试论电控单体泵柴油机起动过程控制策略

摘 要：对于柴油机的控制研究中，起动控制是最为重要的部分之一。起动控制对柴油机的磨损和排放均有重要影响。通过有效的起动控制，能够有效减少柴油机转速突变带来的磨损问题。基于此，本文对柴油机起动控制展开了详细的研究，再分析了环境条、速度、喷油情况等影响柴油机起动因素之后，提出了起动控制策略，并进行了仿真验证。

关键词：电控单体泵柴油机 起动过程 控制策略 仿真验证

中图分类号：TK42 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（b）-00-02

在针对发动机控制的研究中，起动控制一直是核心研究内容，起动过程是一种瞬时状态，从起动开始直到怠速稳定工作的全过程都是起动过程。在柴油机起动中受到多方面因素的影响，使得起动过程所处的工作条件是柴油机面临的最恶劣的工作条件，对于发动机的磨损有着诸多影响。因此，为了保证发动机稳定运转，延长柴油机的寿命，必须要采取一定的控制措施，对柴油机起动实施优化。

1 单体泵系统及起动过程

单体泵系统包括喷油器、组合泵、传感器以及高压油管等部分。单体泵的工作原理为：系统通电之后，传感器会对温度、压力以及转速等重要信号展开收集，方便ECU对发动机工况，包括起动、停机、加速、怠速，展开有效判断，了解驾驶人员的目的。通过操作单体泵电磁阀，对执行器状态展开控制，能够对内缸高压燃油供给实施控制，从而让发动机工况得到改善或者维持。柴油机起动是从倒拖开始的，经常使用电机或者是压缩空气实现。随着柴油机转速逐渐达到最低转速水平，控制器会展开起动控制。随着转速的升高，在达到怠速稳定之后，起动过程也结束。

2 影响柴油机起动过程的因素

在柴油机起动的过程中，内缸燃烧的情况会受到压缩温度和压力、燃油喷射以及特性等影响。为了让发动机可以稳定起动，在开始起动的时候气缸内部需要具备一定温度和压力的要求。需要给气缸提供混合气浓度，保证具备一定的起动速度，这些条件都会影响到起动过程。

2.1 环境条件因素

对于柴油机起动而言，环境条件带来的影响十分明显，随着环境温度逐渐降低，发动机的起动阻力也会随之增加。如果环境温度比较低，发动机也就具有更高的成功起动概率。在低温环境中，由于燃油密度和粘度增大，使得燃油流动性变差，容易出现雾化、蒸发等情况，让混合气形成受到影响。在起动扭矩固定的时候，随着环境温度逐渐降低，起动转速也会随之降低，这种情况下，极容易造成起动失火。

2.2 起动速度因素

发动机着火的实现，很大程度上是由缸内温度决定的，起动转速会直接影响到气缸工作介质自身的压力和温度，尤其是低转速情况下能够产生十分明显的影响。如果起动转速相对较低，那么将会造成严重的传热损失以及泄露损失，这也会造成压缩结束的时候工作介质的压力以及温度条件低，无法保证发动起动着火。因此保证发动机可以保持稳定着火，在发动机自身参数的基础上，让其起动转速要稍大于特定转速。

2.3 起动喷油情况

起动喷油对起动过程产生影响主要包括喷油量大小、喷油压力大小、喷油时间等因素。在起动的时候，由于气缸内部温度仍然比较低，燃油蒸发的速度相对比较慢，少部分燃油只能在滞燃期内出现蒸发。如果发动机转速仍然比较低，喷油压力比较低，喷油雾化的质量必然不高，让混合气的形成受到影响。一般情况下，起动阶段对气缸喷燃油，将会造成混合气空燃的情况，并不能达到着火的实际要求。但是由于喷入过量的燃油，必然会导致起动出现冒黑烟以及超调怠速的问题。

3 电控单体泵柴油机起动过程控制策略

3.1 控制策略

对电控单体泵柴油机展开控制，设计起动状态的计算模块，能够对发动机工况进行清晰的判断。设计怠速控制模块能够对怠速转速点以及怠速状态进行计算，对怠速PID展开控制。设计扭矩协调模块，在发动机状态和工况基础上，对需求扭矩进行协调，考虑到保护限制以及补偿，最终计算出发动机需求扭矩，从而计算出喷油期和提前角。起动控制策略需要依靠计算起动状态、计算起动扭矩以及Ramp控制3个模块来实现。

3.1.1 计算起动状态

在起动马达通电以后，发动机会进入到起动状态中，控制状态也就变成了起动状态，如果发动机的转速超过了喷射转速的最小值，那么计时器使能。在计时器输出的时间超过了起动扭矩持续时间，那么Ramp状态将会置位，这个时候计时器要停止工作。如果检测出发动机转速已经超过了起动转换的转速，那么触发器使能，且怠速状态将会置位，这个时候计时器将会复位。

3.1.2 计算起动扭矩

首先根据发动机的转速以及冷却液温度，从而可以获得原本起动扭矩，由于在起动初始时刻气缸的温度相对较低，需要增加扭矩补偿模块，在较低速度下通过燃油喷入量的增加，可以让起动成功率得到提升。为了能够让起动冒烟和怠速超调大的问题得到控制，要通过反比例函数，也就是扭矩补偿函数，即发动机转速逐渐增加，补偿扭矩逐渐趋近于0。如果发动机转速逐渐超过基础扭矩限制转速，那么补偿值为0。

3.1.3 Ramp控制

使用Ramp控制策略，在起动过程中控制转速提高，让超调量得到减少，从而减轻磨损情况，让发动机的工作寿命得以延长。如果Ramp的状态置位之后，发动机转速处于怠速转速最高值和喷射转速最小值之间，同时基础起动转速未超过限制扭矩，能够展开Ramp控制，发动机扭矩斜坡出现升高，斜率则需要根据冷却水温展开调整。若起动扭矩升高到限制扭矩值，需要保持该扭矩值。在Ramp控制策略中，通过最大扭矩的设置，对发动机展开保护，设计了停止供油的功能。

3.2 策略验证

3.2.1 建立仿真模型，验证起动工作

为了保证控制效果，需要对控制策略进行验证。在台架试验之前首先要对起动控制展开验证。以某电控单体泵柴油机为例，使用柴油机台架的数据建立发动机模型以及ECU模型，展开仿真实验。在仿真模型中，设置扭矩持續时间、怠速点以及补偿扭矩，对起动之后扭矩、基础扭矩、喷油量、Ramp状态、转速以及提前角等情况的变化展开观测。如当基础扭矩的维持时长为5ms，怠速点的值为600r/min、补偿扭矩的值为100Nm的时候，对仿真结果进行处理，可以发现随着转速的增加，基础起动扭矩可以获得补偿，维持一段时间之后，将会出现Ramp控制使能，而起动扭矩会逐渐增加，系统可以进入到怠速控制的状态中。

3.2.2 开展台架试验，验证起动工作

台架试验也要在不同控制参数的柴油机上进行，从而验证起动策略。经过对不同参数柴油机试验之后，发现起动控制策略可以有效地控制起动过程，对PID参数进行优化，能够明显地改善起动过程。

4 结语

综上所述，本文先是研究了影响到柴油起动的主要因素，包括环境条件因素、转速以及喷油量这3种影响因素。其次本文提出了控制策略，需要通过计算起动状态、计算起动扭矩以及Ramp控制的设计，达到满足柴油机起动需求的基础上，让发动机起动得到更好的控制。最后本文通过仿真实验的分析，对控制策略进行了验证，发现使用控制策略，能够起到良好的控制效果。不仅能够让转速超调问题得到控制，能够更好地应对转速突变等情况，从而延长柴油机的使用寿命。

参考文献

[1]刘涛，贾利，张维彪，等.电控单体泵柴油机起动过程控制策略研究[J].仪表技术，2017（4）：21-24.

[2]王文成，杜兵，张鹏.电控单体泵柴油机起动策略的对比研究[J].内燃机，2016（5）：22-26.

[3]付健岭，方猛，孙晓伟，等.柴油机起动排温差异大故障分析及解决方案[J].柴油机，2016，38（1）：57-59.

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