專利名稱：：一種燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明提供一種燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)及控制方法，具體涉及一種燃燒發(fā)動機(jī)的燃料配制、供給與燃燒控制。
背景技術(shù)：
：20世紀(jì)70年代以來，隨著電子技術(shù)和尾氣后處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用，內(nèi)燃機(jī)的油耗和有害物排放得到大幅度降低。傳統(tǒng)的汽油機(jī)屬于預(yù)混均質(zhì)燃燒，由于受爆震等諸多因素的限制，壓縮比低，熱效率低，采用電子控制和排氣后處理裝置可使汽油機(jī)達(dá)到極低的排放。與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)壓縮比高，具有較高的熱效率和優(yōu)越的燃油經(jīng)濟(jì)性，但是，傳統(tǒng)柴油機(jī)的燃燒是燃料噴霧的擴(kuò)散燃燒，依靠發(fā)動機(jī)活塞壓縮到接近終點時的高溫使混合氣自燃著火。由于噴霧與空氣的混和時間很短，燃料與空氣混和的嚴(yán)重不均勻，形成高溫濃混合氣區(qū)和高溫火焰區(qū)，導(dǎo)致碳煙和NOx大量生成，采用電控高壓共軌和多次噴油技術(shù)并附以排氣后處理技術(shù)可使柴油機(jī)達(dá)到很低的排放，但成本較高。另一種受到廣泛關(guān)注的燃燒形式，把柴油機(jī)的高壓縮比和汽油機(jī)均質(zhì)預(yù)混合結(jié)合起來，形成了均質(zhì)預(yù)混合壓燃發(fā)動機(jī)，高壓縮比實現(xiàn)高熱效率，均質(zhì)預(yù)混合實現(xiàn)低排放。該發(fā)動機(jī)在進(jìn)氣過程形成均質(zhì)的混合氣，當(dāng)壓縮到上止點附近時均質(zhì)混合氣實現(xiàn)多點自燃著火。由于采用稀混合氣均質(zhì)同時燃燒，沒有火花點火和擴(kuò)散燃燒的局部高溫反應(yīng)區(qū)，使得NOx和PM排放很低，而且具有較高的熱效率。但這種燃燒方式受燃燒邊界條件和燃料化學(xué)協(xié)同控制，沒有汽油機(jī)的火花點火和柴油機(jī)的缸內(nèi)噴油來控制著火時刻，因此，著火時刻難于控制，低負(fù)荷易失火，高負(fù)荷易爆震，運行工況較窄。采用高壓共軌、可變壓縮比、可變氣門正時，進(jìn)氣預(yù)熱等技術(shù)手段可有效拓寬均質(zhì)預(yù)混合壓燃發(fā)動機(jī)的工況范圍，但高壓共軌、可變壓縮比、可變氣門正時等技術(shù)價格昂貴且對發(fā)動機(jī)改造較大，短期內(nèi)難以推廣使用，而進(jìn)氣預(yù)熱時間較長，難以滿足車輛瞬態(tài)控制的實際要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有的均質(zhì)預(yù)混合壓燃(HCCI)發(fā)動機(jī)存在的不足，提出一種燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)及控制方法。本發(fā)明的發(fā)動機(jī)采用靈活燃料，根據(jù)發(fā)動機(jī)的工況實時調(diào)整高辛烷值和高十六垸值燃料的配比，實現(xiàn)高辛烷值和高十六垸值燃料的現(xiàn)場混合，滿足發(fā)動機(jī)在全工況壓燃著火的要求。采用高辛垸值和高十六垸值燃料現(xiàn)場混合和輔助點火技術(shù)是一條相對簡單可行的技術(shù)路線，可滿足內(nèi)燃機(jī)在不同負(fù)荷使用不同辛烷值燃料的要求，即低負(fù)荷在高辛烷值燃料中混入較多的高十六垸值燃料或輔助點火，改善混合燃料的著火性能，使其能夠在較低的負(fù)荷和溫度下可靠著火，并且著火時刻可控；在中等負(fù)荷減少高十六烷值燃料的混入量，在大負(fù)荷采用單一高辛垸值燃料，避免發(fā)動機(jī)爆震。采用以上燃料現(xiàn)場混合壓燃燃燒模式，不但能避免均質(zhì)預(yù)混合壓燃發(fā)動機(jī)在低負(fù)荷失火，還能拓寬其高負(fù)荷工況范圍，提高其動力性，從而使均質(zhì)預(yù)混合壓燃發(fā)動機(jī)具有實用性。本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)，包括有內(nèi)燃機(jī)電子控制單元1、曲軸轉(zhuǎn)角傳感器4、汽缸體5、冷卻水溫度傳感器7、活塞9、爆震傳感器IO、排氣管12、排氣門14、點火線圈和點火模塊17、電荷放大器18、進(jìn)氣門19、凸輪軸位置傳感器20、進(jìn)氣凸輪21、進(jìn)氣溫度傳感器26、進(jìn)氣管27、進(jìn)氣壓力傳感器28、負(fù)荷傳感器2、火花塞式缸壓傳感器16、線性氧傳感器11、高辛垸值燃料噴嘴22和依次與高辛烷值燃料噴嘴22相連接的高辛烷值燃料穩(wěn)壓器23、高辛烷值燃料調(diào)壓器25和高辛垸值燃料箱24、高十六烷值燃料噴嘴32和依次與高十六烷值燃料噴嘴32相連接的高十六烷值燃料穩(wěn)壓器31、高十六烷值燃料調(diào)壓器29和高十六烷值燃料箱30;其中，負(fù)荷傳感器2、火花塞式缸壓傳感器16、線性氧傳感器ll、高辛垸值燃料噴嘴22和高十六烷值燃料噴嘴32均與電子控制單元1相連；線性氧傳感器11的氧傳感器電壓信號43配合進(jìn)氣溫度信號和進(jìn)氣壓力信號確定燃料完全燃燒的空氣質(zhì)量；電子控制單元1接收經(jīng)電荷放大器18轉(zhuǎn)換并放大的火花塞式缸壓傳感器16的缸壓信號40和爆震傳感器10的振動加速度信號44判斷發(fā)動機(jī)的燃燒狀態(tài)；電子控制單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號42判定發(fā)動機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)，01V為起動和怠速狀態(tài)，15V為部分負(fù)荷和全負(fù)荷狀態(tài)；電子控制單元1發(fā)出高十六垸值燃料噴射信號35驅(qū)動高十六烷值燃料噴嘴32;電子控制單元1發(fā)出高辛烷值燃料噴射信號38驅(qū)動高辛烷值燃料噴嘴22;電子控制單元1向點火線圈和點火模塊17發(fā)出點火信號41用于控制內(nèi)燃機(jī)超低溫、低溫起動著火性能的輔助點火時刻和點火能量。一種燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)的控制方法本方法中的失火、爆震采用下述兩種方法中的任何一種進(jìn)行判定1)通過線性氧傳感器信號判定失火如果氧傳感器的輸出電壓值小于該工況的標(biāo)準(zhǔn)值的80%，表明失火；通過爆震傳感器信號判定爆震，如果爆震傳感器的輸出加速度峰值大于該工況的標(biāo)準(zhǔn)值的120%，則表明爆震，2)采用火花塞式缸壓傳感器16測量各個工況的燃燒缸壓，通過電控單元內(nèi)的燃燒分析算法，計算燃燒循環(huán)變動系數(shù)COV，當(dāng)C0V〉0.1或?qū)崪y缸壓峰值小于該工況正常值的40%時，則判定失火，計算單位曲軸轉(zhuǎn)角(CA)的氣缸壓力變化-壓力升高率dP/d(j)，當(dāng)壓力升高率的峰值(dP/d(^)max>5bar/CA時，則判定爆震；對不同工況的控制方法如下1)起動工況發(fā)動機(jī)起動時，電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44和冷卻水溫度傳感器7的溫度信號34，作為冷起動的控制信號；此時電位計式負(fù)荷傳感器2的電壓值V,在01V之間，冷卻水溫度傳感器7的溫度值t"故為起動工況識別的唯一控制信號；起動工況燃料混合比01=0.11,過量空氣系數(shù)小二12，助燃點火提前角(3二-20-5°，點火能量￡=0.l-0.3mj;隨著冷卻水溫度的不斷提高，燃料混合比oc和過量空氣系數(shù)(t)根據(jù)工況動態(tài)變化，直至進(jìn)入怠速穩(wěn)定狀態(tài)；起動工況又分為如下5種情況I)-4(TC〈U〈-1(TC時，電控單元1根據(jù)tw確定發(fā)動機(jī)為超低溫起動工況；確定燃料混合比00=0.61，過量空氣系數(shù)())二11.3，助燃點火提前角(3二-20-10°，點火能量E=0.20.3mJ;根據(jù)起動工況的高十六烷值燃料和高辛烷值燃料脈譜圖以及a=0.6l，<))=11.3確定高十六垸值燃料循環(huán)噴射量QD和高辛垸值燃料循環(huán)噴射量Q"所述的超低溫起動工況的高十六垸值燃料脈譜圖和高辛垸值燃料脈譜圖，通過起動臺架試驗并借助缸壓傳感器信號40確定，確保發(fā)動機(jī)不失火、不爆震；所述的燃料混合比a^每循環(huán)噴入的高十六烷值燃料質(zhì)量QD)/(每循環(huán)噴入的高十六垸值燃料質(zhì)量Q。+每循環(huán)噴入的高辛垸值燃料質(zhì)量QJ;II)-10tXt/二(rC時，電控單元1根據(jù)tw確定發(fā)動機(jī)為低溫起動工況；確定燃料混合比01=0.30.5，過量空氣系數(shù)小=1.11.4;助燃點火提前角|3=-20~-10°;點火能量E=0.20.3mJ;根據(jù)起動工況的高十六烷值燃料脈譜圖和高辛烷值燃料脈譜圖以及a=0.30.5，<|)=1.11.4確定Q。和Q"III)(TC〈tw〈二2(TC時，電控單元1根據(jù)U確定發(fā)動機(jī)為冷起動工況；確定燃料混合比"=0.20.4，過量空氣系數(shù)小=1.21.5，助燃點火提前角(3=-10~-5°，點火能量E=0.10.2mJ;根據(jù)起動工況的高十六垸值燃料脈譜圖和高辛烷值燃料脈譜圖以及a=0.20.4，—1.21.5確定Q。和Q"IV)20。C〈tw《40。C時，電控單元l根據(jù)t,確定發(fā)動機(jī)為常溫起動工況；確定燃料混合比a二O.10.3，過量空氣系數(shù)—l.51.8，無須點火助燃；根據(jù)起動工況的高十六垸值燃料脈譜圖和高辛烷值燃料脈譜圖以及a=0.10.35，—1.51.8確定Q。和Q"V)(TC〈tX二8(TC時，電控單元1根據(jù)tw確定發(fā)動機(jī)為暖機(jī)工況；確定燃料混合比a二O.10.3，過量空氣系數(shù)((Fl.62，無須點火助燃；根據(jù)起動工況的高十六烷值燃料脈譜圖和高辛烷值燃料脈譜圖以及a=0.10.3，小=1.62碗定的Qd和Q"-所述的低溫起動、冷起動、常溫起動和暖機(jī)工況的高十六烷值燃料脈譜圖4和高辛垸值燃料脈譜圖5，通過起動臺架試驗并借助缸壓傳感器信號40確定，確保發(fā)動機(jī)不失火、不爆震；低溫起動、冷起動、常溫起動和暖機(jī)采用相同的高十六垸值燃料脈譜圖和高辛垸值燃料脈譜圖，只是燃料混合比和過量空氣系數(shù)選擇區(qū)間不同；2)怠速工況怠速時，電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44、冷卻水溫度傳感器7的溫度信號34和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器4的曲軸轉(zhuǎn)角信號33作為怠速控制信號；此時電位計式負(fù)荷傳感器2的電壓值V,在01V之間，冷卻水溫度傳感器7的溫度值tw>80°C，控制目標(biāo)怠速8001200rpm;怠速工況時的燃料混合比otK).10.3，過量空氣系數(shù)—1.9-2.5;根據(jù)怠速高十六烷值燃料脈譜圖和高辛烷值燃料脈譜圖以及ot=0.10.3、^1.9-2.5確定Q。和Q"3)部分負(fù)荷和全負(fù)荷工況電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44、冷卻水溫度傳感器7的溫度信號34和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器4的曲軸轉(zhuǎn)角信號33、進(jìn)氣壓力傳感器28的進(jìn)氣壓力信號36、進(jìn)氣溫度傳感器26的進(jìn)氣溫度信號37、凸輪軸位置傳感器20的凸輪軸位置信號39、經(jīng)電荷放大器18轉(zhuǎn)換并放大的火花塞式缸壓傳感器16的缸壓信號40、線性氧傳感器11的氧傳感器電壓信號43、爆震傳感器10的振動加速度信號44作為部分負(fù)荷和全負(fù)荷工況的控制輸入信號；電控單元1根據(jù)部分負(fù)荷和全負(fù)荷工況的高十六烷值燃料脈譜圖和高辛烷值燃料脈譜圖控制高十六烷值燃料噴嘴32和高辛垸值燃料噴嘴22的噴油時刻和脈寬，此時電位計式負(fù)荷傳感器2的電壓值VL在15V之間，冷卻水溫度傳感器7的溫度值tw〉-10°C，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍1000-4000rpm，燃料混合比a二00.3，過量空氣系數(shù)())二l.23.5;步驟2)和步驟3)所述的高十六烷值燃料脈譜圖和高辛烷值燃料脈譜圖，通過怠速、部分負(fù)荷和全負(fù)荷臺架試驗并借助缸壓傳感器信號40確定，確保發(fā)動機(jī)不失火、不爆震；怠速、部分負(fù)荷和全負(fù)荷采用相同的高十六烷值燃料脈譜圖和高辛垸值燃料脈譜圖，只是燃料混合比和過量空氣系數(shù)選擇區(qū)間不同。所述的高辛烷值燃料為汽油或甲醇或乙醇或液化石油氣或天然氣或氫氣。所述的高十六垸值燃料為二甲醚或任何易揮發(fā)的高十六垸值燃料。所述的電控單元l接收線性氧傳感器ll的氧傳感器電壓信號43，當(dāng)實測的過量空氣系數(shù)(()偏離標(biāo)定值5%以上時，即采用PID算法調(diào)節(jié)高十六垸值燃料噴嘴32和高辛烷值燃料噴嘴22的噴油脈寬實現(xiàn)對各工況過量空氣系數(shù)())的閉環(huán)控制。本燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)為無節(jié)氣門且合適的壓縮比范圍在1120之間。本發(fā)明的工作過程發(fā)動機(jī)起動，電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44和冷卻水溫度傳感器7的溫度信號34，作為冷起動的控制信號，控制高十六垸值燃料噴嘴32和高辛烷值燃料噴嘴22的噴油，為了確保燃料壓燃，采用較大的混合比a二O.3-1和過量空氣系數(shù)(|)=1-1.8并在低溫起動時采用火花塞輔助點火。怠速工況，電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44、冷卻水溫度傳感器7的溫度信號34和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器4的曲軸轉(zhuǎn)角信號33作為怠速控制信號，a=0.1-0.3，—1.9-2.5通過調(diào)節(jié)a和(t)可使怠速穩(wěn)定在800-1200rpm。在部分負(fù)荷和全負(fù)荷工況，電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44、冷卻水溫度傳感器7的溫度信號34和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器4的曲軸轉(zhuǎn)角信號33、進(jìn)氣壓力傳感器28的進(jìn)氣壓力信號36、進(jìn)氣溫度傳感器26的進(jìn)氣溫度信號37、凸輪軸位置傳感器20的凸輪軸位置信號39、經(jīng)電荷放大器18轉(zhuǎn)換并放大的火花塞式缸壓傳感器16的缸壓信號40、線性氧傳感器11的氧傳感器電壓信號43、爆震傳感器10的振動加速度信號44作為部分負(fù)荷和全負(fù)荷工況的控制輸入信號，控制高十六垸值燃料噴嘴32和高辛烷值燃料噴嘴22的噴油時刻和脈寬，燃料混合比00=0-0.3，過量空氣系數(shù)—1.2-3.5，負(fù)荷越高，混合比越小，全負(fù)荷時ocaO。采用基于線性氧傳感器11、進(jìn)氣溫度傳感器26和進(jìn)氣壓力傳感器28的過量空氣系數(shù)閉環(huán)控制，當(dāng)過量空氣系數(shù)偏離標(biāo)定值時，即調(diào)節(jié)燃料的混合比OC，實現(xiàn)對燃燒過量空氣系數(shù)())的閉環(huán)控制，確保發(fā)動機(jī)在整個轉(zhuǎn)速(1000-4000rpm)和轉(zhuǎn)矩(25-250N.m)范圍實現(xiàn)較大的功率輸出。采用火花塞式缸壓傳感器測量各個工況的燃燒缸壓，通過電控單元1內(nèi)的燃燒分析算法，如循環(huán)峰值缸壓小于標(biāo)準(zhǔn)值的40%或循環(huán)變動系數(shù)〉0.l，則判定失火，如缸壓升高率dp/de〉5(bar/CA。)，則判定發(fā)動機(jī)在該工況爆震。本發(fā)動機(jī)有如下三種工作模式純髙十六烷值燃料燃燒工作模式(冷卻水溫度-4(TC〈U〈-25X:):在此工作模式下，內(nèi)燃處于超低溫起動工況。高十六垸值燃料由高十六垸值燃料箱30，經(jīng)高十六烷值燃料調(diào)壓器29調(diào)壓后，送至高十六烷值燃料穩(wěn)壓器31，最后由高十六垸值燃料噴嘴32噴入進(jìn)氣道，在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣沖程吸入汽缸。電控單元1根據(jù)t和負(fù)荷傳感器2的電壓信號44確定發(fā)動機(jī)為超低溫起動工況。確定燃料混合比a二l，過量空氣系數(shù)(|)=1-1.3，助燃點火提前角(3=-20—10°，點火能量E=0.2-0.3mJ。按照事先標(biāo)定的燃料噴射脈譜圖將高十六烷值燃料噴入汽缸，確保內(nèi)燃機(jī)在超低溫度下可靠著火。高辛烷值和高十六烷值燃料混合燃燒工作模式(冷卻水溫度t>-l(TC):在此工作模式下，內(nèi)燃機(jī)處于低溫起動、冷起動、常溫起動、曖機(jī)、怠速和部分負(fù)荷工況。高十六烷值燃料由高十六烷值燃料箱30，經(jīng)高十六垸值燃料調(diào)壓器29調(diào)壓后，送至高十六垸值燃料穩(wěn)壓器31，最后由高十六垸值燃料噴嘴32噴入進(jìn)氣道；高辛烷值燃料由高辛烷值燃料箱24，經(jīng)高辛烷值燃料調(diào)壓器25調(diào)壓后，送至高辛烷值燃料穩(wěn)壓器23,最后由高辛垸值燃料噴嘴22噴入進(jìn)氣道，兩種燃料在進(jìn)氣道混合后，在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣沖程吸入汽缸。電控單元1根據(jù)U和負(fù)荷傳感器2的電壓信號44確定發(fā)動機(jī)為起動工況、怠速還是部分負(fù)荷工況，并根據(jù)負(fù)荷傳感器2的電壓信號44選擇高辛烷值燃料和高十六烷值燃料的噴射脈譜并基于線性氧傳感器ll、進(jìn)氣溫度傳感器26、和進(jìn)氣壓力傳感器28實現(xiàn)過量空氣系數(shù)(()的閉環(huán)控制，同時根據(jù)缸壓傳感器16和爆震傳感器10監(jiān)測可能出現(xiàn)的爆震和失火。確定燃料混合比01=0.1-0.5，過量空氣系數(shù)(()=1.2-3.5，助燃點火提前角|3=-10-5°，點火能量E=0.1-0.2mJ。根據(jù)冷卻水溫度tw值決定高十六垸值和高辛垸值燃料的混合比，按照事先標(biāo)定的燃料噴射脈譜圖將高辛烷值和高十六烷值燃料噴入汽缸，確保內(nèi)燃機(jī)實現(xiàn)低溫、常溫可靠起動，及怠速和部分負(fù)荷穩(wěn)定運行。純高辛烷值燃料燃燒工作模式(冷卻水溫度U〉85'C):在此工作模式下，內(nèi)燃處于高負(fù)荷和全負(fù)荷工況，缸內(nèi)溫度較高，內(nèi)燃機(jī)易爆震，此時需采用抗爆性能優(yōu)良的高辛烷值燃料。高辛烷值燃料由高辛烷值燃料箱24，經(jīng)高辛烷值燃料調(diào)壓器25調(diào)壓后，送至高辛烷值燃料穩(wěn)壓器23,最后由高辛烷值燃料噴嘴22噴入進(jìn)氣道，在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣沖程吸入汽缸。電控單元l根據(jù)tw和負(fù)荷傳感器2的電壓信號44確定發(fā)動機(jī)為大負(fù)荷工況。確定燃料混合比oe0，過量空氣系數(shù)(()=1.8-3。按照事先標(biāo)定的燃料噴射脈譜圖將高辛烷值燃料噴入汽缸，并基于線性氧傳感器11、進(jìn)氣溫度傳感器26、和進(jìn)氣壓力傳感器28實現(xiàn)過量空氣系數(shù)())的閉環(huán)控制，同時根據(jù)缸壓傳感器16和爆震傳感器10監(jiān)測可能出現(xiàn)的爆震，確保內(nèi)燃機(jī)在高負(fù)荷和全負(fù)荷工況輸出足夠的功率且不發(fā)生爆震。本發(fā)明的有益效果是，燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)具有HCCI發(fā)動機(jī)的所有優(yōu)點，即高效、超低排放、低溫均質(zhì)燃燒，但卻通過不同工況使用不同辛烷值的靈活燃料并采用電控單元進(jìn)行燃燒的精確控制，大大拓寬了HCCI發(fā)動機(jī)的工況范圍，避免了HCCI發(fā)動機(jī)低負(fù)荷失火、高負(fù)荷爆震，并且可以在循環(huán)內(nèi)控制失火和爆震。相對于柴油機(jī)的高壓共軌、選擇性催化還原(SCR)、顆粒捕集器(DPF)等昂貴技術(shù)，燃料現(xiàn)場混合電控壓燃技術(shù)實現(xiàn)成本低，燃料適應(yīng)性廣，內(nèi)燃機(jī)熱效率可達(dá)到40%以上，N0x排放平均低于50ppm，采用常規(guī)的氧化催化器可使整車排放達(dá)到國4以上標(biāo)準(zhǔn)。圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理中l(wèi)電子控制單元；2負(fù)荷傳感器；3X58齒輪；4曲軸轉(zhuǎn)角傳感器;5汽缸體；6冷卻水套；7冷卻水溫度傳感器；8連桿；9活塞；10爆震傳感器；ll線性氧傳感器；12排氣管；13汽缸蓋；14排氣門；15排氣凸輪；16火花塞式缸壓傳感器；17點火線圈和點火模塊；18電荷放大器;19進(jìn)氣門；20凸輪軸位置傳感器；21進(jìn)氣凸輪；22高辛烷值燃料噴嘴；23高辛烷值燃料穩(wěn)壓器；24高辛烷值燃料箱；25高辛烷值燃料調(diào)壓器；26進(jìn)氣溫度傳感器；27進(jìn)氣管；28進(jìn)氣壓力傳感器；29高十六烷值燃料調(diào)壓器；30高十六烷值燃料箱；31高十六烷值燃料穩(wěn)壓器；32高十六烷值燃料噴嘴；圖2本發(fā)明的超低溫起動工況高十六烷值燃料噴射脈譜中X坐標(biāo)為混合比a^.5-l，Y坐標(biāo)為—l-2，Z坐標(biāo)為超低溫起動工況高十六垸值燃料每缸每循環(huán)噴射量(g/cycle);圖3本發(fā)明的超低溫起動工況高辛垸值燃料噴射脈譜中X坐標(biāo)為混合比a^.5-l，Y坐標(biāo)為((Fl-2，Z坐標(biāo)為超低溫起動工況高辛烷值燃料每缸每循環(huán)噴射量(g/cycle);圖4本發(fā)明的低溫起動、冷起動、常溫起動、暖機(jī)工況高十六垸值燃料噴射脈譜中X坐標(biāo)為混合比oeO-O.5，Y坐標(biāo)為小=1-4，Z坐標(biāo)為低溫起動、冷起動、常溫起動、暖機(jī)工況高十六烷值燃料每缸每循環(huán)噴射量(g/cycle);圖5本發(fā)明的低溫起動、冷起動、常溫起動、暖機(jī)工況高辛垸值燃料噴射脈譜中X坐標(biāo)為混合比06=0-0.5，Y坐標(biāo)為小=1-4，Z坐標(biāo)為低溫起動、冷起動、常溫起動、暖機(jī)工況高辛垸值燃料每缸每循環(huán)噴射量(g/cycle);圖6本發(fā)明的怠速、部分負(fù)荷和全負(fù)荷高十六烷值燃料噴射脈譜圖圖中X坐標(biāo)為混合比a^-0.3，Y坐標(biāo)為([Fl-4，Z坐標(biāo)為怠速、部分負(fù)荷和全負(fù)荷高十六烷值燃料每缸每循環(huán)噴射量(g/cycle);圖7本發(fā)明的怠速、部分負(fù)荷和全負(fù)荷高辛垸值燃料噴射脈譜中X坐標(biāo)為混合比a二0-0.3，Y坐標(biāo)為小二卜4，Z坐標(biāo)為怠速、部分負(fù)荷和全負(fù)荷高辛垸值燃料每缸每循環(huán)噴射量(g/cycle);圖8本發(fā)明的部分及全負(fù)荷轉(zhuǎn)矩脈譜中X坐標(biāo)為高辛烷值燃料每缸每循環(huán)噴射量(g/cycle)，Y坐標(biāo)為高十六烷值燃料每缸每循環(huán)噴射量(g/cycle)，Z坐標(biāo)為每缸每循環(huán)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩(N.m);具體實施方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實施例。如圖1所示，本實施例包括有內(nèi)燃機(jī)電子控制單元1、負(fù)荷傳感器2、X58齒輪3、曲軸轉(zhuǎn)角傳感器4、汽缸體5、冷卻水套6、冷卻水溫度傳感器7、連桿8、活塞9、爆震傳感器IO、線性氧傳感器ll、排氣管12、汽缸蓋13、排氣門14、排氣凸輪15、火花塞式缸壓傳感器16、點火線圈和點火模塊17、電荷放大器18、進(jìn)氣門19、凸輪軸位置傳感器20、進(jìn)氣凸輪21、高辛烷值燃料噴嘴22、高辛烷值燃料穩(wěn)壓器23、高辛垸值燃料箱24、高辛垸值燃料調(diào)壓器25、進(jìn)氣溫度傳感器26、進(jìn)氣管27、進(jìn)氣壓力傳感器28、高十六烷值燃料調(diào)壓器29、高十六垸值燃料箱30、高十六垸值燃料穩(wěn)壓器31、高十六垸值燃料噴嘴32等。內(nèi)燃機(jī)電子控制單元1接收來自曲軸轉(zhuǎn)角傳感器4的曲軸轉(zhuǎn)角信號33計算出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，接收冷卻水溫度傳感器7的冷卻水溫度信號34確定內(nèi)燃機(jī)的熱狀態(tài)，進(jìn)而判定是起動還是正常工況；接收進(jìn)氣壓力傳感器28的進(jìn)氣壓力信號36和進(jìn)氣溫度傳感器26的進(jìn)氣溫度信號37確定進(jìn)氣空氣密度，進(jìn)而計算出實際的進(jìn)入汽缸的空氣質(zhì)量，與線性氧傳感器11的氧傳感器電壓信號43配合確定燃料完全燃燒的空氣質(zhì)量；接收凸輪軸位置傳感器20的凸輪軸位置信號39為多點順序噴射提供判缸參考信號；接收經(jīng)電荷放大器18轉(zhuǎn)換并放大的火花塞式缸壓傳感器16的缸壓信號40和爆震傳感器10的振動加速度信號44判斷發(fā)動機(jī)的燃燒狀態(tài)，實現(xiàn)對爆震和失火的實時在線監(jiān)控；接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號42判定發(fā)動機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)，01V為起動和怠速狀態(tài)，15V為部分負(fù)荷和全負(fù)荷狀態(tài)；發(fā)出高十六烷值燃料噴射信號35驅(qū)動高十六烷值燃料噴嘴32，實現(xiàn)對高十六烷值燃料循環(huán)噴射時刻和噴射量的精確控制；發(fā)出高辛烷值燃料噴射信號38驅(qū)動高辛垸值燃料噴嘴22，實現(xiàn)對高辛垸值燃料循環(huán)噴射時刻和噴射量的精確控制；向點火線圈和點火模塊17發(fā)出點火信號41控制用于改善該內(nèi)燃機(jī)超低溫、低溫起動著火性能的輔助點火時刻和點火能量。電控單元1通過這些輸入和輸出信號的組合和協(xié)同工作實現(xiàn)對內(nèi)燃機(jī)起動、暖機(jī)、怠速、小負(fù)荷、中等負(fù)荷、大負(fù)荷及過渡工況的最優(yōu)控制。本發(fā)明將高辛垸值燃料(汽油、甲醇、乙醇、液化石油氣、天然氣、氫氣等)作為主燃料，將高十六垸值燃料(如二甲醚等)作為輔助燃料，在電控單元的控制下，在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道現(xiàn)場混合，高十六烷值燃料的混入量隨著發(fā)動機(jī)溫度和負(fù)荷的增加，逐漸減少。在超低溫起動階段a〈1并釆用火花塞輔助點火，在冷起動及暖機(jī)階段a〈0.5并采用火花塞輔助點火，在部分負(fù)荷a〈0.3，在大負(fù)荷a〈0.1。采用線性氧傳感器測量各個工況的過量空氣系數(shù)，當(dāng)過量空氣系數(shù)偏離標(biāo)定值時，即調(diào)節(jié)燃料的混合比，實現(xiàn)對燃燒空燃比的閉環(huán)控制；采用火花塞式缸壓傳感器測量各個工況的燃燒缸壓，通過電控單元內(nèi)的燃燒分析算法，如循環(huán)峰值缸壓小于標(biāo)準(zhǔn)值的40%或循環(huán)變動系數(shù)〉0.1，則判定失火，計算單位曲軸轉(zhuǎn)角(CA)的氣缸壓力變化-壓力升高率dP/d小，當(dāng)壓力升高率的峰值(dP/d(())max〉5bar/CA。時，則判定爆震，通過實時調(diào)節(jié)燃料的混合比，可實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)失火和爆震的閉環(huán)控制。通過線性氧傳感器信號判定失火，如果排氣中氧的濃度高于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，表明失火；通過爆震傳感器信號判定爆震，如果爆震傳感器信號的強(qiáng)度超過設(shè)定值，表明爆震，實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)失火和爆震的閉環(huán)控制。一種燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)的控制方法，確定各個工況下的高十六垸值燃料循環(huán)噴射量Q。、高辛垸值燃料循環(huán)噴射量A及(或)助燃點火提前角卩和點火能量E。該方法是按如下過程進(jìn)行控制的1)起動工況發(fā)動機(jī)起動時，電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44和冷卻水溫度傳感器7的溫度信號34，作為冷起動的控制信號。此時電位計式負(fù)荷傳感器2的電壓值W應(yīng)在01V之間，冷卻水溫度傳感器7的溫度值、做為起動工況識別的唯一控制信號。起動工況燃料混合比o^0.11，過量空氣系數(shù)4>=12，助燃點火提前角|3=-20~-5。，點火能量E=0.1-0.3mJ。隨著冷卻水溫度的不斷提高，燃料混合比a和過量空氣系數(shù)小根據(jù)工況動態(tài)變化，直至進(jìn)入怠速穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)-4(TC〈t/-l(TC時，電控單元1根據(jù)t.確定發(fā)動機(jī)為超低溫起動工況。確定燃料混合比06=0.6-1，過量空氣系數(shù)<1)=1-1.3，助燃點火提前角(3=_20-10°，點火能量E=0.20.3mJ。根據(jù)超低溫起動工況高十六烷值燃料脈譜圖2和高辛烷值燃料脈譜圖3以及a=0.6l，小=11.3確定Q。和(^。所述的超低溫起動工況高十六烷值燃料脈譜圖和高辛垸值燃料脈譜圖Q。、通過超低溫起動臺架試驗并借助缸壓傳感器信號40確定。當(dāng)-1(TO〈U《0。C時，電控單元1根據(jù)tw確定發(fā)動機(jī)為低溫起動工況。確定燃料混合比a二0.3-0.5，過量空氣系數(shù)—l.l1.4;助燃點火提前角(3=-20~-10°;點火能量E=0.20.3mJ。根據(jù)起動工況高十六垸值燃料脈譜圖4和高辛烷值燃料脈譜圖5以及a=0.30.5，(|)=1.卜l.4確定Q。和Ql。當(dāng)0XXtX二2(TC時，電控單元l根據(jù)t確定發(fā)動機(jī)為冷起動工況。確定燃料混合比a二O.20.4，過量空氣系數(shù)—l.21.5，助燃點火提前角|3=-10-5°，點火能量E=0.10.2mJ。根據(jù)起動工況高十六烷值燃料脈譜圖4和高辛垸值燃料脈譜圖5以及a=0.20.4，—1.21.5確定Q。和Q"當(dāng)20。C〈U《40。C時，電控單元1根據(jù)tw確定發(fā)動機(jī)為常溫起動工況。確定燃料混合比oc二O.10.3，過量空氣系數(shù)(|)=1.51.8，無須點火助燃。根據(jù)起動工況高十六烷值燃料脈譜圖4和高辛烷值燃料脈譜圖5以及a=0.10.35，小=1.51.8確定0。和(1。當(dāng)40XXt/^8(TC時，電控單元1根據(jù)、確定發(fā)動機(jī)為暖機(jī)工況。確定燃料混合比a二O.1-0.3，過量空氣系數(shù)^1.6-2，無須點火助燃。根據(jù)起動工況高十六烷值燃料脈譜圖4和高辛垸值燃料脈譜圖5以及a二O.10.3，小二L62確定Q。和Q^。所述的起動工況高十六烷值燃料脈譜圖4和高辛烷值燃料脈譜圖5，通過起動臺架試驗并借助缸壓傳感器信號40確定，確保發(fā)動機(jī)不失火、不爆震。低溫起動、冷起動、常溫起動和暖機(jī)采用相同的高十六烷值燃料脈譜圖4和高辛垸值燃料脈譜圖5，只是燃料混合比和過量空氣系數(shù)選擇區(qū)間不同。2)怠速工況怠速時，電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44、冷卻水溫度傳感器7的溫度信號34和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器4的曲軸轉(zhuǎn)角信號33作為怠速控制信號。此時電位計式負(fù)荷傳感器2的電壓值V,應(yīng)在0-1V之間，冷卻水溫度傳感器7的溫度值tw>80°C，控制目標(biāo)怠速8001200rpm。怠速工況燃料混合比a:O.1-0.3，過量空氣系數(shù)(()二l.9-2.5。根據(jù)怠速和部分負(fù)荷高十六垸值燃料脈譜圖6和高辛烷值燃料脈譜圖7以及a=0.10.3，小=1.92.5確定Qd和Ql。3)部分負(fù)荷和全負(fù)荷工況電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44、冷卻水溫度傳感器7的溫度信號34和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器4的曲軸轉(zhuǎn)角信號33、進(jìn)氣壓力傳感器28的進(jìn)氣壓力信號36、進(jìn)氣溫度傳感器26的進(jìn)氣溫度信號37、凸輪軸位置傳感器20的凸輪軸位置信號39、經(jīng)電荷放大器18轉(zhuǎn)換并放大的火花塞式缸壓傳感器16的缸壓信號40、線性氧傳感器11的氧傳感器電壓信號43、爆震傳感器10的振動加速度信號44，根據(jù)高十六烷值燃料和高辛烷值燃料的噴射脈譜圖6和圖7，控制高十六烷值燃料噴嘴32和高辛烷值燃料噴嘴22的噴油時刻和脈寬，實現(xiàn)發(fā)動機(jī)全轉(zhuǎn)速、全負(fù)荷范圍穩(wěn)定運行。此時電位計式負(fù)荷傳感器2的電壓值、應(yīng)在15V之間，冷卻水溫度傳感器7的溫度值t〉-l(TC，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍1000-4000rpm，燃料混合比a二00.3，過量空氣系數(shù)—1.23.5。所述的高十六烷值燃料脈譜圖6和高辛垸值燃料脈譜圖7，通過怠速、部分負(fù)荷和全負(fù)荷臺架試驗并借助缸壓傳感器信號40確定，確保發(fā)動機(jī)不失火、不爆震。怠速、部分負(fù)荷和全負(fù)荷采用相同的高十六烷值燃料脈譜圖6和高辛烷值燃料脈譜圖7，只是燃料混合比和過量空氣系數(shù)選擇區(qū)間不同。本實施例中的控制脈譜是按如下方法確定的(1)脈普圖的確定定義負(fù)荷傳感器2的輸出電壓值V,二1V為最小轉(zhuǎn)矩點，Vl=5V為最大轉(zhuǎn)矩點。根據(jù)燃料混合比01=0-0.3，過量空氣系數(shù)小=1.2-3.5，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)原理確定各工況下的基本Q。和Q^并據(jù)此計算出對應(yīng)理論轉(zhuǎn)矩T，確定最小轉(zhuǎn)矩值Train。及對應(yīng)的Q^。和Q^,值和最大轉(zhuǎn)矩值T^。及對應(yīng)的Qk。和Ql,。僮。在負(fù)荷傳感器2的輸出電壓值V,二1V時，在指定的、進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)臺架試驗，固定內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速為1000-4000rpm的某個值，如n(rpm)，以Q。由。和Qu誠為參考值采用PID算法調(diào)整Qu和Ql，獲得最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩Tn,及對應(yīng)的循環(huán)噴油量Qmttw、Qui,和混合比ah,并測量對應(yīng)的過量空氣系數(shù)()httw。在負(fù)荷傳感器2的輸出電壓值V^5V時，在指定的tw進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)臺架試驗，固定內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速為1000-4000rpm的某個值，如n(rpm)，以Qd隨o和QL,。為參考值采用PID算法調(diào)整Q。和Q,，獲得最大穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩TV^及對應(yīng)的循環(huán)噴油量QD"-tw、Q^,和混合比ot5—一并測量對應(yīng)的過量空氣系數(shù)())5f以負(fù)荷傳感器2的輸出電壓值V,(15V)為橫坐標(biāo)，以某轉(zhuǎn)速n,某U的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩T(IVn-rtT5t一為縱坐標(biāo),通過線性插值確定其它負(fù)荷傳感器輸出電壓值Vi對應(yīng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩TVn—tw，從而建立某轉(zhuǎn)速n，某tw下負(fù)荷傳感器輸出電壓V,與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩T間的線性關(guān)系，插值公式如下Ti-n-tw_Tlttw十(V廣l)(T5-n—tw-Tlttw)/4其中V,為負(fù)荷傳感器2的輸出電壓(V)TV^為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n、冷卻水溫度溫度tw、負(fù)荷傳感器2的輸出電壓值l(V)時的發(fā)動機(jī)最小轉(zhuǎn)矩(N.m);Ts言tw為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n、冷卻水溫度溫度U、負(fù)荷傳感器2的輸出電壓值V^5(V)時的發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩(N.m);Ti-^為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n、冷卻水溫度溫度U、負(fù)荷傳感器2的輸出電壓值值VfVi(V)時的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩(N.m),i=l,l.l,l,2....5，V尸1(V)，VL8=1.8(V)，V5=5(V);對以上插值得到的所有轉(zhuǎn)矩L.l-n-tw,丄l.2-n-tw丄1.3-n-yw，丄1.4-n陽tw，'■T4.9-n-tw，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)原理計算出對應(yīng)的QD1■l-n-tw和QL1■l-n-tw.....Q。4.9-n-tw禾QQ".9-n-tw，進(jìn)行該轉(zhuǎn)速和冷卻水溫度下的內(nèi)燃機(jī)臺架試驗，分別以QDU.n.nv和.l-n-tw，.....Qo4.9-n-tw禾口Qu^.n.uv為參考值采用PID算法調(diào)整Qd和使得發(fā)動機(jī)輸出的實測轉(zhuǎn)矩分別達(dá)到或接近插值得到的Ti.l-n陽tw，Ti2陽n陽tw，3.n-tw，.....T49陽n-tw，得到實際高十六垸值燃料和高辛烷值燃料噴油量分別為Qm.L^和Qu.1-m，.....Q。4.9w和Q!4.9-m，、實際轉(zhuǎn)矩分別為Tu.nr.tw,Tu脊tw,Tl3w，.....T4.9.nr.tw，實測的過量空氣系數(shù)f.^r.tw,小1.2-nr-tw,小1.3-nr-tw，.....小4.9-nr-tw，實測的混合比Otu.nr.tw，ai2-nr-tw，a[3-nr-tw，.....a4.9-nr-tw0完成所有冷卻水溫度tJ-10-90°C)、轉(zhuǎn)速(n-1000-4000rpm)和負(fù)荷(Vrl-5V)的內(nèi)燃機(jī)臺架試驗，最后得到該發(fā)動機(jī)全速(r^l000-4000rpm)、全負(fù)荷(Vrl-5V)的QD、Ql、a和())脈譜圖，如表1所示。其它n，如『1826rpm和Vi，如Vi=2.58V的Qd,Ql,小和T采用二維插值得到?；诒?中的數(shù)據(jù)，采用二維插值，確定不同轉(zhuǎn)速n和冷卻水溫度下t的高十六垸值燃料脈譜圖6和高辛垸值燃料脈譜圖7及其對應(yīng)扭矩脈譜圖8。表l發(fā)動機(jī)全速、全負(fù)荷控制脈譜(冷卻水溫度t)<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>(2)噴油量閉環(huán)控制表1及其對應(yīng)的高十六烷值燃料脈譜圖6、高辛烷值燃料脈譜圖7和扭矩脈譜圖8為該發(fā)動機(jī)開環(huán)控制脈譜圖，但隨著發(fā)動機(jī)使用年限的增加，噴油嘴精度的下降，各工況的實際供油量和混合比會與標(biāo)定值之間產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)性能下降，為此必須對發(fā)動機(jī)的高十六烷值燃料和高辛垸值燃料噴射量實行閉環(huán)控制。在內(nèi)燃機(jī)臺架上進(jìn)行全工況控制脈譜標(biāo)定時，測得了各個轉(zhuǎn)速n和負(fù)荷VL下的過量空氣系數(shù)([)i-n。電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44、曲軸轉(zhuǎn)角傳感器4的曲軸轉(zhuǎn)角信號33(獲得發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n)、線性氧傳感器11的氧傳感器電壓信號43(獲得過量空氣系數(shù)^-:J，進(jìn)氣溫度傳感器26的溫度信號37、和進(jìn)氣壓力傳感器28的壓力信號36，從控制脈譜中調(diào)出將該工況的標(biāo)定過量空氣系數(shù)(|^與線性氧傳感器11測得的實際過量空氣系數(shù)(l)i-n。進(jìn)行比較，如果相對誤差大于5%，則采用PID算法調(diào)節(jié)高十六烷值燃料噴嘴32和高辛烷值燃料噴嘴22的噴射脈寬，使線性氧傳感器11測得的實際過量空氣系數(shù)(j),.nc)重新接近標(biāo)定的過量空氣系數(shù)小L。，實現(xiàn)對燃料噴射的閉環(huán)控制。(3)失火和爆震控制基于氧傳感器電壓信號43的噴油閉環(huán)控制基本可保證發(fā)動機(jī)不會失火和爆震，但為了避免意外的失火和爆震，導(dǎo)致排放急劇增加和發(fā)動機(jī)損壞，本系統(tǒng)采用2種技術(shù)手段控制失火和爆震。a、采用缸壓傳感器16檢測各個工況下的缸壓峰值并與正常的缸壓峰值比較，如實測缸壓峰值小于該工況正常值的4Cm或燃燒循環(huán)變動系數(shù)C0V〉0.1，則判定發(fā)動機(jī)在該工況失火；如實測缸壓的壓力升高率dp/de大于5(bar/CA。)，則判定發(fā)動機(jī)在該工況爆震。該方法可監(jiān)測發(fā)動機(jī)每個循環(huán)的爆震。b、采用線性氧傳感器11檢測失火，如某工況該氧傳感器的輸出電壓值小于該工況的標(biāo)準(zhǔn)值的80%,則判定發(fā)動機(jī)在該工況失火；采用爆震傳感器10檢測爆震，如某工況在指定的頻段內(nèi)該爆震傳感器的輸出加速度峰值大于該工況的標(biāo)準(zhǔn)值的120%，則判定發(fā)動機(jī)在該工況爆震。一旦檢測到失火，采用PID算法增加高十六垸值燃料的噴射量并減少高辛烷值燃料噴射量，使燃燒恢復(fù)正常。一旦檢測到爆震，采用PID算法減少高十六烷值燃料的噴射量并增加高辛烷值燃料噴射量，使燃燒恢復(fù)正常。本實施例對各種工況作了如下實驗實驗發(fā)動機(jī)為1臺索菲姆80.47直列4缸單頂置凸輪軸渦輪增壓柴油機(jī)，排量2.5L，最大功率85KW/3800r.min"，最大扭矩245N.m/1900r.min"。按圖1所示改造成高十六烷值和高辛垸值燃料現(xiàn)場混合壓燃式內(nèi)燃機(jī)，未安裝催化轉(zhuǎn)換器。實驗選用的高十六垸值燃料為二甲醚(C2H60)，高辛烷值燃料為丙垸(C3H8)。用一臺奧地利AVL公司生產(chǎn)的DiGas4000排放分析儀，分別測量發(fā)動機(jī)各個運行工況下的HC、C0和N0x排放。1)起動實驗(tw二18。C,Vl二0-IV)電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44和冷卻水溫度傳感器7的溫度信號34，作為起動的控制信號。此時電位計式負(fù)荷傳感器2的電壓值W在0-1V之間，冷卻水溫度傳感器7的溫度值t^l8。C。燃料混合比01=0.2，過量空氣系數(shù)(|)=1.4;該溫度起動無需火花塞輔助點火，根據(jù)事先標(biāo)定的U=18°C的起動工況Qd、QL脈譜圖進(jìn)行高十六烷值和高辛烷值燃料噴射。電控單元1根據(jù)t和負(fù)荷傳感器2的電壓信號44確定發(fā)動機(jī)為常溫起動工況，根據(jù)冷卻水溫度U確定高十六垸值和高辛垸值燃料的混合比并調(diào)用相應(yīng)的Q。、QL脈譜圖。電控單元1驅(qū)動高辛烷值燃料噴嘴22以0.0274g/cycle的噴油量和高十六烷值燃料噴嘴32以0.0068g/cycle的噴油量將高辛烷值燃料和高十六垸值燃料同時噴入進(jìn)氣道。實驗結(jié)果表明，在冷卻水溫度為1S。C，按以上的高辛垸值燃料和高十六烷值燃料噴射量，發(fā)動機(jī)能順利起動，DiGas4000排放分析儀測得HC排放為567ppm,CO排放為0.7%,NOx排放為18ppm。而采用單一燃料異辛垸(c諷8)壓燃的HC排放為1423ppm,CO排放為1."/。,NOx排放為29ppm。原因是通過丙垸和二甲醚現(xiàn)場混合使得混合燃料的辛烷值(RON)降低到大約80低于單一燃料異辛烷的100，燃料的著火性能大大提高，起動容易，燃燒迅速，排放物得到較大降低。2)怠速實驗(t=82°C，V^0.5V)電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44和冷卻水溫度傳感器7的溫度信號34，作為起動的控制信號。此時電位計式負(fù)荷傳感器2的電壓Vf0.5V，冷卻水溫度傳感器7的溫度值t=82°C。燃料混合比06=0.15，過量空氣系數(shù)())=2.5，怠速轉(zhuǎn)速為800rpm。根據(jù)事先標(biāo)定的的怠速工況Q。、Q^脈譜圖進(jìn)行高十六烷值和高辛烷值燃料噴射。電控單元1根據(jù)t和負(fù)荷傳感器2的電壓信號44確定發(fā)動機(jī)為怠速工況，根據(jù)冷卻水溫度k確定高十六烷值和高辛烷值燃料的混合比并調(diào)用相應(yīng)的QD、Q^脈譜圖。電控單元1驅(qū)動高辛垸值燃料噴嘴22以0.0159g/cycle的噴油量和高十六烷值燃料噴嘴32以0.0028g/cycle的噴油量將高辛垸值燃料和高十六烷值燃料同時噴入進(jìn)氣道。為了確保怠速穩(wěn)定，應(yīng)采用較部分負(fù)荷濃的混合氣。實驗結(jié)果表明，在冷卻水溫度為S2。C，按以上的高辛垸值燃料和高十六烷值燃料噴射量，發(fā)動機(jī)怠速能夠穩(wěn)定在800±5rpm，DiGas4000排放分析儀測得HC排放為331ppm，CO排放為0.5%,NOx排放為Uppm。而采用單一燃料異辛烷(QH,s)壓燃的HC排放為741ppm，CO排放為0.8%，NOx排放為23ppm。原因是通過丙烷和二甲醚現(xiàn)場混合使得混合燃料的辛垸值(RON)降低到大約90低于單一燃料異辛烷的100，在較高冷卻水溫度下氣態(tài)燃料丙烷和二甲醚較液態(tài)燃料異辛烷更易于與空氣的混合，混合氣更稀、燃燒更完全，排放物得到進(jìn)一步降低。3)中等負(fù)荷實驗(n=2000rpm，tw=90。C，VL=3V)電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44和冷卻水溫度傳感器7的溫度信號34，作為起動的控制信號。此時電位計式負(fù)荷傳感器2的電壓V^3V，冷卻水溫度傳感器7的溫度值t^90。C。燃料混合比ot^.1，過量空氣系數(shù)小二2.7，轉(zhuǎn)速為2000rpm。根據(jù)事先標(biāo)定的的部分負(fù)荷工況Q。、Qt脈譜圖進(jìn)行高十六烷值和高辛垸值燃料噴射。電控單元1根據(jù)U和負(fù)荷傳感器2的電壓信號44確定發(fā)動機(jī)為部分負(fù)荷工況，根據(jù)冷卻水溫度U確定高十六烷值和高辛烷值燃料的混合比并調(diào)用相應(yīng)的Q。、QL脈譜圖。電控單元1驅(qū)動高辛烷值燃料噴嘴22以0.0153g/cycle的噴油量和高十六垸值燃料噴嘴32以0.0017g/cycle的噴油量將高辛烷值燃料和高十六烷值燃料同時噴入進(jìn)氣道。實驗結(jié)果表明，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速2000rpm，冷卻水溫度為9(TC，負(fù)荷傳感器2的電壓V,二3V，按以上的高辛烷值燃料和高十六烷值燃料噴射量，DiGas4000排放分析儀測得HC排放為223ppm，CO排放為0.4%,NOx排放為24ppm。而采用單一燃料異辛垸(c晶8)壓燃的HC排放為411ppm,CO排放為0.5%,NOx排放為27ppm。原因是通過丙烷和二甲醚現(xiàn)場混合使得混合燃料的辛垸值(RON)降低到大約等于單一燃料異辛烷的100，但在較高冷卻水溫度下氣態(tài)燃料丙烷和二甲醚較液態(tài)燃料異辛垸更易于與空氣的混合，混合氣可更稀、燃燒更完全，HC和CO排放物得到進(jìn)一步降低，但NOx排放有所提高，原因是燃燒較完全，導(dǎo)致缸內(nèi)溫度提高。4)大等負(fù)荷實驗(n=3000rpm，tw=90°C,VL=5V)電控單元1接收負(fù)荷傳感器2的電壓信號44和冷卻水溫度傳感器7的溫度信號34，作為起動的控制信號。此時電位計式負(fù)荷傳感器2的電壓V^5V，冷卻水溫度傳感器7的溫度值U=90°C。燃料混合比a二0，過量空氣系數(shù)小=2.5，轉(zhuǎn)速為3000rpm。根據(jù)事先標(biāo)定的的大負(fù)荷工況d脈譜圖進(jìn)行高辛烷值燃料噴射。電控單元1根據(jù)t和負(fù)荷傳感器2的電壓信號44確定發(fā)動機(jī)為全負(fù)荷工況，根據(jù)混合比調(diào)用相應(yīng)的d脈譜圖。電控單元1驅(qū)動高辛烷值燃料噴嘴22以0.0175g/cycle的噴油量將高辛烷值燃料噴入進(jìn)氣道。實驗結(jié)果表明，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速3000rpm，冷卻水溫度為90°C，負(fù)荷傳感器2的電壓V^5V，按以上的高辛垸值燃料噴射量，發(fā)動機(jī)功率為72Kw，而原柴油機(jī)為75Kw。DiGas4000排放分析儀測得HC排放為156ppm，CO排放為0.2。/。,NOx排放為58ppm。而采用單一燃料異辛烷((:必18)壓燃在(1)=3時的HC排放為254ppm，CO排放為0.3%,N(^排放為39ppm。原因是丙垸使得燃料的辛烷值(RON)升高到大約130大于單一燃料異辛烷的100，使得高辛烷值燃料的抗爆能力遠(yuǎn)高于異辛烷，發(fā)動機(jī)可在較高轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下穩(wěn)定工作，不會發(fā)生爆震。但較高的冷卻水溫度和負(fù)荷使得燃燒速度更快，HC和CO排放物進(jìn)一步降低,但NOx排放有較大提高，原因是混合氣較濃且燃燒更完全，導(dǎo)致缸內(nèi)溫度更高。異辛烷由于辛垸值較低，抗爆能力較差，過量空氣系數(shù)(()〈3將會發(fā)生爆震，限制了其負(fù)荷范圍的拓寬。上述的發(fā)動機(jī)臺架試驗結(jié)果表明，采用本發(fā)明提供的燃料現(xiàn)場混合壓燃發(fā)動機(jī)及控制方法，可以在較寬廣的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍實現(xiàn)低排放，特別是N0x排放低于100ppm，該發(fā)動機(jī)大負(fù)荷功率接近原柴油機(jī)的水平。該技術(shù)將為車用內(nèi)燃機(jī)達(dá)到歐4以上排放標(biāo)準(zhǔn)提供一條有效的技術(shù)途徑。權(quán)利要求1、一種燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)，包括有內(nèi)燃機(jī)電子控制單元(1)、曲軸轉(zhuǎn)角傳感器(4)、汽缸體(5)、冷卻水溫度傳感器(7)、活塞(9)、爆震傳感器(10)、排氣管(12)、排氣門(14)、點火線圈和點火模塊(17)、電荷放大器(18)、進(jìn)氣門(19)、凸輪軸位置傳感器(20)、進(jìn)氣凸輪(21)、進(jìn)氣溫度傳感器(26)、進(jìn)氣管(27)、進(jìn)氣壓力傳感器(28)；其特征在于還包括有負(fù)荷傳感器(2)、火花塞式缸壓傳感器(16)、線性氧傳感器(11)、高辛烷值燃料噴嘴(22)和依次與高辛烷值燃料噴嘴(22)相連接的高辛烷值燃料穩(wěn)壓器(23)、高辛烷值燃料調(diào)壓器(25)和高辛烷值燃料箱(24)、高十六烷值燃料噴嘴(32)和依次與高十六烷值燃料噴嘴(32)相連接的高十六烷值燃料穩(wěn)壓器(31)、高十六烷值燃料調(diào)壓器(29)和高十六烷值燃料箱(30)；其中，負(fù)荷傳感器(2)、火花塞式缸壓傳感器(16)、線性氧傳感器(11)、高辛烷值燃料噴嘴(22)和高十六烷值燃料噴嘴(32)均與電子控制單元(1)相連；線性氧傳感器(11)的氧傳感器電壓信號(43)配合進(jìn)氣溫度信號和進(jìn)氣壓力信號確定燃料完全燃燒的空氣質(zhì)量；電子控制單元(1)接收經(jīng)電荷放大器(18)轉(zhuǎn)換并放大的火花塞式缸壓傳感器(16)的缸壓信號(40)和爆震傳感器(10)的振動加速度信號(44)判斷發(fā)動機(jī)的燃燒狀態(tài)；電子控制單元(1)接收負(fù)荷傳感器(2)的電壓信號(42)判定發(fā)動機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)，0～1V為起動和怠速狀態(tài)，1～5V為部分負(fù)荷和全負(fù)荷狀態(tài)；電子控制單元(1)發(fā)出高十六烷值燃料噴射信號(35)驅(qū)動高十六烷值燃料噴嘴(32)；電子控制單元(1)發(fā)出高辛烷值燃料噴射信號(38)驅(qū)動高辛烷值燃料噴嘴(22)；電子控制單元(1)向點火線圈和點火模塊(17)發(fā)出點火信號(41)用于控制內(nèi)燃機(jī)超低溫、低溫起動著火性能的輔助點火時刻和點火能量。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)，其特征在于本燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)為無節(jié)氣門且壓縮比范圍在1120之間。3、權(quán)利要求1所述的一種燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)的控制方法，其特征在于本方法中的失火、爆震采用下述兩種方法中的任何一種進(jìn)行判定1)通過線性氧傳感器信號判定失火如果氧傳感器的輸出電壓值小于該工況的標(biāo)準(zhǔn)值的80%，表明失火；通過爆震傳感器信號判定爆震，如果爆震傳感器的輸出加速度峰值大于該工況的標(biāo)準(zhǔn)值的120%，則表明爆震，2)采用火花塞式缸壓傳感器16測量各個工況的燃燒缸壓，通過電控單元內(nèi)的燃燒分析算法，計算燃燒循環(huán)變動系數(shù)C0V，當(dāng)C0V〉0.1或?qū)崪y缸壓峰值小于該工況正常值的40%時，則判定失火，計算單位曲軸轉(zhuǎn)角(CA)的氣缸壓力變化-壓力升高率dP/d(()，當(dāng)壓力升高率的峰值(dP/d()))max>5bar/CA時，則判定爆震；對不同工況的控制方法如下1)起動工況發(fā)動機(jī)起動時，電控單元(1)接收負(fù)荷傳感器(2)的電壓信號(44)和冷卻水溫度傳感器(7)的溫度信號(34)，作為冷起動的控制信號；此時電位計式負(fù)荷傳感器(2)的電壓值VL在01V之間，冷卻水溫度傳感器(7)的溫度值t.做為起動工況識別的唯一控制信號；起動工況燃料混合比oe0.11，過量空氣系數(shù)())二12，助燃點火提前角(3=-20-5°，點火能量E二O.l-0.3mj;隨著冷卻水溫度的不斷提高，燃料混合比a和過量空氣系數(shù)(()根據(jù)工況動態(tài)變化，直至進(jìn)入怠速穩(wěn)定狀態(tài)；起動工況又分為如下五種情況I)-40°C〈tw〈-l(TC時，電控單元(1)根據(jù)tw確定發(fā)動機(jī)為超低溫起動工況；確定燃料混合比00=0.61，過量空氣系數(shù)(|)=11.3，助燃點火提前角(3二-20~-10°,點火能量E二O.20.3mJ;根據(jù)起動工況的高十六垸值燃料和高辛垸值燃料脈譜圖以及a二0.61，(|)=11.3確定高十六烷值燃料循環(huán)噴射量QD和高辛烷值燃料循環(huán)噴射量Qj所述的超低溫起動工況的高十六垸值燃料脈譜圖和高辛垸值燃料脈譜圖，通過起動臺架試驗并借助缸壓傳感器信號(40)確定，確保發(fā)動機(jī)不失火、不爆震；所述的燃料混合比(^(每循環(huán)噴入的高十六烷值燃料質(zhì)量QD)/(每循環(huán)噴入的高十六垸值燃料質(zhì)量Q。+每循環(huán)噴入的高辛烷值燃料質(zhì)量QJ;II)-10TXtXKTC時，電控單元(1)根據(jù)t.確定發(fā)動機(jī)為低溫起動工況；確定燃料混合比06=0.30.5，過量空氣系數(shù)—l.11.4;助燃點火提前角p=-20-10°;點火能量E=0.20.3mJ;根據(jù)起動工況的高十六垸值燃料和高辛烷值燃料脈譜圖以及a=0.30.5，—1.11.4確定QD和Q匕；III)(TC〈1v^2CrC時，電控單元(1)根據(jù)L確定發(fā)動機(jī)為冷起動工況；確定燃料混合比00=0.20.4，過量空氣系數(shù)<1)=1.21.5，助燃點火提前角P=-10~-5°，點火能量E=0.10.2mJ;根據(jù)起動工況高十六垸值燃料和高辛烷值燃料脈譜圖以及a二0.20.4，—1.21.5確定Q。和Q"IV)2(TC〈"U〈二4(TC時，電控單元(1)根據(jù)tw確定發(fā)動機(jī)為常溫起動工況；確定燃料混合比oc二O.10.3，過量空氣系數(shù)—l.51.8，無須點火助燃；根據(jù)起動工況高十六烷值燃料和高辛垸值燃料脈譜圖以及a二O.10.35，(()=1.51.8碗定Qd和QuV)0TXtX二8(TC時，電控單元(1)根據(jù)U確定發(fā)動機(jī)為暖機(jī)工況；確定燃料混合比oc二O.10.3，過量空氣系數(shù)(|)=1.62,無須點火助燃；根據(jù)起動工況高十六垸值燃料和高辛垸值燃料脈譜圖以及a=0.10.3，小二1.62確定Qd和Q,.;所述的低溫起動、冷起動、常溫起動和暖機(jī)工況的高十六垸值燃料脈譜圖和高辛烷值燃料脈譜圖，通過起動臺架試驗并借助缸壓傳感器信號(40)確定，確保發(fā)動機(jī)不失火、不爆震；低溫起動、冷起動、常溫起動和暖機(jī)采用相同的高十六烷值燃料脈譜圖和高辛垸值燃料脈譜圖，只是燃料混合比和過量空氣系數(shù)選擇區(qū)間不同；2)怠速工況怠速時，電控單元(1)接收負(fù)荷傳感器(2)的電壓信號(44)、冷卻水溫度傳感器(7)的溫度信號(34)和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器(4)的曲軸轉(zhuǎn)角信號(33)作為怠速控制信號；此時電位計式負(fù)荷傳感器(2)的電壓值W在01V之間，冷卻水溫度傳感器(7)的溫度值t》8(TC，控制目標(biāo)怠速8001200rpm;怠速工況時的燃料混合比a二O.10.3，過量空氣系數(shù)小=1.9-2.5;根據(jù)怠速高十六垸值燃料脈譜圖和高辛垸值燃料脈譜圖以及a=0.10.3、(j)二1.9一2.5確定Q。和Qu3)部分負(fù)荷和全負(fù)荷工況電控單元(1)接收負(fù)荷傳感器(2)的電壓信號(44)、冷卻水溫度傳感器(7)的溫度信號(34)和曲軸轉(zhuǎn)角傳感器(4)的曲軸轉(zhuǎn)角信號(33)、進(jìn)氣壓力傳感器(28)的進(jìn)氣壓力信號(36)、進(jìn)氣溫度傳感器(26)的進(jìn)氣溫度信號(37)、凸輪軸位置傳感器(20)的凸輪軸位置信號(39)、經(jīng)電荷放大器(18)轉(zhuǎn)換并放大的火花塞式缸壓傳感器(16)的缸壓信號(40)、線性氧傳感器(11)的氧傳感器電壓信號(43)、爆震傳感器(10)的振動加速度信號(44)作為部分負(fù)荷和全負(fù)荷工況的控制輸入信號；電控單元(1)根據(jù)部分負(fù)荷和全負(fù)荷工況的燃料噴射脈譜圖控制高十六垸值燃料噴嘴(32)和高辛烷值燃料噴嘴(22)的噴油時刻和脈寬，此時電位計式負(fù)荷傳感器(2)的電壓值VL在15V之間，冷卻水溫度傳感器(7)的溫度值t》-l(TC，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍1000-4000rpm，燃料混合比00=00.3，過量空氣系數(shù)(KL23.5;步驟2)和步驟3)所述的高十六烷值燃料脈譜圖和高辛烷值燃料脈譜圖，通過怠速、部分負(fù)荷和全負(fù)荷臺架試驗并借助缸壓傳感器信號(40)確定，確保發(fā)動機(jī)不失火、不爆震；怠速、部分負(fù)荷和全負(fù)荷采用相同的高十六垸值燃料脈譜圖和高辛垸值燃料脈譜圖，只是燃料混合比和過量空氣系數(shù)選擇區(qū)間不同。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)的控制方法，其特征在于所述的高辛垸值燃料為汽油或甲醇或乙醇或液化石油氣或天然氣或氫氣。5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)的控制方法，其特征在于所述的高十六垸值燃料為二甲醚或任何易揮發(fā)的高十六烷值燃料。6、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)的控制方法，其特征在于所述的電控單元(1)接收線性氧傳感器(11)的氧傳感器電壓信號(43)，當(dāng)實測的過量空氣系數(shù)(K扁離標(biāo)定值5%以上時，即采用PID算法調(diào)節(jié)高十六烷值燃料噴嘴(32)和高辛垸值燃料噴嘴(22)的噴油脈寬實現(xiàn)對各工況過量空氣系數(shù)(J)的閉環(huán)控制。全文摘要本發(fā)明提供一種燃料現(xiàn)場混合壓燃內(nèi)燃機(jī)及控制方法，具體涉及一種燃燒發(fā)動機(jī)的燃料配制、供給與燃燒控制。本發(fā)明采用高辛烷值和高十六烷值燃料現(xiàn)場混合和輔助點火技術(shù)，可滿足內(nèi)燃機(jī)在不同負(fù)荷使用不同辛烷值燃料的要求，即低負(fù)荷在高辛烷值燃料中混入較多的高十六烷值燃料或輔助點火，改善混合燃料的著火性能，使其能夠在較低的負(fù)荷和溫度下可靠著火，并且著火時刻可控；在中等負(fù)荷減少高十六烷值燃料的混入量，在大負(fù)荷采用單一高辛烷值燃料，避免發(fā)動機(jī)爆震。采用以上燃料現(xiàn)場混合壓燃燃燒模式，不但能避免均質(zhì)預(yù)混合壓燃發(fā)動機(jī)在低負(fù)荷失火，還能拓寬其高負(fù)荷工況范圍，提高其動力性，從而使均質(zhì)預(yù)混合壓燃發(fā)動機(jī)具有實用性。文檔編號F02D43/00GK101215996SQ20081005641公開日2008年7月9日申請日期2008年1月18日優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日發(fā)明者紀(jì)常偉申請人:北京工業(yè)大學(xué)