專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用均方差及其一階和二階導(dǎo)數(shù)控制柴油-替代燃料發(fā)動(dòng)機(jī)極限替代率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程控制領(lǐng)域，尤其適用于柴油-替代燃料(包括氣體燃料和醇類(lèi)燃料)混合燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)獲得極限替代率的電子控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
柴油燃料價(jià)格日益增高，可用石油資源日益減小，人們不斷尋求在現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)上，不改變發(fā)動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)的前提下，加裝替代燃料的控制模塊，采用柴油和替代燃料摻 燒，在滿足動(dòng)力性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性的要求的前提下，最大限度的提高替代柴油的比例，即所謂的“替代率”，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)柴油的需求量。所述的替代燃料可以是天然氣、醇類(lèi)及其它適用于與柴油摻燒的燃料。在柴油與替代燃料摻燒時(shí)，由于替代燃料的熱值及化學(xué)特性和柴油不盡相同，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)摻燒替代率增加到使燃燒過(guò)程惡化時(shí)，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)幅度增大，排氣溫度開(kāi)始突變，此時(shí)的替代率即為該發(fā)動(dòng)機(jī)工況下的極限替代率。迄今的柴油-替代燃料摻燒發(fā)動(dòng)機(jī)均采用通過(guò)試驗(yàn)的方法在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架上將發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況的極限替代率標(biāo)定出來(lái)，制成脈譜(MAP)圖，供控制替代燃料噴射量之用。這樣的方法存在兩種弊端，一是每種機(jī)型必須通過(guò)大量的臺(tái)架試驗(yàn)獲取脈譜圖，成本高且費(fèi)時(shí)；二是當(dāng)柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)劣化時(shí)，同樣的油泵齒條位置，其噴油量會(huì)減小和霧化質(zhì)量會(huì)下降，原來(lái)新發(fā)動(dòng)機(jī)所標(biāo)定的齒條位置所對(duì)應(yīng)的柴油燃燒熱量不足以使同樣比例替代燃料充分燃燒，進(jìn)而發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性變差，甚至導(dǎo)致熄火或爆震。因此，需要找到一種動(dòng)態(tài)判斷極限替代率的實(shí)時(shí)控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)技術(shù)背景的需求，如圖I所示，在具有電控單元的柴油-替代燃料雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)上加裝排氣溫度傳感器。在臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)人員是通過(guò)聽(tīng)發(fā)動(dòng)機(jī)聲音、觀察發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)及排溫變化情況，來(lái)確定各工況的極限替代率。如圖2所示，當(dāng)替代燃料摻燒比例小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)處于平穩(wěn)狀態(tài)；當(dāng)替代燃料摻燒到達(dá)極限替代率點(diǎn)“A”時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)率開(kāi)始在點(diǎn)“A”后突變。通常將點(diǎn)“A”處的替代燃料比例縮小一個(gè)百分t匕，則定為該工況點(diǎn)的極限替代率。由此，通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)架的標(biāo)定試驗(yàn)制成極限替代率脈譜，供ECU控制之用。本發(fā)明以轉(zhuǎn)速波動(dòng)率和排氣溫度為極限替代率所依據(jù)的監(jiān)測(cè)參數(shù)，根據(jù)對(duì)圖2及脈譜標(biāo)定試驗(yàn)過(guò)程的研究，實(shí)現(xiàn)無(wú)需事先試驗(yàn)標(biāo)定脈譜圖的動(dòng)態(tài)控制極限替代率的關(guān)鍵，是要為ECU設(shè)計(jì)一種方法，像在試驗(yàn)臺(tái)架上人工判斷圖2中突變點(diǎn)“A” 一樣，自動(dòng)判斷轉(zhuǎn)速波動(dòng)率和排氣溫度突變點(diǎn)，最終自適應(yīng)的控制極限替代率。本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)率和排溫變化的均方差及其一階、二階導(dǎo)數(shù)，實(shí)時(shí)判定各種工況下的極限替代率。具體采用以下4個(gè)數(shù)學(xué)方程
I.平均值，采用先進(jìn)先出的方法，對(duì)于n+1個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，每次計(jì)算均值時(shí)，取
進(jìn)最近的數(shù)據(jù)取出最早的數(shù)據(jù)后，求和并求均值。公式
權(quán)利要求
1.一種用均方差及其一階和二階導(dǎo)數(shù)控制柴油-替代燃料發(fā)動(dòng)機(jī)極限替代率的方法，其特征在于在原柴油-替代燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中加裝排氣溫度傳感器，以轉(zhuǎn)速波動(dòng)率和排氣溫度為監(jiān)測(cè)參數(shù)，通過(guò)電控單元ECU對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)的監(jiān)測(cè)及對(duì)替代燃料噴射器的控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的尋找并控制極限替代率點(diǎn)，其中，替代燃料指氣體燃料或醇類(lèi)燃料，極限替代率點(diǎn)的判斷方法為 如果任一監(jiān)測(cè)參數(shù)的均方差的一階導(dǎo)數(shù)大于O，且其均方差的二階導(dǎo)數(shù)大于O，且隨后周期的均方差一階導(dǎo)數(shù)大于O，電控單元由此判斷此時(shí)替代率已達(dá)到極限； 當(dāng)處于極限替代率時(shí)，電控單元控制替代燃料噴射器減小替代燃料的比例，使轉(zhuǎn)速波動(dòng)率或排溫重新趨于平穩(wěn)； 當(dāng)轉(zhuǎn)速波動(dòng)率或排溫平穩(wěn)時(shí)，電控單元控制替代燃料噴射器嘗試增加替代燃料，繼續(xù)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)率或排氣溫度的變化，如此往復(fù)，實(shí)時(shí)地控制替代燃料達(dá)到最佳替代率點(diǎn)的動(dòng)態(tài)平衡。
2.如權(quán)利要求I所述的用均方差及其一階和二階導(dǎo)數(shù)控制柴油-替代燃料發(fā)動(dòng)機(jī)極限替代率的方法，其特征在于計(jì)算轉(zhuǎn)速波動(dòng)率和排溫的均方差、均方差一階導(dǎo)數(shù)、均方差二階導(dǎo)數(shù)的定義如下 (1)平均值，采用先進(jìn)先出的方法，對(duì)于n+1個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，每次計(jì)算均值時(shí)，取進(jìn)最近的數(shù)據(jù)，取出最早的數(shù)據(jù)七_(dá) 后，求和并求均值； 公式
全文摘要
本發(fā)明提供一種柴油-替代燃料發(fā)動(dòng)機(jī)極限替代率的判斷方法，屬于工程技術(shù)領(lǐng)域，通過(guò)在柴油-替代燃料雙燃料(氣體燃料和醇類(lèi)燃料)發(fā)動(dòng)機(jī)上加裝排氣溫度傳感器，利用轉(zhuǎn)速波動(dòng)率或排氣溫度為電控單元監(jiān)測(cè)參數(shù)，通過(guò)監(jiān)測(cè)參數(shù)的均方差及其一階和二階導(dǎo)數(shù)判斷檢測(cè)參數(shù)是否發(fā)生突變，達(dá)突變點(diǎn)時(shí)，電控單元控制替代燃料噴射器減少替代燃料噴射量，繼續(xù)下一循環(huán)的參數(shù)監(jiān)測(cè)判斷；當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)平穩(wěn)時(shí)，電控單元控制替代燃料噴射器嘗試增加替代燃料，繼續(xù)判斷監(jiān)測(cè)參數(shù)的變化，如此往復(fù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制替代燃料達(dá)到最佳替代率的動(dòng)態(tài)平衡，既減少試驗(yàn)工作量，也不受發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的影響，適用于任何可與柴油摻燒的柴油-替代燃料混合燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最佳替代率的控制。
文檔編號(hào)F02D41/08GK102691586SQ20121020538
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者張育華, 張金華, 沈劍, 王洪, 陳美鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江恒馳科技有限公司