CN110821722B - 柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柴油/醇二元燃烧发动机进气充量加热装置及控制方法，包括进气总管、进气歧管、上进气充量加热器、下进气充量加热器、醇轨、醇燃料喷嘴、柴油喷油器、进气充量加热器下游温度传感器、中冷后温度传感器、ECU。所述进气加热器开启数量的控制是根据发动机工作模式确定；进气充量加热器发热功率控制是依据发动机工况、进气充量加热器下游温度和醇燃料比例由ECU调节PWM波的占空比而实现。解决由于进气温度太低导致醇燃料无法在进气道内完全雾化，导致醇燃料缸内分布不均、燃烧进展缓慢，燃烧效率降低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及双燃料发动机技术领域，特别是涉及一种柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置及控制方法。
背景技术
为响应内燃机的节能减排政策，柴油/醇二元燃料燃烧技术被应用于压燃式发动机上。目前，公知的压燃发动机进气充量加热器是针对纯柴油压燃发动机设计的，但是，由于醇燃料的汽化潜热通常是柴油的3.76-4.32倍，高汽化潜热和较低热值导致进气充量温度降低，一般原机的进气充量加热装置不能很好的控制柴油/醇二元燃料发动机进气充量温度。进气温度太低时，醇燃料无法在进气道完全雾化，部分醇燃料以液滴形式进入气缸，呈现缸内燃料分布不均、燃烧进展缓慢，致使燃烧效率降低；进气温度太高时，可能发生醇燃料被直接压燃、缸内燃烧放热集中引起发动机过热，以及醇/空气混合气的末端自燃现象，导致发动机工作效率降低。与此同时，发动机在低温环境下工作时由于进气充量温度较低，柴油/醇二元燃料发动机冷启动困难增加，碳氢化合物和一氧化碳排放增加，发动机工作稳定性急剧下降。
发明内容
为了克服现有进气充量加热装置不能合理的控制柴油/醇二元燃料发动机进气充量温度的问题，本发明提供了一种柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置及控制方法。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置，包括进气总管，所述进气总管与进气歧管连接，所述进气歧管与气缸连接，其特征在于，所述进气总管内安装有上进气充量加热器和下进气充量加热器，所述进气歧管内安装有醇燃料喷嘴，所述上进气充量加热器、所述下进气充量加热器与ECU的信号输出端连接。
上述方案中，所述进气总管内位于所述上进气充量加热器入口处安装有中冷后温度传感器，所述进气歧管内的混合气输出端安装有进气充量加热器下游温度传感器，所述中冷后温度传感器和所述进气充量加热器下游温度传感器与所述ECU的信号输入端连接。
上述方案中，所述ECU利用输出的PWM波的占空比来控制所述上进气充量加热器、所述下进气充量加热器的工作电流大小。
上述方案中，所述进气歧管有若干根，每根所述进气歧管内均安装有醇燃料喷嘴，所述醇燃料喷嘴均与醇轨连接。
本发明还提供了一种柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置的控制方法，包括对进气充量加热器开启数量的控制和对进气充量加热器发热功率的控制。
上述方案中，所述进气充量加热器开启数量的控制：ECU判断发动机工作模式，发动机处于纯柴油工作模式时，ECU控制下进气充量加热器开启，而上进气充量加热器关闭；当发动机处于柴油/醇二元燃料燃烧模式时，ECU控制上进气充量加热器和下进气充量加热器同时开启；所述进气充量加热器发热功率的控制：利用ECU输出的PWM波的占空比的调节，改变进气充量加热器的工作电流进行发热功率控制，实现进气充量加热器对进气充量的合理加热。
上述方案中，ECU接收中冷后温度传感器或进气充量加热器下游温度传感器的信号，比较与存储在ECU内的目标温度之差后，利用ECU输出的PWM波的占空比来调节上进气充量加热器或下进气充量加热器的工作电流，实现上进气充量加热器或下进气充量加热器对进气充量的加热温度控制。
上述方案中，发动机处于纯柴油燃烧模式时，目标温度控制在40℃；发动机处于二元燃料燃烧模式且醇燃料比例为50%时，当发动机处于0%~25%的小负荷，目标温度控制在50℃；发动机处于25%~75%的中等负荷时，目标温度控制在40℃；发动机处于75%~100%的大负荷时，目标温度控制在30℃。
上述方案中，当醇燃料比例在0~100%变化时，目标温度在醇燃料比例50%的目标温度基础上在0~10℃范围内等比例调整。
本发明的有益效果：1.本发明可以提高柴油/醇二元燃料发动机低温环境的工作可靠性，同时也可以提高小负荷工况的燃烧效率以及大负荷工况的醇燃料比例。2.进气充量温度的合理控制也利于降低碳氢化合物和一氧化碳排放，提高二元燃料发动机有效热效率。
附图说明
图1为本发明提出的柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热控制方法流程图。
图2为本发明提出的柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置工作过程示意图。
图3为本发明提出的柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置结构示意图。
图4为醇轨结构图。
图5为ECU输出电压、实际温度和目标温度的关系图。
图中：1.进气歧管，2.上进气充量加热器，3.下进气充量加热器，4.醇轨，5.醇燃料喷嘴，6.进气充量加热器下游温度传感器，7.柴油喷油器，8.ECU，9.中冷后温度传感器，10.进气总管。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行更详细的说明。
如图2、图3和图4所示，本实施例提供的一种柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置，包括进气总管10、进气歧管1、上进气充量加热器2、下进气充量加热器3、醇轨4、醇燃料喷嘴5、柴油喷油器7、进气充量加热器下游温度传感器6、中冷后温度传感器9、ECU8。所述上进气充量加热器2和下进气充量加热器3布置于进气总管10中，与ECU8相连接，由ECU8控制上进气充量加热器2和下进气充量加热器3的工作，进气充量先经过上进气充量加热器2再经过下进气充量加热器3进入到进气歧管1内；所述醇轨4进口端连接醇燃料油管，醇轨4出口端安装有醇燃料喷嘴5，所述醇燃料喷嘴5布置于各个进气歧管1上，喷射方向垂直于进气歧管1的截面，为二元燃料燃烧方式提供醇燃料；所述柴油喷油器7用于柴油的油缸内直喷；所述进气充量加热器下游温度传感器6布置在进气歧管1中，位于进气充量加热器和醇燃料喷嘴5的下游，用于测量经过进气充量加热器加热后的进气充量与醇燃料在进气歧管内形成的混合气的温度。中冷后温度传感器9布置在进气总管10中，位于进气充量加热器和醇燃料喷嘴的上游；所述ECU8控制醇燃料喷嘴5的喷射并为进气充量加热器提供工作电流，ECU8根据目标温度计算输出的PWM波的占空比控制加热器的发热功率，实现进气充量加热器对进气充量的合理加热，其中目标温度是根据醇燃料比例和发动机负荷确定的标定值，事先存储在ECU中。
一种柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置的控制方法，包括对进气充量加热器开启数量的控制和对进气充量加热器发热功率的控制。所述进气充量加热器开启数量的控制：ECU判断发动机工作模式，发动机处于纯柴油工作模式时，ECU控制下进气充量加热器开启，而上进气充量加热器关闭；当发动机处于柴油/醇二元燃料燃烧模式时，ECU控制上进气充量加热器和下进气充量加热器同时开启。所述进气充量加热器发热功率的控制，当ECU接收进气充量加热器下游温度传感器的信号，比较与目标温度之差后，利用ECU输出的PWM波的占空比的调节，改变进气充量加热器的工作电流进行发热功率控制，实现进气充量加热器对进气充量的合理加热。所述ECU输出的PWM波，当ECU接收到温度传感器的信号后，与目标温度比较后，如果实际温度低于目标温度，ECU提升PWM波的占空比，控制进气充量加热器的工作电流升高，提升进气充量加热器的发热功率；如果实际温度超过目标温度，ECU降低PWM波的占空比，控制进气充量加热器的工作电流降低，降低进气充量加热器的发热功率。
参照图1和图5，柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置的控制方法，包括以下步骤。
S1、ECU判断发动机工作模式选择进气充量加热模式，发动机工作模式包括：柴油/醇二元燃料燃烧模式和纯柴油燃烧模式。
S2、发动机处于柴油/醇二元燃料燃烧模式。ECU控制上进气充量加热器2和下进气充量加热器3同时开启，采用两组进气充量加热器可以提升对进气充量的加热速度，解决柴油/醇二元燃料燃烧模式下存在醇燃料无法在进气道完全雾化的问题。
S3、发动机处于纯柴油燃烧模式。ECU控制下进气充量加热器3开启，上进气充量加热器2关闭，当发动机处于纯柴油燃烧模式时，进气充量加热器主要用于解决冬天发动机由于进气温度过低，冷启动困难的问题。
S4、ECU根据中冷后温度传感器9和进气充量加热器下游温度传感器6的信号确定PWM波的占空比。
S5、经过上进气充量加热器2和下进气充量加热器3加热后的进气充量与由醇燃料喷嘴5喷射出的醇燃料在进气歧管1中混合形成混合气，进气充量加热器下游温度传感器6测得混合气的实际温度与目标温度进行比较，判断两者温度之差是否在5℃以内。目标温度，根据醇燃料比例和发动机负荷确定的标定值，存储在ECU中。当发动机处于柴油/醇二元燃料燃烧模式时，醇燃料比例越高，目标温度越高；发动机负荷越大，目标温度越低。
S6、实际温度与目标温度之差大于5℃，判断实际温度是否高于目标温度。
S7、实际温度低于目标温度，ECU提升输出的PWM波的占空比，加速对进气充量的加热；当实际温度与目标温度之差缩小，ECU降低输出的PWM波的占空比，直至实际温度与目标温度之差小于5℃。
S8、实际温度高于目标温度，ECU降低输出的PWM波的占空比，减少对进气充量的加热；当实际温度与目标温度之差缩小，ECU提升输出的PWM波的占空比，直至实际温度与目标温度之差小于5℃。
S9、实际温度与目标温度之差小于5℃，ECU已实现对实际温度的精确控制，ECU维持当前PWM波的占空比。
S10、实现对实际温度的精确控制后，使得发动机在柴油/醇二元燃料燃烧模式和纯柴油燃烧模式下均处于良好运行状态。在柴油/醇二元燃料燃烧模式运行时，发动机在小负荷燃烧稳定性，大幅提高热效率；在中高等负荷时改善火焰传播速度和火焰锋面温度，使燃烧更完全；提升柴油/醇二元燃料发动机在低温环境下的工作稳定性和冷启动性能。
Claims (7)
1.一种柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置的控制方法，其特征在于，该方法所用的装置，包括进气总管(10)，所述进气总管(10)与进气歧管(1)连接，所述进气歧管(1)与油缸连接，其特征在于，所述进气总管(10)内安装有上进气充量加热器(2)和下进气充量加热器(3)，所述进气歧管(1)内安装有醇燃料喷嘴(5)，所述上进气充量加热器(2)、所述下进气充量加热器(3)与ECU(8)的信号输出端连接；
该方法包括对进气充量加热器开启数量的控制和对进气充量加热器发热功率的控制；
所述进气充量加热器开启数量的控制：ECU(8)判断发动机工作模式，发动机处于纯柴油工作模式时，ECU(8)控制下进气充量加热器(3)开启，而上进气充量加热器(2)关闭；当发动机处于柴油/醇二元燃料燃烧模式时，ECU(8)控制上进气充量加热器(2)和下进气充量加热器(3)同时开启；所述进气充量加热器发热功率的控制：利用ECU输出的PWM波的占空比的调节，改变进气充量加热器的工作电流进行发热功率控制，实现进气充量加热器对进气充量的合理加热。
2.根据权利要求1所述的一种柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置的控制方法，其特征在于，所述进气总管(10)内位于所述上进气充量加热器(2)入口处安装有中冷后温度传感器(9)，所述进气歧管(1)内的混合气输出端安装有进气充量加热器下游温度传感器(6)，所述中冷后温度传感器(9)和所述进气充量加热器下游温度传感器(6)与所述ECU(8)的信号输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置的控制方法，其特征在于，所述ECU(8)利用输出的PWM波的占空比来控制所述上进气充量加热器(2)、所述下进气充量加热器(3)的工作电流大小。
4.根据权利要求1或2所述的一种柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置的控制方法，其特征在于，所述进气歧管(1)有若干根，每根所述进气歧管(1)内均安装有醇燃料喷嘴(5)，所述醇燃料喷嘴(5)均与醇轨(4)连接。
5.根据权利要求1所述的一种柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置的控制方法，其特征在于，ECU8接收中冷后温度传感器(9)或进气充量加热器下游温度传感器(6)的信号，比较与存储在ECU(8)内的目标温度之差后，利用ECU输出的PWM波的占空比来调节上进气充量加热器(2)或下进气充量加热器(3)的工作电流，实现上进气充量加热器(2)或下进气充量加热器(3)对进气充量的加热温度控制。
6.根据权利要求5所述的一种柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置的控制方法，其特征在于，发动机处于纯柴油燃烧模式时，目标温度控制在40℃；发动机处于二元燃料燃烧模式且醇燃料比例为50%时，当发动机处于0%～25%的小负荷，目标温度控制在50℃；发动机处于25%～75%的中等负荷时，目标温度控制在40℃；发动机处于75%～100%的大负荷时，目标温度控制在30℃。
7.根据权利要求6所述的一种柴油/醇二元燃料发动机进气充量加热装置的控制方法，其特征在于，当醇燃料比例在0～100%变化时，目标温度在醇燃料比例50%的目标温度基础上在0～10℃范围内等比例调整。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Ji Qian Inventor after: Zhao Lian Inventor after: Liu Junheng Inventor after: Yang Jun Inventor after: Sun Ping Inventor after: Wang Pan Inventor before: Zhao Lian Inventor before: Liu Junheng Inventor before: Yang Jun Inventor before: Sun Ping Inventor before: Wang Pan |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |