一种燃料现场混合点燃内燃机及控制方法

摘要

本发明提供一种燃料现场混合点燃内燃机及控制方法，具体涉及一种燃烧发动机的燃料配制、供给与燃烧控制。本发明的内燃机增加了一套高十六烷值和高辛烷值燃料供给和控制系统，该系统包括混合燃料电子控制单元(8)、高辛烷值燃料箱(9)、高辛烷值燃料压力调节器(10)、高辛烷值燃料喷嘴(13)、高十六烷值燃料喷嘴(14)、高十六烷值燃料压力调节器(17)、高十六烷值燃料箱(18)；通过控制高辛烷值燃料喷嘴、高十六烷值燃料喷嘴和点火模块实现对高辛烷值燃料和高十六烷值燃料的现场混和、混合比控制、过量空气系数控制及点火控制。本发明避免传统单燃料火花点火内燃机在冷起动的失火，还能改善怠速性能并有效提高内燃机的中高速性能，实现内燃机全工况节能减排的目标。

主权项

一种燃料现场混合点燃内燃机的控制方法，其特征在于：所述燃料现场混合点燃内燃机，包括电控火花点火内燃机用于运行控制的曲轴转角位置传感器(1)、冷却水温度传感器(2)、进气温度传感器(3)、进气压力传感器(4)、节气门位置传感器(5)、爆震传感器(6)、线性氧传感器(7)、点火模块(11)、火花塞(12)、电子节气门(15)、内燃机进气管(16)、内燃机活塞(19)、内燃机气缸(20)、内燃机排气管(21)；还包括一套高十六烷值和高辛烷值燃料供给和控制系统，该系统包括混合燃料电子控制单元(8)、高辛烷值燃料箱(9)、高辛烷值燃料压力调节器(10)、高辛烷值燃料喷嘴(13)、高十六烷值燃料喷嘴(14)、高十六烷值燃料压力调节器(17)、高十六烷值燃料箱(18)；曲轴转角位置传感器(1)、冷却水温度传感器(2)、进气温度传感器(3)、进气压力传感器(4)、节气门位置传感器(5)、爆震传感器(6)、线性氧传感器(7)通过电缆与混合燃料电子控制单元(8)相连；混合燃料电子控制单元(8)通过点火模块(11)连接火花塞(12)；混合燃料电子控制单元(8)通过电缆分别连接电子节气门(15)，高辛烷值燃料喷嘴(13)，高十六烷值燃料喷嘴(14)；高辛烷值燃料箱(9)、高辛烷值燃料压力调节器(10)和高辛烷值燃料喷嘴(13)通过不锈钢管或耐压软管依次连接，高辛烷值燃料喷嘴(13)固连在内燃机进气管(16)上；高十六烷值燃料箱(18)、高十六烷值燃料压力调节器(17)和高十六烷值燃料喷嘴(14)通过不锈钢管或耐压软管依次连接，高十六烷值燃料喷嘴(14)固连在内燃机进气管(16)上；其特征在于采用如下控制策略：燃料混合比α＝QD/(QD+QL)；过量空气系数λ＝ma/(QDAFD+QLAFL)其中：QD为每循环喷入气缸的高十六烷值燃料质量；QL为每循环喷入气缸的高辛烷值燃料质量；ma为根据进气温度Ta和进气压力Pa计算每缸的循环进气质量ma＝PaVdρv/nRTa；Vd为内燃机的排量，ρv为内燃机充气效率，n为内燃机气缸数；AFD为高十六烷值燃料的理论空燃比，AFL为高辛烷值燃料的理论空燃比；QL＝ma/[((α/(1‑α))AFD+AFL)λ](1)QD＝αma/[((α/(1‑α))AFD+AFL)λ(1‑α)](2)1)起动工况：内燃机起动时，混合燃料电子控制单元(8)接收来自曲轴转 角位置传感器(1)的信号获得内燃机的转速，当转速大于250转/分钟时，发出混和燃料点火控制信号(a)通过点火模块(11)使火花塞(12)发火，同时发出高辛烷值燃料喷射信号(b)使高辛烷值燃料喷嘴(13)喷射高辛烷值燃料，发出高十六烷值燃料喷射信号(c)使高十六烷值燃料喷嘴(14)喷射高十六烷值燃料，实现内燃机起动；根据冷却水温度Tw和线性氧传感器(7)的空燃比信号确定起动工况的燃料混合比α、过量空气系数λ和点火角β；起动工况燃料混合比α＝0.1‑1，过量空气系数λ＝0.4‑1，点火角β＝0‑6°；起动工况又分为如下5种情况：I)‑40℃＜Tw＜‑10℃时，混合燃料电子控制单元(8)根据Tw确定内燃机为超低温起动工况；超低温起动应采用α＝0.7‑1和λ＝0.4‑0.8；II)‑10℃＝＜Tw＜＝0℃时，混合燃料电子控制单元(8)根据Tw确定内燃机为低温起动工况；低温起动应采用α＝0.6‑0.8和λ＝0.6‑1；III)0℃＜Tw＜＝20℃时，混合燃料电子控制单元(8)根据Tw确定内燃机为冷起动工况；冷起动应采用α＝0.5‑0.7和λ＝0.8‑1；IV)20℃＜Tw＜＝40℃时，混合燃料电子控制单元(8)根据Tw确定内燃机为常温起动工况；常温起动应采用α＝0.3‑0.6和λ＝0.9‑1；V)40℃＜Tw＜＝80℃时，混合燃料电子控制单元(8)根据Tw确定内燃机为暖机工况；暖机工况应α＝0.1‑0.3和λ＝1；2)怠速工况：混合燃料电子控制单元(8)接收曲轴转角位置传感器(1)的曲轴转角信号，冷却水温度传感器(2)的冷却水温度信号，节气门位置传感器(5)的节气门位置信号，线性氧传感器(7)的空燃比信号，发出混和燃料点火控制信号(a)通过点火模块(11)使火花塞(12)发火，同时发出高辛烷值燃料喷射信号(b)使高辛烷值燃料喷嘴(13)喷射高辛烷值燃料，发出高十六烷值燃料喷射信号(c)使高十六烷值燃料喷嘴(14)喷射高十六烷值燃料，发出电子节气门控制信号(d)，通过调整电子节气门(15)的开度、燃料混合比α和点火角β实现内燃机稳定的怠速运行；当Tw＜＝80℃时，控制目标怠速1000rpm，当Tw＞＝80℃时，控制目标怠速800rpm；怠速工况时的燃料混合比α＝0.1‑0.3，过量空气系数λ＝1，点火角β＝0‑12°；3)部分负荷和全负荷工况：混合燃料电子控制单元(8)接收曲轴转角位置传感器(1)的曲轴转角信号，冷却水温度传感器(2)的冷却水温度信 号，进气温度传感器(3)的进气温度信号，进气压力传感器(4)的进气压力信号，节气门位置传感器(5)的节气门位置信号，爆震传感器(6)的燃烧压力信号，线性氧传感器(7)的空燃比信号，发出混和燃料点火控制信号(a)通过点火模块(11)使火花塞(12)发火，同时发出高辛烷值燃料喷射信号(b)使高辛烷值燃料喷嘴(13)喷射高辛烷值燃料，发出高十六烷值燃料喷射信号(c)使高十六烷值燃料喷嘴(14)喷射高十六烷值燃料，发出电子节气门控制信号(d)，通过调整电子节气门(15)的开度、燃料混合比α和点火角β实现内燃机的部分负荷和全负荷运行，实现的内燃机转速为1000‑8000rpm；燃料混合比α＝0‑0.3，过量空气系数λ＝1，点火角β＝6‑30°。