CN102220916A - 一种柴油-替代燃料混合燃烧发动机控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种无电动油泵齿条执行机构的柴油-替代燃料混合燃烧发动机控制方法，属发动机控制领域，在原机械式高压燃油泵柴油机上加装排气温度传感器、宽域氧传感器、掺烧比信息显示屏、替代燃料喷射控制器、高压柴油泵齿条位移传感器和替代燃料喷射器，高压柴油泵齿条与车辆加速踏板机械连接，替代燃料喷射控制器通过柴油机高压油泵齿条位置，结合对发动机过量空气系数的估算以及驾驶员的操作意图，确定替代燃料的喷射量，发出控制指令驱动替代燃料喷气阀向发动机进气管喷射相应的替代燃料，降低了成本，克服了采用电控油泵齿条执行器的不利因素，可广泛用于柴油-替代燃料混合燃烧发动机。

Description

一种柴油-替代燃料混合燃烧发动机控制方法
技术领域
本发明属发动机控制领域，尤其适用于柴油-替代燃料混合燃烧的发动机控制。
背景技术
在燃油价格高企的当今，人们不断寻求在现有发动机上采用替代燃料的方法。特别是对于大功率商用柴油车辆或工程机械，行业内谋求在不改变发动机基本结构的前提下采用柴油-替代燃料混合燃烧模式，通过部分添加替代燃料减少发动机对柴油的需求量。目前可用的替代燃料包括气\液态天燃气、醇类、二甲醚等。
现有的技术方案中，针对机械控制高压燃油泵的柴油机，通常在改装成双燃料模式发动机时须加装一个电控的油泵齿条执行器，以控制柴油与替代燃料的掺烧比例。但在实际使用中，加装电控齿条执行器存在一致性及机械磨损后掺烧比发生变化的问题，特别对于后装市场(在营运车辆改装)，更存在标定的困难。同时加装电控油泵齿条执行器成本也比较高，不利于市场的推广。
发明内容
本发明提供一种不用电控油泵齿条执行器的柴油-替代燃料混合燃烧发动机控制方法，克服背景技术中电控油泵齿条执行器的不利因素，主要通过监测柴油机高压油泵齿条位置，结合对发动机过量空气系数的估算以及驾驶员的操作意图，确定替代燃料的喷射量，可广泛用于柴油-替代燃料混合燃烧发动机。
其技术方案如下：
在原机械式高压燃油泵柴油机上加装排气温度传感器、宽域氧传感器、掺烧比信息显示屏、替代燃料喷射控制器、高压柴油泵齿条位移传感器和替代燃料喷射器，高压柴油泵齿条与车辆加速踏板机械连接，当驾驶员将加速踏板踏下使油泵齿条位移至So时，与加速踏板相连的油泵齿条位移传感器(7)感知电压Vo，替代燃料喷射控制器(6)采集到该电压后开始控制替代燃料喷射器(8)向发动机进气管(9)内喷射燃料，随着加速踏板进一步被踏下，传感器电压沿直线(11)上升，喷射器的燃料喷射量沿曲线(10)增加，同时替代燃料喷射控制器(6)采集安装在排气管上的排气温度传感器(3)信号或者宽裕氧传感器(4)信号，当排气温度t超过设定的极限值或者由氧传感器信号计算的过量空气系数α小于设定的极限值时，控制器将减少喷射量，直至排气温度或过量空气系数处于限值内，也就是说柴油油量贡献的热量(15)与替代燃料所贡献的热量(14)之和不得超过发动机所能承受的最大热量(13)。由于替代燃料掺烧，在相同的加速踏板位置，发动机将输出比原单一柴油更大的扭矩，此时驾驶员可按下述方法控制扭矩：当驾驶员感觉当前扭矩T大于期望值时，可松开加速踏板使油泵齿条有一个位移减量-ΔS，此时，替代燃料喷射量不变，除非排气温度超过极限值或过量空气系数小于极限值，其结果是输出扭矩减小而替代燃料的掺烧比(＝替代燃料量/柴油量)增加，同时发动机输出扭矩因柴油量的减少而减少，以达到驾驶员对扭矩(车速)的预期。掺烧比的增加，降低了总体燃料(柴油+替代燃料)的成本。因此，驾驶员为了得到较大的掺烧比，可先将加速踏板踩下较多，然后再释放，通过不断的调整加速踏板位置，获得所需扭矩下的最大掺烧比，驾驶员可通过显示屏(5)上得到掺烧比信息。
附图说明
图1：无电动油泵齿条执行机构的柴油-替代燃料混合燃烧发动机控制示意图
1-发动机，2-排气管，3-排气温度传感器，4-宽域氧传感器，5-掺烧比信息显示屏，6-替代燃料喷射控制器，7-高压柴油泵齿条位移传感器，8-替代燃料喷射器，9-进气管；
图2：替代燃料比例曲线
10-替代燃料量曲线，11-高压柴油泵齿条位移传感器输出电压曲线，12-高压柴油泵油量曲线，13-发动机最大热值限制曲线，14-替代燃料热值量区域，15-柴油热值量曲线。
符号说明：S-高压柴油泵齿条位移量，So-替代燃料喷射启动的初始齿条位移量，q-柴油、替代燃料供给量，V-高压柴油泵齿条位移传感器输出电压，Vo-替代燃料喷射启动的初始齿条位移量对应的传感器输出电压，Q-柴油、替代燃料热值量。
具体实施方式
以下结合附图，以6缸柴油-天燃气双燃料发动机系统说明本发明的实施。
在原机械式高压燃油泵柴油机上加装排气温度传感器(3)、宽域氧传感器(4)、掺烧比信息显示屏(5)、天燃气喷射控制器、高压柴油泵齿条位移传感器(7)、天燃气喷射器组成基本的柴油-天燃气双燃料发动机系统。
高压柴油泵齿条与车辆加速踏板机械连接。当驾驶员踩下加速踏板，发动机脱离怠速，油泵齿条位移至So时，天燃气喷射控制器按曲线10驱动天燃气喷射器向进气管喷射天燃气，此时发动机输出扭矩(车速)增加。若扭矩的增加量符合驾驶员对车速的预期，则驾驶员将保持加速踏板位置；若驾驶员感觉车速过高，则会收小加速踏板，此时柴油量减少，但天燃气控制器发出的喷射量指令不变，驾驶员收小加速踏板直至车速符合预期，这种情况下天燃气的掺烧比增加，也就是说节省了柴油量，使燃料费用下降；若驾驶员希望进一步增加掺烧比，可先将加速踏板大踩一下，通过安装在驾驶室仪表盘附近的掺烧比信息显示屏可观察到天燃气的喷射量，然后迅速放松踏板，由于天燃气喷射量不随齿条位移减小而减小，故当驾驶员减小加速踏板至达到预期车速时，掺烧比就大大提高了，进一步降低燃料费用；当驾驶员将加速踏板放松至齿条位移小于So时，控制器停止天燃气喷射。之后，重复上述过程。
此外，控制器还可进入最大掺烧比模式：当驾驶员踩下加速踏板使油泵齿条位移大于So时，控制器按一定的速率不断增加天燃气喷射量，除非驾驶员有减小加速踏板的动作，则天燃气喷射量一致增加到排气温度达到极限值或者宽裕氧传感器检测的过量空气系数小于极限值，这样可最大限度的掺烧天燃气。
驾驶员可以通过一段时间的经验积累，获得最佳的增加掺烧比的操作方法。
本实施方式尽管是针对柴油-天燃气双燃料发动机加以叙述的，但可应用于一切柴油-替代燃料混合燃烧发动机。

Claims (3)

1.一种柴油-替代燃料混合燃烧发动机控制方法，其特征在于替代燃料喷射控制器通过采集高压柴油泵齿条位移传感器信号，确定替代燃料喷射量，发出控制指令驱动替代燃料喷气阀向发动机进气管喷射相应的替代燃料。
2.根据权利要求1所述的柴油-替代燃料混合燃烧发动机控制方法，其特征在于替代燃料的极限喷射量，即掺烧量由发动机排气温度、发动机过量空气系数予以闭环控制，当排气温度t超过设定的极限值或者由氧传感器信号计算的过量空气系数α小于设定的极限值时，控制器将减少喷射量，直至排气温度或过量空气系数处于限值内。
3.根据权利要求1所述的柴油-替代燃料混合燃烧发动机控制方法，其特征在于替代燃料的掺烧比例可通过操纵加速踏板实现调节，驾驶员回收踏板时替代燃料喷射量不变，柴油的喷射量减少。
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