[发明专利]SBS逻辑生物柴油传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种名为SBS(软件生物柴油传感器)的内燃机(压燃式或火花塞点燃式)的逻辑传感器，用于识别存在于车辆油箱内的柴油/生物柴油混合物，其使用基于软件的算法来识别FAME(脂肪酸甲酯)植物基油组分或由混入基于柴油的原油中的有机废物(平均化学式C₁₂H₂₃)所产生的油组分，然后将发动机控制策略作为这些组分的函数进行调整。

背景技术

在柴油机或压燃(CI)式发动机中，空气(通常由很少的受控组分的残余气体稀释)受到大约12到20的容积比的压缩，在压缩冲程接近活塞的上止点(TDC)位置时，液态燃料喷入汽缸。

由于在注入时汽缸内容物的压力和温度非常高，第一滴注入的燃油一进入汽缸就开始化学反应。

图1示出了在现代压燃式发动机中完成燃烧过程的主要部件。燃料从油箱1经适合的滤清器2传送到高压泵3，高压泵将压力130到200MPa的燃料运送到所有燃油喷射器(6a到d)共用的燃油轨4中。电控单元7(ECU)收集发动机速度、温度、油压5和载荷目标的信息，并调整发动机控制参数以优化喷射的数量和其持续时间，从而实现载荷目标和废弃污染的要求。燃油喷雾器产生适合各燃烧室几何形状9的雾化状态8。

但是，在压燃式发动机中，化学反应开始很慢，以至于只有在被称作燃烧滞后的一段可感知的时间之后才发生燃烧的通常表现，例如可测压力升高。喷射和燃烧滞后的组合体现了燃烧第一阶段的特征。

紧随燃烧滞后期的是压力升高，其取决于所用的燃油、相对于汽缸所获得的空气的燃油喷射的总量(空气-燃油比A/F)、分配全部燃油的喷射次数和喷射发生时的曲轴角(CA)值。

被称做阶段3的燃烧的第三阶段在到达最大的燃烧室压力后开始。排气阶段将决定废气(NO_X、颗粒物、乙醛等)中不同后燃烧产品的性质和容积，该阶段同样在很大程度上受到适当的多喷射策略的影响。

图2示出了柴油发动机的典型的通用压力-曲轴角图表，其中在压缩冲程上死点(TDC)之前，只在40°到20°曲轴角之间的周期内发生一次喷射。虚线表示仅有空气压缩和膨胀而没有燃烧。实线表示压缩和膨胀同时燃烧。喷射周期后是滞后周期，二者组合等同于相位一。

主燃烧发生在压力升高阶段，被成为相位二，其终止于最高燃烧压力。对于给定的固定定义的A/F比、喷射策略、燃烧室几何形状和燃油成分，相位一和相位二的曲轴角长度及最大功率值(压力升高的斜度)参数在给定的载荷点的周期对周期变化小于+/-3％。

相位三(排气)通过燃烧室温度分布(绝对水平和均匀)大大影响废气中最终不希望出现的后燃烧产品的产量。

重要的是需要明白，对于给出的一组固定边界条件(发动机转速、负载、喷射战略、发动机总体温度、定义明确的标准燃油成分)，完整的压力-曲轴角图表和感应的废气温度表示完全的化学和热动力学的燃烧过程(压力-曲轴角图表)的单方信号和废气中(温度)污染物的潜在平衡。

典型的商用柴油(平均化学式C₁₂H₂₃)的重要特性是点火性能、密度、燃烧热量、挥发性(相位一和相位二以及最高压力(Pamx))、清洁和耐腐蚀性。除了最后两个特性，其它都是完全相关的。这就是商用柴油的燃烧特性由十六烷值来分级的原因。如同汽油的辛烷值分级，柴油关于燃烧特征的分级通过用参考燃油(如美国材料实验协会(ASTM)标准D613)进行发动机测试比较的方法来进行。

主要的参考燃油为标准的十六辛烷(C₁₆H₃₄)(具有极佳点火性能的开链烷烃)和α-甲基萘(C₁₀H₇CH₃)(具有极差点火性能的环烷混合物)。具有压燃汽缸的专用发动机是用于这种测试的标准设备。

上面指出的参考燃油(给出与测试燃油相同的点火延迟)的混合中十六烷的百分比被取作测试中燃油的十六烷值。由于压力-曲轴角图表是燃烧过程的一个单边信号，因此十六烷值是燃油燃烧性能的单边信号。

重要的结论是，如果所有发动机参数保持不变，使用不同十六烷值的燃油，当相位一、二和最高压力值改变时，压力-曲轴角图表信号也改变。

最近几年里，火花塞点燃式(SI)发动机使用的生物燃油混合(纯汽油和不同馏分的乙醇的混合-弹性燃油)作为一种非常有效和实用的减少大气中永久储存的CO₂量的方法而流行。