CN103603736A - 一种多工作点柴油发动机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种多工作点柴油发动机及其控制方法，各燃油供给单元分别包括一电液比例流量控制阀，燃油供给单元可通过电液比例流量控制阀调整燃油供给单元的燃油喷射量，功率检测单元实时监控并向功率控制单元传送柴油发动机的功率输出以及负载功率需求变化的信号，功率控制单元根据功率检测单元的信号逻辑计算后确定燃油供给单元的工作数量M以及每个燃油供给单元的工作效率N并传送至各燃油供给单元处，各燃油供给单元中的电液比例流量控制阀根据功率控制单元的指令通过调整节流口的开度以实现N个燃油供给单元的工作和燃油供给单元的工作效率M（0≤M≤1），从而能够有效地减少柴油的消耗量，实现节能减排，具有良好的经济效益。

Description

一种多工作点柴油发动机及其控制方法

技术领域

本发明属于发动机技术领域，特别涉及一种多工作点柴油发动机及其控制方法。

背景技术

日趋严重的能源危机，成为全世界内燃机行业关注的焦点，也使柴油机越来越受到用户青睐。与汽油机相比，柴油机有很多优势：能减少20%～25%的CO₂废气排放，车速较低时的加速性能更有优势，平均燃油消耗低25%～30%。但是，与汽油机相比，柴油机的排放控制又是一个难点。

为满足排放标准，柴油机先进的燃油喷射系统——高压共轨技术成为业内人士关注的焦点。共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU（Electronic Control Unit电子控制单元）组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。由ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。该方法虽然能够有效地控制喷油量，但对喷油量的控制精度有待进一步的提高。

为了提高柴油发动机节能减排的效果，授权公告号为CN102032053B，名称为《新型结构发动机及其工作方法》的发明专利中，提出了一种使发动机各气缸均处于前四个冲程对外做功，后四个冲程只进气和排气且不对外做功的工作循环的控制机构。该控制机构包括进排气门补排气控制装置，以及发动机的喷油器在各气缸前四个冲程对外做功过程喷油一次，后四个冲程不对外做功过程不喷油的燃油实时控制系统。该发明通过减少发动机的喷油次数，实现发动机的节能减排。但是仍存在以下不足：只是控制了发动机喷油器的喷油次数，并不能实现对于喷油量的精确控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多工作点柴油发动机及控制方法，对喷油量进行精确控制，能够有效地减少柴油的消耗量，实现柴油发动机的多工作点输出，节能减排，具有良好的经济效益。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种多工作点柴油发动机，包括实时监控柴油发动机的功率输出以及负载功率需求变化信号的功率检测单元、多个燃油供给单元、分别与所述功率控制单元以及多个燃油供给单元进行通信的功率控制单元，所述燃油供给单元包括依次连接的柴油箱、输油泵、滤清器、喷油泵以及喷油器，所述各燃油供给单元还分别包括一电液比例流量控制阀，所述电液比例流量控制阀位于所述喷油泵与喷油器之间，所述喷油泵与喷油器经由一组所述电液比例流量控制阀连接，且所述电液比例流量控制阀经由车辆CAN总线与所述功率控制单元通信，以根据所述功率控制单元的指令调整所述燃油供给单元的燃油喷射量。

所述功率控制单元为ECU处理器。

所述功率检测单元为iCAN4017模块，所述iCAN4017模块通过CAN总线与外界进行通信。

一种多工作点柴油发动机的控制方法，包括以下步骤：

（1）所述功率检测单元实时监控柴油发动机的功率输出、负载的功率需求变化的信号并传送至所述功率控制单元处理单元处理；

（2）所述功率控制单元接受、处理所述功率检测单元传来的信号后确定负载功率需求量，并根据所述负载功率需求量确定燃油供给单元工作数量N以及每个工作的燃油供给单元工作效率M，以中断或恢复所述多个燃油供给单元的工作。

所述步骤（2）中，负载功率的最大需求量=燃油供给单元的工作数量N*单个气缸所能提供的最大功率；

负载功率需求量=燃油供给单元的工作数量N*燃油供给单元的工作效率M*单个气缸所能提供的最大功率。

所述步骤（2）中，所述功率控制单元发送指令至所述多个燃油供给单元处，所述每个燃油供给单元接受指令后，所述电液比例流量控制阀通过调整节流口的开度以确定燃油供给单元的工作数量N和燃油供给单元的工作效率M（0≤M≤1）。

所述步骤（2）中，所述负载功率需求量与燃油供给单元的工作数量N成正比，车辆功率需求量越高，燃油供给单元的工作数量N越多。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

多工作点柴油发动机的每个气缸都配备有电液比例流量控制阀，可以通过电液比例流量控制阀对每个气缸的喷油量进行精确控制，从而控制每个工作的燃油供给单元的工作效率M。同时，电液比例流量控制阀可通过完全闭合或开启节流口的开度实现燃油供给单元的工作的恢复或中断，从而可以实现多气缸柴油发动机的可用气缸数的灵活调整，以达到节能减排的效果。

此外，电液比例流量控制阀可以直接检测被控流量，通过元件内部液压机械反馈和动压反馈，以减少各种干扰对体积流量的影响。

附图说明

图1为多工作点柴油发动机的燃油供给单元结构示意图；

图2为本发明一实施例中多工作点柴油发动机的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，第一实施例中，本发明公开了一种多工作点柴油发动机，包括实时监控柴油发动机的功率输出以及负载的功率需求变化信号的功率检测单元、多个燃油供给单元、分别与功率控制单元以及多个燃油供给单元进行通信的功率控制单元（ECU处理器），燃油供给单元包括依次连接的柴油箱、输油泵、滤清器、喷油泵以及喷油器，每个燃油供给单元还包括一电液比例流量控制阀，电液比例流量控制阀位于喷油泵与喷油器之间，喷油泵与喷油器经由一组电液比例流量控制阀连接，且电液比例流量控制阀经由车辆CAN总线与功率控制单元通信以根据功率控制单元的指令调整燃油供给单元的燃油喷射量。

传统的柴油发动机的燃油供给单元主要包括柴油箱、输油泵、滤清器、喷油泵和喷油器。本发明所示的多工作点柴油发动机是通过在燃油供给单元中增加电液比例流量控制阀，电液比例流量控制阀与喷油泵、喷油器三者之间通过油管相连，每个气缸进油口处的喷油器都与一个电液比例流量控制阀连接，同时每个燃油供给单元中的电液比例流量控制阀接受功率控制单元的指令，通过电液比例流量控制阀控制向发动机的燃烧室喷入的雾状柴油的数量以及整个燃油供给单元的开闭。

功率检测单元为单独的元器件，用于实时监测并确定监控柴油发动机的功率输出以及负载的功率需求变化，本实施例中，其具体型号为iCAN4017模块，该功能模块由广州致远电子有限公司生产，主要用于采集模拟量输入信号。iCAN4017模块具有8路模拟量输入通道，内部具有信号调理电路，模拟量信号的分辨率为16位。其通过传感器获取柴油发动机的功率输出以及负载的功率需求变化的数值信号，并将该信号通过CAN总线传送至功率控制单元进行处理。

电液比例流量控制阀为标准液压控制元件，是由比例电磁铁取代普通液压阀的调节和控制装置而构成的，它可以按照功率控制单元给定的输入电压或电流信号连续地、按比例地、远距离地控制流体的流量，因而电液比例流量控制阀可以精确控制向燃烧室喷入的雾状柴油的量，从而控制单独的一个的燃油供给单元所提供柴油燃烧所释放的能量，此外，电液比例流量控制阀还可按照功率控制单元的指令中断或恢复其所在支路的燃油供给单元的工作，由此控制柴油发动机的输出扭矩，实现柴油发动机的多工作点输出。

本发明所示的多工作点柴油发动机具体工作原理如下：本发明利用CAN总线通信控制技术，通过功率监测单元可以实时监控柴油发动机的功率输出以及负载的功率需求变化信号，ECU处理器实时处理需求变化信号并根据功率需求的变化确定工作的燃油供给单元的数量M以及每个处于工作状态下的燃油供给单元的工作效率N，具体为ECU处理器发送指令至电液比例流量控制阀处可以对燃油供给单元喷入至每个气缸中的喷油量进行实时调整：当功率需求减小时，部分燃油供给单元中的电液比例流量控制阀中断对其所在支路中气缸的喷油（电液比例流量控制阀是通过改变节流口的开度，控制输油管路中的柴油的流量，从而控制燃油供给单元的工作效率以及喷油器的中断或恢复工作）；当功率需求增大时，电液比例流量控制阀可以恢复对其所在支路中气缸的喷油，从而实现多气缸柴油发动机的可用气缸数的灵活调整，达到节能减排的效果。

如图2所示，对应第一实施例，第二实施例中，本发明公开了一种多工作点柴油发动机的控制方法，包括以下步骤：

（1）功率检测单元实时监控柴油发动机的功率输出、负载的功率需求变化信号并传送至功率控制单元处理单元处理；

（2）功率控制单元接受、处理功率检测单元传来的信号后确定负载功率需求量，并根据负载功率需求量确定燃油供给单元工作数量M以及每个工作的燃油供给单元的工作效率N，以便实时控制燃油供给单元的工作状态。

步骤（2）中，功率需求与燃油供给单元的工作数量M成正比：功率需求越高，燃油供给单元的工作数量越多。对于燃油供给单元的工作效率N：当喷油量最大时（即电液比例流量控制阀控制节流口的开度全开时），燃油供给单元的工作效率为100%；当喷油量为0时（即电液比例流量控制阀控制节流口的开度全闭时），燃油供给单元的工作效率为0。根据车辆对功率需求的变化，功率控制单元可以实时地控制每个燃油供给单元喷油量的大小以及开启的燃油供给单元的数量。具体关系式如下：

车辆功率的最大需求量=燃油供给单元的工作数量N*单个气缸所能提供的最大功率；

负载功率需求量=燃油供给单元的工作数量N*燃油供给单元的工作效率M*单个气缸所能提供的最大功率，其中0≤M≤1。

当功率控制单元确定燃油供给单元工作数量以及每个工作的燃油供给单元的工作效率后，功率控制单元发送指令至多个燃油供给单元处，每个燃油供给单元接受指令后，电液比例流量控制阀通过控制输油管路中的柴油的流量确定燃油供给单元的中断或恢复，并同时调控工作的燃油供给单元中喷油器的喷射量。

以四缸柴油发动机为例：四缸柴油发动机共设有A、B、C、D四个气缸，对应的共有四个燃油供给单元，功率检测单元实时监控柴油发动机的功率输出、负载的功率需求变化并传送至功率控制单元处理单元处理。当检测到车辆功率需求为额定功率值的75%以上时，位于四个燃油供给单元中的四个电液比例流量控制阀分别控制A、B、C、D四个燃油供给单元的喷油器同时喷油，且功率监测单元设定其中一个工作的燃油供给单元的工作效率M小于1，另外三个燃油供给单元的工作效率M为1；当功率检测单元检测到车辆功率需求为额定功率值的50%-75%时，四个电液比例流量控制阀中的一个电液比例流量控制阀接受指令后，通过调整节流口的开度控制其所在支路的喷油器中断工作，由其他三个燃油供给单元中的喷油器继续同时喷油，且其中一个工作的燃油供给单元的工作效率M小于1，另外两个燃油供给单元的工作效率M为1；当功率检测单元检测到车辆功率需求为额定功率值的25%-50%时，四个电液比例流量控制阀中的二个电液比例流量控制阀接受指令后，通过调整节流口的开度控制其所在支路的喷油器中断喷油工作，由剩余两个燃油供给单元的喷油器同时喷油，且其中一个工作的燃油供给单元的工作效率M小于1，另外一个燃油供给单元的工作效率M为1；当功率检测单元检测到功率需求为额定功率值的25%以下时，四个电液比例流量控制阀中的三个电液比例流量控制阀接受指令后，通过调整节流口的开度控制其所在支路的喷油器中断喷油工作，只有一个燃油供给单元的喷油器喷油，多气缸柴油机的电液比例流量控制阀控制喷油器的顺序以此类推。

如需恢复气缸中喷油器的喷油，只需调整电液比例流量控制阀的节流口的开度即可。该控制方法利用CAN总线通信控制技术，当检测到功率需求增大到额定功率的25%以上、50%以上或75%以上时，电液比例流量控制阀将逐步恢复三个气缸中喷油器的喷油，或根据具体功率需求的大小，同时恢复2个或3个气缸中喷油器的喷油。具体而言，各个电液比例流量控制阀由燃油控制系统统一协调控制，随着负载功率需求量的逐步增加，最初的燃油供给单元的工作数量为1，燃油供给单元的工作效率从0逐渐增加到100%；随着功率需求的继续增加，燃油供给单元的工作数量变为2，此时，第一个燃油供给单元的工作效率保持在100%，第二个燃油供给单元的工作效率从0开始逐渐增加，直至100%，以此类推。当负载功率需求量的逐步降低时，燃油供给单元的工作数量和工作效率的变化情况，与此相反。

本发明给出的多工作点柴油发动机及其实现方法，能够有效地减少柴油的消耗量，实现节能减排，具有良好的经济效益。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多工作点柴油发动机，包括实时监控柴油发动机的功率输出以及负载功率需求变化信号的功率检测单元、多个燃油供给单元、分别与所述功率控制单元以及多个燃油供给单元进行通信的功率控制单元，所述燃油供给单元包括依次连接的柴油箱、输油泵、滤清器、喷油泵以及喷油器，其特征在于：所述各燃油供给单元还分别包括一电液比例流量控制阀，所述电液比例流量控制阀位于所述喷油泵与喷油器之间，所述喷油泵与喷油器经由一组所述电液比例流量控制阀连接，且所述电液比例流量控制阀经由车辆CAN总线与所述功率控制单元通信，以根据所述功率控制单元的指令调整所述燃油供给单元的燃油喷射量。

2.根据权利要求1所述的多工作点柴油发动机，其特征在于：所述功率控制单元为ECU处理器。

3.根据权利要求1所述的多工作点柴油发动机，其特征在于：所述功率检测单元为iCAN4017模块，所述iCAN4017模块通过CAN总线与外界进行通信。

4.一种权利要求1至3任一项所述多工作点柴油发动机的控制方法，其特征在于：

（1）所述功率检测单元实时监控柴油发动机的功率输出、负载的功率需求变化的信号并传送至所述功率控制单元处理单元处理；

（2）所述功率控制单元接受、处理所述功率检测单元传来的信号后确定负载功率需求量，根据所述负载功率需求量确定燃油供给单元工作数量N以及每个工作的燃油供给单元工作效率M，并将该信号传送至所述多个燃油供给单元处，以中断或恢复所述多个燃油供给单元的工作。

5.根据权利要求1所述的多工作点柴油发动机，其特征在于：所述步骤（2）中，

负载功率最大需求量=燃油供给单元的工作数量N*单个气缸所能提供的最大功率；

负载功率需求量=燃油供给单元的工作数量N*燃油供给单元的工作效率M*单个气缸所能提供的最大功率。

6.根据权利要求4所述的多工作点柴油发动机的控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述功率控制单元发送指令至所述多个燃油供给单元处，所述每个燃油供给单元接受指令后，所述电液比例流量控制阀通过调整节流口的开度以确定燃油供给单元的工作数量N和燃油供给单元的工作效率M（0≤M≤1）。

7.根据权利要求4所述的多工作点柴油发动机的控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述负载功率需求量与燃油供给单元的工作数量N成正比，车辆功率需求量越高，燃油供给单元的工作数量N越多。

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