CN104265480B - 一种高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法，包括：检测柴油机实时的转速；当柴油机的转速大于第一预定转速时，采集柴油机实时的冷却液温度、进气温度和当地高原环境下的大气压力；计算高原极限空燃比油量；计算柴油机的喷油量；获得喷油量和高原极限空燃比油量中的最小值，作为起动输出油量；计算柴油机的喷油脉宽；对柴油机的喷油脉宽进行修正得到实际作用于喷油电磁阀的喷油脉宽；计算柴油机起动时的喷油提前角；计算喷油泵的喷油延迟角；将喷油提前角和喷油延迟角相加得到柴油机起动时实际的喷油提前角；ECU控制喷油泵进行喷油。该方法保证柴油机在高原环境下能够顺利起动。

Description

一种高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别涉及一种高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法。

背景技术

在高原地区，随着海拔的升高，温度逐渐下降，大气压力和空气密度逐渐减小，空气中的含氧量急剧下降。在高原环境下，气压、空气密度和进气氧含量的降低导致柴油机的过量空气系数下降，柴油机在进气冲程时，进入气缸的空气量减少，再加上进气温度比较低，造成柴油机的气缸在压缩终了时的温度和压力下降，导致柴油机燃烧不充分，后燃现象严重，柴油机的有效热效率减小，燃油消耗率随之增大；并且寒冷的高原环境下柴油机机体、机油、燃油、冷却液和蓄电池电解液处于低温状态，导致柴油机的摩擦阻力增大；恶化的缸内燃烧环境和增大的摩擦阻力导致柴油机在高原环境下起动困难。

在高原环境下，为保证车辆能够平稳起步，需要ECU根据柴油机实际的进气量，调整柴油机起动时的循环油量，从而保证柴油机在寒冷环境下能够顺利起动。目前还没有在高原环境下对柴油机的输出油量和喷油定时进行实时控制的较好的方法。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法，从而克服现有技术中在高原环境下对柴油机的输出油量和喷油定时无法进行实时控制的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法，控制方法包括如下步骤：由曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器采集的信息计算柴油机实时的转速；当柴油机实时的转速大于第一预定转速时，由冷却液温度传感器、进气温度传感器和进气压力传感器采集柴油机实时的冷却液温度、进气温度和当地高原环境下的大气压力；利用高原极限空燃比油量脉谱，根据柴油机实时的转速通过插值计算高原极限空燃比油量；计算柴油机的喷油量，该步骤包括：如果柴油机实时的转速小于第二预定转速且无起动抑制信号，则利用最大喷油量脉谱，根据冷却液温度和进气温度通过插值计算柴油机起动初始阶段的最大喷油量，作为柴油机的喷油量；如果柴油机实时的转速大于第二预定转速，则柴油机的PID控制器根据目标转速和实际转速的差值计算PID闭环调节阶段的起动油量，作为柴油机的喷油量；获得喷油量和高原极限空燃比油量中的最小值，作为起动输出油量；利用喷油脉宽脉谱，根据起动输出油量和柴油机实时的转速通过插值计算柴油机的喷油脉宽；利用修正系数曲线，根据当地高原环境下的大气压力获得修正系数，并根据修正系数对柴油机的喷油脉宽进行修正得到实际作用于喷油电磁阀的喷油脉宽；利用喷油提前角脉谱，根据冷却液温度通过插值计算柴油机起动时的喷油提前角；利用喷油延迟角脉谱，根据柴油机实时的转速通过插值计算喷油泵的喷油延迟角；将喷油提前角和喷油延迟角相加得到柴油机起动时实际的喷油提前角；ECU根据实际的喷油提前角、起动输出油量以及实际作用于喷油电磁阀的喷油脉宽控制喷油泵进行喷油。

优选地，上述技术方案中，第一预定转速和第二预定转速通过实时标定得到。

优选地，上述技术方案中，最大喷油量脉谱是通过柴油机的高原实时标定得到的。

优选地，上述技术方案中，高原极限空燃比限制油量脉谱是通过柴油机在高原环境下实时标定得到的。

优选地，上述技术方案中，PID控制器的控制参数是实时标定出来的。

优选地，上述技术方案中，柴油机的目标转速是通过实时标定得到的。

优选地，上述技术方案中，喷油延迟角脉谱通过柴油机实时标定得到。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

ECU根据传感器采集到的柴油机状态信息，结合上述燃油控制算法，计算出柴油机在高原环境下起动工况时的喷射油量，并将喷油量转化为该工况下的喷油脉宽，控制柴油机电控喷油泵在一定燃油压力下将燃油在指定时刻以指定持续时间喷入气缸，实现柴油机在高原环境下起动时的燃油供给，保证柴油机在高原环境下能够顺利起动。

附图说明

图1是根据本发明的高原环境下柴油机的启动过程示意图。

图2是根据本发明的一种高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法的一个实施例的流程图。

图3是修正系数曲线图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，n₁为柴油机起动过程中开始喷油时的转速，转速n₁通过柴油机进行实时标定。n₂为ECU开始PID闭环调节喷油量时的转速，n₃为柴油机起动成功后稳定到怠速工况的目标转速，t₁、t₂和t₃分别为n₁、n₂、n₃对应的时间点。在0～t₁时间段，起动电机拖动柴油机开始起动，此时柴油机的转速太低导致起动的油压不足，使喷入气缸内的柴油雾化不良无法燃烧，所以柴油机的转速n小于n₁时喷油泵不喷油，ECU将喷油脉宽和喷油提前角均设为零；

在t₁～t₂时间段，ECU根据冷却液温度和进气温度确定起动初始阶段的最大喷油量，为了防止排气冒黑烟和白烟，此时间段的最大喷油量需要受到柴油机的高原起动极限空燃比油量的限制，由此得到起动初始阶段的实际循环油量，作为柴油机的起动输出油量；由计算出的起动输出油量和转速通过MAP插值计算得到起动初始阶段的喷油脉宽。

当转速大于n₂时，在t₂～t₃时间段，柴油机进入PID闭环调节阶段，PID控制器根据实际转速(如图1所示)和目标转速(如图1所示)的差值来增加或减少喷油量。实际转速和目标转速的差值为负时，需要ECU控制喷油泵增加油量输出；为了防止最终喷入气缸内的燃油过多，PID闭环调节阶段的起动油量需要受到柴油机高原起动极限空燃比油量的限制，获得PID闭环调节阶段的起动输出油量。然后，由计算出的PID闭环调节阶段的起动输出油量和柴油机实时的转速通过脉谱差值计算得到当时工况时的喷油脉宽，然后利用修正系数曲线，由当地高原环境下的大气压力对喷油脉宽进行修正得到实际作用于喷油电磁阀的喷油脉宽。最后，根据冷却液温度和实时的转速分别通过脉谱插值计算得到柴油机起动时的喷油提前角和喷油延迟角，并将二者相加得到柴油机起动时实际的喷油提前角。

如图2所示，根据本发明具体实施方式的一种高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法包括如下步骤：

当驾驶员给出起动信号后，在起动电机的带动下柴油机的转速开始升高，此时由曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器采集的信息计算柴油机实时的转速n；

当柴油机实时的转速n大于第一预定转速n₁时，由冷却液温度传感器、进气温度传感器和增压前的进气压力传感器采集柴油机实时的冷却液温度T_coolant、进气温度T_air和当地高原环境下的大气压力P_air；

利用如图1所示极限空燃比限制油量脉谱，根据柴油机当前的转速n通过插值计算得到柴油机当前工况下的高原极限空燃比油量Q_AF；其中极限空燃比限制油量脉谱是通过柴油机在高原环境下实时标定得到的。

然后，计算柴油机的起动输出油量，该步骤包括：

如果柴油机实时的转速n大于第一预定转速n₁且无起动抑制信号时，则利用最大喷油量脉谱根据冷却液温度T_coolant和进气温度T_air通过插值计算柴油机起动初始阶段的最大喷油量Q₁，其中最大喷油量脉谱是通过柴油机的高原实时标定得到的，作为柴油机的喷油量Q；其中，当车辆的档位不在零位或者方向盘不在中间位置时，由自动变速箱控制器触发柴油机ECU的起动抑制信号，这时柴油机无法起动；比较柴油机起动初始阶段的最大喷油量Q₁和该工况下的高原极限空燃比油量Q_AF，取最小值作为起动初始阶段的实际循环油量Q_a1，作为柴油机的起动输出油量Q_a；

如果柴油机实时的转速n大于第二预定转速n₂，则柴油机通过PID控制器进行PID闭环调节，PID控制器的控制参数是实时标定出来的，能够防止转速出现超调现象。柴油机的PID控制器根据目标转速n_aim和实际转速n_real的差值计算PID闭环调节阶段的喷油量Q₂，作为柴油机的喷油量Q；比较PID闭环调节阶段的喷油量Q₂和该工况下的高原极限空燃比油量Q_AF，取最小值作为PID闭环调节阶段的起动输出油量Q_a2，作为柴油机的起动输出油量Q_a；

接下来，利用喷油脉宽脉谱，根据柴油机的起动输出油量Q_a和实时的转速n通过插值计算得到柴油机的喷油脉宽T；

利用修正系数曲线(图3为本发明的一个实施例的修正系数曲线)，根据当地高原环境下的大气压力P_air获得修正系数，并根据修正系数对柴油机的喷油脉宽T进行修正得到实际作用于喷油电磁阀的喷油脉宽T_am。

利用喷油提前角脉谱，根据冷却液温度T_coolant通过插值计算得到柴油机起动时的喷油提前角A₁；

利用喷油延迟角脉谱，根据转速n通过插值计算得到喷油泵的喷油延迟角A₂，喷油延迟角脉谱通过柴油机实时标定得到；

由喷油提前角A₁和喷油延迟角A₂相加得到柴油机起动时实际的喷油提前角A；

柴油机在高原起动过程中，ECU控制喷油泵在A时刻开始将燃油喷入气缸，喷油持续期为T_am。

其中，喷油脉宽脉谱和喷油提前角脉谱是在保证柴油机满足功率和排放需求的前提下通过实验标定得到。

其中修正系数曲线是为了使ECU根据柴油机不同的进气量而调整喷油量而设定的，通过实验标定得到。

ECU根据传感器采集到的柴油机状态信息，结合上述燃油控制算法，计算出柴油机在高原环境下起动工况时的喷射油量，并将喷油量转化为该工况下的喷油脉宽，控制柴油机电控喷油泵在一定燃油压力下将燃油在指定时刻以指定持续时间喷入气缸，实现柴油机在高原环境下起动时的燃油供给，保证柴油机在高原环境下能够顺利起动。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

由曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器采集的信息计算柴油机实时的转速；

当所述柴油机实时的转速大于第一预定转速时，由冷却液温度传感器、进气温度传感器和进气压力传感器采集柴油机实时的冷却液温度、进气温度和当地高原环境下的大气压力；

利用高原极限空燃比油量脉谱，根据所述柴油机实时的转速通过插值计算高原极限空燃比油量；

计算柴油机的喷油量，该步骤包括：

如果所述柴油机实时的转速小于第二预定转速且无起动抑制信号，则利用最大喷油量脉谱，根据所述冷却液温度和所述进气温度通过插值计算柴油机起动初始阶段的最大喷油量，作为柴油机的喷油量；

如果所述柴油机实时的转速大于第二预定转速，则柴油机的PID控制器根据目标转速和实际转速的差值计算PID闭环调节阶段的起动油量，作为柴油机的喷油量；

获得所述喷油量和所述高原极限空燃比油量中的最小值，作为起动输出油量；

利用喷油脉宽脉谱，根据所述起动输出油量和所述柴油机实时的转速通过插值计算柴油机的喷油脉宽；

利用修正系数曲线，根据所述当地高原环境下的大气压力获得修正系数，并根据所述修正系数对所述柴油机的喷油脉宽进行修正得到实际作用于喷油电磁阀的喷油脉宽；

利用喷油提前角脉谱，根据所述冷却液温度通过插值计算柴油机起动时的喷油提前角；

利用喷油延迟角脉谱，根据所述柴油机实时的转速通过插值计算喷油泵的喷油延迟角；

将喷油提前角和喷油延迟角相加得到柴油机起动时实际的喷油提前角；

ECU根据实际的喷油提前角、起动输出油量以及实际作用于喷油电磁阀的喷油脉宽控制喷油泵进行喷油。

2.根据权利要求1所述的高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法，其特征在于，所述第一预定转速和所述第二预定转速通过实时标定得到。

3.根据权利要求1或2所述的高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法，其特征在于，所述最大喷油量脉谱是通过柴油机的高原实时标定得到的。

4.根据权利要求1或2所述的高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法，其特征在于，所述高原极限空燃比限制油量脉谱是通过柴油机在高原环境下实时标定得到的。

5.根据权利要求3所述的高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法，其特征在于，所述PID控制器的控制参数是实时标定出来的。

6.根据权利要求5所述的高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法，其特征在于，所述柴油机的目标转速是通过实时标定得到的。

7.根据权利要求1所述的高原环境下柴油机的起动输出油量的控制方法，其特征在于，所述喷油延迟角脉谱通过柴油机实时标定得到。