CN107061064B - 一种基于混合气稀释的当量燃烧系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于混合气稀释的当量燃烧系统及其控制方法，装置包括通过进气道总管依次相连的涡轮增压器压气机、电动增压器、进气加热器、进气中冷器、压力传感器、温度传感器、气道喷油器以及气缸的进气口，EGR管路一端与进气加热器、进气中冷器之间的进气道总管相通并且另一端依次连接EGR单向阀、电控EGR阀、EGR中冷器以及排气管与气缸的排气口相连接的部分；聚甲氧基二甲醚直喷喷油器安装在气缸内，排气管依次连接气缸的排气口、废气涡轮、排气氧传感器和三效催化器；在汽缸盖上安装有进气门晚关装置，在气缸内安装有缸压传感器。采用本装置和方法在改善燃油消耗率的同时保持超低氮氧化物和碳烟排放。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机领域，特别是涉及一种基于混合气稀释的当量比燃烧系统及其控制方法。
背景技术
柴油/汽油双燃料高预混合压燃(HPCC)燃烧模式采用缸内直喷柴油燃料引燃气道喷射的汽油燃料，通过燃料化学活性和浓度分层协同控制，能够在较为宽广的工况范围内部分解决柴油机不能同时降低NOx和碳烟的难题，同时保持了较高的热效率。但是无法从根本上突破柴油机低温燃烧的缺陷，受制于着火和放热过程难以控制，大负荷扩展首先受限于燃烧速率过快导致峰值压升率过高的问题，如果要扩展柴油/汽油双燃料HPCC的大负荷，需要更大比例的废弃再循环(EGR)稀释，同时降低压缩比，然而在实际的发动机中仍然难以覆盖全负荷工况，一方面大比例的EGR会带来进气量不足以至难以保证大负荷工况下新鲜空气的需求量，同时会引起烟度排放和不完全燃烧产物骤升。如果通过提高进气增压度来满足进气量和稀释度的需求，又会产生缸内爆压升高的问题，当前的技术条件和成本限制下，难以通过大幅提高柴油机的峰值爆压限值来满足双燃料HPCC低温燃烧模式的需求，而过度降低压缩比又不利于小负荷或高转速工况的性能。另外在HPCC的小负荷工况区域为了保证预混度以及抑制缸内平均温度，必须保证一定的EGR率和气道汽油喷射热值比例，然而稀薄的混合气和点火能量不足会保证燃烧的不稳定性，较低的氧浓度不利于HC和CO的完全氧化，不完全燃烧产物排放比传统柴油机高出几个量级，即便是在高效的中、高负荷条件下柴油/汽油双燃料HPCC的燃烧效率仍比传统柴油机低2％以上，有研究表明，由于不完全燃烧产物的排放量极高，在小负荷工况柴油发动机氧化型催化剂对双燃料HPCC低温燃烧模式的HC和CO转化效率几乎为0，而在相同的排温条件下的传统柴油机燃烧模式的转化效率分别为80％和100％，为满足HC和CO的排放要求就需要针对HPCC开发一种全新的低温高效催化氧化反应器。难以满足日趋严格的排放法规对HC/CO的需求，需要采用在全负荷范围的高效清洁燃烧的实现仍是HPCC的主要技术瓶颈。
双燃料HPCC燃烧模式的缸内混合气的浓度、活性分层由缸内直喷主导，因此直喷燃料的理化特性对缸内混合气的制备，燃烧过程的控制以及排放物的生成均有着重要的影响。
聚甲氧基二甲醚(PODE)是以二甲氧基甲烷为母体、亚甲氧基为主链的缩醛类聚合物。聚甲氧基二甲醚(PODE)的平均十六烷值可以达76以上，高于传统柴油燃料(十六烷值～50)；其挥发性低于甲醇和二甲醚，高于柴油，且可通过调整其中不同组分的比例使其物性更接近柴油；聚甲氧基二甲醚(PODE)无硫无芳烃，分子中不含C-C键，含氧量随分子量增加而增加，含氧量质量分数可达45％-48.5％；此外聚甲氧基二甲醚(PODE)与大多数常用材料有良好的兼容性，对发动机金属零件无腐蚀，且对环境友好。由于PODE含氧量高，化学计量空燃比较低，完全燃烧所需的空气量相对较少，因而可以有效减少柴油机的颗粒物、CO、HC排放，是较为理想的柴油代用燃料或添加剂。但纯聚甲氧基二甲醚(PODE)的形式难以直接用于传统的柴油机，一方面，聚甲氧基二甲醚(PODE)其单位体积热值远低于柴油，仅为柴油燃料的50％左右，燃用纯聚甲氧基二甲醚(PODE)将显著增加燃料供给的体积流量，单位热值需要更长的喷油持续期，因而需要对燃油供给系统和喷油策略进行改进，不利于发动机热效率的提高和满足动力性能的要求；另一方面，聚甲氧基二甲醚(PODE)过高的十六烷值也不利于燃烧过程的组织。但聚甲氧基二甲醚(PODE)作为直喷燃料实现双燃料HPCC燃烧在柴油机上应用更具有实用意义。对双燃料HPCC燃烧模式而言，由于缸内直喷比例相对较小，即便缸内直喷聚甲氧基二甲醚(PODE)的热值比例达到50％，常规燃油系统也可满足聚甲氧基二甲醚(PODE)的直喷需求，同时单位热值的直喷体积量增加也有助于HPCC燃烧模式缸内混合气的分层以及多次喷油策略的控制，结合较长的喷油持续期，有助于强化对着火和燃烧过程的控制。另外由于聚甲氧基二甲醚(PODE)含氧量高，化学计量空燃比较低，完全燃烧所需的空气量相对较少，因而可以有效降低进气需求，实现更大比例EGR低温燃烧，同时聚甲氧基二甲醚(PODE)燃料高含氧和无C-C键特性可以减少低当量比条件下的颗粒物、CO、HC排放，具有在低当量比条件下实现超低碳烟排放的能力；另一方面，聚甲氧基二甲醚(PODE)较高的十六烷值可提高燃烧过程对EGR的耐受度，改善燃料在低当量比条件下的自燃着火性能和燃烧过程，在大幅降低NOx和碳烟排放的同时保持高热效率，降低HC和CO排放，可改善小负荷工况下低温燃烧的自燃着火和燃烧稳定性。因此，聚甲氧基二甲醚(PODE)/汽油双燃料HPCC具备实现全负荷高效清洁燃烧的潜力。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种根据工况实时在线改变两种燃料喷射的热值比例，调制工况所需的最佳的混合气的浓度、活性分层，控制燃烧相位和燃烧速率，同时可以提高进气密度并实现进气压力可控、改善了中低负荷的热效率，降低了有效压缩比的基于混合气稀释的当量燃烧系统及其控制方法。
本发明是通过以下技术方案实现：
本发明的一种基于混合气稀释的当量燃烧系统，包括通过进气道总管依次相连的涡轮增压器压气机、电动增压器、进气加热器、进气中冷器、压力传感器、温度传感器、气道喷油器以及气缸的进气口，EGR管路一端与进气加热器、进气中冷器之间的进气道总管相通并且另一端依次连接EGR单向阀、电控EGR阀、EGR中冷器以及排气管与气缸的排气口相连接的部分，所述的涡轮增压器压气机与废气涡轮同轴相连；聚甲氧基二甲醚直喷喷油器安装在气缸内，排气管依次连接气缸的排气口、废气涡轮、排气氧传感器和三效催化器；在汽缸盖上安装有进气门晚关装置，在气缸内安装有缸压传感器,电控单元输出端通过控制线与电动增压器、电控EGR阀、气道喷油器、进气门晚关装置、聚甲氧基二甲醚直喷喷油器、排气氧传感器以及缸压传感器相连。
基于混合气稀释的当量燃烧系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、发动机电控单元分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机运行的负荷；
步骤二、如果步骤一的判断结果为冷启动和怠速工况，则采用聚甲氧基二甲醚直喷喷油器进行100％聚甲氧基二甲醚缸内直喷；
步骤三、如果步骤一的判断结果为小负荷工况，电控单元读取标定MAP，然后输出控制信号给聚甲氧基二甲醚直喷喷油器，将聚甲氧基二甲醚喷射角度控制在-20～-40°CAATDC范围，并向气道喷油器和聚甲氧基二甲醚直喷喷油器输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例控制在50％～70％范围内，根据排气氧传感器的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，通过调节电控EGR阀改变EGR率将缸内混合气浓度控制在当量比等于1；
步骤四、如果步骤1的判断结果为中等负荷工况，电控单元读取标定MAP，采用聚甲氧基二甲醚早喷策略，喷射角度控制在-45～-90°CA ATDC范围，并向气道喷油器和聚甲氧基二甲醚直喷喷油器输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例控制在75％～95％范围内，电控单元通过调节电控EGR阀将EGR率控制在40-50％范围内，电控单元根据排气氧传感器的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，通过调整与涡轮增压器压气机串联的电动增压器的增压度将缸内混合气浓度控制在当量比等于1；
步骤五、如果步骤1的判断结果为大负荷工况，电控单元读取标定MAP，采用聚甲氧基二甲醚晚喷策略，喷射角度控制在-5～-20°CA ATDC范围，并向气道喷油器和聚甲氧基二甲醚直喷喷油器输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例控制在50％～80％范围内；电控单元通过调节电控EGR阀将EGR率降低至30％-40％范围内，同时电控单元根据排气氧传感器的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，提高电动增压器的增压能力，将缸内混合气浓度控制在当量比等于1，并且电控单元根据缸压传感器输出的缸压信号，通过控制进气门晚关装置调节进气门晚关角度，降低有效压缩比，将峰值缸内压力控制在限值以内。
与现有技术相比，本发明具有以下三方面优势：
第一、通过不同工况下不同的直喷喷油模式，可实现宽广工况范围内高效清洁燃烧，在改善燃油消耗率的同时保持超低氮氧化物和碳烟排放。
第二、通过不同工况下采用增压与EGR结合对进气充量进行稀释，同时可以有效的降低缸内的最高温度，控制燃烧速率。在大负荷工况为了实现新鲜进气量需求，通过控制与涡轮增压器压气机串联的电动增压器的增压能力提高进气压力和进气量。
第三、通过控制不同的直喷喷油时刻来灵活控制燃料的浓度分层和活性分层，实现双燃料高预混压燃策略在不同工况下都能保证较高的燃烧效率及较低的氮氧化物和碳烟排放。
第四、在全工况范围，通过控制缸内混合气的总体充量浓度在化学计量当量(即过量空气系数λ＝1)，允许在柴油机上采用廉价高效的三效催化器处理HC/CO，实现高效清洁燃烧。
第五、通过采用进气门可变技术，可以采用较高的几何压缩比，随着负荷的增加采用进气门晚关技术降低有效压缩比，一方面改善了中小负荷的热效率，另一方面扩展了大负荷运行工况范围。
附图说明
图1为本发明的一种基于混合气稀释的当量燃烧系统的结构示意简图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种基于混合气稀释的当量燃烧系统，包括通过进气道总管6依次相连的涡轮增压器压气机1、电动增压器2、进气加热器3、进气中冷器5、压力传感器P、温度传感器T、气道喷油器8以及气缸的进气口，EGR管路14一端与进气加热器3、进气中冷器5之间的进气道总管6相通并且另一端依次连接EGR单向阀4、电控EGR阀7、EGR中冷器9以及排气管17与气缸的排气口相连接的部分，所述的涡轮增压器压气机1与废气涡轮15同轴相连；聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11安装在气缸内，排气管18依次连接气缸的排气口、废气涡轮15、排气氧传感器16和三效催化器17；在汽缸盖上安装有进气门晚关装置10，在气缸内安装有缸压传感器13。
电控单元12输出端通过控制线与电动增压器2、电控EGR阀7、气道喷油器8、进气门晚关装置10、聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11、排气氧传感器16以及缸压传感器13相连。
中冷废气再循环废气的流量采用电控EGR阀7控制，为了防止新鲜进气倒流，在电控EGR阀7之后安装有EGR单向阀4。进气增压由涡轮增压器压气机1与电动增压器2串联实现两级增压。
本发明的一种基于混合气稀释的当量燃烧系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、发动机电控单元12分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机运行的负荷；
步骤二、如果步骤一的判断结果为冷启动和怠速工况，则采用聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11进行100％聚甲氧基二甲醚(PODE)缸内直喷；
步骤三、如果步骤一的判断结果为小负荷工况，电控单元12读取标定MAP，然后输出控制信号给聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11，将聚甲氧基二甲醚(PODE)喷射角度控制在-20～-40°CA ATDC(即上止点后-20～-40度曲轴转角)范围，并向气道喷油器8和聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例(即气道喷油器8喷射的燃油的热值与进入缸内燃油的总热值之比)控制在50％～70％范围内。根据排气氧传感器16的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，通过调节电控EGR阀7改变EGR率将缸内混合气浓度控制在当量比等于1；
步骤四、如果步骤1的判断结果为中等负荷工况，电控单元12读取标定MAP，采用聚甲氧基二甲醚(PODE)早喷策略，喷射角度控制在-45～-90°CA ATDC范围，并向气道喷油器8和聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例(即气道喷油器8喷射的燃油的热值与进入缸内燃油的总热值之比)控制在75％～95％范围内。电控单元12通过调节电控EGR阀7将EGR率控制在40-50％范围内，电控单元12根据排气氧传感器16的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，通过调整与涡轮增压器串联的电动增压器2的增压度将缸内混合气浓度控制在当量比等于1；
步骤五、如果步骤1的判断结果为大负荷工况，电控单元12读取标定MAP，采用聚甲氧基二甲醚(PODE)晚喷策略，喷射角度控制在-5～-20°CA ATDC范围，并向气道喷油器8和聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例(即气道喷油器8喷射的燃油的热值与进入缸内燃油的总热值之比)控制在50％～80％范围内；电控单元12通过调节电控EGR阀7将EGR率降低至30％-40％范围内，同时电控单元12根据排气氧传感器16的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，提高电动增压器2的增压能力，将缸内混合气浓度控制在当量比等于1。并且电控单元12根据缸压传感器13输出的缸压信号，通过控制进气门晚关装置10调节进气门晚关角度，降低有效压缩比，将峰值缸内压力控制在限值以内。不同的发动机的限值不同，一般在16MPa。进气门晚关装置10调节进气门晚关角度的方法具体可以参见:Hu Wang,Laihui Tong,ZunqingZheng,Mingfa Yao.ExperimentalStudy on High-loadExtension of Gasoline/PODE Dual-fuel RCCI Operation UsingLate Intake ValveClosing.SAE Paper2017-01-0754,2017.(“王浒,童来会,郑尊清,尧命发.基于进气门晚关策略的汽油/PODE双燃料RCCI大负荷扩展的试验研究.SAE论文2017-01-0754,2017.”)。
实施例1
本实施例中，采用高几何压缩比(18:1)的发动机，缸内直喷燃料为聚甲氧基二甲醚(PODE)，气道喷射RON辛烷值为95的商用汽油。
步骤一、发动机电控单元12分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机运行的负荷；
步骤二、如果步骤一的判断结果为冷启动和怠速工况，则采用聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11进行100％聚甲氧基二甲醚(PODE)缸内直喷；
步骤三、如果步骤一的判断结果为小负荷工况：转速1500r/min，负荷为0.20MPaIMEP，电控单元12读取标定MAP，然后输出控制信号给聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11，将聚甲氧基二甲醚(PODE)喷射角度控制在-40°CA ATDC范围，并向气道喷油器8和聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例(即气道喷油器8喷射的燃油的热值与进入缸内燃油的总热值之比)控制在50％。根据排气氧传感器16的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，通过调节电控EGR阀7改变EGR率将缸内混合气浓度控制在当量比等于1；
步骤四、如果步骤1的判断结果为中等负荷工况：转速1500r/min，负荷为0.8MPaIMEP，电控单元12读取标定MAP，采用聚甲氧基二甲醚(PODE)早喷策略，喷射角度控制在-45°CA ATDC范围，并向气道喷油器8和聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例(即气道喷油器8喷射的燃油的热值与进入缸内燃油的总热值之比)控制在75％。电控单元12通过调节电控EGR阀7将EGR率控制在40％，电控单元12根据排气氧传感器16的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，通过调整与涡轮增压器压气机串联的电动增压器2的增压度将缸内混合气浓度控制在当量比等于1；
步骤五、如果步骤1的判断结果为大负荷工况：转速1500r/min，负荷为1.3MPaIMEP，电控单元12读取标定MAP，采用聚甲氧基二甲醚(PODE)晚喷策略，喷射角度控制在-20°CA ATDC范围，并向气道喷油器8和聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例(即气道喷油器8喷射的燃油的热值与进入缸内燃油的总热值之比)控制在80％；电控单元12通过调节电控EGR阀7将EGR率控制在40％，同时电控单元12根据排气氧传感器16的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，提高电动增压器2的增压能力，将缸内混合气浓度控制在当量比等于1。并且电控单元12根据缸压传感器13输出的缸压信号，通过控制进气门晚关装置10将进气门晚关角度推迟25°CA，降低有效压缩比，将峰值缸内压力控制在1.6MPa以内。
经试验，本发明实施例的工况下，采用燃烧模式设计方法，能够在不同的负荷下实现不同的混合气活性和浓度分层，控制燃烧速率，通过EGR耦合进气增压控制在全负荷工况范围内通过控制当量比等于1，采用三效催化器能够实现高效清洁燃烧。
实施例2
本实施例中，采用高几何压缩比(18:1)的发动机，缸内直喷燃料为聚甲氧基二甲醚(PODE)，气道喷射RON辛烷值为95的商用汽油。
步骤一、发动机电控单元12分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机运行的负荷；
步骤二、如果步骤一的判断结果为冷启动和怠速工况，则采用聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11进行100％聚甲氧基二甲醚(PODE)缸内直喷；
步骤三、如果步骤一的判断结果为小负荷工况：转速1500r/min，负荷为0.35MPaIMEP，电控单元12读取标定MAP，然后输出控制信号给聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11，将聚甲氧基二甲醚(PODE)喷射角度控制在-30°CA ATDC范围，并向气道喷油器8和聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例(即气道喷油器8喷射的燃油的热值与进入缸内燃油的总热值之比)控制在65％。根据排气氧传感器16的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，通过调节电控EGR阀7改变EGR率将缸内混合气浓度控制在当量比等于1；
步骤四、如果步骤1的判断结果为中等负荷工况：转速1500r/min，负荷为1.0MPaIMEP，电控单元12读取标定MAP，采用聚甲氧基二甲醚(PODE)早喷策略，喷射角度控制在-60°CA ATDC范围，并向气道喷油器8和聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例(即气道喷油器8喷射的燃油的热值与进入缸内燃油的总热值之比)控制在85％。电控单元12通过调节电控EGR阀7将EGR率控制在45％，电控单元12根据排气氧传感器16的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，通过调整与涡轮增压器压气机串联的电动增压器2的增压度将缸内混合气浓度控制在当量比等于1；
步骤五、如果步骤1的判断结果为大负荷工况：转速1500r/min，负荷为1.6MPaIMEP，电控单元12读取标定MAP，采用聚甲氧基二甲醚(PODE)晚喷策略，喷射角度控制在-15°CA ATDC范围，并向气道喷油器8和聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例(即气道喷油器8喷射的燃油的热值与进入缸内燃油的总热值之比)控制在70％；电控单元12通过调节电控EGR阀7将EGR率降低至35％，同时电控单元12根据排气氧传感器16的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，提高电动增压器2的增压能力，将缸内混合气浓度控制在当量比等于1。并且电控单元12根据缸压传感器13输出的缸压信号，通过控制进气门晚关装置10将进气门关闭角度推迟35°CA，降低有效压缩比，将峰值缸内压力控制在1.6MPa以内。
经试验，经试验，本发明实施例的工况下，采用燃烧模式设计方法，能够在不同的负荷下实现不同的混合气活性和浓度分层，控制燃烧速率，通过EGR耦合进气增压控制在全负荷工况范围内通过控制当量比等于1，采用三效催化器能够实现高效清洁燃烧。
实施例3
本实施例中，采用高几何压缩比(18:1)的发动机，缸内直喷燃料为聚甲氧基二甲醚(PODE)，气道喷射RON辛烷值为95的商用汽油。
步骤一、发动机电控单元12分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机运行的负荷；
步骤二、如果步骤一的判断结果为冷启动和怠速工况，则采用聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11进行100％聚甲氧基二甲醚(PODE)缸内直喷；
步骤三、如果步骤一的判断结果为小负荷工况：转速1500r/min，负荷为0.5MPaIMEP，电控单元12读取标定MAP，然后输出控制信号给聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11，将聚甲氧基二甲醚(PODE)喷射角度控制在-20°CA ATDC范围，并向气道喷油器8和聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例(即气道喷油器8喷射的燃油的热值与进入缸内燃油的总热值之比)控制在70％。根据排气氧传感器16的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，通过调节电控EGR阀7改变EGR率将缸内混合气浓度控制在当量比等于1；
步骤四、如果步骤1的判断结果为中等负荷工况：转速1500r/min，负荷为1.2MPaIMEP，电控单元12读取标定MAP，采用聚甲氧基二甲醚(PODE)早喷策略，喷射角度控制在-90°CA ATDC范围，并向气道喷油器8和聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例(即气道喷油器8喷射的燃油的热值与进入缸内燃油的总热值之比)控制在95％。电控单元12通过调节电控EGR阀7将EGR率控制在50％，电控单元12根据排气氧传感器16的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，通过调整与涡轮增压器压气机串联的电动增压器2的增压度将缸内混合气浓度控制在当量比等于1；
步骤五、如果步骤1的判断结果为大负荷工况：转速1500r/min，负荷为1.8MPaIMEP，电控单元12读取标定MAP，采用聚甲氧基二甲醚(PODE)晚喷策略，喷射角度控制在-5°CA ATDC范围，并向气道喷油器8和聚甲氧基二甲醚(PODE)直喷喷油器11输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例(即气道喷油器8喷射的燃油的热值与进入缸内燃油的总热值之比)控制在50％；电控单元12通过调节电控EGR阀7将EGR率降低至30％，同时电控单元12根据排气氧传感器16的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，提高电动增压器2的增压能力，将缸内混合气浓度控制在当量比等于1。并且电控单元12根据缸压传感器13输出的缸压信号，通过控制进气门晚关装置10将进气门关闭角度推迟55°CA，降低有效压缩比，将峰值缸内压力控制在1.6MPa以内。
经试验，本发明实施例的工况下，采用燃烧模式设计方法，能够在不同的负荷下实现不同的混合气活性和浓度分层，控制燃烧速率，通过EGR耦合进气增压控制在全负荷工况范围内通过控制当量比等于1，采用三效催化器能够实现高效清洁燃烧。
尽管上述结合示意图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，以上表述仅为示意性，并非限制性。本领域的技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以进行多种变形(例如发动机缸内直喷含氧类生物柴油等，气道喷射醇类燃料、天然气等)，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (1)
1.一种基于混合气稀释的当量燃烧系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、发动机电控单元分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机运行的负荷；
步骤二、如果步骤一的判断结果为冷启动和怠速工况，则采用安装在气缸内的聚甲氧基二甲醚直喷喷油器进行100％聚甲氧基二甲醚缸内直喷；排气管依次连接气缸的排气口、废气涡轮、排气氧传感器和三效催化器；进气道总管依次连接涡轮增压器压气机、电动增压器、进气加热器、进气中冷器、压力传感器、温度传感器、气道喷油器以及气缸的进气口，所述的涡轮增压器压气机与废气涡轮同轴相连；
步骤三、如果步骤一的判断结果为小负荷工况，电控单元读取标定MAP，然后输出控制信号给聚甲氧基二甲醚直喷喷油器，将聚甲氧基二甲醚喷射角度控制在-20～-40℃A ATDC范围，并向气道喷油器和聚甲氧基二甲醚直喷喷油器输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例控制在50％～70％范围内，根据排气氧传感器的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，通过调节电控EGR阀改变EGR率将缸内混合气浓度控制在当量比等于1；EGR管路一端与进气加热器、进气中冷器之间的进气道总管相通并且另一端依次连接EGR单向阀、电控EGR阀、EGR中冷器以及排气管与气缸的排气口相连接的部分；
步骤四、如果步骤1的判断结果为中等负荷工况，电控单元读取标定MAP，采用聚甲氧基二甲醚早喷策略，喷射角度控制在-45～-90℃A ATDC范围，并向气道喷油器和聚甲氧基二甲醚直喷喷油器输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例控制在75％～95％范围内，电控单元通过调节电控EGR阀将EGR率控制在40-50％范围内，电控单元根据排气氧传感器的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，通过调整与涡轮增压器压气机串联的电动增压器的增压度将缸内混合气浓度控制在当量比等于1；
步骤五、如果步骤1的判断结果为大负荷工况，电控单元读取标定MAP，采用聚甲氧基二甲醚晚喷策略，喷射角度控制在-5～-20℃A ATDC范围，并向气道喷油器和聚甲氧基二甲醚直喷喷油器输出脉宽控制信号将气道喷射热值比例控制在50％～80％范围内；电控单元通过调节电控EGR阀将EGR率降低至30％-40％范围内，同时电控单元根据排气氧传感器的排气氧浓度信号判断缸内燃烧的稀释情况，提高电动增压器的增压能力，将缸内混合气浓度控制在当量比等于1，并且电控单元根据安装在气缸内的缸压传感器输出的缸压信号，通过控制安装在汽缸盖上的进气门晚关装置调节进气门晚关角度，降低有效压缩比，将峰值缸内压力控制在限值以内。
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