天然气发动机中冷温度控制系统及方法与流程

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种天然气发动机中冷温度控制系统及方法。

背景技术：

天然气发动机对进气温度要求非常高，一般需要控制在50摄氏度左右，上下偏差几摄氏度，都会对发动机的功率和扭矩造成很大的影响，从而影响发动机的性能。因此在进行台架发动机研发试验时，我们希望保持发动机的进气温度恒定。

目前，进行发动机台架试验时，天然气发动机的进气方式是：空气经过增压后通过中冷前进气管进入中冷器，然后由中冷器进入中冷后出气管，最后进入到发动机机体内参与燃烧，从而完成整个进气工作。以一个额定转速2100r/min的发动机为例，在不同的工况(即不同的发动机转速和不同的节气门开度)下，进入中冷器的空气温度是不同的，而进入中冷器内的空气通过和中冷器内部的液体进行热交换后，其温度会发生很大的变化，从而导致从中冷后出气管流出的空气温度变化幅度较大，这样就无法稳定发动机的进气温度，造成发动机的进气温度波动幅度很大，达到10摄氏度以上。这样的中冷温度控制系统无法实现不同工况下对发动机进气温度的自动控制，不能满足测试使用要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够根据不同工况对天然气发动机的进气温度自动调节、发动机进气温度控制精度高的天然气发动机中冷温度控制系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

天然气发动机中冷温度控制系统，包括：

中冷器，所述中冷器设置有与增压器连接的中冷前进气管以及与发动机气缸连接的中冷后出气管；所述中冷前进气管上设置有中冷前进气温度传感器，所述中冷后出气管上设置有中冷后出气温度传感器；所述中冷器还设置有用于热交换的中冷器进液管和中冷器出液管；

热缓存箱，所述热缓存箱设置有与所述中冷器出液管连通的热缓存箱进液管，所述热缓存箱进液管上设置有热缓存箱进液控制阀，所述热缓存箱设置有与所述中冷器进液管连通的热缓存箱出液管，所述热缓存箱出液管上设置有热缓存液出液温度传感器和热缓存箱出液控制阀；所述热缓存箱出液管上安装有热缓存液出液驱动机构，所述热缓存箱还设有用于加热缓存液的缓存液加热机构；

冷缓存箱，所述冷缓存箱设置有与所述中冷器出液管连通的冷缓存箱进液管，所述冷缓存箱进液管上设置有冷缓存箱进液控制阀，所述冷缓存箱设置有与所述中冷器进液管连通的冷缓存箱出液管，所述冷缓存箱出液管上设置有冷缓存液出液温度传感器和冷缓存箱出液控制阀；所述冷缓存箱出液管上安装有冷缓存液出液驱动机构，所述冷缓存箱还设有用于冷却缓存液的缓存液冷却机构；

控制器，与所述中冷前进气温度传感器、中冷后出气温度传感器、热缓存箱进液控制阀、热缓存液出液温度传感器、热缓存箱出液控制阀、热缓存液出液驱动机构、缓存液加热机构、冷缓存箱进液控制阀、冷缓存液出液温度传感器、冷缓存箱出液控制阀和冷缓存液出液驱动机构相连接。

作为优选的技术方案，所述热缓存液出液驱动机构为电动抽水马达。

作为优选的技术方案，所述冷缓存液出液驱动机构亦为电动抽水马达。

作为优选的技术方案，所述缓存液加热机构为设置于所述热缓存箱底部的电加热器。

作为优选的技术方案，所述缓存液冷却机构为设置于所述冷缓存箱内的冷却器，所述冷却器连接有冷冻液进液管和冷冻液出液管。

本发明还提供了上述系统的天然气发动机中冷温度控制方法，包括如下步骤：

步骤一、根据发动机的实际工况，获取中冷器的实际进气温度，并设定中冷器的设定进气温度；

步骤二、将中冷器的实际进气温度与中冷器的设定进气温度进行比较，若中冷器的实际进气温度低于中冷器的设定进气温度，则执行步骤三；若中冷器的实际进气温度高于中冷器的设定进气温度，则执行步骤四；

步骤三、对中冷器内的热交换液体进行热液供应，从而控制中冷器的实际出气温度；

步骤四、对中冷器内的热交换液体进行冷液供应，从而控制中冷器的实际出气温度。

具体方法如下：

(a)当发动机处于小负荷工况时，中冷器的实际进气温度较低，即低于中冷器的设定进气温度时，冷缓存箱进液控制阀和冷缓存箱出液控制阀关闭，控制器根据中冷前进气温度传感器、中冷后出气温度传感器、热缓存液出液温度传感器三个温度传感器的实际数值大小，给缓存液加热机构、热缓存箱进液控制阀和热缓存箱出液控制阀开启命令，从而控制热缓存液温度值，并调节热缓存箱进液控制阀和热缓存箱出液控制阀的开度来控制流量大小，由热缓存液出液驱动机构驱动已知温度的热液进入中冷器与空气进行热交换，从而控制发动机的进气温度；

(b)当发动机处于大负荷工况时，中冷器的实际进气温度较高，即高于中冷器的设定进气温度时，热缓存箱进液控制阀和热缓存箱出液控制阀关闭，控制器根据中冷前进气温度传感器、中冷后出气温度传感器、冷缓存液出液温度传感器三个温度传感器的实际数值大小，给冷缓存箱进液控制阀和冷缓存箱出液控制阀开启命令，并调节冷缓存箱进液控制阀和冷缓存箱出液控制阀的开度来控制流量大小，由冷缓存液出液驱动机构驱动冷液进入中冷器与空气进行热交换，从而控制发动机的进气温度。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：控制系统根据发动机的实际工况来决定对中冷器内的液体进行热液供应还是冷夜供应，通过采用二级中冷温控的方式，能够精确地控制进气中冷温度，不论发动机的工况如何变化，都可以使发动机的进气温度稳定在需求的数值范围内，上下误差各不超过0.5摄氏度。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例中天然气发动机中冷温度控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中天然气发动机中冷温度控制方法的原理框图。

图中：

10-中冷器；11-中冷前进气管；12-中冷后出气管；13-中冷前进气温度传感器；14-中冷后出气温度传感器；15-中冷器进液管；16-中冷器出液管；

20-热缓存箱；21-热缓存箱进液管；22-热缓存箱进液控制阀；23-热缓存箱出液管；24-热缓存液出液温度传感器；25-热缓存箱出液控制阀；26-热缓存液出液驱动机构；

30-冷缓存箱；31-冷缓存箱进液管；32-冷缓存箱进液控制阀；33-冷缓存箱出液管；34-冷缓存液出液温度传感器；35-冷缓存箱出液控制阀；36-冷缓存液出液驱动机构；37-冷冻液进液管；38-冷冻液出液管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1和图2所示，天然气发动机中冷温度控制系统，包括：

中冷器10，所述中冷器10设置有与增压器连接的中冷前进气管11以及与发动机气缸连接的中冷后出气管12；所述中冷前进气管11上设置有中冷前进气温度传感器13，用于实时监测增压后中冷前的进气温度，所述中冷后出气管12上设置有中冷后出气温度传感器14，用于监测经中冷器热交换后的出气温度；所述中冷器10还设置有用于热交换的中冷器进液管15和中冷器出液管16，中冷器内部设有换热翅片等常用结构，不再详述；

热缓存箱20，所述热缓存箱20设置有与所述中冷器出液管16连通的热缓存箱进液管21，所述热缓存箱进液管21上设置有热缓存箱进液控制阀22，所述热缓存箱20设置有与所述中冷器进液管15连通的热缓存箱出液管23，所述热缓存箱出液管23上设置有热缓存液出液温度传感器24和热缓存箱出液控制阀25；所述热缓存箱出液管23上安装有热缓存液出液驱动机构26，热缓存液出液驱动机构26可以采用电动抽水马达等，所述热缓存箱20还设有用于加热缓存液的缓存液加热机构(图中未示出)，如可以采用电加热丝等常用电加热结构，其设置于所述热缓存箱的底部，不再详述；

冷缓存箱30，所述冷缓存箱30设置有与所述中冷器出液管16连通的冷缓存箱进液管31，所述冷缓存箱进液管31上设置有冷缓存箱进液控制阀32，所述冷缓存箱30设置有与所述中冷器进液管15连通的冷缓存箱出液管33，所述冷缓存箱出液管33上设置有冷缓存液出液温度传感器34和冷缓存箱出液控制阀35；所述冷缓存箱出液管33上安装有冷缓存液出液驱动机构36，冷缓存液出液驱动机构36亦可采用电动抽水马达，所述冷缓存箱30还设有用于冷却缓存液的缓存液冷却机构，如在所述冷缓存箱内设置冷却器，所述冷却器连接有冷冻液进液管37和冷冻液出液管38，可以由冷冻机组提供制冷源；

控制器(参考图2)，与所述中冷前进气温度传感器13、中冷后出气温度传感器14、热缓存箱进液控制阀22、热缓存液出液温度传感器24、热缓存箱出液控制阀25、热缓存液出液驱动机构26、缓存液加热机构27、冷缓存箱进液控制阀32、冷缓存液出液温度传感器34、冷缓存箱出液控制阀35和冷缓存液出液驱动机构36通过信号线或控制线相连接。

本控制系统的基本控制原理为：根据发动机的实际工况，通过中冷前进气温度传感器13监测得到中冷器10的实际进气温度，控制器将中冷器的实际进气温度与中冷器的设定进气温度进行比较，决定对中冷器内的热交换液体进行热液供应还是冷液供应，从而控制中冷器的实际出气温度，即控制发动机的进气温度。

下面以一个额定转速2100r/min的发动机为例，具体介绍一下天然气发动机中冷温度控制方法。

为了实现不同的工况(即不同的发动机转速和不同的节气门开度)下，从中冷后出气管12流出的空气温度都维持在50摄氏度，需要根据发动机的实际工况来决定是对中冷器10内的液体进行热液供应还是冷夜供应：

(a)当发动机处于小负荷工况时，比如怠速工况，此时中冷器10的实际进气温度较低，低于中冷器的设定进气温度，系统此时会将冷缓存箱进液控制阀32和冷缓存箱出液控制阀35关闭，控制器根据中冷前进气温度传感器13、中冷后出气温度传感器14、热缓存液出液温度传感器24三个温度传感器的实际数值大小，给缓存液加热机构27(电加热丝)、热缓存箱进液控制阀22和热缓存箱出液控制阀25开启命令，从而控制热缓存液温度值，并调节热缓存箱进液控制阀22和热缓存箱出液控制阀25的开度来控制流量大小，由热缓存液出液驱动机构26(电动抽水马达)驱动已知温度的热液进入中冷器10与空气进行热交换，从而控制发动机的进气温度；

(b)当发动机处于大负荷工况时，比如额定工况(2100r/min，100％油门)，此时中冷器10的实际进气温度较高，高于中冷器的设定进气温度，系统此时会将热缓存箱进液控制阀22和热缓存箱出液控制阀25关闭，控制器根据中冷前进气温度传感器13、中冷后出气温度传感器14、冷缓存液出液温度传感器34三个温度传感器的实际数值大小，给冷缓存箱进液控制阀32和冷缓存箱出液控制阀35开启命令，并调节冷缓存箱进液控制阀32和冷缓存箱出液控制阀35的开度来控制流量大小，由冷缓存液出液驱动机构36(电动抽水马达)驱动冷液进入中冷10器与较热的空气进行热交换，从而控制发动机的进气温度，如中冷前进气温度传感器13测量进气温度150摄氏度，中冷后出气温度传感器14测量温度60摄氏度，冷缓存液出液温度传感器34测试冷缓存液温度6摄氏度，则此时说明中冷控制后的进气温度过高，系统通过内部算法调整冷缓存箱出液控制阀35的开度直到中冷后出气温度传感器14反馈的值满足规范要求。

这样本系统就实现了在不同工况下对天然气发动机中冷进气的温度调节的目的，经实际测算，所控进气温度的误差为±0.5℃，具有非常高的控制精度。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。