一種基于缸壓的摻二甲醚內燃機點燃/壓燃控制裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明提供一種基于缸壓的摻二甲醚內燃機點燃/壓燃控制裝置及方法，具體內容涉及內燃機的點燃、壓燃復合燃燒過程控制。
【背景技術】
[0002]均質預混合壓燃的燃燒方式能夠獲得較點燃式燃燒方式更高的熱效率，點燃式燃燒方式則較均質預混合壓燃式燃燒方式在燃燒穩定性控制，特別是冷起動、負荷燃燒及高負荷爆震與燃燒粗暴控制方面具有更大的優勢。
[0003]目前的內燃機多數難以實現在工作過程中點燃、壓燃燃燒方式的靈活轉換，這使得點燃式內燃機雖燃燒穩定性好但存在熱效率低的問題，而均質預混合壓燃內燃機雖熱效率高但存在低負荷及高負荷燃燒過程不穩定的問題。因此，如果能夠實現點燃式燃燒與壓燃式燃燒過程在同一臺內燃機上的聯合使用，則可以利用均質預混合壓燃熱效率高及點燃式燃燒方式燃燒穩定性好的特點實現內燃機在全工況下的高效、穩定運行。
[0004]二甲醚是一種具有高十六烷值的內燃機代用燃料，摻二甲醚內燃機(在摻二甲醚內燃機中當二甲醚占燃料整體能量分數達到100%時即等同于純二甲醚內燃機)能夠獲得較傳統內燃機更好的熱效率和更低的排放，且摻燒二甲醚的燃燒既可以在點燃式內燃機上完成也可以在壓燃式內燃機上完成。已公開的發明專利CN102080598提供了一種采用二甲醚和高辛烷值燃料內燃機的控制方法，該專利申請中提出在0-30%小負荷采用高DME混合比例的高辛烷值燃料-DME均質預混和壓燃，30-70%中負荷采用低DME混合比例的高辛烷值燃料-DME混合燃料火花點燃，70-100%高負荷采用純高辛烷值燃料點燃。但該申請將均質預混合壓燃用于內燃機低負荷和高負荷兩個階段，而這兩個階段恰恰是均質預混合壓燃最難以控制的階段，需知均質預混合壓燃普遍存在低負荷失火及高負荷燃燒粗暴問題。此夕卜，該專利明確了不同燃燒方式對應的內燃機負荷范圍，但對于內燃機而言，不同的壓縮比使得均質預混合壓燃方式的介入負荷范圍會發生變化，較理想的均質預混合壓燃應該在該燃燒方式能夠發生的負荷范圍內立即進行而不是將范圍事先固定。最后，該專利并未明確點燃與壓燃在負荷切換邊界下的燃燒過程，這使得在點燃與壓燃過渡過程中的燃燒穩定性難以很好控制。
[0005]由此可見，盡管二甲醚已經被證明可以進一步提高點燃式及均質預混合壓燃式內燃機的性能，但由于缺乏有效手段對內燃機的燃燒過程進行實時診斷，因此摻二甲醚內燃機難以實現由工況決定的點燃/壓燃復合燃燒過程。此外，缺乏燃燒信息的反饋也會使摻二甲醚內燃機在點燃/壓燃過渡過程及燃燒穩定性難以控制。
【發明內容】
[0006]針對目前摻二甲醚內燃機難以在點燃與壓燃過渡過程進行基于燃燒反饋信息的穩定性控制，以及摻二甲醚內燃機點燃/壓燃切換邊界難以動態調整的問題，本發明提供一種基于缸壓的摻二甲醚內燃機點燃/壓燃控制裝置及方法。本發明可以通過檢測內燃機燃燒時的缸壓判斷缸內燃燒過程，并通過對二甲醚噴射量及點火角的調整實現基于工況的點燃/壓燃過程靈活轉換，從而達到提高內燃機熱效率及燃燒穩定性的目的。
[0007]為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。在保留內燃機I上原有的噴油器2、原機電控單元6及火花塞4的基礎上，加裝了一套燃料噴射及缸壓反饋裝置，包括二甲醚噴嘴3、缸壓傳感器5及燃燒過程電控單元5。二甲醚噴嘴安裝在內燃機各缸進氣歧管或總管上，缸壓傳感器5安裝在內燃機缸蓋上。
[0008]燃燒過程電控單元7與原機電控單元6相連接，獲得內燃機目標轉矩信號a、實際轉矩信號b、凸輪軸信號j、曲軸角信號k及原機點火信號η ;
[0009]燃燒過程電控單元7與缸壓傳感器5相連接獲得缸壓信號e ;
[0010]燃燒過程電控單元7與噴油器2、二甲醚噴嘴3、火花塞4相連接，并發出燃料實際噴射信號K二甲醚噴射信號g及實際點火信號f ；
[0011]噴油器2燃料可以包括汽油、天然氣、甲醇、乙醇等高辛烷值燃料；
[0012]所述的缸壓傳感器5可以與火花塞4共同使用，也可以將缸壓傳感器5可以與火花塞4集成使用(即組成火花塞式缸壓傳感器)。
[0013]本發明中一種基于缸壓的摻二甲醚內燃機點燃/壓燃控制裝置的控制方法如下:
[0014](I)燃燒過程電控單元7檢測凸輪軸信號j判斷氣缸上止點位置，檢測曲軸信號k判斷曲軸位置，檢測缸壓信號e獲得缸壓變化，通過上述信號確定同一循環內缸內壓力隨曲軸轉角的變化關系及位置，并基于該數據計算循環內最高壓力升高率(dp/d Θ )maxo
[0015](dP/d θ ) max = max [ (P1-Pp1) / Δ θ ]公式一
[0016]Θ表示曲軸轉角，P表示缸內壓力，(P1-Pp1)表示在Δ Θ范圍內壓力的變化。
[0017](2)內燃機轉矩控制:燃燒過程電控單元7依據目標轉矩信號a及實際轉矩信號b控制燃料實際噴射信號h，當實際轉矩低于目標轉矩時，燃燒過程電控單元7通過增加燃料實際噴射信號h的脈寬使內燃機實際轉矩增加；當實際轉矩等于目標轉矩時，燃燒過程電控單元7不改變燃料實際噴射信號h的脈寬使內燃機實際轉矩保持不變；當實際轉矩大于目標轉矩時，燃燒過程電控單元7通過降低燃料實際噴射信號h的脈寬使內燃機實際轉矩減小；
[0018](3)點燃/壓燃模式控制:在任意轉矩下，當(dp/dCA)max小于0.5MPa/°時，燃燒過程電控單元7通過發出二甲醚噴射信號g增加二甲醚的噴射脈寬，并保持此過程中內燃機以點燃模式運行，燃燒過程電控單元7根據原機點火信號η發出實際點火信號f，并保持該條件下內燃機實際點火角與原機點火角相同。當(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°時，燃燒過程電控單元7通過發出二甲醚噴射信號g使二甲醚噴射脈寬保持不變，并通過發出實際點火信號f使內燃機實際點火角從自(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°的第二個循環起較原機推遲2°點火，第三個循環起較原機推遲4°點火，第四個循環起較原機推遲6°點火，第五個循環起較原機推遲8°點火，第六個循環起較原機推遲10°點火，，在推遲點火過程中，燃燒過程電控單元7通過發出二甲醚噴射信號g使二甲醚噴射脈寬不變或增加以保持(dp/dCA)max不低于0.5MPa/°，當點火角自(dp/dCA)max大于等于0.5MPa/°的第二個循環起較原機推遲10°后，燃燒過程電控單元7通過發出實際點火信號f使內燃機停止點火，使內燃機以壓燃模式運行。
[0019]本發明的有益效果是:針對目前摻二甲醚內燃機難以在點燃與壓燃過渡過程進行基于燃燒反饋信息的穩定性控制，以及摻二甲醚內燃機點燃/壓燃切換邊界難以動態調整的問題，本發明提供一種基于缸壓的摻二甲醚內燃機點燃/壓燃控制裝置及方法。通過實時檢測缸壓反饋信號計算循環內最高壓力升高率(dp/dCA)max，并通過改變二甲醚噴射脈寬及點火角，使摻二甲醚內燃機能夠實現點燃和壓燃的混合燃燒方式，并且點燃和壓燃邊界可以根據(dp/dCA)max的計算結果實時動態調整，實現了摻二甲醚內燃機點燃/壓燃模式的靈活轉換。從本
【發明內容】
可以看出，本發明的實質是最大限度保證摻二甲醚內燃機能夠以高效、清潔的壓燃方式運行，并通過動態控制點燃、壓燃策略使摻二甲醚內燃機在難以利用壓燃方式運行的條件下自動以點燃方式運行，從而既保證了內燃機的高效、清潔燃燒，又保證了內燃機運行的穩定性。
【附圖說明】
[0020]圖1本發明的結構和工作原理圖
[0021]圖中:1內燃機；2噴油器；3 二甲醚噴嘴；4火花塞；5缸壓傳感器；6原機電控單元；7燃燒過程電控單元
[0022]a.目標轉矩信號；b.實際轉矩信號；e.缸壓信號；f.實際點火信號；g.二甲醚噴射信號；h.燃料實際噴射信號；j.凸輪軸信號；k.曲軸角信號；n.原機點火信號
【具體實施方式】