柴油发动机进气预热系统的控制方法

本发明涉及柴油发动机，尤其涉及一种柴油发动机进气预热系统的控制方法。

背景技术：

1、在极其严寒环境条件下，车辆装备起动困难。在发动机起动之前，润滑油和机油的粘度随温度降低而增大，在严寒环境下非常粘稠，通常在发动机发动前半个小时就需要将机油和润滑油加热。在恶劣的严寒环境下，蓄电池的soc(state of charge，荷电状态)值会从100％迅速下降，严重影响发动机的起动情况。

2、常用的起动辅助装置有冷却液加温装置、火焰进气预热装置、电热栅格或ptc进气预热装置、向进气管喷乙醚的起动装置等等，其中以冷却液加温与进气预热方式应用最为广泛。但是冷却液加温装置内部燃烧效率不好，容易造成堵塞，换热效率低，造成起动时间长。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够提高进气温度以及蓄电池的电量，有助于严寒环境下的柴油发动机起动的控制方法。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种柴油发动机进气预热系统的控制方法，其特征在于：所述预热系统包括发动机本体、充电起动系统、冷却液循环换热系统以及微型燃气轮机系统；所述充电起动系统包括依次电连接的发电电动机、蓄电池以及起动机；

3、所述冷却液循环换热系统包括换热器、高温冷却水管道以及低温冷却水管道；所述换热器与所述发动机本体之间通过所述高温冷却水管道和所述低温冷却水管道连通；在所述换热器、所述发动机本体、所述高温冷却水管道以及所述低温冷却水管道内填充有冷却液；

4、所述微型燃气轮机系统包括依次密封连接的压气机、燃烧室以及涡轮机；

5、所述涡轮机设置有高温气体出口，并且所述高温气体出口与所述换热器连通，用于加热所述换热器内的冷却液；所述涡轮机的输出轴与所述发电电动机的输入轴连接，用于将所述涡轮机的转子动能输出给所述发电电动机，所述发电电动机将电能输送至所述蓄电池；

6、进气管道的一端与所述发动机本体连通，所述进气管道的另一端与所述高温气体出口连通；所述涡轮机的所述高温气体出口与所述进气管道之间通过第一出气支管连通，并与所述换热器之间通过第二出气支管连通；在所述第一出气支管中安装有第一控制阀；在所述第二出气支管中安装有第二控制阀；

7、所述控制方法包括如下步骤：

8、控制第一控制阀关闭，第二控制阀打开，发电电动机起动，带动微型燃气轮机系统工作，由涡轮机排出的高温燃气经过换热器加热冷却液的同时，涡轮机通过输出轴将机械能传递至发电电动机，发电电动机发电，并给蓄电池充电，此时起动机工作，带动发动机运转；

9、当冷却液水温达到75℃时，打开第一控制阀，进气管道内的空气与经涡轮机排出的高温废气混合后进入缸体内，提高发动机本体的进气温度。

10、进一步的技术方案在于：所述涡轮机排出的高温燃气进入换热器，对换热器进行加热，同时将换热器内的冷却液进行升温，通过冷却液在换热器和发动机本体之间的循环流动对发动机本体进行预热。

11、进一步的技术方案在于：通过第一控制阀控制涡轮机与进气管道之间的第一出气支管的通断，进而控制涡轮机的高温燃气是否进入缸体内，从而控制发动机本体的进气温度；通过第二控制阀控制涡轮机的高温燃气进入换热器以及控制进入换热器的高温燃气的流量，同时结合第一控制阀合理分配涡轮机的高温燃气进入换热器和缸体内的比例，从而能够高效地利用涡轮机的高温燃气，使柴油发动机快速满足点火状态。

12、进一步的技术方案在于：通过水泵加速低温冷却水管道中冷却液的流动速度，提高冷却液在换热器与发动机本体之间的循环流动速度和流量，能够将换热器从高温燃气中吸收的热量快速输送到发动机本体，从而提高换热器的换热效率，充分利用涡轮机的高温燃气，缩短柴油发动机在严寒环境下的预热时间。

13、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明的所述方法通过增设微型燃气轮机系统，可以通过涡轮机排出的高温燃气对流经换热器内的冷却液进行加热，从而通过冷却液提高发动机本体的温度，有助于柴油发动机在严寒环境下的起动；

14、2、本发明的所述方法通过增设微型燃气轮机系统，可以通过涡轮机驱动发电电动机转动进行发电，将涡轮机的转子动能转化为电能输送到蓄电池，从而有效提高蓄电池在低温条件下的soc值；

15、3、通过将涡轮机的高温气体出口与发动机本体的进气管道的连通，能够将涡轮机的高温燃气引入发动机本体的进气管道，从而提高了缸内进气温度，改善了燃料燃烧条件和低温着火问题；

16、4、由于在涡轮机的高温气体出口与进气管道之间设置有第一控制阀，通过第一控制阀可以控制涡轮机与进气管道之间的第一出气支管的通断，进而控制涡轮机的高温燃气是否进入缸体内，从而能够控制发动机本体的进气温度；

17、5、通过在涡轮机的高温气体出口与换热器之间的第二控制阀，可以控制涡轮机的高温燃气进入换热器以及控制进入换热器的高温燃气的流量，同时结合第一控制阀可以合理分配涡轮机的高温燃气进入换热器和缸体内的比例，从而能够高效地利用涡轮机的高温燃气，使柴油发动机快速满足点火状态。

18、6、通过设置于冷却液循环换热系统中的水泵，能够加速冷却液的循环流动，提高换热器的换热效率，充分利用涡轮机的高温燃气，缩短柴油发动机在严寒环境下的预热时间。

技术特征：

1.一种柴油发动机进气预热系统的控制方法，其特征在于：所述预热系统包括发动机本体(1)、充电起动系统、冷却液循环换热系统以及微型燃气轮机系统；所述充电起动系统包括依次电连接的发电电动机(2)、蓄电池(3)以及起动机(4)；

2.如权利要求1所述的柴油发动机进气预热系统的控制方法，其特征在于：

3.如权利要求1所述的柴油发动机进气预热系统的控制方法，其特征在于：通过第一控制阀(21)控制涡轮机(8)与进气管道(9)之间的第一出气支管(10)的通断，进而控制涡轮机(8)的高温燃气是否进入缸体内，从而控制发动机本体(1)的进气温度；通过第二控制阀(13)控制涡轮机(8)的高温燃气进入换热器(5)以及控制进入换热器(5)的高温燃气的流量，同时结合第一控制阀(12)合理分配涡轮机(8)的高温燃气进入换热器(5)和缸体内的比例，从而能够高效地利用涡轮机(8)的高温燃气，使柴油发动机快速满足点火状态。

4.如权利要求1所述的柴油发动机进气预热系统的控制方法，其特征在于：通过水泵(18)加速低温冷却水管道(7)中冷却液的流动速度，提高冷却液在换热器(5)与发动机本体(1)之间的循环流动速度和流量，能够将换热器(5)从高温燃气中吸收的热量快速输送到发动机本体(1)，从而提高换热器(5)的换热效率，充分利用涡轮机(8)的高温燃气，缩短柴油发动机在严寒环境下的预热时间。

5.如权利要求1所述的柴油发动机进气预热系统的控制方法，其特征在于：所述发动机本体(1)上设置有与其连通的排气管道(16)。

6.如权利要求1所述的柴油发动机进气预热系统的控制方法，其特征在于：所述换热器设置有高温排气通道(17)。

7.如权利要求1所述的柴油发动机进气预热系统的控制方法，其特征在于：所述低温冷却水管道(7)中安装有水泵(18)。

技术总结
本发明公开了一种柴油发动机进气预热系统的控制方法，所述方法包括如下步骤：控制第一控制阀关闭，第二控制阀打开，发电电动机起动，带动微型燃气轮机系统工作，由涡轮机排出的高温燃气经过换热器加热冷却液的同时，涡轮机通过输出轴将机械能传递至发电电动机，发电电动机发电，并给蓄电池充电，此时起动机工作，带动发动机运转；当冷却液水温达到75℃时，打开第一控制阀，进气管道内的空气与经涡轮机排出的高温废气混合后进入缸体内，提高发动机本体的进气温度。所述方法能够提高进气温度以及蓄电池的电量，有助于严寒环境下的柴油发动机起动。

技术研发人员：黎一锴,史中杰,蔡畅,杨子明
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22