CN101482067B - 带十六烷值无传感器自动监测的高压共轨柴油发动机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带十六烷值无传感器自动监测的高压共轨柴油发动机控制系统。该系统由燃油喷射电子控制单元、爆震信号接收装置、缸体震动信号滤波处理装置、发动机工作状态变化信号处理装置、起燃点观察器、十六烷值比较电路、发动机燃油控制补偿电路、发动机燃油闭环控制电路及电磁阀组成。发动机工作时，控制系统在气缸燃油燃烧的合适时间，从爆震传感器获取气缸震动强度的信号，经滤波后的气缸震动强度信息通过标准方差计算，可间接得到十六烷测定值，根据十六烷值和当时的发动机负荷变化、发动机转速变化和发动机尾气排放状况等因素，能对高压共轨柴油机控制系统的燃油喷射时间进行闭环反馈补偿控制。从而使发动机工作性能大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及高压共轨柴油发动机控制无传感器自动监测。
背景技术
柴油发动机缸内燃料的燃烧点不由点火火花决定，而是由缸内压力、温度、喷油时间和燃油特性等决定。喷油时间是由控制器精确控制，汽缸内压力和温度可由许多方法测量或估算，但燃油特性比较难以确定。在燃油特性中，十六烷扮演着一个重要角色。不同的十六烷值，汽缸起燃时间不同，因而油耗、排放和发动机功率都会受影响，而且还会影响发动机运行的稳定性。在发动机低速低负荷情况下，十六烷值对发动机运行稳定性的影响更大。而柴油的十六烷值变化很大，可从35变到80。当十六烷值比较小时，燃油较重，燃烧性较差，点火延时较长。因此，如能根据十六烷值对发动机进行相应闭环反馈补偿控制，发动机的运转性能受十六烷值的影响就会降低甚至消除。要进行闭环控制，如能对十六烷值进行实时监测就很有帮助，但直接测量昂贵和暂不适用。CN101029603A公开的是一种发动机所用燃料十六烷值的检测装置，以检测发动机的操作状态、燃烧状态参数，并根据检测到的燃烧状态参数来确定燃烧速度，从而确定十六烷值，这种装置必须增加各种传感器来获取发动机的操作状态和燃烧状态的参数。
本发明不用另增传感器而对十六烷值进行间接实时监控，从而对柴油发动机进行闭环反馈补偿控制以使发动机在不同十六烷值的燃油情况下保持高性能的运行状态。
发明内容
实验研究证明，当柴油中十六烷数值不同时，发动机机体的震动能量有很大变化，但震动颤律很小，十六烷数值越小，震动能量越大。因此对震动能量进行分析就可以间接得到十六烷数值的大小。得到十六烷值后，对发动机进行相应补偿控制，就形成了系统闭环，从而在不同燃油的情况下，发动机的性能都能得到保证。根据以上研究结果，本发明披露一种方法，利用柴油机上的爆震传感器的信号，直接用于对十六烷值的实时检测。即由控制系统在合适的时间窗口从爆震传感器获取信号，然后对其进行滤波，滤去因气缸阀门开、闭等其它因素形成的噪音，保留发动机气缸起燃时的震动强度等信息。滤波后的信号经过标准方差计算，依据标准方差变化率与十六烷值之间的关系，可以间接得到十六烷的测定值；根据间接测得的十六烷值，可以对高压共轨柴油机控制系统的燃油喷射时间进行闭环反馈补偿控制，从而使发动机工作性能大大提高。图1为实测的某一柴油发动机运行时十六烷数值与震动标准方差的关系表，图2为发动机体震动信号处理流程。在该种方法的基础上，本发明涉及一种带十六烷值无传感器自动监测的高压共轨柴油发动机控制系统。该控制系统由燃油喷射电子控制单元(ECU)、爆震信号接收装置、缸体震动信号滤波处理装置、发动机工作状态变化信号处理装置、起燃点观察器、十六烷值比较电路、发动机燃油控制补偿电路、发动机燃油闭环控制电路及电磁阀组成。图3为闭环控系统工作框图。控制系统工作过程如下：当发动机工作时，控制系统在气缸燃油燃烧的合适时间，控制系统从爆震传感器获取气缸震动时的强度信息，经带通滤波器去除因气缸阀门开、闭等其它因素形成的噪音，保留发动机气缸起燃的时间和震动强度等信息。滤波后的信号经过标准方差计算，依据标准方差变化率与十六烷值之间的关系，可以间接得到即时的十六烷值，根据十六烷值和当时的发动机负荷变化、发动机转速变化和发动机尾气的排放状况等因素，对高压共轨柴油机控制系统的燃油喷射时间进行闭环反馈补偿控制。从而使发动机工作性能大大提高。
附图说明
图1为实测得到的十六烷数值与震动标准方差的关系；
图2为发动机体震动信号处理流程；
图3为闭环控制系统工作框图；
图4为实测的各气缸震动信号的标准方差值。
具体实施方式
在实际系统中，汽油发动机和柴油发动机都带有加速传感器以测定发动机的爆震。加速传感器的信号可以直接用于十六烷值的自动实时检测，而不需要专用的传感器去直接测量十六烷值。通常一个爆震传感器可以探测到发动机每一个缸点火燃烧时的震动。由于气缸阀门的开启和关闭也会使发动机机体震动，控制系统必须在时间上判断什么时间是阀门开、闭，什么时段是突然起动燃烧引起的震动。所以要在合适的时间窗口内从爆震传感器获取信号。信号内一般会夹带其它噪音，因此滤波是必不可少的。由于不同发动机的震动频率会有所不同，控制系统应用具有不同的带通频率的带通滤波器来获取需要的震动信号。这个信号应包括发动机气缸起燃时的震动强度等信息。有许多方法可以从这个滤波过后的信号内计算出气缸起燃的时间和震动强度等信息，比如信号突变的时间和信号的峰值等。为了进一步提高监测的可靠性，试验证明利用统计学的方法来获得气缸起燃时的震动强度等信息效果很好。具体做法是将滤波后的信号进行标准方差计算。由于爆震传感器的安装位置影响，它对各个气缸的爆震响应也不一定相同。在实际系统中，可选一个相关性最好的汽缸用来探测十六烷，而不需要对所有气缸的信号来探测十六烷值，理由是加入油箱内的燃油基本混合良好，其十六烷值应该是基本一致的。所以一个缸的判断应等于对所有各个气缸的探测。图4为实测的各气缸震动信号的标准方差值，它所展示的是一个例子，其中第四缸的相关性最好，所以可采用第4缸的信号来检测十六烷值。另外只有当车子加油后十六烷值才有可能急剧变化。所以对于探测结果用一个时间常数较大的低通滤波器来滤波以期得到更稳定的探测效果。
当系统准确地探测到十六烷值以后，这个信号可用于高压共轨柴油机控制系统的燃油喷射时间的闭环控制。当十六烷值较低时，提前喷油时间以弥补燃烧延时所带来的低功率高排放，减少燃烧不均匀带来的震动和不稳定。
该方法不限于高压共轨柴油机控制系统，也可用于其它系统，如单体泵柴油机控制系统。
Claims (6)
1.一种带十六烷值无传感器自动监测的高压共轨柴油发动机控制系统，其特征在于，所述系统是一个实时监测发动机十六烷值并对发动机燃烧状况进行控制的闭环系统，系统由以下装置组成：
用于对发动机爆震传感器震动信号进行实时取样的装置，
通过相关性分析确定最佳缸作为爆震信号源的装置，
用于对所述发动机爆震信号、发动机工作状态变化信号进行处理的装置，
用于对所述发动机爆震信号滤波处理后的信号进行标准方差计算的装置，
用于对所述发动机爆震信号滤波后的信息进行标准方差计算结果比对十六烷值的装置，
用于对所述标准方差计算结果后所获得的十六烷值对所述发动机进行燃油时间闭环反馈控制的装置。
2.根据权利要求1所述的一种带十六烷值无传感器自动监测的高压共轨柴油发动机控制系统，其特征在于，所述闭环系统从所述发动机爆震传感器实时可选时间窗口取样的信号经滤波处理，再经所述标准方差计算，间接得到所述的十六烷值，根据所述的十六烷值的大小，控制系统对所述发动机燃油喷射时间进行闭环控制，减少燃油燃烧不均匀带来的震动和不稳定，完成闭环控制过程。
3.根据权利要求1所述的一种带十六烷值无传感器自动监测的高压共轨柴油发动机控制系统，其特征在于，所述对爆震传感器进行实时取样的装置和通过相关性分析确定最佳缸作为爆震信号源的装置能选择在所述发动机相关性最好的气缸内起动燃烧的合适时间获取爆震信号。
4.根据权利要求1所述的一种带十六烷值无传感器自动监测的高压共轨柴油发动机控制系统，其特征在于，所述发动机爆震信号处理的装置由一种时间常数较大的低通滤波器组成，它能滤去因气缸阀门开、闭等其它因素形成的噪音，而保留发动机气缸起燃的时间和震动强度等信息。
5.根据权利要求1所述的一种带十六烷值无传感器自动监测的高压共轨柴油发动机控制系统，其特征在于，所述发动机工作状态变化信号指的是所述发动机速度，所述发动机负荷及所述发动机尾气排放的变化信号，它们由所述发动机原有传感器提供。
6.根据权利要求1所述的一种带十六烷值无传感器自动监测的高压共轨柴油发动机控制系统，其特征在于，所述发动机进行燃油时间闭环反馈控制的装置能根据所测十六烷值的大小，及时地反馈控制发动机气缸的燃油喷射时间。
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