CN106704012A - 甲醇‑柴油双燃料发动机控制系统和方法 - Google Patents

甲醇‑柴油双燃料发动机控制系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106704012A
CN106704012A CN201710015903.0A CN201710015903A CN106704012A CN 106704012 A CN106704012 A CN 106704012A CN 201710015903 A CN201710015903 A CN 201710015903A CN 106704012 A CN106704012 A CN 106704012A
Authority
CN
China
Prior art keywords
methyl alcohol
cylinder
fuel
dual
diesel
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
CN201710015903.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106704012B (zh
Inventor
张春化
孟蓉歌
李阳阳
梁继超
张超
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.)
Changan University
Original Assignee
Changan 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 Changan University filed Critical Changan University
Priority to CN201710015903.0A priority Critical patent/CN106704012B/zh
Publication of CN106704012A publication Critical patent/CN106704012A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106704012B publication Critical patent/CN106704012B/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
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0649—Liquid fuels having different boiling temperatures, volatilities, densities, viscosities, cetane or octane numbers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • 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
    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually
    • 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
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D41/1405—Neural network control
    • 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
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • 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
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3076—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special conditions for selecting a mode of combustion, e.g. for starting, for diagnosing
    • 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
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

本发明公开了一种甲醇‑柴油双燃料发动机控制系统和方法。由一个ECU同时完成甲醇和柴油喷射的精确控制。采用Elman神经网络在线预测曲轴信号脉宽，根据预测脉宽与输出转矩确定双燃料模式下甲醇喷射停缸控制的停缸个数与对应的缸号，能够实现双燃料运行模式时甲醇喷射的随机停缸。双燃料模式时根据发动机实时工作状态，动态计算掺烧比，选择喷醇策略，实现甲醇和柴油多点喷射，保证双燃料发动机平稳高效运行。

Description

甲醇-柴油双燃料发动机控制系统和方法
技术领域
本发明属于汽车发动机领域，具体涉及甲醇-柴油双燃料发动机控制。
背景技术
柴油机以其优良的动力性、经济性与可靠性而取得广泛应用，但NOx与碳烟排放此消彼长制约着柴油机的发展。甲醇是一种含氧燃料，辛烷值高，能够改善燃烧、减少污染物排放，并且调配成本低，通用性好，被认为是很有前景的清洁代用燃料。甲醇-柴油双燃料是在柴油机基础上改装而成，通常，一是需要加装一套甲醇供给系统，包括甲醇箱、油泵、管路和甲醇喷射器；二是需要加装一套电子控制系统，用于控制甲醇和柴油的喷射。甲醇-柴油双燃料改装成本低、容易实现。甲醇-柴油双燃料发动机在保持柴油机较高热效率的同时能够大幅降低碳烟排放。在没有甲醇时，还能切换回纯柴油模式运行。双燃料模式较纯柴油模式运营成本降低，有利于发挥现有甲醇产能，因此发展双燃料发动机具有良好的经济效益和社会效益。
燃油价格上升使人们对汽车的燃油经济性提出了更高要求，停缸技术能够显著降低燃油消耗，在节能方面具有一定的市场竞争力与发展潜力。目前越来越多的汽油机上实现了停缸技术，而柴油机中大部分是通过手动调控机械装置来实现停缸，这种方式控制机构复杂、准确度低，气缸间工作均匀性与可靠性下降，同时易造成发动机抖动甚至熄火。此外，通过额外增加一个停缸控制器来实现停缸，增加了系统的复杂性同时影响发动机运行的安全性与稳定性。
目前，甲醇-柴油双燃料系统多采用甲醇单点喷射控制。单点喷射甲醇，通常是将甲醇喷入混合器中。由于受进气歧管结构与湿壁效应的影响，混合气均匀性及燃油分配均匀性受到限制，存在扫气HC排放高，动态响应差等问题，从而影响发动机的经济性与排放性。
甲醇-柴油双燃料控制，广泛采用增加一个控制器，喷醇控制器的信号来自原机ECU。此跟随式双燃烧控制器存在数据传输延时及截断误差，同时原机ECU控制程序代码大多未开源，具体实现方法未知，更无从修改；喷醇控制器与原机ECU对执行器的控制协调性差，结果致使双燃料模式控制方法受限，精度降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甲醇-柴油双燃料发动机控制系统和方法。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种甲醇-柴油双燃料发动机控制系统，该系统包括曲轴传感器、凸轮轴传感器、油门位置传感器、进气压力传感器、排气温度传感器、冷却液温度传感器、控制器、柴油喷油器以及甲醇喷射器，所述控制器包括单片机控制单元以及与单片机控制单元相连的信号采集处理电路、柴油喷油器驱动电路和甲醇喷射器控制电路，曲轴传感器、凸轮轴传感器、油门位置传感器、进气压力传感器、排气温度传感器以及冷却液温度传感器分别与信号采集处理电路相连，柴油喷油器与柴油喷油器驱动电路相连，甲醇喷射器与甲醇喷射器控制电路相连。
所述发动机的至少两个气缸均设置有甲醇喷射器。
所述控制器还包括与单片机控制单元相连的电源管理模块、通信模块、发动机加速度监测模块和故障自诊断模块；所述控制器的功能由一个ECU实现。
所述单片机控制单元包括用于进行发动机工况判断的模块、用于在对应工况下进行发动机双燃料模式运行和纯柴油模式运行切换控制的模块、用于双燃料模式运行下计算甲醇掺烧比的模块以及用于在双燃料模式运行时进行部分气缸停止甲醇喷射的停缸控制模块；所述停缸控制模块包括输出转矩富裕量计算模块、停缸数计算模块以及停缸优先级计算模块，输出转矩富裕量计算模块计算当前工作循环输出转矩在扣除满足负荷需求部分后的剩余部分，停缸数计算模块根据单个气缸停止甲醇喷射导致的输出转矩减少的部分以及所述剩余部分计算下一个工作循环可以停止甲醇喷射的气缸数目，停缸优先级计算模块则根据当前工作循环各个气缸对应的曲轴信号脉宽对对应气缸在下一个工作循环的停止甲醇喷射优先级进行排序，脉宽越小则优先级越高。
所述当前工作循环各个气缸对应的曲轴信号脉宽中，前P-1个顺序工作的气缸的对应曲轴信号脉宽为根据实测信号提取得到，而第P个气缸的对应曲轴信号脉宽根据前P-1个顺序工作的气缸的对应曲轴信号脉宽，利用Elman神经网络预测得到，P表示发动机工作气缸数目。
当输出转矩富裕量计算模块的计算结果为当前工作循环输出转矩无法满足负荷需求时，则ECU根据用于双燃料模式运行下计算甲醇掺烧比的模块确定的甲醇掺烧比，在下一个工作循环使所有气缸均工作在双燃料模式。
一种甲醇-柴油双燃料发动机控制方法，包括以下步骤：ECU实时采集曲轴传感器、凸轮轴传感器、油门位置传感器、进气压力传感器、排气温度传感器以及冷却液温度传感器信号；ECU根据转速判断发动机运行工况；在起动和怠速工况下，ECU控制发动机采用纯柴油模式运行，在其他运行工况下，ECU根据转速、冷却液温度与油门开度控制发动机在双燃料模式运行和纯柴油模式运行间进行切换；采用双燃料模式运行时ECU以保证在工作循环内各气缸工作的均匀性以及满足负荷需求为原则，对部分气缸停止甲醇喷射。
所述其他运行工况包括正常工况、限速工况以及超速工况。
所述对部分气缸停止甲醇喷射具体包括以下步骤：根据当前转速与油门开度，计算当前工作循环输出转矩在扣除满足负荷需求部分后的剩余部分；根据单个气缸停止甲醇喷射导致的输出转矩减少的部分以及所述剩余部分计算下一个工作循环可以停止甲醇喷射的气缸数目；根据当前工作循环各个气缸对应的曲轴信号脉宽对对应气缸在下一个工作循环的停止甲醇喷射优先级进行排序，脉宽越小则优先级越高；根据所述优先级的排序以及停止甲醇喷射的气缸数目，确定停止喷射甲醇的气缸编号。
当前工作循环输出转矩在满足负荷需求下仍存在富裕量时，则ECU控制发动机以停止向一个气缸喷射甲醇运行1～3个工作循环，然后计算得到单个气缸停止喷射甲醇导致的输出转矩减少的部分；当前工作循环输出转矩无法满足负荷需求时，则ECU根据油门开度与当前转速，查询甲醇喷射MAP，确定甲醇喷射量，使发动机所有气缸均喷入甲醇。
本发明的有益效果体现在：
本发明提供了一套甲醇多点喷射双燃料电控系统，其控制器采用一个ECU即可实现。ECU能够根据发动机工况与传感器信号实现对甲醇-柴油双燃料喷射方式进行精确控制，以提高双燃料发动机的经济性与排放性。同时，本发明提出双燃料模式下部分气缸停止喷入甲醇的停缸控制策略，发动机进入双燃料运行模式时，由ECU根据当前转速、负荷实现多因素甲醇停缸闭环控制。
进一步的，本发明提出采用结合Elman神经网络进行双燃料运行模式下的甲醇停缸控制。通过Elman神经网络预测曲轴信号脉宽，停缸模式时根据预测脉宽与实时转速、负荷确定待停缸的气缸数目与气缸号。
附图说明
图1为控制系统总体结构示意图；
图2为控制方法流程图；
图3为Elman神经网络结构示意图；
图4为Elman神经网络测试结果，其中，(a)测试数据的测试结果，(b)测试数据测试结果的残差。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明，所述实施例是对本发明的解释而非限定。
本发明提供了一种甲醇-柴油双燃料发动机控制系统。
(一)控制系统的结构
本控制系统包括传感器、控制器、执行器、通讯装置与标定软件五大部分，如图1所示：
1)传感器包括曲轴传感器、凸轮轴传感器、油门位置传感器、进气压力传感器、排气温度传感器、冷却液温度传感器。
2)控制器由最小系统(包括CPU)以及与最小系统连接的外围电路组成，用于实现燃料喷射量、喷射正时及柴油共轨压力的控制。外围电路可以实现模拟输入、频率输入、通讯接口、高压驱动、脉宽驱动、开关驱动、电源管理和发动机加速度监测等功能。最小系统为控制器运行的基本单元，模拟输入用于采集模拟量信号(油门位置传感器、进气压力传感器、排气温度传感器与冷却液温度传感器)，频率输入用于获取脉冲信号的频率，对应曲轴传感器与凸轮轴传感器。通讯接口提供控制器与其他控制单元的信息交互。高压驱动用于驱动柴油喷油器，脉宽驱动控制高压共轨比例电磁阀，实现柴油轨压调节。开关驱动用于控制甲醇喷射器。加速度监测用于监测发动机运行状态，保证高压电气系统异常情况下的安全。
所述控制器的功能由一个电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU)实现，该ECU由电源模块、单片机、模拟及数字信号采集与处理电路、轨压控制电路、柴油喷油器驱动电路、甲醇喷射器控制电路、通信模块和故障自诊断模块组成。
3)执行器主要包括柴油喷油器、甲醇喷射器以及轨压调节阀。本系统采用甲醇多点喷射，每个气缸装一个甲醇喷射器，即每个气缸均可按双燃料模式运行。
4)通讯装置包括连接控制系统各个硬件以及连接控制系统与外部其他硬件的线缆，例如CAN、SCI总线。
5)标定软件用于对ECU中选定的参数进行监测与修改，将修改结果写入ECU，对柴油机控制效果进行实时修正，并将最终的修改参数写入ECU的ROM中。
(二)控制系统的工作原理
发动机转速、凸轮轴转角、油门开度、冷却液温度、排气温度和进气歧管压力等监测量的信号，经各自的传感器送入ECU相应的信号采集处理电路中。
ECU通过CAN总线读取处理后的各监测量的值，根据当前转速判断并选择进入相应的工况运行，不同工况下根据相应的控制策略控制对应执行器动作，控制流程如图2所示：
发动机由起动机带动开始转动，转速达到起动转速后转入起动工况。转速达到供油转速后ECU开始控制燃油系统向气缸供油。起动成功后转入怠速工况。发动机起动及怠速工况时均采用纯柴油模式运行。
正常工况时控制系统根据油门踏板确定燃料供给量，以达到动力与负载平衡。实时检测发动机转速，当转速处于限速范围之内时认为发动机处于限速工况，此时的燃料供给量随发动机转速上升而较大幅度的下降，以遏制转速继续上升。当发动机转速大于限速范围最大值时，认为发动机进入超速工况，此时控制系统完全切断燃料供给，以起到安全保护的作用。正常工况时，根据转速进行工况切换，转速过高进入限速工况，转速降低转入怠速工况，转速过低，则直接转为停止工况；限速工况运行时如果转速高于限速范围上限则转为超速工况，低于限速范围下限则转入正常工况运行；超速工况时若转速低于限速范围上限则转为限速工况运行。
正常、限速与超速工况时ECU根据实时采集的发动机转速、冷却液温度及油门开度进行判断，当三项均符合条件时(例如当发动机转速大于1200r/min，冷却液温度大于60℃，油门开度大于60％时)，发动机进入双燃料模式运行，否则以纯柴油模式继续运行。双燃料模式时，控制柴油喷射量调节甲醇喷射量(例如，根据喷醇MAP)。ECU根据发动机当前转速与负荷判断是否进入停缸工作模式(当输出功率无法满足负荷需求时，结束停缸工作模式)，ECU将工作气缸的气缸号按照各气缸在工作循环内的点火次序进行顺序组合，假如包括6个工作气缸，则依次采集前5个气缸工作对应的5个瞬时转速与5个曲轴信号脉宽值，以5个脉宽为一单元，输入至已训练好的Elman神经网络中，预测并输出该工作循环最后一个工作的气缸所对应的曲轴信号脉宽。比较6个脉宽值，脉宽值最小的对应瞬时转速最高，即为下一个工作循环所需停缸的气缸(对于停1个气缸而言)。为保证发动机运行平稳性，首次停缸运行2个周期(一个周期就是一个工作循环)，停缸数为1。发动机运行2个周期后ECU计算停缸前输出转矩与1个气缸停缸后输出转矩的差值，记为单位输出转矩差值，再根据当前油门开度确定下一周期停缸个数(具体确定方法为：根据油门开度确定负荷，计算当前输出转矩与所需输出转矩的差值和单位输出转矩差值的倍数关系，即可确定需要停缸的个数)，个数确定后根据6个气缸在当前周期的脉宽，从小到大依次找出满足个数需求的气缸进行停缸控制。此过程中Elman网络训练数据已由实测脉宽进行更新。当发动机不满足停缸条件时，ECU根据油门开度与当前转速，查询喷醇MAP确定甲醇喷射量，或者根据其他确定掺烧比的策略(如[李阳阳,张春化,陈昊等.一种车用电控甲醇-柴油双燃料发动机燃料供给控制方法发明专利,长安大学,201510882873.4])，使发动机所有气缸均工作在双燃料模式。
本发明采用双燃料模式时部分气缸停止喷射甲醇的停缸控制策略。尽量保证各缸间工作均匀性为基本原则，本循环所停的气缸在下一工作循环瞬时转速较小，因此在整个发动机工作周期内保证了各气缸工作的均匀性。在发动机工作状态切换过程中通过条件限制与一定的神经网络训练延时，避免了误动作与甲醇停缸控制的频繁切换。
(三)Elman神经网络曲轴信号脉宽预测
1)加载数据构造样本集
分别取发动机在起动、怠速、正常、限速与超速5种工况下的曲轴信号脉宽，缺齿处经程序处理为普通齿，每种工况下各取脉宽值360个，其中抽取x1～x6组成一个样本，x1～x5为自变量，x6为目标函数，抽取x2～x7为第二个样本，x2～x6为自变量，x7为目标函数，依次类推，形成如下训练矩阵：
这样将长度为1800的曲轴信号脉宽数据转化为一个6×300的矩阵，每一列为一个样本，前5个为自变量的值，最后一个为预测值。最后将300个样本中前250个作为训练样本，后50个作为测试样本。
2)创建Elman网络
Elman反馈型网络由于增加了层间或层内的反馈连接使网络具有了记忆功能，从而Elman神经网络系统具有适应时变特性的能力。Elman神经结构如图3所示。f(·)、g(·)分别为隐含层(即隐层)与输出层传递函数，W，H，V分别为输入层至隐层，隐层至反馈层，隐层至输出层的连接权矩阵，u1(t)、u2(t)…un(t)分别表示t时刻前n个气缸做功时所对应的曲轴脉宽输入信号(本例中n＝5)，yc(t)为t时刻反馈层网络第c个节点的输入信号，r(t+1)为t+1时刻隐层节点输出，θ为t+1时刻与t时刻隐层输入的差值，σ为t+1时刻与t时刻网络输出的差值。则网络描述如下：
隐层输入：x0(t+1)＝Hyc(t)+Wu(t)+θ
反馈层输入：yc(t)＝r(t-1)＝f(x0(t-1))
网络输出：y(t)＝g(Vr(t+1)+σ)
Elman神经网络学习指标函数采用误差平方和函数，即
其中，y(t)为网络实际输出，为期望输出。
3)网络训练输出
网络测试结果如图4所示，所有运行工况下脉宽预测相对误差均小于0.67％，能够在整个发动机运行工况范围内准确预测曲轴信号脉宽。
(四)本发明与现有技术相比具有的特点
本系统可由一个电子控制单元(ECU)完成纯柴油模式与甲醇-柴油双燃料模式的喷射控制。ECU实时采集各传感器信号，判断发动机运行工况，起动与怠速工况采用纯柴油模式运行，其余工况根据转速、冷却液温度与油门开度判断是否采用双燃料模式运行。双燃料模式运行时，根据当前转速与油门开度(负荷)判断是否进入停缸控制模式。
本系统采用甲醇多点喷射，每个气缸装一个甲醇喷射器，从根本上提高了甲醇喷射的均匀性，同时由同一个ECU完成柴油与甲醇的喷射控制，实时性好，控制策略灵活可调，控制精度高，能够实现在减小颗粒物排放的同时降低HC排放。
小负荷工况下，要求的输出功率小，需要的燃料总能量小。在小负荷工况下，若对所有的气缸都供给甲醇，则甲醇-空气预混混合气浓度过稀，容易发生缸内局部失火现象，导致热效率降低、燃料消耗增加，HC排放和CO排放增加。为了避免双燃料在小负荷工况下的性能变差，可以采用停止双燃料模式运行恢复到以纯柴油模式运行，这种方法，甲醇对柴油的替代率变为零，且在中等负荷以双燃料模式运行时，工况过渡时的负荷率变大，容易引起冲击。本发明提出，在小负荷工况下，甲醇部分停缸的方法，可以确保未停止甲醇供给的气缸的甲醇-空气预混混合气浓度在可靠着火范围内；停止甲醇供给的部分气缸，以纯柴油模式运行(但整体发动机仍为双燃料模式)。因而，扩展双燃料运行范围，提高甲醇对柴油的替代率。
现有的停缸控制方法大多数都需要增加一个控制器与配套的硬件电路来实现停缸，系统复杂度增加，控制精度降低，实时性变差。而根据用户意愿来手动切换发动机气缸工作状态的方式仅可用于实验阶段，实际使用中不可取更无法推广。本发明中停缸与燃料喷射控制直接由同一个ECU自动完成，无需增加新的逻辑控制单元与处理器。停缸个数与顺序由ECU根据监测数据通过控制算法确定。
目前停缸控制方法中停缸的气缸数目与缸号大多随机确定或由简单的数学排序组成。随机停缸控制方法存在各气缸间工作均匀性相差较大，发动机受热应力较大，且易出现气缸间磨损不均的问题。顺序间歇停缸下，所有气缸按一定顺序轮换停缸，控制灵活度低且没有预见性。另外通过事先标定的方法来确定停缸个数与顺序的方法工作量较大，且所停气缸号仍然无法确定。本发明根据预测曲轴时段能够明确的体现出各气缸扭矩输出的波动情况，从而有针对性的决定停缸数目与缸号。同时通过Elman神经网络对曲轴时段预测，可对发动机各运行工况下的燃料喷射量进行修正，也可用于发动机故障诊断，提高发动机运行的安全性与平稳性。

Claims (10)

1.一种甲醇-柴油双燃料发动机控制系统，其特征在于：该系统包括曲轴传感器、凸轮轴传感器、油门位置传感器、冷却液温度传感器、控制器、柴油喷油器以及甲醇喷射器，所述控制器包括单片机控制单元以及与单片机控制单元相连的信号采集处理电路、柴油喷油器驱动电路和甲醇喷射器控制电路，曲轴传感器、凸轮轴传感器、油门位置传感器以及冷却液温度传感器分别与信号采集处理电路相连，柴油喷油器与柴油喷油器驱动电路相连，甲醇喷射器与甲醇喷射器控制电路相连。
2.根据权利要求1所述一种甲醇-柴油双燃料发动机控制系统，其特征在于：所述发动机的至少两个气缸均设置有甲醇喷射器。
3.根据权利要求1所述一种甲醇-柴油双燃料发动机控制系统，其特征在于：所述控制器还包括与单片机控制单元相连的电源管理模块、通信模块、发动机加速度监测模块和故障自诊断模块；所述控制器的功能由一个ECU实现。
4.根据权利要求1所述一种甲醇-柴油双燃料发动机控制系统，其特征在于：所述单片机控制单元包括用于进行发动机工况判断的模块、用于在对应工况下进行发动机双燃料模式运行和纯柴油模式运行切换控制的模块、用于双燃料模式运行下计算甲醇掺烧比的模块以及用于在双燃料模式运行时进行部分气缸停止甲醇喷射的停缸控制模块；所述停缸控制模块包括输出转矩富裕量计算模块、停缸数计算模块以及停缸优先级计算模块，输出转矩富裕量计算模块计算当前工作循环输出转矩在扣除满足负荷需求部分后的剩余部分，停缸数计算模块根据单个气缸停止甲醇喷射导致的输出转矩减少的部分以及所述剩余部分计算下一个工作循环可以停止甲醇喷射的气缸数目，停缸优先级计算模块则根据当前工作循环各个气缸对应的曲轴信号脉宽对对应气缸在下一个工作循环的停止甲醇喷射优先级进行排序，脉宽越小则优先级越高。
5.根据权利要求4所述一种甲醇-柴油双燃料发动机控制系统，其特征在于：所述当前工作循环各个气缸对应的曲轴信号脉宽中，前P-1个顺序工作的气缸的对应曲轴信号脉宽为根据实测信号提取得到，而第P个气缸的对应曲轴信号脉宽根据前P-1个顺序工作的气缸的对应曲轴信号脉宽，利用Elman神经网络预测得到，P表示发动机工作气缸数目。
6.根据权利要求4所述一种甲醇-柴油双燃料发动机控制系统，其特征在于：当输出转矩富裕量计算模块的计算结果为当前工作循环输出转矩无法满足负荷需求时，则ECU根据用于双燃料模式运行下计算甲醇掺烧比的模块确定的甲醇掺烧比，在下一个工作循环使所有气缸均工作在双燃料模式。
7.一种甲醇-柴油双燃料发动机控制方法，其特征在于：包括以下步骤：ECU实时采集曲轴传感器、凸轮轴传感器、油门位置传感器以及冷却液温度传感器信号；ECU根据转速判断发动机运行工况；在起动和怠速工况下，ECU控制发动机采用纯柴油模式运行，在其他运行工况下，ECU根据转速、冷却液温度与油门开度控制发动机在双燃料模式运行和纯柴油模式运行间进行切换；采用双燃料模式运行时ECU以保证在工作循环内各气缸工作的均匀性以及满足负荷需求为原则，对部分气缸停止甲醇喷射。
8.根据权利要求7所述一种甲醇-柴油双燃料发动机控制方法，其特征在于：所述其他运行工况包括正常工况、限速工况以及超速工况。
9.根据权利要求7所述一种甲醇-柴油双燃料发动机控制方法，其特征在于：所述对部分气缸停止甲醇喷射具体包括以下步骤：根据当前转速与油门开度，计算当前工作循环输出转矩在扣除满足负荷需求部分后的剩余部分；根据单个气缸停止甲醇喷射导致的输出转矩减少的部分以及所述剩余部分计算下一个工作循环可以停止甲醇喷射的气缸数目；根据当前工作循环各个气缸对应的曲轴信号脉宽对对应气缸在下一个工作循环的停止甲醇喷射优先级进行排序，脉宽越小则优先级越高；根据所述优先级的排序以及停止甲醇喷射的气缸数目，确定停止甲醇喷射气缸编号。
10.根据权利要求9所述一种甲醇-柴油双燃料发动机控制方法，其特征在于：当前工作循环输出转矩在满足负荷需求下仍存在富裕量时，则ECU控制发动机以停止向一个气缸喷射甲醇运行1～3个工作循环，然后计算得到单个气缸停止甲醇喷射导致的输出转矩减少的部分；当前工作循环输出转矩无法满足负荷需求时，则ECU根据油门开度及转速，查询甲醇喷射MAP确定甲醇喷射量，使发动机所有气缸均喷入甲醇。
CN201710015903.0A 2017-01-10 2017-01-10 甲醇-柴油双燃料发动机控制系统和方法 Expired - Fee Related CN106704012B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710015903.0A CN106704012B (zh) 2017-01-10 2017-01-10 甲醇-柴油双燃料发动机控制系统和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710015903.0A CN106704012B (zh) 2017-01-10 2017-01-10 甲醇-柴油双燃料发动机控制系统和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106704012A true CN106704012A (zh) 2017-05-24
CN106704012B CN106704012B (zh) 2019-07-09

Family

ID=58907237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710015903.0A Expired - Fee Related CN106704012B (zh) 2017-01-10 2017-01-10 甲醇-柴油双燃料发动机控制系统和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106704012B (zh)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107975432A (zh) * 2017-10-20 2018-05-01 长安大学 一种双燃料发动机及其控制方法
CN108869063A (zh) * 2018-05-28 2018-11-23 潍柴动力股份有限公司 一种双燃料发动机的控制方法和装置
CN109026409A (zh) * 2018-07-13 2018-12-18 合肥邦立电子股份有限公司 一种新型的甲醇柴油发动机喷射量控制系统
CN110259575A (zh) * 2019-06-25 2019-09-20 北京理工大学 甲醇柴油发动机及其标定方法
CN110454289A (zh) * 2019-08-09 2019-11-15 天津大学 一种内燃机车发动机柴油甲醇双燃料系统及方法
CN110700954A (zh) * 2019-10-31 2020-01-17 中车戚墅堰机车有限公司 液体双燃料中速柴油机系统及其调速控制方法
CN111677592A (zh) * 2020-05-21 2020-09-18 江苏大学 一种单缸柴油机掺烧气态甲醇燃料的控制系统及方法
CN113374575A (zh) * 2021-07-01 2021-09-10 太原理工大学 一种双燃料智能燃烧系统及其控制方法
CN114563535A (zh) * 2022-03-03 2022-05-31 潍柴动力股份有限公司 一种v型燃气发动机氧传感器大气自标定方法
CN114718742A (zh) * 2022-03-23 2022-07-08 潍柴动力股份有限公司 双燃料发动机的控制方法、装置、设备及计算机存储介质
CN114718776A (zh) * 2022-03-23 2022-07-08 潍柴动力股份有限公司 一种双燃料发动机控制方法、装置、电子设备和存储介质
CN114839860A (zh) * 2022-04-11 2022-08-02 哈尔滨工程大学 一种基于高压天然气喷射器入口压力变动监测的模糊pid燃油喷气量闭环控制方法
CN114995355A (zh) * 2022-06-26 2022-09-02 江苏悦达智能农业装备有限公司 一种基于多智能体的拖拉机电气系统故障诊断方法
CN115095435A (zh) * 2022-07-08 2022-09-23 广西玉柴船电动力有限公司 一种控显一体式双燃料控制系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103161585A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 现代自动车株式会社 点火可变的汽柴油双燃料动力发动机、系统及其控制方法
CN104213973A (zh) * 2013-05-30 2014-12-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 采用汽缸停缸的涡轮增压发动机
CN104234832A (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 北京工业大学 氢气-汽油混合燃料转子发动机及控制方法
US20150128901A1 (en) * 2011-09-16 2015-05-14 Ethanol Boosting Systems, Llc Open-Valve Port Fuel Injection Of Alcohol In Multiple Injector Engines
JP2016109030A (ja) * 2014-12-05 2016-06-20 トヨタ自動車株式会社 バイフューエルエンジンの空燃比制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150128901A1 (en) * 2011-09-16 2015-05-14 Ethanol Boosting Systems, Llc Open-Valve Port Fuel Injection Of Alcohol In Multiple Injector Engines
CN103161585A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 现代自动车株式会社 点火可变的汽柴油双燃料动力发动机、系统及其控制方法
CN104213973A (zh) * 2013-05-30 2014-12-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 采用汽缸停缸的涡轮增压发动机
CN104234832A (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 北京工业大学 氢气-汽油混合燃料转子发动机及控制方法
JP2016109030A (ja) * 2014-12-05 2016-06-20 トヨタ自動車株式会社 バイフューエルエンジンの空燃比制御装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张登攀: "柴油机进气预混甲醇的台架试验和醇气混合过程数值模拟", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107975432A (zh) * 2017-10-20 2018-05-01 长安大学 一种双燃料发动机及其控制方法
CN107975432B (zh) * 2017-10-20 2019-12-17 长安大学 一种双燃料发动机及其控制方法
CN108869063A (zh) * 2018-05-28 2018-11-23 潍柴动力股份有限公司 一种双燃料发动机的控制方法和装置
CN109026409A (zh) * 2018-07-13 2018-12-18 合肥邦立电子股份有限公司 一种新型的甲醇柴油发动机喷射量控制系统
CN109026409B (zh) * 2018-07-13 2020-08-21 合肥邦立电子股份有限公司 一种甲醇柴油发动机喷射量控制系统
CN110259575A (zh) * 2019-06-25 2019-09-20 北京理工大学 甲醇柴油发动机及其标定方法
CN110454289A (zh) * 2019-08-09 2019-11-15 天津大学 一种内燃机车发动机柴油甲醇双燃料系统及方法
CN110700954A (zh) * 2019-10-31 2020-01-17 中车戚墅堰机车有限公司 液体双燃料中速柴油机系统及其调速控制方法
CN111677592B (zh) * 2020-05-21 2022-09-13 江苏大学 一种单缸柴油机掺烧气态甲醇燃料的控制系统及方法
CN111677592A (zh) * 2020-05-21 2020-09-18 江苏大学 一种单缸柴油机掺烧气态甲醇燃料的控制系统及方法
CN113374575A (zh) * 2021-07-01 2021-09-10 太原理工大学 一种双燃料智能燃烧系统及其控制方法
CN113374575B (zh) * 2021-07-01 2024-02-02 太原理工大学 一种双燃料智能燃烧系统及其控制方法
CN114563535A (zh) * 2022-03-03 2022-05-31 潍柴动力股份有限公司 一种v型燃气发动机氧传感器大气自标定方法
CN114563535B (zh) * 2022-03-03 2023-12-15 潍柴动力股份有限公司 一种v型燃气发动机氧传感器大气自标定方法
CN114718742A (zh) * 2022-03-23 2022-07-08 潍柴动力股份有限公司 双燃料发动机的控制方法、装置、设备及计算机存储介质
CN114718776A (zh) * 2022-03-23 2022-07-08 潍柴动力股份有限公司 一种双燃料发动机控制方法、装置、电子设备和存储介质
CN114839860A (zh) * 2022-04-11 2022-08-02 哈尔滨工程大学 一种基于高压天然气喷射器入口压力变动监测的模糊pid燃油喷气量闭环控制方法
CN114839860B (zh) * 2022-04-11 2023-02-17 哈尔滨工程大学 一种基于高压天然气喷射器入口压力变动监测的模糊pid喷气量闭环控制方法
CN114995355A (zh) * 2022-06-26 2022-09-02 江苏悦达智能农业装备有限公司 一种基于多智能体的拖拉机电气系统故障诊断方法
CN115095435A (zh) * 2022-07-08 2022-09-23 广西玉柴船电动力有限公司 一种控显一体式双燃料控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN106704012B (zh) 2019-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106704012B (zh) 甲醇-柴油双燃料发动机控制系统和方法
CN107882645B (zh) 用于控制专用egr发动机的技术
CN104343571B (zh) 用于模型预测控制器的标定系统和方法
CN100570139C (zh) 用于内燃机的控制设备
CN103511160B (zh) 用于提前点火控制的方法和系统
CN102192030B (zh) 内燃机的燃料喷射装置以及燃料喷射控制方法
CN102654084B (zh) 基于燃料类型的起停催化剂加热系统
CN101818694B (zh) 电控燃油喷射多缸内燃机的停缸控制方法及装置
CN102477909B (zh) 判断喷油器的方法
CN101438040B (zh) 用于操作内燃机的控制系统
CN103016168A (zh) 柴油机/天然气双燃料发动机电控系统
CN103089470A (zh) 内燃机的控制装置以及燃料喷射阀控制装置
CN101558226A (zh) 用于内燃发动机的控制设备及控制方法
CN105189996B (zh) 内燃机的电气控制单元及其方法
CN101900050B (zh) 用于发动机燃料控制的系统和方法
CN101142393A (zh) 用于内燃机的控制设备
CN103485910B (zh) 一种改进的多工况pid控制的发动机控制方法
CN106414976A (zh) 用于内燃发动机的控制设备
CN110259586A (zh) 一种柴油机停缸气路控制方法
CN105179092B (zh) 一种甲醇、生物柴油、柴油多燃料发动机系统控制方法
CN204716409U (zh) 船用高压共轨柴油机电控系统
CN101135288A (zh) 内燃机的起动方法
CN1465851A (zh) 气口顺序喷射、稀燃、全电控柴油/天然气双燃料发动机
CN110080888A (zh) 一种定距桨柴油主机断缸控制方法
CN202033658U (zh) 一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
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

Granted publication date: 20190709

Termination date: 20210110

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