CN102305139A - 一种四冲程电喷柴油机的启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及四冲程电喷柴油机技术领域，尤其是一种四冲程电喷柴油机的启动方法。它包括以下步骤：一、设定缺齿和基准缸曲轴发火上止点的夹角为Ф1，基准缸发火上止点为0°，除基准缸以外任意缸的发火上止点为X，X可根据发火次序和发火间隔角确定，喷油点在各缸发火上止点前的角度为Ф2，任意缸喷油点与缺齿的夹角为Y；二、曲轴工作的两转作为确定柴油机各缸喷油时序的基准，发出各缸喷油指令信号；三、采用计数器计量曲轴传感器的脉冲信号，计数器计量周期为曲轴两转；四、计算各缸的喷油点与缺齿的夹角Y；五、通过对柴油机的转速和加速度变化的评价，重新计算各缸的喷油点与缺齿的夹角Y；六、根据上述正确的喷油相位Y，使柴油机正常启动和运行。本发明降低了成本，提高了柴油机工作的可靠性。

Description

一种四冲程电喷柴油机的启动方法

技术领域

本发明涉及四冲程电喷柴油机技术领域，尤其是一种四冲程电喷柴油机的启动方法。

背景技术

电喷柴油机启动和运行过程中，对于喷油相位的判断，是通过测量安装在曲轴上的一个带有缺齿的测速齿盘的脉冲信号获得的。组装时固定缺齿与曲轴上止点的夹角Ф1，柴油机转动时，当曲轴传感器检测到缺齿信号时，软件内部可以推测出曲轴上止点在缺齿信号出现后的相位角的到来。

对于四冲程柴油机每个气缸一个完整的工作循环包括吸气、压缩、燃烧做功、排气四个冲程，每完成一个工作循环，曲轴转2圈，因此会检测到两个缺齿信号，判断出两个上止点，而两圈的工作循环中只需喷一次油，是在压缩冲程快要结束时、做功冲程开始之前喷油，做功冲程开始点，活塞处于的上止点位置，称为发火上止点，喷油开始点在发火上止点前的相位角。另一个上止点是排气冲程结束点，称为排气上止点。为了区分两个上止点，需设置一个相位传感器。

因为一个工作循环曲轴每转2圈，凸轮轴转1圈，在与凸轮轴同轴的旋转体上设置一个感应点，即凸起的块或一个孔，相位传感器检测到信号后，可以判断出曲轴目前处于需喷油做功的一圈中还是排气吸气的一圈中。

通常，在柴油机启动完成后，软件内部就可以记住正确的发火序列，相位传感器已不需要参与工作。安装这种相位传感器不仅要对机体和凸轮轴齿轮进行机械加工，而且安装比较困难，使用频率不高，提高了设备成本。

发明内容

为了克服现有的柴油机相位传感器使用频率低的不足，本发明提供了一种四冲程电喷柴油机的启动方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种四冲程电喷柴油机的启动方法，包括以下步骤：

一、设定缺齿和基准缸曲轴发火上止点的夹角为Ф1，基准缸发火上止点为0°，除基准缸以外任意缸的发火上止点为X，X可根据发火次序和发火间隔角确定，喷油点在各缸发火上止点前的角度为Ф2，任意缸喷油点与缺齿的夹角为Y，则Y=Ф1+X-Ф2；

二、设定Ф1曲轴转角后的位置为曲轴的0°，0°～360°为曲轴转动的第一圈，360°～720°为曲轴转动的第二圈，以此作为确定柴油机各缸喷油时序的基准，发出各缸喷油指令信号；

三、采用计数器计量曲轴传感器的脉冲信号，计数器计量周期为曲轴两转；当首次检测到缺齿时，计数器清0，之后每检测到一个脉冲信号，计数器加1；当计数器数值超过238时，计数器值减去238，因此，计数器值始终在1-238之间变动；曲轴0°时，计数脉冲为Ф1/3,当计数脉冲在Ф1/3～（Ф1/3+118）之间时认为是曲轴的第一圈，计数脉冲为其它数据时表示曲轴进入第二圈；

四、初始设定喷油标志Firein1cycle为1，按照步骤一的公式计算各缸的喷油点与缺齿的夹角Y：Y=Ф1+X-Ф2；

五、通过对柴油机的转速和加速度变化的评价，当发现喷油相位可能不正确时，设定喷油标志Firein1cycle为0，按照下式重新计算各缸的喷油点与缺齿的夹角Y：Y=Ф1+X+360-Ф2

六、根据上述正确的喷油相位Y，使柴油机正常启动和运行。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述步骤五中对柴油机的转速和加速度变化的评价，包括在软件按照假定的喷油相位发出喷油指令信号后，测量一定时间间隔周期内柴油机的转速变化，并将后一次测量的转速值减去前一次测量的转速值获得这一时间间隔内的平均加速度，连续测量3次平均加速度并取其平均值，如果加速度超过预设的评判值，并且转速绝对值已超过着火转速，可以认为初始假设的相位是正确的，否则，将假设的喷油相位推迟360°。

本发明的有益效果是，本发明不使用相位传感器，不仅解决了相位传感器安装困难的问题，而且取消了为安装相位传感器和检测相位信号所带来的机体和凸轮轴齿轮的机械加工，降低了成本。减少使用一个相位传感器，不仅降低了成本，也提高了工作的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的原理图；

图2是本发明发火相位示意图；

图3是曲轴传感器检测的脉冲信号的示意图。

图中1、曲轴传感器，2、基准缸曲轴上止点，3、第二个发火气缸的曲轴上止点，4、第三个发火气缸的曲轴上止点。

具体实施方式

一种四冲程电喷柴油机的启动方法，包括以下步骤：

一、设定缺齿和基准缸曲轴发火上止点的夹角为Ф1，基准缸发火上止点为0°，除基准缸以外任意缸的发火上止点为X，X可根据发火次序和发火间隔角确定，喷油点在各缸发火上止点前的角度为Ф2，任意缸喷油点与缺齿的夹角为Y，则Y=Ф1+X-Ф2；

二、设定Ф1曲轴转角后的位置为曲轴的0°，0°～360°为曲轴转动的第一圈，360°～720°为曲轴转动的第二圈，以此作为确定柴油机各缸喷油时序的基准，发出各缸喷油指令信号；

三、采用计数器计量曲轴传感器的脉冲信号，计数器计量周期为曲轴两转；当首次检测到缺齿时，计数器清0，之后每检测到一个脉冲信号，计数器加1；当计数器数值超过238时，计数器值减去238，因此，计数器值始终在1-238之间变动；曲轴0°时，计数脉冲为Ф1/3,当计数脉冲在Ф1/3～（Ф1/3+118）之间时认为是曲轴的第一圈，计数脉冲为其它数据时表示曲轴进入第二圈；

四、初始设定喷油标志Firein1cycle为1，按照步骤一的公式计算各缸的喷油点与缺齿的夹角Y：Y=Ф1+X-Ф2；

五、通过对柴油机的转速和加速度变化的评价，当发现喷油相位可能不正确时，设定喷油标志Firein1cycle为0，按照下式重新计算各缸的喷油点与缺齿的夹角Y：Y=Ф1+X+360-Ф2

六、根据上述正确的喷油相位Y，使柴油机正常启动和运行。

所述步骤五中对柴油机的转速和加速度变化的评价，包括在软件按照假定的喷油相位发出喷油指令信号后，测量一定时间间隔周期内柴油机的转速变化，并将后一次测量的转速值减去前一次测量的转速值获得这一时间间隔内的平均加速度，连续测量3次平均加速度并取其平均值，如果加速度超过预设的评判值，并且转速绝对值已超过着火转速，可以认为初始假设的相位是正确的，否则，将假设的喷油相位推迟360°。

在四冲程电喷柴油机上，本发明取消凸轮轴上的相位传感器，仅利用曲轴传感器测量的缺齿信号，通过设计新的软件控制方法，区分出发火上止点和排气上止点，判断出正确的喷油相位，使柴油机能够正常启动和运行。

如图2所示，对于多缸柴油机，在曲轴工作的两转中，所有的气缸按照设计确定的次序，以一定的发火间隔角度β轮流喷油做功一次，因此，多缸柴油机一半数的气缸喷油做功冲程在曲轴的第一圈中，另一半数气缸喷油做功冲程在曲轴的第二圈中。在已知基准缸曲轴上止点与缺齿信号的相位关系后，对于任意缸的曲轴上止点与缺齿信号的相位关系可以根据以下关系式确定：设基准缸的发火上止点为曲轴0°，对任意缸发火上止点设为X，X可以根据该气缸在发火序列中位置及各缸之间的发火间隔角度β计算出。第二个发火气缸的上止点角度为β1°，缺齿信号与第二个气缸上止点的相位角为Ф1+β1。其余缸的相位关系以此类推。因此，只要区分出曲轴处于第一圈中还是第二圈中，就可以确定每个缸的发火相位。

本发明区分曲轴处于第一圈中还是第二圈的方法如下：

当首次检测到缺齿信号时，设定Ф1曲轴转角后的位置点为曲轴的0°，0°～360°为曲轴的第一圈，360°～720°为曲轴的第二圈，以此作为确定各缸喷油时序的基准，发出各缸喷油指令信号，随后监控柴油机转速的变化和加速度的变化，如果确定的喷油相位是正确的，燃油在气缸内燃烧爆发，柴油机转速的加速速率将维持一个高的指标，柴油机转速也迅速上升，脱离柴油机启动装置所能带动柴油机到达的最高转速范围，甩开启动装置，柴油机将成功启动并正常运行。如果确定的喷油相位是错误的，燃油喷射时间点将位于排气冲程中，此时并不具备燃烧爆发条件，柴油机仅在启动装置的带动下转动，除了开始阶段有较高的加速度外，受到启动装置功率和最高工作转速的限制，当柴油机转速逐步升高后，加速度逐步降低并趋近于0，转速到达一个较高的水平后就不能继续上升。综合评价柴油机转速水平和加速度的变化趋势，当发现确定的柴油机相位可能是错误的，将柴油机的相位移动360°。继续监测柴油机的转速和加速度的变化情况，如果需要，继续改变柴油机的相位，直至柴油机转速超过设定的启动成功转速，确认启动成功，保留最后一次设置的相位，维持柴油机的正常运。

实施例：一台16缸V型柴油机，具有50°的V型夹角，以右1缸为基准缸，根据发火次序和发火间隔角，可以确定各缸发火上止点的角度，如表1：

表1

在曲轴上安装一个同轴的测速齿盘，齿盘上均布120个齿，并铣掉一齿，安装时，使缺齿中心与右1缸上止点的夹角为Ф1。每缸喷油点在各缸发火上止点前Ф2角。

软件内部用一个数组储存各缸TDC的角度，任意缸的喷油相位按下述公式计算：

Y=Ф1+X-Ф2     （1）

其中Y：某缸喷油点与缺齿中心的夹角；X：该缸发火上止点角度。

使用一个计数器计量曲轴传感器检测的脉冲信号，当首次检测到缺齿时，计数器清0，以后每检测到一个脉冲，计数器加1。当计数器数值超过238时，计数器值减去238，因此计数器值始终在1-238之间变动，如图3所示。当曲轴0°时，计数脉冲=Ф1/3，当计数脉冲在Ф1/3～（Ф1/3+118）之间时认为是曲轴的第一圈，计数脉冲为其它数据时表示曲轴进入第二圈，事实上，该方法发动机相位的定位基准是缺齿，将曲轴第一圈的起始点向前移Ф1角并不影响结果，因此，计数脉冲在1～119之间时曲轴为第一圈，计数脉冲在120～238之间时曲轴为第二圈，如图1所示。

初始设定喷油标志Firein1cycle为1，按照式（1）计算各缸的喷油相位Y。通过对柴油机的转速和加速度变化的评价，当发现喷油相位可能不正确时，设定喷油标志Firein1cycle为0，软件按照下式计算喷油相位：

Y=Ф1+X+360-Ф2     (2)

在软件按照假定的喷油相位发出喷油指令信号后，测量一定时间间隔周期内柴油机的转速变化，并将后一次测量的转速值减去前一次测量的转速值获得这一时间间隔内的平均加速度，连续测量3次平均加速度并取其平均值，如果加速度超过预设的评判值，并且转速绝对值已超过着火转速，可以认为初始假设的相位是正确的，否则，将假设的喷油相位推迟360°。

由于柴油机是压燃式的工作原理，启机时的状态各不相同，冷态启机相比热机启动要困难许多，因此，启动过程中有可能出现相位假定的是正确的，但是喷进去的燃油没能燃烧，柴油机的转速和加速度没有达到预期值，进行反相操作后获得了错误的相位，实际上，该方法对于相位的判断是持续的，反相操作后，不能获得预期值，仍然继续进行反相操作，直至柴油机达到惰转转速并稳定运行，相位判断模块才停止工作。

本发明不使用相位传感器，不仅解决了相位传感器安装困难的问题，而且取消了为安装相位传感器和检测相位信号所带来的机体和凸轮轴齿轮的机械加工，降低了成本。减少使用一个相位传感器，不仅降低了成本，也提高了工作的可靠性。

本发明所使用的方法不仅适用于V16缸机，也同样适用于V12、直列4、6、8缸机，对于四冲程电喷柴油机具有普遍适用性。

Claims (2)

1.一种四冲程电喷柴油机的启动方法，其特征是，它包括以下步骤：

一、设定缺齿和基准缸曲轴发火上止点的夹角为Ф1，基准缸发火上止点为0°，除基准缸以外任意缸的发火上止点为X，X可根据发火次序和发火间隔角确定，喷油点在各缸发火上止点前的角度为Ф2，任意缸喷油点与缺齿的夹角为Y，则Y=Ф1+X-Ф2；

二、设定Ф1曲轴转角后的位置为曲轴的0°，0°～360°为曲轴转动的第一圈，360°～720°为曲轴转动的第二圈，以此作为确定柴油机各缸喷油时序的基准，发出各缸喷油指令信号；

三、采用计数器计量曲轴传感器的脉冲信号，计数器计量周期为曲轴两转；当首次检测到缺齿时，计数器清0，之后每检测到一个脉冲信号，计数器加1；当计数器数值超过238时，计数器值减去238，因此，计数器值始终在1-238之间变动；曲轴0°时，计数脉冲为Ф1/3,当计数脉冲在Ф1/3～（Ф1/3+118）之间时认为是曲轴的第一圈，计数脉冲为其它数据时表示曲轴进入第二圈；

四、初始设定喷油标志Firein1cycle为1，按照步骤一的公式计算各缸的喷油点与缺齿的夹角Y：Y=Ф1+X-Ф2；

五、通过对柴油机的转速和加速度变化的评价，当发现喷油相位可能不正确时，设定喷油标志Firein1cycle为0，按照下式重新计算各缸的喷油点与缺齿的夹角Y：Y=Ф1+X+360-Ф2

六、根据上述正确的喷油相位Y，使柴油机正常启动和运行。

2.根据权利要求1所述的一种四冲程电喷柴油机的启动方法，其特征是，所述步骤五中对柴油机的转速和加速度变化的评价，包括在软件按照假定的喷油相位发出喷油指令信号后，测量一定时间间隔周期内柴油机的转速变化，并将后一次测量的转速值减去前一次测量的转速值获得这一时间间隔内的平均加速度，连续测量3次平均加速度并取其平均值，如果加速度超过预设的评判值，并且转速绝对值已超过着火转速，可以认为初始假设的相位是正确的，否则，将假设的喷油相位推迟360°。

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