本發(fā)明屬于內(nèi)燃機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于柴油機的可變氣門正時與噴油正時兩種策略聯(lián)合的控制方法。
背景技術(shù)：
柴油機具有熱效率高、動力性強等特點而被廣泛應(yīng)用，然而在能源短缺和環(huán)境惡化的雙重壓力下，傳統(tǒng)的擴散燃燒模式會導(dǎo)致大量的氮氧化物(NOx)和碳煙的排放。近年來，后處理技術(shù)的發(fā)展使其能在一定程度上解決排放問題。但是由于成本高昂而且要求發(fā)動機在特定工況下運行，其應(yīng)用受到一定限制。為了從根本上解決問題，研究人員愈發(fā)關(guān)注對于缸內(nèi)燃燒方式的探索。先后提出了均質(zhì)壓燃(HCCI)、預(yù)混壓燃(PCCI)和反應(yīng)活性控制壓燃(RCCI)等先進的燃燒模式。其中，PCCI模式采用缸內(nèi)早噴配合廢氣再循環(huán)(EGR)可有效降低放熱率；另外，由于采用單一燃料，與HCCI、RCCI兩種燃燒方式相比更具實用性。
在PCCI模式中，為了給油/氣混合提供充足時間，往往采用較早的噴油時刻(SOI)，但是當(dāng)噴油時刻過早，著火點提前，會導(dǎo)致最高爆發(fā)壓力和壓力升高率急劇增加，發(fā)動機工作粗暴，并且隨負(fù)荷增加，問題會進一步惡化。為了實現(xiàn)對于著火點的控制以及降低放熱率，目前較為有效的手段是采用可變氣門正時(VVT)技術(shù)。VVT技術(shù)通過調(diào)整進氣門關(guān)閉的時刻來控制有效壓縮比，進而降低壓縮溫度與壓力，通過控制進氣充量的熱力學(xué)狀態(tài)來控制燃燒相位。此外，進氣門關(guān)閉時刻(IVC)的滯后有利于降低泵氣損失，提高燃油經(jīng)濟性。然而，IVC滯后會導(dǎo)致進氣回流，發(fā)動機充量系數(shù)降低，進氣量減少，不利于燃料充分燃燒，因此需要采用進氣增壓技術(shù)來提高進氣壓力，從而保證充足氧氣量供燃料燃燒。另外，EGR的使用可從熱力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)方面降低燃燒溫度，降低放熱率，從而降低NOx排放。
因此，選取適當(dāng)?shù)目勺儦忾T正時及噴油正時策略，對所有直噴柴油機的燃燒及排放性能影響十分明顯。此外，當(dāng)前燃燒模式發(fā)展的另一個難點是負(fù)荷的拓展，為了實現(xiàn)全負(fù)荷下高效清潔的燃燒策略，VVT技術(shù)和噴油正時的耦合控制以及進氣參數(shù)的協(xié)同調(diào)整至關(guān)重要。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是，提供一種基于重載柴油機可變氣門正時(VVT)技術(shù)耦合噴油正時策略的控制方法，以實現(xiàn)發(fā)動機在全負(fù)荷范圍內(nèi)高效清潔燃燒。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：采用VVT技術(shù)與噴油正時策略相互耦合，通過不同負(fù)荷下對可變氣門正時策略、噴油正時策略的選擇、以及進氣參數(shù)的協(xié)同控制，在燃燒負(fù)荷模式切換的同時，實現(xiàn)發(fā)動機在全負(fù)荷工況下的高效清潔燃燒，所述控制方法的步驟如下：
(1)發(fā)動機低負(fù)荷燃燒時，采用進氣門晚關(guān)或過晚關(guān)策略，晚關(guān)時采用的增壓壓力為2bar，過晚關(guān)時采用的增壓壓力為3bar，噴油時刻采用上止點前10–15°CA，同時采用50％以上的EGR率來降低NOx排放。
(2)發(fā)動機中負(fù)荷燃燒時，進氣門不可過晚關(guān)，選擇上止點前104–110°CA，并采用3±0.2bar的增壓壓力，同時配合40％–50％的EGR率，噴油時刻采用上止點前10°CA，以保證著火點在上止點左右。
(3)發(fā)動機高負(fù)荷燃燒時，噴油時刻推遲至上止點后2–4°CA，進氣門關(guān)閉固定在上止點前113–115°CA，進氣壓力進一步增加至3.5–4bar，并配合40％以下的EGR率來避免碳煙排放。
當(dāng)發(fā)動機在中、低負(fù)荷運行時，采用早噴預(yù)混合燃燒策略，在高負(fù)荷下，采用晚噴低溫燃燒策略。
該發(fā)動機配備可變氣門正時機構(gòu)、高壓共軌燃油系統(tǒng)、兩級渦輪增壓系統(tǒng)以及廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，可實現(xiàn)對于進氣門關(guān)閉時刻IVC，噴油時刻SOI，進氣壓力以及EGR率等多個發(fā)動機參數(shù)的靈活控制。
本發(fā)明的優(yōu)點和產(chǎn)生的積極效果是：
(1)在原有樣機基礎(chǔ)上，在不增加設(shè)備成本(后處理系統(tǒng)、復(fù)合燃料供給系統(tǒng))的前提下，通過詳細優(yōu)化不同負(fù)荷下的參數(shù)配置，實現(xiàn)高效清潔燃燒策略；
(2)在全負(fù)荷條件下均可滿足Euro 5排放法規(guī)；
(3)在中、低負(fù)荷下指示油耗率(ISFC)可保持在195g/kWh以下。
附圖說明
所示附圖是發(fā)動機早噴預(yù)混燃燒和晚噴低溫燃燒協(xié)同控制方法的邏輯說明圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖并通過實施例對本發(fā)明方法原理以及具體實施過程作進一步詳細的解釋，需要說的是本實施例是敘述性的，不以此限定本發(fā)明的適用范圍。
在汽車摩托車或汽油發(fā)動機中，活塞頂離曲軸中心最大距離時的位置稱為上止點。文中BTDC表示上止點前，CABTDC表示相對于上止點的提前角。
基于重載柴油機VVT技術(shù)耦合噴油正時策略的控制方法，采用可變氣門正時技術(shù)與噴油正時策略相互耦合，通過不同負(fù)荷下對可變氣門正時策略、噴油正時策略的選擇、以及進氣參數(shù)的協(xié)同控制，在燃燒負(fù)荷模式切換的同時，實現(xiàn)發(fā)動機在全負(fù)荷工況下的高效清潔燃燒。
控制方法的步驟如下：
(1)發(fā)動機低負(fù)荷燃燒時，采用進氣門晚關(guān)或過晚關(guān)策略，晚關(guān)時采用的增壓壓力為2bar，過晚關(guān)時采用的增壓壓力為3bar，噴油時刻采用上止點前10–15°CA，同時采用50％以上的EGR率來降低NOx排放。
低負(fù)荷時平均指示有效壓力(IMEP)為:0.5–0.7MPa?？刹捎眠M氣門晚關(guān)(115°CA BTDC)或者過晚關(guān)(70°CA BTDC)兩種策略。
采用進氣門晚關(guān)(LIVC)的積極作用有兩個：(1)通過降低有效壓縮比來降低壓縮溫度，從而降低燃燒溫度，最終降低NOx排放；(2)降低泵氣損失，改善燃油經(jīng)濟性。為了解決LIVC引起的充量系數(shù)降低的問題，采用渦輪增壓技術(shù)彌補進氣量不足。
對于晚關(guān)策略(115°CA BTDC)，配合以較低增壓壓力；對于過晚關(guān)策略(70°CA BTDC)，配合以較高的進氣壓力，從而避免油/氣混合不充分而導(dǎo)致碳煙排放增加。
為了實現(xiàn)燃油經(jīng)濟性最優(yōu)化，噴油時刻選擇10–15°CA BTDC，以使著火點(CA50)在上止點附近，從而確保燃燒過程更為接近定容燃燒。由于采用上止點前噴油策略，部分燃燒發(fā)生在壓縮沖程，燃燒溫度較高，雖然采用進氣門晚關(guān)，但是仍然易產(chǎn)生NOx排放，故需要使用較高的EGR率(本實施例采用60％)，來進一步降低NOx排放。
(2)發(fā)動機中負(fù)荷燃燒時，進氣門不可過晚關(guān)，選擇上止點前104–110°CA，并增壓壓力，同時配合40％–50％的EGR率，噴油時刻采用上止點前10°CA，以保證著火點在上止點左右。
中負(fù)荷時平均指示有效壓力(IMEP)為1.0–1.2MPa，隨著噴油量進一步提高，進氣門關(guān)閉時刻不可過晚，以免進氣量不足而導(dǎo)致碳煙排放增加。通過優(yōu)化計算，進氣門關(guān)閉時刻保持在106°CA BTDC，采用進氣壓力為3bar，EGR率維持在40–50％，以保證充足的氧氣量供燃油燃燒。
(3)發(fā)動機高負(fù)荷燃燒時，噴油時刻推遲至上止點后2–4°CA，進氣門關(guān)閉固定在上止點前113–115°CA，進氣壓力進一步增加至3.5–4bar，并配合40％以下的EGR率來避免碳煙排放。
高負(fù)荷時IMEP為:1.6–1.8MPa，噴油時刻推遲至上止點后3°CA，從而避免過高的缸壓和壓力升高率。進氣門關(guān)閉時刻保持在114°CA BTDC；進氣壓力進一步增加至4bar，并配合低EGR率來避免碳煙排放。由于采用晚噴策略，燃燒發(fā)生在膨脹沖程，燃燒溫度降低，從而避免高NOx排放，但在一定程度上要犧牲燃油經(jīng)濟性。
采用該套策略可使該發(fā)動機在全負(fù)荷條件下滿足Euro 5排放法規(guī)，在中、低負(fù)荷下指示油耗率(ISFC)可保持在195g/kWh以下。
本發(fā)明從燃燒模式上可總結(jié)為：中、低負(fù)荷下采用早噴部分預(yù)混合燃燒模式，高負(fù)荷下采用晚噴低溫燃燒模式。在不同負(fù)荷下，通過對多參數(shù)的協(xié)同控制，靈活切換燃燒模式，實現(xiàn)全負(fù)荷工況范圍內(nèi)燃油經(jīng)濟性和NOx以及碳煙排放的最優(yōu)化。