燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃的制造方法
【專利摘要】燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃燒方式屬于發(fā)動機(jī)燃燒控制領(lǐng)域,首先根據(jù)各缸的循環(huán)加熱量需求Qb確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)需噴射j種組分燃料,并得出各缸內(nèi)組分i的噴射量Gbi(j),然后確定新鮮空氣的進(jìn)氣量Mair和回收的廢氣量Megr,再選擇合適的廢氣回流方式和采用適當(dāng)?shù)倪M(jìn)氣預(yù)熱,而均質(zhì)混合氣的具體燃燒過程如下:活塞的壓縮增加了缸內(nèi)工質(zhì)的溫度和濃度,其自燃性最好的組分i最先燃燒,實現(xiàn)了第一梯級壓燃,由于組分i的燃燒放熱和活塞的進(jìn)一步壓縮,使下一種組分(i-1)燃燒,實現(xiàn)第二梯級壓燃放熱,以此類推,下一種組分(i-2)實現(xiàn)第三梯級壓燃放熱,直至組分1實現(xiàn)最后梯級壓燃放熱,這一循環(huán)的燃燒過程結(jié)束,完成了本燃燒方式。
【專利說明】燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)動機(jī)燃燒控制領(lǐng)域,具體涉及一種均燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃燒控制系統(tǒng),其中均質(zhì)混合氣里包含m種不同組分的燃料。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)90年代后期,隨著各國排放法規(guī)日趨嚴(yán)格和石油供求矛盾日趨尖銳,研究人員發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)存在最高熱效率和最低排放兩個極限。汽油機(jī)屬于預(yù)混合均質(zhì)燃燒,由于采用較低的壓縮比,同時部分負(fù)荷工況產(chǎn)生的泵氣損失,燃料利用率比柴油機(jī)低20%~30%。柴油機(jī)屬于燃料噴霧擴(kuò)散燃燒,燃料與空氣的混合嚴(yán)重不均勻形成了高溫富氧區(qū)和高溫過濃區(qū),分別產(chǎn)生大量的NOx和碳煙排放。
[0003]為了突破這些極限,開始了新一代內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)的探索研究,發(fā)現(xiàn)常規(guī)燃料HCCI燃燒過程是一種全新的內(nèi)燃機(jī)燃燒過程。它是通過燃料與空氣形成均勻的可燃混合氣在氣缸內(nèi)被壓縮直至自行著火燃燒的方式。它結(jié)合了傳統(tǒng)壓燃式柴油機(jī)和火花點燃式汽油機(jī)的優(yōu)點,隨著壓縮過程的進(jìn)行,氣缸內(nèi)的溫度和壓力不斷升高,已混合均勻或基本混合均勻的可燃混合氣多點同時達(dá)到自燃條件,使燃燒在多點同時發(fā)生,而且沒有明顯的火焰前鋒,燃燒反應(yīng)迅速,燃燒溫度低且分布較均勻,可以實現(xiàn)與柴油機(jī)相當(dāng)?shù)母邿嵝屎推蜋C(jī)的無碳煙排放,同時由于是稀混合氣燃燒,NOx排放也極低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明解決的問題是:常規(guī)燃料HCCI燃燒過程主要受化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)所控制,這就出現(xiàn)了著火時刻與燃燒速率控制問題。高辛烷值的燃料不容易壓燃著火,在低負(fù)荷條件下,容易失火,燃燒較難實現(xiàn);而高十六烷值燃料,自然性好,容易著火,但普遍存在著燃燒相位過早,容易爆震,因此常規(guī)燃料HCCI燃燒模式存在著只能在中低負(fù)荷范圍運行的問題。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:通過發(fā)動機(jī)電控板(ECU)的控制,可以定量噴射出多種組分的燃料,并與定量的新鮮空氣在混合腔內(nèi)混合形成均質(zhì)混合氣,再與廢氣回流管理單元(EGR)回收的廢氣在進(jìn)氣總管混合,配置出發(fā)動機(jī)所需要的均質(zhì)混合氣,以實現(xiàn)著火時刻與燃燒速率控制。均質(zhì)混合氣中的各種組分自然性和抗爆性是不同的,從而導(dǎo)致各種組分依次被壓燃的時刻不同,最終導(dǎo)致燃燒過程呈階梯型壓燃放熱,每個梯級的燃燒都是多點同時發(fā)生的壓燃,沒有明顯的火焰前鋒,燃燒反應(yīng)迅速,仍具有較高的熱效率,同時由于多個梯級的存在,降低了壓力升高率,避免了發(fā)動機(jī)工作過于粗暴。
[0006]一種燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī),由空氣管理單元1、燃料組分定量管理單元I1、控制單元II1、壓燃式發(fā)動機(jī)IV、廢氣回流管理單元V和混合腔5構(gòu)成。其主要特征是空氣管理單元I和燃料組分定量管理單元II均連接至混合腔5,在腔內(nèi)充分混合形成均質(zhì)混合氣后再進(jìn)入壓燃式發(fā)動機(jī)IV,同時燃料組分定量管理單元II可以定量噴射出m種性質(zhì)不同組分的燃料,按照組分1、組分2、…、組分1、…組分m依次排列順序,辛烷值成分逐漸減低,十六烷值成分逐漸升高。其中,空氣管理單元I由空氣濾清器
1、壓氣機(jī)2、電控節(jié)流閥3和空氣預(yù)熱器4串聯(lián)組成;燃料組分定量管理單元II由各自組分i對應(yīng)噴油器6和供油泵7連接組成;控制單元III中的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器8、油門踏板位置傳感器9、起動開關(guān)10與發(fā)動機(jī)電控板(ECU) 11相連,同時ECUll又直接控制著電控節(jié)流閥
3、空氣預(yù)熱器4、噴油器6、EGR閥16和內(nèi)部廢氣回流管理系統(tǒng)(內(nèi)部EGR)的驅(qū)動構(gòu)件19 ;壓燃式發(fā)動機(jī)IV由進(jìn)氣總管12、發(fā)動機(jī)氣缸13和排氣總管14串聯(lián)組成;廢氣回流管理單元V由三通15、EGR閥16、EGR過濾器17、EGR冷卻器18和內(nèi)部EGR的驅(qū)動構(gòu)件19組成。
[0007]一種燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃燒方式通過以下步驟實現(xiàn):
[0008]1)發(fā)動機(jī)開始工作時,E⑶11采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器8信號和油門踏板位置傳感器9信號,確定功率需求Pe,從而得到各缸的循環(huán)加熱量需求Qb = Pe/( n et*n)。
[0009]2)通過實驗標(biāo)定出各種組分i的能夠起燃的最低溫度Tmi和最低濃度P mi,大流程循環(huán)初值j = I。[0010]3) j自加,然后將j的值賦給i,此時i為小流程循環(huán)的初值。
[0011]4)確定如果噴射j種組分燃料時每個發(fā)動機(jī)循環(huán)缸內(nèi)組分i的噴射量Gbiw =Pmi*Vi(J)和放熱量Qbi(j) = Pmi*Vi(j)*Hui以及燃燒過程中缸內(nèi)工質(zhì)的總質(zhì)量Mj = Qbi(J)/[C* (Tm(H)-Tmi)]。
[0012]5)i自減,判斷是否滿足i>l的條件。如果滿足條件,確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)下一種組分i的燃燒放熱量Qbi(j) = C^Mj* (Tma^-Tmi)和噴射量Gbi(j) = Qbi(j)/Hui,并將其累加至Qbk(J)和Gbk(j);如果不滿足條件,確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)組分I的放熱量Qb1(j) = Qb-Qbk(J)和噴射量Gb1(j) = 0131(」)/凡1,并且將噴射量累加至61^)。
[0013]6)再繼續(xù)確定缸內(nèi)這種組分i起燃時的密度P i(j),再進(jìn)行判斷是否滿足條件
P i(j) ^ P mi。
[0014]7)當(dāng)滿足條件P i(J)≥P mi時,判斷是否滿足條件i = 1,如果滿足條件i = 1,再繼續(xù)判斷是否滿足條件j = m,若滿足條件j = m,大流程循環(huán)結(jié)束,確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)噴射m種組分燃料,若不滿足條件j =m,轉(zhuǎn)步驟3),進(jìn)入大流程循環(huán)j自加,重新考慮此時噴射j種組分燃料的可行性;如果不滿足條件i = I,轉(zhuǎn)步驟5),進(jìn)入小流程循環(huán)i自減,繼續(xù)考慮下一種組分i的情況,直至i = I時小流程循環(huán)結(jié)束。
[0015]8)當(dāng)不滿足條件P i(J) > Pmi時,j自減,大流程循環(huán)結(jié)束,確定出每個發(fā)動機(jī)循環(huán)噴射j種組分燃料,即噴射組分I至組分j燃料。
[0016]9)判斷噴射的j種組分燃料是否滿足j>l條件。如果滿足條件,每個發(fā)動機(jī)循環(huán)每種組分i的噴射量為Gbi(j)(在步驟4)和步驟5)里面已經(jīng)計算出來);如果不滿足條件,說明每個發(fā)動機(jī)循環(huán)只噴射組分I燃料,確定噴射量Gb1(1)。
[0017]10)在發(fā)動機(jī)理想循環(huán)的條件下,可以把壓縮過程作為多變過程考慮,確定壓縮前氣缸內(nèi)工質(zhì)的溫度Tin。
[0018]11)確定此時新鮮空氣的進(jìn)氣量M也范圍[n*AFR標(biāo)準(zhǔn)*Gbk(j),n*(Mj-Gbku))],最小進(jìn)氣量是由保證多組分燃料能夠恰好完全燃燒的理論空氣量確定的,最大進(jìn)氣量是不采用EGR回收廢氣時,最大限度的使新鮮空氣與多組分燃料混合所確定的。
[0019]12)根據(jù)熱力學(xué)第一定律和質(zhì)量守恒方程確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)新鮮空氣進(jìn)氣量Mair以及EGR回收的廢氣量Meg,。
[0020]13)判斷是否滿足條件Tin > Ta0如果滿足條件Tin > Ta,采用內(nèi)部EGR回收較高溫度的廢氣,再進(jìn)行判斷是否超出內(nèi)部EGR最大回收量Mmaxl,若滿足條件Μ- ( Mmaxl,采用本發(fā)明燃燒方式——燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃燒方式,若不滿足條件( Mmaxl,采用進(jìn)氣預(yù)熱,以實現(xiàn)本發(fā)明燃燒方式;如果不滿足條件Tin > Ta,采用外部廢氣回流管理系統(tǒng)(外部EGR)回收較低溫度的廢氣,再進(jìn)行判斷是否超出外部EGR最大回收量Mmax2,若滿足條件( Mmax2,實現(xiàn)本發(fā)明燃燒方式,若不滿足條件Μ- ( Mmax2,不適合本發(fā)明燃燒方式。
[0021]其中:Pe為發(fā)動機(jī)的功率需求,Qb為的各缸循環(huán)加熱量需求,η &為發(fā)動機(jī)的有效熱效率,n為發(fā)動機(jī)的氣缸數(shù),Tffli和P mi分別為組分i的能夠起燃的最低溫度和最低濃度,Gbi(J)和Qbi(j)分別為噴射j種組分燃料時每個發(fā)動機(jī)循環(huán)缸內(nèi)組分i的噴射量和燃燒放熱量,Gbkw和Qbkw分別為Gbiw和Qbiw的累積求和量,Hui為組分i的熱值,Viw和P i(J)分別為噴射j種組分燃料時缸內(nèi)組分i起燃時缸內(nèi)工質(zhì)的體積和組分i的密度,Mj和C分別為噴射j種組分燃料時燃燒過程中缸內(nèi)工質(zhì)的總質(zhì)量和比熱容。Tin、Vin和Cvin分別為壓縮前氣缸內(nèi)工質(zhì)的溫度、體積和比熱容,k為壓縮過程的多變指數(shù),AFRigm為標(biāo)準(zhǔn)空燃比,Ta和Cpa分別為在混合腔5內(nèi)形成的均質(zhì)混合氣的溫度和比熱容,Mair和分別為每個發(fā)動機(jī)循環(huán)新鮮空氣的進(jìn)氣量和進(jìn)入各缸空氣量,Tegr和CPf分別為EGR所回收廢氣的溫度和比熱容,Megr和Mpel^分別為每個發(fā)動機(jī)循環(huán)ERG回收的廢氣量和進(jìn)入各缸廢氣量,Mmaxl和Mmax2分別為內(nèi)部EGR和外部EGR每個發(fā)動機(jī)循環(huán)回收廢氣量的最大極限值。
[0022]本發(fā)明的工作原理如下:
[0023]首先E⑶11根據(jù)各缸的循環(huán)加熱量需求Qb,確定每個燃燒循環(huán)需噴射組分I至組分j燃料,確定原則就是將起燃時的溫度控制為Tmi,同時將組分i的濃度P i(J)控制為不小于Pmi ;同時確定出每個發(fā)動機(jī)循環(huán)各缸內(nèi)每種組分i的噴射量GbiW,然后根據(jù)熱力學(xué)第一定律和質(zhì)量守恒方程確定新鮮空氣的進(jìn)氣量M&和EGR回收的廢氣量M@,最后選擇合適的EGR回收方式和采用適當(dāng)?shù)倪M(jìn)氣預(yù)熱,盡量在EGR最大回收能力的范圍內(nèi),實現(xiàn)燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃燒方式。不同組分i的十六烷值成分和辛烷值成分是不同的,導(dǎo)致了每種組分i被壓燃的條件是不同的,因此本發(fā)明燃燒方式中均質(zhì)混合氣的具體燃燒過程如下所述:隨著活塞對氣缸內(nèi)工質(zhì)的壓縮,工質(zhì)的溫度和濃度都不斷增加,這時均質(zhì)混合氣中自燃性最好的組分i最先達(dá)到燃燒條件,燃燒迅速且分布較均勻,實現(xiàn)第一梯級壓燃放熱,改善了燃燒環(huán)境,又由于活塞對缸內(nèi)工質(zhì)的壓縮,滿足了下一種組分(1-1)的燃燒條件,實現(xiàn)第二梯級多點同時著火被壓燃放熱,以此類推,下一種組分(1-2)實現(xiàn)第三梯級壓燃放熱,直至組分I實現(xiàn)最后梯級壓燃放熱,這一循環(huán)的燃燒過程結(jié)束,完成了本發(fā)明燃燒方式。實際上,每種梯級成分的組分i燃燒通常歷經(jīng)兩個階段:首先進(jìn)行藍(lán)焰反應(yīng),燃燒放熱量增加的較緩慢,持續(xù)的時間較長;然后進(jìn)入主燃燒期,由于組分i沒燃燒的余下充量被藍(lán)焰反應(yīng)放出的熱量加熱而且繼續(xù)被壓縮,達(dá)到其著火條件時幾乎同時著火,放熱迅速,具有高效的做功潛力。
[0024]本發(fā)明的工作過程如下:起動開關(guān)10接通,E⑶11上電并采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器8信號和油門踏板位置傳感器9信號確定功率需求Pe,進(jìn)一步確定各缸的循環(huán)加熱量需求Qb。根據(jù)Qb的不同,確定每個燃燒循環(huán)需噴射j種組分燃料,然后確定各缸內(nèi)每種組分i的噴射量Gbiw、新鮮空氣量的進(jìn)氣量M&和EGR回收的廢氣量,選擇合適的EGR回收方式和采用適當(dāng)?shù)倪M(jìn)氣預(yù)熱,以實現(xiàn)燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃燒方式。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點和有益效果:在常規(guī)燃料HCCI燃燒模式基礎(chǔ)上,改用噴射多組分燃料,實現(xiàn)燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)高效燃燒方式,解決了常規(guī)燃料HCCI燃燒模式中高辛烷值燃料在小負(fù)荷工況下容易出現(xiàn)“失火”與高十六烷值燃料在大負(fù)荷工況下則容易出現(xiàn)“爆震”的矛盾,實現(xiàn)了負(fù)荷的拓展。
[0026]本發(fā)明適合各種壓燃式內(nèi)燃機(jī),尤其是車用壓燃式內(nèi)燃機(jī)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2是燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃燒方式中確定燃料組分?jǐn)?shù)量的流程圖。
[0029]圖3是燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃燒方式中確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)工質(zhì)量的流 程圖。
[0030]其中:1.空氣濾清器 2.壓氣機(jī) 3.電控節(jié)流閥 4.空氣預(yù)熱器 5.混合腔6.噴油器7.供油泵8.發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器9.油門踏板位置傳感器10.起動開關(guān)11.發(fā)動機(jī)電控板(EOT) 12.進(jìn)氣總管13.發(fā)動機(jī)氣缸14.排氣總管15.三通16.EGR閥 17.EGR過濾器 18.EGR冷卻器 19.內(nèi)部EGR驅(qū)動構(gòu)件。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0032]一種燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī),其連接如圖1所示,它由空氣管理單元1、燃料組分定量管理單元I1、控制單元II1、壓燃式發(fā)動機(jī)IV、廢氣回流管理單元V和混合腔5構(gòu)成。其中,空氣管理單元I由空氣濾清器1、壓氣機(jī)2、電控節(jié)流閥3和空氣預(yù)熱器4串聯(lián)組成。燃料組分定量管理單元II由各自組分i對應(yīng)噴油器6和供油泵7連接組成,其可以定量噴射出m種性質(zhì)不同組分的燃料(按照組分1、組分2、…、組分1、…組分m依次排列順序,辛烷值成分逐漸減低,十六烷值成分逐漸升高)。空氣管理單元I和燃料組分定量管理單元II均連接至混合腔5,在腔內(nèi)充分混合形成均質(zhì)混合氣后再進(jìn)入壓燃式發(fā)動機(jī)IV??刂茊卧狪II中的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器8、油門踏板位置傳感器9、起動開關(guān)10與E⑶11相連,同時E⑶11又直接控制著電控節(jié)流閥3、空氣預(yù)熱器4、噴油器6、EGR閥16和內(nèi)部EGR的驅(qū)動構(gòu)件19。壓燃式發(fā)動機(jī)IV由進(jìn)氣總管12、發(fā)動機(jī)氣缸13和排氣總管14串聯(lián)組成,排氣總管14排出的廢氣(不包含EGR回收的廢氣量)排到渦輪機(jī)或者后處理器等后續(xù)裝置中。廢氣回流管理單元V由三通15、EGR閥16、EGR過濾器17、EGR冷卻器18和內(nèi)部EGR的驅(qū)動構(gòu)件19組成,內(nèi)部EGR可以通過其驅(qū)動構(gòu)件控制配氣正時來實現(xiàn),提高壓縮前氣缸內(nèi)工質(zhì)的溫度,而外部EGR回收排氣總管14中的部分廢氣,順次經(jīng)過三通15、EGR閥16、EGR過濾器17和EGR冷卻器18,最后進(jìn)入到進(jìn)氣總管12中與均質(zhì)混合氣混合,以降低壓縮前氣缸內(nèi)工質(zhì)的溫度。
[0033]一種燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃燒方式,通過下列兩大步驟實現(xiàn):
[0034]1.E⑶11根據(jù)各缸的循環(huán)加熱量需求Qb,確定每個燃燒循環(huán)需噴射j種組分燃料,同時計算出各缸內(nèi)每種組分i的噴射量Gbi(j),如圖2所不。
[0035]I)發(fā)動機(jī)開始工作時,E⑶11采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器8信號和油門踏板位置傳感器9信號,確定功率需求Pe,從而得到各缸的循環(huán)加熱量需求Qb = Pe/( n et*n)。
[0036]2)通過實驗標(biāo)定出各種組分i的能夠起燃的最低溫度Tmi和最低濃度P mi,大流程循環(huán)初值j = I。
[0037]3) j自加,然后將j的值賦給i,此時i為小流程循環(huán)的初值。
[0038]4)確定如果噴射j種組分燃料時每個發(fā)動機(jī)循環(huán)缸內(nèi)組分i的噴射量Gbiw =Pmi*Vi(J)和放熱量Qbi(j) = Pmi*Vi(j)*Hui以及燃燒過程中缸內(nèi)工質(zhì)的總質(zhì)量Mj = Qbi(J)/[C* (Tm(H)-Tmi)]。
[0039]5)i自減,判斷是否滿足i>l的條件。如果滿足條件,確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)下一種組分i的燃燒放熱量Qbi(j) = C^Mj* (Tma^-Tmi)和噴射量Gbi(j) = Qbi(j)/Hui,并將其累加至Qbk(J)和Gbk(j);如果不滿足條件,確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)組分I的放熱量Qb1(j) = Qb-Qbk(J)和噴射量Gb1(j) = 0131(」)/凡1,并且將噴射量累加至61^)。
[0040]6)再繼續(xù)確定缸內(nèi)這種組分i起燃時的密度P i(j),再進(jìn)行判斷是否滿足條件
P i(j) ^ P mi。
[0041]7)當(dāng)滿足條件P i(J)≥P mi時,判斷是否滿足條件i = I,如果滿足條件i = 1,再繼續(xù)判斷是否滿足條件j = m,若滿足條件j = m,大流程循環(huán)結(jié)束,確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)噴射m種組分燃料,若不滿足條件j =m,轉(zhuǎn)步驟3),進(jìn)入大流程循環(huán)j自加,重新考慮此時噴射j種組分燃料的可行性;如果不滿足條件i = I,轉(zhuǎn)步驟5),進(jìn)入小流程循環(huán)i自減,繼續(xù)考慮下一種組分i的情況,直至i = I時小流程循環(huán)結(jié)束。
[0042]8)當(dāng)不滿足條件P i(J) > Pmi時,j自減,大流程循環(huán)結(jié)束,確定出每個發(fā)動機(jī)循環(huán)噴射j種組分燃料,即噴射組分I至組分j燃料。
[0043]2.確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)新鮮空氣的進(jìn)氣量M&和EGR回收的廢氣量M@,選擇合適的EGR回收方式和采用適當(dāng)?shù)倪M(jìn)氣預(yù)熱,以實現(xiàn)本發(fā)明燃燒方式,如圖3所示。
[0044]I)判斷噴射的j種組分燃料是否滿足j>l條件。如果滿足條件,每個發(fā)動機(jī)循環(huán)每種組分i的噴射量為Gbi(j)(在步驟I中的4)和5)里面已經(jīng)計算出來);如果不滿足條件,說明每個發(fā)動機(jī)循環(huán)只噴射組分I燃料,確定噴射量Gb1(1),由E⑶11控制噴油器6正時來實現(xiàn)。
[0045]2)在發(fā)動機(jī)理想循環(huán)的條件下,可以把壓縮過程作為多變過程考慮,可以確定壓縮前氣缸內(nèi)工質(zhì)的溫度為Tin。
[0046]3)確定此時新鮮空氣的進(jìn)氣量M&的范圍[n*AFR標(biāo)準(zhǔn)*Gbk(j),n* (MrGbk(J)) ],Mair由E⑶11控制電控節(jié)流閥3的開度來實現(xiàn)。
[0047]4)根據(jù)熱力學(xué)第一定律和質(zhì)量守恒方程確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)新鮮空氣的進(jìn)氣量Mair以及EGR回收的廢氣量Μ-。內(nèi)部EGR回收的廢氣量是通過其驅(qū)動構(gòu)件控制配氣正時來實現(xiàn)的,外部EGR回收的廢氣量是通過E⑶11控制EGR閥16的開度來實現(xiàn)。
[0048]5)判斷是否滿足條件Tin > Ta0如果滿足條件Tin > Ta,采用內(nèi)部EGR回收高溫廢氣,再進(jìn)行判斷是否超出內(nèi)部EGR最大回收量Mmaxl,若滿足條件Μ- ( Mmaxl,采用本發(fā)明燃燒方式,若不滿足條件( Mmaxl,ECUlI控制空氣預(yù)熱器4對新鮮空氣進(jìn)行預(yù)熱,以實現(xiàn)本發(fā)明燃燒方式;如果不滿足條件Tin > Ta,采用外部EGR回收低溫廢氣,再進(jìn)行判斷是否超出外部EGR最大回收量Mmax2,若滿足條件L ( Mmax2,實現(xiàn)本發(fā)明燃燒方式,若不滿足條件Megr ( Mmax2,不適合本發(fā)明燃燒方式。
[0049]本發(fā)明采用的m種組分燃料,可以是當(dāng)代內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用的常規(guī)燃油,同時每種組分燃料也可以是純質(zhì)或者是混合物。壓縮過程的溫度和燃料組分的燃燒放熱量等理論計算公式在實際應(yīng)用中可能會受到傳熱傳質(zhì)等因素的影響,在應(yīng)用中需要相應(yīng)的修正系數(shù)加以修正。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī),由空氣管理單元1、燃料組分定量管理單元I1、控制單元II1、壓燃式發(fā)動機(jī)IV、廢氣回流管理單元V和混合腔(5)構(gòu)成,其主要特征是空氣管理單元I和燃料組分定量管理單元II均連接至混合腔(5),在腔內(nèi)充分混合形成均質(zhì)混合氣后再進(jìn)入壓燃式發(fā)動機(jī)IV ;其中,空氣管理單元I由空氣濾清器1、壓氣機(jī)(2)、電控節(jié)流閥(3)和空氣預(yù)熱器(4)串聯(lián)組成,燃料組分定量管理單元II由各自組分i對應(yīng)噴油器(6)和供油泵(7)連接組成,控制單元III中的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(8)、油門踏板位置傳感器(9)、起動開關(guān)(10)與發(fā)動機(jī)電控板ECU(Il)相連,同時發(fā)動機(jī)電控板ECU(Il)又直接控制著電控節(jié)流閥(3)、空氣預(yù)熱器(4)、噴油器(6)、EGR閥(16)和內(nèi)部廢氣回流管理系統(tǒng)的驅(qū)動構(gòu)件(19),壓燃式發(fā)動機(jī)IV由進(jìn)氣總管(12)、發(fā)動機(jī)氣缸(13)和排氣總管(14)串聯(lián)組成,廢氣回流管理單元V由三通(15)、EGR閥(16)、EGR過濾器(17)、EGR冷卻器(18)和內(nèi)部廢氣回流管理系統(tǒng)的驅(qū)動構(gòu)件(19)組成。
2.一種燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃料組分定量管理單元II,可以定量噴射出m種性質(zhì)不同組分的燃料,按照組分1、組分2、…、組分1、…組分m依次排列順序,辛烷值成分逐漸減低,十六烷值成分逐漸升高。
3.一種燃料組分實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃燒方式,通過下列兩大步驟實現(xiàn):首先發(fā)動機(jī)電控板ECU(Il)根據(jù)各缸的循環(huán)加熱量需求Qb,確定每個燃燒循環(huán)需噴射j種組分燃料,同時確定各缸內(nèi)每種組分i的噴射量Gbiw ;然后根據(jù)熱力學(xué)第一定律和質(zhì)量守恒定律確定新鮮空氣的進(jìn)氣量M&和回收的廢氣量M@,再選擇合適的廢氣回流方式和采用適當(dāng)?shù)倪M(jìn)氣預(yù)熱,以完成本燃燒方式。
4.一種燃料組分 實時定量控制的缸內(nèi)均質(zhì)梯級壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃燒方式中,確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)噴射組分燃料種類及其各缸組分i噴射Gbiw的流程: 1)發(fā)動機(jī)開始工作時,發(fā)動機(jī)電控板ECU(Il)采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(8)信號和油門踏板位置傳感器(9)信號,確定功率需求Pe,從而得到各缸的循環(huán)加熱量需求Qb = Pe/(n et*n); 2)通過實驗標(biāo)定出各種組分i的能夠起燃的最低溫度Tmi和最低濃度Pmi,大流程循環(huán)初值j = I ; 3)j自加,然后將j的值賦給i,此時i為小流程循環(huán)的初值; 4)確定如果噴射j種組分燃料時每個發(fā)動機(jī)循環(huán)缸內(nèi)組分i的噴射量Gbiw=Pmi*Vi(J)和放熱量Qbi(j) = Pmi*Vi(j)*Hui以及燃燒過程中缸內(nèi)工質(zhì)的總質(zhì)量Mj = Qbi(J)/[O(Tm(H)-Tmi)]; 5)i自減,判斷是否滿足i>l的條件,如果滿足條件,確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)下一種組分i的燃燒放熱量Qbi(j) = OMf(Tm(H)-Tmi)和噴射量Gbi(j) = Qbi(j)/Hui,并將其累加至Qbk(J)和Gbkw ;如果不滿足條件,確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)組分I的放熱量Qbiw = Qb-Qbk(J)和噴射量Gb1(j) = 0131(」)/凡1,并且將噴射量累加至61^); 6)再繼續(xù)確定缸內(nèi)這種組分i起燃時的密度Pi(j),再進(jìn)行判斷是否滿足條件P i(j) > P mi ; 7)當(dāng)滿足條件Pi(J)≥Pmi時,判斷是否滿足條件i = 1,如果滿足條件i = 1,再繼續(xù)判斷是否滿足條件j = m,若滿足條件j = m,大流程循環(huán)結(jié)束,確定每個發(fā)動機(jī)循環(huán)噴射m種組分燃料,若不滿足條件j =m,轉(zhuǎn)步驟3),進(jìn)入大流程循環(huán)j自加,重新考慮噴射j種組分燃料的可行性;如果不滿足條件i = 1,轉(zhuǎn)步驟5),進(jìn)入小流程循環(huán)i自減,繼續(xù)考慮下一種組分i的情況,直至i = I時小流程循環(huán)結(jié)束; 8) 當(dāng)不滿足條件Piw ≥Pmi時,j自減,大流程循環(huán)結(jié)束,確定出噴射j種組分燃料,即每個發(fā)動機(jī)循環(huán)噴射組分I至組分j燃料。
【文檔編號】F02D43/00GK103912394SQ201410174883
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】韓永強(qiáng), 陳陽, 劉忠長, 許允, 田徑, 康見見, 徐瑞辰, 韓賽男 申請人:吉林大學(xué)