一种优化发动机高原起动性能的电控加氧设备及加氧方法

摘要

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种优化发动机高原起动性能的电控加氧设备及加氧方法。该设备包括电子控制单元、附带调压阀的氧气瓶、氧气压力传感器、电磁阀和继电器；附带调压阀的氧气瓶与硬管的一端连接；硬管的另一端与第一软管的一端连接；第一软管的另一端与电磁阀连接；电磁阀与第二软管的一端连接；第二软管的另一端与发动机进气系统连接；硬管上安装氧气压力传感器；氧气压力传感器、电磁阀和继电器通过线束与电子控制单元连接。本发明是一种通过电子控制单元的控制，使纯氧气充分而精确的注入到进气中，保证柴油燃烧的充分性的优化发动机高原起动性能的电控加氧设备及加氧方法，解决了现有柴油机高原冷起动的问题。

权利要求

1.一种优化发动机高原起动性能的电控加氧设备的电控方法，通过一种优化发动机高原起动性能的电控加氧设备实现，该设备包括电子控制单元(1)、附带调压阀的氧气瓶(2)、氧气压力传感器(3)、电磁阀(4)和继电器(5)；所述附带调压阀的氧气瓶(2)与硬管的一端连接；所述硬管的另一端与第一软管的一端连接；所述第一软管的另一端与电磁阀连接；所述电磁阀与第二软管的一端连接；所述第二软管的另一端与发动机进气系统连接；所述硬管上安装氧气压力传感器(3)；所述氧气压力传感器(3)、电磁阀(4)和继电器(5)通过线束(6)与电子控制单元(1)连接；其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、利用电子控制单元(1)对电磁阀(4)的通电时间决定电磁阀(4)通径完全打开的时间，进而决定了高压氧气流经电磁阀(4)进入发动机进气系统的时间，进而决定了起动阶段进入发动机的氧气质量；具体如下：利用电子控制单元(1)接收到的大气压力信号和冷却液温度信号作为一个MAP表的输入，查MAP表计算电磁阀(4)的通电时间，大气压力和冷却液温度分别反映了整车和发动机所处的海拔高度和发动机热机状态；

步骤二、当发动机进入到起动阶段，以发动机转速值为判断条件的一个状态值置1，激活加氧模块运行；加氧模块激活后，对氧气压力传感器(3)的原始电压信号进行诊断，当电压信号高于设定的上限阈值或低于下限阈值且保持该状态超过某设定时段，则使氧气压力传感器(3)电压信号异常状态置1，激活电子控制单元(1)的诊断模块，向整个电子控制单元(1)广播出故障，然后通过自定义CAN报文或自定义闪码向整车驾驶者发出提醒，同时停止加氧模块的运行；同样以此方式，对转换后的氧气压力物理值进行诊断，出现异常后广播故障并且终止功能：具体如下：

21)电子控制单元(1)利用MATLAB的simulink即可视化仿真模块编绘模型，该模型各模块如下：

a.功能释放状态机模块：输入：使能常量和监控模块状态值；输出：功能激活标志量；过程：输入信号是“与”关系，输入皆为1，输出为1，否则为0；

b.氧气压力信号监控模块：输入：氧气压力传感器电压信号；输出：电压与压力值异常状态；过程：电压信号通过MAP查表得到压力值，电压信号和压力值同时与阈值比较，超出阈值则报错；

c.电磁阀继电器开启使能模块：输入：发动机起动标志量，发动机转速值；输出：电磁阀使能标志量；过程：起动标志与转速是否低于阈值是“与”关系，输入皆为1，输出为1，否则为

0；

d.电磁阀继电器加电时间模块：输入：大气压力信号，发动机冷却液温度信号；输出：加电时间；过程：压力信号和温度信号通过MAP查表计算电磁阀(4)加电时间；

22)通过代码编译软件将模型文件转化成程序，刷写到电子控制单元(1)中；

步骤三、将控制程序应用于发动机上，将电子控制单元(1)与氧气压力传感器(3)和执行器通过线束连接，将各部件装配连接；

步骤四、起动发动机，加氧设备运行。

说明书

一种优化发动机高原起动性能的电控加氧设备及加氧方法

技术领域

[0001] 本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种优化发动机高原起动性能的电控加氧设备及加氧方法。

背景技术

[0002] 冷起动困难是目前困扰发动机应用最为严重的一个工程问题，而在我国西部地区，由于地处高原，气压低而空气密度小，在该地域使用的工程机械及车辆发动机，其起动
困难甚至根本无法起动的情况更加严重，从而出现“趴窝”或交通运输中断等严重情况。

[0003] 发动机高原冷启动困难，除了受进气温度低、燃料温度低、发动机冷却液温度低等发动机低温起动共有的因素影响外，另有一个主要原因在于高原地区空气稀薄，实际进气
质量太小，发动机燃烧不充分，尤其是对于像摊铺机这样需要带载起动的工程机械，由于低
温下液压油粘度增大造成的负载急剧加大，更需要保证进气中氧含量的充足。

[0004] 现有解决柴油机高原冷起动问题的方法存在以下缺点：

[0005] 1、扭矩补偿技术：由于目前工程机械和工程车辆主要采用柴油机驱动，柴油机基本采用过量空燃比方式来工作，补偿的扭矩只用于直接增加喷油量，不直接增加进气量，因
此对改善气缸内混合气燃烧状态的作用并不大，反而会导致更多燃油不能完全燃烧而顺着
排气系统排放于大气中。所以该方法对柴油机高原冷起动问题的解决没有太大针对性。

[0006] 2、冷却液、机油加热技术：从理论上来说对发动机冷起动有好处，但是从实际测试的结果来看，效果很有限。这说明高原冷起动困难的主要原因并非(至少并不仅限于)发动
机油液的低温粘稠。

[0007] 3、进气加热：对发动机冷起动有好处，但是会有一个副作用，就是在提高进气温度的同时降低了进气密度，这对高海拔地区的发动机起动来说反而会有不好的影响。

[0008] 4、增加进气压力：这种方法虽然能够增加进气密度，但是很难解决在起动前或起动阶段增压组件的驱动问题。在发动机起动阶段，由起动机拖动发动机的过程中，电瓶的耗
电量极大；增压组件属于电驱动设备，功率较大，在起动前或起动中开启增压组件，会增加
电瓶电量消耗，让掉电情况更加严重，反而会增加由于亏电而无法起动发动机的风险。

发明内容

[0009] 本发明提供了一种通过电子控制单元的控制，使纯氧气充分而精确的注入到进气中，保证柴油燃烧的充分性的优化发动机高原起动性能的电控加氧设备及加氧方法，解决
了现有柴油机高原冷起动的问题。

[0010] 本发明技术方案结合附图说明如下：

[0011] 一种优化发动机高原起动性能的电控加氧设备，该设备包括电子控制单元1、附带调压阀的氧气瓶2、氧气压力传感器3、电磁阀4和继电器5；所述附带调压阀的氧气瓶2与硬
管的一端连接；所述硬管的另一端与第一软管的一端连接；所述第一软管的另一端与电磁
阀连接；所述电磁阀与第二软管的一端连接；所述第二软管的另一端与发动机进气系统连
接；所述硬管上安装氧气压力传感器3；所述氧气压力传感器3、电磁阀4和继电器5通过线束
6与电子控制单元1连接。

[0012] 一种优化发动机高原起动性能的电控加氧设备的电控方法，该方法包括以下步骤：

[0013] 步骤一、利用电子控制单元1对电磁阀4的通电时间决定电磁阀4通径完全打开的时间，进而决定了高压氧气流经电磁阀4进入发动机进气系统的时间，进而决定了起动阶段
进入发动机的氧气质量；具体如下：

[0014] 利用电子控制单元1接收到的大气压力信号和冷却液温度信号作为一个MAP表的输入，查MAP表计算电磁阀4的通电时间，大气压力和冷却液温度分别反映了整车和发动机
所处的海拔高度和发动机热机状态；

[0015] 步骤二、当发动机进入到起动阶段，以发动机转速值为判断条件的一个状态值置1，激活加氧模块运行；加氧模块激活后，对氧气压力传感器3的原始电压信号进行诊断，当
电压信号高于设定的上限阈值或低于下限阈值且保持该状态超过某设定时段，则使氧气压
力传感器3电压信号异常状态置1，激活电子控制单元1的诊断模块，向整个电子控制单元1
广播出该故障，然后通过自定义CAN报文或自定义闪码向整车驾驶者发出提醒，同时停止加
氧模块的运行；同样以此方式，对转换后的氧气压力物理值进行诊断，出现异常后广播故障
并且终止功能：具体如下：

[0016] 21)电子控制单元1利用MATLAB的simulink即可视化仿真模块编绘模型，该模型各模块如下：

[0017] a.功能释放状态机模块：输入：使能常量和监控模块状态值；输出：功能激活标志量；过程：输入信号是“与”关系，输入皆为1，输出为1，否则为0；

[0018] b.氧气压力信号监控模块：输入：氧气压力传感器电压信号；输出：电压与压力值异常状态；过程：电压信号通过MAP查表得到压力值，电压信号和压力值同时与阈值比较，超
出阈值则报错；

[0019] c.电磁阀继电器开启使能模块：输入：发动机起动标志量，发动机转速值；输出：电磁阀使能标志量；过程：起动标志与转速是否低于阈值是“与”关系，输入皆为1，输出为1，否
则为0；

[0020] d.电磁阀继电器加电时间模块：输入：大气压力信号，发动机冷却液温度信号；输出：加电时间；过程：压力信号和温度信号通过MAP查表计算电磁阀4加电时间。

[0021] 22)通过代码编译软件将模型文件转化成程序，刷写到电子控制单元1中。

[0022] 步骤三、将控制程序应用于发动机上，将电子控制单元1与氧气压力传感器3和执行器通过线束连接，将各部件装配连接；

[0023] 步骤四、起动发动机，加氧设备运行。

[0024] 本发明的有益效果为：

[0025] 1)本发明有效提高进气中的氧含量，在不增加燃油消耗的前提下提高燃油在气缸中燃烧的充分性，从而有针对性的优化起动性能，起动优化效果明显(起动时间减少到2秒
以内)；

[0026] 2)本发明根据发动机和环境状态的不同，自动精确控制加氧量，并具备氧气压力监控功能，能够在保证优化起动性能的前提下尽量节省氧气瓶消耗量(相较人工加氧，氧气
节省量在50％以上)；

[0027] 3)本发明减少了冷机起动过程中的多余燃油消耗(0.8kg/h)和起动机磨损；

[0028] 4)本发明中电磁阀控制氧气加注，结构简单，用电量小(24V工作电压时，工作电流≤0.8A)，对起动的副作用小。

附图说明

[0029] 图1为本发明中电控加氧设备的结构示意图；

[0030] 图2为本发明中电子控制单元中模块策略示意图；

[0031] 图3为本发明中电子控制单元电控策略流程图；

[0032] 图4为本发明的方法流程图。

具体实施方式

[0033] 参阅图1，一种优化发动机高原起动性能的电控加氧设备，该设备包括电子控制单元1、附带调压阀的氧气瓶2、氧气压力传感器3、电磁阀4和继电器5；所述附带调压阀的氧气
瓶2与硬管的一端连接；所述硬管的另一端与第一软管的一端连接；所述第一软管的另一端
与电磁阀连接；所述电磁阀与第二软管的一端连接；所述第二软管的另一端与发动机进气
系统连接；所述硬管上安装氧气压力传感器3；所述氧气压力传感器3、电磁阀4和继电器5通
过线束6与电子控制单元1连接。氧气压力传感,3和发动机系统自带的冷却液温度传感器、
大气压力传感器、转速传感器等部件的信号作为输入发送给电子控制单元1。

[0034] 控制策略写入到电子控制单元1中，电子控制单元1根据各项输入信号进行迈普图查表计算和异常状态监控，输出准确的电磁阀4加电时间和监控通知。

[0035] 氧气从氧气瓶中产生，经过调压阀的降压处理，再经过电磁阀4和后端软管进入到发动机进气系统，最终完成氧气的加注，电磁阀4的加电时间决定了氧气的加注量。

[0036] 参阅图2、图3，所述电子控制单元1利用MATLAB的simulink(可视化仿真模块)编绘模型；

[0037] 电子控制单元1包括以下模块：

[0038] 功能释放状态机模块：由可标定的功能使能开关、氧气压力传感器故障诊断模块、氧气压力故障诊断模块构成。使能开关置1时，加氧功能在策略上可用，同时考虑传感器自
身状态和调压阀下游氧气压力的状态，由软件决定该功能是否应释放；

[0039] 氧气压力信号获取和处理模块：由模拟信号压力传感器、特性参数处理模块、故障诊断模块构成。压力传感器将测量得到的模拟电信号发送给电子控制单元1，控制软件将电
信号转换成对应的物理量，同时对电信号和物理量进行故障诊断；

[0040] 电磁阀继电器开启使能模块：通过发动机起动状态和转速值来决定使能与否，保证在起动过程中电磁阀开始工作。

[0041] 电磁阀继电器开启时间模块：通过环境压力信号和冷却液温度信号决定开启时间，保证在不同海拔和不同冷却液温度状态下精确加氧。

[0042] 参阅图4，一种优化发动机高原起动性能的电控加氧设备的电控方法，该方法包括以下步骤：

[0043] 步骤一、利用电子控制单元1对电磁阀4的通电时间决定电磁阀4通径完全打开的时间，进而决定了高压氧气流经电磁阀4进入发动机进气系统的时间，进而决定了起动阶段
进入发动机的氧气质量；具体如下：

[0044] 利用电子控制单元1接收到的大气压力信号和冷却液温度信号作为一个MAP表的输入，查MAP表计算电磁阀4的通电时间，大气压力和冷却液温度分别反映了整车和发动机
所处的海拔高度和发动机热机状态；MAP表如下：

[0045]

[0046] 步骤二、当发动机进入到起动阶段，以发动机转速值为判断条件的一个状态值置1，激活加氧模块运行；加氧模块激活后，对氧气压力传感器3的原始电压信号进行诊断，当
电压信号高于设定的上限阈值或低于下限阈值且保持该状态超过某设定时段，则使氧气压
力传感器3电压信号异常状态置1，激活电子控制单元1的诊断模块，向整个电子控制单元1
广播出该故障，然后通过自定义CAN报文或自定义闪码向整车驾驶者发出提醒，同时停止加
氧模块的运行；同样以此方式，对转换后的氧气压力物理值进行诊断，出现异常后广播故障
并且终止功能：具体如下：

[0047] 21)电子控制单元1利用MATLAB的simulink即可视化仿真模块编绘模型，该模型各模块如下：

[0048] a.功能释放状态机模块：输入：使能常量和监控模块状态值；输出：功能激活标志量；过程：输入信号是“与”关系，输入皆为1，输出为1，否则为0；

[0049] b.氧气压力信号监控模块：输入：氧气压力传感器电压信号；输出：电压与压力值异常状态；过程：电压信号通过MAP查表得到压力值，电压信号和压力值同时与阈值比较，超
出阈值则报错；

[0050] c.电磁阀继电器开启使能模块：输入：发动机起动标志量，发动机转速值；输出：电磁阀使能标志量；过程：起动标志与转速是否低于阈值是“与”关系，输入皆为1，输出为1，否
则为0；

[0051] d.电磁阀继电器加电时间模块：输入：大气压力信号，发动机冷却液温度信号；输出：加电时间；过程：压力信号和温度信号通过MAP查表计算电磁阀4加电时间。

[0052] 22)通过代码编译软件将模型文件转化成程序，刷写到电子控制单元1中。