一种汽柴油掺混灵活燃料发动机燃料在线检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电控发动机控制技术领域，特别是关于一种汽柴油掺混灵活燃料发动 机燃料在线检测方法。
【背景技术】
[0002] 传统柴油机通常采用高压缩比压燃的方式，热效率较高，但是其氮氧化物和颗粒 物的排放存在此消彼长的矛盾关系，且氮氧化物的排放和热效率正相关，后处理设备昂贵。 均质压燃燃烧理论不但具有同时降低氮氧化物和颗粒物排放的潜力，而且不影响热效率， 因此成为柴油机改善的重要方向。但是，无论是汽油还是柴油，在实现均质压燃燃烧的过程 中都遇到了很多问题。这些问题中，很多都是由于燃料的性能限制所造成的。例如，汽油由 于具有良好的挥发性，容易形成均质混合气，因而被认为是均质压燃燃烧模式的理想燃料。 然而，大量的研宄表明，汽油燃料虽然容易形成均质混合气，但是其燃烧过程控制面临着巨 大的问题，无论是燃烧始点的控制，还是燃烧放热率的控制都没有简单易行的可控手段或 方案。而柴油与汽油不同，其挥发性较差，自燃性好，很难形成均质混合气。此外，无论是汽 油还是柴油，其炼制设备都是规模非常庞大的投资，期望炼油厂短时间内改变炼制工艺，制 造某种符合需求的燃料是不实际的。
[0003] 因此，在原有汽油、柴油燃烧的基础上进行掺混，通过将两种燃料混合形成新的燃 料用于均质压燃燃烧成为一种可行的方法。研宄表明，各种比例的汽柴油掺混燃料都可以 用于传统柴油机下进行压燃燃烧。然而，汽柴油掺混燃料进行压燃燃烧所面临的问题就是 需要在线检测燃料的掺混比例来实现最优的控制。目前的发动机电控系统并不具备燃料检 测和自适应控制能力。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种快速准确检测掺混比例的汽柴油掺混灵 活燃料发动机在线检测方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种汽柴油掺混灵活燃料发动机燃 料在线检测方法，包括以下步骤：1)采用燃料在线检测动力系统设备，其包括发动机电控 单元、灵活燃料压燃发动机、压阻式缸压传感器以及燃料识别电控单元；其中，所述燃料识 别电控单元包括循环喷油量计算模块、累计放热量计算模块、燃料体积热值计算模块和燃 料识别模块；2)发动机电控单元实时采集灵活燃料压燃发动机的燃油温度、轨压和喷射时 间信号，并通过CAN总线将轨压和喷射时间信号发送到循环喷油量计算模块，将燃油温度 发送到燃料识别模块；3)压阻式缸压传感器实时采集灵活燃料压燃发动机的缸压信号并 发送到累计放热量计算模块；4)循环喷油量计算模块根据接收到的轨压和喷射时间以及 预先标定的喷油器特性曲线表，得到循环喷油量，也即循环喷油的体积，并发送到燃料体 积热值计算模块；5)累计放热量计算模块根据缸压信号计算循环累计放热量Q ahk，并发送 到燃料体积热值计算模块；6)燃料体积热值计算模块根据循环累计放热量Qahk和循环喷 油量计算掺混燃料的体积热值，并发送到燃料识别模块；7)燃料识别模块根据接收到的掺 混燃料的体积热值和燃油温度，以及预先标定的不同温度下的汽柴油掺混燃料的体积热值 Qmumi与掺混比例BR关系对应的MP图，得到当前时刻汽柴油掺混燃料的掺混比例BR ;8) 燃料识别模块通过CAN总线将掺混燃料的掺混比例BR反馈到发动机电控单元，发动机电动 单元根据掺混比例BR进行闭环控制。
[0006] 所述步骤5)中，循环累计放热量Qahk的计算包括以下步骤：
[0007] ①首先，根据灵活燃料压燃发动机的几何参数和所处的曲轴转角位置，计算当前 的气缸容积V，计算公式为：
[0008]
【主权项】
1. 一种汽柴油掺混灵活燃料发动机燃料在线检测方法，包括以下步骤： 1) 采用燃料在线检测动力系统设备，其包括发动机电控单元、灵活燃料压燃发动机、压 阻式缸压传感器以及燃料识别电控单元；其中，所述燃料识别电控单元包括循环喷油量计 算模块、累计放热量计算模块、燃料体积热值计算模块和燃料识别模块； 2) 发动机电控单元实时采集灵活燃料压燃发动机的燃油温度、轨压和喷射时间信号， 并通过CAN总线将轨压和喷射时间信号发送到循环喷油量计算模块，将燃油温度发送到燃 料识别模块； 3) 压阻式缸压传感器实时采集灵活燃料压燃发动机的缸压信号并发送到累计放热量 计算模块； 4) 循环喷油量计算模块根据接收到的轨压和喷射时间以及预先标定的喷油器特性曲 线表，得到循环喷油量，也即循环喷油的体积，并发送到燃料体积热值计算模块； 5) 累计放热量计算模块根据缸压信号计算循环累计放热量Qahk，并发送到燃料体积热 值计算模块； 6) 燃料体积热值计算模块根据循环累计放热量Qahk和循环喷油量计算掺混燃料的体 积热值，并发送到燃料识别模块； 7) 燃料识别模块根据接收到的掺混燃料的体积热值和燃油温度，以及预先标定的不同 温度下的汽柴油掺混燃料的体积热值Qu^ bk与掺混比例BR关系对应的MP图，得到当前 时刻汽柴油掺混燃料的掺混比例BR ; 8) 燃料识别模块通过CAN总线将掺混燃料的掺混比例BR反馈到发动机电控单元，发动 机电动单元根据掺混比例BR进行闭环控制。
2. 如权利要求1所述的一种汽柴油掺混灵活燃料发动机燃料在线检测方法，其特征在 于：所述步骤5)中，循环累计放热量Qahk的计算包括以下步骤： ① 首先，根据灵活燃料压燃发动机的几何参数和所处的曲轴转角位置，计算当前的气 缸容积V，计算公式为：
其中，V。为气缸剩余容积，π为3. 14, D为气缸直径，r为曲轴半径，^ :为当前曲轴转 角，1为连杆长度； ② 基于热力学第一定律，计算当前气缸容积V内汽柴油掺混燃烧放热的瞬时放热率 ROHR ：
其中，γ为气缸内混合气的绝热指数，P为压阻式缸压传感器采集的缸压，QwS缸壁传 热造成的热损失； ③ 对得到的瞬时放热率ROHR进行积分，将处于不同曲轴转角位置的放热量进行累加， 即可得到循环累计放热量Qahk:
3.如权利要求1或2所述的一种汽柴油掺混灵活燃料发动机燃料在线检测方法，其特 征在于：所述步骤7)中，所述不同温度下的汽柴油掺混燃料的体积热值(^，_与掺混比例 BR关系对应的MP图的获得，包括以下步骤： ① 以柴油和汽油作为基础燃料，定义汽柴油掺混燃料的掺混比例BR为：
其中，Vd为掺混燃料中柴油的体积，Ve为掺混燃料中汽油的体积； ② 根据汽柴油掺混燃料的掺混比例BR，计算不同温度下汽柴油掺混燃料的密度pbk: P BK= -0. 0024 · T+0. 0528 · BR+O. OOll · T · BR+0. 8066， 其中，T为汽柴油掺混燃料的温度； ③ 根据汽柴油掺混燃料的掺混比例BR和密度P BK，计算得到汽柴油掺混燃料的体积Vbk 为
其中，P C为汽油的密度，P D为柴油的密度； ④ 根据汽柴油掺混燃料的掺混比例BR和体积Vbk，计算汽柴油掺混燃料的体积热值 与掺混比例BR、密度P BK的关系； 汽柴油掺混燃料的体积热值Qmv，v，BK为：
其中，Qum C为汽油的体积热值，Q UWAD为柴油的体积热值； 将步骤②中密度P BK代入上式，即可得到汽柴油掺混燃料的体积热值Q _^^与掺混比 例BR、密度Pbk的关系为：
⑤ 将不同温度下汽柴油掺混燃料的密度P BK代入，即可得到不同温度下汽柴油掺混燃 料的掺混比例BR与体积热值Qu^ ￥^的关系。
【专利摘要】本发明涉及一种汽柴油掺混灵活燃料发动机燃料在线检测方法，其特征在于：采用动力设备包括发动机电控单元、灵活燃料压燃发动机、压阻式缸压传感器以及燃料识别电控单元；燃料识别电控单元包括循环喷油量计算模块、累计放热量计算模块、燃料体积热值计算模块和燃料识别模块；发动机电控单元采集燃油温度、轨压和喷射时间，压阻式缸压传感器采集缸压发送到燃料识别电控单元；循环喷油量计算模块计算循环喷油量发送到燃料体积热值计算模块；累计放热量计算模块计算循环累计放热量发送到燃料体积热值计算模块；燃料体积热值计算模块计算掺混燃料的体积热值发送到燃料识别模块；燃料识别模块计算掺混比例并反馈到发动机电控单元进行闭环控制。本发明可以广泛应用于发动机燃料的在线检测。
【IPC分类】G01N25-22, F02D19-08
【公开号】CN104632435
【申请号】CN201410743712
【发明人】王金力, 杨福源, 欧阳明高
【申请人】清华大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月8日