一種車用電控甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車用發(fā)動(dòng)機(jī)替代燃料應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)態(tài)的車用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給策略。
【背景技術(shù)】
[0002]由于柴油機(jī)碳煙排放量大，對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害，目前一種經(jīng)濟(jì)有效的解決方式是將柴油機(jī)改造成雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是以活性不同的兩種燃料耦合運(yùn)行，低活性燃料(甲醇)以預(yù)混形式進(jìn)入氣缸，待活塞行至壓縮上止點(diǎn)附近噴入高活性燃料(柴油)而實(shí)現(xiàn)共同燃燒，引入的低活性燃料可以有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的碳煙排放，并且一般低活性燃料(甲醇)的價(jià)格要比高活性燃料(柴油)低，因此這種燃燒方式在降低排煙的同時(shí)，還可以有效降低柴油機(jī)的運(yùn)營成本，因此具備很強(qiáng)的推廣應(yīng)用潛力。
[0003]目前電控柴油機(jī)改裝的甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于兩種燃料的供給量計(jì)算是將甲醇和柴油分別標(biāo)定、控制，兩者并無內(nèi)在聯(lián)系。同時(shí)為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，一般的做法是盡可能增大甲醇對(duì)柴油的替代率，而過多的甲醇替代柴油，很容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)爆震，因此最大替代率基本就代表了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震邊界。由于目前雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給量的確定依然是沿用傳統(tǒng)電控柴油機(jī)以扭矩為目標(biāo)的，基于轉(zhuǎn)速和油門踏板的計(jì)算方法，因此當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況不適合標(biāo)定中確定的最大替代率時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)很容易出現(xiàn)爆震，造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞(這一現(xiàn)象已經(jīng)被試驗(yàn)證實(shí))，若使用較低替代率作為噴射量計(jì)算參數(shù)，則不能提升發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性；因此對(duì)于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)而言，發(fā)明一種動(dòng)態(tài)的最大替代率確定方法，可以有效解決這個(gè)問題。
[0004]目前的相關(guān)研究表明，甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中用于形成均質(zhì)混合氣的甲醇越多，即對(duì)柴油的替代率越高，則發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)越大，越容易出現(xiàn)爆震。在同樣條件下，隨著雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)替代率增大，在即將達(dá)到出現(xiàn)爆震的替代率時(shí)，燃燒滯燃期會(huì)急劇下降，這表明發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的燃燒狀況出現(xiàn)了質(zhì)的變化。這一現(xiàn)象被內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員發(fā)現(xiàn)，并認(rèn)為出現(xiàn)爆震的原因是在噴油前甲醇-空氣混合氣出現(xiàn)了均質(zhì)壓燃現(xiàn)象。(王全剛，姚春德.柴油甲醇雙燃料燃燒運(yùn)行邊界研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2014,9(35))。而決定均質(zhì)壓燃著火最重要的因素就是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)溫度以及混合氣的濃度。
[0005]由于發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)溫度很難直接測(cè)量，而對(duì)于缸外預(yù)混燃料的混合氣濃度，也很難實(shí)現(xiàn)快速簡單的測(cè)量，因此需要考慮尋求一些與缸內(nèi)溫度和混合氣濃度有關(guān)的、容易測(cè)量的、與最大替代率相關(guān)性強(qiáng)的參數(shù)。目前國內(nèi)車用電控雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)專利主要集中在噴射器、燃料供給裝置等硬件技術(shù)及電控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)領(lǐng)域，沒有與本專利相同或相似的涉及到具體燃料供給策略的相關(guān)專利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種車用電控甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給控制方法，可以為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)提供一種有效的動(dòng)態(tài)替代率邊界，提高替代燃料的使用率，減少發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴狀況。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0008]1)在滿足不發(fā)生爆震的前提下，確定所述雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)甲醇對(duì)柴油的替代率的邊界；
[0009]2)根據(jù)甲醇和柴油的燃料熱值以及當(dāng)前工況下所述雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)所需燃料總能量和甲醇對(duì)柴油的替代率的最大值，確定所述工況下柴油噴射量和甲醇噴射量。
[0010]所述雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)甲醇對(duì)柴油的替代率的邊界根據(jù)以下方程確定:
[0011 ] Sr = a+b X Tout+c X Pin
[0012]其中，Sr為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)甲醇對(duì)柴油的替代率的最大值;Tout為發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度；Ριη為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力，a、b以及c為參數(shù)，對(duì)于不同型號(hào)的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)均可利用多元線性回歸分析獲得這三個(gè)參數(shù)。
[0013]將所述雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前工況下的排氣溫度和進(jìn)氣壓力帶入所述方程，則可計(jì)算得到當(dāng)前工況下甲醇對(duì)柴油的替代率的最大值。
[0014]根據(jù)所述雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在當(dāng)前工況下的目標(biāo)扭矩、轉(zhuǎn)速以及熱效率，確定當(dāng)前工況下所需燃料總能量。
[0015]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0016]1)本發(fā)明中甲醇對(duì)柴油的替代率根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)狀況呈動(dòng)態(tài)變化，由此確定的甲醇和柴油的噴射量能最大程度提高甲醇的使用率，從而達(dá)到降低發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行成本的效果。
[0017]2)由于甲醇對(duì)柴油的替代率邊界等效于爆震邊界，由此確定的甲醇和柴油的噴射量能保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生爆震，運(yùn)行更平穩(wěn)，從而達(dá)到延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的效果。
【附圖說明】
[0018]圖1為甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)替代率與進(jìn)氣壓力和排氣溫度的關(guān)系圖；
[0019]圖2為甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料量計(jì)算流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明。
[0021]申請(qǐng)人根據(jù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力和排氣溫度這兩個(gè)參數(shù)明顯影響了發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)爆震時(shí)的甲醇-柴油替代率，換言之，通過這兩個(gè)參數(shù)可以確定甲醇-柴油替代率邊界。因此申請(qǐng)人最終確定利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度和進(jìn)氣壓力兩個(gè)參數(shù)來確定甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在一定的甲醇對(duì)柴油的替代率下是否會(huì)發(fā)生爆震。最終利用排氣溫度和進(jìn)氣壓力形成了一系列有效的替代率邊界，從而防止由于替代率過高，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生爆震現(xiàn)象，對(duì)其運(yùn)轉(zhuǎn)造成不良影響。
[0022]基于以上內(nèi)容，本發(fā)明提出了甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給控制策略:該策略是以扭矩為目標(biāo)的開環(huán)控制；該策略以發(fā)動(dòng)機(jī)油門位置、轉(zhuǎn)速、排氣溫度、進(jìn)氣壓力為輸入量;該策略的目標(biāo)扭矩由轉(zhuǎn)速和油門位置確定;該策略替代率邊界根據(jù)排氣溫度和進(jìn)氣壓力確定。通過一系列發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)測(cè)試得出排氣溫度和進(jìn)氣壓力與替代率最大值的關(guān)系，參見圖1，適用于同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)。此實(shí)驗(yàn)可以同發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)同步進(jìn)行，不增加額外的標(biāo)定成本。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)圖1可得出替代率計(jì)算公式，一次性寫入發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中，長期使用。
[0023]參見圖2，基于以上策略，本發(fā)明提出了甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的甲醇和柴油噴射量的確定方法，包括以下步驟:
[0024]1)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速和油門位置，確定發(fā)動(dòng)機(jī)工況;根據(jù)工況的運(yùn)行需求(由試驗(yàn)或用戶要求)，確定目標(biāo)扭矩;根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)其他信息，如水溫、噴油栗特性、扭矩邊界特性等，對(duì)目標(biāo)扭矩進(jìn)行修正。(Guzzella L.Control of Diesel Engines-1EEE ControlSystems Magazine.1EEE Control Syst 1998；18:53-71.)
[0025]2)根據(jù)目標(biāo)扭矩、實(shí)際轉(zhuǎn)速及當(dāng)前工況熱效率(試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)值)，計(jì)算得出所需要的燃料總能量:燃料總能量=目標(biāo)扭矩X轉(zhuǎn)速/熱效率；
[0026]3)由當(dāng)前排氣溫度和進(jìn)氣壓力數(shù)據(jù)，可根據(jù)替代率計(jì)算公式計(jì)算得出可達(dá)到的替代率最大值；以圖1中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，通過多元線性回歸分析(最小二乘法)得到以下用于替代率計(jì)算的擬合方程:
[0027]Sr = 66.28-0.143 X Tout+0.152 X Pin
[0028]式中，Sr為發(fā)動(dòng)機(jī)甲醇對(duì)柴油的替代率的最大值，%; T-為發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度，°C ;Pin為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力，kPa。
[0029]4)根據(jù)替代率最大值、燃料總能量及所涉及到的燃料(甲醇和柴油)的熱值，計(jì)算得出目前工況下應(yīng)分配的柴油和甲醇的噴射量。
[0030]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下特點(diǎn):
[0031]1)兩種燃料(甲醇和柴油)的噴射量是有內(nèi)在關(guān)聯(lián)的，其通過一個(gè)動(dòng)態(tài)的替代率相聯(lián)系；
[0032]2)替代率由排氣溫度和進(jìn)氣壓力確定。發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度和進(jìn)氣壓力測(cè)量簡單、成本低;而且由于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流速快、溫度高，因此排氣溫度不容易受外界環(huán)境溫度和氣體成分的影響，將排氣溫度而不是進(jìn)氣溫度作為替代率的確定參數(shù)，準(zhǔn)確度高、響應(yīng)性好；
[0033]3)不需要加裝額外的檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的傳感器，由動(dòng)態(tài)替代率邊界確定的雙燃料配比，基本能在保證最大替代率條件下，避免發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種車用電控甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給控制方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)在滿足不發(fā)生爆震的前提下，確定所述雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)甲醇對(duì)柴油的替代率的邊界； 2)根據(jù)甲醇和柴油的燃料熱值以及當(dāng)前工況下所述雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)所需燃料總能量和甲醇對(duì)柴油的替代率的最大值，確定所述工況下柴油噴射量和甲醇噴射量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種車用電控甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給控制方法，其特征在于:所述雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)甲醇對(duì)柴油的替代率的邊界根據(jù)以下方程確定:Sr = a+b X Tout+c X Pin 其中，Sr為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)甲醇對(duì)柴油的替代率的最大值;Tout為發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度;PinS發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力，a、b以及c為參數(shù)，利用多元線性回歸分析獲得。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種車用電控甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給控制方法，其特征在于:將所述雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前工況下的排氣溫度和進(jìn)氣壓力帶入所述方程，則可計(jì)算得到當(dāng)前工況下甲醇對(duì)柴油的替代率的最大值。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種車用電控甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給控制方法，其特征在于:根據(jù)所述雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在當(dāng)前工況下的目標(biāo)扭矩、轉(zhuǎn)速以及熱效率，確定當(dāng)前工況下所需燃料總能量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車用電控甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給控制方法，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度和進(jìn)氣壓力動(dòng)態(tài)的確定甲醇-柴油替代率，從而能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同狀況確定不同的甲醇-柴油噴射量比例；本發(fā)明能在保證最大替代率的前提下，盡可能避免爆震現(xiàn)象，達(dá)到提高甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)使用經(jīng)濟(jì)性和延長壽命的效果。
【IPC分類】F02D41/00, F02D19/08
【公開號(hào)】CN105443251
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510882873
【發(fā)明人】李陽陽, 張春化, 陳昊, 馬志義, 林廣宇
【申請(qǐng)人】長安大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月4日