一種基于缸壓的摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃/壓燃控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種基于缸壓的摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃/壓燃控制裝置及方法，具體內(nèi)容涉及內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)燃、壓燃復(fù)合燃燒過(guò)程控制。
【背景技術(shù)】
[0002]均質(zhì)預(yù)混合壓燃的燃燒方式能夠獲得較點(diǎn)燃式燃燒方式更高的熱效率，點(diǎn)燃式燃燒方式則較均質(zhì)預(yù)混合壓燃式燃燒方式在燃燒穩(wěn)定性控制，特別是冷起動(dòng)、負(fù)荷燃燒及高負(fù)荷爆震與燃燒粗暴控制方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。
[0003]目前的內(nèi)燃機(jī)多數(shù)難以實(shí)現(xiàn)在工作過(guò)程中點(diǎn)燃、壓燃燃燒方式的靈活轉(zhuǎn)換，這使得點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)雖燃燒穩(wěn)定性好但存在熱效率低的問(wèn)題，而均質(zhì)預(yù)混合壓燃內(nèi)燃機(jī)雖熱效率高但存在低負(fù)荷及高負(fù)荷燃燒過(guò)程不穩(wěn)定的問(wèn)題。因此，如果能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)燃式燃燒與壓燃式燃燒過(guò)程在同一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)上的聯(lián)合使用，則可以利用均質(zhì)預(yù)混合壓燃熱效率高及點(diǎn)燃式燃燒方式燃燒穩(wěn)定性好的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)在全工況下的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。
[0004]二甲醚是一種具有高十六烷值的內(nèi)燃機(jī)代用燃料，摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)(在摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)中當(dāng)二甲醚占燃料整體能量分?jǐn)?shù)達(dá)到100%時(shí)即等同于純二甲醚內(nèi)燃機(jī))能夠獲得較傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)更好的熱效率和更低的排放，且摻燒二甲醚的燃燒既可以在點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)上完成也可以在壓燃式內(nèi)燃機(jī)上完成。已公開(kāi)的發(fā)明專利CN102080598提供了一種采用二甲醚和高辛烷值燃料內(nèi)燃機(jī)的控制方法，該專利申請(qǐng)中提出在0-30%小負(fù)荷采用高DME混合比例的高辛烷值燃料-DME均質(zhì)預(yù)混和壓燃，30-70%中負(fù)荷采用低DME混合比例的高辛烷值燃料-DME混合燃料火花點(diǎn)燃，70-100%高負(fù)荷采用純高辛烷值燃料點(diǎn)燃。但該申請(qǐng)將均質(zhì)預(yù)混合壓燃用于內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷和高負(fù)荷兩個(gè)階段，而這兩個(gè)階段恰恰是均質(zhì)預(yù)混合壓燃最難以控制的階段，需知均質(zhì)預(yù)混合壓燃普遍存在低負(fù)荷失火及高負(fù)荷燃燒粗暴問(wèn)題。此夕卜，該專利明確了不同燃燒方式對(duì)應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷范圍，但對(duì)于內(nèi)燃機(jī)而言，不同的壓縮比使得均質(zhì)預(yù)混合壓燃方式的介入負(fù)荷范圍會(huì)發(fā)生變化，較理想的均質(zhì)預(yù)混合壓燃應(yīng)該在該燃燒方式能夠發(fā)生的負(fù)荷范圍內(nèi)立即進(jìn)行而不是將范圍事先固定。最后，該專利并未明確點(diǎn)燃與壓燃在負(fù)荷切換邊界下的燃燒過(guò)程，這使得在點(diǎn)燃與壓燃過(guò)渡過(guò)程中的燃燒穩(wěn)定性難以很好控制。
[0005]由此可見(jiàn)，盡管二甲醚已經(jīng)被證明可以進(jìn)一步提高點(diǎn)燃式及均質(zhì)預(yù)混合壓燃式內(nèi)燃機(jī)的性能，但由于缺乏有效手段對(duì)內(nèi)燃機(jī)的燃燒過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，因此摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)難以實(shí)現(xiàn)由工況決定的點(diǎn)燃/壓燃復(fù)合燃燒過(guò)程。此外，缺乏燃燒信息的反饋也會(huì)使摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)在點(diǎn)燃/壓燃過(guò)渡過(guò)程及燃燒穩(wěn)定性難以控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)目前摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)難以在點(diǎn)燃與壓燃過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行基于燃燒反饋信息的穩(wěn)定性控制，以及摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃/壓燃切換邊界難以動(dòng)態(tài)調(diào)整的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于缸壓的摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃/壓燃控制裝置及方法。本發(fā)明可以通過(guò)檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)燃燒時(shí)的缸壓判斷缸內(nèi)燃燒過(guò)程，并通過(guò)對(duì)二甲醚噴射量及點(diǎn)火角的調(diào)整實(shí)現(xiàn)基于工況的點(diǎn)燃/壓燃過(guò)程靈活轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到提高內(nèi)燃機(jī)熱效率及燃燒穩(wěn)定性的目的。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。在保留內(nèi)燃機(jī)I上原有的噴油器2、原機(jī)電控單元6及火花塞4的基礎(chǔ)上，加裝了一套燃料噴射及缸壓反饋裝置，包括二甲醚噴嘴3、缸壓傳感器5及燃燒過(guò)程電控單元5。二甲醚噴嘴安裝在內(nèi)燃機(jī)各缸進(jìn)氣歧管或總管上，缸壓傳感器5安裝在內(nèi)燃機(jī)缸蓋上。
[0008]燃燒過(guò)程電控單元7與原機(jī)電控單元6相連接，獲得內(nèi)燃機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩信號(hào)a、實(shí)際轉(zhuǎn)矩信號(hào)b、凸輪軸信號(hào)j、曲軸角信號(hào)k及原機(jī)點(diǎn)火信號(hào)η ;
[0009]燃燒過(guò)程電控單元7與缸壓傳感器5相連接獲得缸壓信號(hào)e ;
[0010]燃燒過(guò)程電控單元7與噴油器2、二甲醚噴嘴3、火花塞4相連接，并發(fā)出燃料實(shí)際噴射信號(hào)K二甲醚噴射信號(hào)g及實(shí)際點(diǎn)火信號(hào)f ；
[0011]噴油器2燃料可以包括汽油、天然氣、甲醇、乙醇等高辛烷值燃料；
[0012]所述的缸壓傳感器5可以與火花塞4共同使用，也可以將缸壓傳感器5可以與火花塞4集成使用(即組成火花塞式缸壓傳感器)。
[0013]本發(fā)明中一種基于缸壓的摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃/壓燃控制裝置的控制方法如下:
[0014](I)燃燒過(guò)程電控單元7檢測(cè)凸輪軸信號(hào)j判斷氣缸上止點(diǎn)位置，檢測(cè)曲軸信號(hào)k判斷曲軸位置，檢測(cè)缸壓信號(hào)e獲得缸壓變化，通過(guò)上述信號(hào)確定同一循環(huán)內(nèi)缸內(nèi)壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系及位置，并基于該數(shù)據(jù)計(jì)算循環(huán)內(nèi)最高壓力升高率(dp/d Θ )maxo
[0015](dP/d θ ) max = max [ (P1-Pp1) / Δ θ ]公式一
[0016]Θ表示曲軸轉(zhuǎn)角，P表示缸內(nèi)壓力，(P1-Pp1)表示在Δ Θ范圍內(nèi)壓力的變化。
[0017](2)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩控制:燃燒過(guò)程電控單元7依據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩信號(hào)a及實(shí)際轉(zhuǎn)矩信號(hào)b控制燃料實(shí)際噴射信號(hào)h，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)矩低于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩時(shí)，燃燒過(guò)程電控單元7通過(guò)增加燃料實(shí)際噴射信號(hào)h的脈寬使內(nèi)燃機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩增加；當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)矩等于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩時(shí)，燃燒過(guò)程電控單元7不改變?nèi)剂蠈?shí)際噴射信號(hào)h的脈寬使內(nèi)燃機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩保持不變；當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)矩大于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩時(shí)，燃燒過(guò)程電控單元7通過(guò)降低燃料實(shí)際噴射信號(hào)h的脈寬使內(nèi)燃機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩減小；
[0018](3)點(diǎn)燃/壓燃模式控制:在任意轉(zhuǎn)矩下，當(dāng)(dp/dCA)max小于0.5MPa/°時(shí)，燃燒過(guò)程電控單元7通過(guò)發(fā)出二甲醚噴射信號(hào)g增加二甲醚的噴射脈寬，并保持此過(guò)程中內(nèi)燃機(jī)以點(diǎn)燃模式運(yùn)行，燃燒過(guò)程電控單元7根據(jù)原機(jī)點(diǎn)火信號(hào)η發(fā)出實(shí)際點(diǎn)火信號(hào)f，并保持該條件下內(nèi)燃機(jī)實(shí)際點(diǎn)火角與原機(jī)點(diǎn)火角相同。當(dāng)(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°時(shí)，燃燒過(guò)程電控單元7通過(guò)發(fā)出二甲醚噴射信號(hào)g使二甲醚噴射脈寬保持不變，并通過(guò)發(fā)出實(shí)際點(diǎn)火信號(hào)f使內(nèi)燃機(jī)實(shí)際點(diǎn)火角從自(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°的第二個(gè)循環(huán)起較原機(jī)推遲2°點(diǎn)火，第三個(gè)循環(huán)起較原機(jī)推遲4°點(diǎn)火，第四個(gè)循環(huán)起較原機(jī)推遲6°點(diǎn)火，第五個(gè)循環(huán)起較原機(jī)推遲8°點(diǎn)火，第六個(gè)循環(huán)起較原機(jī)推遲10°點(diǎn)火，，在推遲點(diǎn)火過(guò)程中，燃燒過(guò)程電控單元7通過(guò)發(fā)出二甲醚噴射信號(hào)g使二甲醚噴射脈寬不變或增加以保持(dp/dCA)max不低于0.5MPa/°，當(dāng)點(diǎn)火角自(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°的第二個(gè)循環(huán)起較原機(jī)推遲10°后，燃燒過(guò)程電控單元7通過(guò)發(fā)出實(shí)際點(diǎn)火信號(hào)f使內(nèi)燃機(jī)停止點(diǎn)火，使內(nèi)燃機(jī)以壓燃模式運(yùn)行。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:針對(duì)目前摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)難以在點(diǎn)燃與壓燃過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行基于燃燒反饋信息的穩(wěn)定性控制，以及摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃/壓燃切換邊界難以動(dòng)態(tài)調(diào)整的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于缸壓的摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃/壓燃控制裝置及方法。通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)缸壓反饋信號(hào)計(jì)算循環(huán)內(nèi)最高壓力升高率(dp/dCA)max，并通過(guò)改變二甲醚噴射脈寬及點(diǎn)火角，使摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)燃和壓燃的混合燃燒方式，并且點(diǎn)燃和壓燃邊界可以根據(jù)(dp/dCA)max的計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃/壓燃模式的靈活轉(zhuǎn)換。從本
【發(fā)明內(nèi)容】
可以看出，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是最大限度保證摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)能夠以高效、清潔的壓燃方式運(yùn)行，并通過(guò)動(dòng)態(tài)控制點(diǎn)燃、壓燃策略使摻二甲醚內(nèi)燃機(jī)在難以利用壓燃方式運(yùn)行的條件下自動(dòng)以點(diǎn)燃方式運(yùn)行，從而既保證了內(nèi)燃機(jī)的高效、清潔燃燒，又保證了內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理圖
[0021]圖中:1內(nèi)燃機(jī)；2噴油器；3 二甲醚噴嘴；4火花塞；5缸壓傳感器；6原機(jī)電控單元；7燃燒過(guò)程電控單元
[0022]a.目標(biāo)轉(zhuǎn)矩信號(hào)；b.實(shí)際轉(zhuǎn)矩信號(hào)；e.缸壓信號(hào)；f.實(shí)際點(diǎn)火信號(hào)；g.二甲醚噴射信號(hào)；h.燃料實(shí)際噴射信號(hào)；j.凸輪軸信號(hào)；k.曲軸角信號(hào)；n.原機(jī)點(diǎn)火信號(hào)
【具體實(shí)施方式】