CN104989535B - 一种基于缸压的掺二甲醚内燃机点燃/压燃控制装置及方法 - Google Patents
一种基于缸压的掺二甲醚内燃机点燃/压燃控制装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104989535B CN104989535B CN201510309610.4A CN201510309610A CN104989535B CN 104989535 B CN104989535 B CN 104989535B CN 201510309610 A CN201510309610 A CN 201510309610A CN 104989535 B CN104989535 B CN 104989535B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- internal combustion
- combustion engine
- ignition
- dimethyl ether
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
本发明提供一种基于缸压的掺二甲醚内燃机点燃/压燃控制装置及方法，具体内容涉及内燃机的点燃、压燃复合燃烧过程控制。该系统在保留内燃机本体全部零件的基础上增加了一套二甲醚喷射系统、一套缸压检测系统及一台燃烧过程电控单元。燃烧过程电控单元可以根据缸压信号计算最大压力升高率，并根据该值控制二甲醚及点火角，从而实现掺二甲醚内燃机点燃、压燃过程的灵活控制与转换，从而最大限度利用压燃方式提高内燃机热效率，并通过点燃方式保证内燃机运行稳定性。
Description
技术领域
本发明提供一种基于缸压的掺二甲醚内燃机点燃/压燃控制装置及方法，具体内容涉及内燃机的点燃、压燃复合燃烧过程控制。
背景技术
均质预混合压燃的燃烧方式能够获得较点燃式燃烧方式更高的热效率，点燃式燃烧方式则较均质预混合压燃式燃烧方式在燃烧稳定性控制，特别是冷起动、负荷燃烧及高负荷爆震与燃烧粗暴控制方面具有更大的优势。
目前的内燃机多数难以实现在工作过程中点燃、压燃燃烧方式的灵活转换，这使得点燃式内燃机虽燃烧稳定性好但存在热效率低的问题，而均质预混合压燃内燃机虽热效率高但存在低负荷及高负荷燃烧过程不稳定的问题。因此，如果能够实现点燃式燃烧与压燃式燃烧过程在同一台内燃机上的联合使用，则可以利用均质预混合压燃热效率高及点燃式燃烧方式燃烧稳定性好的特点实现内燃机在全工况下的高效、稳定运行。
二甲醚是一种具有高十六烷值的内燃机代用燃料，掺二甲醚内燃机(在掺二甲醚内燃机中当二甲醚占燃料整体能量分数达到100％时即等同于纯二甲醚内燃机)能够获得较传统内燃机更好的热效率和更低的排放，且掺烧二甲醚的燃烧既可以在点燃式内燃机上完成也可以在压燃式内燃机上完成。已公开的发明专利CN102080598提供了一种采用二甲醚和高辛烷值燃料内燃机的控制方法，该专利申请中提出在0-30％小负荷采用高DME混合比例的高辛烷值燃料-DME均质预混和压燃，30-70％中负荷采用低DME混合比例的高辛烷值燃料-DME混合燃料火花点燃，70-100％高负荷采用纯高辛烷值燃料点燃。但该申请将均质预混合压燃用于内燃机低负荷和高负荷两个阶段，而这两个阶段恰恰是均质预混合压燃最难以控制的阶段，需知均质预混合压燃普遍存在低负荷失火及高负荷燃烧粗暴问题。此外，该专利明确了不同燃烧方式对应的内燃机负荷范围，但对于内燃机而言，不同的压缩比使得均质预混合压燃方式的介入负荷范围会发生变化，较理想的均质预混合压燃应该在该燃烧方式能够发生的负荷范围内立即进行而不是将范围事先固定。最后，该专利并未明确点燃与压燃在负荷切换边界下的燃烧过程，这使得在点燃与压燃过渡过程中的燃烧稳定性难以很好控制。
由此可见，尽管二甲醚已经被证明可以进一步提高点燃式及均质预混合压燃式内燃机的性能，但由于缺乏有效手段对内燃机的燃烧过程进行实时诊断，因此掺二甲醚内燃机难以实现由工况决定的点燃/压燃复合燃烧过程。此外，缺乏燃烧信息的反馈也会使掺二甲醚内燃机在点燃/压燃过渡过程及燃烧稳定性难以控制。
发明内容
针对目前掺二甲醚内燃机难以在点燃与压燃过渡过程进行基于燃烧反馈信息的稳定性控制，以及掺二甲醚内燃机点燃/压燃切换边界难以动态调整的问题，本发明提供一种基于缸压的掺二甲醚内燃机点燃/压燃控制装置及方法。本发明可以通过检测内燃机燃烧时的缸压判断缸内燃烧过程，并通过对二甲醚喷射量及点火角的调整实现基于工况的点燃/压燃过程灵活转换，从而达到提高内燃机热效率及燃烧稳定性的目的。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。在保留内燃机1上原有的喷油器2、原机电控单元6及火花塞4的基础上，加装了一套燃料喷射及缸压反馈装置，包括二甲醚喷嘴3、缸压传感器5及燃烧过程电控单元5。二甲醚喷嘴安装在内燃机各缸进气歧管或总管上，缸压传感器5安装在内燃机缸盖上。
燃烧过程电控单元7与原机电控单元6相连接，获得内燃机目标转矩信号a、实际转矩信号b、凸轮轴信号j、曲轴角信号k及原机点火信号n；
燃烧过程电控单元7与缸压传感器5相连接获得缸压信号e；
燃烧过程电控单元7与喷油器2、二甲醚喷嘴3、火花塞4相连接，并发出燃料实际喷射信号h、二甲醚喷射信号g及实际点火信号f；
喷油器2燃料可以包括汽油、天然气、甲醇、乙醇等高辛烷值燃料；
所述的缸压传感器5可以与火花塞4共同使用，也可以将缸压传感器5可以与火花塞4集成使用(即组成火花塞式缸压传感器)。
本发明中一种基于缸压的掺二甲醚内燃机点燃/压燃控制装置的控制方法如下：
(1)燃烧过程电控单元7检测凸轮轴信号j判断气缸上止点位置，检测曲轴信号k判断曲轴位置，检测缸压信号e获得缸压变化，通过上述信号确定同一循环内缸内压力随曲轴转角的变化关系及位置，并基于该数据计算循环内最高压力升高率(dp/dθ)max。
(dP/dθ)max＝max[(Pi-Pi-1)/Δθ] 公式一
θ表示曲轴转角，P表示缸内压力，(Pi-Pi-1)表示在Δθ范围内压力的变化。
(2)内燃机转矩控制：燃烧过程电控单元7依据目标转矩信号a及实际转矩信号b控制燃料实际喷射信号h，当实际转矩低于目标转矩时，燃烧过程电控单元7通过增加燃料实际喷射信号h的脉宽使内燃机实际转矩增加；当实际转矩等于目标转矩时，燃烧过程电控单元7不改变燃料实际喷射信号h的脉宽使内燃机实际转矩保持不变；当实际转矩大于目标转矩时，燃烧过程电控单元7通过降低燃料实际喷射信号h的脉宽使内燃机实际转矩减小；
(3)点燃/压燃模式控制：在任意转矩下，当(dp/dCA)max小于0.5MPa/°时，燃烧过程电控单元7通过发出二甲醚喷射信号g增加二甲醚的喷射脉宽，并保持此过程中内燃机以点燃模式运行，燃烧过程电控单元7根据原机点火信号n发出实际点火信号f，并保持该条件下内燃机实际点火角与原机点火角相同。当(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°时，燃烧过程电控单元7通过发出二甲醚喷射信号g使二甲醚喷射脉宽保持不变，并通过发出实际点火信号f使内燃机实际点火角从自(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°的第二个循环起较原机推迟2°点火，第三个循环起较原机推迟4°点火，第四个循环起较原机推迟6°点火，第五个循环起较原机推迟8°点火，第六个循环起较原机推迟10°点火，，在推迟点火过程中，燃烧过程电控单元7通过发出二甲醚喷射信号g使二甲醚喷射脉宽不变或增加以保持(dp/dCA)max不低于0.5MPa/°，当点火角自(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°的第二个循环起较原机推迟10°后，燃烧过程电控单元7通过发出实际点火信号f使内燃机停止点火，使内燃机以压燃模式运行。
本发明的有益效果是：针对目前掺二甲醚内燃机难以在点燃与压燃过渡过程进行基于燃烧反馈信息的稳定性控制，以及掺二甲醚内燃机点燃/压燃切换边界难以动态调整的问题，本发明提供一种基于缸压的掺二甲醚内燃机点燃/压燃控制装置及方法。通过实时检测缸压反馈信号计算循环内最高压力升高率(dp/dCA)max，并通过改变二甲醚喷射脉宽及点火角，使掺二甲醚内燃机能够实现点燃和压燃的混合燃烧方式，并且点燃和压燃边界可以根据(dp/dCA)max的计算结果实时动态调整，实现了掺二甲醚内燃机点燃/压燃模式的灵活转换。从本发明内容可以看出，本发明的实质是最大限度保证掺二甲醚内燃机能够以高效、清洁的压燃方式运行，并通过动态控制点燃、压燃策略使掺二甲醚内燃机在难以利用压燃方式运行的条件下自动以点燃方式运行，从而既保证了内燃机的高效、清洁燃烧，又保证了内燃机运行的稳定性。
附图说明
图1本发明的结构和工作原理图
图中：1内燃机；2喷油器；3二甲醚喷嘴；4火花塞；5缸压传感器；6原机电控单元；7燃烧过程电控单元
a.目标转矩信号；b.实际转矩信号；e.缸压信号；f.实际点火信号；g.二甲醚喷射信号；h.燃料实际喷射信号；j.凸轮轴信号；k.曲轴角信号；n.原机点火信号
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，该装置包括内燃机1、内燃机上原有的喷油器2、火花塞4及原机电控单元6。
二甲醚喷嘴3安装内燃机在各缸进气歧管或者进气总管上，缸压传感器5安装在缸盖上。
燃烧过程电控单元7与原机电控单元6相连接，获得内燃机目标转矩信号a、实际转矩信号b、凸轮轴信号j、曲轴角信号k及原机点火信号n；
燃烧过程电控单元7与缸压传感器5相连接获得缸压信号e；
燃烧过程电控单元7与喷油器2、二甲醚喷嘴3、火花塞4相连接，并发出燃料实际喷射信号h、二甲醚喷射信号g及实际点火信号f。
本发明中一种基于缸压的掺二甲醚内燃机点燃/压燃控制装置的控制方法如下：
(1)燃烧过程电控单元7检测凸轮轴信号j判断气缸上止点位置，检测曲轴信号k判断曲轴位置，检测缸压信号e获得缸压变化，通过上述信号确定同一循环内缸内压力随曲轴转角的变化关系及位置，并基于该数据计算循环内最高压力升高率(dp/dθ)max。
(dP/dθ)max＝max[(Pi-Pi-1)/Δθ] 公式一
θ表示曲轴转角，P表示缸内压力，(Pi-Pi-1)表示在Δθ范围内压力的变化。
(2)内燃机转矩控制：燃烧过程电控单元7依据目标转矩信号a及实际转矩信号b控制燃料实际喷射信号h，当实际转矩低于目标转矩时，燃烧过程电控单元7通过增加燃料实际喷射信号h的脉宽使内燃机实际转矩增加；当实际转矩等于目标转矩时，燃烧过程电控单元7不改变燃料实际喷射信号h的脉宽使内燃机实际转矩保持不变；当实际转矩大于目标转矩时，燃烧过程电控单元7通过降低燃料实际喷射信号h的脉宽使内燃机实际转矩减小；
(3)点燃/压燃模式控制：在任意转矩下，当(dp/dCA)max小于0.5MPa/°时，燃烧过程电控单元7通过发出二甲醚喷射信号g增加二甲醚的喷射脉宽，并保持此过程中内燃机以点燃模式运行，燃烧过程电控单元7根据原机点火信号n发出实际点火信号f，并保持该条件下内燃机实际点火角与原机点火角相同。当(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°时，燃烧过程电控单元7通过发出二甲醚喷射信号g使二甲醚喷射脉宽保持不变，并通过发出实际点火信号f使内燃机实际点火角从自(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°的第二个循环起较原机推迟2°点火，第三个循环起较原机推迟4°点火，第四个循环起较原机推迟6°点火，第五个循环起较原机推迟8°点火，第六个循环起较原机推迟10°点火，，在推迟点火过程中，燃烧过程电控单元7通过发出二甲醚喷射信号g使二甲醚喷射脉宽不变或增加以保持(dp/dCA)max不低于0.5MPa/°，当点火角自(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°的第二个循环起较原机推迟10°后，燃烧过程电控单元7通过发出实际点火信号f使内燃机停止点火，使内燃机以压燃模式运行。
以汽油和二甲醚为燃料，在一台1.6L四缸内燃机中对上述策略的实际应用效果进行了实验，3组实验分别在以下条件进行：1)转速2000rpm、平均有效压力2bar；2)转速3000rpm、平均有效压力3.5bar；3)转速4200rpm、平均有效压力4bar。实验结果表明，在上述测试条件下，实验发动机均成功实现压燃燃烧，且采用上述装置及方法控制的内燃机在实验条件下的平均热效率较原机相对提高12.7％。
Claims (1)
1.一种基于缸压的掺二甲醚内燃机点燃/压燃控制方法，所应用的装置包括内燃机(1)、内燃机上原有的喷油器(2)、火花塞(4)及原机电控单元(6)，安装在内燃机各缸进气歧管或进气总管上的二甲醚喷嘴(3)，还包括安装在缸盖上的缸压传感器(5)，以及一套燃烧过程电控单元(7)；
燃烧过程电控单元(7)与原机电控单元(6)相连接，并获得内燃机目标转矩信号a、实际转矩信号b、凸轮轴信号j、曲轴角信号k及原机点火信号n；燃烧过程电控单元(7)与缸压传感器(5)相连接获得缸压信号e；
燃烧过程电控单元(7)与喷油器(2)、二甲醚喷嘴(3)、火花塞(4)相连接，并发出燃料实际喷射信号h、二甲醚喷射信号g及实际点火信号f；
其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)燃烧过程电控单元(7)检测凸轮轴信号j判断气缸上止点位置，检测曲轴信号k判断曲轴位置，检测缸压信号e获得缸压变化，通过上述信号确定同一循环内缸内压力随曲轴转角的变化关系及位置，并基于同一循环内缸内压力随曲轴转角的变化关系及位置计算循环内最高压力升高率(dp/dθ)max；
(dP/dθ)max＝max[(Pi-Pi-1)/Δθ] 公式一
θ表示曲轴转角，P表示缸内压力，(Pi-Pi-1)表示在Δθ范围内压力的变化；
2)内燃机转矩控制：燃烧过程电控单元(7)依据目标转矩信号a及实际转矩信号b控制燃料实际喷射信号h，当实际转矩低于目标转矩时，燃烧过程电控单元(7)通过增加燃料实际喷射信号h的脉宽使内燃机实际转矩增加；当实际转矩等于目标转矩时，燃烧过程电控单元(7)不改变燃料实际喷射信号h的脉宽使内燃机实际转矩保持不变；当实际转矩大于目标转矩时，燃烧过程电控单元(7)通过降低燃料实际喷射信号h的脉宽使内燃机实际转矩减小；
3)点燃/压燃模式控制：在任意转矩下，当(dp/dCA)max小于0.5MPa/°时，燃烧过程电控单元(7)通过发出二甲醚喷射信号g增加二甲醚的喷射脉宽，并保持此过程中内燃机以点燃模式运行，燃烧过程电控单元(7)根据原机点火信号n发出实际点火信号f，并保持内燃机实际点火角与原机点火角相同；当(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°时，燃烧过程电控单元(7)通过发出二甲醚喷射信号g使二甲醚喷射脉宽保持不变，并通过发出实际点火信号f使内燃机实际点火角从自(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°的第二个循环起较原机推迟2°点火，第三个循环起较原机推迟4°点火，第四个循环起较原机推迟6°点火，第五个循环起较原机推迟8°点火，第六个循环起较原机推迟10°点火，在推迟点火过程中，燃烧过程电控单元7通过发出二甲醚喷射信号g使二甲醚喷射脉宽不变或增加以保持(dp/dCA)max不低于0.5MPa/°，当点火角自(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°的第二个循环起较原机推迟10°后，燃烧过程电控单元(7)通过发出实际点火信号f使内燃机停止点火，使内燃机以压燃模式运行。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510309610.4A CN104989535B (zh) | 2015-06-08 | 2015-06-08 | 一种基于缸压的掺二甲醚内燃机点燃/压燃控制装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510309610.4A CN104989535B (zh) | 2015-06-08 | 2015-06-08 | 一种基于缸压的掺二甲醚内燃机点燃/压燃控制装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104989535A CN104989535A (zh) | 2015-10-21 |
| CN104989535B true CN104989535B (zh) | 2018-01-19 |
Family
ID=54301401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510309610.4A Active CN104989535B (zh) | 2015-06-08 | 2015-06-08 | 一种基于缸压的掺二甲醚内燃机点燃/压燃控制装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104989535B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106593646B (zh) * | 2017-01-22 | 2019-01-22 | 北京汽车研究总院有限公司 | 一种发动机判缸方法及系统 |
| CN110486151B (zh) * | 2019-08-19 | 2020-09-25 | 北京工业大学 | 一种二甲醚压燃式转子发动机及其控制方法 |
| CN111520258B (zh) * | 2020-04-30 | 2023-08-18 | 南方科技大学 | 一种压燃式甲醇发动机燃烧系统及控制方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102080598A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-06-01 | 北京工业大学 | 一种采用二甲醚和高辛烷值燃料内燃机的控制方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10191820B4 (de) * | 2000-05-08 | 2009-04-02 | Cummins, Inc., Columbus | Verbrennungsmotor betreibbar in einem PCCI-Modus mit früher Steuereinspritzung und Betriebsverfahren. |
| CN101649785B (zh) * | 2009-09-11 | 2012-08-15 | 北京工业大学 | 一种燃料现场混合点燃内燃机及控制方法 |
| CN101915180B (zh) * | 2010-06-11 | 2012-01-11 | 北京工业大学 | 一种具有余热回收和利用功能的内燃机及控制方法 |
| CN102562328A (zh) * | 2012-02-22 | 2012-07-11 | 北京工业大学 | 一种混合dme气体的柴油机系统及控制方法 |
| CN102748143B (zh) * | 2012-06-29 | 2015-02-25 | 北京工业大学 | 二甲醚/氢气内燃机动力系统的控制方法 |
-
2015
- 2015-06-08 CN CN201510309610.4A patent/CN104989535B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102080598A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-06-01 | 北京工业大学 | 一种采用二甲醚和高辛烷值燃料内燃机的控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104989535A (zh) | 2015-10-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101693895B1 (ko) | 복합 착화방식의 디젤-가솔린 혼합연소엔진과 그 제어방법 및 복합 착화방식의 디젤-가솔린 혼합연소시스템 | |
| CN101037969B (zh) | 用于改进燃烧控制的第一和第二火花塞 | |
| CN101037968B (zh) | 用于改进燃烧控制的第一和第二火花塞 | |
| CN100557219C (zh) | 一种燃料现场混合压燃内燃机及控制方法 | |
| KR101704064B1 (ko) | 복합 착화방식의 디젤-가솔린 혼합연소엔진과 그 제어방법 및 복합 착화방식의 디젤-가솔린 혼합연소시스템 | |
| Roh et al. | Impact of DME-biodiesel, diesel-biodiesel and diesel fuels on the combustion and emission reduction characteristics of a CI engine according to pilot and single injection strategies | |
| Kaneko et al. | Expansion of the operating range with in-cylinder water injection in a premixed charge compression ignition engine | |
| CN102251897A (zh) | 内燃机多燃料预混合燃烧系统 | |
| JP2006329158A (ja) | 火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置 | |
| CN104989535B (zh) | 一种基于缸压的掺二甲醚内燃机点燃/压燃控制装置及方法 | |
| Park et al. | Influence of EGR and pilot injection on PCCI combustion in a single-cylinder diesel engine | |
| Jazair et al. | Performance and emission characteristics of a diesel engine fueled by rapeseed oil bio-fuel | |
| EP3415747B1 (en) | Engine control device | |
| KR101807042B1 (ko) | 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치 및 방법 | |
| JP2013036462A5 (zh) | ||
| JP2008274905A (ja) | 多種燃料内燃機関の燃焼制御装置 | |
| CN105863864A (zh) | 一种低温燃烧发动机冷启动及小负荷燃烧控制系统及方法 | |
| KR20160060575A (ko) | 엔진을 작동시키기 위한 방법 및 그 제어 장치 | |
| CN111980817A (zh) | 一种发动机控制方法及装置 | |
| CN103603730A (zh) | 基于离子电流的火花点火式发动机早燃检测控制装置 | |
| CN104863760B (zh) | 一种掺氢实现内燃机全节气门运行的装置及方法 | |
| How et al. | Effect of injection timing on performance, emission and combustion characteristics of a common-rail diesel engine fuelled with coconut oil methyl ester | |
| CN102661205A (zh) | 汽车柴油、汽油双燃料发动机控制系统及其控制方法 | |
| Han et al. | An enabling study of neat n-butanol HCCI combustion on a high compression-ratio diesel engine | |
| CN203321684U (zh) | 一种乙醇-柴油双直喷发动机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |