降低柴油機(jī)瞬態(tài)工況煙度的控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)工況排放控制技術(shù)，具體涉及一種可實(shí)現(xiàn)降低柴油機(jī) 瞬態(tài)工況煙度的控制系統(tǒng)，及以煙度和CA50(柴油燃燒50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角） 為控制目標(biāo)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于柴油機(jī)具有動(dòng)力性強(qiáng)、可靠性好及熱效率高等優(yōu)勢(shì)，在車用發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)的份 額越來越大，前景可觀。但是在實(shí)際工作的過程中，車用柴油機(jī)大部分時(shí)間處于瞬態(tài)工況， 尤其在城市路面運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化頻繁，大部分排放物即在短期的速度或轉(zhuǎn)矩急劇 變化的瞬態(tài)過程產(chǎn)生。隨著能源與環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻及排放法規(guī)的日益嚴(yán)苛，有效降低 柴油機(jī)瞬態(tài)工況下的排放已經(jīng)成為國內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)工作者亟需解決的科學(xué)與工程問題。
[0003]國內(nèi)外大量的研宄結(jié)果表明：柴油機(jī)瞬態(tài)工況下，扭矩、CAlO及CA50等核心參數(shù) 均發(fā)生不同程度的滯后，排放特性特別是煙度及CO排放發(fā)生惡化的主要原因是供油、供氣 和缸內(nèi)熱力狀態(tài)等參數(shù)響應(yīng)速率不一致從而導(dǎo)致燃燒邊界條件失衡。
[0004] 解決瞬態(tài)工況以上問題主要是通過合理的加載模式、噴油定時(shí)或EGR等控制方法 來有效改善轉(zhuǎn)矩響應(yīng)和排放。目前應(yīng)用最廣泛的直線加載策略在提高轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的同時(shí)不可 避免的會(huì)造成煙度及CO等的惡化，兩者不能兼顧。這是因?yàn)樗矐B(tài)工況下采用直線加載策 略，進(jìn)氣延遲以及缸內(nèi)溫度上升緩慢，而且隨著瞬變率的增大，滯后程度越嚴(yán)重，導(dǎo)致燃油 霧化及混合質(zhì)量差，燃燒與排放性能發(fā)生惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的是為克服目前柴油機(jī)瞬態(tài)工況下扭矩響應(yīng)滯后和煙度惡化的 缺點(diǎn)，提出一種降低柴油機(jī)瞬態(tài)工況煙度的控制系統(tǒng)，采用該控制系統(tǒng)，以煙度和CA50為 控制目標(biāo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)降低柴油機(jī)瞬態(tài)工況煙度和提高發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩響應(yīng)性的閉環(huán)控制。
[0006] 本實(shí)用新型降低柴油機(jī)瞬態(tài)工況煙度的控制系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、空氣濾清器、壓氣 機(jī)、與壓氣機(jī)同軸相連的渦輪機(jī)、進(jìn)氣中冷器、設(shè)置在輸出軸上的高響應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器和高響 應(yīng)扭矩傳感器、設(shè)置在氣缸體上的缸壓傳感器，ECU電控單元、電荷放大器、設(shè)有CA50計(jì)算 程序的單片機(jī)、設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上的曲軸位置傳感器；
[0007] 所述的空氣濾清器依次通過壓氣機(jī)、進(jìn)氣中冷器與發(fā)動(dòng)機(jī)上的進(jìn)氣總管管路連 通，所述的渦輪機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)上的排氣總管管路連通；
[0008] 所述的高響應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器和高響應(yīng)扭矩傳感器分別與ECU電控單元通訊連接；
[0009] 所述的缸壓傳感器和曲軸位置傳感器分別通過電荷放大器與設(shè)有CA50計(jì)算程序 的單片機(jī)通訊連接，設(shè)有CA50計(jì)算程序的單片機(jī)與ECU電控單元通訊連接；ECU電控單元 與發(fā)動(dòng)機(jī)的油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制連接。
[0010] 本控制系統(tǒng)的工作機(jī)理是：
[0011] 缸壓傳感器采集的缸壓信號(hào)和曲軸位置傳感器采集的曲軸位置信號(hào)通過電荷放 大器進(jìn)行處理傳入到單片機(jī)中，單片機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的CA50并將其傳入到ECU電控單元 中。
[0012] ECU電控單元既可以通過高響應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器、高響應(yīng)扭矩傳感器采集的轉(zhuǎn)速和扭 矩信號(hào)來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)所處工況，又可以判斷煙度、CA50的目標(biāo)值與瞬時(shí)值的差值，進(jìn)而通過 設(shè)定方案調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)供油速率。
[0013] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0014] 1.以煙度和CA50為控制目標(biāo)，利用閉環(huán)控制反饋系統(tǒng)對(duì)柴油機(jī)瞬態(tài)工況性能進(jìn) 行優(yōu)化，可以減小由于發(fā)動(dòng)機(jī)的制造和裝配等差異對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成的影響。
[0015] 2.進(jìn)氣延遲對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩響應(yīng)、CAlO和CA50等性能參數(shù)影響較大，第一段加載 過程可以采用較大的加載率，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)加速響應(yīng)性，有效地提高渦輪增壓器瞬變初 期獲得的能量，改善進(jìn)氣延遲程度。
[0016] 3.缸內(nèi)熱力狀態(tài)響應(yīng)滯后對(duì)于燃油霧化和混合影響較大，第二段加載過程保持加 載速率不變，可以有效提高缸內(nèi)熱力狀態(tài)，縮小滯后程度，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。
[0017] 4.第三段加載過程（即中、高負(fù)荷工況）以煙度為控制目標(biāo)，可以有效的控制發(fā)動(dòng) 機(jī)的煙度排放峰值；
[0018] 5.本實(shí)用新型適合各種柴油機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩響應(yīng)性和降低煙 度排放的目的。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本實(shí)用新型降低柴油機(jī)瞬態(tài)工況煙度的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2為柴油機(jī)瞬態(tài)工況加載策略控制方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] 參照?qǐng)D1，一種降低柴油機(jī)瞬態(tài)工況煙度的控制系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)1、空氣濾清器 2、壓氣機(jī)3、與壓氣機(jī)3同軸相連的渦輪機(jī)7、進(jìn)氣中冷器4、設(shè)置在輸出軸上的高響應(yīng)轉(zhuǎn)速 傳感器8和高響應(yīng)扭矩傳感器9、設(shè)置在氣缸體上的缸壓傳感器10, ECU電控單元11、電荷 放大器12、設(shè)有CA50計(jì)算程序的單片機(jī)13、設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上的曲軸位置傳感器14 ;
[0024] 所述的空氣濾清器2依次通過壓氣機(jī)3、進(jìn)氣中冷器4與發(fā)動(dòng)機(jī)1上的進(jìn)氣總管5 管路連通，所述的渦輪機(jī)7與發(fā)動(dòng)機(jī)1上的排氣總管6管路連通；
[0025] 所述的高響應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器8和高響應(yīng)扭矩傳感器9分別與E⑶電控單元11通訊 連接；
[0026] 所述的缸壓傳感器10和曲軸位置傳感器14分別通過電荷放大器12與設(shè)有CA50 計(jì)算程序的單片機(jī)13通訊連接，設(shè)有CA50計(jì)算程序的單片機(jī)13與ECU電控單元11通訊 連接；ECU電控單元與發(fā)動(dòng)機(jī)的油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制連接。
[0027] 本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制方法，是以煙度和CA50(柴油燃燒50%質(zhì)量分 數(shù)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角）為控制目標(biāo)，采用三段折線加載策略調(diào)整供油速率實(shí)現(xiàn)加載率的變 化，包括以下步驟：（參照?qǐng)D2)
[0028] I)、首先根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)需求，在ECU電控單元11中設(shè)置煙度目標(biāo)值和各工況 CA50目標(biāo)值；
[0029]2)、ECU電控單元11通過高響應(yīng)扭矩傳感器9采集發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩信號(hào)，并根據(jù)加載 率計(jì)算公式（1)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的初始加載率，并以此加載率對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行第一段加載，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種降低柴油機(jī)瞬態(tài)工況煙度的控制系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)（I)、空氣濾清器（2)、壓氣 機(jī)（3)、與壓氣機(jī)（3)同軸相連的渦輪機(jī)（7)、進(jìn)氣中冷器（4)、設(shè)置在輸出軸上的高響應(yīng)轉(zhuǎn) 速傳感器（8)和高響應(yīng)扭矩傳感器（9)、設(shè)置在氣缸體上的缸壓傳感器（10)，ECU電控單元 (11)、電荷放大器（12)、設(shè)有CA50計(jì)算程序的單片機(jī)（13)、設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上的曲軸位 置傳感器（14);其特征在于： 所述的空氣濾清器（2)依次通過壓氣機(jī)（3)、進(jìn)氣中冷器（4)與發(fā)動(dòng)機(jī)（1)上的進(jìn)氣總 管（5)管路連通，所述的渦輪機(jī)（7)與發(fā)動(dòng)機(jī)（1)上的排氣總管（6)管路連通； 所述的高響應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器（8)和高響應(yīng)扭矩傳感器（9)分別與ECU電控單元（11)通 訊連接； 所述的缸壓傳感器（10)和曲軸位置傳感器（14)分別通過電荷放大器（12)與設(shè)有CA50計(jì)算程序的單片機(jī)（13)通訊連接，設(shè)有CA50計(jì)算程序的單片機(jī)（13)與ECU電控單元 (11)通訊連接；ECU電控單元（11)與發(fā)動(dòng)機(jī)⑴的油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)工況排放控制技術(shù)，具體涉及一種降低柴油機(jī)瞬態(tài)工況煙度的控制系統(tǒng)及控制方法。它由發(fā)動(dòng)機(jī)、空氣濾清器、壓氣機(jī)、與壓氣機(jī)同軸相連的渦輪機(jī)、進(jìn)氣中冷器、設(shè)置在輸出軸上的高響應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器和高響應(yīng)扭矩傳感器、設(shè)置在氣缸體上的缸壓傳感器，ECU電控單元、電荷放大器、設(shè)有CA50計(jì)算程序的單片機(jī)、設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上的曲軸位置傳感器組成；基于該系統(tǒng)，以煙度和CA50(柴油燃燒50％質(zhì)量分?jǐn)?shù)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角)為控制目標(biāo)，采用三段折線加載策略調(diào)整供油速率實(shí)現(xiàn)加載率的變化。同時(shí)實(shí)現(xiàn)降低柴油機(jī)瞬態(tài)工況煙度和提高發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩響應(yīng)性，克服了現(xiàn)有技術(shù)兩者不可兼顧的缺點(diǎn)。
【IPC分類】F02D41-30, F02D41-14
【公開號(hào)】CN204532559
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520219641
【發(fā)明人】劉忠長, 丁云龍, 田徑, 許允, 張龍平, 韓恒, 牛吉祥, 亓升林
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月13日