CN111120131A - 一种电控柴油发动机起动喷油控制方法 - Google Patents

一种电控柴油发动机起动喷油控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种电控柴油发动机起动喷油控制方法，该方法可以实现各个发动机运行过程中的喷油量精确控制，从而实现满足不同温度，不同海拔高度下发动机的迅速起动，同时也能够实现发动机起动过程平缓过渡。该方法的主要实现步骤是：1、将发动机运行过程分为五个状态，分别为：停止状态、起动状态、助推状态、运行状态和重起状态；2、发动机运行过程喷油量控制。

Description

一种电控柴油发动机起动喷油控制方法
技术领域
本发明属于内燃机动力控制领域，具体涉及一种电控柴油发动机起动喷油控制方法。
背景技术
由于环境温度，海拔高度、负载变化的影响，可能在发动机正常起动阶段以及正常运转阶段都有可能出现发动机无法启动或停止工作的问题。
当环境温度降低时，对于发动机寄生负载随着温度的变化有较大的改变，在越冷的环境温度下有越大寄生负载；温度下降会使蓄电池活性降低，电容量减小，起动力矩也随之减少；以上原因导致发动机起动困难，发动机起动时间过长以及发动机无法起动。
在不同海拔高度的影响下，发动机进气密度不同，从而发动机进气量不同，导致发动机燃烧效果出现较大差异，严重时可能会出现发动机无法正常起动。
由于受到负载增大的情况影响，发动机转速过低，可能会导致发动机停止工作。
由于现有发动机在起动时无法对喷油量进行适应性调整，从而无法解决上述问题。
发明内容
本发明提供了一种电控柴油发动机起动喷油控制方法，采用算术运算结合MAP表查询的方式对喷油量进行控制，解决了不同温度、海拔高度环境情况下发动机起动过程时以及发动机运转过程中负载增大，发动机转速过低时，导致发动机停止工作的问题。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供了一种电控柴油发动机起动喷油控制方法，具体步骤如下：
步骤1：将发动机运行过程分为五个状态，分别为：停止状态、起动状态、助推状态、运行状态和重起状态；
停止状态为：发动机转速小于转速N1时的状态，该状态下发动机控制的喷油量为0；N1的取值范围为5～20r/min；
起动状态分为起动初始状态和起动运行状态；
起动初始状态为：发动机转速大于转速N1，且小于起动初始退出转速N2时的状态，该状态下发动机的喷油量为Lfuel1；起动初始退出转速N2根据当前时刻冷却液温度查询退出转速二维插值表获取；
起动运行状态为：发动机转速大于起动初始退出转速N2，且小于起动退出转速N3时的状态，该状态下发动机的喷油量为Lfuel2；N3为标定常量值，其范围为650～750r/min；
运行状态为：发动机转速大于起动退出转速N3时的状态；
助推状态为：发动机在起动状态下运行时间大于Tjump时的状态，该状态下发动机的喷油量为Lfuel3；Tjump为标定常量值，其范围为3s～5s；
重起状态为：上一时刻处于运行状态，当前时刻发动机转速小于N4时的状态，该状态下发动机的喷油量遵循以下原则：
A：发动机运行转速在N2和N3之间，发动机喷油量为Lfuel1；
B：发动机运行转速大于N3，发动机起动喷油量为Lfuel2；
C：发动机在重起状态时间大于Tjump则发动机喷油量为Lfuel3；
步骤2：发动机运行过程喷油量控制；
步骤2.1：发动机的电子控制器上电后，发动机开始运转，此时处于停止状态，喷油量为0；
步骤2.2：确定起动初始状态喷油量Lfuel1
步骤2.3：发动机起动初始状态喷油量控制；
起动机带动发动机运转，当发动机转速大于N1开始计时，若发动机转速小于N2且发动机起动状态运转时长T小于Tjump，则认为此时发动机为起动初始状态，此时控制发动机的喷油量为Lfuel1；
步骤2.4：发动机起动运行状态喷油量控制；
当发动机转速大于N2且小于N3，且发动机起动状态运转时长T小于Tjump则认为此时发动机为起动运行状态，此时控制发动机的喷油量为Lfuel2；
步骤2.5：发动机助推状态喷油量控制；
当发动机转速小于N3且发动机起动状态运转时长T大于Tjump时，发动机进入助推状态，此时控制发动机喷油量为Lfuel3；
步骤2.6：发动机以起动状态运行或以助推状态运行，且转速大于N3时，此时发动机进入运行状态；
步骤2.7：发动机重起状态喷油量控制；
发动机以运行状态或助推状态运行时，当发动机转速小于重起转速N4时，发动机进入重起状态；
重起状态时，喷油量分为三种情况：
A：发动机运行转速在N2和N3之间，发动机喷油量为Lfuel1；
B：发动机运行转速大于N3，发动机起动喷油量为Lfuel2；
C：发动机在重起状态时间大于Tjump则发动机喷油量为Lfuel3，直至发动机起动成功。
进一步地，上述步骤2.2的具体过程是：
采集当前时刻发动机进气压力和进气温度，若检测到冷却液温度传感器故障或环境压力传感器故障，则起动初始状态喷油量Lfuel1等于标定默认值,范围为20mg～150mg；
若检测没有故障，则根据当前时刻冷却液温度和环境压力查询初始状态喷油三维插值表获取实际所需的起动初始状态喷油量Lfuel1；
进一步地，上述起动运行状态的喷油量Lfuel2的具体计算公式是：
Figure BDA0002293832890000041
其中：Nenginespeed为当前发动机转速，Lfuelexit为起动退出时喷油量，起动退出时喷油量通过当前时刻进气温度和环境压力查询起动退出喷油量三维插值表获取。
进一步地，上述助推状态喷油量Lfuel3的具体计算公式是：
Lfuel3＝min(Lfuelmax，(Lfuejumpl(n-1)+Tperiod*Ratefuel))
其中，Lfuejumpl(n-1)为上一周期的喷油量，Tperiod为每一周期时长，Ratefuel为每一周期时长内的喷油变化量，Lfuelmax为发动机运行允许最大喷油量。
本发明的优点在于：
本发明的方法无需额外的传感器等硬件资源；首先对发动运行过程分为了多个状态，再通过多个MAP表(插值表)数据与数学公式相结合的方式，实现了各个状态的喷油量精确控制，从而实现满足不同温度，不同海拔高度下发动机的迅速起动，同时也能够实现发动机起动过程平缓过渡，
同时，本发明在发动机起动过程或发动机运行异常情况下增加了助推状态和重起状态，提高了起动效率和运行可靠性。
附图说明
图1发动机喷油控制的状态转移图；
图2发动机起动过程示意图；
图3为初始状态喷油三维插值表示意图；
图4为退出转速二维插值表示意图；
图5为起动退出喷油量三维插值表示意图；
图6为实施例中发动机运行过程转速与喷油量的实际效果图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的方法做进一步详尽的描述。
该方法的实现步骤如下图1所示：
步骤1：将发动机运行过程划分为五个状态，分别为：停止状态，起动初状态，助推状态，运行状态和重起状态，图2为发动机运行过程出现不同状态的示意图，其中，在发动机正常运行过程中，助推状态和重起状态不是必须经历的状态；
以下为几种状态的具体说明：
停止状态为：发动机转速小于转速N1时的状态，该状态下发动机控制的喷油量为0；N1的取值范围为5～20r/min；
起动状态分为起动初始状态和起动运行状态；
起动初始状态为：发动机转速大于转速N1，且小于起动初始退出转速N2时的状态，该状态下发动机的喷油量为Lfuel1；起动初始退出转速N2根据当前时刻冷却液温度查询退出转速二维插值表获取；
起动运行状态为：发动机转速大于起动初始退出转速N2，且小于起动退出转速N3时的状态，该状态下发动机的喷油量为Lfuel2；N3为标定常量值，其范围为650～750r/min；
运行状态为：发动机转速大于起动退出转速N3时的状态；
助推状态为：发动机在起动状态下运行时间大于Tjump时的状态，该状态下发动机的喷油量为Lfuel3；Tjump为标定常量值，其范围为3～5s；
重起状态为：上一周期处于运行状态，当前周期发动机转速小于N4时的状态，该状态下发动机的喷油量遵循以下原则：
A：发动机运行转速在N2和N3之间，发动机喷油量为Lfuel1；
B：发动机运行转速大于N3，发动机起动喷油量为Lfuel2；
C：发动机在重起状态时间大于Tjump则发动机喷油量为Lfuel3；
步骤2：发送机运行过程中喷油量控制
步骤2.1：发动机控制器上电后，检测发动机转速，当发动机转速小于转速N1,此时发动机处于停止状态,该状态下喷油量为0；
步骤2.2：确定起动初始状态喷油量Lfuel1
当发动机转速大于发动机停止转速N1，小于起动初始退出转速N2时且发动机起动状态运转时长T小于Tjump，则认为此时发动机为起动初始状态，该状态下的喷油量为Lfuel1，具体获取方式如下：
采集发动机进气压力和进气温度，若检测到冷却液温度传感器故障或环境压力传感器故障，则起动初始状态喷油量Lfuel1等于标定默认值,范围为20mg～150mg；若检测没有故障，则根据当前时刻冷却液温度和环境压力查询初始状态喷油三维插值表获取实际所需的起动初始状态喷油量Lfuel1,见图3所示。该图中X轴为冷却液温度，Y轴为环境压力，Z轴为喷油量。
当发动机转速大于起动初始退出转速N2小于起动退出转速N3，且发动机起动状态运转时长T小于Tjump时，则认为此时发动机为起动运行状态，其中N2通过冷却液温度查询退出转速二维插值表获取，见图4所示。N3为标定常量值；发动机的喷油量为Lfuel2，计算过程如下：
首先计算起动退出喷油量Lfuelexit，其值根据当前时刻进气温度和环境压力查询起动退出喷油量三维插值表获取，见图5所示。该表中X轴为冷却液温度，Y轴为进气压力，Z轴为喷油量。
其次再计算喷油量为Lfuel2，具体如公式(1)所示。
Figure BDA0002293832890000071
其中，Nenginespeed为发动机当前转速，Lfuelexit为起动退出转速时的喷油量。
当发动机以起动状态运行且转速大于N3时，此时发动机进入运行状态；
另外，还有一种状态是需要进入助推状态，由于发动机起动喷油量设定必须大于发动机的寄生负载，在越冷的环境温度下应该有越大的起动喷油量。但是在对于寄生负载随着温度的变化有较大的改变的情况，可以使用助推状态在寄生负载产生较大变化的情况下增加喷油量，该状态是在柴油发动机起动过程中不是必须执行过程，其具体是：
当发动机转速小于N3且发动机起动状态运转时长T大于Tjump时，发动机进入助推状态，此时控制发动机喷油量为Lfuel3；
助推状态下的喷油量Lfuejump计算步骤如下：
首先计算助推状态下初步喷油计算如公式(2)所示：
Lfuejump＝Lfuejumpl(n-1)+Tperiod*Ratefuel (2)
其中，Lfuejumpl(n-1)为上一周期的喷油量，Tperiod为每一周期时长，Ratefuel为每一周期时长内的喷油变化量，Lfuelmax为发动机运行允许最大喷油量。
其次，将助推状态下的计算的初步喷油量与柴油发动机运行最大喷油量进行比较取小，就是最终助推状态下的喷油量，计算如公式(3)所示：
Lfuel3＝min(Lfuelmax，Lfuejumpl) (3)
其中，Lfuelmax为发动机运行允许最大喷油量。
当发动机运行以助推状态运行且转速大于N3时，此时发动机进入运行状态；
发动机处于运行状态时，当发动机因外面负载变化突然将发动机转速小于到重起转速N4时，发动机进入重起状态。，该状态下发动机的喷油量遵循以下原则：
当发动机转速在N2和N3之间，发动机喷油量为Lfuel1；
当发动机转速大于N3，发动机起动喷油量为Lfuel2；
当发动机在重起状态时间大于Tjump则发动机喷油为Lfuel3，直至发动机起动成功。
针对某型电控柴油内燃机，缸数为6缸，排量为6.7L，额定功率为300马力，怠速转速为800r/min，采用上述方法根据发动机起动状态对喷油量进行控制。通过设置冷却液温度，环境压力，由起动机带动发动机运行，通过对喷油量控制，让发动机由停止实现发动机正常运转。工作步骤如下：
步骤1：设置N1为10r/min，起动退出转速N3为700r/min，Tjump为4s,通过温箱设置冷却液温度为-15℃，测量大气压力960Kpa,
步骤2：发动机的电子控制器上电后，根据当前时刻冷却液温度查询退出转速二维插值表获取发动机起动初始退出转速N2为450r/min；查询起动退出喷油量三维插值表获得起动退出喷油量Lfuelexit为15.63mg/stroke；
发动机开始转动，此时处于停止状态，喷油量为0,根据当前时刻冷却液温度查询退出转速二维表获取发动机起动退出转速N2为450r/min；
步骤3：确定起动初始状态喷油量Lfuel1，通过查询查询初始状态喷油三维插值表获得起动初始状态喷油量为Lfuel1为80.2mg/stroke；
步骤4：发动机起动初始状态喷油量控制；
起动机带动发动机运转，当发动机转速大于10r/min开始计时，若发动机转速小于N2且发动机起动状态运转时长t小于4s，则认为此时发动机为起动初始状态，此时控制发动机的喷油量为80.2mg/stroke；
步骤5：当发动机转速大于450r/min且小于700r/min，且发动机起动状态运转时长Tperiod小于4s则认为此时发动机为起动运行状态，此时控制发动机的喷油量为Lfuel2；
计算起动运行状态喷油量，采用如下公式计算起动运行状态喷油量：
Figure BDA0002293832890000091
将N2、N3、Lfuel1和Lfuelexit带入公式结果如下：
Lfuel2＝197.5-0.258*Nenginespeed (2)
步骤6：发动机在起动状态运行，当转速大于700r/min时，此时发动机进入运行状态,最终稳定在怠速转速800r/min.起动机带动发动机进入起动初始状态到进入运行状态共花费约4s，参见图6。

Claims (4)

1.一种电控柴油发动机起动喷油控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将发动机运行过程分为五个状态，分别为：停止状态、起动状态、助推状态、运行状态和重起状态；
停止状态为：发动机转速小于转速N1时的状态，该状态下发动机控制的喷油量为0；N1的取值范围为5～20r/min；
起动状态分为起动初始状态和起动运行状态；
起动初始状态为：发动机转速大于转速N1，且小于起动初始退出转速N2时的状态，该状态下发动机的喷油量为Lfuel1；起动初始退出转速N2根据当前时刻冷却液温度查询退出转速二维表获取；
起动运行状态为：发动机转速大于起动初始退出转速N2，且小于起动退出转速N3时的状态，该状态下发动机的喷油量为Lfuel2；N3为标定常量值，其范围为650～750r/min；
运行状态为：发动机转速大于起动退出转速N3时的状态；
助推状态为：发动机在起动状态下运行时间大于Tjump时的状态，该状态下发动机的喷油量为Lfuel3；Tjump为标定常量值，其范围为3s～5s；
重起状态为：上一时刻处于运行状态，当前时刻发动机转速小于N4时的状态，该状态下发动机的喷油量遵循以下原则：
A：发动机运行转速在N2和N3之间，发动机喷油量为Lfuel1；
B：发动机运行转速大于N3，发动机起动喷油量为Lfuel2；
C：发动机在重起状态时间大于Tjump则发动机喷油量为Lfuel3；
步骤2：发动机运行过程喷油量控制；
步骤2.1：发动机的电子控制器上电后，发动机开始运转，此时处于停止状态，喷油量为0；
步骤2.2：确定起动初始状态喷油量Lfuel1
步骤2.3：发动机起动初始状态喷油量控制；
起动机带动发动机运转，当发动机转速大于N1开始计时，若发动机转速小于N2且发动机起动状态运转时长T小于Tjump，则认为此时发动机为起动初始状态，此时控制发动机的喷油量为Lfuel1；
步骤2.4：发动机起动运行状态喷油量控制；
当发动机转速大于N2且小于N3，且发动机起动状态运转时长T小于Tjump则认为此时发动机为起动运行状态，此时控制发动机的喷油量为Lfuel2；
步骤2.5：发动机助推状态喷油量控制；
当发动机转速小于N3且发动机起动状态运转时长T大于Tjump时，发动机进入助推状态，此时控制发动机喷油量为Lfuel3；
步骤2.6：发动机以起动状态运行或以助推状态运行，且转速大于N3时，此时发动机进入运行状态；
步骤2.7：发动机重起状态喷油量控制；
发动机以运行状态或助推状态运行时，当发动机转速小于重起转速N4时，发动机进入重起状态；
重起状态时，喷油量分为三种情况：
A：发动机运行转速在N2和N3之间，发动机喷油量为Lfuel1；
B：发动机运行转速大于N3，发动机起动喷油量为Lfuel2；
C：发动机在重起状态时间大于Tkump则发动机喷油量为Lfuel3，直至发动机起动成功。
2.根据权利要求1所述的电控柴油发动机起动喷油控制方法，其特征在于：所述步骤2.2的具体过程是：
采集当前时刻发动机进气压力和进气温度，若检测到冷却液温度传感器故障或环境压力传感器故障，则起动初始状态喷油量Lfuel1等于标定默认值,范围为20mg～150mg；
若检测没有故障，则根据当前时刻冷却液温度和环境压力查询初始状态喷油三维插值表获取实际所需的起动初始状态喷油量Lfuel1。
3.根据权利要求2所述的电控柴油发动机起动喷油控制方法，其特征在于：所述起动运行状态的喷油量Lfuel2的具体计算公式是：
Figure FDA0002293832880000031
其中：Nenginespeed为当前发动机转速，Lfuelexit为起动退出时喷油量，起动退出时喷油量通过当前时刻进气温度和环境压力查询起动退出喷油量三维插值表获取。
4.根据权利要求1所述的电控柴油发动机起动喷油控制方法，其特征在于：所述助推状态喷油量Lfuel3的具体计算公式是：
Lfuel3＝min(Lfuelmax，(Lfuejumpl(n-1)+Tperiod*Ratefuel))其中Lfuejumpl(n-1)为上一周期的喷油量，Tperiod为每一周期时长，Ratefuel为每一周期时长内的喷油变化量，Lfuelmax为发动机运行允许最大喷油量。
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