气量，并且停止向所述储气瓶4进行充气，并且控制柴油机降速直至停机；如果该气压值低于低压限值，则向所述储气瓶4进行充气，直至压力值达到高压限值后停止；当气压值位于高压限值与低压限值之间时，则进行步骤S3；

故而，当气压值超过高压限值时，对应的是压气系统故障，为此，不设条件的、立即的对此故障进行主动泄压；其中，控制柴油机降速直至停机措施，为冗余安保措施；不论储气瓶4的压气动力是否来源于柴油机本身，都进行停机检修，更安全；

S3：根据所采集的工况信号，判断柴油机工况，并根据柴油机工况控制储气瓶4的充气和出气；其中,所述柴油机工况包括启动工况、怠速工况、加速工况、减速工况、停机工况；所述控制储气瓶4的充气和出气的方法包括：

在启动工况下，停止向储气瓶4充气，且逐渐扩大出气量；

在怠速工况下，向储气瓶4充气，且以固定的预设的怠速出气量为柴油机补气；

在加速工况下，向储气瓶4充气，且以最大出气量为柴油机补气；

在减速工况下，向储气瓶4充气，且逐渐缩小出气量；

在停机工况下，停止向储气瓶4充气，且停止出气。

故而，首先，通过两种信号来源综合评判，来选择充气和出气的时机，从而能够与柴油机自身固有特性匹配，优化柴油机工作性能。其次，通过对工况的分类，分别采用不同的控制措施；本实施例仅选择了以上五种工况，也可以根据更加细化的工况条件，采取更加细化的措施，但这些措施都是以两种信号来源综合评判作为基础的。

其中，所述工况信号包括所述柴油机的曲轴转速信号；当然工况信号也可包括操纵端的油门踏板信号和刹车踏板信号，但判断工况的方法不同。故而，一种简便的判断工况的方法为，所述步骤S3中柴油机工况的判断方法，包括根据所述曲轴转速来判断，其判断方法包括：

当曲轴转速为零至怠速转速之间时，判断柴油机工况为启动工况；

当曲轴转速为怠速转速之间时，判断柴油机工况为怠速工况；

当曲轴转速大于怠速转速，且逐渐增高时，判断柴油机工况为加速工况；

当曲轴转速大于怠速转速，且逐渐降低时，判断柴油机工况为减速工况；

当曲轴转速小于怠速转速，且逐渐降低时，判断柴油机工况为停机工况。

对于动态储压的储气瓶4，通常配备有压气机构，于是，所述步骤3中控制向所述储气瓶4充气的方法为，控制为所述储气瓶4充气的压气装置5的启停。

作为一种简便的控制储气瓶4的出气方式，所述步骤3中控制所述储气瓶4出气的方法为，在所述储气瓶4的出气管道上设置控制阀6。

至此，本实施例的控制方法的优点在于：

(1)采用两种信号来源综合评判，以便选择充气和出气的时机，从而能够与柴油机自身固有特性匹配。避免了启动时，带压气装置工作，优化了启动性能；利用了减速时，柴油机自身的动能，将其转化为储压能，一方面有利于柴油机快速降速，另一方面，避免能源浪费，达到节能的效果。

(2)安全性高，当安保系统故障时，不设条件的、立即的对此故障进行停机检修，更安全。

(3)本控制方法适合应用到储气瓶4的压气动力来源于柴油机自身的补气系统；但不限于从柴油机取力，对于压气动力为柴油机之外的动力源的情况，也同样适用，适应性好。

作为本控制方法的其中一种应用方式，一种柴油机补气系统，包括柴油机、储气瓶4以及为所述储气瓶4充气的压气装置5，以及控制单元7和连接在所述储气瓶4的出气管道上的控制阀6；

所述出气管道末端连通所述柴油机的进气管道，用于向所述柴油机补气；

所述压气装置5连接有离合装置8，用于控制所述压气装置5的启停；

其中，所述离合装置8的动力输入端与所述柴油机的曲轴扭矩连接，用于所述压气装置5的动力来源于所述柴油机；

所述控制单元7分别与所述离合装置8、储气瓶4上预设的气压检测装置、柴油机和控制阀6电路连接，用于使用上述的柴油机补气控制方法。

其中，所述控制单元7控制所述离合装置8工作，所述离合装置8为电磁离合器，用于根据所述控制单元7发出的指令控制压气装置5的启停。此外，所述控制单元7控制控制电磁调压阀6工作，所述控制阀6为电磁调压阀6，用于根据所述控制单元7发出的指令控制所述出气管道的关闭或打开。

为了优化电路连接，所述控制单元7为所述柴油机自带的ECU电控单元，所述ECU电控单元分别与所述离合装置8、储气瓶4上预设的气压检测装置、柴油机和控制阀6通过CAN总线电路连接。

使用时，柴油机曲轴通过电磁阀电磁离合器8的控制，将柴油机动力传递到压气装置5，压气装置5压缩后空气经冷却器冷却，然后进入储气瓶4。电磁调压阀6安装在储气瓶4后端，气体最后通过进气歧管进入气缸盖，完成气体的燃烧。

柴油机处于冷启动工况时，其工作模式为:

为了减少柴油机启动力矩、减少污染物排放和减少补气消耗量。在柴油机启动过程中，电磁离合器8将柴油机曲轴和压气装置5脱开，压气装置5处于停止状态，有效减少启动负荷，减少启动能量的消耗。当柴油机转速达到发火标准，柴油机处于从发火转速到怠速时，柴油机转速快速提升，增压器反应滞后，不能提供足够空气，导致提供燃烧所需空气量不足，引起燃烧恶化和排污污染物增加。为了解决此问题，压气装置5进行补气，由于从发火转速到怠速时，所需空气逐步增加，逐步增加电磁调压阀6开度，增加流量，防止采用传统的方法，打开阀最大开度，造成补气的浪费。

柴油机处于负荷工况时，其工作模式为:

柴油机处于负荷状态时，为了保证电磁离合器和压气机的稳定运行，要求冲气过程中，在柴油机稳定转速下电磁离合器8连接柴油机曲轴和压气装置5，尽量防止柴油机在加速或波动状态下进行储气瓶4的充气。如果柴油机加速状态，更具柴油机所处于的转速，调整电磁调压阀6，即转速越高，电磁调压阀6开度越大，进行大量补气。

为了达到节能和快速停车的目的：本发明在柴油机在降速或正常停车时，电磁离合器8将柴油机曲轴和压气装置5接触，进行储气瓶4的充气，将一部分制动能量转化为气瓶压力，以达到节能的目的，当柴油机停止工作时，电磁离合器8将柴油机曲轴和压气装置5脱开。

补气装置处于安保状态时，其工作模式为:

柴油机正常运行时，气瓶压力低于最低压力时，电磁离合器将柴油机曲轴和压气机接触，进行储气瓶4的充气，当压力到达正常压力限制时，电磁离合器8将柴油机曲轴和压气装置5脱开，停车充气，如果系统发生异常，储气瓶4中压力继续提升，柴油机进行发出报警并降低柴油机的转速，如果压力达到了安全阀泄压阈值，安全阀打开进行气瓶泄压，此时为被动的，机械泄压，柴油机进行紧急停车，以保护柴油机和人员的安全。

本实施例的补气系统的优点在于：

(1)本系统降低启动负荷和增加启动空气量的特性：压气装置5动力来源于柴油机曲轴，传统的方式直接带动压气装置5启动，本实施例的柴油机在冷启动时，为了减少启动力矩，将电磁离合器8将柴油机曲轴和压气装置5接触脱开，减少启动能量消耗。柴油机处于从发火转速到怠速时，传统方式大多数不进行补气或补气过量，本系统随着柴油机转速提升逐步增加电磁调压阀2开度，增加补气流量，避免传统方式过量补气，以达到节气目的。

(2)本系统节能特性：传统的补气装置，很少考虑到节能措施，浪费了柴油机在降速或正常停车的能量损耗，本发明电磁离合器8将柴油机曲轴和压气装置5接触，进行气瓶的充气，将一部分制动能量转化为气瓶压力，以达到节能的目的。

(3)本系统冗余安保特性：由于储气瓶4内为高压气体，一旦压力超过储气瓶4安全限制，有发生爆炸的威胁，危害设备和人员的安全，传统补气装置只有单方面安保措施，安全系数需要提高。本系统的充气系统发生异常，发出报警并降低柴油机的转速，柴油机进行紧急停车，以保护柴油机和人员的安全，通过冗余设计提高整个系统安全系数。故而，本系统包括三重安保措施，第一，充气至正常压力，离合器断开，停止充气；第二，如果离合器故障没有断开，继续充气，压力超过高压限值，柴油机报警并降速至停机。第三，如果气压传感器故障，没有发现气压超标，继续充气，压力达到安全阀设定的泄压阈值，安全阀打开泄压，柴油机紧急停车。

总之，本实施例根据柴油工况和储气瓶4气压两个参数来源，控制气瓶的充气和排气时机，以匹配柴油机自身固有的工作特性，有利于柴油机的性能优化，并在此基础上提高补气系统的安全性。

本发明未详述部分为现有技术；对于本领域的普通技术人员而言，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种柴油机补气控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：采集柴油机的工况信号和储气瓶(4)的气压信号；

S2：根据所采集的气压信号，判断气压值是否位于高压限值与低压限值之间；如果该气压值超过高压限值，则控制储气瓶(4)的出气量为最大出气量，并且停止向所述储气瓶(4)进行充气，并且控制柴油机降速直至停机；如果该气压值低于低压限值，则向所述储气瓶(4)进行充气，直至压力值达到高压限值后停止；当气压值位于高压限值与低压限值之间时，则进行步骤S3；

S3：根据所采集的工况信号，判断柴油机工况，并根据柴油机工况控制储气瓶(4)的充气和出气；其中,所述柴油机工况包括启动工况、怠速工况、加速工况、减速工况、停机工况；所述控制储气瓶(4)的充气和出气的具体方法包括：

在启动工况下，停止向储气瓶(4)充气，且逐渐扩大出气量；

在怠速工况下，向储气瓶(4)充气，且以固定的预设的怠速出气量为柴油机补气；

在加速工况下，向储气瓶(4)充气，且以最大出气量为柴油机补气；

在减速工况下，向储气瓶(4)充气，且逐渐缩小出气量；

在停机工况下，停止向储气瓶(4)充气，且停止出气。

2.根据权利要求1所述的一种柴油机补气控制方法，其特征在于：所述工况信号包括所述柴油机的曲轴转速信号；

所述步骤S3中柴油机工况的判断方法，包括根据所述曲轴转速信号来判断，其判断方法包括：

当曲轴转速为零至怠速转速之间时，判断柴油机工况为启动工况；

当曲轴转速为怠速转速时，判断柴油机工况为怠速工况；

当曲轴转速大于怠速转速，且逐渐增高时，判断柴油机工况为加速工况；

当曲轴转速大于怠速转速，且逐渐降低时，判断柴油机工况为减速工况；

当曲轴转速小于怠速转速，且逐渐降低时，判断柴油机工况为停机工况。

3.根据权利要求2所述的一种柴油机补气控制方法，其特征在于：所述步骤3中控制向所述储气瓶(4)充气的方法为，控制为所述储气瓶(4)充气的压气装置(5)的启停。

4.根据权利要求3所述的一种柴油机补气控制方法，其特征在于：所述步骤3中控制所述储气瓶(4)出气的方法为，在所述储气瓶(4)的出气管道上设置控制阀(6)。

5.一种柴油机补气系统，包括柴油机、储气瓶(4)以及为所述储气瓶(4)充气的压气装置(5)，其特征在于：还包括控制单元(7)，以及连接在所述储气瓶(4)的出气管道上的控制阀(6)；

所述出气管道末端连通所述柴油机的进气管道，用于向所述柴油机补气；

所述压气装置(5)连接有离合装置(8)，用于控制所述压气装置(5)的启停；

所述控制单元(7)分别与所述离合装置(8)、储气瓶(4)上预设的气压检测装置、柴油机和控制阀(6)电路连接，用于使用如权利要求1-4中任意一项所述的柴油机补气控制方法。

6.根据权利要求5所述的一种柴油机补气系统，其特征在于：所述离合装置(8)的动力输入端与所述柴油机的曲轴扭矩连接，用于所述压气装置(5)的动力来源于所述柴油机。

7.根据权利要求6所述的一种柴油机补气系统，其特征在于：所述离合装置(8)为电磁离合器，用于根据所述控制单元(7)发出的指令控制压气装置(5)的启停。

8.根据权利要求7所述的一种柴油机补气系统，其特征在于：所述控制阀(6)为电磁调压阀(6)，用于根据所述控制单元(7)发出的指令控制所述出气管道的关闭或打开。

9.根据权利要求8所述的一种柴油机补气系统，其特征在于：所述控制单元(7)为所述柴油机自带的ECU电控单元，所述ECU电控单元分别与所述离合装置(8)、储气瓶(4)上预设的气压检测装置、柴油机和控制阀(6)通过CAN总线电路连接。

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