CN106156448B - 一种燃油碰壁在线检测评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃油碰壁在线检测评估方法，包括步骤：根据采集的缸径、行程、连杆长度、转速、凸轮轴相位和压缩比，计算发动机当前活塞位置及缸内容积；根据发动机当前活塞位置及缸内容积、进气质量流量、中冷后压力、中冷后温度、EGR率和标定参数计算当前缸内气体密度和温度。根据喷孔直径、喷孔锥角、喷孔个数、喷嘴流量系数、轨压、加电时间和标定参数计算整个喷射过程的实时喷射压力；根据当前缸内气体密度和温度、整个喷射过程的实时喷射压力、喷孔直径、喷孔个数和喷嘴流量系数，判断是否出现燃油碰壁现象。如此设置，本发明提供的燃油碰壁在线检测评估方法，其能够实时对燃油碰壁进行精确的评估。

Description

一种燃油碰壁在线检测评估方法

技术领域

本发明涉及车辆发动机技术领域，更具体地说，涉及一种燃油碰壁在线检测评估方法。

背景技术

大量研究表明燃油预喷射可以降低柴油机NOx(氮氧化合物)排放和噪声，后喷可以降低PM、HC排放以及用于为后处理系统提高排气温度，国内外先进发动机的喷射次数最高达到了7次。进行预喷和后喷时，活塞距离压缩上止点往往较远，喷出的燃油很容易到达缸壁，这会导致严重的HC(碳氢化合物)排放恶化以及机油稀释问题，增加柴油机磨损，大幅缩短关键零部件的寿命。

燃油是否碰壁与缸内气体温度、压力、喷射压力以及喷射量等多个因素有关，瞬态工况或者外部环境变化均会造成以上因素的随机变化。

发动机的在瞬态工况、高海拔地区、冷启动等情况下，由于外部环境的变化会导致缸内气体温度和压力的变化，使得避免多次喷射燃油碰壁异常困难，特别是在用远后喷代替HC喷嘴，并以DPF前温度为目标进行远后喷油量闭环控制时。

目前的控制策略中没有专门的燃油碰壁在线检测功能。因此如何解决柴油机燃油碰壁的在线检测和实时评估问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种燃油碰壁在线检测评估方法，其能够实时对燃油碰壁进行精确的评估。

本发明提供的一种燃油碰壁在线检测评估方法，包括步骤：

S1，采集发动机参数、实时信号及标定参数，所述发动机参数包括缸径、行程、连杆长度、压缩比、喷孔直径、上止点位置喷孔距活塞顶面高度、喷孔锥角、喷孔个数、喷嘴流量系数，所述实时信号包括轨压、喷油量、加电时间、转速、凸轮轴相位、中冷后压力、中冷后温度、进气质量流量、EGR率、喷油正时、总喷射次数及当前喷射次序，所述标定参数包括因发动机而异的各子模块的相关修正系数；

S2，根据采集的所述缸径、所述行程、所述连杆长度、所述转速、所述凸轮轴相位和所述压缩比，计算发动机当前活塞位置及缸内容积；

S3，根据所述发动机当前活塞位置及缸内容积、所述进气质量流量、所述中冷后压力、所述中冷后温度、所述EGR率和所述标定参数计算当前缸内气体密度和温度。

S4，根据所述喷孔直径、所述喷孔锥角、所述喷孔个数、所述喷嘴流量系数、所述轨压、所述加电时间和所述标定参数计算整个喷射过程的实时喷射压力；

S5，根据所述当前缸内气体密度和温度、所述整个喷射过程的实时喷射压力、所述喷孔直径、所述喷孔个数和所述喷嘴流量系数，判断是否出现燃油碰壁现象。

优选地，所述步骤S3具体包括：

获取的所述发动机当前活塞位置及缸内容积；

读取的实时进气状态参数；

进行纯压缩缸内状态计算；

获取喷射相关信息；

判断当前喷射是否为预喷；

如果是，则输出当前缸内气体密度和温度；

如果否，则进行燃油燃烧放热计算，并且基于纯压缩状态重新评估缸内状态，而后输出当前缸内气体密度和温度。

优选地，所述步骤S5具体包括：

S51，获取当前缸内气体密度和温度；

S52，获取动态燃油当前喷射压力；

S53，获取活塞当前位置；

S54，计算喷雾夹角；

S55，判断油束与活塞区域是否完全重合；

如果是，则结束；

如果否，则判断油束与活塞区域是否部分重合；

如果油束与活塞区域部分重合，则计算不重合油束夹角区域的贯穿距；

如果油束与活塞区域没有部分重合，则计算整个油束夹角区域的贯穿距；

S56，根据计算得出的不重合油束夹角区域的贯穿距或者根据计算得出的整个油束夹角区域的贯穿距，判断油束是否碰壁；

如果否，则结束；

如果是，则进行喷射策略修改，完成策略修改后，重新进行步骤S51。

优选地，步骤S4中，采用集总参数模型、和对喷孔前腔体建立的以一阶常微方程描述的模型，计算整个喷射过程的实时喷射压力。

本发明提供的燃油碰壁在线检测评估方法，基于发动机结构参数、实时状态、标定参数以及理论模型进行燃油碰壁在线检测评估，对模型的适当简化保证了在线计算速度，与实时状态的采集一起保证了在线检测的实时性。实时在线检测评估可以确保在发动机运行条件随机变化的情况下使用多次喷射仍能避免燃油碰壁，进而使多次喷射发挥最大作用的同时避免机油稀释和发动机异常磨损成为可能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中燃油碰壁在线检测评估方法的总体流程图；

图2为本发明实施例中缸内状态评估模块的流程示意图；

图3为本发明实施例中喷射评估模块所基于的模型的示意图；

图4为本发明实施例中燃油碰壁评估模块的流程示意图。

具体实施方式

本具体实施方式提供了一种燃油碰壁在线检测评估方法，其能够实时对燃油碰壁进行精确的评估。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

本实施例提供的总体流程示意图，如图1所示。本实施例提供的燃油碰壁在线检测评估方法，需要三个类别的输入：发动机参数、发动机实时运行信号和用户标定参数，以燃油碰壁在线检测评估方法形成的燃油碰壁在线检测评估模块可以共包括四个子模块：运动计算模块、喷射评估模块、缸内状态评估模块和燃油碰壁评估模块。

发动机参数包括：缸径、行程、连杆长度、压缩比、喷孔直径、上止点位置喷孔距活塞顶面高度、喷孔锥角、喷孔个数、喷嘴流量系数等。

实时信号包括：轨压、喷油量、加电时间、转速、凸轮轴相位、中冷后压力、中冷后温度、进气质量流量、EGR率、喷油正时、总喷射次数及当前喷射次序等。

标定参数包括：因发动机而异的各子模块的相关修正系数。

各子模块的作用如下：

运动计算模块：根据发动机缸径、行程、连杆长度、转速、凸轮相位和压缩比计算发动机当前活塞位置及缸内容积。

缸内状态评估模块：根据当前活塞位置及缸内容积、进气质量流量、中冷后压力、中冷后温度、EGR率和相关标定参数计算当前缸内气体密度和温度。

喷射评估模块：根据喷孔直径、喷孔锥角、喷孔个数、喷嘴流量、轨压、加电时间和相关标定参数计算整个喷射过程的实时喷射压力。

燃油碰壁评估模块：根据缸内状态评估模块和喷射评估模块输出结果以及喷孔结构参数(包括喷孔直径、喷孔个数和喷嘴流量系数)，判断是否出现燃油碰壁现象，并对喷射次数、喷油量和喷射正时进行修正。

如此设置，本发明提供的燃油碰壁在线检测评估方法，基于发动机结构参数、实时状态、标定参数以及理论模型进行燃油碰壁在线检测评估，对模型的适当简化保证了在线计算速度，与实时状态的采集一起保证了在线检测的实时性。实时在线检测评估可以确保在发动机运行条件随机变化的情况下使用多次喷射仍能避免燃油碰壁，进而使多次喷射发挥最大作用的同时避免机油稀释和发动机异常磨损成为可能。

本实施例中，缸内状态评估模块的详细流程如图2所示。

图2中的缸内状态评估过程用到1条CURVE和2张MAP共三个标定参数，包括用于修正喷射开始时刻的轨压-开启延迟CURVE、轨压-加电时间-喷油持续期MAP和转速-扭矩-发动机指示热效率MAP，以上三个标定参数的加入有助于提高发动机缸内状态评估的精度。需要说明的是，上述轨压-开启延迟CURVE、轨压-加电时间-喷油持续期MAP和转速-扭矩-发动机指示热效率MAP为本领域中常规的模型，本文不再进行具体描述。

需要说明的是，图2中纯压缩缸内状态计算，计算的是压缩终了、喷射开始时缸内气体的密度和温度，是基于进气终了时的状态进一步计算的。

另外，根据发动机ECU里有明确的状态指示位，可读取进行判断是否为预喷。

而且不是预喷的情况下，喷射开始前，前面已经完成喷射了，需要考虑燃油放出的热量重新进行评估，所以当判断当前喷射不是预喷时，要进行放热计算并基于纯压缩状态重新评估缸内状态。

喷射评估模块采用的是基于模型的评估方法，模型如图3所示。基于模型的评估可以更加精确地计算得到实际的喷射压力，从而提高燃油碰壁评估的精度。为了实现在线评估，必须缩短计算时间，本实施例对图3中的管路进行了简化，采用集总参数模型。

而且，本实施例对喷孔前腔体建立以一阶常微方程描述的模型，该方程具有解析解。对两个关键模型的简化能够保证在线检测的实时性。

喷射评估模块中用到了管路11的长度和直径、喷孔15的喷孔前腔体12的体积、针阀座13的最大开启面积四个结构参数，轨压14-开启延迟CURVE、轨压14-加电时间-喷油持续期MAP、轨压14-加电时间-关闭延迟MAP三个标定参数，实际上只在缸内评估模块标定参数的基础上增加了1个标定参数，且这些标定参数完全可以从燃油系统供应商处获得，本文不再进行具体说明。

燃油碰壁评估模块的详细流程如图4所示。图4中进行贯穿距计算时，用到一张标定MAP：压力-温度-修正系数MAP，通过该系数乘以计算得到的贯穿距得到最终的贯穿距。其中，“获取当前缸内工质状态”模块的详细解释见图2，“获取动态燃油喷射压力”采用图3中的模型计算。

本实施例提供的技术方案中，发动机结构参数、实时状态、标定参数以及理论模型进行燃油碰壁在线检测评估，对模型的适当简化保证了在线计算速度，与实时状态的采集一起保证了在线检测的实时性。5个标定变量(1条CURVE和4张MAP)可以从供应商处或者通过实验获得，保证了方案的可行性，同时提高了燃油碰壁评估的精度。实时在线检测评估可以确保在发动机运行条件随机变化的情况下使用多次喷射仍能避免燃油碰壁，进而使多次喷射发挥最大作用的同时避免机油稀释和发动机异常磨损成为可能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种燃油碰壁在线检测评估方法，其特征在于，包括步骤：

S1，采集发动机参数、实时信号及标定参数，所述发动机参数包括缸径、行程、连杆长度、压缩比、喷孔直径、上止点位置喷孔距活塞顶面高度、喷孔锥角、喷孔个数、喷嘴流量系数，所述实时信号包括轨压、喷油量、加电时间、转速、凸轮轴相位、中冷后压力、中冷后温度、进气质量流量、EGR率、喷油正时、总喷射次数及当前喷射次序，所述标定参数包括因发动机而异的运动计算模块、喷射评估模块、缸内状态评估模块和燃油碰壁评估模块的相关修正系数；

S2，根据采集的所述缸径、所述行程、所述连杆长度、所述转速、所述凸轮轴相位和所述压缩比，计算发动机当前活塞位置及缸内容积；

S3，根据所述发动机当前活塞位置及缸内容积、所述进气质量流量、所述中冷后压力、所述中冷后温度、所述EGR率和所述标定参数计算当前缸内气体密度和温度；

S4，根据所述喷孔直径、所述喷孔锥角、所述喷孔个数、所述喷嘴流量系数、所述轨压、所述加电时间和所述标定参数计算整个喷射过程的实时喷射压力；

S5，根据所述当前缸内气体密度和温度、所述整个喷射过程的实时喷射压力、所述喷孔直径、所述喷孔个数和所述喷嘴流量系数，判断是否出现燃油碰壁现象。

2.如权利要求1所述的燃油碰壁在线检测评估方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

获取所述发动机当前活塞位置及缸内容积；

读取实时进气状态参数；

进行纯压缩缸内状态计算；

获取喷射相关信息；

判断当前喷射是否为预喷；

如果是，则输出当前缸内气体密度和温度；

如果否，则进行燃油燃烧放热计算，并且基于纯压缩状态重新评估缸内状态，而后输出当前缸内气体密度和温度。

3.如权利要求1所述的燃油碰壁在线检测评估方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：

S51，获取当前缸内气体密度和温度；

S52，获取动态燃油当前喷射压力；

S53，获取活塞当前位置；

S54，计算喷雾夹角；

S55，判断油束与活塞区域是否完全重合；

如果是，则结束；

如果否，则判断油束与活塞区域是否部分重合；

如果油束与活塞区域部分重合，则计算不重合油束夹角区域的贯穿距；

如果油束与活塞区域没有部分重合，则计算整个油束夹角区域的贯穿距；

S56，根据计算得出的不重合油束夹角区域的贯穿距或者根据计算得出的整个油束夹角区域的贯穿距，判断油束是否碰壁；

如果否，则结束；

如果是，则进行喷射策略修改，完成策略修改后，重新进行步骤S51。

4.如权利要求1所述的燃油碰壁在线检测评估方法，其特征在于，步骤S4中，采用集总参数模型、和对喷孔前腔体建立的以一阶常微方程描述的模型，计算整个喷射过程的实时喷射压力。