CN113898488B - 一种米勒循环柴油机低温环境起动控制方法 - Google Patents

Abstract

一种米勒循环柴油机低温环境起动控制方法，柴油机启动后，将柴油机运行转速在设定怠速转速下维持，维持预定时间或者柴油机冷却液温度达到预定状态后，通过电喷控制器控制柴油机运行于正常怠速状态。本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法利用现有的柴油机控制系统、燃油系统、电气系统，通过调整启动控制流程，解决米勒循环发动机的低温启动困难问题。

Description

一种米勒循环柴油机低温环境起动控制方法

技术领域

本发明涉及柴油机领域，特别是涉及一种米勒循环柴油机低温环境起动控制方法。

背景技术

随着世界范围内环保意识的增强，对于柴油机排放要求日益严格，而NOx排放物是柴油机排放物的重要组成部分。米勒循环通过改变进气门关闭角度控制发动机负荷，具有降低缸内燃烧温度，减小热负荷，降低NOx排放等优势。因此米勒循环已经成为现代柴油机必备设计。但是米勒循环同样存在相应的劣势，尤其是在低温环境下的柴油机启动困难，是柴油机必须面对的重要问题。在低温环境下，由于米勒效应的影响，柴油机进气量低，压缩终点的压力、温度低，喷射进入燃烧室的燃油不易燃烧、发火，从而造成柴油机启动困难。另外，在柴油机低转速、低负荷工作时，同样由于压缩终点的压力、温度低，造成多缸柴油机各气缸工作一致性差，部分气缸不能发火，进而需要提高燃油喷射量，增加了能够发火气缸的负荷，增加了燃油消耗，并造成冒白烟等现象。

针对米勒循环在低温环境下启动、燃烧困难的问题，出现了在燃料中添加助燃剂的方案。一般添加醚类或其他几种含氧燃料。乙醚、丁醚、二甲氧甲烷、乙二醇二甲基醚、二乙二醇二甲基醚、三丙二醇二甲基醚等常温下为液态，能与现用常规柴油机燃料系统构造相匹配，这些液态醚类物质与柴油相近的燃料性质和优越的排放性能，用作柴油机燃料具有很高的发火性能，是一类较理想的柴油机含氧燃料。国内外对于在柴油燃料中添加此类助燃剂，也已经进行过相关的研究。然而，采用助燃剂方法需要采用混合燃料，对于燃料供应需要进行全面的评估和配套设施的更新，另外助燃剂的成本也是需要评估的重要因素。

采用进气加热装置可以有效提升实际进气温度，使得燃烧室内压缩终点温度、压力得到有效改善，从而改善燃烧条件，缓解低温环境下的冷启动困难问题。但需要增加一套加热装置，通常电加热方式较为灵活。但是需要考虑到柴油机启动前的加热供电需要蓄电池提供，提升了蓄电池的负荷，有可能缩短蓄电池寿命；另外，还需要配套相应的控制系统和电气系统。增加整机的成本和维护成本。

文件CN 103397968 A公开的一种柴油机低温起动方法及装置，通过柴油机启动装置拖动柴油机运转，进行暖机，当柴油机温度、实际转速满足设定的启动条件后，开始喷油，实现柴油机正常运转。但需要外部启动装置配合，并且有可能需要驱动装置长时间提供驱动能力，对于压缩空气或启动蓄电池均有较为苛刻的要求。导致附属系统较为复杂、庞大。同时启动装置的长时间运行，也不利于附属系统的使用寿命。

为了应对米勒循环发动机的低温启动困难问题，已经出现了一些解决措施，例如添加助燃剂、增加进气加热装置、采用多次喷射技术等。但都存在成本、可靠性、可用性等方面的问题。因此，开发一种能够平衡综合成本、性能的简化方案，已经成为提升米勒循环柴油机综合性能的当务之急。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种米勒循环柴油机低温环境起动控制方法，利用现有的柴油机控制系统、燃油系统、电气系统，通过调整启动控制流程，解决米勒循环发动机的低温启动困难问题。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种米勒循环柴油机低温环境起动控制方法，柴油机启动后，将柴油机运行转速在设定怠速转速下维持，维持预定时间或者柴油机冷却液温度达到预定状态后，通过电喷控制器控制柴油机运行于正常怠速状态。

进一步地，设定怠速转速根据柴油机的怠速转速与冷却液温度曲线确定。

进一步地，柴油机的怠速转速与冷却液温度曲线通过以下步骤获得：

步骤a在不同冷却液温度情况下，记录柴油机启动至柴油机的正常怠速状态过程中随柴油机转速变化的进气压力、发火缸数曲线；

步骤b根据发火缸数曲线，确定柴油机的设定怠速转速与冷却液温度的曲线。

进一步地，本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法包括以下步骤：

步骤1，采集当前冷却液温度，并基于当前冷却液温度，确定设定怠速转速；

步骤2，将柴油机的运行转速维持在设定怠速转速；

步骤3，记录柴油机运行时间，和/或，检测当前冷却液温度；

步骤4，当柴油机运行时间大于预定值，和/或，当前冷却液温度大于预定温度时，将柴油机的怠速转速设置为正常怠速转速。

进一步地，预定温度为满足所有气缸发火的最低冷却液温度。

进一步地，预定值为柴油机冷却液温度达到能够维持正常怠速转速的状态所需要的时间。

进一步地，设定怠速转速小于正常怠速转速。

进一步地，柴油机启动时，采用电喷控制器控制柴油机转速至设定怠速转速。

一种米勒循环柴油机低温环境起动控制系统，采用上述米勒循环柴油机低温环境起动控制方法进行控制。

一种柴油机，包括上述米勒循环柴油机低温环境起动控制系统。

本发明的有益效果为：

本发明提供的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法，在启动指令下达后，柴油机实时正常启动流程，及立即进行喷油，对比冷却液温度、运行时间，控制实际怠速转速，通过低怠速转速实现柴油机稳定发火、运转。可以缓解米勒循环柴油机在低温环境下冷启动困难的问题，提升米勒循环柴油机在低温环境下怠速运转稳定性，缓解米勒循环柴油机在低温环境下冒白烟、燃烧不稳定问题，提升米勒循环柴油机在低温环境下启动暖机进程。

附图说明

图1显示本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法的流程简图；

图2显示本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法的随柴油机转速变化的进气压力、发火缸数曲线；

图3显示本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法的柴油机的怠速转速与冷却液温度的曲线；

图4显示本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法的柴油机的怠速转速与运行时间的曲线；

图5显示本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法的控制逻辑示意图；

图6显示本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法的控制流程的示意图。

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，下面结合实施例及附图，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法，如图1所示，柴油机启动后，将柴油机运行转速在设定怠速转速下维持，维持预定时间或者柴油机冷却液温度TC达到预定状态后，通过电喷控制器控制柴油机运行于正常怠速状态，包括以下步骤：

步骤1，采集当前冷却液温度TC，并基于当前冷却液温度TC，确定设定怠速转速；

步骤2，将柴油机的运行转速维持在设定怠速转速；

步骤3，记录柴油机运行时间Trun，和/或，检测当前冷却液温度TC；

步骤4，当柴油机运行时间Trun大于预定值，和/或，当前冷却液温度TC大于预定温度时，将柴油机的怠速转速设置为正常怠速转速。

在一实施例中，步骤4中的预定值为柴油机冷却液温度达到能够维持正常怠速转速的状态所需要的时间，预定温度为满足所有气缸发火的最低冷却液温度TC1。在又一实施例中，设定怠速转速小于正常怠速转速，且是能够满足所有气缸发火的最高转速。柴油机启动时，采用电喷控制器控制柴油机转速至设定怠速转速。

根据一实施例，设定怠速转速根据柴油机的怠速转速与冷却液温度曲线确定，柴油机的怠速转速与冷却液温度曲线通过以下步骤获得：

步骤a在不同冷却液温度情况下，记录柴油机启动至柴油机的正常怠速状态过程中随柴油机转速变化的进气压力P、发火缸数N曲线；

步骤b根据发火缸数N曲线，确定柴油机的设定怠速转速与冷却液温度TC的曲线。

本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法，在充分利用柴油机现有的控制系统、燃油系统、电气系统的情况下，只进行控制算法、流程的升级，可以实现缓解低温环境下冷启动困难的问题。

本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法对于采用了共轨燃油系统的柴油机，如果配合多次喷射则可以进一步提升冷启动性能。

本发明提供的米勒循环柴油机低温环境起动控制系统，可以采用本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法进行控制。如图2所示，在柴油机启动过程中，通常采用控制系统控制柴油机转速直接升至第一怠速转速Nidle0，完成启动过程。在低温环境下，进气压力P会随着柴油机转速的提高，逐步、分阶段下降，在达到一定柴油机转速后加速下降，并在达到第一怠速转速Nidle0后趋于稳定；在柴油机启动过程中的启动瞬间，所有气缸均可实现发火，共工作缸数为N0，随着柴油机转速提高、进气压力下降，工作缸数减小至N2。其中N1为可以维持柴油机运行性能的最低发火缸数。在发火缸数N减少到最低发火缸数N1时，在实测数据图谱中可以匹配出与最低发火缸数N1对应的进气压力P1和运行第二怠速转速Nidle1。本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制系统可以为电喷控制器。

如图5所示，在低温环境下，通过控制系统直接将柴油机的怠速转速控制在第二怠速转速Nidle1，并维持运行，此时可以维持柴油机运行、气缸内稳定燃烧，从而实现逐步暖机。监控柴油机冷却液温度TC和运行时间Trun，如图3和图4所示，当冷却液温度TC达到预定温度即最低冷却液温度TC1时，通过控制系统将柴油机的运行转速控制在第一怠速转速Nidle0，完成低温冷起动控制流程(注：TCmax是冷却液允许的最高温度)；或当运行时间Trun达到最大允许的低怠速运行时间Tmax时，通过控制系统将柴油机的运行转速控制在第一怠速转速Nidle0，完成低温冷启动控制流程。因此通过本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制系统根据环境温度、柴油机冷却液温度等控制柴油机的启动流程。

参照图1，本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法在D180-16型柴油机上的实施过程为，柴油机启动后，将柴油机运行转速在设定怠速转速下维持，维持预定时间或者柴油机冷却液温度TC达到预定状态后，通过电喷控制器控制柴油机运行于正常怠速状态。参照图6，电喷控制器的控制流程如下：

流程1.1，电喷控制器上工作后，定时进入转速设定程序，进入流程1.2；

流程1.2，采集当前冷却液温度TC，然后进入流程1.3或进入流程1.5；

流程1.3，根据当前冷却液温度TC数据，软件查表，计算当前的设定怠速转速，进入流程1.4；

流程1.4，记录柴油机的运行时间Trun，进入流程1.6；

流程1.5，判断当前冷却液温度TC是否大于等于最低冷却液温度TC1，如果是，则结果是1；如果否，则结果为0，进入流程1.7；

流程1.6，判断柴油机的运行时间Trun是否大于等于最大允许的低怠速运行时间Tmax，如果是，则结果为1；如果否，则结果为0，进入流程1.7；

流程1.7，对流程1.5、流程1.6的判断结果进行或运算，进入流程1.8；

流程1.8，判断流程1.7的结果是否为1，如果是，则进入流程1.9，如果否，则进入流程1.10；

流程1.9，使用第一怠速转速Nidle0为设定怠速转速，进入流程1.11；

流程1.10，使用第二怠速转速Nidle1为设定怠速转速，进入流程1.11；

流程1.11，完成本次转速设定程序。

本发明的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法，利用现有的柴油机控制系统，通过测定低温环境下冷却液温度TC、柴油机的怠速转速、发火缸数N关系，通过将怠速转速由第一怠速转速Nidle0(正常怠速转速)更改为优化的低的第二怠速转速Nidle1(设定怠速转速)，实现柴油机各气缸稳定发火，实现柴油机稳定工作，防止冒白烟。

本发明提供的柴油机，包括可以采用米勒循环柴油机低温环境起动控制方法进行控制的米勒循环柴油机低温环境起动控制系统。在起动指令下达后，柴油机实时正常起动流程，及立即进行喷油，对比冷却液温度TC、运行时间Trun，控制实际怠速转速，通过低的怠速转速实现柴油机稳定发火、运转。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种米勒循环柴油机低温环境起动控制方法，其特征在于，

柴油机启动后，直接将柴油机运行转速在设定怠速转速下维持，维持预定时间或者柴油机冷却液温度达到预定状态后，通过电喷控制器控制所述柴油机运行于正常怠速状态，所述设定怠速转速小于所述正常怠速转速，所述设定怠速转速根据柴油机的怠速转速与冷却液温度曲线确定。

2.根据权利要求1所述的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法，其特征在于，所述柴油机的怠速转速与冷却液温度曲线通过以下步骤获得：

步骤a在不同冷却液温度情况下，记录所述柴油机启动至所述柴油机的正常怠速状态过程中随所述柴油机转速变化的进气压力、发火缸数曲线；

步骤b根据所述发火缸数曲线，确定所述柴油机的设定怠速转速与所述冷却液温度的曲线。

3.根据权利要求1所述的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集当前冷却液温度，并基于所述当前冷却液温度，确定设定怠速转速；

步骤2，将所述柴油机的运行转速维持在所述设定怠速转速；

步骤3，记录柴油机运行时间，和/或，检测当前冷却液温度；

步骤4，当所述柴油机运行时间大于预定值，和/或，所述当前冷却液温度大于预定温度时，将所述柴油机的怠速转速设置为正常怠速转速。

4.根据权利要求3所述的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法，其特征在于，所述预定温度为满足所有气缸发火的最低冷却液温度。

5.根据权利要求3所述的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法，其特征在于，所述预定值为柴油机冷却液温度达到能够维持正常怠速转速的状态所需要的时间。

6.根据权利要求1所述的米勒循环柴油机低温环境起动控制方法，其特征在于，所述柴油机启动时，采用电喷控制器控制柴油机转速至设定怠速转速。

7.一种米勒循环柴油机低温环境起动控制系统，其特征在于，采用权利要求1-6任意一项所述的方法进行控制。

8.一种柴油机，其特征在于，包括权利要求7所述的米勒循环柴油机低温环境起动控制系统。