一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制系统及方法，其步骤：设置一包括分别设置在内燃机四个气缸中的缸压检测预热塞、喷油嘴、共轨系统、电池、发动机电控单元、预热塞控制单元和燃烧状态解析单元的控制系统；检测发动机的运行状态信息，运行状态信息包括发动机温度、冷却液温度、进气温度、进气压力、发动机转速、发动机转矩、驾驶员需求转矩、环境温度和压力；判断当前发动机是否在进行冷启动，如果判断发动机处于冷启动，则进行冷启动控制；若不是冷启动，进入下一步；判断发动机是否处于小负荷，如果发动机处于小负荷工况，则进行小负荷燃烧辅助控制；反之，不需要预热塞加热及低压喷射方法介入。本发明可广泛应用于各种电控柴油机和电控汽油机。
【专利说明】
一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种发动机低温燃烧控制系统及方法，特别是关于一种在发动机领域中应用的低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]低温燃烧是一种新的发动机燃烧模式，通过对混合气进行稀释避免产生高温，降低NOx排放;通过稀燃以降低颗粒物的排放。同时得益于其直喷压燃的特点，又能够获得比较高的燃烧效率。当发动机运行在中高负荷下，能够实现比较稳定的低温燃烧。但是在小负荷工况下，由于整体的空燃比较高，加之缸壁传热损失，燃烧的稳定性变差。对于汽油或高汽油掺比的燃料，在冷启动和小负荷的工况下，难以压燃着火。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明的目的是提供一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制系统及方法，其在冷启动及小负荷工况下，能实现稳定着火及燃烧。
[0004]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制方法，其特征在于，包括以下步骤:1)设置一包括分别设置在内燃机四个气缸中的缸压检测预热塞、喷油嘴、共轨系统、电池、发动机电控单元、预热塞控制单元和燃烧状态解析单元的控制系统;2)检测发动机的运行状态信息，运行状态信息包括发动机温度、冷却液温度、进气温度、进气压力、发动机转速、发动机转矩、驾驶员需求转矩、环境温度和压力；
3)判断当前发动机是否在进行冷启动，如果判断发动机处于冷启动，则进行冷启动控制;若不是冷启动，则进入步骤4) ;4)判断发动机是否处于小负荷，如果发动机处于小负荷工况，则进行小负荷燃烧辅助控制；若不是处于小负荷工况，则说明当前发动机燃烧处于稳定状态，不需要预热塞加热及低压喷射方法介入。
[0005]优选地，所述步骤3)中，判断当前发动机是否在进行冷启动依据:若当前发动机电控单元接收到发动机启动指令，同时发动机冷却液温度低于标定温度值，环境温度低于标定的温度值，则判断发动机处于冷启动过程。
[0006]优选地，所述步骤3)中，所述冷启动控制过程如下:3.1)首先判断是否进行低压喷射，若环境温度及冷却液温度低于预先标定的温度值，则进行低压喷射，由发动机电控单元控制降低共轨系统压力，由喷油嘴进行低压燃油喷射，然后进入步骤3.2);若环境温度及冷却液温度高于预先标定的温度值，则无需进行低压喷射，直接进入步骤3.2); 3.2)由预热塞控制单元控制开启缸压检测预热塞进行缸内加热，提升气缸内气体温度;3.3)缸压检测预热塞中的缸压信息传输至燃烧状态解析单元，由燃烧状态解析单元解析当前各缸的燃烧状态信息，并把解析结果通过SPI总线发给发动机电控单元;3.4)由发动机电控单元判断当前燃烧是否稳定，判断的依据是燃烧状态解析单元中解析出的燃烧状态:若燃烧不稳定，发动机电控单元通过CAN总线给预热塞控制单元发动调整加热功率指令，返回步骤3.2)，调整加热功率，对气缸内继续加热;循环步骤3.2)-3.4),继续解析燃烧状态，判断燃烧是否稳定，直至燃烧稳定，由发动机电控系统控制共轨系统恢复轨压;3.5)由电热塞控制单元接受发动机控制系统逐步停止即热的指令，控制缸压检测预热塞逐渐降低加热功率，直至关闭;发动机冷启动结束。
[0007]优选地，所述步骤3.3)中，所述燃烧状态信息包括有无失火、CA50是否处于正常范围、燃烧滞燃期、指示平均有效压力和指示燃烧效率。
[0008]优选地，所述步骤4)中，判断发动机是否处于小负荷依据:若发动机转矩以及发动机转矩需求低于预先标定的转矩值，则判断发动机当前处于小负荷。
[0009]优选地，所述步骤4)中，小负荷燃烧辅助控制过程如下:4.1)若发动机处于低负荷工况，由燃烧状态解析单元解析当前各缸的燃烧状态，燃烧状态解析单元把解析结果通过SPI总线发送至发动机电控单元;4.2)判断当前燃烧是否稳定，判断的依据是燃烧状态解析单元解析出的燃烧状态:若燃烧稳定，则进入步骤4.3)；若燃烧非稳定，发动机电控单元通过CAN总线给电热塞控制单元发送指令，控制缸压检测预热塞开始加热，并返回至步骤4.1)进行燃烧状态解析和判断，若仍不稳定，则调整缸压检测预热塞的加热功率，直至判断燃烧稳定，则进入步骤4.3);4.3)由电热塞控制单元控制缸压检测预热塞逐步降低加热功率，直至缸压检测预热塞停止加热，小负荷燃烧稳定控制结束。
[0010]本发明还提供另一种技术方案:一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制系统，其特征在于:所述控制系统包括分别设置在发动机四个气缸中的缸压检测预热塞、预热塞控制单元、发动机电控单元、燃烧状态解析单元、发动机的喷油嘴、共轨系统和电池;所述缸压检测预热塞一端与所述发动机气缸连接，另一端与所述预热塞控制单元连接;所述预热塞控制单元与所述发动机电控单元通过CAN总线进行信息交互;所述缸压检测预热塞中的缸压信息传输至所述燃烧状态解析单元，由所述燃烧状态解析单元对缸压信息进行解析处理得到燃烧状态指标，所述燃烧状态解析单元通过SPI总线与所述发动机电控单元进行信息交互;所述喷油嘴与所述共轨系统连接，所述发动机电控单元控制所述共轨系统中的压力，进而对所述喷油嘴的喷射压力控制;所述预热塞控制单元和缸压检测预热塞都与所述电池连接。
[0011]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:本发明采用冷启动控制和小负荷燃烧辅助控制，可以在冷启动及小负荷工况下，实现稳定着火及燃烧。本发明可广泛应用于各种电控柴油机和电控汽油机。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的整体控制系统结构示意图；
[0013]图2是本发明的整体控制方法流程示意图；
[0014]图3是本发明的低温燃烧发动机冷启动控制流程示意图；
[0015]图4是本发明的低温燃烧发动机小负荷燃烧控制流程示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0017]如图1所示，本发明提供一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制系统，其包括分别设置在发动机I四个气缸中的缸压检测预热塞2、预热塞控制单元3、发动机电控单元4、燃烧状态解析单元5、发动机的喷油嘴6、共轨系统7和电池8。缸压检测预热塞2—端与发动机I气缸连接，缸压检测预热塞2另一端与预热塞控制单元3连接，由预热塞控制单元3分别控制发动机I各气缸的缸压检测预热塞2的加热始点、加热时长和加热功率，由于预热塞控制单元3对各气缸的缸压检测预热塞2的加热控制是独立的，因此可以根据每个气缸的状况选择不同的加热控制参数;预热塞控制单元3与发动机电控单元4通过CAN总线进行信息交互。缸压检测预热塞2中的缸压信息传输至燃烧状态解析单元5，由燃烧状态解析单元5对缸压信息进行解析处理得到燃烧状态指标，燃烧状态解析单元5通过SPI总线与发动机电控单元4进行信息交互。喷油嘴6与共轨系统7连接，发动机电控单元4控制共轨系统7中的压力，进而实现对喷油嘴6的喷射压力控制，根据需求改变喷油嘴6的喷射压力，可以间接影响燃油喷射的雾化程度。预热塞控制单元3和缸压检测预热塞2都与电池8连接，由电池8为缸压检测预热塞2提供进行电加热的能量。
[0018]上述实施例中，发动机I采用直喷压燃发动机，直喷压燃发动机是指燃料通过发动机燃油喷射系统直接喷入气缸，通过压缩的方式点火;低温燃烧在这里指代运用了这一燃烧模式的多种新的燃烧概念，如汽油部分预混合压燃，汽柴油混合燃料的部分预混合压燃等。
[0019]上述各实施例中，缸压检测预热塞2通过传统的预热塞安装孔安装在发动机I上，在对气缸内气体进行加热的同时还可以测量气缸内气体压力，具有连续缸内加热的能力。
[0020]如图2所示，本发明还提供一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制方法，其步骤如下:
[0021]I)首先检测发动机I的运行状态信息，运行状态信息包括发动机温度、冷却液温度、进气温度、进气压力、发动机转速、发动机转矩、驾驶员需求转矩、环境温度和压力等。[0022 ] 2)判断当前发动机是否在进行冷启动:若当前发动机电控单元4接收到发动机启动指令，同时发动机冷却液温度低于标定温度值，环境温度低于标定的温度值，即可判断发动机处于冷启动过程;如果判断发动机处于冷启动，则进行冷启动控制;若不是冷启动，则进入步骤3)。
[0023]其中，如图3所示，冷启动控制过程如下:
[0024]2.1)首先判断是否进行低压喷射，由于低压喷射不利于燃油雾化，能够产生局部的浓区，从而在压缩的过程中率先自燃，继而引燃其余气体;可以依据冷启动时环境的恶劣程度进行判断，若环境温度及冷却液温度低于预先标定的温度值，则进行低压喷射，由发动机电控单元4控制降低共轨系统7压力，由喷油嘴6进行低压燃油喷射，然后进入步骤2.2);若环境温度及冷却液温度高于预先标定的温度值，则无需进行低压喷射，直接进入步骤
2.2)；
[0025]2.2)由预热塞控制单元3控制开启缸压检测预热塞2进行缸内加热，提升气缸内气体温度；由于气缸内气体温度过低是导致小负荷低温燃烧不稳定的重要因素，因此气缸内加热有利于稳定燃烧；
[0026]2.3)缸压检测预热塞2中的缸压信息传输至燃烧状态解析单元5，由燃烧状态解析单元5解析当前各缸的燃烧状态信息，燃烧状态解析单元5把解析结果通过SPI总线发给发动机电控单元4;其中，燃烧状态信息包括有无失火、CA50是否处于正常范围、燃烧滞燃期、指示平均有效压力和指示燃烧效率等;其中，CA50是内燃机领域中用于描述燃烧放热中心的指标。
[0027]2.4)由发动机电控单元4判断当前燃烧是否稳定，判断的依据是燃烧状态解析单元5中解析出的燃烧状态:若燃烧不稳定，发动机电控单元4通过CAN总线给预热塞控制单元3发动调整加热功率指令，返回步骤2.2)，调整加热功率，对气缸内继续加热；循环步骤
2.2)-2.4),继续解析燃烧状态，判断燃烧是否稳定，直至燃烧稳定，由发动机电控系统6控制共轨系统7恢复轨压；
[0028]2.5)由电热塞控制单元7接受发动机控制系统6逐步停止即热的指令，控制缸压检测预热塞2逐渐降低加热功率，直至关闭;发动机冷启动结束。
[0029]3)判断发动机是否处于小负荷:若发动机转矩以及发动机转矩需求低于预先标定的转矩值，则可以判断发动机当前处于小负荷;如果发动机处于小负荷工况，则进行小负荷燃烧辅助控制;若不是处于小负荷工况，则说明当前发动机燃烧处于稳定状态，不需要预热塞加热及低压喷射等方法介入。
[0030]其中，如图4所示，小负荷燃烧辅助控制过程如下:
[0031]3.1)若发动机处于低负荷工况，由燃烧状态解析单元5解析当前各缸的燃烧状态，燃烧状态解析单元5把解析结果通过SPI总线发送至发动机电控单元4;
[0032]3.2)判断当前燃烧是否稳定，判断的依据是燃烧状态解析单元5解析出的燃烧状态:若燃烧稳定，则进入步骤3.3)；若燃烧非稳定，发动机电控单元4通过CAN总线给电热塞控制单元7发送指令，控制缸压检测预热塞2开始加热，并返回至步骤3.1)进行燃烧状态解析和判断，若仍不稳定，则调整缸压检测预热塞2的加热功率，直至判断燃烧稳定，则进入步骤3.3);
[0033]3.3)由电热塞控制单元7控制缸压检测预热塞2逐步降低加热功率，直至缸压检测预热塞2停止加热，小负荷燃烧稳定控制结束。
[0034]上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
【主权项】
1.一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)设置一包括分别设置在内燃机四个气缸中的缸压检测预热塞、喷油嘴、共轨系统、电池、发动机电控单元、预热塞控制单元和燃烧状态解析单元的控制系统； 2)检测发动机的运行状态信息，运行状态信息包括发动机温度、冷却液温度、进气温度、进气压力、发动机转速、发动机转矩、驾驶员需求转矩、环境温度和压力； 3)判断当前发动机是否在进行冷启动，如果判断发动机处于冷启动，则进行冷启动控制;若不是冷启动，则进入步骤4); 4)判断发动机是否处于小负荷，如果发动机处于小负荷工况，则进行小负荷燃烧辅助控制;若不是处于小负荷工况，则说明当前发动机燃烧处于稳定状态，不需要预热塞加热及低压喷射方法介入。2.如权利要求1所述的一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制方法，其特征在于:所述步骤3)中，判断当前发动机是否在进行冷启动依据:若当前发动机电控单元接收到发动机启动指令，同时发动机冷却液温度低于标定温度值，环境温度低于标定的温度值，则判断发动机处于冷启动过程。3.如权利要求1所述的一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制方法，其特征在于:所述步骤3)中，所述冷启动控制过程如下: 3.1)首先判断是否进行低压喷射，若环境温度及冷却液温度低于预先标定的温度值，则进行低压喷射，由发动机电控单元控制降低共轨系统压力，由喷油嘴进行低压燃油喷射，然后进入步骤3.2);若环境温度及冷却液温度高于预先标定的温度值，则无需进行低压喷射，直接进入步骤3.2); 3.2)由预热塞控制单元控制开启缸压检测预热塞进行缸内加热，提升气缸内气体温度； 3.3)缸压检测预热塞中的缸压信息传输至燃烧状态解析单元，由燃烧状态解析单元解析当前各缸的燃烧状态信息，并把解析结果通过SPI总线发给发动机电控单元； 3.4)由发动机电控单元判断当前燃烧是否稳定，判断的依据是燃烧状态解析单元中解析出的燃烧状态:若燃烧不稳定，发动机电控单元通过CAN总线给预热塞控制单元发动调整加热功率指令，返回步骤3.2)，调整加热功率，对气缸内继续加热;循环步骤3.2)-3.4)，继续解析燃烧状态，判断燃烧是否稳定，直至燃烧稳定，由发动机电控系统控制共轨系统恢复轨压； 3.5)由电热塞控制单元接受发动机控制系统逐步停止即热的指令，控制缸压检测预热塞逐渐降低加热功率，直至关闭;发动机冷启动结束。4.如权利要求3所述的一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制方法，其特征在于:所述步骤3.3)中，所述燃烧状态信息包括有无失火、CA50是否处于正常范围、燃烧滞燃期、指示平均有效压力和指示燃烧效率。5.如权利要求1所述的一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制方法，其特征在于:所述步骤4)中，判断发动机是否处于小负荷依据:若发动机转矩以及发动机转矩需求低于预先标定的转矩值，则判断发动机当前处于小负荷。6.如权利要求1所述的一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制方法，其特征在于:所述步骤4)中，小负荷燃烧辅助控制过程如下: 4.1)若发动机处于低负荷工况，由燃烧状态解析单元解析当前各缸的燃烧状态，燃烧状态解析单元把解析结果通过SPI总线发送至发动机电控单元； 4.2)判断当前燃烧是否稳定，判断的依据是燃烧状态解析单元解析出的燃烧状态:若燃烧稳定，则进入步骤4.3)；若燃烧非稳定，发动机电控单元通过CAN总线给电热塞控制单元发送指令，控制缸压检测预热塞开始加热，并返回至步骤4.1)进行燃烧状态解析和判断，若仍不稳定，则调整缸压检测预热塞的加热功率，直至判断燃烧稳定，则进入步骤4.3); 4.3)由电热塞控制单元控制缸压检测预热塞逐步降低加热功率，直至缸压检测预热塞停止加热，小负荷燃烧稳定控制结束。7.—种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制系统，其特征在于:所述控制系统包括分别设置在发动机四个气缸中的缸压检测预热塞、预热塞控制单元、发动机电控单元、燃烧状态解析单元、发动机的喷油嘴、共轨系统和电池； 所述缸压检测预热塞一端与所述发动机气缸连接，另一端与所述预热塞控制单元连接;所述预热塞控制单元与所述发动机电控单元通过CAN总线进行信息交互;所述缸压检测预热塞中的缸压信息传输至所述燃烧状态解析单元，由所述燃烧状态解析单元对缸压信息进行解析处理得到燃烧状态指标，所述燃烧状态解析单元通过SPI总线与所述发动机电控单元进行信息交互;所述喷油嘴与所述共轨系统连接，所述发动机电控单元控制所述共轨系统中的压力，进而对所述喷油嘴的喷射压力控制;所述预热塞控制单元和缸压检测预热塞都与所述电池连接。
【文档编号】F02D43/00GK105863864SQ201610286090
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】周天元, 杨福源, 姚昌晟, 胡耀东, 孙进伟, 余平
【申请人】清华大学