CN109854402A - 柴油机变海拔自适应系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种柴油机变海拔自适应系统,由双VGT二级可调增压自适应系统、燃油喷射自适应系统和冷却自适应系统组成,这三个系统分别与柴油机ECU进行通信;所述双VGT二级可调增压自适应系统包括串接的高、低压级VGT、高、低压涡轮和高、低级压气机,高、低压涡轮分别连接涡轮转速传感器且其内部具有的绕自身轴心转动的VGT叶片,高、低压气机后分别设置中冷器和增压压力传感器;所述冷却自适应系统包括节温器、散热器、电控水泵、电控水泵变频、电控风扇、电控风扇变频器和冷却水流量传感器。该系统使柴油机ECU根据海拔和工况的变化,动态控制三个系统,实现在0m~6000m海拔范围内,柴油机动力性、经济性和热平衡性能不降低的目标。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域,特别是涉及一种柴油机变海拔自适应系统。
背景技术
我国是一个高原大国,拥有世界上面积最大的高原地域。青藏高原是世界上最具代表性的高原,平均海拔超过4000m,总面积达240万km2,约占国土面积的1/4。车辆在高原公路(如青藏线、川藏线和滇藏线等)行驶时,具有海拔高、落差大、坡陡、长坡多、工况复杂的特点,进气充量减少致使柴油机燃烧恶化,功率、燃油消耗率、热负荷等各项技术性能劣化明显。据统计,海拔每升高1000m柴油机动力性下降4.0%~13.0%、经济性下降2.7%~12.9%,涡前排温和缸盖温度升高7%~10%,机体热强度增加1%~3%,加之水沸点降低,易出现冷却系统“开锅”现象。此外,在变海拔变工况条件下,柴油机不同控制参数具有非线性、强耦合、多约束等特点,仅依靠单参数或单系统调节控制,难以满足柴油机变海拔、变工况工作需求。
柴油机变海拔自适应系统能够根据海拔和工况协同控制增压系统、燃油喷射系统和冷却系统中的主要参数,在满足一定柴油机工作过程的限制条件下,实现海拔6000m柴油机动力性、经济性和热平衡性能与0m海拔相比不降低的目标。
发明内容
针对现有柴油机增压系统和冷却系统不能适应海拔和工况变化、增压系统与喷油系统变海拔、变工况工作不匹配的技术缺陷。本发明设计一种柴油机变海拔自适应系统,该系统使柴油机ECU根据海拔和工况的变化,动态控制双VGT二级可调增压系统、燃油喷射系统和冷却系统,实现在0m~6000m海拔范围内,柴油机动力性、经济性和热平衡性能不降低的目标。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是:
一种柴油机变海拔自适应系统,由双VGT二级可调增压自适应系统、燃油喷射自适应系统和冷却自适应系统组成,这三个系统分别与柴油机ECU进行通信;所述双VGT二级可调增压自适应系统包括高、低压级VGT、高、低压涡轮和高、低级压气机,高、低压级VGT为串联结构,高、低压涡轮分别连接涡轮转速传感器且其内部具有的绕自身轴心转动的VGT叶片,高、低压气机后分别设置中冷器和增压压力传感器;所述冷却自适应系统包括节温器、散热器、电控水泵、电控水泵变频、电控风扇、电控风扇变频器和冷却水流量传感器,柴油机的进、出水循环管路上安装节温器、散热器、电控水泵、电控水泵变频器和冷却水流量传感器,散热器两端安装温度传感器。
上述柴油机变海拔自适应系统的控制方法,其特征在于:
①柴油机ECU接收到双VGT二级可调增压自适应系统输出的高、低压级压气机后实际增压压力,查询目标增压压力map,最终优化标定得到增压压力目标map,使VGT叶片开度达到最佳,以驱动信号动态调节VGT叶片;
②柴油机ECU接收到的柴油机负荷、转速、温度和压力信号,查询不同海拔喷油量、喷油提前角和共轨压力map,输出控制信号动态控制燃油喷射燃油喷射自适应系统中高压泵压力控制阀和喷油器电磁阀工作;
③柴油机ECU接收到冷却自适应系统输出的实际冷却液温度和流量,再根据ECU传来的冷却水目标温度和流量map,标定得到不同海拔和不同工况下的和冷却液流量和冷却液温度最佳map,以控制电控水泵和电控风扇达到最佳转速。
上述燃油喷射自适应系统采用德国Bosch电控高压共轨技术。
上述冷却自适应系统以柴油机有效热效率最大为优化目标,以冷却液沸点和进出冷却液温差ΔT(5<ΔT<9℃)为限制条件,标定得到不同海拔和不同工况下的和冷却液流量和冷却液温度最佳map。
上述双VGT二级可调增压自适应系统和燃油喷射自适应系统以柴油机功率最大和燃油消耗率最小为优化目标,以最高燃烧压力<17MPa、涡前排温<750℃和涡轮转速为限制条件,标定得到不同海拔和不同工况下增压压力,即高、低压级压气机后压力的最佳map和喷油脉宽、喷油压力、喷油提前角的最佳map。
本发明ECU根据海拔和工况的变化,动态控制双VGT二级可调增压系统、燃油喷射系统和冷却系统,实现在0m~6000m不同海拔环境条件(大气压力、大气温度)和不同柴油机工况(转速、负荷)下,进行柴油机增压压力、喷油系统参数、冷却液冷却强度的协同控制,实现柴油机不同海拔动力性、经济性、热平衡性等综合性能与平原相比不降低的目标。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是双VGT二级可调增压自适应系统和燃油喷射自适应系统优化标定流程示意图;
图3是冷却自适应系统优化标定流程图。
附图标记说明:1——柴油机;2——燃油喷射自适应系统;3——双VGT二级可调增压自适应系统;4——高压级VGT;5——低压级VGT;6——低压级VGT叶片;7——高压级VGT叶片;8——高压级涡轮直流电机;9——低压级直流电机;10——进气;11——排气;12——涡轮转速传感器;13、14——增压压力传感器;15、16——中冷器;17——进水口;18——出水口;19——电控节温器;20——散热器;21、22——温度传感器;23——电动水泵;24——电控风扇;25——电控风扇变频器;26——电动水泵变频器;27——冷却自适应系统;28——柴油机ECU;29——冷却水流量传感器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,本发明柴油机变海拔自适应系统由柴油机机体1、双VGT二级可调增压自适应系统3、燃油喷射自适应系统2、冷却自适应系统27和柴油机ECU28组成。其中,双VGT二级可调增压自适应系统3由高压级VGT4和低压级VGT5串联,高、低压级VGT涡轮内部具有绕自身轴心转动的VGT叶片6、7,高、低压气机后分别设置中冷器15和中冷器16,增压压力传感器13和增压压力传感器14。柴油机ECU28接收到双VGT二级可调增压自适应系统中高、低压级压气机后增压压力传感器13和14输出的实际增压压力,查询目标增压压力map,最终优化标定得到增压压力目标map,使VGT叶片6、7开度达到最佳,以驱动信号动态调节VGT叶片;
燃油喷射自适应系统2采用德国Bosch电控高压共轨技术,柴油机ECU28根据接收到的柴油机1工况(负荷、转速)和环境信号(压力、温度),查询不同海拔喷油参数(喷油量、喷油提前角、共轨压力)map,输出控制信号驱动燃油喷射自适应系统2执行器工作。
冷却自适应系统27由节温器19、散热器20、温度传感器21和22、电控水泵23、电控风扇24、电控风扇变频器25、电控水泵变频器26、冷却水流量传感器29组成。
柴油机ECU接收到冷却自适应系统传感器21、22、29采集的实际冷却液温度和流量,再根据ECU传来的冷却水目标温度和流量map,标定得到不同海拔和不同工况下的和冷却液流量和冷却液温度最佳map,以控制电控水泵23和电控风扇24达到最佳转速。
如图2所示,本发明柴油机增压系统与喷油系统优化标定流程。图中,将增压压力和喷油参数(喷油量、喷油提前角、共轨压力)一同作为标定参数来进行优化。本发明优化过程采用智能进化类算法,输出参数有增压压力I、增压压力II、喷油量、喷油提前角、共轨压力5个标定参数,在一定的环境参数(压力、温度)和转速下,以满负荷功率最大、部分负荷燃油消耗率最小为优化目标,进行迭代计算,最终优化标定得到增压压力目标map和喷油参数(喷油量、喷油提前角、共轨压力)目标map。本发明根据工况不同,以柴油机功率最大和燃油消耗率最小为优化目标,在最高燃烧压力(<17MPa)、涡前排温(<750℃)和涡轮转速为限制条件,标定得到不同海拔和不同工况下增压压力(高、低压级压气机后压力)、喷油参数(喷油脉宽、喷油压力、喷油提前角)最佳map。
如图3所示,本发明柴油机变海拔冷却系统优化标定流程。图中,在一定的柴油机工况和环境参数下,对冷却液温度和流量两个参数优化标定,得到不同海拔和工况下最佳冷却液参数(流量、温度)map。本发明以柴油机有效热效率最大为优化目标,以冷却液沸点和进出冷却液温差ΔT(5<ΔT<9℃)为限制条件,标定得到不同海拔和不同工况下的和冷却液参数(冷却液流量、冷却液温度)最佳map。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种柴油机变海拔自适应系统,其特征在于:由双VGT二级可调增压自适应系统、燃油喷射自适应系统和冷却自适应系统组成,这三个系统分别与柴油机ECU进行通信;所述双VGT二级可调增压自适应系统包括高、低压级VGT、高、低压涡轮和高、低级压气机,高、低压级VGT为串联结构,高、低压涡轮分别连接涡轮转速传感器且其内部具有的绕自身轴心转动的VGT叶片,高、低压气机后分别设置中冷器和增压压力传感器;所述冷却自适应系统包括节温器、散热器、电控水泵、电控水泵变频、电控风扇、电控风扇变频器和冷却水流量传感器,柴油机的进、出水循环管路上安装节温器、散热器、电控水泵、电控水泵变频器和冷却水流量传感器,散热器两端安装温度传感器。
2.一种根据权利要求1所述的柴油机变海拔自适应系统的控制方法,其特征在于:
①柴油机ECU接收到双VGT二级可调增压自适应系统输出的高、低压级压气机后实际增压压力,查询目标增压压力map,最终优化标定得到增压压力目标map,使VGT叶片开度达到最佳,以驱动信号动态调节VGT叶片;
②柴油机ECU接收到的柴油机负荷、转速、温度和压力信号,查询不同海拔喷油量、喷油提前角和共轨压力map,输出控制信号动态控制燃油喷射燃油喷射自适应系统中高压泵压力控制阀和喷油器电磁阀工作;
③柴油机ECU接收到冷却自适应系统输出的实际冷却液温度和流量,再根据ECU传来的冷却水目标温度和流量map,标定得到不同海拔和不同工况下的和冷却液流量和冷却液温度最佳map,以控制电控水泵和电控风扇达到最佳转速。
3.根据权利要求1或2所述的柴油机变海拔自适应系统的控制方法,其特征在于:上述燃油喷射自适应系统采用德国Bosch电控高压共轨技术。
4.根据权利要求2所述的柴油机变海拔自适应系统的控制方法,其特征在于:上述冷却自适应系统以柴油机有效热效率最大为优化目标,以冷却液沸点和进出冷却液温差ΔT(5<ΔT<9℃)为限制条件,标定得到不同海拔和不同工况下的和冷却液流量和冷却液温度最佳map。
5.根据权利要求2所述的柴油机变海拔自适应系统的控制方法,其特征在于:上述双VGT二级可调增压自适应系统和燃油喷射自适应系统以柴油机功率最大和燃油消耗率最小为优化目标,以最高燃烧压力<17MPa、涡前排温<750℃和涡轮转速为限制条件,标定得到不同海拔和不同工况下增压压力,即高、低压级压气机后压力的最佳map和喷油脉宽、喷油压力、喷油提前角的最佳map。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190607 |