CN105781755A - 一种基于缸压传感器拓展hcci燃烧负荷的方法 - Google Patents

一种基于缸压传感器拓展hcci燃烧负荷的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105781755A
CN105781755A CN201610133810.3A CN201610133810A CN105781755A CN 105781755 A CN105781755 A CN 105781755A CN 201610133810 A CN201610133810 A CN 201610133810A CN 105781755 A CN105781755 A CN 105781755A
Authority
CN
China
Prior art keywords
imep
load
strategy
cylinder pressure
cylinder
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.)
Granted
Application number
CN201610133810.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105781755B (zh
Inventor
程鹏
郭亮
苏岩
李国良
孙万臣
王雨蒙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201610133810.3A priority Critical patent/CN105781755B/zh
Publication of CN105781755A publication Critical patent/CN105781755A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105781755B publication Critical patent/CN105781755B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0253—Fully variable control of valve lift and timing using camless actuation systems such as hydraulic, pneumatic or electromagnetic actuators, e.g. solenoid valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0242—Variable control of the exhaust valves only
    • F02D13/0249—Variable control of the exhaust valves only changing the valve timing only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0261—Controlling the valve overlap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

一种基于缸压传感器拓展HCCI燃烧负荷的方法属内燃机技术领域，本发明包括下列步骤：凸轮轴位置传感器及光电编码器检测曲轴转角ECU计算曲轴转角所对应的气缸瞬时容积Vi，缸压传感器检测曲轴转角所对应的缸内压力Pi；ECU计算曲轴转角所对应的平均指示压力IMEP_i；ECU给定负荷上限爆震边界上限值IMEP_max和负荷下限失火边界的下限值IMEP_min；发动机以NVO策略工作时，增大发动机负荷，当测得IMEP_i高于IMEP_max时，ECU将NVO策略调整为LEVC策略；发动机以LEVC策略工作时，当测得的IMEP_i低于IMEP_min时，ECU将LEVC策略调回至NVO策略。本发明通过ECU反馈的缸内压力信号对气门配气相位进行调整，根据不同配气相位的负荷范围不同，在实现HCCI稳定燃烧的同时，能拓展HCCI燃烧负荷范围。

Description

一种基于缸压传感器拓展HCCI燃烧负荷的方法
技术领域
本发明属内燃机技术领域，具体涉及一种基于缸压传感器拓展HCCI燃烧负荷的方法。
背景技术
HCCI燃烧技术是新一代内燃机燃烧技术理念的代表。同传统的火花点火式汽油机相比，HCCI发动机的燃烧热效率具有显著的提升，能大幅降低油耗。同时，HCCI燃烧的NOx排放也有明显的降低，对环境保护也有着重要作用。因此HCCI燃烧已经成为内燃机领域研究的重点。
但是由于HCCI燃烧模式属于自燃着火，主要受燃料的化学动力学影响，是一种多点着火式燃烧。所有燃料几乎同时燃烧放热，这导致其燃烧速率比传统的燃烧模式要快得多。在大负荷的工况下，过大的压升率及放热率会加重发动机负荷，引发爆震燃烧，同时损坏发动机；而小负荷及怠速工况下燃烧温度较低，反应速率过慢，容易产生失火现象。目前，HCCI发动机所能运行的负荷范围十分狭隘，使得这项技术很难投入实际使用之中。
在已有的文献中，许多研究已被用来拓展HCCI燃烧的负荷范围，如进气增压、火花塞辅助、SI-HCCI模式转换等。但各种方法均有其不足之处：采用进气增压在提高最大负荷时也使得负荷下限提高，而且不能从根本上解决HCCI大负荷工况下粗暴燃烧的问题；引入火花塞使得HCCI发动机的构造成本增加；SI-HCCI模式转换需要非常繁杂的控制系统，同时不再具有低NOx排放优势。
Wolters等人在其论文(SAEpaper2003-01-0032，2003)中，研究了两种不同气门策略对HCCI燃烧负荷范围的影响，结果表明：负气门重叠(NVO)策略有利于HCCI燃烧向低负荷区域拓展，而排气门晚关策略(LEVC)可以拓展HCCI燃烧负荷上限。
发明内容
针对上述现有研究，本发明提供一种基于缸压传感器拓展HCCI燃烧负荷的方法，通过ECU处理缸压传感器信号，判定燃烧状态，从而调整气门策略。在拓展HCCI燃烧负荷上限的同时，不会影响负荷下限，能避免HCCI燃烧在大负荷工况下压升率过高而导致爆震、低负荷下燃烧反应变慢、温度过低导致失火等情况发生。
一种基于缸压传感器拓展HCCI燃烧负荷的方法，包括下列步骤：
1.1确定发动机种类为：气道喷射汽油机，配备有电控液压可变气门机构，且电控液压可变气门机构通过改变气门打开和关闭时刻可调整气门配气策略；
1.2由凸轮轴位置传感器及光电编码器检测曲轴转角并由ECU计算气缸瞬时容积Vi：
其中：R为曲柄半径，D为缸径，L为连杆长度，V1为燃烧室容积；
1.3由缸压传感器检测发动机缸内压力Pi；
1.4由ECU计算平均指示压力IMEP_i：
IMEP_i＝∑(Pi+Pi+1)(Vi+1-Vi)/2Vs
其中：Pi为缸内压力；Pi为曲轴转角下的缸内压力；Vi为曲轴转角下的气缸瞬时容积；Pi+1为曲轴转角下的缸内压力；Vi+1为曲轴转角下的气缸瞬时容积，VS为气缸工作容积；i取决于上止点前后180°曲轴转角内的测量精度，如果测量精度为1°曲轴转角，则i为1-360的360个整数；
1.5NVO策略下，ECU将平均指示压力IMEP_i与发动机标定的负荷上限爆震边界最大值IMEP_max进行对比；
1.6当平均指示压力IMEP_i≥IMEP_max时，进入下一步骤，否则返回步骤1.4；
1.7ECU将NVO策略调整为负荷上限更大的LEVC策略，提升HCCI燃烧负荷的上限；
1.8由缸压传感器检测发动机缸内压力Pi；
1.9由ECU计算平均指示压力IMEP_i；
1.10LEVC策略下，ECU将平均指示压力IMEP_i与发动机标定的负荷下限失火边界最小值IMEP_min进行对比；
1.11当平均指示压力IMEP_i＞IMEP_min时，保持LEVC配气策略不变；当平均指示压力IMEP_i≤IMEP_min时，ECU将LEVC策略调整为负荷下限更小的NVO策略，实现HCCI燃烧全负荷拓展，否则返回步骤1.8。
步骤1.4所述平均指示压力IMEP_i的求和范围为点火上止点前后180°曲轴转角。
步骤1.5和步骤1.10所述发动机标定具体为：NVO策略下，逐渐增大发动机负荷，直到缸内爆震状态，由缸内压力计算出IMEP_i的最大值，以此定义标定值IMEP_max；在LEVC策略下，逐渐减小发动机负荷，直到缸内失火状态，由缸内压力计算出IMEP_i的最小值，以此定义标定值IMEP_min。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.采用可变配气机构，调整气门配气策略，在LEVC策略拓展负荷上限的同时，不会对NVO策略负荷下限产生影响，能完成全负荷的拓展。
2.拓展HCCI燃烧负荷时，缸压传感器反馈控制HCCI燃烧，利用汽缸压力，燃烧瞬时容积同IMEP之间的关系，不需要改造发动机，引入复杂的燃烧模式转换系统以及助燃装置。
附图说明
图1为基于缸压传感器拓展HCCI燃烧负荷的方法流程图
图2为NVO策略和LEVC策略的气门相位示意图
其中：TDC为上止点相位；BDC下止点相位；EVO排气门开启相位；EVC排气门关闭相位；IVO进气门开启相位；IVC进气门关闭相位。
图3为基于缸压传感器拓展HCCI燃烧负荷的原理图
具体实施方式
本发明提供了一种基于缸压传感器拓展HCCI燃烧负荷的方法，下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。
本发明的方法包括下列步骤：
1.凸轮轴位置传感器及光电编码器检测曲轴转角ECU计算气缸瞬时容积Vi：
其中：R为曲柄半径；D为缸径；L为连杆长度；V1为燃烧室容积。
2.缸压传感器检测曲轴转角所对应的缸内压力Pi。
3.ECU计算IMEP_i：
IMEP_i＝∑(Pi+Pi+1)(Vi+1-Vi)/2Vs
其中：Pi和Vi分别为曲轴转角下的缸内压力和气缸瞬时容积；Pi+1和Vi+1分别为曲轴转角下的缸内压力和气缸瞬时容积；VS为气缸工作容积；i取决于上止点前后180°曲轴转角内的测量精度，如果测量精度为1°曲轴转角，则i为1～360的360个整数；
求和范围为燃烧上止点前后180°曲轴转角。
4.标定过程：NVO策略下，逐渐增大发动机负荷，直到缸内爆震状态，由缸内压力计算出IMEP_i的最大值，以此定义标定值IMEP_max；在LEVC策略下，逐渐减小发动机负荷，直到缸内失火状态，由缸内压力计算出IMEP_i的最小值，以此定义标定值IMEP_min。
5.NVO策略下，ECU将IMEP_i与发动机标定的负荷上限爆震边界最大值IMEP_max进行对比，当IMEP_i＜IMEP_max，则保持NVO配气策略不变；当IMEP_i≥IMEP_max，则ECU将NVO策略调整为负荷上限更大的LEVC策略，HCCI燃烧负荷上限得以提高。
6.LEVC策略下，ECU将IMEP_i与发动机标定的负荷下限失火边界最小值IMEP_min进行对比，当IMEP_i＞IMEP_min，则保持LEVC配气策略不变；当IMEP_i≤IMEP_min，则ECU将LEVC策略调整为负荷下限更小的NVO策略，从而实现了HCCI燃烧的全负荷拓展。
实施例
本实施例所使用的发动机由ZS1105单缸直喷式柴油发动机二次改造而成。该发动机取消了原机凸轮机构，改为电控液压可变气门机构，增加了进气道电控燃油喷射系统。发动机缸径为105mm，冲程为115mm，压缩比为11.5，实验燃料为93#汽油，采用进气道喷射方式。进行NVO策略和LEVC策略两种气门策略单独实验，测得NVO策略的负荷范围为0.17～0.42MPa，LEVC策略的负荷范围为0.28～0.56MPa。采用本发明的方法，设定IMEP_max为0.4MPa，发动机在NVO策略下运行时，当负荷等于或大于0.4MPa，ECU将NVO策略调整为LEVC策略，提高了负荷上限。设定IMEP_min为0.3MPa，发动机在LEVC策略下运行时，当负荷等于或小于0.3MPa，ECU将LEVC策略调回至NVO策略，发动机整体负荷范围变为0.17～0.56MPa，实现了全负荷的拓展。

Claims (3)

1.一种基于缸压传感器拓展HCCI燃烧负荷的方法，其特征在于包括下列步骤：
1.1确定发动机种类为：气道喷射汽油机，配备有电控液压可变气门机构，且电控液压可变气门机构通过改变气门打开和关闭时刻可调整气门配气策略；
1.2由凸轮轴位置传感器及光电编码器检测曲轴转角并由ECU计算气缸瞬时容积Vi：
其中：R为曲柄半径；D为缸径；L为连杆长度；V1为燃烧室容积；
1.3由缸压传感器检测发动机缸内压力Pi；
1.4由ECU计算平均指示压力IMEP_i：
IMEP_i＝∑(Pi+Pi+1)(Vi+1-Vi)/2Vs
其中：Pi为缸内压力；Pi为曲轴转角下的缸内压力；Vi为曲轴转角下的气缸瞬时容积；Pi+1为曲轴转角下的缸内压力；Vi+1为曲轴转角下的气缸瞬时容积，VS为气缸工作容积；i取决于上止点前后180°曲轴转角内的测量精度，如果测量精度为1°曲轴转角，则i为1～360的360个整数；
1.5NVO策略下，ECU将平均指示压力IMEP_i与发动机标定的负荷上限爆震边界最大值IMEP_max进行对比；
1.6当平均指示压力IMEP_i＜IMEP_max时，进入下一步骤，否则返回步骤1.4；
1.7ECU将NVO策略调整为负荷上限更大的LEVC策略，提升HCCI燃烧负荷的上限；
1.8由缸压传感器检测发动机缸内压力Pi；
1.9由ECU计算平均指示压力IMEP_i；
1.10LEVC策略下，ECU将平均指示压力IMEP_i与发动机标定的负荷下限失火边界最小值IMEP_min进行对比；
1.11当平均指示压力IMEP_i＞IMEP_min时，保持LEVC配气策略不变；当平均指示压力IMEP_i≤IMEP_min时，ECU将LEVC策略调整为负荷下限更小的NVO策略，实现HCCI燃烧全负荷拓展，否则返回步骤1.8。
2.按权利要求1所述的基于缸压传感器拓展HCCI燃烧负荷的方法，其特征在于步骤1.4所述平均指示压力IMEP_i的求和范围为点火上止点前后180°曲轴转角。
3.按权利要求1所述的基于缸压传感器拓展HCCI燃烧负荷的方法，其特征在于步骤1.5和步骤1.10所述发动机标定具体为：NVO策略下，逐渐增大发动机负荷，直到缸内爆震状态，由缸内压力计算出IMEP_i的最大值，以此定义标定值IMEP_max；在LEVC策略下，逐渐减小发动机负荷，直到缸内失火状态，由缸内压力计算出IMEP_i的最小值，以此定义标定值IMEP_min。
CN201610133810.3A 2016-03-10 2016-03-10 一种基于缸压传感器拓展hcci燃烧负荷的方法 Expired - Fee Related CN105781755B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610133810.3A CN105781755B (zh) 2016-03-10 2016-03-10 一种基于缸压传感器拓展hcci燃烧负荷的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610133810.3A CN105781755B (zh) 2016-03-10 2016-03-10 一种基于缸压传感器拓展hcci燃烧负荷的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105781755A true CN105781755A (zh) 2016-07-20
CN105781755B CN105781755B (zh) 2018-07-06

Family

ID=56388042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610133810.3A Expired - Fee Related CN105781755B (zh) 2016-03-10 2016-03-10 一种基于缸压传感器拓展hcci燃烧负荷的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105781755B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110107418A (zh) * 2019-04-23 2019-08-09 上海交通大学 双燃料均质压燃燃烧系统
CN110145405A (zh) * 2019-04-23 2019-08-20 上海交通大学 多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机
CN110145404A (zh) * 2019-04-23 2019-08-20 上海交通大学 多孔喷油嘴双喷射乙醇汽油稀燃发动机
CN110195661A (zh) * 2019-04-23 2019-09-03 上海交通大学 均质压燃控制方法及均质压燃发动机
CN112282943A (zh) * 2020-10-30 2021-01-29 吉林大学 一种基于有效热效率的质调节式发动机的压缩比控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05248277A (ja) * 1992-03-04 1993-09-24 Toyota Motor Corp 筒内噴射式火花点火機関
CN101338693A (zh) * 2008-08-15 2009-01-07 清华大学 一种拓展压燃式汽油机负荷范围的装置及方法
CN102305141A (zh) * 2011-09-05 2012-01-04 天津大学 Hcci汽油发动机负荷和燃烧模式连续平滑调节的方法
CN102817738A (zh) * 2012-08-31 2012-12-12 长城汽车股份有限公司 一种hcci发动机失火检测与控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05248277A (ja) * 1992-03-04 1993-09-24 Toyota Motor Corp 筒内噴射式火花点火機関
CN101338693A (zh) * 2008-08-15 2009-01-07 清华大学 一种拓展压燃式汽油机负荷范围的装置及方法
CN102305141A (zh) * 2011-09-05 2012-01-04 天津大学 Hcci汽油发动机负荷和燃烧模式连续平滑调节的方法
CN102817738A (zh) * 2012-08-31 2012-12-12 长城汽车股份有限公司 一种hcci发动机失火检测与控制方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110107418A (zh) * 2019-04-23 2019-08-09 上海交通大学 双燃料均质压燃燃烧系统
CN110145405A (zh) * 2019-04-23 2019-08-20 上海交通大学 多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机
CN110145404A (zh) * 2019-04-23 2019-08-20 上海交通大学 多孔喷油嘴双喷射乙醇汽油稀燃发动机
CN110195661A (zh) * 2019-04-23 2019-09-03 上海交通大学 均质压燃控制方法及均质压燃发动机
CN112282943A (zh) * 2020-10-30 2021-01-29 吉林大学 一种基于有效热效率的质调节式发动机的压缩比控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105781755B (zh) 2018-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3418542B1 (en) Control device for compression self-ignition engine
US10697391B2 (en) Control system of compression-ignition engine
US7194996B2 (en) Internal combustion engine and method for auto-ignition operation of said engine
US10487720B2 (en) Control system of compression-ignition engine
US6636797B2 (en) Enhanced multiple injection for auto-ignition in internal combustion engines
Johansson et al. HCCI operating range in a turbo-charged multi cylinder engine with VVT and spray-guided DI
US8347857B2 (en) Method and device for improving charged engines
EP2072786B1 (en) Cascade control of HCCI phasing
CN105781755A (zh) 一种基于缸压传感器拓展hcci燃烧负荷的方法
WO2018096589A1 (ja) 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
JP6555539B2 (ja) 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
US20010052335A1 (en) Auto-ignition combustion management in internal combustion engine
WO2018096652A1 (ja) 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
WO2018096590A1 (ja) 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
WO2018096587A1 (ja) 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
WO2018096947A1 (ja) 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
US10794323B2 (en) Control system for compression-ignition engine
WO2018096653A1 (ja) 圧縮自己着火式エンジンの燃焼制御装置
US11236684B1 (en) Two-stroke engine with supercharger
JP6555538B2 (ja) 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
JP6555540B2 (ja) 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
JP6555537B2 (ja) 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
Johansson et al. HCCI heat release data for combustion simulation, based on results from a turbocharged multi cylinder engine
JP7238459B2 (ja) エンジン制御装置
JP2018096220A (ja) 内燃機関の制御装置

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
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180706

Termination date: 20190310