一种改善GCI燃烧方式燃烧稳定性的控制方法及系统

一种改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法及系统
技术领域
1.本发明属于内燃机燃烧控制技术领域，具体涉及一种改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法及系统。


背景技术：

2.高效、清洁、低碳、近零排放已成为现内燃机发展的趋势和要求，寻求高效清洁燃烧方式以及燃料多元化是当前内燃机行业实现能源可持续发展的重要手段之一。
3.汽油压燃(gci)燃烧方式不同于传统的汽油机的燃烧过程，也不同于传统的柴油机燃烧过程，对于点燃式汽油机，氮氧化物产生的主要原因是因为燃烧温度高、富氧两个因素，采用gci燃烧方式后，虽然混合气浓度变稀，但由于多点燃烧的特征，燃烧温度降低，因此可有效的降低氮氧化物排放。此外，gci燃烧方式压燃汽油，能够保证低排放的同时实现较高热效率，有潜力实现全工况范围内的高效清洁燃烧，市场应用前景良好。
4.虽然gci燃烧方式可提高汽油机性能、降低排放，但仍存在以下亟待解决的问题：低负荷工况下汽油着火性差，燃烧不稳定；高负荷工况下容易出现爆震且碳烟排放较高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法及系统，以解决目前gci燃烧方式全工况范围内燃烧不稳定的问题。
6.为实现上述目的，本技术是通过以下技术方案实现的：
7.一种改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法，包括以下步骤：
8.(1)获取发动机的缸压信号、油门位置信号、转速信号、进气温度信号和进气压力信号；
9.(2)根据缸压信号判断发动机是否稳定燃烧，若是，则返回步骤(1)；若否，则根据油门位置信号、转速信号、进气温度信号和进气压力信号综合判断发动机是否处于低负荷工况；
10.(3)若发动机处于低负荷工况，则执行可变气门控制策略；若发动机不处于低负荷工况，则添加辛烷值添加剂；
11.(4)执行完成步骤(3)后判断发动机是否稳定燃烧，若是，则返回步骤(1)。
12.进一步的，可变气门控制策略为使排气压力升高0.001mpa。
13.进一步的，步骤(4)中，执行可变气门控制策略后，若判断发动机为不稳定燃烧，则执行进气加热策略，使进气温度升高10k。
14.进一步的，在执行进气加热策略后，判断发动机是否为稳定燃烧，若发动机稳定燃烧则返回步骤(1)；若发动机不稳定燃烧则执行微波重整策略，执行完成后返回步骤(1)。
15.进一步的，微波重整策略为使进气中的h2体积分数升高1％。
16.进一步的，步骤(3)中，添加辛烷值添加剂使添加的mtbe体积百分数升高2％。
17.进一步的，步骤(4)中，添加辛烷值添加剂后，若判断发动机为不稳定燃烧，则执行
egr策略，使egr率升高2％，执行完成后返回步骤(1)。
18.一种改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制系统，包括：
19.采集单元，包括设置在发动机内的缸压传感器，设置在发动机进气管上的进气温度传感器和进气压力传感器，所述缸压传感器经过燃烧分析仪与ecu相连，进气温度传感器、进气压力传感器与ecu相连；
20.ecu，获取发动机的缸压信号、油门位置信号、转速信号、进气温度信号和进气压力信号，根据获取的信号判断发动机的燃烧状况和负荷工况，根据判断结果对控制单元模块发送控制信号；
21.控制单元，接收控制信号，执行控制策略，使发动机处于稳定燃烧的运行状态。
22.进一步的，所述控制单元包括进气加热器、中冷器、缸内直喷喷油器、可变气门、进气道喷油器、微波重整器；其中，进气加热器设置在发动机的进气管上，中冷器设置在发动机的排气管上，缸内直喷喷油器、可变气门和进气道喷油器设置在发动机内部，微波重整器与发动机的进气管并联设置。
23.进一步的，所述进气加热器与带有进气流量控制阀的管道并联，进气加热器所在的管道上还设置有进气加热器流量控制阀；所述中冷器与带有排气流量控制阀的管道并联，中冷器所在的管道上还设置有中冷器流量控制阀。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.1)通过本发明所提出的改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法及系统，能够提高gci燃烧方式低负荷工况着火性，大幅降低高负荷工况出现爆震现象的频率，解决了目前gci燃烧方式全工况范围内燃烧不稳定的问题。
26.(2)在本发明通过掺混辛烷值添加剂、微波重整策略能够调整活性氛围；而进气加热策略则是调整热氛围；可变气门控制策略以及外部egr策略能够协同控制活性氛围和热氛围。
附图说明
27.图1为本发明改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法流程图；
28.图2为本发明改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制系统结构图；
29.图3为本发明改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制策略流程图。
30.附图标记说明：
31.1、进气加热器流量控制阀；2、进气加热器；3、进气流量控制阀；4、余热回收装置；5、排气管；6、微波重整器；7、ecu；8、进气管；9、燃烧分析仪；10、排气流量控制阀；11、中冷器；12、中冷器流量控制阀；13、缸压传感器；14、缸内直喷喷油器；15、可变气门；16、进气道喷油器；17、进气温度传感器；18、进气压力传感器。
具体实施方式
32.以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
33.如图1至图3所示，本技术提供一种改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法，包括以下步骤：
34.(1)获取发动机的缸压信号、油门位置信号、转速信号、进气温度信号和进气压力信号。
35.缸压信号被广泛用作缸内燃烧状态的反馈信号。通常，会在燃烧室安装缸压传感器采集缸压信号，缸压信号经由燃烧分析仪处理，可以获取燃烧开始时刻、结束时刻、平均指示压力等表征缸内燃烧状态的参数，这些参数会被反馈到ecu。然后，ecu发出控制信号，对进气温度等参数进行动态调整，实现发动机各缸燃烧状态的精确控制。
36.其中，缸压信号由压缸传感器和燃烧分析仪获取，油门位置信号由安装在踏板上的油门位置传感器获取，转速信号由安装在变速箱离合器壳体上的转速传感器获取，进气温度信号和进气压力信号由安装在发动机进气管上的进气温度传感器和进气压力传感器获取。
37.(2)根据缸压信号判断发动机是否稳定燃烧，若是，则返回步骤(1)；若否，则根据油门位置信号、转速信号、进气温度信号和进气压力信号综合判断发动机是否处于低负荷工况。
38.(3)若发动机处于低负荷工况，则执行可变气门控制策略；若发动机不处于低负荷工况，则添加辛烷值添加剂。所述可变控制气门策略为：使排气压力升高0.001mpa。
39.执行可变气门控制策略后，若判断发动机为不稳定燃烧，则执行进气加热策略，使进气温度升高10k，并判断进气温度是否达到控制系统设置的极限值，若是，则进气加热策略结束，否则，返回步骤(1)。
40.在执行进气加热策略后，判断发动机是否为稳定燃烧，若发动机稳定燃烧则返回步骤(1)；若发动机不稳定燃烧则执行微波重整策略，执行完成后返回步骤(1)。微波重整策略为使进气中的h2体积分数升高1％；判断进气h2体积分数是否达到控制系统设置的极限值，若是，则微波重整策略结束，否则，返回步骤(1)。
41.若发动机不处于低负荷工况，则添加辛烷值添加剂，添加完成后判断发动机是否稳定燃烧；进一步地，所述添加辛烷值添加剂为：使添加的甲基叔丁基醚(mtbe)体积分数升高2％，判断mtbe体积分数是否达到控制系统设置的极限值，若是，则添加辛烷值添加剂结束，否则，返回步骤(1)。
42.若发动机稳定燃烧则返回步骤(1)；若发动机不稳定燃烧则执行(废气再循环)egr策略，执行完成后返回步骤(1)；进一步地，所述egr策略为使egr率升高2％，判断egr率是否达到控制系统设置的极限值，若是，则添加辛烷值添加剂结束，否则，返回步骤(1)。
43.本实施例中，考虑到控制策略效果以及稳定性控制时效，各调控参数值不宜无限制地增加或减小，因此根据相关研究对各调控参数设定了极限值，包括排气压力、进气温度、进气h2体积分数、mtbe体积分数、egr率。
44.在本实施例的改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法中，低负荷工况所采用的可变气门控制策略、进气加热策略以及微波重整策略在系统中的应用是依次进行的；高负荷工况所采用的掺混辛烷值添加剂、外部egr策略在系统中的应用是依次进行的每一个控制策略均作为上一步所采用策略对gci燃烧方式稳定性改善措施的后补措施，三个措施均实行完之后，若发动机燃烧仍处于不稳定状态，则需按照本发明的系统逻辑图采取一定措施，分层控制方法和反馈控制方法能够在有效改善gci燃烧方式燃烧稳定性的基础上实现对控制系统的简化。
45.如图2所示，本技术还提供一种改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制系统，包括：
46.采集单元，包括设置在发动机内的缸压传感器13，设置在发动机进气管上的进气温度传感器17和进气压力传感器18，所述缸压传感器13经过燃烧分析仪9与ecu7相连，进气温度传感器17、进气压力传感器18与ecu7相连；进一步地，采集单元还包括安装在踏板上的油门位置传感器，安装在变速箱离合器壳体上的转速传感器，油门位置传感器和转速传感器未在图中示出。
47.ecu，获取发动机的缸压信号、油门位置信号、转速信号、进气温度信号和进气压力信号，根据获取的信号判断发动机的燃烧状况和负荷工况，根据判断结果对控制单元模块发送控制信号；
48.控制单元，接收控制信号，执行控制策略，使发动机处于稳定燃烧的运行状态。
49.控制单元包括进气加热器2、中冷器11、缸内直喷喷油器14、可变气门15、进气道喷油器16、微波重整器6；其中，进气加热器2设置在发动机的进气管上，中冷器11设置在发动机的排气管上，缸内直喷喷油器14、可变气门15和进气道喷油器16设置在发动机内部，微波重整器6与进气管8并联设置。发动机的进气管和排气管均与余热回收装置4连接，实现排气余热的回收利用。
50.进气加热器2与带有进气流量控制阀3的管道并联，进气加热器2所在的管道上还设置有进气加热器流量控制阀1；所述中冷器11与带有排气流量控制阀10的管道并联，中冷器11所在的管道上还设置有中冷器流量控制阀12。
51.控制策略包括可变气门控制策略、进气加热策略、微波重整策略、添加辛烷值添加剂以及外部egr策略。
52.通过控制可变气门15执行可变气门控制策略，使排气压力升高0.001mpa；通过控制进气加热器流量控制阀1开度以及进气加热器2功率增大，进气流量控制阀3开度减小，执行进气加热策略，使进气温度升高10k；通过控制微波重整器6执行微波重整策略，使进气中h2体积分数升高1％；通过控制进气道喷油器16，执行添加辛烷值添加剂，使添加的mtbe体积分数升高2％；通过控制中冷器流量控制阀12开度以及中冷器11功率增大执行控制egr策略，egr率升高2％。
53.本实施例中，在ecu中储存了控制系统的各种控制参数极限值和控制策略，所述控制参数包括排气压力、进气温度、微波重整的h2量、mtbe体积分数以及外部egr率，控制策略包括可变气门控制策略、进气加热策略、微波重整策略、添加辛烷值添加剂以及外部egr策略。
54.以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取发动机的缸压信号、油门位置信号、转速信号、进气温度信号和进气压力信号；(2)根据缸压信号判断发动机是否稳定燃烧，若是，则返回步骤(1)；若否，则根据油门位置信号、转速信号、进气温度信号和进气压力信号综合判断发动机是否处于低负荷工况；(3)若发动机处于低负荷工况，则执行可变气门控制策略；若发动机不处于低负荷工况，则添加辛烷值添加剂；(4)执行完成步骤(3)后判断发动机是否稳定燃烧，若是，则返回步骤(1)。2.根据权利要求1所述的改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法，其特征在于，可变气门控制策略为使排气压力升高0.001mpa。3.根据权利要求1所述的改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法，其特征在于，步骤(4)中，执行可变气门控制策略后，若判断发动机为不稳定燃烧，则执行进气加热策略，使进气温度升高10k。4.根据权利要求3所述的改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法，其特征在于，在执行进气加热策略后，判断发动机是否为稳定燃烧，若发动机稳定燃烧则返回步骤(1)；若发动机不稳定燃烧则执行微波重整策略，执行完成后返回步骤(1)。5.根据权利要求4所述的改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法，其特征在于，微波重整策略为使进气中的h2体积分数升高1％。6.根据权利要求1所述的改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法，其特征在于，步骤(3)中，添加辛烷值添加剂使添加的mtbe体积百分数升高2％。7.根据权利要求6所述的改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制方法，其特征在于，步骤(4)中，添加辛烷值添加剂后，若判断发动机为不稳定燃烧，则执行egr策略，使egr率升高2％，执行完成后返回步骤(1)。8.一种改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制系统，其特征在于，包括：采集单元，包括设置在发动机内的缸压传感器，设置在发动机进气管上的进气温度传感器和进气压力传感器，所述缸压传感器经过燃烧分析仪与ecu相连，进气温度传感器、进气压力传感器与ecu相连；ecu，获取发动机的缸压信号、油门位置信号、转速信号、进气温度信号和进气压力信号，根据获取的信号判断发动机的燃烧状况和负荷工况，根据判断结果对控制单元模块发送控制信号；控制单元，接收控制信号，执行控制策略，使发动机处于稳定燃烧的运行状态。9.根据权利要求8所述的改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制系统，其特征在于，所述控制单元包括进气加热器、中冷器、缸内直喷喷油器、可变气门、进气道喷油器、微波重整器；其中，进气加热器设置在发动机的进气管上，中冷器设置在发动机的排气管上，缸内直喷喷油器、可变气门和进气道喷油器设置在发动机内部，微波重整器与发动机的进气管并联设置。10.根据权利要求9所述的改善gci燃烧方式燃烧稳定性的控制系统，其特征在于，所述进气加热器与带有进气流量控制阀的管道并联，进气加热器所在的管道上还设置有进气加热器流量控制阀；所述中冷器与带有排气流量控制阀的管道并联，中冷器所在的管道上还设置有中冷器流量控制阀。

技术总结
本发明涉及一种改善GCI燃烧方式燃烧稳定性的控制方法及系统，其中控制方法为获取发动机的缸压信号、油门位置信号、转速信号、进气温度信号和进气压力信号，根据缸压信号判断发动机是否燃烧稳定，若否，则根据油门位置信号、转速信号、进气温度信号和进气压力信号综合判断发动机是否处于低负荷工况，根据发动机的负荷工况选择控制策略，对实行控制策略后的燃烧状态进行实时判断，并进行控制参数动态调整，直至燃烧稳定。通过本技术方案能够提高GCI燃烧方式低负荷工况着火性，大幅降低高负荷工况出现爆震现象的频率，解决了目前GCI燃烧方式全工况范围内燃烧不稳定的问题。工况范围内燃烧不稳定的问题。工况范围内燃烧不稳定的问题。


技术研发人员：王长卉 刘蕾蕾 孙兴玉 徐林勋 冯洪庆 张硕 尹国栋
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/8/24