[发明专利]一种混合DME气体的柴油机系统及控制方法

说明书

技术领域

压燃式内燃机主要燃用柴油燃料，本发明提供一种在柴油燃料中混合二甲醚(DME)气体的压燃式内燃机及控制方法，具体内容涉及一种燃料中混合DME气体的压燃式内燃机的燃料喷射和供给系统、燃料比例分配及燃烧过程控制。

背景技术

石油资源的不断减少和环境污染的日益严重使节能、减排成为了内燃机行业发展的必然趋势。柴油机由于其良好的动力性而广泛应用于轻型客车、载重汽车、工程机械等车辆上，目前在欧洲发达国家柴油机轿车也被广泛应用。但是受限于柴油机的燃烧模式，柴油机气缸内燃烧峰值压力和温度都较高，这便造成柴油机NOx排放较高的问题，且难以通过机内净化而实现，只能通过机外净化来降低。此外柴油机进气压缩过程中，柴油与空气的预混合时间极短，柴油被喷油器以多条油束的形式喷入气缸，不能完全与空气混合良好，从而造成的局部油束过浓未燃，产生碳烟颗粒物排放。对颗粒物排放的控制也仅能通过柴油机碳烟颗粒过滤器(DPF)进行移除，还没有更好的机外净化的方法。同时，在寒冷的环境条件下，柴油机往往存在冷起动困难的问题，并且通常需要辅助相应的预热装置才可以使其起动。相比传统柴油机，由柴油与其他燃料所组成的混合燃料柴油机是进一步提高当前内燃机性能的重要途径之一。

有关研究表明，DME具有十六烷值高、沸点低、含氧高等特性，使DME燃烧快且充分，可实现HC、CO和PM的超低排放。另一方面，DME分子结构的不稳定性使DME在较低温度下产生裂解反应，即液态DME汽化、与空气混合及建立燃烧条件等物理延迟时间比燃用柴油燃料的时间短；DME的雾化质量高，使得燃料缸内燃烧柔和充分，有效地降低PM排放；DME的十六烷值比柴油高，自燃性能好，适用于压燃式柴油柴油机。但是DME热值低，约为0号柴油的65％，为保证柴油机原机的动力性能，使用DME作为压燃式内燃机的燃料时需增大循环供油量。

发明内容

针对目前压燃式柴油机存在低温下冷启动困难、颗粒物排放高的问题，本发明提供了一种新型的DME-柴油混合燃料柴油机及其控制方法。

本发明采用了如下技术方案：一种混合DME气体的压燃式柴油机，包括压燃式柴油机的原机电子控制单元(5)、柴油机(17)、与柴油机相连通的柴油机进气歧管(16)、与柴油机进气歧管(16)相连通的柴油机进气总管(15)、柴油压力传感器(2)、柴油压力调节器(3)以及柴油喷嘴(4)；柴油机进气总管(15)上安装有柴油机空气流量传感器(10)；柴油机原机电子控制单元(5)与柴油机上的传感器和执行器相连，接收柴油机传感器信号a；其特征在于：DME气体燃料储存罐(14)通过供给管路与DME气体燃料喷嘴(11)相连，DME气体燃料喷嘴(11)安装在发动机各缸进气歧管(16)中，将气体燃料喷射到柴油机进气歧管(16)内；在DME气体燃储存罐(14)与DME气体燃料喷嘴(11)的供给管路上还安装有DME气体燃料供给管路压力传感器(13)、DME供给管路电磁阀(1)、阻燃器(12)；该装置还包括DME-柴油混合燃料电子控制单元(9)，DME-柴油混合燃料电子控制单元(9)与DME气体燃料供给管路压力传感器(13)、DME供给管路电磁阀(1)相连，DME-柴油混合燃料电子控制单元(9)与原机电子控制单元(5)进行通讯，获得柴油机转速信号b、柴油机油轨压力信号c、冷却液温度信号d、踏板位置信号e、进气流量信号f；同时，DME-柴油混合燃料电子控制单元(9)通过发出柴油喷嘴控制信号i及DME气体燃料喷嘴控制信号j，控制柴油喷嘴(4)及DME气体燃料喷嘴(11)的开启和关闭，从而调整DME气体燃料占总进气量的体积分数，DME气体燃储存罐(14)与DME气体燃料供给管路压力传感器(13)、DME供给管路电磁阀(1)、阻燃器(12)及DME气体燃料喷嘴相连；同时，DME-柴油混合燃料电子控制单元(9)与DME气体燃料供给管路压力传感器(13)相连，获得DME气体燃料供给管路压力信号g；DME-柴油混合燃料电子控制单元(9)与DME供给管路电磁阀(1)相连接，通过发出DME供给管路电磁阀控制信号h打开和关闭DME气体燃料供给管路。

一种混合DME气体的压燃式柴油机的控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

该控制方法按工况分为冷起动工况、怠速工况、中、小负荷工况和高速、高负荷工况；

每循环进入柴油机的DME气体占总进气量的体积分数α为；

α＝V_DME/(V_DME+V_air)    公式1