CN211262719U - 一种模拟柴油机中冷器性能下降的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模拟柴油机中冷器性能下降的装置，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。上述模拟柴油机中冷器性能下降的装置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
本实用新型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装置是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种模拟柴油机中冷器性能下降的装置，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。
为实现上述目的，本实用新型提供一种模拟柴油机中冷器性能下降的装置，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。
优选地，从所述冷却水进口通入所述中冷器的冷却水为冷冻水或自来水。
优选地，所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器均与中央处理器相连，所述中央处理器用以实现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的记录以及冷却效率的计算。
优选地，还包括与所述中央处理器相连、用以当所述冷却效率低于预设低限效率时报错的OBD系统。
优选地，所述可调阀门为电动阀门或气动阀门。
相对于上述背景技术，本实用新型所提供的模拟柴油机中冷器性能下降的装置包括中冷器以及设于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、冷却后的新鲜空气以及冷却水进口的温度的三个温度传感器，三个温度传感器分别为第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，该模拟柴油机中冷器性能下降的装置通过调节进水管道和/或出水管道处的可调阀门以改变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，进而通过三个温度传感器测量三处温度，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，可利用热交换原理以及冷却效率的计算公式得到冷却效率；该实用新型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实用新型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实用新型的实施例，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为本实用新型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2为现有技术中发动机台架的布置图；
图3为本实用新型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
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
请参考图1至图3，其中，图1为本实用新型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2为现有技术中发动机台架的布置图，图3为本实用新型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，本实用新型提供的模拟柴油机中冷器性能下降的装置，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，可调阀门可调通入中冷器4的冷却水的流量大小，从而使得中冷器4处于不同的冷却状态，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的温度的三个温度传感器，三个温度传感器分别为第一温度传感器901、第二温度传感器902和第三温度传感器903。
其中，可调阀门的设置位置包括仅在进水管道、仅在出水管道以及在进水管道和出水管道组合设置，第一温度传感器901可设置在中冷器4的用以通入增压后的高温空气11的进风口，第二温度传感器902可设置在中冷器4的用以通入冷却后的新鲜空气12的出风口，第三温度传感器903可设置在中冷器4的用以通入冷却水的冷却水进口3或进水管道。
示例性的，中冷器4的进水管道和出水管道均设有可调阀门，可调阀门为电动阀门或气动阀门；具体而言，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。
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，通过可调阀门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，通过三个温度传感器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，并可基于该装置，进一步根据三处温度计算得到冷却效率。其中，在本实施例中，可调阀门包括第一可调阀门1001和第二可调阀门1002，开度范围为完全关闭至完全打开；三个温度传感器包括第一温度传感器901、第二温度传感器902和第三温度传感器903，区别仅在于作用位置以及测量对象，测量原理和结构没有区别。
具体而言，在应用上述装置的实验过程中，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。
在本实施例中，还包括用于计算冷却效率的中央处理器，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均与中央处理器相连，中央处理器用以实现增压后的高温空气11、冷却后的新鲜空气12和冷却水进口3的温度的记录以及冷却效率的计算。
更进一步的，还包括与中央处理器相连、用以当冷却效率低于预设低限效率时报错的车载诊断系统也即OBD系统，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。需要说明的是，车载诊断系统的具体实现方式请参照现有技术，这里不再一一赘述。
换句话说，本实用新型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，本方案也可以用作零部件的性能监测，结合OBD系统，在中冷器4失效时及时提醒驾驶员进行故障排查。
在发动机台架试验时，基于该装置可模拟中冷器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装置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，通过中央处理器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。
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。
以上对本实用新型所提供的模拟柴油机中冷器性能下降的装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型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，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种模拟柴油机中冷器性能下降的装置，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)。
2.根据权利要求1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)。
3.根据权利要求1所述的模拟柴油机中冷器性能下降的装置，其特征在于，从所述冷却水进口(3)通入所述中冷器(4)的冷却水为冷冻水或自来水。
4.根据权利要求1所述的模拟柴油机中冷器性能下降的装置，其特征在于，所述第一温度传感器(901)、所述第二温度传感器(902)和所述第三温度传感器(903)均与中央处理器相连，所述中央处理器用以实现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)的温度的记录以及冷却效率的计算。
5.根据权利要求4所述的模拟柴油机中冷器性能下降的装置，其特征在于，还包括与所述中央处理器相连、用以当所述冷却效率低于预设低限效率时报错的OBD系统。
6.根据权利要求1至5任一项所述的模拟柴油机中冷器性能下降的装置，其特征在于，所述可调阀门为电动阀门或气动阀门。
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