一种柴油醇氢双燃料发动机控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于发动机控制领域，具体涉及一种柴油醇氢双燃料发动机控制系统及控制方法。

背景技术

工业时代以来，人们一直使用化石能源，在人们享受工业革命带来便利的同时也催生出一系列能源与环境问题，促使人们开始寻找清洁的替代能源，优化能源结构以解决环境和能源问题实现可持续发展。甲醇作为一种(碳、氢)能量的载体，本质洁净，其常温常压下呈液态的基本物理属性，使得储、运、用以及能量形式的转换更加安全便捷。并且甲醇来源广泛、全产业链可持续发展。但使用甲醇作为单一燃料时，十六烷值较低，着火较为困难，并且汽化潜热高，面临冷启动困难的问题。

氢气作为一种理想的内燃机零碳替代燃料，具有较高的燃烧速度、反应活性和很宽的燃烧极限，燃料掺氢可以有效地优化燃烧，但氢气需要高压、低温的储运条件，同时在缸内燃烧时，氢气较低的点火能量也容易引发早燃和回火等问题

甲醇的储氢密度为12.5％，利用废气余热甲醇催化重整在线制取富氢重整气，现制现用，解决了氢的储运问题。甲醇催化重整制氢技术，反应条件简单，在特定催化剂下重整温度只要达到150～300℃就可将甲醇催化重整为富氢重整气，利用废气余热，提高内燃机的能量利用率。

在甲醇柴油双燃料的基础上，掺入富氢混合气，利用高活性的氢气改善燃料燃烧，以甲醇作为氢能载体制取富氢重整气，余热利用在线制氢解决氢气的储运问题，同时利用甲醇的汽化吸热防止富氢重整气回火和早燃，为甲醇替代柴油提供一种高效解决方案。

但在实际使用中，甲醇与富氢重整气流量过大会导致发动机受损，影响使用寿命。因此，我们迫切需要一种控制系统。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种柴油醇氢双燃料发动机控制系统及控制方法，该系统和方法能控制甲醇与富氢重整气的流量，避免甲醇与富氢重整气流量过大会导致发动机受损，影响使用寿命的问题。

本发明所采用的技术方案是：

一种柴油醇氢双燃料发动机控制方法，其包括如下步骤：

1)实时采集醇氢柴油双燃料发动机的缓冲罐压力、气轨和醇轨压力、进气压力、重整器温度、油门位置、转速、气缸压力和爆震信号。

准确的进气压力有助于保持正确的空燃比，以实现高效燃烧。空气-燃料混合物需要在正确的比例确保完全燃烧并最大化功率输出，进气压力太大或太小可导致空燃比失衡，从而导致发动机性能变差以及排放量增加。发动机的转速决定了甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀开启的频率。通过油门位置可判断当前发动机所处的运行工况。通过观察发动机气缸压力，可判断发动机每一缸的工作状态，并可分析诊断发动机气缸的密封性和进、排气系统是否正常，并辅以其他检测和分析查找故障点。发动机爆震传感器布置于发动机每一个缸的缸盖上，对爆震进行监控从而对控制策略进行改变。

2)对气缸压力数据进行插值平均与周期平均，根据油门位置、转速信号、气轨和醇轨压力，查找当前发动机运行状态下最合适的电磁阀控制脉宽。

3)将实时采集的缓冲罐压力、气轨和醇轨压力、进气压力、重整器温度、油门位置、转速、气缸压力和爆震信号上传至上位机进行显示与数据存储，将步骤2)中的电磁阀控制脉宽下发至甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀控制模块，实现甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀流量自动控制。

优选的，在甲醇电磁阀与重整气电磁阀的流量MAP图中查找当前发动机运行状态下最合适的电磁阀控制脉宽。

2)中，通过手动输入参数的方式输入甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀的脉宽。

本发明还提供一种柴油醇氢双燃料发动机控制系统，该系统采用上述柴油醇氢双燃料发动机控制方法，其包括采集模块、处理模块、甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀控制模块、上位机；所述采集模块与处理模块连接，所述处理模块分别与甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀控制模块、上位机连接；

采集模块存储了用于传感器信号采集的程序，用于采集醇氢柴油双燃料发动机的缓冲罐压力、气轨和醇轨压力、进气压力、重整器温度、油门位置、转速、气缸压力和爆震信号；并将上述数据传递给处理模块；

处理模块对气缸压力进行插值平均与周期平均，根据油门位置、转速信号、气轨和醇轨压力，查找当前发动机运行状态下最合适的电磁阀控制脉宽；将实时采集的缓冲罐压力、气轨和醇轨压力、进气压力、重整器温度、油门位置、转速、气缸压力和爆震信号上传至上位机进行显示与数据存储，将查找到的电磁阀控制脉宽或手动输入的电磁阀控制脉宽下发至甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀控制模块；处理模块存储了用于缸压数据插值平均、周期平均、流量MAP图电磁阀控制脉宽获取以及数据上传的程序；

甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀控制模块控制甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀的开度，进而控制甲醇与富氢重整气的流量；

上位机存储了用于接收处理器上传的数据、实时监测的缓冲罐压力、气轨和醇轨压力、进气压力、重整器温度、油门位置、转速、气缸压力和爆震信号、实时存储各种数据的程序。

优选的，所述柴油醇氢双燃料发动机控制系统还包括存储器；

所述存储器分别与采集模块、处理模块连接，用于存储采集模块传来的气缸压力(缸压数据)，以及将气缸压力传递给处理模块。

优选的，采集模块包括发动机爆震传感器，发动机爆震传感器布置于发动机每一个缸的缸盖上。

优选的，所述采集模块还包括安装于发动机自由端的曲轴位置传感器。

优选的，所述曲轴位置传感器为绝对编码器，有8路数字信号输出，组合成格雷码对一圈360°进行划分。

本发明的有益效果在于：

通过实时获取缓冲罐压力、气轨和醇轨压力、进气压力、重整器温度、油门位置、瞬时转速、气缸压力和爆震信号，实现对发动机缓冲罐压力、气轨和醇轨压力、进气压力、重整器温度、油门位置、转速、气缸压力和爆震的监控；

根据油门位置、转速信号、气轨和醇轨压力，可在甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀的流量MAP图中查找当前发动机运行状态下最合适的电磁阀控制脉宽，自动控制电磁阀的流量，也可通过显示界面停止通过所述流量MAP图查找当前发动机运行状态下最合适的甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀控制脉宽，并通过手动输入参数的方式，控制甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀的脉宽，避免甲醇与甲醇重整气流量过大而导致发动机受损，影响使用寿命；

自动存储气缸压力数据，不仅智能化程度提高，而且便于后续对气缸压力数据进行进一步的研究；

能探究甲醇与甲醇重整气替代柴油的解决方案在发动机上实现的可行性以及在性能与排放方面的表现，以实现醇氢柴油双燃料发动机的高替代率并减少排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是柴油醇氢双燃料发动机控制方法的结构示意图；

图2是柴油醇氢双燃料发动机控制系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参见图1，一种柴油醇氢双燃料发动机控制方法，其包括如下步骤：

1)实时采集醇氢柴油双燃料发动机的缓冲罐压力、气轨和醇轨压力、进气压力、重整器温度、油门位置、转速、气缸压力和爆震信号。

2)对气缸压力数据进行插值平均与周期平均，根据油门位置、转速信号、气轨和醇轨压力，在甲醇电磁阀与重整气电磁阀的流量MAP图中查找当前发动机运行状态下最合适的电磁阀控制脉宽，或通过手动输入参数的方式输入甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀的脉宽。其中，采集模块中的气缸压力传感器的缸压信号的采样率设置为25k，上位机中对于缸压数据的显示是720°(四冲程发动机一个工作周期为两转，因此为720°)每度一个点，因此在缸压数据上传至上位机前，会对缸压数据进行插值平均，使多于720个的缸压原始数据缩减至720个。周期平均能使缸压曲线更加平滑与可靠。

3)将实时采集的缓冲罐压力、气轨和醇轨压力、进气压力、重整器温度、油门位置、转速、气缸压力和爆震信号上传至上位机进行显示与数据存储，将查找到的电磁阀控制脉宽或通过手动输入参数的方式输入的甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀的脉宽下发至甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀控制模块，实现甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀流量自动控制。比如：在50％负荷特性下，油门位置为35％，转速为900r/min，醇轨压力为0.38bar，气轨压力为2.0bar时，通过所需的替代率50％，计算得到一个工作周期中最合适的甲醇量与甲醇重整气量，再通过甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀的流量MAP图，查找到当前发动机运行状态下最合适的甲醇电磁阀控制脉宽为11ms，甲醇重整气电磁阀控制脉宽为20ms。

实施例2

参见图2，一种柴油醇氢双燃料发动机控制系统，该系统采用实施例1中的柴油醇氢双燃料发动机控制方法，其包括采集模块、处理模块、存储器、甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀控制模块、上位机；采集模块分别与处理模块、存储器连接，处理模块分别与存储器、甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀控制模块、上位机连接；

采集模块用于采集醇氢柴油双燃料发动机的缓冲罐压力、气轨和醇轨压力、进气压力、重整器温度、油门位置、转速、气缸压力和爆震信号；并将上述数据传递给处理模块，以及将气缸压力发送给存储器；

存储器用于存储采集模块传来的气缸压力(缸压数据)，以及将气缸压力传递给处理模块；

处理模块对气缸压力进行插值平均与周期平均，根据油门位置、转速信号、气轨和醇轨压力，查找当前发动机运行状态下最合适的电磁阀控制脉宽；将实时采集的缓冲罐压力、气轨和醇轨压力、进气压力、重整器温度、油门位置、转速、气缸压力和爆震信号上传至上位机进行显示与数据存储，将电磁阀控制脉宽下发至甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀控制模块；

甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀控制模块控制甲醇电磁阀与甲醇重整气电磁阀的开度，进而控制甲醇与富氢重整气的流量；

上位机存储处理模块上传的数据、实时监测的缓冲罐压力、气轨和醇轨压力、进气压力、重整器温度、油门位置、转速、气缸压力和爆震信号；通过上位机手动输入电磁阀控制脉宽，并将该电磁阀控制脉宽传给处理模块。

本实施例中，采集模块包括压力传感器、湿度传感器、位置传感器、爆震传感器，其中，爆震传感器布置于发动机每一个缸的缸盖上。位置传感器包括一个曲轴位置传感器和一个凸轮轴位置传感器，用于采集转速信号。其中，曲轴位置传感器为绝对编码器，有8路数字信号输出，组合成格雷码对一圈360°进行划分，安装于发动机自由端。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。