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技术领域

本实用新型属于控制技术领域，涉及一种可以用于重型柴油机及轻型柴油 机的缸内压力反馈控制装置。

背景技术

目前，柴油机缸压反馈控制技术在国内处于研究阶段，主要是基于缸压反 馈控制的低温燃烧技术。国外主要是在HCCI等低温燃烧领域应用缸压反馈控 制技术，可以有效地控制缸内燃烧状态，使低温燃烧稳定高效。同时缸压反馈 控制技术还可应用在改善各缸不均匀性，改善系统散差，提高发动机的燃料适 应性，监控燃烧状态，以及喷油器的快速标定方面，可以大大增强系统鲁棒性。

国内共轨系统机型越来越多，其特点是喷油压力相对机械泵喷油压力高， 系统高压部分易出现问题，也出现很多喷油器磨损案例。一些国际供应商如 BOSCH、denso等公司，其控制电脑的诊断策略会根据油泵供油状态判断喷油 器磨损，提示用户维修，但是无法提示单个喷油器磨损，在维修站也无法完全 识别单个喷油器的磨损，通常采取换掉全部喷油器的方法，使用户承受很大的 经济压力。喷油器磨损同时会造成燃烧恶化，油耗升高，目前BOSCH、denso 等公司没有进行喷油修正，这是造成油耗增加的主要原因。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种可以实现单个喷油器磨损判别并 对出现磨损的喷油器进行参数修正的柴油机缸内压力反馈控制装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型的柴油机缸内压力反馈控制装置包括 发动机各缸缸压传感装置，燃烧反馈单元，喷油磨损控制单元，角标仪，指示 灯；所述各缸缸压传感装置和角标仪与燃烧反馈单元的输入连接；燃烧反馈单 元的输出连接到喷油磨损控制单元的输入；喷油磨损控制单元的输出连接到发 动机ECU和指示灯。

所述缸压传感装置包括缸压传感器，电荷放大器；缸压传感器为输出电荷 信号的传感器，其输出与电荷放大器的输入连接；电荷放大器的输出与燃烧反 馈单元的输入连接。

所述缸压传感装置还可以采用输出信号为电压信号的缸压传感器。

所述燃烧反馈单元可以采用微处理器。

所述燃烧反馈单元还可以采用由信号处理模块、燃烧运算处理模块、电源 模块、通讯模块构成的硬件电路；各缸缸压传感装置和角标仪与信号处理模块 的输入连接，通讯模块的输出连接到喷油磨损控制单元。

所述喷油磨损控制单元可以由CA50修正模块以及喷油量修正模块构成； 喷油磨损控制单元中的CA50修正模块由第一减法运算电路、第一比较运算电 路、PID控制电路构成；喷油量修正模块由第二减法运算电路、第二比较运算 电路、比例积分电路构成；燃烧反馈单元以及发动机ECU的输出连接到第一减 法运算电路的输入，第一减法运算电路的输出连接到第一比较运算电路的输入， 第一比较运算电路的输出连接到PID控制电路的输入；PID控制电路以及发动 机ECU的输出连接到第二减法运算电路的输入，第二减法运算电路的输出连接 到第二比较运算电路的输入，第二比较运算电路的输出连接到指示灯；第二比 较运算电路的输出同时连接到比例积分电路的输入；比例积分电路的输出连接 到发动机ECU的输入。

各缸缸压传感装置检测的缸压信号与角标仪检测的曲轴转角信号同时输出 到燃烧反馈单元，燃烧反馈单元根据缸压信号和曲轴转角信号计算各缸的燃烧 相位CA50。喷油磨损控制单元将各缸实际燃烧相位CA50与燃烧相位CA50 理论值进行做差比较，并通过PID控制电路输出修正后的喷油提前角进而修正 CA50(喷油提前角与CA50基本呈线性关系，可以通过调节喷油提前角来改变 CA50)，使实际CA50无限接近理论CA50值，完成对CA50的修正；PID控制 电路输出修正后的喷油提前角与ECU发出的理论喷油提前角做差比较，当偏差 量超过阈值，则判断喷油器出现过量磨损，输出信号控制对应指示灯开启，当 偏差量未超过阈值则通过比例积分电路输出修正后的喷油量，完成对喷油量的 修正。该装置可以检测到每缸喷油器的磨损状态并可以对各缸喷油器单独进行 修正，磨损量超出修正范围时提示更换。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型的柴油机缸内压力反馈控制装置结构示意图。

图2是实施例1中缸内压力反馈控制流程图。

图3是本实用新型实施例2的燃烧反馈单元的结构示意图。

图4是本实用新型实施例2的喷油磨损控制单元的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的柴油机缸内压力反馈控制装置包括发动机各缸 缸压传感装置，燃烧反馈单元3，喷油磨损控制单元4，角标仪5，指示灯6。

实施例1

本实用新型的柴油机缸内压力反馈控制装置包括发动机各缸缸压传感装 置，燃烧反馈单元3，喷油磨损控制单元4，角标仪5，指示灯6。所述缸压传 感装置包括缸压传感器1，电荷放大器2，所述缸压传感器1是输出信号为电荷 信号的传感器，其输出与电荷放大器2的输入连接，缸内压力通过传感器内部 的压电晶体转化为电荷信号，电荷信号通过电荷放大器2转化为0～10v电压信 号。电荷放大器2和角标仪5的输出与燃烧反馈单元连接，燃烧反馈单元3的 输出连接到喷油磨损控制单元4的输入，喷油磨损控制单元4的输出连接到指 示灯6以及发动机ECU7，其中燃烧反馈单元3和喷油磨损控制单元4采用微 处理器。

如图2所示，缸内压力反馈控制通过微处理器和相关外围电路实现，流程 具体如下：

a、接收电荷放大器2输出的代表缸压的电压信号，并对其进行AD转换；

b、接收角标仪5输出的曲轴转角信号并对其进行同步处理；

c、根据缸压信号和曲轴转角信号计算各缸的燃烧相位CA50；

CA50计算公式：

Q net = ∫ 0 720 ( k k - 1 p dV dθ + 1 k - 1 V dp dθ ) dθ ]]>

∫ 0 CA 50 ( k k - 1 p dV dθ + 1 k - 1 V dp dθ ) dθ = 1 2 Q net ]]>

CA50通过求上式的积分上限得出。

设 k k - 1 p dV dθ + 1 k - 1 V dp dθ ]]>原函数为F(θ)，则

F ( CA 50 ) = F ( 0 ) + 1 2 Q net - - - ( 3 ) ]]>

CA 50 = F - 1 [ F ( 0 ) + 1 2 Q net ] - - - ( 4 ) ]]>

式中，Q_net为燃料燃烧的净放热量，由计算得出；

k为等熵指数，热力工程一般k取常数1.37；

p为缸内气体压力，由缸压传感器测得；

V为气缸容积，发动机物理参数；

θ为曲轴转角，由角标仪测出。

d、将当前实际CA50与CA50理论值进行做差比较，并通过PID控制输出 修正后的喷油提前角进而修正CA50，使实际CA50无限接近理论CA50值，完 成对CA50的修正。

所述微控制器控制流程还包括下述步骤：

e、将修正后的喷油提前角与ECU发出的理论喷油提前角做差比较，当偏 差量超过阈值，则判断喷油器出现过量磨损，输出信号控制对应指示灯开启， 当偏差量未超过阈值则通过比例积分电路输出修正后的喷油量，修正结果发送 给发动机ECU执行修正动作。

实施例2

本实用新型的柴油机缸内压力反馈控制装置包括发动机各缸缸压传感装 置，燃烧反馈单元3，喷油磨损控制单元4，角标仪5，指示灯6。所述缸压传 感装置采用输出信号为电压信号的缸压传感器。如图3所示，燃烧反馈单元3 采用由信号处理模块31、燃烧运算处理模块32、电源模块33、通讯模块34构 成的硬件电路(参见黄颖申请清华大学工学硕士学位论文《面向柴油机燃烧闭 环控制的新一代控制平台研究及应用》)。各缸缸压传感装置的电荷放大器和角 标仪5与信号处理模块31的输入连接，通讯模块34的输出连接到喷油磨损控 制单元4。燃烧反馈单元3也可以通过微处理器实现。

如图4所示，喷油磨损控制单元4由CA50修正模块以及喷油量修正模块 构成；喷油磨损控制单元4中的CA50修正模块由第一减法运算电路41、第一 比较运算电路42、PID控制电路43构成；喷油量修正模块由第二减法运算电 路44、第二比较运算电路45、比例积分电路46构成。

燃烧反馈单元3以及发动机ECU7的输出连接到第一减法运算电路41的输 入，第一减法运算电路41的输出连接到第一比较运算电路42的输入，将实际 CA50与理论CA50进行做差比较，比较结果的输出连接到PID控制电路43的 输入；PID控制电路43以及发动机ECU7的输出连接到第二减法运算电路44 的输入，第二减法运算电路44的输出连接到第二比较运算电路45的输入，将 实际喷油提前角与理论喷油提前角进行做差比较，比较结果由第二比较运算电 路45输出，该输出连接到指示灯6，比较结果超出阈值则指示灯被点亮；第二 比较运算电路45的输出同时连接到比例积分电路46的输入，比较结果小于阈 值则由比例积分电路进行运算并输出调整后的喷油量，比例积分电路46的输出 连接到发动机ECU7的输入，将喷油量修正值输入ECU。