基于臭氧助燃的柴油机系统及其控制方法
本发明提供一种基于臭氧助燃的柴油机系统及其控制方法，所述方法通过在初发动机启动的初始时刻，基于柴油机系统中进气管的压力、发动机的转速，以及进气管的不同压力值和不同的发动机转速，对应发动机扭矩最大或污染物最少的工况下，与臭氧发生器各元件的映射关系，确定臭氧发生器各元件的值，以控制臭氧的生成；在发动机运行一段时间后，可以基于历史时间段发动机的运行，例如扭矩、转速，以及历史时刻确定臭氧发生器各元件的值，确定当前臭氧发生器中各元件对应的值，从而提供了一种控制方法，能够使臭氧发生器生成的臭氧，辅助发动机工作，使臭氧助燃的柴油机系统工作在最优状态，也不会产生多余的臭氧，从而减少臭氧发生器能源的消耗。
发明专利
CN202311337543.8
2023-10-16
CN117514487A
2024-02-06
F02D41/00(2006.01)
潍柴动力股份有限公司
孟梅;李风刚;吴速超;徐永新
261061 山东省潍坊市高新技术产业开发区福寿东街197号甲
北京辰权知识产权代理有限公司
李小朋
山东;37
1.一种基于臭氧助燃的柴油机系统的控制方法，其特征在于，包括： 在当前时刻是初始时刻的情况下，基于当前时刻柴油机系统中进气管的第一压力值、发动机的第一转速，以及多个预设的映射关系，分别确定当前时刻高压电源的电压、当前时刻驱动电路的驱动脉宽和驱动频率，以及当前时刻风机的风量；并基于预设的磁场强度初始值，确定当前时刻臭氧发生器管道中的磁场强度；其中，所述预设的映射关系为历史时间段内进气管的不同压力值和不同的发动机转速，对应发动机扭矩最大或污染物最少的工况下，与臭氧发生器各元件的映射关系； 或，在当前时刻不是初始时刻的情况下，基于当前时刻柴油机系统中进气管的第二压力值、当前时刻发动机的第二转速、上一时刻高压电源的电压、当前时刻以及上一时刻发动机的扭矩、上一时刻驱动电路的驱动脉宽、历史时间段内的臭氧发生器管道中的电子浓度和历史时刻的磁场强度，确定当前时刻高压电源的电压、当前时刻驱动电路的驱动脉宽和驱动频率、当前时刻风机的风量，以及当前时刻臭氧发生器管道中的磁场强度； 基于当前时刻高压电源的电压、当前时刻驱动电路的驱动脉宽和驱动频率、当前时刻风机的风量，以及当前时刻臭氧发生器管道中的磁场强度，控制臭氧发生器中臭氧的生成。 2.根据权利要求1所述的基于臭氧助燃的柴油机系统的控制方法，其特征在于，所述基于当前时刻柴油机系统中进气管的第一压力值、发动机的第一转速，以及多个预设的映射关系，分别确定当前时刻高压电源的电压、当前时刻驱动电路的驱动脉宽和驱动频率，以及当前时刻风机的风量，包括： 基于所述第一压力值以及第一映射关系，确定当前时刻高压电源的第一电压；所述第一映射关系是高压电源的电压与进气管的压力之间的关系式，高压电源的电压和进气管的压力之间为指数映射关系； 基于第一压力值、第一转速，以及第二映射关系，确定当前时刻驱动电路的第一驱动脉宽；所述第二映射关系是驱动电路的驱动脉宽与进气管的压力、发动机转速之间的关系式，驱动电路的驱动脉宽与进气管的压力和发动机转速的积正相关； 基于第一压力值、第一转速，以及第三映射关系，确定当前时刻驱动电路的第一驱动频率；所述第三映射关系是驱动电路的驱动频率与进气管的压力、发动机转速之间的关系式，驱动电路的驱动频率与进气管的压力成反比，与发动机转速正相关； 基于第一转速以及第四映射关系，确定当前时刻风机的第一风量；所述第四映射关系是风机的风量与发动机转速之间的关系式，风机的风量与发动机转速正相关。 3.根据权利要求1所述的基于臭氧助燃的柴油机系统的控制方法，其特征在于，所述基于当前时刻柴油机系统中进气管的第二压力值、当前时刻发动机的第二转速、上一时刻高压电源的电压、当前时刻以及上一时刻发动机的扭矩、上一时刻驱动电路的驱动脉宽、历史时间段内的臭氧发生器管道中的电子浓度和历史时刻的磁场强度，确定当前时刻高压电源的电压、当前时刻驱动电路的驱动脉宽和驱动频率、当前时刻风机的风量，以及当前时刻臭氧发生器管道中的磁场强度，包括： 基于上一时刻高压电源的第二电压、上一时刻发动机的第一扭矩、当前时刻发动机的第二扭矩以及第五映射关系，确定当前时刻高压电源的第三电压；所述第五映射关系是当前时刻高压电源的电压与上一时刻高压电源、上一时刻发动机的扭矩、当前时刻发动机的扭矩之间的关系式，当前时刻高压电源的电压与上一时刻高压电源的电压正相关，当前时刻高压电源的电压与上一时刻发动机的扭矩和当前时刻发动机的扭矩之差正相关； 基于上一时刻驱动电路的第二驱动脉宽、上一时刻发动机的第一扭矩、当前时刻发动机的第二扭矩以及第六映射关系，确定当前时刻驱动电路的第三驱动脉宽；所述第六映射关系是当前时刻驱动电路的驱动脉宽与上一时刻驱动电路的驱动脉宽、上一时刻发动机的扭矩、当前时刻发动机的扭矩之间的关系式，当前时刻驱动电路的驱动脉宽与当前时刻发动机的扭矩和上一时刻发动机的扭矩之商负相关，与上一时刻驱动电路的驱动脉宽正相关； 基于第二压力值、第二转速，以及第三映射关系，确定当前时刻驱动电路的第二驱动频率；所述第三映射关系是驱动电路的驱动频率与进气管的压力、发动机转速之间的关系式，驱动电路的驱动频率与进气管的压力成反比，与发动机转速呈正比； 基于第二转速以及第四映射关系，确定当前时刻风机的第二风量；所述第四映射关系是风机的风量与发动机转速之间的关系式，风机的风量与发动机转速正相关； 基于第一历史时刻的第一磁场强度、第二历史时刻的第二磁场强度、第一历史时间段内臭氧发生器管道中的第一电子浓度、第二历史时间段内臭氧发生器管道中的第二电子浓度，以及第七映射关系，确定当前时刻第三磁场强度。 4.根据权利要求2所述的基于臭氧助燃的柴油机系统的控制方法，其特征在于，所述第一映射关系为：U＝1200+e-0.26P，其中，U表示高压电源的电压，P表示进气管的压力； 所述第二映射关系为：DT＝0.1*P*A，其中，DT表示驱动电路的驱动脉宽，A为发动机转速； 所述第三映射关系为：F＝A1.4+20/P；其中，F表示驱动电路的驱动频率； 所述第四映射关系为：V＝3+0.2*A；其中，V表示风机的风量。 5.根据权利要求2所述的基于臭氧助燃的柴油机系统的控制方法，其特征在于，所述基于当前时刻高压电源的电压、当前时刻驱动电路的驱动脉宽和驱动频率、当前时刻风机的风量，以及当前时刻臭氧发生器管道中的磁场强度，以控制臭氧发生器中臭氧的生成，包括： 将所述第一电压确定为当前时刻高压电源的电压，并将所述第一驱动脉宽确定为当前时刻驱动电路的驱动脉宽，将所述第一驱动频率确定为当前时刻驱动电路的驱动频率，将所述第一风量确定为当前时刻风机的风量，将所述预设的磁场强度初始值确定为当前时刻臭氧发生器管道中的磁场强度，控制臭氧发生器中臭氧的生成。 6.根据权利要求3所述的基于臭氧助燃的柴油机系统的控制方法，其特征在于， 所述第五映射关系为：U(t0)＝U(t-1)+20*(K(t0)-K(t-1))，其中，U(t0)表示当前时刻高压电源的电压，U(t-1)表示上一时刻高压电源的电压，K(t0)表示当前时刻发动机的扭矩，K(t-1)表示上一时刻发动机的扭矩； 所述第六映射关系为：其中，DT(t0)表示当前时刻驱动电路的驱动脉宽，DT(t-1)表示上一时刻驱动电路的驱动脉宽； 所述第七映射关系为： 其中，B(t0)表示当前时刻磁场强度，B(t-1)表示第一历史时刻的磁场强度，B(t-2)表示第二历史时刻的磁场强度，rms(E，t-1，t0)表示从t0到t-1时刻之间的第一历史时间段内臭氧发生器管道中的电子浓度的均方根值；rms(E，t-2，t-1)表示从t-1到t-2时刻之间的第二历史时间段内臭氧发生器管道中的电子浓度的均方根值。 7.根据权利要求3所述的基于臭氧助燃的柴油机系统的控制方法，其特征在于，所述基于当前时刻高压电源的电压、当前时刻驱动电路的驱动脉宽和驱动频率、当前时刻风机的风量，以及当前时刻臭氧发生器管道中的磁场强度，控制臭氧发生器中臭氧的生成，包括： 将所述第三电压确定为当前时刻高压电源的电压，并将所述第三驱动脉宽确定为当前时刻驱动电路的驱动脉宽，将所述第二驱动频率确定为当前时刻驱动电路的驱动频率，将所述第二风量确定为当前时刻风机的风量，将所述第三磁场强度确定为当前时刻臭氧发生器管道中的磁场强度，控制臭氧发生器中臭氧的生成。 8.一种基于臭氧助燃的柴油机系统，其特征在于，包括：柴油机主体和臭氧发生器； 其中，臭氧发生器中包括：高压电源、驱动电路、电极、管道、进气口、出气口、风机、磁场线圈、朗缪尔探针；其中，高压电源的电压可调；驱动电路用于控制高压电源的通断，使得电极上加载脉冲电压，驱动电路对应的驱动脉宽和驱动频率可调；所述电极位于管道内，所述电极外面缠绕磁场线圈，用于产生磁场；风机将空气排入进气口，经过管道后再从出气口排出；所述朗缪尔探针用于采集臭氧发生器管道中的电子密度； 所述柴油机主体包括：进气管压力传感器、扭矩传感器、转速传感器和电子控制单元；进气管压力传感器用于采集柴油机系统中进气管的压力值；扭矩传感器用于采集发动机的扭矩；转速传感器用于采集发动机的转速；电子控制单元用于执行如权利要求1至7任一项所述基于臭氧助燃的柴油机系统的控制方法。 9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于臭氧助燃的柴油机系统的控制方法的步骤。 10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于臭氧助燃的柴油机系统的控制方法的步骤。