一种基于海拔高度电控柴油内燃机喷油量获取方法
阅读说明：本技术 一种基于海拔高度电控柴油内燃机喷油量获取方法 (Altitude-based electronically-controlled diesel internal combustion engine fuel injection quantity obtaining method ) 是由 于正同 时培燕 毛宁 冯健朋 林凯 马振华 于 2020-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于海拔高度电控柴油内燃机喷油量获取方法,解决现有发动机在高原状态时出现动力不足、燃油消耗低、排放特性差的问题。该方法包括：步骤一、设置查询表；步骤二、设置参数值和读取发动机信息；步骤三、计算期望喷油量；步骤四、计算最大喷油量；步骤五、计算最大发动机喷油量；步骤六、计算限制喷油量；步骤七、计算发动机最终期望喷油量；该方法是一种模块化的喷油控制方法,依据多路输入参量对被控量进行调整,根据不同进气密度梯度计算相应的喷油量,不仅改善了发动机排放性能和保护涡轮增压器等设备,还使得发动机能够充分发挥在高原状态下的动力性。(The invention provides an altitude-based method for acquiring the fuel injection quantity of an electronically controlled diesel internal combustion engine, which solves the problems of insufficient power, low fuel consumption and poor emission characteristic of the conventional engine in a plateau state. The method comprises the following steps: step one, setting a lookup table; setting parameter values and reading engine information; step three, calculating expected oil injection quantity; step four, calculating the maximum fuel injection quantity; step five, calculating the maximum engine oil injection quantity; sixthly, calculating the limited fuel injection quantity; step seven, calculating the final expected oil injection quantity of the engine; the method is a modularized oil injection control method, the controlled quantity is adjusted according to a plurality of input parameters, and the corresponding oil injection quantity is calculated according to different intake density gradients, so that the emission performance of the engine is improved, the turbocharger and other equipment are protected, and the engine can fully exert the dynamic property in a plateau state.)
技术领域
本发明属于内燃机动力控制领域，具体涉及一种基于海拔高度电控柴油内燃机喷油量获取方法。
背景技术
发动机在高原状态由于进气密度低，导致发动机进气不足，进而产生动力不足、冒黑烟等高原反应。而传统方法通过进气密度调整喷油量，但是，该方法只是在进气密度较低时，避免发动机涡轮增压器不被损坏，可以说是一个保护限值，其并没有对发动机所有的性能参数进行全面调整，使得发动机在高原情况下仍出现动力不足、燃油消耗低、排放特性差等问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有发动机在高原状态时出现动力不足、燃油消耗低、排放特性差的问题，提供一种基于海拔高度电控柴油内燃机喷油量获取方法。该方法将进气密度分为一定的进气密度梯度，对于不同进气密度梯度区域采用相应喷油量，同时在瞬间加速时过程中，采用对高原空燃比控制进行优化的方法，在满足发动机各种保护限制的情况下，平衡了发动机动力性和经济性。
为实现以上发明目的，本发明的技术方案是：
一种基于海拔高度电控柴油内燃机喷油量获取方法，包括以下步骤：
步骤一、设置查询表
根据发动机型号和喷油器型号标定查询表，所述查询表包括三维表MAP1～三维表MAP6、三维表MAP_max1～三维表MAP_max5，并将查询表导入发动机控制器内；
三维表MAP1表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度1喷油量三者之间的关系；三维表MAP2表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度2喷油量三者之间的关系；三维表MAP3表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度3喷油量三者之间的关系；三维表MAP4表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度4喷油量三者之间的关系；三维表MAP5表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度5喷油量三者之间的关系；三维表MAP6表示发动机转速、进气密度和发动机最大喷油量三者之间的关系；三维表MAP_max1表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度1最大喷油量三者之间的关系；三维表MAP_max2表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度2最大喷油量三者之间的关系；三维表MAP_max3表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度3最大喷油量三者之间的关系；三维表MAP_max4表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度4最大喷油量三者之间的关系；三维表MAP_max5表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度5最大喷油量三者之间的关系；
步骤二、设置参数值和读取发动机信息
设定发动机的期望扭矩；同时，读取当前发动机运行参数的数值，所述发动机运行参数包括发动机转速、进气密度和进入空燃比限制状态时间；
步骤三、计算期望喷油量Lfuel1
3.1)根据进气密度，查询进气密度梯度二维插值MAP表，获取相应的进气密度梯度值chi，进气密度梯度值chi范围为1～5；
3.2)根据进气密度梯度值chi值计算低进气密度梯度chilow和高进气密度梯度chihigh，低进气密度梯度chilow为进气密度梯度值chi去除小数取整值，高进气密度梯度chihigh＝chilow+1；
3.3)计算高度系数chifactor，其计算公式如下：
chifactor＝chi-chilow
3.4)根据低进气密度梯度chilow和高进气密度梯度chihigh从三维表MAP1～三维表MAP5选择对应的两张表，标记为MAP_L和MAP_H表；
3.5)通过发动机转速和期望扭矩查询MAP_H表获得高喷油量fuelhigh，通过发动机转速和期望扭矩查询MAP_L表，获得低喷油量fuellow；
3.6)通过加权系数计算期望喷油量Lfuel1，计算公式如下：
Lfuel1＝(fuelhigh-fuellow)*chifactor+fuellow
步骤四、计算最大喷油量Lfuel2
4.1)根据低进气密度梯度chilow和高进气密度梯度chihigh值从三维表MAP_max1～三维表MAP_max5选择对应的两张表，标记为MAP_maxL和MAP_maxH表；
4.2)通过发动机转速和期望扭矩查询MAP_maxL获得低喷油量通过发动机转速和期望扭矩查询MAP_maxH表，获得高喷油量
4.3)通过加权系数计算最大喷油量Lfuel2，计算公式如下：
步骤五、计算最大发动机喷油量Lfuel3
通过进气密度和发动机转速查询三维表MAP6获取最大发动机喷油量Lfuel3；
步骤六、计算限制喷油量Lfuel4
限制喷油量Lfuel4计算公式如下；
Lfuel4＝DA×Lfuelrate
其中，DA是调整油量最低系数；Lfuelrate为限制后喷油量；
步骤七、计算发动机最终期望喷油量Lfuel
将期望喷油量Lfuel1、最大喷油量Lfuel2、最大发动机喷油量Lfuel3和限制喷油量Lfuel4进行比较，输出最小喷油量，该最小喷油量则为发动机最终期望喷油量Lfuel，其计算如下：
Lfuel＝min(Lfuel1，Lfuel2，Lfuel3，Lfuel4)。
进一步地，所述查询表还包括二维表MAP7，二维表MAP7表示进气密度和调整油量最低系数二者之间的关系；步骤六中，调整油量最低系数DA通过进气密度查询二维表MAP7获取。
进一步地，所述查询表还包括三维表MAP8，三维表MAP8表示发动机转速、进入空燃比限制状态时间和限制后喷油量三者之间的关系；步骤六中，限制后喷油量Lfuelrate通过发动机转速和进入空燃比限制状态时间查询三维表MAP8获取。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下技术效果：
1.本发明方法对传统高原喷油计算方法进行了改进，通过进气密度将海拔划分不同的区域，根据不同区域计算出相应的喷油量，根据进气密度和空燃比限制计算出最大喷油量，对发动的所有的性能参数进行全面的参数调整，使得发动机在不同海拔情况下，一方面改善了发动机排放性能和保护涡轮增压器等设备，另一方面又能够充分发挥在高原状态下发动机的动力性。
2.本发明方法采用算术运算结合MAP表查询的方式对空燃比进行控制，具备较高的运行效率；同时，该方法无需更改硬件单元即可实现控制效果，因此无需额外的变更成本。
附图说明
图1为本发明方法获取发动机最终期望喷油量的过程示意图；
图2为本发明方法实施例中进气密度梯度二维插值MAP表的示意图；
图3为本发明方法实施例中三维表MAP_max3的示意图；
图4为本发明方法实施例中三维表MAP_max4的示意图；
图5为本发明方法实施例中三维表MAP8的示意图；
图6为本发明方法实施例中实际效果外特性示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
本发明提供了一种基于海拔高度电控柴油内燃机喷油量获取方法，目的是实现不同海拔下发动机喷油量控制。该方法是一种模块化的喷油控制方法，依据多路输入参量对被控量进行调整，根据不同进气密度梯度计算相应的喷油量，不仅改善了发动机排放性能和保护涡轮增压器等设备，还使得发动机能够充分发挥在高原状态下的动力性。此外，该方法提高了在不同进气密度梯度电控柴油机燃烧效率、排放性，保护发动机涡轮增压器等设备，同时兼顾发动机在高原状态下动力性损耗，对喷油量高速运算和精确控制。
本发明提供的基于海拔高度电控柴油内燃机喷油量获取方法包括以下步骤：
步骤一、设置查询表
根据发动机型号和喷油器型号标定查询表，查询表包括三维表MAP1～三维表MAP8、三维表MAP_max1～三维表MAP_max5，并将查询表导入发动机控制器内；
三维表MAP1表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度1喷油量三者之间的关系；
三维表MAP2表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度2喷油量三者之间的关系；
三维表MAP3表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度3喷油量三者之间的关系；
三维表MAP4表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度4喷油量三者之间的关系；
三维表MAP5表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度5喷油量三者之间的关系；
三维表MAP6表示发动机转速、进气密度和发动机最大喷油量三者之间的关系；
二维表MAP7表示进气密度和调整油量最低系数二者之间的关系；
三维表MAP8表示发动机转速、进入空燃比限制状态时间和限制后喷油量三者之间的关系；
三维表MAP_max1表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度1最大喷油量三者之间的关系；
三维表MAP_max2表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度2最大喷油量三者之间的关系；
三维表MAP_max3表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度3最大喷油量三者之间的关系；
三维表MAP_max4表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度4最大喷油量三者之间的关系；
三维表MAP_max5表示发动机转速、期望扭矩和进气密度梯度5最大喷油量三者之间的关系；
步骤二、设置参数值和读取发动机信息
设定发动机的期望扭矩；同时，读取当前发动机运行参数的数值，发动机运行参数包括发动机转速、进气密度和进入空燃比限制状态时间；
步骤三、计算期望喷油量Lfuel1
3.1)根据进气密度，查询进气密度梯度二维插值MAP表，获取相应的进气密度梯度值chi，进气密度梯度值chi范围为1～5；
3.2)根据进气密度梯度值chi值计算低进气密度梯度chilow和高进气密度梯度chihigh，低进气密度梯度chilow为进气密度梯度值chi去除小数取整值，高进气密度梯度chihigh＝chilow+1；
3.3)计算高度系数chifactor，其计算公式如下：
chifactor＝chi-chilow (1)
3.4)根据低进气密度梯度chilow和高进气密度梯度chihigh从三维表MAP1～三维表MAP5选择对应2张扭矩转喷油量MAP表，标记为MAP_L和MAP_H表；
3.5)通过发动机转速和期望扭矩查询MAP_H表获得高喷油量fuelhigh，通过发动机转速和期望扭矩查询MAP_L表，获得低喷油量fuellow；
3.6)通过加权系数计算期望喷油量Lfuel1，计算如公式(2)所示：
Lfuel1＝(fuelhigh-fuellow)*chifactor+fuellow (2)
步骤四、计算最大喷油量Lfuel2
根据不同的进气密度梯度值chi选择相应进气梯度的最大喷油量MAP表，最大喷油量计算根据进气密度梯度计算相应高度下的最大喷油量，实现发动机保护；
4.1)根据低进气密度梯度chilow和高进气密度梯度chihigh值从三维表MAP_max1～三维表MAP_max5选择对应2张扭矩转喷油量MAP表，标记为MAP_maxL和MAP_maxH表；
4.2)通过发动机转速和期望扭矩查询MAP_maxL获得低喷油量通过发动机转速和期望扭矩查询MAP_maxH表，获得高喷油量
4.3)通过加权系数计算最大喷油量Lfuel2，计算如公式(3)所示：
步骤五、计算最大发动机喷油量Lfuel3
根据进气密度计算最大发动机喷油量，实现了在发动机进气密度低时，保护发动机涡轮增压器不被损坏，该喷油量是一个保护限值，最大发动机喷油量Lfuel3通过进气密度和发动机转速查询三维表MAP6获取，该表中X轴为进气密度，Y轴为发动机转速，Z轴为最大发动机喷油量Lfuel3；
步骤六、计算限制喷油量Lfuel4
在发动机加速过程中，需要增加喷油量提高发动机的动力性，喷油量增加过多，可能导致发动机烟度和尾气排放污染物过高，需要对加速过程的喷油量控制；通过调整空燃比可以实现对燃油进行限制，高原地区因为进气密度降低动力性会显著的降低，此时需要在机械限值不超的情况下，增加喷油量使得发动机在该点的动力性能接近外特性，其目的是为了降低瞬态加速烟度，提高相应海拔下的发动机动力性。通过对高海拔下空燃比油量限制进行优化，根据不同的海拔，牺牲排放中的烟度限值，满足发动机加速性能；
根据进气密度和进入空燃比限制状态时间，控制限制状态后扭矩上升速度，计算出不同进气密度不同时间下的限制空燃比的限制喷油量Lfuel4，其计算方式如公式(4)所示；
Lfuel4＝DA×Lfuelrate (4)
其中，DA是调整油量最低系数，通过进气密度查询二维表MAP7获取；
Lfuelrate为限制后喷油量，是根据扭矩上升速度标定的一个油量，该值通过发动机转速和进入空燃比限制状态时间查询三维表MAP8获取；
步骤七、计算发动机最终期望喷油量Lfuel
将期望喷油量Lfuel1、最大喷油量Lfuel2、最大发动机喷油量Lfuel3和限制喷油量Lfuel4进行比较，输出最小喷油量，该最小喷油量则为发动机最终期望喷油量Lfuel输出，其计算如公式(5)所示：
Lfuel＝min(Lfuel1，Lfuel2，Lfuel3，Lfuel4) (5)
针对某型六缸，300马力电控柴油内燃机，如图1所示，采用上述方法根据不同的进气密度梯度对发动机最终期望喷油量进行计算；
步骤一、设置查询表
步骤二、设置参数值和读取发动机信息
以10ms为周期对发动机转速、进气密度空燃比状态进行信号采集，设置发动机台架进气密度梯度为3500m；
步骤三、计算期望喷油量Lfuel1
3.1)根据进气密度(通过检测，进气密度为0.83kg/m3)，查询相应的进气密度梯度值chi，如图2所示，chi值为3.4；
3.2)在进气密度梯度值chi基础上计算高进气密度梯度chihigh和低进气密度梯度chilow，通过计算，高进气密度梯度chihigh为4，低进气密度梯度chilow为3；
3.3)计算高度系数chifactor；
chifactor＝chi-chilow
此时，高度系数chifactor等于0.4；
3.4)根据高进气密度梯度chihigh和低进气密度梯度chilow从三维表MAP1～三维表MAP5选择对应的2张扭矩转喷油量MAP表：三维表MAP3和三维表MAP4，并标记为MAP_L和MAP_H表；
3.5)通过发动机转速和期望扭矩查询MAP_H表获得高喷油量fuelhigh，通过发动机转速和期望扭矩查询MAP_L表，获得低喷油量fuellow；
3.6)通过加权系数计算期望喷油量Lfuel1，计算如下：
Lfuel1＝(fuelhigh-fuellow)*chifactor+fuellow
步骤四、计算最大喷油量Lfuel2
4.1)根据低进气密度梯度chilow和高进气密度梯度chihigh值从三维表MAP_max1～三维表MAP_max5选择对应2张扭矩转喷油量MAP表，标记为MAP_maxL和MAP_maxH表；
4.2)如图3和图4所示，通过发动机转速和期望扭矩查询MAP_maxL获得低喷油量通过发动机转速和期望扭矩查询MAP_maxH表，获得高喷油量
4.3)通过加权系数计算最大喷油量Lfuel2，计算如下：
步骤五、通过进气密度和发动机转速查询三维表MAP6获取最大发动机喷油量，最大发动机喷油量记为Lfuel3；
步骤六、计算限制喷油量Lfuel4
Lfuel4＝DA×Lfuelrate
其中，DA是调整油量最低系数，通过进气密度查询二维表MAP7获取；Lfuelrate为限制后喷油量，是根据扭矩上升速度标定的一个油量，如图5所示，该值通过发动机转速和进入空燃比限制状态时间查询三维表MAP8获取；
步骤七、计算发动机最终期望喷油量Lfuel
将Lfuel1、Lfuel2、Lfuel3和Lfuel4进行比较，输出最小喷油量，该最小喷油量则为发动机最终期望喷油量Lfuel，其计算如下：
Lfuel＝min(Lfuel1，Lfuel2，Lfuel3，Lfuel4)
在海拔为3500米高度，发动机踏板开度为100％，针对不同电控柴油内燃机转速下对发动机喷油量和输出扭矩见图6所示。