[發明專利]一種單缸柴油機摻燒氣態甲醇燃料的控制系統及方法

有效

• 申請號: 202010433995.6
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111677592B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 王忠;張宇;劉帥;李瑞娜
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F02D19/08
• 分類號: F02D19/08;F02D41/00;F02D41/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種單缸柴油機摻燒氣態甲醇燃料的控制系統及方法，結合單缸柴油機的轉速?排氣溫度圖、單缸柴油機功率?轉速圖所劃分的多個部分，分別根據轉速與溫度、功率之間的關系選取最佳摻燒比α_w，甲醇控制單元根據采集的油門開度、排氣溫度、轉速和柴油機進氣道壓力，控制電控雙開半圓閥的開合進而調節甲醇的摻燒比。本發明在實現了甲醇摻燒比與單缸柴油機運行工況的最佳匹配，同時兼顧單缸柴油機摻燒甲醇的安全性和單缸柴油機摻燒甲醇的動力性。

技術領域

本發明屬于單缸柴油機領域，涉及一種單缸柴油機摻燒氣態甲醇燃料的控制系統及方法。

背景技術

柴油機具有壓縮比高、適應性好、熱效率高等優點，是農業、交通運輸等領域的主要動力源，但是柴油機工作時生成的NOx、HC、PM等污染物，會造成大氣污染。2019年我國石油對外依存度超過70％，為了減少對石油資源的依賴，我國開展了推廣甲醇清潔替代燃料的應用工作。甲醇具有含氧量高、來源廣泛、價格低等特點。單缸柴油機是我國小型農業機械的主要動力，在單缸柴油機中摻燒甲醇，對于有效降低排放，降低石油的依賴，保護環境具有重要意義。

目前，柴油機摻燒甲醇的主要方法有：甲醇/柴油燃料直接摻混法、進氣道甲醇噴射法。應用柴油和甲醇燃料直接摻混法，不必對單缸柴油機進行改動，但存在甲醇/柴油形成的混合燃料易分層，甲醇的摻混量低，冷啟動差，形成的混合燃料比例無法根據柴油機的工況進行調節等問題。進氣道甲醇噴射法適用于大型的多缸柴油機，進氣道甲醇噴射系統的結構復雜，精確度要求高，難以在單缸柴油上應用。

發明內容

為了解決現有技術中的不足，本發明針對單缸柴油機的特性提出了一種單缸柴油機摻燒氣態甲醇燃料的控制系統及方法，根據單缸柴油機的油門位置、轉速和排氣溫度等參數，確定最佳摻燒比，實現了甲醇摻燒比與單缸柴油機運行工況的最佳匹配。

本發明所采用的技術方案如下：

一種單缸柴油機摻燒氣態甲醇燃料的控制系統，包括設置在進氣管上的甲醇管道和進氣管壓差傳感器，所述甲醇管道上裝有電控雙開半圓閥，所述電控雙開半圓閥和進氣管壓差傳感器均與甲醇控制單元之間信號連接，進氣管壓差傳感器用于測量柴油機進氣道中的壓力，所述甲醇控制單元還分別連接油門位置傳感器、排氣溫度傳感器和轉速傳感器，所述甲醇控制單元根據采集的油門開度、排氣溫度、轉速和柴油機進氣道壓力，控制電控雙開半圓閥的開合進而調節甲醇的摻燒比。

進一步，所述電控雙開半圓閥包括2個相對設置的半圓擋片，在每個半圓擋片相同側的一端裝有齒輪，齒輪與對應的半圓擋片焊接為一體，并可繞齒輪的軸心旋轉，兩個齒輪可以相互嚙合；其中一個齒輪與步進電機輸出軸上的齒輪嚙合，通過步進電機的工作，可以控制2個半圓擋片相向或者反向轉動，最終可以實現對電控雙開半圓閥開度的調節；

進一步，進氣管壓差傳感器包括沿進氣管1的側壁面設置的橡膠膜片，橡膠膜片的上表面通過運動塊連接霍爾元件，運動塊具有磁性；霍爾元件通過數據線連接甲醇控制單元；當柴油機運行時，由于橡膠膜片上下表面的壓力差，橡膠膜片發生形變，帶動運動塊上下移動，霍爾元件將運動塊的位移信號轉化為電勢差并輸入甲醇控制單元，甲醇控制單元根據電勢差計算出柴油機進氣道中的壓力P_j；

進一步，所述甲醇的摻燒比α與電控雙開半圓閥的開度的關系表示為：其中，甲醇的流量C為流量系數，θ為電控雙開半圓閥的開度角，r為管道的半徑，P_j是柴油機進氣道中的壓力，T_w是甲醇管道中的溫度，P_x為甲醇管道中氣態甲醇的壓力，M_d為柴油的消耗。

一種單缸柴油機摻燒氣態甲醇燃料的控制方法，包括如下步驟：

步驟1、甲醇控制單元根據油門開度、轉速和排氣溫度判斷柴油機是否在工作區域間；若在工作區域間內，則開始摻燒甲醇；若不在工作區域間內則不摻燒甲醇，單缸柴油機僅以純柴油模式運行；