CN115182810B - 一种带水冷排气管柴油机排温控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个技术方案是提供了一种带水冷排气管柴油机排温控制方法。本发明的另一个技术方案是提供了一种带水冷排气管柴油机排温控制装置，其特征在于，包括：存储单元；冷却水阀；控制执行器；ECU，与控制执行器相连。本发明提出的技术方案特别适用于船机、收获机械等对排气管表面温度有较高要求的场合。本发明中，对低负荷区域以及本身排温较低的区域关闭水冷排气管的冷却功能，减少能量损失；在颗粒捕集器DPF的再生过程中，关闭水冷排气管的冷却功能，使得再生能正常进行。

Description

一种带水冷排气管柴油机排温控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种带水冷排气管柴油机排温控制方法以及采用该控制方法的软硬件控制装置。
背景技术
柴油机的排气温度通常较高，在某些特殊场合(例如当柴油机应用在船舶、收获机械等)，用于安装柴油机的空间较为有限，柴油机较高的排气温度会使其周围的环境温度升高，从而降低柴油机的工作效率。为此柴油机通常采用水冷排气管，以有效降低其排气温度。
现有的水冷排气管主要从提高散热效率角度出发进行设计，例如于2019年10月22日公开的、公开号为CN209523799U的实用新型专利公开了一种水冷排气管，包括水冷排气管壳体；水冷排气管入口，其设置在水冷排气管壳体的一端；水冷排气管内腔，其被分隔为上水室和下水室，上水室与下水室相连通，水冷排气管内腔中设置有小循环通道，小循环通道设置有小循环出口和小循环入口；调温器座，其设置在水冷排气管壳体的前侧面靠近水冷排气管壳体的另一端的位置处，调温器座与下水室相连通；以及水箱压力盖安装座，其设置在水冷排气管壳体的顶部；其中，当水冷排气管内的水温能够达到调温器的开启温度时，冷却水能够从调温器座流出，当水冷排气管内的水温达不到调温器的开启温度时，冷却水仅能经小循环通道从小循环出口流出。
然而目前的水冷排气管中的冷却水都是常循环状态，没有区分排气温度高低以及发动机运行模式，更没有依据排气温度高低以及发动机运行模式对冷却水进行控制。非道路四阶段的标准实施之后，为满足这一系列标准的要求，在柴油机之后需要新增颗粒捕集器DPF。DPF再生有高排温的要求，目前常循环的水冷排气管会导致排温较低，使得再生无法进行或需要消耗更多的燃油去维持排温水冷排气管。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：目前常循环的水冷排气管容易影响颗粒捕集器DPF的再生。
为了解决上述技术问题，本发明的一个技术方案是提供了一种带水冷排气管柴油机排温控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在柴油机水冷排气管的排气水冷出口处新增一个冷却水阀以及用于控制该冷却水阀打开及关闭的控制执行器，在冷却水阀打开时，该控制执行器还能控制冷却水阀的开度；
步骤2、将控制执行器与车辆自身的ECU相连；
步骤3、柴油机运行后，由ECU对柴油机的运行模式进行监控，若柴油机运行于升温或再生模式，则进入步骤4，否则，进入步骤5；
步骤4、ECU发冷却水阀关闭信号至控制执行器，由控制执行器将冷却水阀关闭，从而将水冷排气管的水冷完全关闭，返回步骤3，对柴油机的运行模式继续进行监控；
步骤5、获取水冷排气管的目标温度Tt后，进入步骤6；
步骤6、若Tt≤Tmin，Tmin为预先设定的低温阈值，则进入步骤4；
若Tt≥Tmax，Tmax为预先设定的高温阈值，则ECU发冷却水阀全开信号至控制执行器，由控制执行器将冷却水阀打开至最大开度，返回步骤3，对柴油机的运行模式继续进行监控；
若TTin<Tt<Tmax，则ECU通过控制执行器打开冷却水阀后，再依据步骤5获得的温度Tt与实际排气温度Tact的温度差ΔT通过控制执行器控制冷却水阀的开度，直至实际排气温度Tact达到温度Tt后，返回步骤3，对柴油机的运行模式继续进行监控。
优选地，步骤5中，所述水冷排气管的温度T为水冷排气管内部气体温度或者水冷排气管表面温度，基于排气温度模型计算得到。
优选地，所述排气温度模型基于下式建立：
Tt＝Tb+A×Tc
式中：Tt为计算得到的水冷排气管的目标温度；Tb为基础排温，由ECU根据当前的柴油机运行工况查表一获得，表一为预先建立的柴油机运行工况与基础排温对照表；Tc为环境温度修正排温基础值，由ECU根据当前环境温度查表二获得，表二为预先建立的环境温度修正排温基础值与环境温度对照表；A为环境温度修正排温系数，由ECU根据当前环境温度查表三获得，表三为预先建立的环境温度修正排温系数与环境温度对照表。
优选地，步骤6中，预先建立温度差ΔT与开度的对照表，ECU依据当前温度差ΔT获得对应的开度后，产生开度信号发送给控制执行器，由控制执行器依据接收到的开度信号控制冷却水阀的开度。
优选地，步骤6中，ECU获得所述温度差ΔT后，将其输入PID控制器，由PID控制器生成阀门开度控制量，ECU将该阀门开度控制量发送给控制执行器后，由控制执行器依据接收到的阀门开度控制量控制冷却水阀的开度。
本发明的另一个技术方案是提供了一种带水冷排气管柴油机排温控制装置，其特征在于，包括：
存储单元，至少用于存储低温阈值Tmin以及高温阈值Tmax；
冷却水阀，安装在柴油机水冷排气管的排气水冷出口处；
控制执行器，用于控制冷却水阀打开及关闭，在冷却水阀打开时，控制执行器还用于控制冷却水阀的开度；
ECU，与控制执行器相连；柴油机运行后，由ECU对柴油机的运行模式进行监控，若柴油机运行于升温或再生模式，则ECU发冷却水阀关闭信号至控制执行器，由控制执行器将冷却水阀关闭，从而将水冷排气管的水冷完全关闭；否则，ECU计算得到水冷排气管的目标温度Tt后，读取低温阈值Tmin以及高温阈值Tmax，若Tt≤Tmin，则ECU发冷却水阀关闭信号至控制执行器，由控制执行器将冷却水阀关闭，从而将水冷排气管的水冷完全关闭；若Tt≥Tmax，则ECU发冷却水阀全开信号至控制执行器，由控制执行器将冷却水阀打开至最大开度；若Tmin<Tt<Tmax，则ECU通过控制执行器打开冷却水阀后，再依据温度Tt与实际排气温度Tact的温度差ΔT通过控制执行器控制冷却水阀的开度，直至实际排气温度Tact达到温度Tt。
优选地，在所述存储单元内还存储有表一、表二及表三，表一为预先建立的柴油机运行工况与基础排温对照表，表二为预先建立的环境温度修正排温基础值与环境温度对照表，表三为预先建立的环境温度修正排温系数与环境温度对照表，则所述ECU基于排气温度模型计算得到所述目标温度Tt，该排气温度模型基于下式建立：
Tt＝Tb+A×Tc
式中：Tt为计算得到的水冷排气管的目标温度；Tb为基础排温，由ECU根据当前的柴油机运行工况查表一获得；Tc为环境温度修正排温基础值，由ECU根据当前环境温度查表二获得；A为环境温度修正排温系数，由ECU根据当前环境温度查表三获得。
优选地，在所述存储单元中还存储有温度差ΔT与开度的对照表，则所述ECU依据当前温度差ΔT通过该对照表获得对应的开度后，产生开度信号发送给控制执行器，由控制执行器依据接收到的开度信号控制冷却水阀的开度。
优选地，还包括PID控制器，ECU获得所述温度差ΔT后，将其输入PID控制器，由PID控制器生成阀门开度控制量，ECU将该阀门开度控制量发送给控制执行器后，由控制执行器依据接收到的阀门开度控制量控制冷却水阀的开度。
本发明提出的技术方案特别适用于船机、收获机械等对排气管表面温度有较高要求的场合。本发明中，对低负荷区域以及本身排温较低的区域关闭水冷排气管的冷却功能，减少能量损失；在颗粒捕集器DPF的再生过程中，关闭水冷排气管的冷却功能，使得再生能正常进行。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明所采用的PID控制器的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本实施例公开的技术方案具有包括以下技术内容：
在柴油机水冷排气管的排气水冷出口新增一个冷却水阀及控制执行器，控制执行器的信号通过线束进入车辆已有的ECU。控制执行器用于打开、关闭冷却水阀，并且在冷却水阀打开时，该控制执行器还能控制冷却水阀的开度。
本发明的执行逻辑如图1所示：
步骤1、柴油机运行后，由ECU对柴油机的运行模式进行监控，若柴油机运行于升温或再生模式，则进入步骤2，否则，进入步骤3；
步骤2、ECU发冷却水阀关闭信号至控制执行器，由控制执行器将冷却水阀关闭，从而将水冷排气管的水冷完全关闭，返回步骤1，对柴油机的运行模式继续进行监控。
步骤3、获取水冷排气管的目标温度Tt后，进入步骤4。
本实施例中，通过ECU数据标定选择目标温度Tt为水冷排气管内部气体温度或者水冷排气管表面温度。目标温度Tt通过排气温度模型计算得到。
该排气温度模型基于下式建立：
Tt＝Tb+A×Tc
式中：Tt为计算得到的水冷排气管的目标温度；Tb为基础排温，由ECU根据当前的柴油机运行工况查表一获得，表一为预先建立的柴油机运行工况与基础排温对照表；Tc为环境温度修正排温基础值，由ECU根据当前环境温度查表二获得，表二为预先建立的环境温度修正排温基础值与环境温度对照表；A为环境温度修正排温系数，由ECU根据当前环境温度查表三获得，表三为预先建立的环境温度修正排温系数与环境温度对照表。
步骤4、若Tt≤Tmin，Tmin为预先设定的低温阈值，则进入步骤4；
若Tt≥Tmax，Tmax为预先设定的高温阈值，则ECU发冷却水阀全开信号至控制执行器，由控制执行器将冷却水阀打开至最大开度，返回步骤3，对柴油机的运行模式继续进行监控；
若Tmin<Tt<Tmax，则ECU通过控制执行器打开冷却水阀后，再依据步骤5获得的温度Tt与实际排气温度Tact的温度差ΔT通过控制执行器控制冷却水阀的开度，直至实际排气温度Tact达到温度Tt后，返回步骤3，对柴油机的运行模式继续进行监控。
本实施例中，利用温度差ΔT对冷却水阀的开度进行控制可以采用以下两种方案中的任意一种。
方案一)预先建立温度差ΔT与开度的对照表，ECU依据当前温度差ΔT获得对应的开度后，产生开度信号发送给控制执行器，由控制执行器依据接收到的开度信号控制冷却水阀的开度。
方案二)如图2所示，ECU获得所述温度差ΔT后，将其输入PID控制器，由PID控制器生成阀门开度控制量，ECU将该阀门开度控制量发送给控制执行器后，由控制执行器依据接收到的阀门开度控制量控制冷却水阀的开度。
在本发明中，常规运行模式部分工况可以关闭冷却水循环，减少能量损失。而再生模式对排气温度较高，冷却水循环会导致排温无法提升，因此本发明通过关闭冷却水阀来确保再生温度。

Claims (9)

1.一种带水冷排气管柴油机排温控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在柴油机水冷排气管的排气水冷出口处新增一个冷却水阀以及用于控制该冷却水阀打开及关闭的控制执行器，在冷却水阀打开时，该控制执行器还能控制冷却水阀的开度；
步骤2、将控制执行器与车辆自身的ECU相连；
步骤3、柴油机运行后，由ECU对柴油机的运行模式进行监控，若柴油机运行于升温或再生模式，则进入步骤4，否则，进入步骤5；
步骤4、ECU发冷却水阀关闭信号至控制执行器，由控制执行器将冷却水阀关闭，从而将水冷排气管的水冷完全关闭，返回步骤3，对柴油机的运行模式继续进行监控；
步骤5、获取水冷排气管的目标温度Tt后，进入步骤6；
步骤6、若Tt≤Tmin，Tmin为预先设定的低温阈值，则进入步骤4；
若Tt≥Tmax，Tmax为预先设定的高温阈值，则ECU发冷却水阀全开信号至控制执行器，由控制执行器将冷却水阀打开至最大开度，返回步骤3，对柴油机的运行模式继续进行监控；
若Tmin<Tt<Tmax，则ECU通过控制执行器打开冷却水阀后，再依据步骤5获得的温度Tt与实际排气温度Tact的温度差ΔT通过控制执行器控制冷却水阀的开度，直至实际排气温度Tact达到温度Tt后，返回步骤3，对柴油机的运行模式继续进行监控。
2.如权利要求1所述的一种带水冷排气管柴油机排温控制方法，其特征在于，步骤5中，所述水冷排气管的温度T为水冷排气管内部气体温度或者水冷排气管表面温度，基于排气温度模型计算得到。
3.如权利要求2所述的一种带水冷排气管柴油机排温控制方法，其特征在于，所述排气温度模型基于下式建立：
Tt＝Tb+A×Tc
式中：Tt为计算得到的水冷排气管的目标温度；Tb为基础排温，由ECU根据当前的柴油机运行工况查表一获得，表一为预先建立的柴油机运行工况与基础排温对照表；Tc为环境温度修正排温基础值，由ECU根据当前环境温度查表二获得，表二为预先建立的环境温度修正排温基础值与环境温度对照表；A为环境温度修正排温系数，由ECU根据当前环境温度查表三获得，表三为预先建立的环境温度修正排温系数与环境温度对照表。
4.如权利要求1所述的一种带水冷排气管柴油机排温控制方法，其特征在于，步骤6中，预先建立温度差ΔT与开度的对照表，ECU依据当前温度差ΔT获得对应的开度后，产生开度信号发送给控制执行器，由控制执行器依据接收到的开度信号控制冷却水阀的开度。
5.如权利要求1所述的一种带水冷排气管柴油机排温控制方法，其特征在于，步骤6中，ECU获得所述温度差ΔT后，将其输入PID控制器，由PID控制器生成阀门开度控制量，ECU将该阀门开度控制量发送给控制执行器后，由控制执行器依据接收到的阀门开度控制量控制冷却水阀的开度。
6.一种带水冷排气管柴油机排温控制装置，其特征在于，包括：
存储单元，至少用于存储低温阈值Tmin以及高温阈值Tmax；
冷却水阀，安装在柴油机水冷排气管的排气水冷出口处；
控制执行器，用于控制冷却水阀打开及关闭，在冷却水阀打开时，控制执行器还用于控制冷却水阀的开度；
ECU，与控制执行器相连；柴油机运行后，由ECU对柴油机的运行模式进行监控，若柴油机运行于升温或再生模式，则ECU发冷却水阀关闭信号至控制执行器，由控制执行器将冷却水阀关闭，从而将水冷排气管的水冷完全关闭；否则，ECU计算得到水冷排气管的目标温度Tt后，读取低温阈值Tmin以及高温阈值Tmax，若Tt≤Tmin，则ECU发冷却水阀关闭信号至控制执行器，由控制执行器将冷却水阀关闭，从而将水冷排气管的水冷完全关闭；若Tt≥Tmax，则ECU发冷却水阀全开信号至控制执行器，由控制执行器将冷却水阀打开至最大开度；若Tmin<Tt<Tmax，则ECU通过控制执行器打开冷却水阀后，再依据温度Tt与实际排气温度Tact的温度差ΔT通过控制执行器控制冷却水阀的开度，直至实际排气温度Tact达到温度Tt。
7.如权利要求6所述的一种带水冷排气管柴油机排温控制装置，其特征在于，在所述存储单元内还存储有表一、表二及表三，表一为预先建立的柴油机运行工况与基础排温对照表，表二为预先建立的环境温度修正排温基础值与环境温度对照表，表三为预先建立的环境温度修正排温系数与环境温度对照表，则所述ECU基于排气温度模型计算得到所述目标温度Tt，该排气温度模型基于下式建立：
Tt＝Tb+A×Tc
式中：Tt为计算得到的水冷排气管的目标温度；Tb为基础排温，由ECU根据当前的柴油机运行工况查表一获得；Tc为环境温度修正排温基础值，由ECU根据当前环境温度查表二获得；A为环境温度修正排温系数，由ECU根据当前环境温度查表三获得。
8.如权利要求6所述的一种带水冷排气管柴油机排温控制装置，其特征在于，在所述存储单元中还存储有温度差ΔT与开度的对照表，则所述ECU依据当前温度差ΔT通过该对照表获得对应的开度后，产生开度信号发送给控制执行器，由控制执行器依据接收到的开度信号控制冷却水阀的开度。
9.如权利要求6所述的一种带水冷排气管柴油机排温控制装置，其特征在于，还包括PID控制器，ECU获得所述温度差ΔT后，将其输入PID控制器，由PID控制器生成阀门开度控制量，ECU将该阀门开度控制量发送给控制执行器后，由控制执行器依据接收到的阀门开度控制量控制冷却水阀的开度。
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