[发明专利]一种燃料现场混合点燃内燃机及控制方法

权利要求书

1.一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＝Q_D/(Q_D+Q_L)；过量空气系数λ＝m_a/(Q_DAF_D+Q_LAF_L)

其中：Q_D为每循环喷入气缸的高十六烷值燃料质量；Q_L为每循环喷入气缸 的高辛烷值燃料质量；m_a为根据进气温度T_a和进气压力P_a计算每缸的循环进 气质量m_a＝P_aV_dρ_v/nRT_a；V_d为内燃机的排量，ρ_v为内燃机充气效率，n为内燃机 气缸数；AF_D为高十六烷值燃料的理论空燃比，AF_L为高辛烷值燃料的理论空燃 比；

Q_L＝m_a/[((α/(1-α))AF_D+AF_L)λ](1)

Q_D＝αm_a/[((α/(1-α))AF_D+AF_L)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T_w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℃＜T_w＜-10℃时，混合燃料电子控制单元(8)根据T_w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℃＝＜T_w＜＝0℃时，混合燃料电子控制单元(8)根据T_w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℃＜T_w＜＝20℃时，混合燃料电子控制单元(8)根据T_w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℃＜T_w＜＝40℃时，混合燃料电子控制单元(8)根据T_w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℃＜T_w＜＝80℃时，混合燃料电子控制单元(8)根据T_w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T_w＜＝80℃时，控制目标怠速1000rpm，当T_w＞＝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°。