CN102797572A - 瞬态工况下的柴油机燃烧控制系统和方法 - Google Patents

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孙士杰
韩永强
田径
王忠恕
罗涛
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Abstract

瞬态工况下的柴油机燃烧控制系统和方法属发动机反馈控制技术领域,在瞬态工况下CA50对EGR率敏感,因此在瞬态工况下利用闭环控制系统调节EGR率可以较精确地控制CA50。本发明利用CA50解析单元采集缸压信号、凸轮轴位置信号、曲轴位置信号,通过计算得到实时CA50,通过CAN总线传送给EGR电控单元,EGR电控单元采集发动机转速信号和油门踏板位置信号,判断发动机工况,通过2维MAP查询该工况下的目标CA50,将实时CA50与目标CA50进行比较,根据二者之间的差值,利用PI控制器进行脉宽调制(PWM),然后向驱动电路发出驱动信号,调节电控EGR阀开度,使△CA50减小,改善燃烧品质,最终达到提高发动机的经济性、改善排放的目的,本发明适合各种柴油机,尤其是大功率的车用柴油机。

Description

瞬态エ况下的柴油机燃烧控制系统和方法
技术领域
[0001] 本发明属发动机反馈控制技术领域,具体涉及ー种瞬态エ况下的柴油机燃烧控制系统和方法。
背景技术
[0002] 随着石油资源的紧缺和环境问题的凸显,对柴油机的燃烧品质提出了更高的要求。提高发动机燃烧品质,可以提高燃料利用率,也提高了机内浄化程度降低排放以減少后处理器的压力。
[0003] CA50是50%燃烧质量所对应的曲轴转角,是表征发动机燃烧过程的重要參数,反映着发动机工作过程的经济性。A CA50 (各循环间CA50的变动)増大,发动机排放烟度恶 化,经济性变差。燃烧过程中控制A CA50,使其越小,与获得较高的热效率,提高燃油经济性,降低烟度的排放是相一致的。
[0004] EGR技术已经成为车用柴油机降低NOx排放以及控制燃烧速度和燃烧相位的重要手段之一。在稳态エ况下EGR率对CA50影响有限,但是在瞬变过程中,CA50随EGR变化率变化明显,因此可以通过控制瞬态エ况下的EGR率达到控制A CA50的目的。
发明内容
[0005] 本发明解决的问题是:在瞬变エ况下,提供一种闭环反馈控制系统,以CA50作为反馈參数,通过控制EGR率控制CA50,达到减小A CA50,改善烟度排放和提高经济性的目的。
[0006] 本发明采用的技术方案是:建立不同エ况下的目标CA50脉谱,由CA50解析单元实时计算CA50,与目标CA50进行比较。根据两者之间的差值,由EGR电控单元向电控EGR阀发送驱动信号,将电控EGR阀调节到合适的位置。
[0007] 本发明由电控EGR阀I、过滤器2、冷却器3、压气机4、润轮机5、三通6、发动机排气总管7、发动机转速传感器8、凸轮轴位置传感器9、曲轴位置传感器10、缸压传感器11、发动机进气总管12、冷却器13、电荷放大器14、CA50解析单元15、CAN总线16、EGR电控单元17、油门踏板位置传感器18和起动开关19组成,其中凸轮轴位置传感器9和曲轴位置传感器10与CA50解析单元15连接;发动机转速传感器8和油门踏板位置传感器18与EGR电控单元17连接;缸压传感器11经电荷放大器14与CA50解析单元15连接;起动开关19 一端与CA50解析单元15连接,起动开关19另一端与EGR电控单元17连接;CA50解析单元15和EGR电控单元17由CAN总线16连接;三通6的入口与发动机排气总管7连接,三通6的一出口与涡轮机5连接,三通6的另ー出口与电控EGR阀I入口连接;电控EGR阀I出ロ经过滤器2和冷却器3与压气机4的入口连接;压气机4的出ロ经冷却器13与发动机进气总管12连接。
[0008] 所述的CA50解析单元15中蓄电池I 20经电源电路I 21向单片机I 22供电,曲轴、凸轮轴转角信号24和缸压信号25经信号处理电路I 23向单片机I 22传输。[0009] 所述的EGR电控单元17中蓄电池II 26经电源电路II 27分别向单片机II 29和电控EGR阀驱动电路28供电,电控EGR阀I由电控EGR阀驱动电路28控制;油门踏板位置信号31和发动机转速信号32经信号处理电路II 30向单片机II 29传输。
[0010] 一种瞬态エ况下柴油机燃烧控制方法包括下列步骤:
[0011] I.采集凸轮轴位置传感器9、曲轴位置传感器10和缸压传感器11的信号,传送给CA50解析单元15 ;
[0012] 2. CA50解析単元15根据所得凸轮轴位置、曲轴位置和缸压參数计算得到实时CA50 ;
[0013] 3.实时CA50通过CAN总线16传送给EGR电控单元17 ;
[0014] 4.采集发动机转速传感器8和油门踏板位置传感器17信号,判断发动机エ况;·
[0015] 5.以发动机转速和油门踏板位置作为输入參数,查询2维MAP得到该エ况下的目标 CA50 ;
[0016] 6.将实时CA50与目标CA50进行比较;
[0017] 7.用PI控制器计算驱动电控EGR阀I需要的脉宽调制(PWM)信号值,输出给电控EGR阀驱动电路。
[0018] 发动机A通过曲轴位置传感器10得到曲轴位置信号,通过凸轮轴位置传感器9得到凸轮轴位置信号,将它们传递给CA50解析単元15 ;凸轮轴位置信号用于判断发动机是处于压缩上止点还是处于排气上止点;缸压传感器11测取缸压信号25通过电荷放大器14放大后,传送到CA50解析単元15 ;CA50解析単元15对接收到的信号进行分析处理后,计算实时CA50 ;CA50解析单元15将计算出的实时CA50通过CAN总线16传递给EGR电控单元17 ;EGR电控单元17将接收到的实时CA50与当前エ况目标CA50对比,利用PI控制器计算驱动电控EGR阀I的脉宽调制(PWM)的值,输出给电控EGR阀驱动电路28。调节电控EGR阀I开度。发动机废气从发动机排气总管7出来后经三通6,一部分带动涡轮机5做功;一部分经电控EGR阀I进入到发动机进气总管12,改变燃料成分,从而实现燃烧控制。
[0019] CA50解析単元15中电源电路I 21负责为整个CA50解析単元15供电;信号处理电路I 23负责对缸压传感器11输出的缸压信号25进行处理,滤去可能出现的高频噪声,并解决缸压传感器11常见的零点漂移问题;同时信号处理电路I 23会对曲轴、凸轮轴位置信号24进行处理;信号处理电路I 23的输出端与单片机I 22的信号输入端连接,单片机I 22根据所得信号计算实时CA50。CA50解析单元15与EGR电控单元17的通信由CAN总线16实现,通信电路一端与CA50解析单元15的单片机I 22的CAN接ロ连接,另一端与EGR控制单元17的单片机I 22的CAN接ロ连接。
[0020] EGR电控单元17中电源电路II 27负责为整个EGR电控单元17供电;单片机II 29接收CAN总线16传输过来的实时CA50数据,单片机II 29将接收到的实时CA50与当前エ况目标CA50对比,利用PI控制器计算驱动电控EGR阀的脉宽调制(PWM)的值,输出给电控EGR阀驱动电路28 ;电控EGR阀驱动电路28的输入端与单片机II 29的脉宽调制(PWM)输出端连接,电控EGR阀驱动电路28的输出端与电控EGR阀I连接。
[0021] 本发明的工作原理如下:
[0022] 发动机工作时CA50解析单元15采集曲轴凸轮轴位置信号24、各缸缸压信号25,CA50解析単元15的单片机I 22根据采集到的信号进行计算得到实时CA50 ;通过CAN总线16将实时CA50传送给EGR电控单元17 ;EGR电控单元17采集油门踏板位置信号31、发动机转速信号32,计算出驱动信号传递给电控EGR阀驱动电路28,控制电控EGR阀I开度。
[0023] 本发明的工作过程如下:在车用柴油机开始工作时,起动开关19接通,CA50解析単元15上电,CA50解析単元15开始工作。首先,控制程序开始初始化操作,设定有关寄存器的值,将相关的參数读入RAM中。随后,控制程序进行开中断操作,打开以10毫秒为周期的主循环控制程序。之后主循环控制程序判断10毫秒时间周期是否到达,如果没有,继续等待,如果到达,则进入传感器信号采集模块。传感器信号采集模块采集缸压信号25,曲轴、凸轮轴位置信号24,信号处理电路I 23对其进行处理,然后存入RAM中。之后主程序进入CA50计算模块,根据所得參数计算出实时CA50。计算得到的实时CA50通过通信电路发送到CAN总线16上。
[0024] 起动开关19接通后,EGR电控单元17上电,EGR电控单元17开始工作。首先,控制程序开始初始化操作,设定有关寄存器的值,将相关控制參数读入RAM中。随后控制程序进行开中断操作,打开以10秒为周期的主循环控制程序。之后主循环控制程序判断10毫秒时间周期是否达到,如果没有,继续等待,如果到达,则进入传感器信号采集模块。传感器 信号采集模块采集发动机转速信号32、油门踏板位置信号31。信号处理电路II 30对其进行处理之后存入RAM中。之后主程序进入EGR率控制模块,按照上述的工作原理的要求,计算驱动信号值,输出给电控EGR阀I。
[0025] 本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果:
[0026] I.利用闭环控制系统控制柴油机的燃烧,可以减少由于发动机制造和装配上的差异对发动机的性能造成的影响。
[0027] 2. CA50对发动机的经济性和排放有很大的影响,以A CA50作为控制目标可以有效地改善发动机的排放和经济性。
[0028] 3.在瞬态エ况下EGR率对CA50影响较大,以EGR率为控制手段,可以有效地控制A CA50,改善发动机的经济性和排放。
[0029] 4.用CAN总线实现电控系统之间数据的实时传输,可提高数据传输的速度和可靠性
[0030] 5.本发明适合各种柴油机,尤其是大功率的车用柴油机。
附图说明
[0031] 图I是瞬态エ况下的柴油机燃烧控制系统的结构示意图
[0032] 图2是CA50解析单元结构示意图
[0033] 图3是EGR电控单元结构示意图
[0034] 图4是程序总体流程图
[0035] 其中:A.发动机I.电控EGR阀2.过滤器3.冷却器I 4.压气机5.涡轮机6.三通
7.发动机排气总管8.发动机转速传感器9.凸轮轴位置传感器10.曲轴位置传感器11.缸压传感器12.发动机进气总管13.冷却器II 14.电荷放大器15. CA50解析単元16. CAN总线
17. EGR电控单元18.油门踏板位置传感器19.起动开关20.蓄电池I 21.电源电路I 22.单片机I 23.信号处理电路I 24.曲轴、凸轮轴位置信号25.缸压信号26.蓄电池II 27.电源电路II 28.电控EGR阀驱动电路29.单片机II 30.信号处理电路II 31.油门踏板位置信号32.发动机转速信号具体实施方式
[0036] 下面结合附图对本发明进行进ー步说明。
[0037] 本发明的一种柴油机瞬态エ况下燃烧控制系统,其连接如图I所示,它由电控EGR阀I、过滤器2、冷却器I 3、压气机4、涡轮机5、三通6、发动机排气总管7、发动机转速传感器8、凸轮轴位置传感器9、曲轴位置传感器10、缸压传感器11、发动机进气总管12、冷却器
II 13、电荷放大器14、CA50解析单元15、CAN总线16、EGR电控单元17、油门踏板位置传感器18和起动开关19组成,其中凸轮轴位置传感器9和曲轴位置传感器10与CA50解析单元15连接;发动机转速传感器8和油门踏板位置传感器18与EGR电控单元17连接;缸压 传感器11经电荷放大器14与CA50解析单元15连接;起动开关19 一端与CA50解析单元15连接,起动开关19另一端与EGR电控单元17连接;CA50解析单元15和EGR电控单元17由CAN总线16连接;三通6的入口与发动机排气总管7连接,三通6的一出口与涡轮机5连接,三通6的另ー出口与电控EGR阀I入口连接;电控EGR阀I出口经过滤器2和冷却器I 3与压气机4的入口连接;压气机4的出口经冷却器II 13与发动机进气总管12连接。
[0038] 瞬态エ况下的柴油机燃烧控制系统的CA50解析単元15的结构如图2所示。CA50解析単元15中包括电源电路I 21,单片机I 22,信号处理电路I 23。电源电路I 21负责为整个CA50解析单元15供电;信号处理电路I 23负责对缸压信号25、曲轴凸轮轴位置信号24进行处理;单片机I 22对输入的信号进行分析计算得到实时CA50。CA50解析単元15与EGR电控单元17的通信由CAN总线16实现,通信电路一端与CA50解析单元15的单片机I 22的CAN接ロ连接,通信电路另一端与EGR电控单元17的单片机II 29的CAN接ロ连接。
[0039] 瞬态エ况下的柴油机燃烧控制系统的EGR电控单元17的结构如图3所示。EGR电控单元17由电源电路II 27,单片机II 29,电控EGR阀驱动电路28组成。电源电路II 27负责为整个EGR电控单元17供电;单片机II 29接收CAN总线16传输过来的实时CA50数据,单片机II 29将接收到的实时CA50与当前エ况目标CA50对比,利用PI控制器计算驱动电控EGR阀的脉宽调制(PWM)的值,输出给电控EGR阀驱动电路28 ;电控EGR阀驱动电路28的输出端与电控EGR阀I连接。
[0040] 一种瞬态エ况下柴油机燃烧控制方法,包括下列步骤:
[0041] I.采集凸轮轴位置传感器9、曲轴位置传感器10和缸压传感器11的信号,传送给CA50解析单元15 ;
[0042] 2. CA50解析単元15根据所得凸轮轴位置、曲轴位置和缸压參数计算得到实时CA50 ;
[0043] 3.实时CA50通过CAN总线16传送给EGR电控单元17 ;
[0044] 4.采集发动机转速传感器8和油门踏板位置传感器17信号,判断发动机エ况;
[0045] 5.以发动机转速和油门踏板位置作为输入參数,查询2维MAP得到该エ况下的目标 CA50 ;
[0046] 6.将实时CA50与目标CA50进行比较;
[0047] 7.用PI控制器计算驱动电控EGR阀I需要的脉宽调制(PWM)信号值,输出给电控EGR阀 驱动电路。

Claims (4)

1. 一种瞬态エ况下柴油机燃烧控制系统,其特征在于由电控EGR阀(I)、过滤器⑵、冷却器(3)、压气机(4)、润轮机(5)、三通(6)、发动机排气总管(7)、发动机转速传感器(8)、凸轮轴位置传感器(9)、曲轴位置传感器(10)、缸压传感器(11)、发动机进气总管(12)、冷却器(13)、电荷放大器(14)、CA50解析单元(15)、CAN总线(16)、EGR电控单元(17)、油门踏板位置传感器(18)和起动开关(19)组成,其中凸轮轴位置传感器(9)和曲轴位置传感器(10)与CA50解析単元(15)连接;发动机转速传感器⑶和油门踏板位置传感器(18)与EGR电控单元(17)连接;缸压传感器(11)经电荷放大器(14)与CA50解析单元(15)连接;起动开关(19) 一端与CA50解析单元(15)连接,起动开关(19)另一端与EGR电控单元(17)连接;CA50解析単元(15)和EGR电控单元(17)由CAN总线(16)连接;三通(6)的入口与发动机排气总管(7)连接,三通(6)的一出口与涡轮机(5)连接,三通(6)的另ー出ロ与电控EGR阀(I)入口连接;电控EGR阀(I)出口经过滤器⑵和冷却器(3)与压气机(4)的入口连接;压气机(4)的出口经冷却器(13)与发动机进气总管(12)连接。
2.按权利要求I所述的瞬态エ况下柴油机燃烧控制系统,其特征在于所述的CA50解析单元(15)中蓄电池I (20)经电源电路I (21)向单片机I (22)供电,曲轴、凸轮轴转角信号(24)和缸压信号(25)经信号处理电路I (23)向单片机I (22)传输。
3.按权利要求I所述的瞬态エ况下柴油机燃烧控制系统,其特征在于所述的EGR电控単元(17)中蓄电池II (26)经电源电路II (27)分别向单片机II (29)和电控EGR阀驱动电路(28)供电,电控EGR阀⑴由电控EGR阀驱动电路(28)控制;油门踏板位置信号(31)和发动机转速信号(32)经信号处理电路II (30)向单片机II (29)传输。
4. 一种瞬态エ况下柴油机燃烧控制方法,其特征在于包括下列步骤: 1)采集凸轮轴位置传感器(9)、曲轴位置传感器(10)和缸压传感器(11)的信号,传送给CA50解析单元(15); 2)CA50解析単元(15)根据所得凸轮轴位置、曲轴位置和缸压參数计算得到实时CA50 ; 3)实时CA50通过CAN总线(16)传送给EGR电控单元(17); 4)采集发动机转速传感器(8)和油门踏板位置传感器(17)信号,判断发动机エ况; 5)以发动机转速和油门踏板位置作为输入參数,查询2维MAP得到该エ况下的目标CA50 ; 6)将实时CA50与目标CA50进行比较; 7)用PI控制器计算驱动电控EGR阀(I)需要的脉宽调制信号值,输出给电控EGR阀驱动电路。
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