一種用均方差及其一階和二階導數控制柴油-替代燃料發動機極限替代率的方法
2023-07-06 22:09:31
專利名稱：一種用均方差及其一階和二階導數控制柴油-替代燃料發動機極限替代率的方法
技術領域：
本發明屬於工程控制領域，尤其適用於柴油-替代燃料(包括氣體燃料和醇類燃料)混合燃燒發動機獲得極限替代率的電子控制系統。
背景技術：
柴油燃料價格日益增高，可用石油資源日益減小，人們不斷尋求在現有的發動機上，不改變發動機基本結構的前提下，加裝替代燃料的控制模塊，採用柴油和替代燃料摻 燒，在滿足動力性、可靠性、經濟性、環保性的要求的前提下，最大限度的提高替代柴油的比例，即所謂的「替代率」，以減小發動機對柴油的需求量。所述的替代燃料可以是天然氣、醇類及其它適用於與柴油摻燒的燃料。在柴油與替代燃料摻燒時，由於替代燃料的熱值及化學特性和柴油不盡相同，通過試驗驗證，當摻燒替代率增加到使燃燒過程惡化時，會造成發動機的轉速波動幅度增大，排氣溫度開始突變，此時的替代率即為該發動機工況下的極限替代率。迄今的柴油-替代燃料摻燒發動機均採用通過試驗的方法在發動機試驗臺架上將發動機不同工況的極限替代率標定出來，製成脈譜(MAP)圖，供控制替代燃料噴射量之用。這樣的方法存在兩種弊端，一是每種機型必須通過大量的臺架試驗獲取脈譜圖，成本高且費時；二是當柴油機燃油噴射系統劣化時，同樣的油泵齒條位置，其噴油量會減小和霧化質量會下降，原來新發動機所標定的齒條位置所對應的柴油燃燒熱量不足以使同樣比例替代燃料充分燃燒，進而發動機穩定性變差，甚至導致熄火或爆震。因此，需要找到一種動態判斷極限替代率的實時控制方法。
發明內容
本發明根據技術背景的需求，如圖I所示，在具有電控單元的柴油-替代燃料雙燃料發動機上加裝排氣溫度傳感器。在臺架試驗過程中，試驗人員是通過聽發動機聲音、觀察發動機轉速波動及排溫變化情況，來確定各工況的極限替代率。如圖2所示，當替代燃料摻燒比例小時，發動機轉速波動處於平穩狀態；當替代燃料摻燒到達極限替代率點「A」時，發動機的轉速波動率開始在點「A」後突變。通常將點「A」處的替代燃料比例縮小一個百分t匕，則定為該工況點的極限替代率。由此，通過試驗臺架的標定試驗製成極限替代率脈譜，供ECU控制之用。本發明以轉速波動率和排氣溫度為極限替代率所依據的監測參數，根據對圖2及脈譜標定試驗過程的研究，實現無需事先試驗標定脈譜圖的動態控制極限替代率的關鍵，是要為ECU設計一種方法，像在試驗臺架上人工判斷圖2中突變點「A」 一樣，自動判斷轉速波動率和排氣溫度突變點，最終自適應的控制極限替代率。本發明提出的技術方案是，根據發動機轉速波動率和排溫變化的均方差及其一階、二階導數，實時判定各種工況下的極限替代率。具體採用以下4個數學方程
I.平均值，採用先進先出的方法，對於n+1個數據進行數理統計，每次計算均值時，取
進最近的數據取出最早的數據後，求和並求均值。公式
權利要求
1.一種用均方差及其一階和二階導數控制柴油-替代燃料發動機極限替代率的方法，其特徵在於在原柴油-替代燃料發動機電控系統中加裝排氣溫度傳感器，以轉速波動率和排氣溫度為監測參數，通過電控單元ECU對監測參數的監測及對替代燃料噴射器的控制，實現實時動態的尋找並控制極限替代率點，其中，替代燃料指氣體燃料或醇類燃料，極限替代率點的判斷方法為 如果任一監測參數的均方差的一階導數大於O，且其均方差的二階導數大於O，且隨後周期的均方差一階導數大於O，電控單元由此判斷此時替代率已達到極限； 當處於極限替代率時，電控單元控制替代燃料噴射器減小替代燃料的比例，使轉速波動率或排溫重新趨於平穩； 當轉速波動率或排溫平穩時，電控單元控制替代燃料噴射器嘗試增加替代燃料，繼續判斷發動機轉速波動率或排氣溫度的變化，如此往復，實時地控制替代燃料達到最佳替代率點的動態平衡。
2.如權利要求I所述的用均方差及其一階和二階導數控制柴油-替代燃料發動機極限替代率的方法，其特徵在於計算轉速波動率和排溫的均方差、均方差一階導數、均方差二階導數的定義如下 (1)平均值，採用先進先出的方法，對於n+1個監測參數進行數理統計，每次計算均值時，取進最近的數據，取出最早的數據七_ 後，求和並求均值； 公式
全文摘要
本發明提供一種柴油-替代燃料發動機極限替代率的判斷方法，屬於工程技術領域，通過在柴油-替代燃料雙燃料(氣體燃料和醇類燃料)發動機上加裝排氣溫度傳感器，利用轉速波動率或排氣溫度為電控單元監測參數，通過監測參數的均方差及其一階和二階導數判斷檢測參數是否發生突變，達突變點時，電控單元控制替代燃料噴射器減少替代燃料噴射量，繼續下一循環的參數監測判斷；當監測參數平穩時，電控單元控制替代燃料噴射器嘗試增加替代燃料，繼續判斷監測參數的變化，如此往復實現實時控制替代燃料達到最佳替代率的動態平衡，既減少試驗工作量，也不受發動機燃油噴射系統的影響，適用於任何可與柴油摻燒的柴油-替代燃料混合燃燒發動機獲得最佳替代率的控制。
文檔編號F02D41/08GK102691586SQ20121020538
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者張育華, 張金華, 沈劍, 王洪, 陳美鎮 申請人:鎮江恆馳科技有限公司