CN104775923B - 一种用于汽柴油掺混灵活燃料发动机的燃料在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽柴油掺混灵活燃料发动机的燃料在线检测方法，其包括：设置一汽柴油掺混灵活燃料发动机在线检测系统，其包括发动机电控单元、灵活燃料压燃发动机、压阻式缸压传感器、滞燃期计算模块和燃料识别模块；发动机电控单元将喷油时刻信号、压阻式缸压传感器将缸压信号均发送到滞燃期计算模块，滞燃期计算模块计算得到滞燃期；发动机电控单元将转速和油门踏板位置信号发送到燃料识别模块，燃料识别模块建立燃料掺混比与滞燃期的对应关系表，滞燃期计算模块将滞燃期发送到燃料识别模块，燃料识别模块查询建立的关系表并利用线性插值方法，得到燃料掺混比例；燃料识别模块将掺混比例反馈到发动机电控单元，发动机电动单元进行闭环控制。

Description

一种用于汽柴油掺混灵活燃料发动机的燃料在线检测方法

技术领域

本发明涉及发动机电控领域，特别是关于一种用于汽柴油掺混灵活燃料发动机的燃料在线检测方法。

背景技术

传统柴油机通常采用高压缩比压燃的方式，热效率较高，但是其氮氧化物和颗粒物的排放存在此消彼长的矛盾关系，且氮氧化物的排放和热效率正相关，后处理设备昂贵。均质压燃燃烧不但具有同时降低氮氧化物和颗粒物排放的潜力，而且不影响热效率，因此成为柴油机改善的重要方向。但是，无论是汽油还是柴油，在实现均质压燃燃烧的过程中都遇到了很多问题。这些问题中，很多都是由于燃料的性能限制所造成的。例如，汽油由于具有良好的挥发性，容易形成均质混合气，因而被认为是均质压燃燃烧模式的理想燃料。然而，大量的研究表明，汽油燃料虽然容易形成均质混合气，但是其燃烧过程控制面临着巨大的问题，无论是燃烧始点的控制，还是燃烧放热率的控制都没有简单易行的可控手段或方案。而柴油与汽油不同，其挥发性较差，自燃性好，很难形成均质混合气。此外，无论是汽油还是柴油，其炼制设备都是规模非常庞大的投资，期望炼油厂短时间内改变炼制工艺，制造某种符合需求的燃料是不切实际的。

因此，在原有汽油、柴油燃烧的基础上进行掺混，通过将两种燃料混合形成新的燃料并用于均质压燃燃烧成为一种可行的方法。研究表明，各种比例的汽柴油掺混燃料都可以用于传统柴油机中进行压燃燃烧。然而，汽柴油掺混燃料进行压燃燃烧所面临的问题是不同掺混比例燃料性质不同，最优的油气控制参数也不同。因此，需要在线检测燃料的掺混比例,从而根据掺混比例来调整油气控制参数，实现最优控制。然而，目前的发动机电控系统并不具备燃料检测和自适应控制能力。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够快速、准确检测掺混比例的用于汽柴油掺混灵活燃料发动机的燃料在线检测方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于汽柴油掺混灵活燃料发动机的燃料在线检测方法，其包括以下步骤：1)设置一汽柴油掺混灵活燃料发动机在线检测系统，其包括发动机电控单元、灵活燃料压燃发动机、压阻式缸压传感器和燃料识别电控单元；所述燃料识别电控单元包括滞燃期计算模块和燃料识别模块，所述发动机电控单元通过CAN总线分别与所述灵活燃料压燃发动机和燃料识别电控单元连接，所述灵活燃料压燃发动机的每一气缸内均设置一所述压阻式缸压传感器，各所述压阻式缸压传感器均通过线缆与所述燃料识别电控单元连接；2)发动机电控单元将实时采集到的灵活燃料压燃发动机的喷油时刻信号MainInjection通过CAN总线发送到滞燃期计算模块，压阻式缸压传感器实时采集灵活燃料压燃发动机的缸压信号并发送到滞燃期计算模块；滞燃期计算模块根据接收到的缸压信号和喷油时刻信号MainInjection计算得到滞燃期IgnitionDelay；3)发动机电控单元将实时采集到的灵活燃料压燃发动机的转速信号和油门踏板位置信号通过CAN总线发送到燃料识别模块，燃料识别模块根据接收到的转速信号和油门踏板位置信号建立燃料掺混比与滞燃期的对应关系表；滞燃期计算模块将计算得到的滞燃期IgnitionDelay发送到燃料识别模块；燃料识别模块根据接收到的滞燃期IgnitionDelay查询燃料掺混比与滞燃期的对应关系表并利用线性插值方法，得到燃料掺混比例BR；4)燃料识别模块将掺混燃料的掺混比BR通过CAN总线反馈到发动机电控单元，发动机电动单元根据掺混比例BR对喷油时刻和喷油量进行闭环控制。

所述步骤2)中，滞燃期计算模块根据接收到的缸压信号和喷油时刻信号MainInjection计算得到滞燃期IgnitionDelay，其具体过程为：①根据灵活燃料压燃发动机的几何参数和所处的曲轴转角位置，计算当前的气缸容积V：

式中，V_c为气缸剩余容积，D为气缸直径，r为曲轴半径，为当前曲轴转角，l为连杆长度；②基于热力学第一定律，计算当前气缸容积V内汽柴油掺混燃烧放热的瞬时放热率ROHR：

式中，γ为气缸内汽柴油混合气的绝热指数，p为缸压，Q_W为缸壁传热造成的热损失；③对计算得到的瞬时放热率ROHR进行积分，将处于不同曲轴转角位置的放热量进行累加，得到循环累计放热量Q_AHR：

④将循环累计放热量Q_AHR达到循环累计放热量最大值10％的位置作为燃烧始点SOC；

⑤根据喷油时刻信号MainInjection和计算得到的燃烧始点位置SOC，得到滞燃期IgnitionDelay为：IgnitionDelay＝SOC-MainInjection。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用压阻式缸压传感器实时检测缸压信号，计算燃烧始点，结合发动机喷油时刻计算滞燃期，进而根据滞燃期得到掺混比例，因此本发明能够实现掺混燃料的在线实时检测。2、本发明由于可以实时的将掺混比例检测的结果反馈到发动机电控单元，发动机电控单元根据燃料掺混比例进行控制参数的调整，因此本发明能够在线对油气控制参数实现最优控制。基于以上优点，本发明可以广泛应用于汽柴油掺混燃料发动机燃料的在线检测中。

附图说明

图1是本发明采用的汽柴油掺混灵活燃料发动机在线检测系统的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明用于汽柴油掺混灵活燃料发动机的燃料在线检测方法包括以下步骤：

1)如图1所示，设置一汽柴油掺混灵活燃料发动机在线检测系统，其包括发动机电控单元1、灵活燃料压燃发动机2、压阻式缸压传感器3和燃料识别电控单元4。其中，燃料识别电控单元4包括滞燃期计算模块41和燃料识别模块42。发动机电控单元1通过CAN总线分别与灵活燃料压燃发动机2和燃料识别电控单元4连接。灵活燃料压燃发动机2的每一气缸内均设置一压阻式缸压传感器3，各压阻式缸压传感器3均通过线缆与燃料识别电控单元4连接。

2)发动机电控单元1将实时采集到的灵活燃料压燃发动机2的喷油时刻信号MainInjection通过CAN总线发送到滞燃期计算模块41。压阻式缸压传感器3实时采集灵活燃料压燃发动机2的缸压信号并发送到滞燃期计算模块41。滞燃期计算模块41根据接收到的缸压信号和喷油时刻信号MainInjection计算得到滞燃期IgnitionDelay，其具体过程为：

①根据灵活燃料压燃发动机2的几何参数和所处的曲轴转角位置，计算当前的气缸容积V：

式中，V_c为气缸剩余容积，D为气缸直径，r为曲轴半径，为当前曲轴转角，l为连杆长度。

②基于热力学第一定律，计算当前气缸容积V内汽柴油掺混燃烧放热的瞬时放热率ROHR：

式中，γ为气缸内汽柴油混合气的绝热指数，p为缸压，Q_W为缸壁传热造成的热损失。

③对计算得到的瞬时放热率ROHR进行积分，将处于不同曲轴转角位置的放热量进行累加，得到循环累计放热量Q_AHR：

④将循环累计放热量Q_AHR达到循环累计放热量最大值10％的位置作为燃烧始点SOC。

⑤根据喷油时刻信号MainInjection和计算得到的燃烧始点位置SOC，得到滞燃期IgnitionDelay为：

IgnitionDelay＝SOC-MainInjection (4)

3)发动机电控单元1将实时采集到的灵活燃料压燃发动机2的转速信号和油门踏板位置信号通过CAN总线发送到燃料识别模块42，燃料识别模块42根据接收到的转速信号和油门踏板位置信号建立燃料掺混比与滞燃期的对应关系表；滞燃期计算模块41将计算得到的滞燃期IgnitionDelay发送到燃料识别模块42；燃料识别模块42根据接收到的滞燃期IgnitionDelay查询燃料掺混比与滞燃期的对应关系表并利用线性插值方法，得到燃料掺混比例BR。

例如，对某压缩比为17.5的柴油机，不同掺混燃料在转速为1800转/分，油门踏板位置为25％油门，主喷时刻为-10°CA(°CA，度曲轴转角)，EGR(废气再循环率)为0％的情况下，通过试验得到的平均滞燃期结果如表1所示。因此，只需要根据在此工况点计算得到滞燃期，即可以利用线性插值方法并根据滞燃期查询表1得到燃料掺混比例。当滞燃期为10时，查询表1得到燃料掺混比例为BR＝70％；当滞燃期为8.75时，查询表1得到燃料掺混比例为BR＝60％。

表1某工况下燃料掺混比与滞燃期的对应关系表

4)燃料识别模块42将掺混燃料的掺混比例BR通过CAN总线反馈到发动机电控单元1，发动机电动单元1根据掺混比BR对喷油时刻和喷油量等进行闭环控制。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和方法步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (2)

1.一种用于汽柴油掺混灵活燃料发动机的燃料在线检测方法，其包括以下步骤：

1)设置一汽柴油掺混灵活燃料发动机在线检测系统，其包括发动机电控单元、灵活燃料压燃发动机、压阻式缸压传感器和燃料识别电控单元；所述燃料识别电控单元包括滞燃期计算模块和燃料识别模块，所述发动机电控单元通过CAN总线分别与所述灵活燃料压燃发动机和燃料识别电控单元连接，所述灵活燃料压燃发动机的每一气缸内均设置一所述压阻式缸压传感器，各所述压阻式缸压传感器均通过线缆与所述燃料识别电控单元连接；

2)发动机电控单元将实时采集到的灵活燃料压燃发动机的喷油时刻信号MainInjection通过CAN总线发送到滞燃期计算模块，压阻式缸压传感器实时采集灵活燃料压燃发动机的缸压信号并发送到滞燃期计算模块；滞燃期计算模块根据接收到的缸压信号和喷油时刻信号MainInjection计算得到滞燃期IgnitionDelay；

3)发动机电控单元将实时采集到的灵活燃料压燃发动机的转速信号和油门踏板位置信号通过CAN总线发送到燃料识别模块，燃料识别模块根据接收到的转速信号和油门踏板位置信号建立燃料掺混比与滞燃期的对应关系表；滞燃期计算模块将计算得到的滞燃期IgnitionDelay发送到燃料识别模块；燃料识别模块根据接收到的滞燃期IgnitionDelay查询燃料掺混比与滞燃期的对应关系表并利用线性插值方法，得到燃料掺混比例BR；

4)燃料识别模块将掺混燃料的掺混比BR通过CAN总线反馈到发动机电控单元，发动机电动单元根据掺混比例BR对喷油时刻和喷油量进行闭环控制。

2.如权利要求1所述的一种用于汽柴油掺混灵活燃料发动机的燃料在线检测方法，其特征在于：所述步骤2)中，滞燃期计算模块根据接收到的缸压信号和喷油时刻信号MainInjection计算得到滞燃期IgnitionDelay，其具体过程为：

①根据灵活燃料压燃发动机的几何参数和所处的曲轴转角位置，计算当前的气缸容积V：

式中，V_c为气缸剩余容积，D为气缸直径，r为曲轴半径，为当前曲轴转角，l为连杆长度；

②基于热力学第一定律，计算当前气缸容积V内汽柴油掺混燃烧放热的瞬时放热率ROHR：

式中，γ为气缸内汽柴油混合气的绝热指数，p为缸压，Q_W为缸壁传热造成的热损失；

③对计算得到的瞬时放热率ROHR进行积分，将处于不同曲轴转角位置的放热量进行累加，得到循环累计放热量Q_AHR：

④将循环累计放热量Q_AHR达到循环累计放热量最大值10％的位置作为燃烧始点SOC；

⑤根据喷油时刻信号MainInjection和计算得到的燃烧始点位置SOC，得到滞燃期IgnitionDelay为：

IgnitionDelay＝SOC-MainInjection。