一种甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制方法及系统与流程

1.本发明涉及双燃料发动机技术领域，尤其涉及一种甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制方法及系统。


背景技术：

2.甲醇燃料是一种液体燃料，在对其进行储存和运输的过程中可以采用石油燃料的储存和运输系统，因此基础设施投入的比较少。
3.相比于柴油易自燃的特性，甲醇的自燃温度较高。当柴油机燃用甲醇-柴油混合燃料时，在柴油达到着火条件时，甲醇可能尚未达到着火条件，会出现柴油先自燃、着火后的柴油引燃甲醇的着火模式。基于甲醇良好的燃烧特性及经济性，希望在满足发动机正常工作的同时提高混合燃料中甲醇的占比。
4.在柴油模式下，为了提高发动机进气效率，车辆需要配置有中冷器对进入进气管道的空气进行降温，以提高进气密度，增加空气进气量。但在甲醇-柴油混合燃料掺烧时，由于甲醇的汽化潜热大，燃料喷入进气歧管后会大大降低进气温度，过低的进气温度会影响发动机缸内温度，引起混合燃料的不充分燃烧，甚至引起气缸失火。未燃的甲醇将会沿气缸壁下流，破坏气缸壁表面的润滑油膜，造成气缸与环间的润滑不良，气密性下降，从而加大气缸磨损。另外对发动机的排放也会产生不利的影响，会增加未燃烧的醇类、甲醛等有害的气体排放物。综合上述原因，在传统的中冷器结构及温控模式下，甲醇柴油燃料中甲醇的替代料无法做到太高，试验表明甲醇占比超过50％就会出现单缸失火的现象。


技术实现要素：

5.针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制方法及系统，可根据不同燃料及工况调节达到需要的进气温度，可兼顾双燃料系统不同燃料下的进气温度条件最优化，使得发动机无论在燃烧哪种燃料或者混合燃料时都能达到最佳的燃烧状态。
6.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
7.一种甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制方法，应用于甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制系统，所述控制系统包括中冷器、热管理阀装置、第一冷却水进管、第二冷却水进管、冷却水出管和回水管，所述第一冷却水进管连接所述中冷器进水口和所述热管理阀装置，所述热管理阀装置还与所述第二冷却水进管连接，所述冷却水出管与所述中冷器的出水口连接，所述回水管连接所述热管理阀装置和所述冷却水出管；
8.所述控制方法，包括以下步骤：
9.s10、获取发动机的燃料状态；
10.s20、判断燃料状态是纯柴油状态还是双燃料状态；
11.s30、如果是纯柴油状态，则控制所述热管理阀装置全开，冷却水全部进入第一冷却水进管；
12.s40、如果是双燃料状态，则获取进气温度和目标温度；
13.s50、根据进气温度和目标温度，计算出温差；
14.s60、根据温差，生成对应的转动角度信号；
15.s70、根据转动角度信号，控制热管理阀装置的球阀转动，调整热管理阀装置的开度。
16.优选方式为，所述s60包括以下步骤：
17.s61、根据温差，判断温差是否不小于3℃；
18.s62、如果是，根据温差，利用pid公式：
19.计算出所述球阀的转动角度uk，其中k
p
，ki和kd分别为标定系数，err(k)为温差，k为自然数；
20.s63、根据转动角度uk，生成对应的转动角度信号；
21.s64、如果否，执行s61。
22.优选方式为，在所述s10之前，还包括以下步骤：
23.判断发动机是否处于启动状态；
24.如果是，控制所述热管理阀装置的球阀出水口与所述第一冷却水进管的进水口小面积接触。
25.优选方式为，所述驱动机构包括电机及与所述电机输出轴连接的连杆，所述连杆与所述热管理阀装置的球阀连接；当转动角度uk大于0时，驱动机构的电机正转，当转动角度uk小于0时，驱动机构电机反转。
26.优选方式为，k
p
，ki和kd为根据进气实时温度标定的限值；k
p
，ki和kd为根据进气实时温度达到目标温度的时间标定的系数；和/或；k
p
，ki和kd为根据进气实时温度标定的系数。
27.一种甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制系统，包括电控单元、中冷器、分别与所述中冷器连通的第一冷却水进管和冷却水出管，所述系统还包括热管理阀装置、第二冷却水管和回水管，所述热管理阀装置分别与所述第一冷却水进管、所述第二冷却水进管和所述回水管连接，所述回水管还与所述冷却水出管连接；所述热管理阀装置包括球阀及带动所述球阀转动的驱动机构，所述球阀分别与所述第一冷却水进管的进水口、所述第二冷却水进管的出水口和所述回水管的进水口连接，所述驱动机构与所述电控单元通信连接；所述控制系统还包括与所述电控单元电连接的温度检测单元，所述温度检测单元实时采集进气实时温度，并传输对应的温度信号至所述电控单元，所述电控单元根据接收的温度信号，控制所述驱动机构带动所述球阀的转动，调整进入所述中冷器的冷却水量，以调节进气温度。
28.优选方式为，所述电控单元接收到温度信号后，计算出进气实时温度和目标温度的温差；
29.所述控制系统还包括与所述电控单元电连接的pid调节单元，所述pid调节单元利用公式：
30.计算出所述球阀的转动角度uk，其中k
p
，ki和kd分别为标定系数，err(k)为温差，k为自然数；
31.所述pid调节单元传输转动角度uk对应的调节信号至所述电控单元，所述电控单元根据接收的调节信号，控制所述驱动机构带动所述球阀转动，调整进入所述中冷器的冷却水量，以调节进气温度。
32.优选方式为，所述电控单元在温差不小于3℃时，启动所述pid调节单元调节进气温度。
33.优选方式为，所述控制系统还包括与所述电控单元电连接的预设定单元，所述预设定单元用于根据进气实时温度标定k
p
，ki和kd为限值；用于根据进气实时温度达到目标温度的时间标定k
p
，ki和kd；和/或；用于根据进气实时温度标定k
p
，ki和kd。
34.采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：
35.由于本发明的甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制方法及系统，其中系统包括电控单元、中冷器、分别与中冷器连通的第一冷却水进管和冷却水出管，系统还包括热管理阀装置、第二冷却水管和回水管，热管理阀装置分别与第一冷却水进管、第二冷却水进管和回水管连接，回水管还与冷却水出管连接；热管理阀装置包括球阀及带动球阀转动的驱动机构，球阀分别与第一冷却水进管的进水口、第二冷却水进管的出水口和回水管的进水口连接，驱动机构与电控单元通信连接；其中方法根据不同燃料及工况调节达到需要的进气温度，可兼顾双燃料系统不同燃料下的进气温度条件最优化，使得发动机无论在燃烧哪种燃料或者混合燃料时都能达到最佳的燃烧状态；通过对于中冷器温度的控制，解决了甲醇柴油双燃料时甲醇的替代率低的问题，实现甲醇柴油配比达到最经济的状态。
附图说明
36.图1是本发明中控制系统的结构示意框图；
37.图2是本发明中控制方法的流程示意图；
38.图中：1-中冷器，2-第一冷却水进管，3-热管理阀装置，4-第二冷却水进管，5-回水管，6-冷却水出管，70～75-箭头，8-温度传感器。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，且不用于限定本发明。
40.图1中箭头70为进气方向，箭头71为出气方向，箭头72为中冷器冷却水进水方向，箭头73为外部冷却水进入第二冷却水进管4的方向，箭头74为回水方向，箭头75为中冷器冷却水出水方向。
41.实施例一：
42.如图1和图2所示，一种甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制方法，应用于甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制系统，控制系统包括中冷器1、热管理阀装置3、第一冷却水进管2、第二冷却水进管4、冷却水出管6和回水管5，第一冷却水进管2连接中冷器进水口和热管理阀装置3，热管理阀装置3还与第二冷却水进管4连接，冷却水出管6与中冷器的出水口连接，回水管5连接热管理阀装置3和冷却水出管6；其中热管理阀装置3包括球阀及带动球阀转动的驱动机构，驱动机构包括电机及与电机输出轴连接的连杆，连杆与热管理阀
装置3的球阀连接。
43.本发明的控制方法，包括以下步骤：
44.步骤s10、获取发动机的燃料状态；
45.步骤s20、判断燃料状态是纯柴油状态还是双燃料状态；
46.步骤s30、如果是纯柴油状态，则控制所述热管理阀装置3全开，冷却水全部进入第一冷却水进管2，令冷水却全部进入中冷器1内；
47.步骤s40、如果是双燃料状态，则获取进气温度和目标温度；
48.步骤s50、根据进气温度和目标温度，计算出温差；
49.步骤s60、根据温差，生成对应的转动角度信号；具体步骤如下：
50.步骤s61、根据温差，判断温差是否不小于3℃；
51.步骤s62、如果是，即温差≥3℃，根据温差，利用pid公式：
52.计算出所述球阀的转动角度uk，其中k
p
，ki和kd分别为标定系数，err(k)为温差，k为自然数；
53.当转动角度uk大于0时，驱动机构的电机正转，当转动角度uk小于0时，驱动机构电机反转；
54.其中k
p
，ki和kd为根据进气实时温度标定的限值；k
p
，ki和kd为根据进气实时温度达到目标温度的时间标定的系数；和/或；k
p
，ki和kd为根据进气实时温度标定的系数。
55.步骤s63、根据转动角度uk，生成对应的转动角度信号；
56.步骤s64、如果否，即温差《3℃，执行s61；具体地，温差小于《3℃时，此时不启动pid控制单元，直到温差增大后，再启动pid控制单元调节进气温度。
57.步骤s70、根据转动角度信号，控制热管理阀装置3的球阀转动，调整热管理阀装置3的开度，进而调整中冷器1温度。
58.本实施例中在s10之前，还包括以下步骤：
59.判断发动机是否处于启动状态；
60.如果是，即发动机处于启动状态，控制热管理阀装置3的球阀出水口与第一冷却水进管2的进水口小面积接触。
61.因发动机启动时，此时水温及进气温度较低，此时通过控制热管理阀装置3的球阀出水口与第一冷却水进管2的进水口小面积重合，使小部分冷却水经过第一冷却水进管2进入中冷器1，大部分冷却水进入回水管5，直接排出，降低发动机启动失败的机率。
62.如图1和图2所示，本发明的控制方法，主要是根据双燃料发动机所使用燃料，对进气温度控制主要为，具体为：在纯柴油状态下，中冷器1的温度应尽可能低，此时热管理阀装置3让冷却水完全流入中冷器1去散热；即热管理阀装置3的驱动机构，带动球阀转动，使球阀的出水口与第一冷却水进管2的进水口全部接触，冷却水全部进入中冷器1内。在甲醇-柴油混合燃料掺烧状态下，根据进气实时温度与目标温度的温差，来控制冷却水进入中冷器1的量；在温差小于3℃时，此时不进行pid调节，当温度不小于3℃时，利用pid公式得出转动角度信号，再根据转动角度信号控制驱动机构，带动球阀转动，调整球阀出水口与第一冷却水进管2的进水口的接触面积，以调节进入中冷器1的冷水流量，进而调节进气温度。
63.可见，本发明可根据不同燃料及工况调节达到需要的进气温度，可兼顾双燃料系
统不同燃料下的进气温度条件最优化，使得发动机无论在燃烧哪种燃料或者混合燃料时都能达到最佳的燃烧状态；通过对于中冷器1温度的控制，解决了甲醇柴油双燃料时甲醇的替代率低的问题，实现甲醇柴油配比达到最经济的状态。
64.实施例二：
65.如图1所示，一种甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制系统，包括电控单元、中冷器1、分别与中冷器1连通的第一冷却水进管2和冷却水出管6、热管理阀装置3、第二冷却水管和回水管5，热管理阀装置3分别与第一冷却水进管2、第二冷却水进管4和回水管5连接，回水管5还与冷却水出管6连接；热管理阀装置3包括球阀及带动球阀转动的驱动机构，球阀分别与第一冷却水进管2的进水口、第二冷却水进管4的出水口和回水管5的进水口连接，驱动机构与电控单元通信连接，本实施例中电控单元可通过can通信单元与驱动机构通信连接。
66.控制系统还包括与电控单元电连接的pid调节单元和温度检测单元，温度检测单元包括设在中冷器1出气侧的温度传感器8，温度检测单元实时采集进气实时温度，并传输对应的温度信号至电控单元，电控单元根据接收的温度信号，控制驱动机构带动球阀的转动，调整进入中冷器1的冷却水量，以调节进气温度。
67.具体地，电控单元接收到温度信号后，计算出进气实时温度和目标温度的温差，电控单元传输对应的温差信号至pid调节单元，pid调节单元利用公式：计算出球阀的转动角度uk，其中k
p
，ki和kd分别为标定系数，err(k)为温差，k为自然数；pid调节单元传输转动角度uk对应的调节信号至电控单元，电控单元根据接收的调节信号，控制驱动机构带动球阀转动，调整进入第一冷却水进管2的冷却水量，以调节进气温度。一种优选方案，电控单元在温差不小于3℃时，启动pid调节单元调节进气温度，当温差小于3℃时，不进行pid调节，直到温差不小于3℃。
68.本实施例中控制系统还包括与电控单元电连接的预设定单元，预设定单元用于根据进气实时温度标定k
p
，ki和kd为限值；用于根据进气实时温度达到目标温度的时间标定k
p
，ki和kd；和/或；用于根据进气实时温度标定k
p
，ki和kd。
69.如图1所示，本发明的控制系统，主要是在中冷器1的第一冷却水进管2和第二冷却水进管4之间增设了热管理阀装置3，在热管理阀装置3和冷却水出管6之间增设了回水管5，电控单元通过调节热管理阀装置3的开度(相当于调节第一冷却水进管2的开度)，来控制进入中冷器1的冷却水流量，进而控制中冷进气温度。其中，第一冷却水进管2和回水管5垂直分布，驱动机构驱动连杆带动球阀旋转，通过调节球阀出水口与第一冷却水进管2的进水口的重合范围，来控制进入第一冷却水进管2的冷却水流量大小。
70.本发明根据燃料状态，有以下几种情况：
71.当发动机工作在柴油模式下，此时中冷器1应最大能力降低进气温度，此时驱动机构带动热管理阀装置3的球阀旋转，直至球阀的出水口与第一冷却水进管2的进水口重合，此时冷却水全部流经中冷器1，此模式下热管理阀装置3的球阀保持不再转动。
72.当发动机工作在甲醇-柴油混合燃料模式下，此时驱动机构通过调节球阀的出水口与第一冷却水进管2的进水口的接口角度，来调节进入中冷器1的进水量，进而调节空冷
器进气温度。
73.当发动机启动时，此时水温及进气温度较低，此时球阀出水口与第一冷却水进管2的进水口小面积重合，小部分冷却水进入中冷器1，大部分冷却水通过回水管5直接排出。随着发动机进气温度的增加，驱动机构再带动球阀转动，令球阀出水口与第一冷却水进管2的进水口的重合面积增加，以中冷器1冷却能力提升以将进气温度调节至目标温度。
74.可见，本发明的控制系统具有结构简单、操作方便的优势，可以根据不同燃料及工况调节达到需要的进气温度，可兼顾双燃料系统不同燃料下的进气温度条件最优化，使得发动机无论在燃烧哪种燃料或者混合燃料时都能达到最佳的燃烧状态；通过对于中冷器1温度的控制，可以解决甲醇柴油双燃料时甲醇的替代率低的问题，实现甲醇柴油配比达到最经济的状态。
75.以上仅为所述本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同一种甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制方法及系统的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制方法，其特征在于，应用于甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制系统，所述控制系统包括中冷器、热管理阀装置、第一冷却水进管、第二冷却水进管、冷却水出管和回水管，所述第一冷却水进管连接所述中冷器进水口和所述热管理阀装置，所述热管理阀装置还与所述第二冷却水进管连接，所述冷却水出管与所述中冷器的出水口连接，所述回水管连接所述热管理阀装置和所述冷却水出管；所述控制方法，包括以下步骤：s10、获取发动机的燃料状态；s20、判断燃料状态是纯柴油状态还是双燃料状态；s30、如果是纯柴油状态，则控制所述热管理阀装置全开，冷却水全部进入第一冷却水进管；s40、如果是双燃料状态，则获取进气温度和目标温度；s50、根据进气温度和目标温度，计算出温差；s60、根据温差，生成对应的转动角度信号；s70、根据转动角度信号，控制热管理阀装置的球阀转动，调整热管理阀装置的开度。2.根据权利要求1所述的甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制方法，其特征在于，所述s60包括以下步骤：s61、根据温差，判断温差是否不小于3℃；s62、如果是，根据温差，利用pid公式：计算出所述球阀的转动角度u
k
，其中k
p
，k
i
和k
d
分别为标定系数，err(k)为温差，k为自然数；s63、根据转动角度u
k
，生成对应的转动角度信号；s64、如果否，执行s61。3.根据权利要求1所述的甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制方法，其特征在于，在所述s10之前，还包括以下步骤：判断发动机是否处于启动状态；如果是，控制所述热管理阀装置的球阀出水口与所述第一冷却水进管的进水口小面积接触。4.根据权利要求2所述的甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制方法，其特征在于，所述驱动机构包括电机及与所述电机输出轴连接的连杆，所述连杆与所述热管理阀装置的球阀连接；当转动角度u
k
大于0时，驱动机构的电机正转，当转动角度u
k
小于0时，驱动机构电机反转。5.根据权利要求2所述的甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制方法，其特征在于，k
p
，k
i
和k
d
为根据进气实时温度标定的限值；k
p
，k
i
和k
d
为根据进气实时温度达到目标温度的时间标定的系数；和/或；k
p
，k
i
和k
d
为根据进气实时温度标定的系数。6.一种甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制系统，包括电控单元、中冷器、分别与所述中冷器连通的第一冷却水进管和冷却水出管，其特征在于，所述系统还包括热管理阀装置、第二冷却水管和回水管，所述热管理阀装置分别与所述第一冷却水进管、所述第二冷却
水进管和所述回水管连接，所述回水管还与所述冷却水出管连接；所述热管理阀装置包括球阀及带动所述球阀转动的驱动机构，所述球阀分别与所述第一冷却水进管的进水口、所述第二冷却水进管的出水口和所述回水管的进水口连接，所述驱动机构与所述电控单元通信连接；所述控制系统还包括与所述电控单元电连接的温度检测单元，所述温度检测单元实时采集进气实时温度，并传输对应的温度信号至所述电控单元，所述电控单元根据接收的温度信号，控制所述驱动机构带动所述球阀的转动，调整进入所述中冷器的冷却水量，以调节进气温度。7.根据权利要求6所述的甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制系统，其特征在于，所述电控单元接收到温度信号后，计算出进气实时温度和目标温度的温差；所述控制系统还包括与所述电控单元电连接的pid调节单元，所述pid调节单元利用公式：计算出所述球阀的转动角度u
k
，其中k
p
，k
i
和k
d
分别为标定系数，err(k)为温差，k为自然数；所述pid调节单元传输转动角度u
k
对应的调节信号至所述电控单元，所述电控单元根据接收的调节信号，控制所述驱动机构带动所述球阀转动，调整进入所述中冷器的冷却水量，以调节进气温度。8.根据权利要求7所述的甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制系统，其特征在于，所述电控单元在温差不小于3℃时，启动所述pid调节单元调节进气温度。9.根据权利要求7所述的甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与所述电控单元电连接的预设定单元，所述预设定单元用于根据进气实时温度标定k
p
，k
i
和k
d
为限值；用于根据进气实时温度达到目标温度的时间标定k
p
，k
i
和k
d
；和/或；用于根据进气实时温度标定k
p
，k
i
和k
d
。

技术总结
本发明公开了一种甲醇柴油双燃料发动机的中冷温度控制方法及系统，其中系统包括电控单元、中冷器、第一冷却水进管、冷却水出管、热管理阀装置、第二冷却水管和回水管，热管理阀装置分别与第一冷却水进管、第二冷却水进管和回水管连接，回水管与冷却水出管连接；热管理阀装置包括球阀及带动球阀转动的驱动机构，驱动机构与电控单元通信连接；其中方法根据不同燃料及工况调节达到需要的进气温度，可兼顾双燃料系统不同燃料下的进气温度条件最优化，使得发动机无论在燃烧哪种燃料或者混合燃料时都能达到最佳的燃烧状态；通过对于中冷器温度的控制，解决了甲醇柴油双燃料时甲醇的替代率低的问题，实现甲醇柴油配比达到最经济的状态。态。态。


技术研发人员：王立峰 衣金水 丁建栋 刘晓亮 吴鹏超
受保护的技术使用者：潍坊力创电子科技有限公司
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/5/26