CN108730094A - 一种在高原低温环境下的辅助起动控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种在高原低温环境下的辅助起动控制系统，在现有发动机结构基础上增加了空压机、储气罐、储气罐加热格栅和储气罐电磁阀；其中，所述发动机电子控制单元分别与所述进气节流阀、所述废气节流阀、所述空压机、所述储气罐加热格栅和所述储气罐电磁阀相连；所述储气罐加热格栅设置在所述储气罐内部；所述储气罐电磁阀设置在所述储气罐和所述发动机之间；所述空压机与所述储气罐相连，为所述储气罐提供压力。本发明实现了在起动过程中对燃烧室进行补气和加热，以达到提高柴油机在高原低温环境下的起动性能。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，更具体的，涉及一种在高原低温环境下的辅助起动控制系统。
背景技术
起动性能是柴油机的重要性能指标之一。如果在-15℃以下的低温环境且海拔4000m以上的高原环境下，起动过程中进入气缸的空气温度低、漏气量加大、空气密度低和空气含氧率低等外部恶劣因素导致气缸压缩终了的混合气的温度低和燃烧效率低，最终导致柴油机不能起动或不能可靠地起动。不仅会降低柴油机的燃烧效率，而且还会给使用者带来许多不便，甚至会延误时机造成重大损失。
发明内容
有鉴于此，本发明公开了一种在高原低温环境下的辅助起动控制系统及方法，在起动过程中对燃烧室进行补气和加热，以达到提高柴油机在高原低温环境下的起动性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供的具体技术方案如下：
一种在高原低温环境下的辅助起动控制系统，包括发动机进气管、发动机排气管、发动机、设置在所述发动机进气管上的进气节流阀、以及设置在所述发动机进气管与所述发动机排气管之间的废气节流阀，所述系统还包括：发动机电子控制单元、空压机、储气罐、储气罐加热格栅和储气罐电磁阀；
其中，所述发动机电子控制单元分别与所述进气节流阀、所述废气节流阀、所述空压机、所述储气罐加热格栅和所述储气罐电磁阀相连；
所述储气罐加热格栅设置在所述储气罐内部；
所述储气罐电磁阀设置在所述储气罐和所述发动机之间；
所述空压机与所述储气罐相连，为所述储气罐提供压力。
可选的，所述储气罐加热格栅均匀分布在所述储气罐的内部。
可选的，所述系统还包括：温度传感器和大气压力传感器，所述温度传感器和所述大气压力传感器均与所述发动机电子控制单元相连。
可选的，所述系统还包括：发动机转速传感器、设置在所述储气罐电磁阀进气端的第一压力传感器和设置在所述储气罐电磁阀出气端的第二压力传感器，所述发动机转速传感器、所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均与所述发动机电子控制单元相连。
可选的，所述系统还包括：设置在所述储气罐上的单向阀。
一种在高原低温环境下的辅助起动控制方法，应用于发动机电子控制单元，所述方法包括：
当检测到环境温度小于温度设定值、大气压力小于压力设定值，且发动机状态为准备起动状态或起动状态时，关闭进气节流阀和废气节流阀，并打开储气罐加热格栅；
根据发动机转速、发动机的实际进气压力和储气罐压力，计算所述储气罐电磁阀的需求开度；
依据所述储气罐电磁阀的实际开度，利用PID控制对所述储气罐电磁阀的实际开度进行调节。
可选的，所述根据发动机转速、发动机的进气压力和储气罐压力，计算所述储气罐电磁阀的需求开度，包括：
根据所述发动机转速、发动机的实际进气压力和储气罐压力，计算所述储气罐电磁阀的需求开度前馈；
依据预设设定的发动机进气压力与所述发动机的实际进气压力的差值、以及电磁阀开度修正系数，对所述储气罐电磁阀的需求开度前馈进行修正，得到所述储气罐电磁阀的需求开度，所述电磁阀开度修正系数是根据所述储气罐电磁阀的响应特性预先标定的。
可选的，所述方法还包括：
当发动机起动成功后，将所述进气节流阀和所述废气节流阀恢复到正常开度，并在预设时间后关闭所述储气罐加热格栅和所述储气罐电磁阀。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明公开的在高原低温环境下的辅助起动控制系统及方法，当整车处于高原低温环境下时，利用空压机和储气罐储存的空气为发动机的起动提供充足的气源，并且为了保证良好的起动效果，利用储气罐加热格栅对储气罐中的空气进行加热，提高了柴油机在高原低温环境下的起动性能。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种在高原低温环境下的辅助起动控制系统结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种在高原低温环境下的辅助起动控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本实施例公开了一种在高原低温环境下的辅助起动控制系统，包括：发动机进气管101、发动机排气管102、发动机103、设置在所述发动机进气管101上的进气节流阀104、以及设置在所述发动机进气管101与所述发动机排气管102之间的废气节流阀105，发动机电子控制单元(英文全称： Electronic Control Unit，英文简称：ECU)、空压机106、储气罐107、储气罐加热格栅108和储气罐电磁阀109；
压壳和涡壳分别与大气连通，新鲜空气经过压壳和发动机进气管101和进气节流阀104，即TV阀，进入发动机103的气缸，进气节流阀104主要用于控制进入发动机气缸的新鲜进气量。废气节流阀105，即EGR阀，主要用于控制再循环进入发动机气缸的废气量，发动机产生的废气经过发动机排气管102和涡壳排到大气中。
其中，所述发动机电子控制单元分别与所述进气节流阀104、所述废气节流阀105、所述空压机106、所述储气罐加热格栅108和所述储气罐电磁阀109 相连，并对其进行控制。发动机电子控制单元可以通过CAN总线或硬线的方式控制进气节流阀104、废气节流阀105、空压机106、储气罐加热格栅108和储气罐电磁阀109。
所述空压机106与所述储气罐107相连，为所述储气罐107提供压力，储气罐107能存储压缩空气，减少由于压缩机排气不连续产生的压力脉动，实现供气和用气的平衡。
所述储气罐加热格栅108设置在所述储气罐107内部，为了更好的对储气罐107中的气体进行加热，储气罐加热格栅108可以均匀分布在储气罐107内部。
所述储气罐电磁阀109设置在所述储气罐107和所述发动机103之间，当发动机电子控制单元检测到环境温度小于温度设定值、大气压力小于压力设定值，且发动机状态为准备起动状态或起动状态时，关闭进气节流阀103和废气节流阀104，并打开储气罐加热格栅108，根据发动机转速、发动机的实际进气压力和储气罐压力，计算所述储气罐电磁阀109的需求开度，并依据所述储气罐电磁阀109的实际开度，利用PID控制对所述储气罐电磁阀109的实际开度进行调节。
当发动机电子控制单元检测到发动机起动成功后，将进气节流阀103和废气节流阀104恢复到正常开度，并在一段时间后关闭储气罐加热格栅108和储气罐电磁阀109。
具体的，所述系统还包括：温度传感器和大气压力传感器，所述温度传感器和所述大气压力传感器均与所述发动机电子控制单元相连，发动机电子控制单元通过温度传感器的检测值和大气压力传感器的检测值判断当前是否处于高原低温环境下。
所述系统还包括：发动机转速传感器、设置在所述储气罐电磁阀进气端的第一压力传感器和设置在所述储气罐电磁阀出气端的第二压力传感器，所述发动机转速传感器、所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均与所述发动机电子控制单元相连。发动机电子控制单元通过第一压力传感器的检测值确定储气罐压力，并通过第二压力传感器的检测值确定发动机的实际进气压力。
优选的，所述系统还包括：设置在所述储气罐上的单向阀，所述单向阀用于在空压机起动失败时，手动向储气罐中打气，保证在空压机起动失败时储气罐也可以为发动机供气。
本实施例公开的在高原低温环境下的辅助起动控制系统，当整车处于高原低温环境下时，利用空压机和储气罐储存的空气为发动机的起动提供充足的气源，并且为了保证良好的起动效果，利用储气罐加热格栅对储气罐中的空气进行加热，提高了柴油机在高原低温环境下的起动性能。
基于上述实施例公开的一种高原低温环境下的辅助起动控制系统，请参阅图2，本实施例对应公开了一种高原低温环境下的辅助起动控制方法，应用于所述辅助起动控制系统中的发动机电子控制单元，所述方法具体包括以下步骤：
S101：当检测到环境温度小于温度设定值、大气压力小于压力设定值，且发动机状态为准备起动状态或起动状态时，关闭进气节流阀和废气节流阀，并打开储气罐加热格栅；
可以理解的是，当检测到环境温度小于温度设定值、大气压力小于压力设定值时，判定整车处于高原低温环境下，需要对其进行加热补气控制。
进气节流阀设置在发动机进气管上，废气节流阀设置在发动机进气管和排气管之间，发动机进气管通过压壳直接连通大气，发动机排气管通过涡壳直接连通大气。由于高原环境下外部环境压力小，若不关闭进气节流阀和废气节流阀，储气罐中的气体会通过压力较小的管道排到大气中，而不会进入发动机燃烧室，因此，在进行加热补气控制时需要关闭进气节流阀和废气节流阀的目的在于隔断外部环境与发动机的气体流通，使储气罐中的气体进入到发动机燃烧室。
S102：根据发动机转速、发动机的实际进气压力和储气罐压力，计算所述储气罐电磁阀的需求开度；
具体的，根据所述发动机转速、发动机的实际进气压力和储气罐压力，计算所述储气罐电磁阀的需求开度前馈；
依据预设设定的发动机进气压力与所述发动机的实际进气压力的差值、以及电磁阀开度修正系数，对所述储气罐电磁阀的需求开度前馈进行修正，得到所述储气罐电磁阀的需求开度，所述电磁阀开度修正系数是根据所述储气罐电磁阀的响应特性预先标定的。
综上，储气罐电磁阀的需求开度的计算公式为：
其中，R为储气罐电磁阀的需求开度，单位为％；
VE为发动机排量，单位为L；
ρ为进入燃烧室的空气密度，单位kg/m3；
N为发动机转速，单位r/min；
KS为综合流量系数，与整个进气管路的流阻与修正系数有关，需要根据具体的机型和管路布置标定决定，需要标定；
A为储气罐电磁阀处的横截面积；
PC为储气罐压力，Pa；
PI为发动机的实际进气压力，即，进入燃烧室的气体压力，Pa；
KA为电磁阀开度修正系数，与阀的响应特性相关，需要标定；
Pst为进入燃烧室的气体的设定压力，Pa；为了保证高原和平原同样的起动效果，通常将该压力值设定为标准大气压。
S103：依据所述储气罐电磁阀的实际开度，利用PID控制对所述储气罐电磁阀的实际开度进行调节。
具体的，依据所述储气罐电磁阀的实际开度，利用PID控制对储气罐电磁阀的实际开度进行实时调节。PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D 组成，对储气罐电磁阀的实际开度进行闭环控制调节，降低误差。
还需要说明的是，当发动机起动成功后，发动机处于正常阶段，此时需要退出加热补气控制。为了保证切换过程进气充足，将所述进气节流阀和所述废气节流阀恢复到正常开度之后，要在预设时间后关闭所述储气罐加热格栅和所述储气罐电磁阀，即增加储气罐电磁阀的延迟时间，具体预设时间的标定由进气节流阀和废气节流阀的响应时间来决定。
本实施例公开的一种在高原低温环境下的辅助起动控制方法，通过在高原低温环境下对发动机进行加热补气控制，保证了具有进气节流阀和废气节流阀的电控柴油机在高原低温环境下的可靠起动。
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 (8)
1.一种在高原低温环境下的辅助起动控制系统，包括发动机进气管、发动机排气管、发动机、设置在所述发动机进气管上的进气节流阀、以及设置在所述发动机进气管与所述发动机排气管之间的废气节流阀，其特征在于，所述系统还包括：发动机电子控制单元、空压机、储气罐、储气罐加热格栅和储气罐电磁阀；
其中，所述发动机电子控制单元分别与所述进气节流阀、所述废气节流阀、所述空压机、所述储气罐加热格栅和所述储气罐电磁阀相连；
所述储气罐加热格栅设置在所述储气罐内部；
所述储气罐电磁阀设置在所述储气罐和所述发动机之间；
所述空压机与所述储气罐相连，为所述储气罐提供压力。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储气罐加热格栅均匀分布在所述储气罐的内部。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：温度传感器和大气压力传感器，所述温度传感器和所述大气压力传感器均与所述发动机电子控制单元相连。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：发动机转速传感器、设置在所述储气罐电磁阀进气端的第一压力传感器和设置在所述储气罐电磁阀出气端的第二压力传感器，所述发动机转速传感器、所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均与所述发动机电子控制单元相连。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：设置在所述储气罐上的单向阀。
6.一种在高原低温环境下的辅助起动控制方法，其特征在于，应用于发动机电子控制单元，所述方法包括：
当检测到环境温度小于温度设定值、大气压力小于压力设定值，且发动机状态为准备起动状态或起动状态时，关闭进气节流阀和废气节流阀，并打开储气罐加热格栅；
根据发动机转速、发动机的实际进气压力和储气罐压力，计算所述储气罐电磁阀的需求开度；
依据所述储气罐电磁阀的实际开度，利用PID控制对所述储气罐电磁阀的实际开度进行调节。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据发动机转速、发动机的进气压力和储气罐压力，计算所述储气罐电磁阀的需求开度，包括：
根据所述发动机转速、发动机的实际进气压力和储气罐压力，计算所述储气罐电磁阀的需求开度前馈；
依据预设设定的发动机进气压力与所述发动机的实际进气压力的差值、以及电磁阀开度修正系数，对所述储气罐电磁阀的需求开度前馈进行修正，得到所述储气罐电磁阀的需求开度，所述电磁阀开度修正系数是根据所述储气罐电磁阀的响应特性预先标定的。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当发动机起动成功后，将所述进气节流阀和所述废气节流阀恢复到正常开度，并在预设时间后关闭所述储气罐加热格栅和所述储气罐电磁阀。
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