一种可燃用不同燃料的压燃式发动机及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可燃用不同燃料的压燃式发动机及其控制方法，包括粘度控制系统、燃烧控制系统。在粘度控制系统中，检测燃料粘度是否过低，若燃料粘度过低则往燃料中加入粘度改进剂进行补偿，避免因粘度过低造成发动机中零部件损坏与发动机无法正常工作。在燃烧控制系统中，通过采集缸压与曲轴转角信号，并在线计算最大缸压与最大压升率，与预设的极限阈值进行比较，若超过极限阈值，则通过向后推迟喷油与排气门早关，使发动机处于安全工作区域，若没有超过极限阈值，则通过提前喷油将燃烧相位处于高热效率区间，使发动机处于高效率工作区域。本发明专利技术能够使发动机燃用多种燃料的前提下，保持发动机处于安全工作区域、并有效提高发动机的热效率。

A compression ignition engine with combustible fuel and its control method

The invention discloses a compression ignition engine with different fuels and a control method thereof, including a viscosity control system and a combustion control system. In the viscosity control system, if the viscosity of the fuel is too low, the viscosity improver is added to the fuel to compensate for the low viscosity, so as to avoid damage to the engine parts and the engine can not work properly. In the combustion control system, the maximum cylinder pressure and the maximum pressure rise rate are calculated by collecting the signal of cylinder pressure and crankshaft angle, and the maximum cylinder pressure and the maximum pressure rise rate are compared with the preset limit threshold. If the limit threshold is exceeded, the injection and exhaust valve are delayed to close early, so that the engine is in the safe working area, if the limit threshold is not exceeded. Then the combustion phase is placed in the high thermal efficiency region by injection ahead of time, so that the engine is in the high efficiency working region. The invention can keep the engine in a safe working area and effectively improve the thermal efficiency of the engine on the premise that the engine is fueled with various fuels.

【技术实现步骤摘要】
一种可燃用不同燃料的压燃式发动机及其控制方法
本专利技术涉及内燃机，特别是涉及一种可燃用不同燃料的压燃式发动机及其控制方法。
技术介绍
传统柴油发动机具有热效率高的特点，燃料特性中的粘度与十六烷值对柴油机具有显著影响。若燃料粘度过低，会使发动机中燃油泵、喷油器等部件润滑不足而加剧磨损，此外粘度过低会增加燃油泵的耗能从而增加发动机燃油消耗不利于燃油经济性改善，甚至过低的燃料粘度会造成燃油泵无法建立相应的喷油压力从而使发动机无法正常工作。而目前并未查询到针对柴油发动机燃料粘度不足进行自动反馈补偿燃料粘度的装置与方法。柴油机采用压缩空气的办法来提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃点。其中喷油时刻可实行精确控制，缸内温度压力可通过多种途径控制调节，但不同柴油之间的燃料特性较难确定。其中十六烷值作为衡量燃料压缩着火特性的参数，对发动机经济性、动力性、排放和燃烧噪音等具有重要影响。对于低十六烷值燃料，其滞燃期延长，使预混燃烧比例增加，导致最大压升率升高，超过发动机所能承受的强度范围，从而缩减发动机使用寿命甚至使发动机短时间内损坏。图1是柴油发动机燃用不同十六烷值燃料在1990r/min不同负荷下最大压升率的规律图，从图中可知，低十六烷值燃料在小负荷工况下可能会引起最大压升率过高。但对于高十六烷值燃料，其滞燃期短，着火时刻提前，预混燃烧比例减少，有可能导致热效率降低、碳烟排放升高。申请号为200810107181.2，专利技术名称为《带十六烷值无传感器自动监测的高压共轨柴油发动机控制系统》的中国专利，公布了利用爆震传感器获取震动信号，根据震动信号换算得到所燃用燃料的十六烷值，但并未针对不同十六烷值燃料采取对应的详细措施。申请号为201210207851.4，专利技术名称为《一种内燃机爆震在线诊断和控制方法》的中国专利，公布了一种点燃式发动机的控制方法，通过闭环反馈控制实现燃用不同燃料，其对于发生爆震，仅仅是笼统描述通过调整点火提前角与空燃比来消除爆震，并未系统详细说明如何调节点火提前角与空燃比来消除爆震。申请号为201611223342.5，专利技术名称为《燃用多种燃料压燃式发动机自调节可变气门控制系统及方法》的中国专利，公布了针对不同燃料发动机气门可变的控制方法，该方法只改变排气门或许能使发动机较为稳定的运行，但不能最大程度使发动机燃用不同燃料时处于高热效率区间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有柴油发动机只能燃用柴油燃料的不足，提供一种可燃用不同燃料的压燃式发动机及其控制方法，通过对发动机进行相应的闭环反馈调节，针对不同燃料实现自动反馈调节粘度补偿，且同时针对不同十六烷值燃料控制发动机稳定高效的燃烧过程，使发动机运行在安全区域且尽可能处于热效率较高区域。本专利技术的一种可燃用不同燃料的压燃式发动机，包括粘度控制系统和燃烧控制系统，所述的粘度控制系统包括燃料箱，在所述的燃料箱的侧面靠近底面处安装有粘度传感器和温度传感器，在所述的燃料箱内底壁上安装有搅拌器，喷射器安装在燃料箱顶部且插入燃料箱内部，所述的喷射器的进口通过管道与装有粘度改进剂的储存罐的出口连通，装有阀门的输油管一端连接燃料箱出口并且另一端连接喷油器进口，所述的阀门用于控制燃料从燃料箱流向喷油器，控制器与粘度传感器、温度传感器、喷射器、搅拌器和阀门分别通过控制线相连，控制器接收粘度传感器和温度传感器的信号并向喷射器、搅拌器和阀门输出控制信号；所述的燃烧控制系统包括安装在发动机缸盖上的缸压传感器，缸压传感器用于检测发动机缸内的压力，光电编码器与发动机的曲轴同轴连接，所述的光电编码器用于同步检测缸压对应的曲轴转角，ECU通过控制线分别与缸压传感器、光电编码器、喷油器和排气门相连，ECU接收缸压传感器和光电编码器的信号并输出控制信号给喷油器和排气门。一种可燃用不同燃料的压燃式发动机的控制方法，包括粘度控制系统控制方法和燃烧控制系统控制方法；其中，所述的粘度控制系统控制方法包括以下步骤：(1)粘度传感器、温度传感器分别检测燃料箱中的燃油的实时燃料粘度和实时燃料温度，并将实时燃料粘度和实时燃料温度信号传送给控制器；(2)控制器将实时温度下的燃料粘度换算为设定温度下的计算粘度；(3)将所述的计算粘度与标准粘度进行比较，所述标准粘度是设定温度下的粘度值；(4)若计算粘度大于或等于标准粘度，则喷射器与搅拌器均不工作，与此同时阀门开启，使燃料箱中的燃料通过输油管进入喷油器中；若计算粘度小于标准粘度，则进行如下步骤：步骤101：控制器控制喷射器打开，储存罐中的粘度改进剂通过喷射器喷入燃料箱中，同时控制器控制搅拌器旋转，使喷入燃料箱中的粘度改进剂与燃料充分均匀混合，若此时计算粘度大于或等于标准粘度，则进行步骤102；若此时计算粘度仍然小于标准粘度，则继续重复步骤101；步骤102：喷射器与搅拌器均停止工作，与此同时阀门开启，使燃料箱中的燃料通过输油管进入喷油器中；所述的燃烧控制系统控制方法包括以下步骤：(1)ECU检测发动机所处运行工况，包括转速、负荷；(2)根据所处工况发动机采用原机MAP运行；(3)利用缸压传感器检测发动机采用原机MAP运行后的第一个着火循环过程中的缸内压力，光电编码器同时检测缸内压力对应的曲轴转角；(4)将所测得的发动机缸内压力、发动机曲轴转角信号导入发动机ECU在线处理系统中分析，由ECU计算此时发动机缸内的最高缸压、最大压升率以及燃烧相位；(5)比较最高缸压和最大压升率是否超过各自的预设缸压极限阈值和压升率极限阈值；(6)若最高缸压和最大压升率均未超过各自预设的缸压极限阈值和压升率极限阈值，则进行如下步骤：步骤201：在发动机的第二个燃烧循环将喷油时刻提前0.2°CA～2°CA，若发动机仍不能满足最高缸压≥预设缸压安全阈值、最大压升率≥预设压升率安全阈值以及燃烧相位处于较高热效率区间这三个条件中的任意一个条件，则进行步骤202，若发动机满足最高缸压预设缸压安全阈值、最大压升率≥预设压升率安全阈值以及燃烧相位处于较高热效率区间这三个条件中的任意一个条件，则进行步骤(7)；步骤202：重复步骤201，以步骤201采用的喷油时刻提前数值继续在发动机的下一个燃烧循环将喷油时刻提前该数值喷射燃料；若最高缸压Pmax和最大压升率中任意一项超过预设的极限阈值，则进行如下步骤：步骤301：在发动机的第二个燃烧循环将喷油时刻推迟0.2°CA～2°CA，同时排气门早关2°CA～6°CA，然后将最高缸压和最大压升率与各自预设的安全阈值比较；步骤302：若最高缸压和最大压升率均低于各自预设的安全阈值，使发动机处于稳定、安全的工作区域，则进行步骤303；若最高缸压和最大压升率中任意一项超过预设的安全阈值，则以步骤301采用的喷油时刻推迟数值以及排气门早关数值重复步骤301，然后执行步骤302；步骤303：将喷油时刻提前0.2°CA～2°CA，然后判断发动机是否满足最高缸压≥预设的缸压安全阈值、最大压升率≥预设的压升率安全阈值以及燃烧相位处于较高热效率区间这三个条件中的任意一个条件，若满足则进行步骤(7)，若不满足则执行步骤304；步骤304：以步骤303采用的喷油时刻提前数值重复步骤303；所述缸压安全阈值小于缸压极限阈值，压升率安全阈值小于压升率极限阈值；(7)若此时ECU检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可燃用不同燃料的压燃式发动机，其特征在于：包括粘度控制系统和燃烧控制系统，所述的粘度控制系统包括燃料箱，在所述的燃料箱的侧面靠近底面处安装有粘度传感器和温度传感器，在所述的燃料箱内底壁上安装有搅拌器，喷射器安装在燃料箱顶部且插入燃料箱内部，所述的喷射器的进口通过管道与装有粘度改进剂的储存罐的出口连通，装有阀门的输油管一端连接燃料箱出口并且另一端连接喷油器进口，所述的阀门用于控制燃料从燃料箱流向喷油器，控制器与粘度传感器、温度传感器、喷射器、搅拌器和阀门分别通过控制线相连，控制器接收粘度传感器和温度传感器的信号并向喷射器、搅拌器和阀门输出控制信号；所述的燃烧控制系统包括安装在发动机缸盖上的缸压传感器，缸压传感器用于检测发动机缸内的压力，光电编码器与发动机的曲轴同轴连接，所述的光电编码器用于同步检测缸压对应的曲轴转角，ECU通过控制线分别与缸压传感器、光电编码器、喷油器和排气门相连，ECU接收缸压传感器和光电编码器的信号并输出控制信号给喷油器和排气门。

【技术特征摘要】
1.一种可燃用不同燃料的压燃式发动机，其特征在于：包括粘度控制系统和燃烧控制系统，所述的粘度控制系统包括燃料箱，在所述的燃料箱的侧面靠近底面处安装有粘度传感器和温度传感器，在所述的燃料箱内底壁上安装有搅拌器，喷射器安装在燃料箱顶部且插入燃料箱内部，所述的喷射器的进口通过管道与装有粘度改进剂的储存罐的出口连通，装有阀门的输油管一端连接燃料箱出口并且另一端连接喷油器进口，所述的阀门用于控制燃料从燃料箱流向喷油器，控制器与粘度传感器、温度传感器、喷射器、搅拌器和阀门分别通过控制线相连，控制器接收粘度传感器和温度传感器的信号并向喷射器、搅拌器和阀门输出控制信号；所述的燃烧控制系统包括安装在发动机缸盖上的缸压传感器，缸压传感器用于检测发动机缸内的压力，光电编码器与发动机的曲轴同轴连接，所述的光电编码器用于同步检测缸压对应的曲轴转角，ECU通过控制线分别与缸压传感器、光电编码器、喷油器和排气门相连，ECU接收缸压传感器和光电编码器的信号并输出控制信号给喷油器和排气门。2.一种可燃用不同燃料的压燃式发动机的控制方法，其特征在于：包括粘度控制系统控制方法和燃烧控制系统控制方法；其中，所述的粘度控制系统控制方法包括以下步骤：(1)粘度传感器、温度传感器分别检测燃料箱中的燃油的实时燃料粘度和实时燃料温度，并将实时燃料粘度和实时燃料温度信号传送给控制器；(2)控制器将实时温度下的燃料粘度换算为设定温度下的计算粘度；(3)将所述的计算粘度与标准粘度进行比较，所述标准粘度是设定温度下的粘度值；(4)若计算粘度大于或等于标准粘度，则喷射器与搅拌器均不工作，与此同时阀门开启，使燃料箱中的燃料通过输油管进入喷油器中；若计算粘度小于标准粘度，则进行如下步骤：步骤101：控制器控制喷射器打开，储存罐中的粘度改进剂通过喷射器喷入燃料箱中，同时控制器控制搅拌器旋转，使喷入燃料箱中的粘度改进剂与燃料充分均匀混合，若此时计算粘度大于或等于标准粘度，则进行步骤102；若此时计算粘度仍然小于标准粘度，则继续重复步骤101；步骤102：喷射器与搅拌器均停止工作，与此同时阀门开启，使燃料箱中的燃料通过输油管进入喷油器中；所述的燃烧控制系统控制方法包括以下步骤：(1)ECU检测发动机所处运行工况，包括转速、负荷；(2)根据所处工况发动机采用原机MAP运行；(3)利用缸压传感器检测发动机采用原机MAP运行后的第一个着火循环过程中的缸内压力，光电编码器同时检测缸内压力对应的曲轴转角；(4)将所测得的发动机缸内压力、发...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海峰，马俊生，王煜，庞鑫彤，吴珊，向阳，马梦醒，张曦媛，金超，马桂香，尧命发，郑尊清，王浒，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12