CN114810390A - 柴油发动机及其喷油量控制方法、装置及车辆 - Google Patents

柴油发动机及其喷油量控制方法、装置及车辆 Download PDF

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Abstract

本申请提出一种柴油发动机及其喷油量控制方法、装置及车辆该柴油发动机喷油量控制方法，包括：采集发动机的当前转速，并接收发动机的目标转速；根据目标转速和当前速度确定发动机的基础喷油量，以使发动机从当前转速提升至目标转速；基于预设烟度控制条件对基础喷油量进行修正，得到目标限油量。本申请在转速闭环控制的基础上增加烟度限制，能够解决柴油机加速过程中冒黑烟的问题。

Description

柴油发动机及其喷油量控制方法、装置及车辆
技术领域
本申请属于柴油发动机技术领域，具体涉及一种柴油发动机及其喷油量控制方法、装置及车辆。
背景技术
中速柴油机，通常指中速船用柴油发动机，其速度为600～1500r/min。该柴油发动机上通常配设有电液调速器，通过电液调速器控制发动机的转速。
但是，现有中速柴油机大的电液调速器控制模式，大多是基于转速控制闭环控制，没有基于烟度控制闭环，所以在急速、合拍过程中经常出现冒黑烟的问题。
发明内容
本申请提出一种柴油发动机及其喷油量控制方法、装置及车辆，在转速闭环控制的基础上增加烟度限制，能够解决柴油机加速过程中冒黑烟的问题。
本申请第一方面实施例提出了一种柴油发动机喷油量控制方法，包括：
采集发动机的当前转速，并接收发动机的目标转速；
根据所述目标转速和当前速度确定发动机的基础喷油量，以使所述发动机从所述当前转速提升至所述目标转速；
基于预设烟度控制条件对所述基础喷油量进行修正，得到目标限油量。
在本申请一些实施例中，所述基于预设烟度控制条件对所述基础喷油量进行修正，包括：
分别确定起动限油量与转速的第一对应关系、进气压力限油量与转速的第二对应关系及烟度限油量与转速的第三对应关系；
分别根据所述第一对应关系、第二对应关系及第三对应关系，确定所述目标转速对应的起动限油量、进气压力限油量及烟度限油量；
基于所述起动限油量、所述进气压力限油量及所述烟度限油量对所述基础喷油量进行修正。
在本申请一些实施例中，所述确定烟度限油量与转速的第三对应关系，包括：
确定发动机安全运转时的可见烟度阈值；
基于所述可见烟度阈值，确定烟度限油量与转速的第三对应关系。
在本申请一些实施例中，所述基于所述可见烟度阈值，确定烟度限油量与转速的第三对应关系，包括：
通过安装在发动机排烟管内的PM传感器检测所述发动机排烟管内的颗粒量；
根据预设颗粒量与可见烟度的对应关系，确定所述可见烟度小于或等于所述可见烟度阈值时，发动机的转速和对应的限油量。
在本申请一些实施例中，基于所述起动限油量、所述进气压力限油量及所述烟度限油量对所述基础喷油量进行修正，包括：
确定发动机的当前工况，所述工况包括起动和加速；
根据所述当前工况确定对应的影响力限油量，所述影响力限油量为所述起动限油量与所述进气压力限油量中的一者；
基于所述影响力限油量和所述烟度限油量对所述基础喷油量进行修正。
在本申请一些实施例中，基于所述影响力限油量和所述烟度限油量对所述基础喷油量进行修正，包括：
将所述影响力限油量、所述烟度限油量及所述基础喷油量中的最小值确定为所述目标限油量。
在本申请一些实施例中，所述方法还包括：
通过PID控制器计算所述目标转速对应的电液调速器悬臂转动角度；
根据所述电液调速器悬臂转动角度控制油泵的油尺伸缩量，以调整发动机的喷油量达到所述目标限油量。
本申请第二方面的实施例提供了一种柴油机喷油量控制装置，包括：
转速获取模块，用于采集发动机的当前转速，并接收发动机的目标转速；
油量确定模块，用于根据所述目标转速和当前速度确定发动机的基础喷油量，以使所述发动机以所述目标转速运行；
油量修正模块，用于基于预设烟度控制条件对所述基础喷油量进行修正，得到目标限油量。
本申请第三方面的实施例提供了一种柴油发动机，包括发动机本体，还包括如第二方面所述的柴油机喷油量控制装置。
本申请第三方面的实施例提供了一种车辆，包括如第三方面所述的柴油发动机。
本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例提供的柴油发动机机喷油量控制方法，先根据获取的目标转速和当前速度确定发动机的基础喷油量，再基于预设烟度控制条件对基础喷油量进行修正，最终得到目标限油量，即先进行速度闭环控制，再进行烟度闭环控制，同时通过速度差(目标速度和当前速度的差)和预设烟度控制条件确定喷油量，实现了速度和烟度的双重闭环控制，可以避免由于喷油量过大，致使柴油不完全燃烧而引起的船机冒黑烟的问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
在附图中：
图1示出了本申请实施例提供的柴油发动机及其喷油量控制方法的流程示意图；
图2示出了本申请实施例提供的另一种柴油发动机及其喷油量控制方法的流程示意图；
图3示出了本申请实施例提供的电液调速器调节限油量的流程示意图；
图4示出了本申请实施例提供的柴油发动机及其喷油量控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
下面结合附图来描述根据本申请实施例提出的一种柴油发动机及其喷油量控制方法、装置及车辆。该喷油量控制方法应用于柴油发动机，可直接通过柴油发动机的控制模块执行，也可单独设置用于执行该喷油量控制方法的喷油量控制装置，本实施例对此不做具体限定。该喷油量控制方法先进行速度闭环控制，即根据目标转速和当前速度确定发动机的基础喷油量，再进行烟度闭环控制，即基于预设烟度控制条件对基础喷油量进行修正，如此，可以同时通过速度差(目标速度和当前速度的差)和预设烟度控制条件确定喷油量，实现了速度和烟度的双重闭环控制，可以避免由于喷油量过大，致使柴油不完全燃烧而引起的船机冒黑烟的问题。
如图1所示，本申请实施例提供了一种柴油发动机喷油量控制方法，该方法可以包括以下步骤：
步骤S1，采集发动机的当前转速，并接收发动机的目标转速。
本实施例以单独设置的用于执行该喷油量控制方法的喷油量控制装置为例，该控制装置可以实时接收发动机的目标转速，并在接收到目标转速之后采集发动机当前转速，以根据目标转速和当前速度确定发动机的基础喷油量。或者，该控制装置也可以实时采集发动机的当前转速，以便在接收到目标转速之后，及时进行喷油量计算。
步骤S2，根据目标转速和当前速度确定发动机的基础喷油量，以使发动机从当前转速提升至目标转速。
该喷油量控制装置在获取上述目标转速和当前转速之后，可先计算使发动机从当前转速提升至目标转速的喷油量。该基础喷油量可理解为不考虑烟度情况下的理想喷油量。
步骤S3，基于预设烟度控制条件对基础喷油量进行修正，得到目标限油量。
在实际应用中，若喷油量较大，而氧气量不够，则柴油可能会不完全燃烧，导致船机冒黑烟的问题。有鉴于此，本实施例在速度闭环的基础上，添加了烟度控制条件，基于该烟度控制条件对上述基础喷油量进行修正(通常会减小喷油量)，避免上述由于喷油量较大而导致的船机冒黑烟问题。在不同工况下，对喷油量的要求有所不同
在本实施例一些实施方式中，如图2所示，基于预设烟度控制条件对基础喷油量进行修正时，可以先分别确定起动限油量与转速的第一对应关系、进气压力限油量与转速的第二对应关系及烟度限油量与转速的第三对应关系，然后分别根据第一对应关系、第二对应关系及第三对应关系，确定目标转速对应的起动限油量、进气压力限油量及烟度限油量，再基于起动限油量、进气压力限油量及烟度限油量对基础喷油量进行修正。
其中，起动限油量可理解为发动机的当前状态为起动(也可以为瞬间合拍)，即速度为0时，转速达到某一目标速度的喷油量。而起动限油量与转速的第一对应关系可理解为，随着目标转速的不断增大，对应起动限油量的变化曲线。进气压力限油量可理解为发动机的当前状态为加速状态(加速时会增大进气量)时，转速达到某一目标速度的喷油量。而进气压力限油量与转速的第二对应关系可理解为，随着目标转速的不断增大，对应的进气压力限油量的变化曲线。烟度限油量可理解为保证船舶正常行驶无黑烟时，达到某一目标速度的喷油量。而烟度限油量与转速的第三对应关系可理解为随着转速的不断增大，对应的烟度限油量变化曲线。且这里的烟度限油量与转速的第三对应关系，可以包括不同工况(起动、加速等)下的烟度限油量变化曲线。
在实际应用中，可通过试验座台标定的方式确定上述三个对应关系，即通过试验座台，模拟船舶实际行驶过程发动机的转速，并在不同工况下，试验不同目标转速时上述起动限油量、进气压力限油量及烟度限油量的数值，继而得到上述第一对应关系、第二对应关系及第三对应关系。
具体地，当确定烟度限油量与转速的第三对应关系时，可以先确定发动机安全运转时的可见烟度阈值，然后基于可见烟度阈值，确定烟度限油量与转速的第三对应关系。
其中，可见烟度阈值可理解为，根据法律和技术要求，发动机在安全运转时允许达到的最大可见烟度值。在确定烟度限油量与转速的第三对应关系时，可以基于该可见烟度阈值，确定可见烟度小于该阈值情况下，烟度限油量与转速的第三对应关系。
例如，基于可见烟度阈值，确定烟度限油量与转速的第三对应关系时，可以先通过安装在发动机排烟管内的PM传感器检测发动机排烟管内的颗粒量，然后再根据预设颗粒量与可见烟度的对应关系，确定可见烟度小于或等于可见烟度阈值时，发动机的转速和对应的限油量。
另外，可以对管道进行经常性清洗检查，以免PM传感器容易被烟度糊，导致检测结果错误等。
需要说明的是，本实施例也可以预先计算上述对应关系，并预设于该喷油量控制装置中，该喷油量控制装置在对喷油量进行修正时可以直接调用。
船舶在行驶过程中，可能会遇到不同的工况，本实施例在确定了上述三个对应关系之后，基于起动限油量、进气压力限油量及烟度限油量对基础喷油量进行修正时，可以先确定发动机的当前工况，然后根据当前工况确定对应的影响力限油量，基于影响力限油量和烟度限油量对基础喷油量进行修正。相当于在试航时根据瞬间合拍(起动)、急加速工况等烟度情况对喷油量进行二次标定，从而保证了发动机在合拍、急加速等工况下均不会发生冒黑烟的现象。
上述影响力限油量可以为起动限油量与进气压力限油量中的一者，如此，先确定工况，并选择与工况对应的限油量作为参考，可以选取到更为准确的限油量，以在保证发动机不会冒黑烟的情况下，尽快达到目标转速。
需要说明的是，上述根据当前工况确定对基础喷油量进行修正的方式，只是本实施例的较佳实施方式，本实施例并不以此为限。例如，在基于影响力限油量和烟度限油量对基础喷油量进行修正时，也可以将影响力限油量、烟度限油量及基础喷油量中的最小值确定为目标限油量。如此，无需进行工况和行驶状态判断，只要选择最小值，既能保障发动机不会冒黑烟，且可以提高整机控制系统的反应速度。
本实施例在确定了目标限油量之后，可以通过电液调速器具体调节油量，相应地，如图3所示，该柴油发动机机喷油量控制方法还包括以下处理：通过PID控制器计算目标转速对应的电液调速器悬臂转动角度；根据电液调速器悬臂转动角度控制油泵的油尺伸缩量，以调整发动机的喷油量达到目标限油量。
电液调速器是大缸径发动机控制调速系统的内置独立控制系统，可以通过收到的目标转速指令与当前采集的发动机转速作比较，然后通过PID调整，控制电液调速器的悬臂转动角度，进而控制高压油泵油尺伸缩量，从而调整发动机喷油量，实现发动机转速闭环控制。本实施例可以根据计算的目标喷油量，计算对应的高压油泵油尺伸缩量及悬臂转动角度，然后发送给电液调速器，电液调速器可直接控制电液调速器的悬臂转动角度，进而控制高压油泵油尺伸缩量，使发动机的喷油量达到目标喷油量。
本实施例提供的柴油发动机机喷油量控制方法，先根据获取的目标转速和当前速度确定发动机的基础喷油量，再基于预设烟度控制条件对基础喷油量进行修正，最终得到目标限油量，即先进行速度闭环控制，再进行烟度闭环控制，同时通过速度差(目标速度和当前速度的差)和预设烟度控制条件确定喷油量，实现了速度和烟度的双重闭环控制，可以避免由于喷油量过大，致使柴油不完全燃烧而引起的船机冒黑烟的问题。
基于上述柴油发动机机喷油量控制方法相同的构思，本实施例还提供一种柴油发动机机喷油量控制装置，用于实现上述柴油发动机机喷油量控制方法，如图4所示，该柴油发动机机喷油量控制装置包括：
转速获取模块，用于采集发动机的当前转速，并接收发动机的目标转速；
油量确定模块，用于根据目标转速和当前速度确定发动机的基础喷油量，以使发动机以目标转速运行；
油量修正模块，用于基于预设烟度控制条件对基础喷油量进行修正，得到目标限油量。
本实施例提供的柴油发动机机喷油量控制装置，基于上述柴油发动机机喷油量控制方法相同的构思，至少可以实现上述柴油发动机机喷油量控制方法能够实现的有益效果，在此不再赘述。
基于上述柴油发动机机喷油量控制方法相同的构思，本实施例还提供一种柴油发动机，包括发动机本体，还包括如上述的柴油发动机机喷油量控制装置。
需要说明的是，该柴油发动机还包括电液调速器、必要的控制系统，以及实现上述柴油发动机机喷油量控制方法所需用到的任意零部件，例如，传感器等。
本实施例提供的柴油发动机，基于上述柴油发动机机喷油量控制方法相同的构思，至少可以实现上述柴油发动机机喷油量控制方法能够实现的有益效果，在此不再赘述。
基于上述柴油发动机机喷油量控制方法相同的构思，本实施例还提供一种车辆，包括如上述的柴油发动机。
本实施例提供的车辆，基于上述柴油发动机机喷油量控制方法相同的构思，至少可以实现上述柴油发动机机喷油量控制方法能够实现的有益效果，在此不再赘述。
应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种柴油发动机喷油量控制方法，其特征在于，包括：
采集发动机的当前转速，并接收发动机的目标转速；
根据所述目标转速和当前速度确定发动机的基础喷油量，以使所述发动机从所述当前转速提升至所述目标转速；
基于预设烟度控制条件对所述基础喷油量进行修正，得到目标限油量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设烟度控制条件对所述基础喷油量进行修正，包括：
分别确定起动限油量与转速的第一对应关系、进气压力限油量与转速的第二对应关系及烟度限油量与转速的第三对应关系；
分别根据所述第一对应关系、第二对应关系及第三对应关系，确定所述目标转速对应的起动限油量、进气压力限油量及烟度限油量；
基于所述起动限油量、所述进气压力限油量及所述烟度限油量对所述基础喷油量进行修正。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定烟度限油量与转速的第三对应关系，包括：
确定发动机安全运转时的可见烟度阈值；
基于所述可见烟度阈值，确定烟度限油量与转速的第三对应关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述可见烟度阈值，确定烟度限油量与转速的第三对应关系，包括：
通过安装在发动机排烟管内的PM传感器检测所述发动机排烟管内的颗粒量；
根据预设颗粒量与可见烟度的对应关系，确定所述可见烟度小于或等于所述可见烟度阈值时，发动机的转速和对应的限油量。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述起动限油量、所述进气压力限油量及所述烟度限油量对所述基础喷油量进行修正，包括：
确定发动机的当前工况，所述工况包括起动和加速；
根据所述当前工况确定对应的影响力限油量，所述影响力限油量为所述起动限油量与所述进气压力限油量中的一者；
基于所述影响力限油量和所述烟度限油量对所述基础喷油量进行修正。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述影响力限油量和所述烟度限油量对所述基础喷油量进行修正，包括：
将所述影响力限油量、所述烟度限油量及所述基础喷油量中的最小值确定为所述目标限油量。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过PID控制器计算所述目标转速对应的电液调速器悬臂转动角度；
根据所述电液调速器悬臂转动角度控制油泵的油尺伸缩量，以调整发动机的喷油量达到所述目标限油量。
8.一种柴油机喷油量控制装置，其特征在于，包括：
转速获取模块，用于采集发动机的当前转速，并接收发动机的目标转速；
油量确定模块，用于根据所述目标转速和当前速度确定发动机的基础喷油量，以使所述发动机以所述目标转速运行；
油量修正模块，用于基于预设烟度控制条件对所述基础喷油量进行修正，得到目标限油量。
9.一种柴油发动机，包括发动机本体，其特征在于，还包括如权利要求8所述的柴油机喷油量控制装置。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的柴油发动机。
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