CN106762164A - 燃用多种燃料压燃式发动机自调节可变气门控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃用多种燃料压燃式发动机自调节可变气门控制系统，该系统包括可变气门系统、可燃用多种燃料的压燃式发动机、进气加热装置、控制单元ECU以及贴近气缸的振动传感器、进气温度传感器、排气口处温度传感器、转速传感器。压燃式发动机可以燃用包括汽油、柴油在内的各种燃料，所述可变气门系统为双可变气门并且可以在一定角度范围内由所述控制单元ECU进行无极控制，控制单元ECU通过采集上述各传感器的信号，通过综合处理判断出发动机所燃燃油大致性质，进而控制可变气门系统做出相应的控制策略。本系统可确保燃用不同燃油的压燃式发动机其可变气门系统控制策略最优化，以确保发动机的安全高效的运行。

Description

燃用多种燃料压燃式发动机自调节可变气门控制系统及方法

技术领域

本发明设计内燃机领域，尤其涉及使用无凸轮可变气门系统的、可燃用多种燃料的发动机的可变气门系统控制策略。

背景技术

内燃机至今仍然是热效率最高、单位体积和单位重量功率最大的原动机，被应用仍然十分广泛。为了响应内燃机的节能减排，可变气门技术已经广泛应用于发动机上。可变气门技术目前主要分为基于凸轮轴的可变配气技术以及无凸轮配气技术。前者响应速度快，但是由于保留了凸轮，气门并不能任意可变，无凸轮可变配气技术则可以任意改变气门正时、升程及持续期，因此受到广泛的关注，并且由于它可以通过ECU进行控制，逐渐成为可变气门的一种趋势。

通过有限的可变气门配气技术，内燃机在排放和燃油经济性上得到了很大的改善，因此根据发动机的实际运行情况调节可变气门的控制策略，将会使内燃机性能得到进一步提升，并且根据不同燃油的性质，相应调整可变气门策略、进气加热装置策略和喷油策略，对于提高内燃机性能有很大的提高。近些年，汽油压燃的研究取得了显著成果，汽油实现压燃将会逐渐成熟，从而实现内燃机可燃用多种不同性质的燃料成为可能。然而，燃用不同性质的燃料，为了实现高效及安全的燃烧，要求可变气门的控制策略不同。

发明内容

本发明的目的在于实现燃用不同燃料的内燃机能够自动判断出燃料大致性质，从而实现最佳的可变气门控制策略，保证内燃机处于高效安全运行中。

为了达到上述目的，本发明提出的一种燃用多种燃料压燃式发动机自调节可变气门控制系统，包括压燃式发动机、可变气门系统、进气加热装置、控制单元ECU以及贴近气缸的振动传感器、排气温度传感器、进气温度传感器和转速传感器。所述压燃式发动机可以燃用汽油类、柴油类等各种燃料；所述可变气门系统为进气门和排气门可变气门系统，在进气门和排气门的开起范围内由所述控制单元ECU进行无极控制开起时刻；所述进气加热装置在所述压燃式发动机启动时由所述控制单元ECU控制进气加热，用于燃料的正常着火；所述振动传感器用来实时测出所述压燃式发动机的振动强度，以表征发动机缸内的燃烧状况；所述进气加热装置设置在进气管上，所述进气温度传感器设置在进气道口，所述排气温度传感器位于排气道口；所述控制单元ECU中储存了实验标定不同燃油性质的标准燃油在不同工况时不同策略下的各传感器数据，所述策略包括可变气门策略、进气加热装置策略和喷油策略。所述控制单元ECU接收所述振动传感器、排气温度传感器、进气温度传感器和转速传感器的信号，同时，对所述可变气门系统和进气加热装置进行控制。

利用上述燃用多种燃料压燃式发动机自调节可变气门控制系统的控制方法，其中，所述控制单元ECU中包括应对相对标定时的标准燃油偏向汽油类燃料和偏向柴油类燃料的可变气门控制策略、进气加热控制策略的调整策略以及调整幅度大小；并包括以下控制过程：

当所述压燃式发动机启动时，其启动的所需循环数以及启动后怠速的转速、启动时的振动强度以及启动后怠速时的振动强度、启动怠速的排气温度、进气温度依次被所述转速传感器、所述振动传感器、所述排气温度传感器、所述进气温度传感器所测量到并传给所述控制单元ECU；经所述控制单元ECU判断处理。

各传感器数据经所述控制单元ECU判断处理，与所述控制单元ECU中储存的实验标定时不同燃油性质的标准燃油在启动时各传感器数据进行比较，得到一个相应的可变气门策略以及进气加热策略，调整策略后,所述电控单元ECU继续监控采集各传感器数据，若采集各传感器数据正常，保证所述压燃式发动机平稳工作状态，保持此策略；

若各传感器数据不正常，所述控制单元ECU通过各传感器数据，与所述电控单元ECU中标定时在此时相同策略下，标准燃油的各传感器数据对比，得到相应的策略，所述电控单元ECU继续监控采集各传感器数据；

重复上述过程，从而形成一个闭合控制，使压燃式发动机处于平稳工作状态，直至进入运行状态；

所述发动机在运行过程中，燃料由汽油类燃料过渡到柴油类燃料时，或者由柴油类燃料过渡到汽油类燃料时，所述控制单元ECU根据所述振动传感器、所述排气温度传感器、所述转速传感器传来的数据捕捉到振动强度、排气温度和转速的变化，和所述电控单元中标定数据进行比较，判断出传感器数据不正常，继而得到相应的调整策略，然后调整可变气门控制策略和进气加热控制策略，调整策略后，所述控制单元ECU继续监控采集各个传感器数据，重复上述过程，从而形成一个闭合控制，使压燃式发动机保持在平稳工作运行状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用监测发动机的实际运行转态，通过与之前标定好的控制单元ECU进行对比，从而判断出大致燃油的性质，进而控制可变气门系统进行最优的控制策略。可变气门系统控制策略改变后，影响发动机的运行状况，从而再反应到发动机的振动、排温、转速波动上，这样就形成一个闭环控制，保证无论何种燃油，通过调整可变气门系统的控制策略，使发动机处于最高效的运行方式，同时，也是对发动机的一种保护。

附图说明

图1是本发明燃用多种燃料压燃式发动机自调节可变气门控制系统示意图；

图2是本发明控制方法中发动机运行时系统做出控制策略的框图；

图3是本发明控制方法中发动机启动时系统做出控制策略的框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1所示，本发明提出的一种燃用多种燃料压燃式发动机自调节可变气门控制系统，包括压燃式发动机1、可变气门系统2、进气加热装置4、控制单元ECU3以及贴近气缸的振动传感器6、排气温度传感器7、进气温度传感器8和转速传感器5；所述压燃式发动机1可以燃用汽油类、柴油类等各种燃料；所述可变气门系统2为进气门和排气门可变气门系统，在进气门和排气门的开起范围内由所述控制单元ECU进行无极控制开起时刻；所述进气加热装置4在所述压燃式发动机1启动时由所述控制单元ECU3控制进气加热，用于燃料的正常着火；所述振动传感器6用来实时测出所述压燃式发动机1的振动强度，从侧面大致反映缸内燃烧状况，以表征发动机缸内的燃烧状况；所述进气加热装置8设置在进气管上，所述进气温度传感器8设置在进气道口，所述排气温度传感器7位于排气道口。所述控制单元ECU3中储存了实验标定不同燃油性质的标准燃油在不同工况时不同策略下的各传感器数据，所述策略包括可变气门策略、进气加热装置策略和喷油策略，且标定燃油种类为跨越低十六烷值的汽油类燃料到高十六烷值的柴油类燃料的数种标准燃料。所述控制单元ECU3接收所述振动传感器6、排气温度传感器7、进气温度传感器8和转速传感器5的信号，从而判断所述发动机燃用燃油的大致性质，同时，对所述可变气门系统2和进气加热装置4进行控制，使所述可变气门系统2进行相应的最佳的控制策略。

利用上述燃用多种燃料压燃式发动机自调节可变气门控制系统，所述控制单元ECU 3中包括应对相对标定时的标准燃油偏向汽油类燃料和偏向柴油类燃料的可变气门控制策略、进气加热控制策略的调整策略以及调整幅度大小，所述偏向汽油类燃料是相对某一标准燃油十六烷值相对较低等，所述偏向柴油类燃料，是相对某一标准燃油，十六烷值相对较高燃料等；并包括以下控制过程：

当所述压燃式发动机1启动时，其启动的所需循环数以及启动后怠速的转速、启动时的振动强度以及启动后怠速的振动强度、启动怠速的排气温度、进气温度依次被所述转速传感器5、所述振动传感器6、所述排气温度传感器7、所述进气温度传感器8所测量到并传给所述控制单元ECU 3；经所述控制单元ECU3判断处理，与最近一次使用燃油的启动各传感器数据或标定时标准燃油的各传感器数据进行比较，得到合适的控制策略，所述控制单元ECU3控制调整所述可变气门2、所述进气加热装置4相应的策略，改变策略后，所述压燃式发动机1运行状态改变，并再次反应到所述压燃式发动机1的振动、转速、排起温度上，所述电控单元ECU3根据各传感器数据，判断此时策略是否合理，即各传感器数据是否正常，若正常，则保持当前控制策略，若不正常，所述电控单元再次根据各传感器得到合适的控制策略，并调整所述可变气门2、所述进气加热装置4的相应策略，重复上述过程，从而形成一个闭合控制，使压燃式发动机1处于平稳工作状态，直至进入运行状态。

其具体过程如图3所示，当所述压燃式发动机1冷启动时，所述控制单元ECU3给所述进气加热装置4开起信号，所述进气加热装置打开对进气进行加热，以保证所述发动机无论用汽油还是柴油等燃料，都满足正常启动的条件。所述控制单元ECU3在所述压燃式发动机1启动前控制所述可变气门系统2，使所述可变气门系统2的控制策略能保证所有性质燃油能正常着火启动，同时保证所述压燃式发动机1安全的运行。所述进气温度传感器8测量加热后的进气温度，并传给所述控制单元ECU 3。所述控制单元ECU 3中储存了实验标定的不同燃油性质的标准燃油在不同工况不同策略下的各传感器数据，所述控制单元ECU3同时采集各传感器的信号，包括启动时以及启动后怠速的振动强度、启动时所需的循环数以及怠速时的转速、启动怠速的排气温温等。在所述压燃式发动机1启动过程以及启动后，各传感器将所获得的信号数据传给所述控制单元ECU 3，然后所述控制单元ECU3对信号进行判断处理，并与最近一次使用燃油时的数据进行对比，如果相近，即数据相差为±10％之内，则判断出此次使用燃油性质与最近一次使用的燃油性质相近,所述控制单元ECU3控制所述可变气门系统2及所述进气加热装置4切换到与最近一次燃油对应的控制策略，所述控制单元ECU继续监控采集监控各传感器数据，并与最近一次使用的燃油在相同策略下各传感器数据比较，若相差不大，即数据相差±10％内，各传感器数据正常，保持此策略，并且所述控制单元ECU继续监控各传感器数据，进行循环判断；若相差大，即传感器数据不正常，则同如下与最近一次使用燃油数据相差很大情况处理。

若各传感器数据与最近一次使用燃油启动时相差很大，即不相近，各传感器数据与标定时所用不同性质的标准燃油在启动时的各传感器的数据进行对比，找出与标定时各传感器数据相近(±10％)的标准燃油,则此时使用的燃油与此标准燃油性质相近，所述控制单元ECU3控制所述可变气门系统2和所述进气加热装置，切换到此标准燃油相应的标定时的策略，调整后，所述控制单元ECU继续监控采集各传感器数据，并与此标准燃油在此相同策略下标定时的各传感器数据对比，若相差不大，即数据相差±10％，则各传感器数据正常，保持此策略，所述控制单元ECU继续监控各传感器数据，进行循环判断，若相差较大，循环上述的过程。

如果各传感器数据与标定时各标准燃油的数据相差很多，即与所述ECU3中标定的数种标准燃油的各传感器数据相差较大，数据不相近，此时选择与传感器数据差异小的相近标定标准燃油比较，若相对标定时相近标准燃油的排气温度高、所需启动的循环数高，怠速转速较低，振动强度较强，则此时的燃油性质较此相近标准燃油偏向汽油类燃料，即图中判断出燃油性质不偏向柴油类性质，并且所述ECU3对此时的燃油和相近标准燃油的各传感器数据进行一个差异比较，根据各传感器数据差异的大小，所述ECU3调取已标定好的，相对于此相近标准燃油的标定时策略调整幅度大小，即所述控制单元ECU3调节所述可变气门排气门相对相近标准燃油的标定策略调整幅度程度地晚关等策略，以加大内部EGR对缸内燃气进行加热，结合对所述加热装置加大调整幅度的进气加热强度，使燃烧更加稳定，同时喷油正时相对调整幅度的提前，即调向相对偏向汽油燃料的控制策略；反之，此时燃油相对于此相近标准燃油偏柴油类燃料，则所述控制单元ECU调节所述可变气门排气门调整幅度的早关等策略，减小气门重叠角，保证燃烧的稳定，同时调整幅度地减小所述加热装置进气加热强度，即调向相对偏向柴油燃料的控制策略，保证发动机安全平稳运行；调整策略后，所述控制单元ECU继续监控采集各传感器数据，并与标定时数据相差小的标准燃油在相同工况、相同的控制策略下的数据比较，得出相对此标准燃油标定策略调整幅度，并和之前的调整幅度比较，相差小，即数据相差±10％内，则数据正常，即各传感器数据正常，保持当前控制策略，所述控制单元ECU继续监控采集各传感器数据，进行循环判断，若调整幅度相差较大，循环进行上述过程。

由上述可知，形成了闭环控制，保证发动机平稳安全的运行，此过程直到所述压燃式发动机进入工作运行状态。。

所述压燃式发动机1在运行过程中，燃料由汽油类燃料过渡到柴油类燃料时，或者由柴油类燃料过渡到汽油类燃料时，所述控制单元ECU根据所述振动传感器6、所述排气温度传感器7、所述转速传感器5传来的数据捕捉到振动强度、排气温度和转速的变化，判断燃油相对几种标准燃油的性质，然后调整可变气门控制策略和进气加热控制策略，重复上述过程，从而形成一个闭合控制，此过程中达到迅速切换所述可变气门2的控制策略，保证压燃式发动机1保持在平稳工作运行状态。

其具体过程如图2所示，压燃式发动机在运行过程中，当由柴油类燃料过渡到汽油类燃料过程时，或者由汽油类燃料过渡到柴油类燃料时：

所述转速传感器、所述振动传感器、所述进气温度传感器、所述排气温传感器会将变化的信号传给所述控制单元ECU，所述控制单元ECU对信号处理，判断与前次采集到各传感器数据相差很大，即各传感器数据不正常，此时所述电控单元ECU3将此时的各传感器数据与标定时使用相同策略的各标准燃油的传感器进行比较，若和某一标准燃油各传感器数据相差不大，即数据相差±10％内，即传感器数据相近，则使用此标准燃油标定时的策略，使用策略后，所述控制单元ECU继续监控采集各传感器数据，并与此标准燃油在此相同策略下标定时的各传感器数据对比，若相差不大，即数据相差±10％内，则各传感器数据正常，保持此策略，所述控制单元ECU继续监控各传感器数据，进行循环判断，若相差较大，循环上述的过程；

若各传感器采集到的数据，相对于标定时所用标准燃油的数据，偏离合理范围，即与标定燃油数据不相近，此时选择与传感器数据相差小的较近的标定标准燃油比较，若此时排气温度增加、振动强度增大、工况没有变化情况下转速降低，此时燃油相对于此较近标准燃油的性质偏向汽油类，即不是偏向柴油类燃料，并且所述ECU3对此时燃油和相近标准油的各传感器数据进行一个差异比较，根据各传感器数据差异的大小，所述ECU3调取已标定好的，相对于此相近标准燃油的标定时策略调整幅度大小，所述控制单元ECU调节所述可变气门的排气门相对调整幅度的晚关等策略，加大气门重叠角，加大内部EGR，即调向下一偏向汽油燃料的控制策略，一方面起到加热作用，减少滞燃期，使燃烧更稳当，另一方面，减少氧浓度，使燃烧更温和；若相反，此时燃油相对于之前燃油的性质偏向柴油类，同样所述ECU3判断处理得到相对于相近标准燃油的标定时策略调整幅度大小，所述控制单元ECU 3调节控制所述可变气门的排气门相对调整幅度的早关等策略，减少气门重叠，即调向下一偏向柴油燃料的控制策略，保证所述压燃式发动机动力更足，更加平稳；调节后，所述控制单元ECU3再次采集各传感器数据，与所述ECU3中相近标准燃油在此时调整好的相同的策略下各个传感器数据比较，继而再次得到一个相对于相近标准燃油标定时策略调整幅度的大小，并和之前调整幅度进行比较，若相差不大，即数据相差在±10％之内，即各传感器数据正常，则保持当前控制策略，若相差较大，进行进一步调整策略，重复以上判断，直至传感器数据正常，即相对相近标准燃油标定策略调整幅度相差不大，调整幅度相差在±10％以内。

由上可知，形成了一闭环控制，能够保证所述压燃式发动机平稳安全高效的工作。

以上对本发明作了描述，但本发明并不局限于以上的实施方式，例如以上只是描述了使用压燃式内燃机，若采用其他类型的内燃机，也是采用本发明的思想方法，以及在缸压传感器普及后，使用缸压传感器来检测缸内燃烧状况，或者设定各工况下各传感器的范围值而不是对各燃油进行先标定，但依然运用此方法等，任何在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和方案改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种燃用多种燃料压燃式发动机自调节可变气门控制系统，其特征在于：包括压燃式发动机(1)、可变气门系统(2)、进气加热装置(4)、控制单元ECU(3)以及贴近气缸的振动传感器(6)、排气温度传感器(7)、进气温度传感器(8)和转速传感器(5)；

所述压燃式发动机(1)的燃料为汽油或柴油或介于汽油性质和柴油性质中间的燃油；所述可变气门系统(2)为进气门和排气门可变气门系统，在进气门和排气门的开起范围内由所述控制单元ECU进行无极控制开起时刻；所述进气加热装置(4)在所述压燃式发动机(1)启动时由所述控制单元ECU(3)控制进气加热，用于燃料的正常着火；所述振动传感器(6)用来实时测出所述压燃式发动机(1)的振动强度，以表征发动机缸内的燃烧状况；所述进气加热装置(8)设置在进气管上，所述进气温度传感器(8)设置在进气道口，所述排气温度传感器(7)位于排气道口；

所述控制单元ECU(3)中储存了数种实验标定不同燃油性质在不同工况不同策略下的各传感器数据，所述策略包括可变气门策略、进气加热装置策略和喷油策略；

所述控制单元ECU(3)接收所述振动传感器(6)、排气温度传感器(7)、进气温度传感器(8)和转速传感器(5)的信号，同时，对所述可变气门系统(2)和进气加热装置(4)进行控制。

2.一种燃用多种燃料压燃式发动机自调节可变气门控制方法，其特征在于：利用如权利要求1所述燃用多种燃料压燃式发动机自调节可变气门控制系统，所述控制单元ECU(3)中包括应对相对标定时的标准燃油偏向汽油类燃料和偏向柴油类燃料的可变气门控制策略、进气加热控制策略的调整策略以及调整幅度大小；并包括以下控制过程：

当所述压燃式发动机(1)启动时，其启动的所需循环数以及启动后怠速的转速、启动时的振动强度以及启动后怠速的振动强度、启动怠速的排气温度、进气温度依次被所述转速传感器(5)、所述振动传感器(6)、所述排气温度传感器(7)、所述进气温度传感器(8)所测量到并传给所述控制单元ECU(3)；

各传感器数据经所述控制单元ECU(3)判断处理，与所述控制单元ECU(3)中储存的实验标定时不同燃油性质的标准燃油在启动时各传感器数据进行比较，得到一个相应的可变气门策略以及进气加热策略，调整策略后,所述电控单元ECU(3)继续监控采集各传感器数据，若采集各传感器数据正常，保证所述压燃式发动机平稳工作状态，保持此策略；

若各传感器数据不正常，所述控制单元ECU(3)通过各传感其数据，与所述电控单元ECU(3)中标定时在此时相同策略下，标准燃油的各传感器数据对比，得到相应的策略，所述电控单元ECU(3)继续监控采集各传感器数据；

重复上述过程，从而形成一个闭合控制，使压燃式发动机处于平稳工作状态，直至进入运行状态；

所述发动机(1)在运行过程中，燃料由汽油类燃料过渡到柴油类燃料时，或者由柴油类燃料过渡到汽油类燃料时，所述控制单元ECU根据所述振动传感器(6)、所述排气温度传感器(7)、所述转速传感器(5)传来的数据捕捉到振动强度、排气温度和转速的变化，和所述电控单元(3)中标定数据进行比较，判断出传感器数据不正常，继而得到相应的调整策略，然后调整可变气门控制策略和进气加热控制策略，调整策略后，所述控制单元ECU(3)继续监控采集各个传感器数据，重复上述过程，从而形成一个闭合控制，使压燃式发动机保持在平稳工作运行状态。