CN104153901A - 一种柴油机缸内压力反馈控制装置、控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柴油机缸内压力反馈控制装置、控制系统及控制方法，所述控制装置的各缸缸压传感装置和角标仪与燃烧反馈单元的输入连接；燃烧反馈单元的输出连接到喷油磨损控制单元的输入；喷油磨损控制单元的输出连接到指示灯。燃烧反馈单元根据缸压信号和曲轴转角信号计算各缸的燃烧相位CA50。喷油磨损控制单元将各缸当前喷油提前角与喷油提前角初始值进行比较，当偏差量超过阈值，则判断喷油器出现过量磨损，输出信号控制对应指示灯开启。本发明可以实现单个喷油器的磨损判断，当磨损过大时提示更换，从而可以节约用户的使用维修成本。

Description

一种柴油机缸内压力反馈控制装置、控制系统及方法

技术领域

本发明属于控制技术领域，涉及一种可以用于重型柴油机及轻型柴油机的缸内压力反馈控制装置、控制系统及方法。

背景技术

目前，柴油机缸压反馈控制技术在国内处于研究阶段，主要是基于缸压反馈控制的低温燃烧技术。国外主要是在HCCI等低温燃烧领域应用缸压反馈控制技术，可以有效地控制缸内燃烧状态，使低温燃烧稳定高效。同时缸压反馈控制技术还可应用在改善各缸不均匀性，改善系统散差，提高发动机的燃料适应性，监控燃烧状态，以及喷油器的快速标定方面，可以大大增强系统鲁棒性。

国内共轨系统机型越来越多，其特点是喷油压力相对机械泵喷油压力高，系统高压部分易出现问题，也出现很多喷油器磨损案例。一些国际供应商如BOSCH、denso等公司，其控制电脑的诊断策略会根据油泵供油状态判断喷油器磨损，提示用户维修，但是无法提示单个喷油器磨损，在维修站也无法完全识别单个喷油器的磨损，通常采取换掉全部喷油器的方法，使用户承受很大的经济压力。喷油器磨损同时会造成燃烧恶化，油耗升高，目前BOSCH、denso等公司没有进行喷油修正，这是造成油耗增加的主要原因。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种可以实现单个喷油器磨损判别并进行喷射参数修正，对超出修正程度的单个喷油器进行更换提示的柴油机缸内压力反馈控制装置及控制系统。

为了解决上述技术问题，本发明的柴油机缸内压力反馈控制装置包括发动机各缸缸压传感装置，燃烧反馈单元，喷油磨损控制单元，角标仪，指示灯；所述各缸缸压传感装置和角标仪与燃烧反馈单元的输入连接；燃烧反馈单元的输出连接到喷油磨损控制单元的输入；喷油磨损控制单元的输出分别连接到指示灯以及发动机ECU的输入。

各缸缸压传感装置检测的缸压信号与角标仪检测的曲轴转角信号同时输出到燃烧反馈单元，燃烧反馈单元根据缸压信号和曲轴转角信号计算各缸的燃烧相位CA50。喷油磨损控制单元将各缸燃烧相位CA50对应的当前喷油提前角与喷油提前角初始值进行比较，当偏差量超过阈值，则判断喷油器出现过量磨损，输出信号控制对应指示灯开启；当偏差量小于阈值，则通过喷油磨损控制单元对喷油参数进行校正，校正量发送至发动机自带ECU，所有厂家的ECU均配有标准的信号输入接口，内部执行过程均有各厂家ECU制定，不在本发明的范围之中。本发明可以实现单个喷油器的磨损校正，当磨损过大时提示更换，从而可以节约用户的使用维修成本，保证车辆的售后服务质量。

所述缸压传感装置包括缸压传感器，电荷放大器；缸压传感器为输出电荷信号的传感器，其输出与电荷放大器的输入连接；电荷放大器的输出与燃烧反馈单元的输入连接。

所述缸压传感装置还可以采用输出信号为电压信号的缸压传感器。

所述燃烧反馈单元可以采用微处理器，喷油磨损控制单元采用微控制器；或者燃烧反馈单元和喷油磨损控制单元共用一个微处理器。

一种柴油机缸内压力反馈控制系统，包括：

各缸缸压传感装置信号输入接口；

AD转换模块：用于将各缸缸压传感装置输出的缸压模拟信号转换为缸压数字信号；

角标仪信号输入接口：用于接收曲轴转角信号；

同步处理模块：用于对曲轴转角信号进行处理使其与缸压数字信号同步；

燃烧相位CA50计算模块：根据缸压信号和曲轴转角信号计算各缸的燃烧相位CA50；CA50通过求式(1、)(2)的积分上限得出；

$Q_{\mathrm{net}}={\∫}_0^{720}(\frac{k}{k-1}p\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\θ}}+\frac{1}{k-1}V\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{d\θ}})\mathrm{d\θ}---\left(1\right)$

${\∫}_0^{\mathrm{CA}50}(\frac{k}{k-1}p\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\θ}}+\frac{1}{k-1}V\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{d\θ}})\mathrm{d\θ}=\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}---\left(2\right)$

设原函数为F(θ)，则

$F\left(\mathrm{CA}50\right)=F\left(0\right)+\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}---\left(3\right)$

$\mathrm{CA}50=F^{-1}[F\left(0\right)+\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}]---\left(4\right)$

式中，Q_net为燃料燃烧的净放热量，由计算得出；

k为等熵指数，热力工程一般k取常数1.37；

p为缸内气体压力，由缸压传感器测得；

V为气缸容积，发动机物理参数；

θ为曲轴转角，由角标仪测出；

喷油器磨损判断模块：根据各缸的燃烧相位CA50得到对应的当前喷油提前角，并将其与喷油提前角初始值进行比较，当偏差量超过阈值，则判断喷油器出现过量磨损，输出故障喷油器的编号信息给对应的指示灯；

喷油量修正模块：根据当前喷油提前角与喷油提前角初始值的差值进行PID运算得出相应的修正量，并将该修正量发给发动机ECU对偏差进行修正。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种柴油机缸内压力反馈控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明的柴油机缸内压力反馈控制方法包括下述步骤：

步骤一：利用各缸缸压传感装置检测对应汽缸的缸压信号并将其传输给燃烧反馈单元；

步骤二：利用角标仪检测汽缸曲轴转角信号并将其输出到燃烧反馈单元；

步骤三：利用燃烧反馈单元将各缸缸压传感装置输出的缸压模拟信号转换为缸压数字信号，同时对曲轴转角信号进行处理使其与缸压数字信号同步；然后根据缸压信号和曲轴转速信号计算各缸的燃烧相位CA50；CA50通过求式(1、)(2)的积分上限得出；

$Q_{\mathrm{net}}={\∫}_0^{720}(\frac{k}{k-1}p\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\θ}}+\frac{1}{k-1}V\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{d\θ}})\mathrm{d\θ}---\left(1\right)$

${\∫}_0^{\mathrm{CA}50}(\frac{k}{k-1}p\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\θ}}+\frac{1}{k-1}V\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{d\θ}})\mathrm{d\θ}=\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}---\left(2\right)$

设原函数为F(θ)，则

$F\left(\mathrm{CA}50\right)=F\left(0\right)+\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}---\left(3\right)$

$\mathrm{CA}50=F^{-1}[F\left(0\right)+\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}]---\left(4\right)$

式中，Q_net为燃料燃烧的净放热量，由计算得出；

k为等熵指数，热力工程一般k取常数1.37；

p为缸内气体压力，由缸压传感器测得；

V为气缸容积，发动机物理参数；

θ为曲轴转角，由角标仪测出；

步骤四：利用喷油磨损控制单元根据各缸的燃烧相位CA50得到对应的当前喷油提前角，并将其与喷油提前角初始值进行比较，当偏差量超过阈值，则判断喷油器出现过量磨损，输出故障喷油器的编号信息给对应的指示灯；根据当前喷油提前角与喷油提前角初始值的差值进行PID运算得出相应的修正量，并将该修正量发给发动机ECU对偏差进行修正。

本发明可以实时监测到喷油器磨损对燃烧的影响，从而判别喷油器的磨损程度，并可以根据喷油器的磨损程度进行适度修正补偿，使系统燃烧性能得到优化，从而达到节油功效。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的柴油机缸内压力反馈控制装置结构示意图。

图2是实施例1中微处理器和微控制器的缸内压力反馈控制软件流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的柴油机缸内压力反馈控制装置包括发动机各缸缸压传感装置，燃烧反馈单元3，喷油磨损控制单元4，角标仪5，指示灯6。

实施例1

本发明的柴油机缸内压力反馈控制装置包括发动机各缸缸压传感装置，燃烧反馈单元3，喷油磨损控制单元4，角标仪5，指示灯6。所述缸压传感装置包括缸压传感器1，电荷放大器2，所述缸压传感器1是输出信号为电荷信号的传感器，其输出与电荷放大器2的输入连接，缸内压力通过传感器内部的压电晶体转化为电荷信号，电荷信号通过电荷放大器2转化为0～10v电压信号。电荷放大器2和角标仪5的输出与燃烧反馈单元连接，燃烧反馈单元3的输出连接到喷油磨损控制单元4的输入，喷油磨损控制单元4的输出连接到指示灯6以及发动机ECU7。其中，燃烧反馈单元采用微处理器，喷油磨损控制单元采用微控制器。

如图2所示，缸内压力反馈控制通过微处理器和微控制器内软件实现，流程具体如下：

a、接收电荷放大器2输出的代表缸压的电压信号，并对其进行AD转换；

b、接收角标仪5输出的曲轴转角信号并对其进行处理使其与缸压数字信号同步；

c、根据缸压信号和曲轴转角信号计算各缸的燃烧相位CA50；

CA50计算公式：

$Q_{\mathrm{net}}={\∫}_0^{720}(\frac{k}{k-1}p\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\θ}}+\frac{1}{k-1}V\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{d\θ}})\mathrm{d\θ}$

${\∫}_0^{\mathrm{CA}50}(\frac{k}{k-1}p\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\θ}}+\frac{1}{k-1}V\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{d\θ}})\mathrm{d\θ}=\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}$

CA50通过求上式的积分上限得出。

设原函数为F(θ)，则

$F\left(\mathrm{CA}50\right)=F\left(0\right)+\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}$

$\mathrm{CA}50=F^{-1}[F\left(0\right)+\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}]$

式中，Q_net为燃料燃烧的净放热量，由计算得出；

k为等熵指数，热力工程一般k取常数1.37；

p为缸内气体压力，由缸压传感器测得；

V为气缸容积，发动机物理参数；

θ为曲轴转角，由角标仪测出。

d、将当前CA50对应的喷油提前角与喷油提前角初始值进行比较，当偏差量超过阈值，则判断喷油器出现过量磨损，并点亮对应的指示灯。其中燃烧相位CA50与喷油提前角之间的对应关系预先标定。

所述微控制器控制流程还包括下述步骤：

e、根据当前喷油提前角相对于喷油提前角初始值的偏差量判断喷油器是否磨损及其磨损程度；根据喷油器是否磨损及磨损程度，选择相应的喷油量修正值对喷油量进行适当的修正，修正结果发送给发动机ECU7执行修正动作；当前喷油提前角相对于喷油提前角初始值的偏差量与喷油量修正值之间的对应关系预先标定。

Claims (5)

1.一种柴油机缸内压力反馈控制装置，其特征在于包括发动机各缸缸压传感装置，燃烧反馈单元(3)，喷油磨损控制单元(4)，角标仪(5)，指示灯(6)；所述各缸缸压传感装置和角标仪(5)与燃烧反馈单元(3)的输入连接；燃烧反馈单元(3)的输出连接到喷油磨损控制单元(4)的输入；喷油磨损控制单元(4)的输出连接到指示灯(6)以及发动机ECU(7)的输入。

2.根据权利要求1所述的柴油机缸内压力反馈控制装置，其特征在于所述缸压传感装置包括缸压传感器(1)，电荷放大器(2)；缸压传感器(1)为输出电荷信号的传感器，其输出与电荷放大器(2)的输入连接；电荷放大器(2)的输出与燃烧反馈单元(3)的输入连接。

3.根据权利要求1所述的柴油机缸内压力反馈控制装置，其特征在于所述缸压传感装置采用输出信号为电压信号的缸压传感器。

4.一种柴油机缸内压力反馈控制系统，其特征在于包括：

各缸缸压传感装置信号输入接口；

AD转换模块：用于将各缸缸压传感装置输出的缸压模拟信号转换为缸压数字信号；

角标仪信号输入接口：用于接收曲轴转角信号

同步处理模块：用于对曲轴转角信号进行处理使其与缸压数字信号同步；

燃烧相位CA50计算模块：根据缸压信号和曲轴转角信号计算各缸的燃烧相位CA50；CA50通过求式(1、)(2)的积分上限得出；

$Q_{\mathrm{net}}={\∫}_0^{720}(\frac{k}{k-1}p\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\θ}}+\frac{1}{k-1}V\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{d\θ}})\mathrm{d\θ}---\left(1\right)$

${\∫}_0^{\mathrm{CA}50}(\frac{k}{k-1}p\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\θ}}+\frac{1}{k-1}V\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{d\θ}})\mathrm{d\θ}=\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}---\left(2\right)$

设原函数为F(θ)，则

$F\left(\mathrm{CA}50\right)=F\left(0\right)+\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}---\left(3\right)$

$\mathrm{CA}50=F^{-1}[F\left(0\right)+\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}]---\left(4\right)$

式中，Q_net为燃料燃烧的净放热量，由计算得出；

k为等熵指数，热力工程一般k取常数1.37；

p为缸内气体压力，由缸压传感器测得；

V为气缸容积，发动机物理参数；

θ为曲轴转角，由角标仪测出；

喷油器磨损判断模块：根据各缸的燃烧相位CA50得到对应的当前喷油提前角，并将其与喷油提前角初始值进行比较，当偏差量超过阈值，则判断喷油器出现过量磨损，输出故障喷油器的编号信息给对应的指示灯；

喷油量修正模块：根据当前喷油提前角与喷油提前角初始值的差值进行PID运算得出相应的修正量，并将该修正量发给发动机ECU对偏差进行修正。

5.一种柴油机缸内压力反馈控制方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一：利用各缸缸压传感装置检测对应汽缸的缸压信号并将其传输给燃烧反馈单元；

步骤二：利用角标仪检测汽缸曲轴转角信号并将其输出到燃烧反馈单元；

步骤三：利用燃烧反馈单元将各缸缸压传感装置输出的缸压模拟信号转换为缸压数字信号，同时对曲轴转角信号进行处理使其与缸压数字信号同步；然后根据缸压信号和曲轴转速信号计算各缸的燃烧相位CA50；CA50通过求式(1、)(2)的积分上限得出；

$Q_{\mathrm{net}}={\∫}_0^{720}(\frac{k}{k-1}p\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\θ}}+\frac{1}{k-1}V\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{d\θ}})\mathrm{d\θ}---\left(1\right)$

${\∫}_0^{\mathrm{CA}50}(\frac{k}{k-1}p\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\θ}}+\frac{1}{k-1}V\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{d\θ}})\mathrm{d\θ}=\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}---\left(2\right)$

设原函数为F(θ)，则

$F\left(\mathrm{CA}50\right)=F\left(0\right)+\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}---\left(3\right)$

$\mathrm{CA}50=F^{-1}[F\left(0\right)+\frac{1}{2}{Q}_{\mathrm{net}}]---\left(4\right)$

式中，Q_net为燃料燃烧的净放热量，由计算得出；

k为等熵指数，热力工程一般k取常数1.37；

p为缸内气体压力，由缸压传感器测得；

V为气缸容积，发动机物理参数；

θ为曲轴转角，由角标仪测出；

步骤四：利用喷油磨损控制单元根据各缸的燃烧相位CA50得到对应的当前喷油提前角，并将其与喷油提前角初始值进行比较，当偏差量超过阈值，则判断喷油器出现过量磨损，输出故障喷油器的编号信息给对应的指示灯；根据当前喷油提前角与喷油提前角初始值的差值进行PID运算得出相应的修正量，并将该修正量发给发动机ECU对偏差进行修正。