CN113074056B - 一种全工况柴油微喷引燃控制方法 - Google Patents

一种全工况柴油微喷引燃控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全工况柴油微喷引燃控制方法，冷却介质循环管路上设有流量控制阀；方法包括：对发动机运行状态进行判定。启动状态时在纯柴油模式下启动，调整燃油参数值和燃油轨压后进行启动；启动成功且燃气条件具备时，纯柴油模式向微喷引燃模式切换，调整燃油轨压同时执行燃油/燃气控制步骤A；正常运行或负载变化率突减状态时，微喷引燃模式下运行；控制流量控制阀开度使中冷后空气实际温度等于目标温度；同时执行燃油/燃气控制步骤B。负载变化率突增状态时，当前模式下继续运行，流量控制阀全开同时执行燃油/燃气控制步骤C。跛行状态时在纯柴油模式运行。本发明可实现全工况高替代率运行，提高动力响应性并确保燃烧和排放的稳定可控。

Description

一种全工况柴油微喷引燃控制方法
技术领域
本发明属于微喷引燃气体机技术领域，尤其涉及一种全工况柴油微喷引燃控制方法。
背景技术
目前，柴油微喷引燃气体机：以柴油作为引燃燃料，利用微喷引燃控制系统中的高压共轨燃油喷射单元，在负荷工况范围内(12.5％-110％)，喷射引燃能量占当前工况全部燃料能量的5％以内，代替火花塞提供点火能量，以燃气作为主燃料进行燃烧输出功率的一种发动机。其中，微喷引燃控制系统还包括燃气喷射单元和空气冷却供给单元等。
现有的大缸径微喷引燃气体机，其柴油微喷引燃控制多采用固定喷油量并按照额定工况下油量的百分比进行定义，启动时纯柴油启动，达到一定工况条件时切换到微喷引燃模式，其低负荷时替代率相对较低且燃烧不稳定、排放性能差，满负荷时替代率很高，可达99％左右(引燃油量占额定工况下油量的1％)，因此目前的柴油微喷引燃控制只满足负载相对稳下的使用需求，对于负载变化相对较大及冲摊工况等(在国内航行的船机上应用时)对动力响应性及扭矩输出要求高的情况无法满足。
发明内容
旨在克服上述现有技术中存在的不足，本发明解决的技术问题是，提供一种全工况柴油微喷引燃控制方法，可实现全工况高替代率运行，满足负载变化率变化相对较大工况下对动力响应性及扭矩输出能力的需求，且可确保低负荷下燃烧和排放的稳定可控性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种全工况柴油微喷引燃控制方法，与中冷器连接的冷却介质循环管路上设有与发动机ECU电连接的流量控制阀；所述控制方法包括：
所述发动机ECU基于转速、负载变化率和外部输入信号对发动机当前运行状态进行判定；
判定处于启动状态时，在纯柴油模式下启动，将燃油参数值调整至预设的燃油参数目标值Ⅰ，同时将当前燃油轨压调整至设定轨压Ⅰ，调整后进行启动；启动成功且燃气条件具备时，由所述纯柴油模式向微喷引燃模式切换，将当前所述燃油轨压调整至设定轨压Ⅱ，同时执行燃油/燃气控制步骤A；
判定处于正常运行或负载变化率突减状态时，在所述微喷引燃模式下运行；通过控制所述流量控制阀的开度，使当前工况下的中冷后空气实际温度等于查找温度MAP获得的目标温度；同时执行燃油/燃气控制步骤B；
判定处于负载变化率突增状态时，在所述微喷引燃模式下继续运行，控制所述流量控制阀全开，同时执行燃油/燃气控制步骤C；
判定处于跛行状态时，由所述微喷引燃模式切换至所述纯柴油模式；将当前所述燃油轨压调整至所述设定轨压Ⅰ，同时将当前所述燃油参数值调整至所述燃油参数目标值Ⅰ。
进一步，所述燃油参数值包括喷射量和喷射角度；
所述燃油参数目标值Ⅰ包括预先设定的喷射量目标值Ⅰ和喷射角度目标值Ⅰ。
进一步，所述燃油/燃气控制步骤A包括：
通过查找第一燃油MAP单元获得当前工况下的燃油参数目标值Ⅱ，并将当前工况下的所述燃油参数值按预设的第一燃油切换斜率调整至所述燃油参数目标值Ⅱ；
同时，通过调整燃气参数值实现当前工况下的转速PID调节。
进一步，所述第一燃油MAP单元包括第一喷油量MAP和第一喷射角度MAP；所述燃油参数目标值Ⅱ包括通过查找所述第一喷油量MAP获得的喷油量目标值Ⅱ和通过查找所述第一喷射角度MAP获得的喷射角度目标值Ⅱ；
其中，所述第一喷油量MAP和所述第一喷射角度MAP需通过台架试验预先标定。
进一步，所述燃油/燃气控制步骤B包括：
基于当前工况下的中冷后空气实际温度和目标温度的差值，对查找获得的当前工况下的所述喷油量目标值Ⅱ进行修正，按照修正后的所述喷油量目标值Ⅱ进行燃油喷射；
同时，通过调整所述燃气参数值实现当前工况下的转速PID调节。
进一步，对所述喷油量目标值Ⅱ进行修正的步骤包括：
预先标定温差修正MAP；基于当前工况下的中冷后空气实际温度和目标温度的差值，查找所述温差修正MAP获得修正系数a，基于所述修正系数a对所述喷油量目标值Ⅱ进行修正。
进一步，对所述喷油量目标值Ⅱ进行修正的步骤包括：
判断当前工况下的中冷后空气实际温度和目标温度的差值是否在预设的温差阈值内；若在所述温差阈值内，则不对所述喷油量目标值Ⅱ进行修正；若小于所述温差阈值，则所述喷油量目标值Ⅱ+修正量b；若大于所述温差阈值，则所述喷油量目标值Ⅱ-所述修正量b。
进一步，所述燃油/燃气控制步骤C包括：
通过查找第二燃油MAP单元获得的当前工况下的燃油参数目标值Ⅲ，并将当前工况下的所述燃油参数值按设定的第二燃油切换斜率调整至所述燃油参数目标值Ⅲ；
同时，通过调整所述燃气参数值实现当前工况下的转速PID调节。
进一步，所述第二燃油MAP单元包括第二喷油量MAP和第二喷射角度MAP；所述燃油参数目标值Ⅲ包括通过查找所述第二喷油量MAP获得的喷油量目标值Ⅲ和通过查找所述第二喷射角度MAP获得的喷射角度目标值Ⅲ；
其中，所述第二喷油量MAP和所述第二喷射角度MAP需通过台架试验预先标定。
进一步，所述负载变化率是指转速变化率、增压压力变化率、负荷变化率或者燃气喷射变化率。
由于采用了上述技术方案，取得的有益效果如下：
本发明中的全工况柴油微喷引燃控制方法，包括：发动机ECU对发动机当前运行状态进行判定；判定处于启动状态时，在纯柴油模式下启动，将燃油参数值调整至预设的燃油参数目标值Ⅰ，同时将当前燃油轨压调整至设定轨压Ⅰ，调整后进行启动；启动成功且燃气条件具备时，由纯柴油模式向微喷引燃模式切换，当前轨压调整至设定轨压Ⅱ，同时执行燃油/燃气控制步骤A；判定处于正常运行或负载变化率突减状态时，在微喷引燃模式下继续运行；通过控制流量控制阀的开度，使当前工况下的中冷后空气实际温度等于查找温度MAP获得的目标温度；同时执行燃油/燃气控制步骤B；判定处于负载变化率突增状态时，在微喷引燃模式下继续运行，控制流量控制阀全开，同时执行燃油/燃气控制步骤C；判定处于跛行状态时，由微喷引燃模式切换至纯柴油模式；将当前轨压调整至设定轨压Ⅰ，同时将当前燃油参数值调整至燃油参数目标值Ⅰ。
本发明针对四种运行状态制定了不同的燃油/燃气控制步骤；可满足不同模式、不同工况下燃油的需求，有效解决了大缸径微喷气体机动力响应性差、低负荷替代率低及空载失火的问题。通过对流量控制阀的控制可进一步实现全工况中冷后温度的控制，大大改善了微喷引燃油的燃烧稳定性，尤其在低负荷时对提高燃料经济性，改善排放有显著的作用。
综上所述，本发明可实现全工况高替代率运行，满足负载变化率变化相对较大工况下对动力响应性及扭矩输出能力的需求，且可确保低负荷下燃烧和排放的稳定可控性。
附图说明
图1是本发明中微喷引燃控制系统的原理框图；
图2是本发明全工况柴油微喷引燃控制方法的流程图；
图3是图2中燃油/燃气控制步骤A的流程图；
图4是图2中燃油/燃气控制步骤B的流程图；
图5是图2中燃油/燃气控制步骤C的流程图；
图6是图2中负载变化率变化工况下的另一种情况的控制步骤流程图；
图中：1-空滤器，2-增压器，3-流量控制阀，4-中冷器，5-中冷后温度传感器，6-燃油轨压控制阀，7-燃油喷射器，8-排温传感器，9-燃油轨压传感器，10-燃气轨压控制阀，11-燃气喷射阀，12-燃气轨压传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
由图1所示，本实施例中全工况柴油微喷引燃控制方法是基于微喷引燃控制系统进行实施，微喷引燃控制系统包括高压共轨燃油喷射单元、燃气喷射单元和空气冷却供给单元等。
其中，空气冷却供给单元主要包括依次连接的空滤器1、增压器2和中冷器4；与中冷器4连接的冷却介质循环管路上设有流量控制阀3，与中冷器4连接的进气管路上设有中冷后温度传感器5。高压共轨燃油喷射单元主要包括燃油微喷高压共轨管，设置于燃油微喷高压共轨管上的燃油轨压传感器9、用于调节燃油微喷高压共轨管中燃油轨压的燃油轨压控制阀6以及与燃油微喷高压共轨管连接的燃油喷射器7。燃气喷射单元主要包括燃气共轨管，设置于燃气共轨管上的燃气轨压传感器12、用于调节燃气共轨管中燃气轨压的燃气轨压控制阀10以及与燃气共轨管连接的燃气喷射阀11；各个气缸的排气歧管(与排气总管连接)上设有排温传感器8。
下面对本发明相比现有技术新增的流量控制阀3进行详细阐述，发动机ECU将中冷后温度传感器5实时反馈的中冷后实际空气温度与当前工况下通过查找温度MAP获得的目标温度进行比较，然后控制流量控制阀3的开度，实现冷却介质流量的控制，确保中冷后实际空气温度与对应目标温度相一致，进而提高燃烧的稳定性。其它部件的功能与现有技术相同，在此不做赘述。
由图2至图5所示，基于微喷引燃控制系统进行实施的全工况柴油微喷引燃控制方法包括：
发动机ECU基于转速、负载变化率和外部输入信号对发动机当前运行状态进行判定。其中，转速由设置于发动机曲轴上的转速传感器获得；负载变化率是指转速变化率、增压压力变化率、负荷变化率或者燃气喷射变化率；外部入信号是指人为进行加速或减速操作的信号。
当判定发动机处于启动状态时(既转速为0时)，在纯柴油模式下启动，将燃油参数值调整至预设的燃油参数目标值Ⅰ，同时将当前燃油轨压调整至设定轨压Ⅰ(高轨压)、调整后进行启动，若在一定时间内转速达不到设定的启动转速a，在判定启动失败，重回启动状态进行启动；启动成功且燃气条件具备时，由纯柴油模式向微喷引燃模式切换，将当前燃油轨压调整至设定轨压Ⅱ(低轨压)，同时执行燃油/燃气控制步骤A；启动成功但燃气条件不具备时，进入跛行状态。
判定正常运行(负载变化率在限制范围内)或负载变化率突减状态时，在微喷引燃模式下运行；通过控制流量控制阀3的开度，使当前工况下的中冷后空气实际温度等于查找温度MAP获得的目标温度(通过当前工况下的转速和负荷查找温度MAP，获得目标温度)；同时执行燃油/燃气控制步骤B。
判定处于负载变化率突增状态时，在微喷引燃模式下继续运行，控制流量控制阀3全开，同时执行燃油/燃气控制步骤C。
判定处于跛行状态(无气源、出现故障灯无法喷射燃气的情况)时，由微喷引燃模式切换至纯柴油模式；将当前燃油轨压调整至设定轨压Ⅰ(高轨压，提高跛行下的输出功率，不至于完全失去动力)，同时将当前燃油参数值调整至燃油参数目标值Ⅰ。
其中，燃油参数值包括喷射量和喷射角度，发动机ECU通过控制燃油喷射器7实现喷射量和喷射角度的调整。燃油参数目标值Ⅰ包括预先设定的喷射量目标值Ⅰ和喷射角度目标值Ⅰ(通过在纯柴油模式下进行台架试验标定获得)。
本实施例中，燃油/燃气控制步骤A包括：
通过查找第一燃油MAP单元获得当前工况下的燃油参数目标值Ⅱ，并将当前工况下的燃油参数值按预设的第一燃油切换斜率调整至燃油参数目标值Ⅱ；同时，通过调整燃气参数值实现当前工况下的转速PID调节(与现有技术基本相同，在此不做赘述)；简言之，是油退气进的一个过程。
其中，第一燃油MAP单元包括第一喷油量MAP和第一喷射角度MAP；燃油参数目标值Ⅱ包括通过查找第一喷油量MAP获得的喷油量目标值Ⅱ和通过查找第一喷射角度MAP获得的喷射角度目标值Ⅱ；第一喷油量MAP和第一喷射角度MAP需通过台架试验预先标定；第一喷油量MAP/第一喷射角度MAP的标定方法为，通过台架试验标定出不同转速和不同负荷下对应的当前工况下的喷油量或喷射角度。
本实施例中，燃油/燃气控制步骤B包括：
基于当前工况下的中冷后空气实际温度和目标温度的差值，对查找获得的当前工况的喷油量目标值Ⅱ进行修正，按照修正后的喷油量目标值Ⅱ进行燃油喷射；同时，通过调整燃气参数值实现当前工况下的转速PID调节(与现有技术基本相同，在此不做赘述)。
一些实施例中，对喷油量目标值Ⅱ进行修正的步骤包括：
预先标定温差修正MAP；基于当前工况下的中冷后空气实际温度和目标温度的差值，查找温差修正MAP获得修正系数a，基于修正系数a对喷油量目标值Ⅱ进行修正。
还有一些实施例中，对喷油量目标值Ⅱ进行修正的步骤包括：
判断当前工况下的中冷后空气实际温度和目标温度的差值是否在预设的温差阈值内；若在温差阈值内，则不对燃油喷射量进行修正；若小于温差阈值，则喷油量目标值Ⅱ+修正量b；若大于温差阈值，则喷油量目标值Ⅱ-修正量b。
本实施例中，燃油/燃气控制步骤C包括：
通过查找第二燃油MAP单元获得的当前工况下的燃油参数目标值Ⅲ，并将当前工况下的燃油参数值按设定的第二燃油切换斜率调整至燃油参数目标值Ⅲ；同时，通过调整燃气参数值实现当前工况下的转速PID调节。
其中，第二燃油MAP单元包括第二喷油量MAP和第二喷射角度MAP；燃油参数目标值Ⅲ包括通过查找第二喷油量MAP获得的喷油量目标值Ⅲ和通过查找第二喷射角度MAP获得的喷射角度目标值Ⅲ；第二喷油量MAP和第二喷射角度MAP需通过台架试验预先标定，标定方法与第一喷油量MAP和第一喷射角度MAP的标定方法一样，不在赘述。
其中，通过调整燃气参数值(燃气喷射角度、燃气轨压和燃气喷射量)实现当前工况下的转速PID调节，与现有技术基本相同。目前的燃气排温自动修正只是简单的判断各缸排温与平均排温的温差，进而增加或减小燃气喷射量，在某些特殊情况下，出现燃气过稀导致后燃引起排温高但作功差的现象，这种时候如不增加基准值修正，容易出现越修正各缸均匀性越差，导致功能紊乱；为了解决大缸径发动机空气进气不均匀带来的燃烧问题，实现发动机工作的均匀性，进而减小排温自动修正的幅度，避免常规排温自动修正功能紊乱。本实施例通过台架试验，基于各缸的排温传感器8反馈的温度信号对导致温度变化的因素进行判断，基于判断结果对各缸的燃气喷射阀11的喷射角度及喷射量对应的基准值(也可认为是喷射时刻及喷射持续期对应的基准值)进行了重新标定，并将重新标定的基准值预存在发动机ECU中，便于现有燃气排温自动修正策略(公知技术，在此不做赘述)的正常实施。
为了进一步完善上述控制方法，本实施例增加了另外两种突发情况下的控制步骤；由图6所示，当负载变化率发生变化，但基于外部输入信号判定为人为进行缓加速操作时，则执行正常运行状态下的步骤，既在微喷引燃模式下运行；通过控制流量控制阀3的开度，使当前工况下的中冷后空气实际温度等于查找温度MAP获得的目标温度；同时执行燃油/燃气控制步骤B。当负载变化率发生变化，但基于外部输入信号判定为人为进行急加速操作时，在微喷引燃模式下继续运行；控制流量控制阀3全开；通过查找第二燃油MAP单元获得的当前工况下的燃油参数目标值Ⅲ，并将当前工况下的燃油参数值按设定的第三燃油切换斜率调整至燃油参数目标值Ⅲ(相比按设定的第二燃油切换斜率调整时调整速度加快)；同时，通过调整燃气参数值实现当前工况下的转速PID调节。
为了便于对上文斜率概念的理解，下面对本文的斜率进行解释；本实施例中斜率设定具有两种状态：一是斜率按线性关系设定基准值，即在同一个MAP中相同工况判定条件下的对应值及转换后的对应值随时间变化成线性关系；二是辅助设定斜率控制MAP，在某些工况下，可能存在按照基准斜率设定无法满足要求、出现运行不稳定的情况，因此增加按照对应的横纵坐标参数进行斜率修正的MAP，将简单的线性关系通过各工况点的修正补充，进行平滑过渡处理，形成斜率曲线控制，该功能根据具体工作状态选择是否启用。
本发明针对四种运行状态制定了不同的燃油/燃气控制步骤；可满足不同模式、不同工况下燃油的需求，有效解决了大缸径微喷气体机动力响应性差、低负荷替代率低及空载失火的问题。通过对流量控制阀3的控制可进一步实现全工况中冷后温度的控制，大大改善了微喷引燃油的燃烧稳定性，尤其在低负荷时对提高燃料经济性，改善排放有显著的作用。
综上所述，本发明可实现全工况高替代率运行，满足负载变化率变化相对较大工况下对动力响应性及扭矩输出能力的需求，且可确保低负荷下燃烧和排放的稳定可控性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限值本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种全工况柴油微喷引燃控制方法，基于微喷引燃控制系统进行实施，所述微喷引燃控制系统中的空气冷却供给单元包括依次连接的空滤器、增压器和中冷器；其特征在于；与所述中冷器连接的冷却介质循环管路上设有与发动机ECU电连接的流量控制阀；所述控制方法包括：
所述发动机ECU基于转速、负载变化率和外部输入信号对发动机当前运行状态进行判定；
判定处于启动状态时，在纯柴油模式下启动，将燃油参数值调整至预设的燃油参数目标值Ⅰ，同时将当前燃油轨压调整至设定轨压Ⅰ，调整后进行启动；启动成功且燃气条件具备时，由所述纯柴油模式向微喷引燃模式切换，将当前所述燃油轨压调整至设定轨压Ⅱ，同时执行燃油/燃气控制步骤A；
判定处于正常运行或负载变化率突减状态时，在所述微喷引燃模式下运行；通过控制所述流量控制阀的开度，使当前工况下的中冷后空气实际温度等于查找温度MAP获得的目标温度；同时执行燃油/燃气控制步骤B；
判定处于负载变化率突增状态时，在所述微喷引燃模式下继续运行，控制所述流量控制阀全开，同时执行燃油/燃气控制步骤C；
判定处于跛行状态时，由所述微喷引燃模式切换至所述纯柴油模式；将当前所述燃油轨压调整至所述设定轨压Ⅰ，同时将当前所述燃油参数值调整至所述燃油参数目标值Ⅰ；
所述燃油/燃气控制步骤A包括：通过查找第一燃油MAP单元获得当前工况下的燃油参数目标值Ⅱ，并将当前工况下的所述燃油参数值按预设的第一燃油切换斜率调整至所述燃油参数目标值Ⅱ；同时，通过调整燃气参数值实现当前工况下的转速PID调节；
所述燃油/燃气控制步骤B包括：基于当前工况下的中冷后空气实际温度和目标温度的差值，对查找获得的当前工况下的喷油量目标值Ⅱ进行修正，按照修正后的所述喷油量目标值Ⅱ进行燃油喷射；同时，通过调整所述燃气参数值实现当前工况下的转速PID调节；
所述燃油/燃气控制步骤C包括：通过查找第二燃油MAP单元获得的当前工况下的燃油参数目标值Ⅲ，并将当前工况下的所述燃油参数值按设定的第二燃油切换斜率调整至所述燃油参数目标值Ⅲ；同时，通过调整所述燃气参数值实现当前工况下的转速PID调节；
其中，所述负载变化率是指转速变化率、增压压力变化率、负荷变化率或者燃气喷射变化率；所述燃油参数值包括喷射量和喷射角度；所述外部输 入信号是指人为进行加速或减速操作的信号；所述设定轨压Ⅰ高于所述设定轨压Ⅱ。
2.根据权利要求1所述的全工况柴油微喷引燃控制方法，其特征在于，所述燃油参数目标值Ⅰ包括预先设定的喷射量目标值Ⅰ和喷射角度目标值Ⅰ。
3.根据权利要求1所述的全工况柴油微喷引燃控制方法，其特征在于，所述第一燃油MAP单元包括第一喷油量MAP和第一喷射角度MAP；所述燃油参数目标值Ⅱ包括通过查找所述第一喷油量MAP获得的喷油量目标值Ⅱ和通过查找所述第一喷射角度MAP获得的喷射角度目标值Ⅱ；
其中，所述第一喷油量MAP和所述第一喷射角度MAP需通过台架试验预先标定。
4.根据权利要求1所述的全工况柴油微喷引燃控制方法，其特征在于，对所述喷油量目标值Ⅱ进行修正的步骤包括：
预先标定温差修正MAP；基于当前工况下的中冷后空气实际温度和目标温度的差值，查找所述温差修正MAP获得修正系数a，基于所述修正系数a对所述喷油量目标值Ⅱ进行修正。
5.根据权利要求1所述的全工况柴油微喷引燃控制方法，其特征在于，对所述喷油量目标值Ⅱ进行修正的步骤包括：
判断当前工况下的中冷后空气实际温度和目标温度的差值是否在预设的温差阈值内；若在所述温差阈值内，则不对所述喷油量目标值Ⅱ进行修正；若小于所述温差阈值，则所述喷油量目标值Ⅱ+修正量b；若大于所述温差阈值，则所述喷油量目标值Ⅱ-所述修正量b。
6.根据权利要求1所述的全工况柴油微喷引燃控制方法，其特征在于，所述第二燃油MAP单元包括第二喷油量MAP和第二喷射角度MAP；所述燃油参数目标值Ⅲ包括通过查找所述第二喷油量MAP获得的喷油量目标值Ⅲ和通过查找所述第二喷射角度MAP获得的喷射角度目标值Ⅲ；
其中，所述第二喷油量MAP和所述第二喷射角度MAP需通过台架试验预先标定。
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