CN103277205B - 用于生物柴油发动机燃油控制***的控制参数的获得方法 - Google Patents
用于生物柴油发动机燃油控制***的控制参数的获得方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种获得控制参数的方法。其中，所述控制参数用于高压共轨生物柴油发动机燃油控制***，根据该方法，使高压共轨生物柴油发动机燃油***燃用生物柴油或生物柴油与石化柴油构成的调和油，并记录在每一实际轨压下喷油器从电磁阀开启随时间的增加的总喷油量，由此来形成总喷油脉宽与总喷油量及实际轨压的脉谱图；通过调整总喷油量来使发动机在不同转速下输出的扭矩能分别达到各相应预定扭矩，并记录对应的总喷油量来形成总喷油量与转速及踏板开度的脉谱图；通过调整目标轨压、主喷正时及微调总喷油量使燃油经济性及排放物均能达到第一预定目标，由此来形成目标轨压与总喷油量及转速的脉谱图、以及主喷正时与总喷油量及转速的脉谱图。
Description
技术领域
本发明涉及高压共轨生物柴油发动机领域，特别是涉及一种获得控制参数的方法，该控制参数用于高压共轨生物柴油发动机燃油控制***。
背景技术
生物柴油是一种清洁的可持续柴油替代燃料生物柴油，通常指脂肪酸甲酯，由各种动植物油脂和甲醇通过酯交换反应制得。生物柴油具有三大优点：（1）.生物柴油能减少对石油的依赖，保障国家能源安全；（2）.柴油机燃用生物柴油能大幅降低排放水平，除了NOX以外其他所有常规排放物都有不同程度减少；（3）.使用生物柴油能减少温室气体排放，由于生物柴油的生命周期内消耗的化石燃料很少，所以使用生物柴油实际上减少了温室气体的排放。但是未经改造的高压共轨柴油机使用生物柴油存在四大问题：（1）生物柴油粘性高，燃油***总喷油量不准确；（2）生物柴油热值低，导致柴油机动力性能下降；（3）生物柴油十六烷值高，NOx上升；(4).颗粒物排放质量浓度下降的同时数量浓度上升，而且对人体健康有害的小粒径核态颗粒物数量大幅增加。
大量研究和实践表明正确的总喷油量、轨压、正时和喷油间隔可以改善柴油机燃用生物柴油时动力性差、NOx升高和小粒径颗粒物数量上升的问题。因此，迫切需要对影响生物柴油专用发动机燃烧、排放燃油喷射控制策略中的各常量（燃料低热值等）、曲线（喷油率特性曲线等）和脉谱图（轨压、正时等的脉谱）进行标定，使得高压共轨柴油机燃用生物柴油后动力性恢复，燃油经济性最优，各排放物被限制在一定的范围内。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种获得控制参数的方法，以便克服现有未经改造的高压共轨柴油机使用生物柴油所存在的四大问题：（1）粘性高，燃油***总喷油量不准确；（2）热值低，动力性差；（3）十六烷值高，NOx上升；（4）核态颗粒物数量上升。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种获得控制参数的方法，所述控制参数用于高压共轨生物柴油发动机燃油控制***，该方法至少包括：
1）使高压共轨生物柴油发动机燃油***在不同轨压下燃用生物柴油或生物柴油与石化柴油构成的调和油，并记录在每一实际轨压下喷油器从电磁阀开启随时间的增加的总喷油量，并形成总喷油脉宽与总喷油量及实际轨压的脉谱图；
2）使高压共轨生物柴油发动机燃油***燃用生物柴油或所述调和油，通过调整总喷油量来使发动机在不同转速下输出的扭矩能分别达到各相应预定扭矩，并记录对应的总喷油量来形成总喷油量与转速及踏板开度的脉谱图；
3）基于步骤2）所形成的脉谱图使高压共轨生物柴油发动机燃油***在各总喷油量及转速下燃用生物柴油或所述调和油，通过调整目标轨压、主喷正时及微调总喷油量使燃油经济性及排放物均能达到第一预定目标，并形成目标轨压与总喷油量及转速的脉谱图、以及主喷正时与总喷油量及转速的脉谱图。
优选地，所述获得控制参数的方法还包括步骤：基于步骤2）所形成的脉谱图使高压共轨生物柴油发动机燃油***在各总喷油量及转速下燃用生物柴油或所述调和油，通过调整预喷油量及预喷间隔使燃油经济性及排放物均能达到第二预定目标，并形成预喷油量与总喷油量及转速的脉谱图、以及预喷间隔与总喷油量及转速的脉谱图。
优选地，所述获得控制参数的方法还包括步骤：基于步骤2）所形成的脉谱图使高压共轨生物柴油发动机燃油***在各总喷油量及转速下燃用生物柴油或所述调和油，通过调整后喷油量及后喷间隔使燃油经济性及排放物均能达到第三预定目标，并形成后喷油量与总喷油量及转速的脉谱图、以及后喷间隔与总喷油量及转速的脉谱图。
优选地，所述调和油中包含5%～20%体积的生物柴油。
如上所述，本发明的获得控制参数的方法，具有以下有益效果：有效解决未经开发的高压共轨燃用生物柴油或调和油时存在的喷油不准确、动力性差和模态颗粒物数量上升等问题。
附图说明
图1显示为本发明的获得控制参数的方法的流程图。
图2显示为本发明的获得控制参数的方法获得各控制参数示意图。
图3至图10显示为本发明的获得控制参数的方法获得各控制参数所形成的脉谱图。
元件标号说明
S1～S5步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1及图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本发明提供一种获得控制参数的方法，该方法所获得的控制参数用于高压共轨生物柴油发动机燃油控制***，例如，作为电子控制单元（ECU）控制策略予以存储，以便控制高压共轨生物柴油发动机的运行。
其中，所述高压共轨生物柴油发动机优选为符合国V排放标准的高压共轨生物柴油发动机，即满足国V排放标准、且以优化燃烧+选择性催化还原（SCR）为技术路线的高压共轨发动机。
在步骤S1中，使高压共轨生物柴油发动机燃油***在不同轨压下燃用生物柴油或生物柴油与石化柴油构成的调和油，并记录在每一实际轨压下喷油器从电磁阀开启随时间的增加的总喷油量，并形成总喷油脉宽与总喷油量及实际轨压的脉谱图，由此可解决高压共轨柴油机燃用生物柴油及其石化调和油后喷油量不准确的问题。
其中，生物柴油与石化柴油构成的调和油包括生物柴油体积比为5%～20%的调和油，例如，生物柴油体积比为20%的调和油BD20。
例如，在喷油器试验台架上，当高压共轨生物柴油发动机燃油***燃用BD20时，以每10MPa为步长，使实际轨压Prr从90MPa变化至180MPa，测定并记录喷油器从电磁阀开启随着时间的增加总喷油量的数值，最后形成总喷油脉宽Tw与总喷油量Qm及实际轨压Prr的三维脉谱图一（如图3所示）。
在步骤S2中，使高压共轨生物柴油发动机燃油***燃用生物柴油或调和油，通过调整总喷油量来使发动机在不同转速下的输出扭矩能分别达到各相应预定扭矩，并记录对应的总喷油量来形成总喷油量与转速及踏板开度的脉谱图，由此可解决高压共轨柴油机燃用生物柴油或调和油后输出扭矩下降的问题。
例如，首先使高压共轨生物柴油发动机燃油***在每一预定的转速Ne和总喷油量Qm下燃用石化柴油，并记录相应的输出扭矩，而后使高压共轨生物柴油发动机燃油***在同样的各转速Ne和总喷油量Qm下燃用BD20，并以前述记录的输出扭矩为目标调整总喷油量Qm，直到燃用BD20时输出扭矩恢复到燃用石化柴油时的输出扭矩，并记录此时对应的总喷油量Qm，由此来形成总喷油量Qm与转速Ne及踏板开度App的脉谱图二，如图4所示。
在步骤S3中，基于步骤S2所形成的脉谱图二使高压共轨生物柴油发动机燃油***在各总喷油量及转速下燃用生物柴油或调和油，通过调整目标轨压、主喷正时及微调总喷油量使燃油经济性及排放物均能达到第一预定目标，并形成目标轨压与总喷油量及转速的脉谱图、以及主喷正时与总喷油量及转速的脉谱图，由此可初步将高压共轨柴油机燃用生物柴油或调和油后NOx浓度和核态颗粒物数量浓度降至燃用石化柴油的水平。
其中，第一预定目标可由用户预先确定，优选地，包括NOx浓度和核态颗粒物数量浓度达到燃用石化柴油的水平以及燃油经济性最优化等。
例如，基于脉谱图二，先确定分别在（Ne（1），Qm（1））、……（Ne（n），Qm（n））下发动机燃用石化柴油的各NOx排放浓度、核态颗粒物（PM）数量排放浓度、以及燃油经济性。而后在发动机分别在（Ne（1），Qm（1））、……（Ne（n），Qm（n））下燃用BD20，并以前述各NOx排放浓度、PM排放浓度为第一预定目标调整目标轨压Prt、主喷正时Tm，并微调总喷油量Qm、直到最优化燃油经济性的同时，排气中的NOx排放浓度、核态颗粒物数量排放浓度接近甚至达到发动机燃用石化柴油的水平，并形成目标轨压Prt与总喷油量Qm及转速Ne的脉谱图三（如图5所示）、以及主喷正时Tm与总喷油量Qm及转速Ne的脉谱图四（如图6所示）。
其中，Qm（1）基于上述脉谱图二中的Qm（11）、Qm（21）、……Qm（m1）来确定、……Qm（n）基于上述脉谱图二中的Qm（1n）、Qm（2n）、……Qm（mn）来确定，例如，Qm（1）为Qm（11）、Qm（21）、……Qm（m1）中的一者等。
在步骤S4中，基于步骤S2所形成的脉谱图使高压共轨生物柴油发动机燃油***在各总喷油量及转速下燃用生物柴油或调和油，通过调整预喷油量及预喷间隔使燃油经济性及排放物均能达到第二预定目标，并形成预喷油量与总喷油量及转速的脉谱图、以及预喷间隔与总喷油量及转速的脉谱图，由此可进一步将高压共轨柴油机燃用生物柴油或调和油的NOx排放浓度降至燃用石化柴油的水平。
其中，第二预定目标可由用户预先确定，优选地，包括排放NOx的浓度最小化、以及燃油经济性最优化等。
例如，基于脉谱图二，使高压共轨生物柴油发动机燃油***分别在（Ne（1），Qm（1））、……（Ne（n），Qm（n））下燃用BD20，每一次均调整预喷油量Qp及预喷间隔Tp，以便使每一次的燃油经济性最优化，同时排放NOx的浓度最小化，由此来形成预喷油量Qp与总喷油量Qm及转速Ne的脉谱图五（如图7所示）、以及预喷间隔Tp与总喷油量Qm及转速Ne的脉谱图六（如图8所示）。
在步骤S5中，基于步骤S2所形成的脉谱图使高压共轨生物柴油发动机燃油***在各总喷油量及转速下燃用生物柴油或调和油，通过调整后喷油量及后喷间隔使燃油经济性及排放物均能达到第三预定目标，并形成后喷油量与总喷油量及转速的脉谱图、以及后喷间隔与总喷油量及转速的脉谱图，由此可进一步将高压共轨柴油机燃用生物柴油或调和油后核态数量浓度降至燃用石化柴油的水平。
其中，所述第三预定目标可由用户预先确定，优选地，包括排放固体颗粒物（PM）的浓度最小化、以及燃油经济性最优化。
例如，基于脉谱图二，使高压共轨生物柴油发动机燃油***分别在（Ne（1），Qm（1））、……（Ne（n），Qm（n））下燃用BD20，每一次均调整后喷油量Qa及后喷间隔Ta，以便使每一次的燃油经济性最优化，同时排放PM的浓度最小化，由此形成后喷油量Qa与总喷油量Qm及转速Ne的脉谱图七（如图9所示）、以及后喷间隔与总喷油量Qm及转速Ne的脉谱图八（如图10所示）。
由此，将上述获得的8个脉谱图作为ECU控制策略予以存储，则ECU基于3个输入量：转速Ne（r/min）、踏板开度App（%）、实际轨压Prr（MPa），可实现对8个输出量：总喷油量Qm（mg）、总喷油脉宽Tw（μs）、目标轨压Prt（MPa）、主喷正时Tm（μs）、预喷油量Qp（mg）、预喷间隔Tp（μs）、后喷油量Qa（mg）、后喷间隔Ta（μs）的控制，其中，8个输出量与3个输入量的关系如图2所示，即：
总喷油量Qm由输入量为转速Ne、踏板开度App的脉谱图二确定；
总喷油脉宽Tw由输入量为转速Ne、实际轨压Prr的脉谱图一确定；
目标轨压Prt由输入量为总喷油量Qm、转速Ne的脉谱图三确定；
主喷正时Tm由输入量为总喷油量Qm、转速Ne的脉谱图四确定；
预喷油量Qp由输入量为总喷油量Qm、转速Ne的脉谱图五确定；
预喷间隔Tp由输入量为总喷油量Qm、转速Ne的脉谱图六确定；
后喷油量Qa由输入量为总喷油量Qm、转速Ne的脉谱图七确定；
后喷间隔Ta由输入量为总喷油量Qm、转速Ne的脉谱图八确定。
综上所述，本发明的获得控制参数的方法通过在喷油器试验台架使高压共轨生物柴油燃油***燃用生物柴油或调和油，由此来获取用于高压共轨生物柴油发动机燃油控制***的控制参数，基于该些控制参数可使燃油喷射***使用生物柴油或调和油时喷嘴总喷油量准确，扭矩能达到高压共轨柴油机使用石化柴油时的水平，排气中NOx和颗粒物数量浓度等同或低于高压共轨柴油机使用石化柴油时的水平，同时燃油经济性最优。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种获得控制参数的方法，其特征在于，所述控制参数用于高压共轨生物柴油发动机燃油控制***，所述获得控制参数的方法至少包括：
1）使高压共轨生物柴油发动机燃油***在不同轨压下燃用生物柴油或生物柴油与石化柴油构成的调和油，并记录在每一实际轨压下喷油器从电磁阀开启随时间的增加的总喷油量，并形成总喷油脉宽与总喷油量及实际轨压的脉谱图；
2）使高压共轨生物柴油发动机燃油***燃用生物柴油或所述调和油，通过调整总喷油量来使发动机在不同转速下输出的扭矩能分别达到各相应预定扭矩，并记录对应的总喷油量来形成总喷油量与转速及踏板开度的脉谱图；
3）基于步骤2）所形成的脉谱图使高压共轨生物柴油发动机燃油***在各总喷油量及转速下燃用生物柴油或所述调和油，通过调整目标轨压、主喷正时及微调总喷油量使燃油经济性及排放物均能达到第一预定目标，并形成目标轨压与总喷油量及转速的脉谱图、以及主喷正时与总喷油量及转速的脉谱图。
2.根据权利要求1所述的获得控制参数的方法，其特征在于还包括步骤：
基于步骤2）所形成的脉谱图使高压共轨生物柴油发动机燃油***在各总喷油量及转速下燃用生物柴油或所述调和油，通过调整预喷油量及预喷间隔使燃油经济性及排放物均能达到第二预定目标，并形成预喷油量与总喷油量及转速的脉谱图、以及预喷间隔与总喷油量及转速的脉谱图。
3.根据权利要求1所述的获得控制参数的方法，其特征在于还包括步骤：
基于步骤2）所形成的脉谱图使高压共轨生物柴油发动机燃油***在各总喷油量及转速下燃用生物柴油或所述调和油，通过调整后喷油量及后喷间隔使燃油经济性及排放物均能达到第三预定目标，并形成后喷油量与总喷油量及转速的脉谱图、以及后喷间隔与总喷油量及转速的脉谱图。
4.根据权利要求1至3任一项所述的获得控制参数的方法，其特征在于：所述调和油中包含5%～20%体积的生物柴油。
5.根据权利要求1所述的获得控制参数的方法，其特征在于：第一预定目标包括NOx浓度和核态颗粒物数量浓度达到燃用石化柴油的水平以及燃油经济性最优化。
6.根据权利要求2所述的获得控制参数的方法，其特征在于：第二预定目标包括排放NOx的浓度最小化、以及燃油经济性最优化。
7.根据权利要求3所述的获得控制参数的方法，其特征在于：第三预定目标包括排放固体颗粒物的浓度最小化、以及燃油经济性最优化。
8.根据权利要求1所述的获得控制参数的方法，其特征在于：高压共轨生物柴油发动机包括符合国V排放标准的高压共轨生物柴油发动机。
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