【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于发动机，具体涉及一种可切换多燃料的压燃式内燃机及控制方法。
技术介绍
1、甲醇既可以由煤炭制备，也可以由生物质、风电及光伏发电电解水得到的氢和二氧化碳合成制得。所以甲醇既可以利用我国丰富的煤炭资源，也可利用不稳定的光能和风能，更可以捕捉二氧化碳，从而可以有效实现全循环二氧化碳零排放。而且甲醇有较好的燃烧性能，可以在传统的内燃机中较容易地工作，而且具有良好环境友好度的排放，因此甲醇是比较理想的新型能源载体。
2、甲醇在使用的过程中，由于甲醇的汽化潜热较大，喷射至气缸内会造成温度下降，而不易压燃。但是火花塞点燃的方式存在着冷启动困难、升功率偏低，燃烧效率偏低等缺陷。
3、在供应方面，甲醇的供应地域性差别较大。因此在实际使用中，用户希望能够灵活地添加不同种类的燃油。
4、甲醇像酒精一样可以以任意比例溶于水，在实际存放过程中，甲醇也容易吸收空气中的水分，并且在实践中也发现，掺杂一定比例水分的甲醇可以优化甲醇发动机的排放，因此含水甲醇也是可选燃料的有效补充。
5、但由于不同种类的燃油以及不同掺水比例的甲醇，都需要发动机在燃烧控制策略上做具体的调整和设置。现有技术中，有同时将甲醇和柴油喷入燃烧室的技术方案，也有将柴油作为喷油器润滑介质使用，但现有技术中缺乏判断喷射入燃烧室的燃油种类的技术方案，对于这方面的研究需要进一步深入。
6、中国专利技术专利公开文本cn112555073a公开了一种应用于中高速船舶柴油机的柴油甲醇双燃料系统及其控制方法，但是首先其装置结构设置较为
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种有效辅助压燃式发动机冷启动以及有效判断喷射入燃烧室的燃油种类的方法；同时提供了判断出喷射入燃烧室的燃油种类后，发动机控制策略的调整方法。
2、本专利技术具体通过如下技术方案实现：
3、一种可切换多燃料的压燃式内燃机，所述压燃式内燃机包括缸体、缸盖、活塞、喷油器、电热塞、电热塞控制单元及发动机控制单元；所述活塞设置于缸体内，所述的缸体、缸盖及活塞形成燃烧室，缸盖盖设于缸体的正上方，所述燃烧室的缸盖上开设有进气道和排气道，所述喷油器和电热塞分别贯穿设置于缸体上或缸盖上，所述喷油器用于向燃烧室内喷射燃料，所述发动机控制单元用于对喷油器的喷油量、喷油次数和/或喷油时间点进行控制；所述电热塞控制单元用于对电热塞的加热开始时间点、加热结束时间点和/或加热温度进行控制；发动机控制单元和电热塞控制单元分别设置于独立的控制器内或二者集成在同一个控制器内。
4、所述电热塞包括陶瓷加热体、电热塞外壳及电极；所述电热塞外壳包覆所述陶瓷加热体，且电热塞外壳的外部与缸盖或缸体贯穿连接，所述电极设置于陶瓷加热体的尾端，并向外引出至电热塞外壳的尾端，并通过绝缘体与外壳隔开，其中陶瓷加热体的尾端和电热塞外壳的尾端均为背向燃烧室的一端；陶瓷加热体设置有伸出电热塞外壳并伸入燃烧室的部分，所述陶瓷加热体为多层同轴回旋结构或多层平面层叠结构，所述多层同轴回旋结构为从内至外顺次包括导电层、加热层和绝缘层，其中所述导电层与所述电极相连接；所述多层平面层叠结构包括多层绝缘基体层以及夹在多层绝缘基体层中间的至少一层金属材质或陶瓷的加热层，所述加热层与所述电极相连接，多层平面层叠结构的多层绝缘基体层或金属加热层与陶瓷加热体的轴线平行或基本平行。
5、多层绝缘基体层以及夹在其中的至少一层金属加热层，以层叠的形式高温烧结后，加工(如磨削)成最终形状(如圆柱状)而形成多层平面层叠结构的陶瓷加热体。
6、作为优选，所述陶瓷加热体在25℃时的电阻为r，满足3×l≥r≥0.006×l的要求，其中l为发动机的排气量，单位为升，r的单位为欧姆(ω)。
7、作为优选，所述陶瓷加热体为正温度系数(ptc)材料，即陶瓷加热体的电阻随温度上升而上升。
8、作为优选，陶瓷加热体伸出电热塞外壳的部分长度为6～55mm，且陶瓷加热体伸出电热塞外壳的部分，其顶端的1.4～50mm暴露于喷油器工作时喷出的燃油喷雾中。
9、作为优选，多层同轴回旋结构中的所述导电层，加热层和绝缘层中均包含有氮化硅和硅化钼，且各层的氮化硅和硅化钼的含量配比各不相同；多层平面层叠结构中的所述基体层包含有氮化硅，所述金属加热层中包含有钨或钛，或含钨或钛的合金。
10、作为优选，所述电热塞控制单元与电热塞的陶瓷加热体电连接，电热塞控制单元通过脉宽调制的方波电压加热所述电热塞，通过方波的占空比调节电热塞的温度，所述方波电压的频率为15至120hz。
11、作为优选，所述电热塞外壳和陶瓷加热体之间设置有压力传感元件；所述压力传感元件为压电陶瓷或集成应变片的弹性盘；所述压力传感元件的一端与陶瓷加热体直接或间接连接，另一端和电热塞外壳直接或间接连接；在所述陶瓷加热体与所述电热塞外壳之间设置有弹性支撑元件，所述弹性支撑元件在陶瓷加热体的轴向方向上的刚度为ra1，电热塞外壳在陶瓷加热体的轴向方向上的刚度为ra2，满足ra1<0.01×ra2的要求。
12、所述压力传感元件在陶瓷加热体的轴向方向上的刚度为ra3，满足ra1<0.2×ra3的要求。
13、作为优选，所述陶瓷加热体与电热塞外壳上陶瓷加热体相对应的部分设置有径向的间隙g，其中g>0.15mm。
14、一种可切换多燃料压燃式内燃机的控制方法，所述控制方法使用前述的可切换多燃料的压燃式内燃机。
15、包括如下步骤：
16、(1)预先测定陶瓷加热体的目标温度t0：将发动机进气温度t气具体设定为具体工况条件下整车要求的环境温度，将冷却水温t水或润滑油温度t油具体设定为具体工况条件下整车要求的环境温度冷却水温t水或润滑油温度t油，在设定好所述进气温度t气以及冷却水温t水或润滑油温度t油的参数配置下，在500至1400℃的范围内从低到高调整陶瓷加热体的工作温度t，直到发动机可以正常启动，此时陶瓷加热体的工作温度t设定为其目标温度t0。
17、(2)所述电热塞控制器通过电热塞控制器设置的模拟量-数字量转换芯片(a/d模块)测量加热所述电热塞的方波电压高压部分的电压值，并经过滤波处理，然后将滤波处理后得到的加热所述电热塞方波电压的高压部分的电压标称值u0；所述电热塞控制器对流经电热塞所述陶瓷发热体的电流进行测量，并经过滤波处理后，将得到的加热所述电热塞方波电压的高压部分的电流设为标称值i0。
18、通过u0/i0得到当前温度下陶瓷发热体的电阻r0，然后通过陶瓷发热体的温度-电阻特性得到陶瓷发热体当前的温度t1。
19、(3)当得到的t1偏离目标温度t0时，偏离温度δt＝t1-t0，对δt进行pid运算，具体为：
20、
21、其中，
22、d(n)为数值系列第n点时pid运算输出结果，即加热所述电热塞的方波电压的当前脉宽比例；
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【技术保护点】
1.一种可切换多燃料的压燃式内燃机，其特征在于，所述压燃式内燃机包括缸体(1)、缸盖(3)、活塞(2)、喷油器(5)、电热塞(6)、电热塞控制单元及发动机控制单元；所述活塞(2)设置于缸体(1)内，所述的缸体(1)、缸盖(3)及活塞(2)形成燃烧室，缸盖(3)盖设于缸体(1)的正上方，所述燃烧室的缸盖(3)上开设有进气道(7)和排气道(4)，所述喷油器(5)和电热塞(6)分别贯穿设置于缸体(1)上或缸盖(3)上，所述喷油器(5)用于向燃烧室或进气管内喷射燃料，所述发动机控制单元用于对喷油器(5)的喷油量、喷油次数和/或喷油时间点进行控制；所述电热塞控制单元用于对电热塞(6)的加热开始时间点、加热结束时间点和/或加热温度进行控制；发动机控制单元和电热塞控制单元分别设置于独立的控制器内或二者集成在同一个控制器内；
2.根据权利要求1所述的压燃式内燃机，其特征在于，陶瓷加热体伸出电热塞外壳的部分长度为6～55mm，且陶瓷加热体伸出电热塞外壳的部分，其顶端的1.4至50mm暴露于喷油器喷出的燃油喷雾中；
3.根据权利要求1所述的压燃式内燃机，其特征在于，所述电热塞
4.根据权利要求3所述的压燃式内燃机，其特征在于，所述电热塞外壳和陶瓷加热体之间设置有压力传感元件；所述压力传感元件为压电陶瓷或集成应变片的弹性盘；所述压力传感元件的一端与陶瓷加热体直接或间接连接，另一端和电热塞外壳直接或间接连接；在所述陶瓷加热体与所述电热塞外壳之间设置有弹性支撑元件，所述弹性支撑元件在陶瓷加热体的轴向方向上的刚度为Ra1，电热塞外壳在陶瓷加热体的轴向方向上的刚度为Ra2，满足Ra1<0.01×Ra2的要求；
5.根据权利要求4所述的压燃式内燃机，其特征在于，所述陶瓷加热体与电热塞外壳上陶瓷加热体相对应的部分设置有径向的间隙G，其中G>0.15mm。
6.一种可切换多燃料压燃式内燃机的控制方法，其特征在于，所述控制方法使用权利要求1-5任一项所述的可切换多燃料的压燃式内燃机；
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，还包括步骤(6)：根据步骤(5)判定得到的燃油种类，在瞬时载荷、油门开度、档位信号保持不变的前提下，在燃油种类切换时，通过调整包括喷射时长、喷射次数在内的参数而调整喷油器的燃油喷射量I以保证发动机输出功率和扭矩基本保持稳定；当判定当前喷出从第一燃油切换为第二燃油时，喷油量I增加到之前的1.2至4倍；当判定当前喷出从第二燃油切换为第一燃油时，喷油量I减少到之前的25％至83％；
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，当D>D2时，实际喷油量I的设定满足I＝I1×(w-c)×k的要求，其中w为含水系数，且w＝D/D2；I1为w＝1时的喷油量，c和k为常数，c∈[0,0.35]，k∈[1,1.25]。
9.一种可切换多燃料压燃式内燃机的控制方法，其特征在于，所述控制方法使用权利要求1-5任一项所述的可切换多燃料的压燃式内燃机；
10.根据权利要求6或8或9所述的控制方法，其特征在于，所述不同燃油为柴油、纯甲醇以及含水甲醇，且所述第一燃油为柴油，第二燃油为纯甲醇或含水甲醇。
...【技术特征摘要】
1.一种可切换多燃料的压燃式内燃机，其特征在于，所述压燃式内燃机包括缸体(1)、缸盖(3)、活塞(2)、喷油器(5)、电热塞(6)、电热塞控制单元及发动机控制单元；所述活塞(2)设置于缸体(1)内，所述的缸体(1)、缸盖(3)及活塞(2)形成燃烧室，缸盖(3)盖设于缸体(1)的正上方，所述燃烧室的缸盖(3)上开设有进气道(7)和排气道(4)，所述喷油器(5)和电热塞(6)分别贯穿设置于缸体(1)上或缸盖(3)上，所述喷油器(5)用于向燃烧室或进气管内喷射燃料，所述发动机控制单元用于对喷油器(5)的喷油量、喷油次数和/或喷油时间点进行控制；所述电热塞控制单元用于对电热塞(6)的加热开始时间点、加热结束时间点和/或加热温度进行控制；发动机控制单元和电热塞控制单元分别设置于独立的控制器内或二者集成在同一个控制器内；
2.根据权利要求1所述的压燃式内燃机，其特征在于，陶瓷加热体伸出电热塞外壳的部分长度为6～55mm，且陶瓷加热体伸出电热塞外壳的部分，其顶端的1.4至50mm暴露于喷油器喷出的燃油喷雾中；
3.根据权利要求1所述的压燃式内燃机，其特征在于，所述电热塞控制单元与电热塞的陶瓷加热体电连接，电热塞控制单元通过脉宽调制的方波电压加热所述电热塞，通过方波的占空比调节电热塞的温度，所述方波电压的频率为15至120hz。
4.根据权利要求3所述的压燃式内燃机，其特征在于，所述电热塞外壳和陶瓷加热体之间设置有压力传感元件；所述压力传感元件为压电陶瓷或集成应变片的弹性盘；所述压力传感元件的一端与陶瓷加热体直接或间接连接，另一端和电热塞外壳直接或间接连接；在所述陶瓷加热体与所述电热塞外壳之间设置有弹性支...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：杭州肇鹏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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