用于甲醇发动机的喷射控制方法、控制装置及车辆

摘要

本发明提供了一种用于甲醇发动机的喷射控制方法、控制装置及车辆，属于甲醇发动机控制技术领域。该喷射控制方法包括：计算各个负荷工况所对应的喷油持续期；根据各个所述喷油持续期中的最大值和发动机性能参数确定目标喷油开启时刻；控制喷油器根据所述目标喷油开启时刻和当前的负荷工况所对应的目标喷油持续期进行喷油。本发明还提供了用于执行上述喷射控制方法的控制单元以及包括该控制单元的车辆。本发明的喷射控制方法、控制装置及车辆能够改善喷雾蒸发时间短和缸内湿壁严重对缸套磨损和燃烧的不利影响，简化计算过程和节约计算时间。

权利要求

1.一种用于甲醇发动机的喷射控制方法，其特征在于，包括：计算各个负荷工况所对应的喷油持续期；

根据各个所述喷油持续期中的最大值和发动机性能参数确定目标喷油开启时刻；

控制喷油器根据所述目标喷油开启时刻和当前负荷工况所对应的目标喷油持续期进行喷油；

根据各个所述喷油持续期中的最大值和发动机性能参数确定目标喷油开启时刻的步骤包括：根据所述喷油持续期中的最大值计算第一喷油开启时刻；

根据第一喷油开启时刻确定多个候选喷油开启时刻；

对每一所述候选喷油开启时刻进行发动机标定实验；

根据所述发动机标定实验得出的发动机性能参数在所述多个候选喷油开启时刻中选取所述目标喷油开启时刻。

2.根据权利要求1所述的喷射控制方法，其特征在于，所述发动机性能参数包括油耗率和排放性能；所述根据所述发动机标定实验得出的发动机性能参数在所述多个候选喷油开启时刻中选取所述目标喷油开启时刻的步骤包括：在所述发动机标定实验的数据中选取油耗率最低且满足排放要求的工况点所对应的所述候选喷油开启时刻作为所述目标喷油开启时刻。

3.根据权利要求1所述的喷射控制方法，其特征在于，根据第一喷油开启时刻确定多个候选喷油开启时刻的步骤包括：以所述第一喷油开启时刻为初始值，目标变化量为减量生成预设数量的多个实验点；

将所述多个实验点中超出进气循环的开始时刻的值剔除，以得到多个所述候选喷油开启时刻。

4.根据权利要求1‑3中任一项所述的喷射控制方法，其特征在于，计算各个负荷工况所对应的喷油持续期的步骤包括：根据当前的负荷和发动机转速确定基本喷油量；

根据EGR流量和过量空气系数确定喷油量修正值；

根据所述基本喷油量和所述喷油量修正值确定每一进气循环的单缸喷油量；

根据每一进气循环的单缸喷油量、发动机转速和喷油器特性确定所述喷油持续期。

5.一种发动机控制装置，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现根据权利要求1‑4中任一项所述的喷射控制方法。

6.根据权利要求5所述的发动机控制装置，其特征在于，所述发动机控制装置为发动机电子控制器。

7.一种车辆，其特征在于，包括权利要求5或6所述的发动机控制装置。

说明书

用于甲醇发动机的喷射控制方法、控制装置及车辆

技术领域

[0001] 本发明属于甲醇发动机控制技术领域，特别是涉及一种用于甲醇发动机的喷射控制方法、控制装置及车辆。

背景技术

[0002] 甲醇燃料是目前基本已知的清洁能源，重型纯甲醇燃料(M100)发动机具有高效、节能、环保等优点。甲醇燃料常温下是液态，十六烷值低、自燃温度高，难以压燃。M100发动机和汽油机类似，采用火花塞点火方式，其燃油喷射控制方式也和汽油机一样，为了在点火时刻形成均质可燃混合气(燃油和空气等)，需要在本循环进气门打开之前，燃油完成喷射，以获得良好的喷雾蒸发效果。

[0003] 目前点燃式汽油机和纯甲醇燃料发动机基本采用电控进气道顺序喷射及各缸顺序点火模式，各缸顺序喷射完成后，在进气道预混，形成燃油和空气等混合气，在进气门打开过程，混合气进入缸内进一步充分混合，在压缩上止点附近，火花塞跳火引燃，完成各缸顺序点火。以某六缸发动机为例，各缸燃油进气道顺序喷射燃油和各缸顺序发火，其喷射和发火顺序均为1‑5‑3‑6‑2‑4。以本循环第一缸燃油喷射控制为例，为避免燃油喷射太早，在上一循环第一缸进气门尚未关闭之前就开始喷射，导致燃油直接喷入上一循环第一缸内；同时又为了避免喷油截止时刻太晚，在本循环进气门开启之后，燃油喷射还未完成，燃油直接喷入本循环第一缸内，造成燃油喷雾蒸发效果差，缸内湿壁严重，对发动机燃烧和可靠性均不利。因此，需要通过一定的分析计算，选择合适的喷油截止时刻，避免燃油在进气门打开时，直接喷入缸内。目前汽油机和纯甲醇发动机均采用定义喷油截止时刻的闭阀喷射策略，即定义合适的喷油截止时刻，保证在进气门关闭时完成燃油喷射，无论全负荷或者部分负荷工况，喷油截止时刻是固定在同一时刻的，喷油开启时刻根据负荷工况所需的燃油量，由发动机ECU进行计算调整。

[0004] 但是，甲醇燃料汽化潜热值大，重型甲醇机动力性要求高，喷油量需求大，喷射脉宽(以曲轴转角计)一般较长，采用定义喷油截止时刻的闭阀喷射策略，所有工况都存在喷雾蒸发时间短，缸内湿壁严重，对缸套磨损和燃烧等都不利。

发明内容

[0005] 本发明第一方面的一个目的是提供一种用于甲醇发动机的喷射控制方法，能够改善喷雾蒸发时间短和缸内湿壁严重对缸套磨损和燃烧的不利影响。

[0006] 本发明的进一步的一个目的是要简化计算过程和节约计算时间。

[0007] 本发明第二方面的一个目的是提供一种包括用于执行上述甲醇发动机的喷射控制方法的控制装置。

[0008] 本发明第三方面的一个目的是提供一种包括上述控制装置的车辆。

[0009] 特别地，本发明提供了一种用于甲醇发动机的喷射控制方法，包括：

[0010] 计算各个负荷工况所对应的喷油持续期；

[0011] 根据各个所述喷油持续期中的最大值和发动机性能参数确定固定的目标喷油开启时刻；

[0012] 控制喷油器根据所述目标喷油开启时刻和当前的负荷工况所对应的目标喷油持续期进行喷油。

[0013] 可选地，根据各个所述喷油持续期中的最大值和发动机性能参数确定目标喷油开启时刻的步骤包括：

[0014] 根据所述喷油持续期中的最大值计算第一喷油开启时刻；

[0015] 根据第一喷油开启时刻确定多个候选喷油开启时刻；

[0016] 对每一所述候选喷油开启时刻进行发动机标定实验；

[0017] 根据所述发动机标定实验得出的发动机性能参数在所述多个候选喷油开启时刻中选取所述目标喷油开启时刻。

[0018] 可选地，所述发动机性能参数包括油耗率和排放性能；所述根据发动机性能参数在所述多个候选喷油开启时刻中选取所述目标喷油开启时刻的步骤包括：

[0019] 在所述发动机标定实验的数据中选取油耗率最低且满足排放要求的工况点所对应的所述候选喷油开启时刻作为所述目标喷油开启时刻。

[0020] 可选地，根据第一喷油开启时刻确定多个候选喷油开启时刻的步骤包括：

[0021] 以所述第一喷油开启时刻为初始值，目标变化量为减量生成预设数量的多个实验点；

[0022] 将所述多个实验点中超出进气循环的开始时刻的值剔除，以得到多个所述候选喷油开启时刻。

[0023] 可选地，计算各个负荷工况所对应的喷油持续期的步骤包括：

[0024] 根据当前的负荷和发动机转速确定基本喷油量；

[0025] 根据EGR流量和过量空气系数确定喷油量修正值；

[0026] 根据所述基本喷油量和所述喷油量修正值确定每一进气循环的单缸喷油量；

[0027] 根据每一进气循环的单缸喷油量、发动机转速和喷油器特性确定所述喷油持续期。

[0028] 特别地，本发明还提供了一种控制装置，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现上述任一项所述的喷射控制方法。

[0029] 可选地，所述控制装置为发动机电子控制器。

[0030] 特别地，本发明还提供了一种车辆，包括上述的控制装置。

[0031] 本发明将现有技术中通过定义喷油截止时刻改为定义喷油开启时刻(即上述的目标喷油开启时刻)，能够最大限度地延长绝大部分工况中喷射出的燃油在进气道的停留时间，改善了壁面蒸发和混合气混合效果，减小缸内湿壁现象，对发动机燃烧和缸套的磨损等问题都有一定程度的改善。

[0032] 进一步地，通过定义目标喷油开启时刻，根据各个喷油持续期中的最大值和发动机标定实验确定固定的目标喷油开启时刻，然后再结合计算出的各个负荷工况所对应的喷油持续期就可以确定各种工况下的喷油控制策略，即确定出喷油开启时刻和喷油持续期，不仅解决了大部分工况的燃油蒸发雾化时间短等问题，计算和标定工作相对也比较简单，节约了计算资源和计算时间。

[0033] 根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

[0034] 后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

[0035] 图1是根据本发明一个实施例的喷射控制方法的流程图；

[0036] 图2是根据本发明一个实施例的喷射控制方法的喷射时序图；

[0037] 图3是根据本发明一个实施例的喷射控制方法中确定目标喷油开启时刻的步骤所对应的流程图。

具体实施方式

[0038] 图1是根据本发明一个实施例的喷射控制方法的流程图。图2是根据本发明一个实施例的喷射控制方法的喷射时序图。如图1所示，一个实施例中，本发明的用于甲醇发动机的喷射控制方法包括：

[0039] 步骤S100，计算各个负荷工况所对应的喷油持续期。

[0040] 负荷工况指的是对应于甲醇发动机对应不同负荷的工况，例如全负荷的工作、50％负荷的工况等。

[0041] 具体的，针对每一负荷工况，可通过发动机的负荷值和发动机的转速可以算出对应的空燃比，然后根据空燃比可以计算出发动机每一进气循环的单缸喷油量，然后再根据每一进气循环的单缸喷油量、发动机的转速和喷油器特性可以计算出曲轴转角，进而将依据曲轴转角确定为喷油持续期。

[0042] 需要说明的是，喷油器特性指的是喷油器的流量(g/min)。具体的计算曲轴转角的方法可以参见相关技术中的描述，在此不再赘述。喷油器持续期可以以曲轴转角来计算，即用曲轴转角的变化量来对应喷油持续期，例如喷油持续期表达为曲轴转动角度500°，记为500°CA。

[0043] 步骤S200，根据各个喷油持续期中的最大值和发动机性能参数确定固定的目标喷油开启时刻。

[0044] 即为了照顾到所有工况，参考喷油持续期最长的工况确定目标喷油开启时刻。同时考虑发动机性能，例如油耗、排放等因素最终确定目标喷油开启时刻，发动机性能参数的考量可以通过上述发动机标定实验确定。

[0045] 步骤S300，控制喷油器根据目标喷油开启时刻和当前的负荷工况所对应的目标喷油持续期进行喷油。

[0046] 当确定出起始点(即目标喷油开启时刻)和时长(即喷油持续期)后就可以控制喷油器进行对应的顺序喷油。

[0047] 需要注意的是这里的目标喷油开启时刻是适用于所有工况的开启点。也就是说本实施例的所有工况采用定义喷油开始时刻的闭阀喷射策略。如图2所示，图2中的横坐标为曲轴转角，单位为°，纵坐标为气门升程，单位为mm，n#‑IN表示第n个缸体，A到C之间为上一个进气循环，从D开始为本进气循环，B点表示目标喷油开启时刻，虚线箭头a表示全负荷工况，c至d为列举的3个部分负荷的工况。

[0048] 本实施例将现有技术中通过定义喷油截止时刻改为定义喷油开启时刻(即上述的目标喷油开启时刻)，能够最大限度地延长绝大部分工况中喷射出的燃油在进气道的停留时间，改善了壁面蒸发和混合气混合效果，减小缸内湿壁现象，对发动机燃烧和缸套的磨损等问题都有一定程度的改善。

[0049] 进一步地，根据以往甲醇发动机开发经验，除了个别高转速的外特性工况，喷油截止时刻均有往前调整的空间，喷油截止时刻往前调整，停留在进气道的燃油壁面蒸发时间长，蒸发效果好，混合更充分，对燃烧和缸内湿壁问题均有改善。但针对所有工况一一计算，进而定义不同的截止时刻，计算和标定工作将变得非常繁杂且难以控制。本实施例通过定义目标喷油开启时刻，根据各个喷油持续期中的最大值和发动机标定实验确定固定的目标喷油开启时刻，然后再结合计算出的各个负荷工况所对应的喷油持续期就可以确定各种工况下的喷油控制策略，即确定出喷油开启时刻和截止时刻，不仅解决了大部分工况的燃油蒸发雾化时间短等问题，计算和标定工作相对也比较简单，节约了计算资源和计算时间。

[0050] 图3是根据本发明一个实施例的喷射控制方法中确定目标喷油开启时刻的步骤所对应的流程图。如图3所示，一个实施例中，步骤S200包括：

[0051] 步骤S202，根据喷油持续期中的最大值计算第一喷油开启时刻。

[0052] 由于喷油开启时刻＝喷油持续期+进气早开角度+进气上止点到进气下止点的曲轴转角，因此，本步骤中的第一喷油开启时刻＝喷油持续期中的最大值+进气早开角度+进气上止点到进气下止点的曲轴转角(180°)。假设计算出的喷油持续期中的最大值为500°CA，进气早开角度选为20°CA，那第一喷油开启时刻即为700°CA，这里的进气早开角度可以在5°CA‑35°CA的范围内进行选取。

[0053] 步骤S204，根据第一喷油开启时刻确定多个候选喷油开启时刻。

[0054] 也就是以第一喷油开启时刻作为一个基准值生成多个候选喷油开启时刻，以供实验用。一个实施例中，以第一喷油开启时刻为初始值，目标变化量为减量生成预设数量的多个实验点，例如当第一喷油开启时刻为700°CA，生成720°CA、710°CA、700°CA、690°CA、680°CA、670°CA为各个实验点，这里以10°为目标变化量，预设数量为6。再将多个实验点中超出进气循环的开始时刻的值剔除，以得到多个候选喷油开启时刻。如图2所示，由于选取720°CA、710°CA、700°CA等实验值时喷油会进入上一循环进气过程，因此选取小于700°CA的值，即剔除了720°CA、710°CA、700°CA。当然，如果生成的试验点不会导致喷油进入上一循环进气过程，则可以在第一喷油开启时刻的前后选点，例如第一喷油开启时刻为650°CA，生成670°CA、660°CA、650°CA、640°CA、630°CA为各个实验点，这些点的选取不会导致喷油进入上一循环进气过程，因此都可以作为候选喷油开启时刻。

[0055] 步骤S206，对每一候选喷油开启时刻进行发动机标定实验。

[0056] 即按照各个候选喷油开始时刻对发动机进行实验，即在发动机全负荷时通过改变发动机转速，测得量每个转速对应的功率、转矩以及油耗率，然后将数据处理成曲线，即发动机外特性曲线。

[0057] 步骤S208，根据发动机标定实验得出的发动机性能参数在多个候选喷油开启时刻中选取目标喷油开启时刻。

[0058] 发动机性能包括动力性、燃油经济性、环保性能、轻量化等方面的性能，根据需求不同可以以某一性能或多个性能为依据在上述各个候选喷油开启时刻对应的发动机外特性曲线上选取性能更优的目标曲线，该目标曲线对应的候选喷油开启时刻即为目标喷油开启时刻。一个实施例中，发动机性能参数包括油耗率和排放性能，步骤S208包括：选取油耗率最低且满足排放性能要求的工况点所对应的候选喷油开启时刻作为目标喷油开启时刻。也就是比较各个发动机外特性曲线上的工况点所对应的油耗值和排放量，然后选取即满足排放要求又油耗值最低的工况点，然后将该工况点所对应的外特性曲线所对应的候选喷油开启时刻作为目标喷油开启时刻。这里所选出的目标喷油开启时刻仅为一个值，适用于不同的工况。

[0059] 通过本实施例可以更清晰地了解，本案的喷射控制方法的计算和标定工作相对也比较简单，因此能够节约计算资源和计算时间。

[0060] 另一个实施例中，步骤S100包括：

[0061] 根据当前的负荷和发动机转速确定基本喷油量。

[0062] 根据负荷和发动机可以计算功率需求，根据工况点效率和功率需求计算出基本喷油量。

[0063] 根据EGR流量和过量空气系数确定喷油量修正值。

[0064] 由于实际EGR流量和空气量是有波动的，因此可以根据标定实验获得EGR流量、过量空气系数和喷油量修正值的关系，然后根据当前的EGR流量和过量空气系数确定喷油量修正值。

[0065] 根据基本喷油量和喷油量修正值确定每一进气循环的单缸喷油量。

[0066] 根据基本喷油量和喷油量修正值可以得到总的喷油量，将总的喷油量平均到单缸即为单缸喷油量。

[0067] 根据每一进气循环的单缸喷油量、发动机转速和喷油器特性确定喷油持续期。这里的喷油持续期以曲轴转角计量。

[0068] 本发明还提供了一种控制装置，包括存储器和处理器，存储器内存储有控制程序，控制程序被处理器执行时用于实现根据上述任一实施例和实施例组合中的喷射控制方法。处理器可以是一个中央处理单元(central processing unit，简称CPU)，或者为数字处理单元等等。处理器通过通信接口收发数据。存储器用于存储处理器执行的程序。存储器是能够用于携带或存储具有指令或据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何介质，也可以是多个存储器的组合。上述计算程序可以从计算机可读存储介质下载到相应计算/处理设备或者经由网络(例如因特网、局域网、广域网和/或无线网络)下载到计算机或外部存储设备。

[0069] 一个实施例中，控制装置为发动机电子控制器(发动机ECU)。

[0070] 本发明还提供了一种车辆，包括上述的控制装置。

[0071] 上述控制单元和车辆将现有技术中通过定义喷油截止时刻改为定义喷油开启时刻(即上述的目标喷油开启时刻)，能够最大限度地延长绝大部分工况中喷射出的燃油在进气道的停留时间，改善了壁面蒸发和混合气混合效果，减小缸内湿壁现象，对发动机燃烧和缸套的磨损等问题都有一定程度的改善。

[0072] 进一步地，通过定义目标喷油开启时刻，根据各个喷油持续期中的最大值和发动机标定实验确定固定的目标喷油开启时刻，然后再结合计算出的各个负荷工况所对应的喷油持续期就可以确定各种工况下的喷油控制策略，即确定出喷油开启时刻和截止时刻，不仅解决了大部分工况的燃油蒸发雾化时间短等问题，计算和标定工作相对也比较简单，节约了计算资源和计算时间。

[0073] 至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。