一种可控温电热塞辅助压燃式甲醇发动机及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可控温电热塞辅助压燃式甲醇发动机结构及其控制策略，通过使用可控温电热塞来满足不同发动机工况下甲醇燃烧对温度的需求，喷油器直接把甲醇喷到发动机燃烧室内部，通过燃烧室内部可控温电热塞促使甲醇混合气稳定可靠着火，控制电热塞温度和缸内甲醇混合气的过量空气系数可以使发动机不同工况下着火燃烧达到最优效果。本发明专利技术中电热塞温度控制范围为750℃～1300℃，过量空气系数调节范围1.2≤λ≤1.8。电热塞温度与过量空气系数协同控制促进甲醇发动机稳定燃烧，使压燃式甲醇发动机达到最优的经济性与动力性。甲醇发动机达到最优的经济性与动力性。甲醇发动机达到最优的经济性与动力性。

【技术实现步骤摘要】
一种可控温电热塞辅助压燃式甲醇发动机及其控制方法


[0001]本专利技术属于车用发动机控制
，具体是一种可控温电热塞辅助压燃式甲醇发动机及其控制方法。

技术介绍

[0002]全球变暖，是目前为止对地球和人类最为严重的威胁因素之一，各行各业都在逐步减少使用和倚靠化石燃料。甲醇作为一种新型清洁燃料可以替代汽油、柴油，是新能源的重要组成部分。发动机燃用甲醇作为替代燃料时对原发动机的改动较小，能在满足原发动机的动力性能基础上，改善其经济性能与减少碳排放。
[0003]压燃式发动机具有油耗低、可靠性高、高度特性好、转速低、转矩大等优点，而甲醇的低热值，高汽化潜热及高自燃温度的特点使得甲醇难以被压燃，压燃式甲醇发动机需要解决燃烧不稳定的问题。
[0004]目前为使甲醇发动机稳定压燃采取措施包括进气加热、柴油引燃、电热塞助燃等。其中电热塞助燃方式可以改善冷启动性能，解决甲醇发动机点火难的问题，而电热塞存在寿命短、能耗高、无法随工况变化温度的问题，需要采取进一步措施优化电热塞辅助压燃的这种燃烧模式。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述问题，提供一种可控温电热塞辅助压燃式甲醇发动机及其控制方法。
[0006]本专利技术采取以下技术方案：一种可控温电热塞辅助压燃式甲醇发动机，包括由甲醇发动机水套、甲醇发动机缸体、甲醇发动机曲轴箱以及油底壳组成的发动机壳体，发动机壳体上部设置甲醇发动机缸盖，所述发动机壳体内设置甲醇发动机曲轴以及甲醇发动机连杆，甲醇发动机连杆驱动甲醇发动机曲轴，甲醇发动机连杆上端连接甲醇发动机活塞，甲醇发动机缸盖与甲醇发动机活塞之间形成气缸，所述甲醇发动机缸盖上设置甲醇发动机排气歧管、甲醇喷油器、可控温电热塞以及甲醇发动机进气歧管，甲醇喷油器与可控温电热塞都伸入气缸内，甲醇发动机进气歧管的进气口处的节气门，节气门与外界空气连通的管路上设置空气流量计，所述甲醇喷油器、可控温电热塞与节气门由甲醇发动机电子控制单元ECU控制，电子控制单元ECU根据甲醇发动机当前的负荷状态进行温度调节与节气门开度变化；所述负荷状态根据此时发动机转速与有效功率计算出发动机的平均有效压力作为判断指标。
[0007]所述可控温电热塞上设置有电热塞温度传感器，用于测量可控温电热塞表面温度并向电子控制单元ECU反馈温度信息。
[0008]所述节气门内设置有节气门位置传感器，用于监测节气门开度并向电子控制单元元ECU反馈位置信息。
[0009]一种可控温电热塞辅助压燃式甲醇发动机的控制方法，
S1：当发动机启动以及进入怠速状态时，电子控制单元ECU控制节气门开度保持在4
°
～８
°
范围内，此时进气量小，过量空气系数被控制保持在0.8～1.0范围内，可控温电热塞的温度保持在1200℃～1300℃范围内。
[0010]S2：当发动机平稳加速时，电子控制单元ECU根据实时变化的油耗量，调整节气门9开度，空气流量计16向电子控制单元ECU反馈空气流量的变化并进一步修正节气门9开度，使得油耗量增大的同时节气门开度随之增大，以此控制过量空气系数在1.4～1.8范围内，电热塞温度保持在1250℃～1300℃范围内。
[0011]发动机加速时由于转速加大，以及节气门开度加大，使得发动机吸入的空气流速以及流量加大。由于每循环的相同进气门开启时间内进气量加大，空气流速加大更快形成绕垂直于气缸轴线的有组织的空气旋流及进气滚流，增加压缩终了时的湍流强度，加速甲醇混合气的形成，从而使火焰前锋发生皱褶，增加火焰前锋的面积并加速已燃气体与未燃气体之间热量传递，提高燃烧速率，抑制爆震，减少循环变动，提高稀燃能力，改善甲醇发动机的性能。
[0012]S3：当发动机急加速时，电子控制单元ECU控制节气门全开，保证瞬时的进气量满足甲醇稳定燃烧，电热塞温度保持在1275℃～1300℃范围内。
[0013]S4：发动机平稳减速时，电子控制单元ECU减少油量供应，并调整节气门9开度，空气流量计16向电子控制单元ECU反馈实时空气流量的变化并进一步修正节气门9开度，使得油耗量减少的同时节气门开度随之减小，以此控制过量空气系数在1.2～1.4范围内，电热塞温度保持在950℃～1050℃范围内。
[0014]S5：发动机紧急制动时，ECU切断油量供应，此时节气门开度调至2
°
～5
°
，电热塞保持在700℃～750℃。
[0015]过量空气系数的计算过程如下，电子控制单元ECU根据节气门位置传感器以及空气流量传感器采集的信息得到此时的进气量L（m3/h），由总燃油消耗量Q(kg/h)计算出此时的实际空燃比l =1.29
×
L/Q，甲醇理论空燃比l0为6.5，则理论进气量为L0= l0×
Q/1.29，过量空气系数为实际空燃比l与理论空燃比l0的比值，λ= l / l0，同时λ也为实际进气量与理论进气量的比值，λ=L/L0。
[0016]所述S3中，当发动机加速过程结束后进入如下的稳定工况，电子控制单元ECU根据稳定工况的设定范围控制节气门开度与电热塞温度；S31：当平均有效压力为0.2MPa～0.4MPa时，发动机为小负荷工况，此时电子控制单元ECU控制节气门开度，使过量空气系数λ保持在范围1.5≤λ≤1.8内；电子控制单元ECU根据电热塞温度传感器信号得到此时的可控温电热塞温度，并控制可控温电热塞的温度使其达到1150℃～1200℃范围内。
[0017]S32：当平均有效压力为0.4MPa～0.7MPa时，发动机为中负荷工况，此时电子控制单元ECU控制节气门开度，使过量空气系数λ范围为1.4≤λ≤1.7。电子控制单元ECU根据电热塞温度传感器信号得到此时的可控温电热塞温度，并控制可控温电热塞的温度使其达到1050℃～1150℃。
[0018]S33：当平均有效压力大于等于0.7MPa时，发动机为大负荷工况，此时电子控制单元ECU控制节气门开度，使过量空气系数λ范围为1.2≤λ≤1.4 ；电子控制单元ECU根据电热塞温度传感器信号得到此时的可控温电热塞温度，并控制可控温电热塞温度使其达到1000
℃～1050℃。
[0019]平均有效压力的公式为,式中为平均有效压力，为冲程数，为有效功率，为单缸工作容积，i为气缸数，n为转速。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.可控温电热塞能够根据实际工况需要来选择合适的电热塞温度，小负荷选择高电热塞温度，大负荷则降低电热塞温度以满足在甲醇混合气充分燃烧的基础上最大限度的减少电热塞的能耗，延长电热塞寿命。
[0021]2.合理的过量空气系数与相应的电热塞温度配合，小负荷时高电热塞温度高过量空气系数使得燃烧更充分提高热效率，中大负荷适当增加的混合气浓度可以优化甲醇混合气着火性能更容易压燃，并降低循环波动率，降低燃油消耗量，降低未燃甲醇、甲醛、甲酸等有害物质排放。
附图说明
[0022]图1是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
l0。6.根据权利要求5所述的可控温电热塞辅助压燃式甲醇发动机得控制方法，其特征在于：所述S3中，当发动机加速过程结束后进入如下的稳定工况，电子控制单元ECU根据稳定工况的设定范围控制节气门开度与电热塞温度；S31：当平均有效压力为0.2MPa～0.4MPa时，发动机为小负荷工况，此时电子控制单元ECU控制节气门（9）开度，使过量空气系数λ保持在范围1.5≤λ≤1.8内；电子控制单元ECU根据电热塞温度传感器信号得到此时的可控温电热塞（7）温度，并控制可控温电热塞（7）的温度使其达到1150℃～1200℃范围内；S32：当平均有效压力为0.4MPa～0.7MPa时，发动机为中负荷工况，此时电子控制单元ECU控制节气门（9）开度，使过量空气系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建军，李志鑫，刘向阳，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：