[发明专利]一种柴油机最小压缩比设计方法及控制方法

说明书

本发明公开了一种柴油机最小压缩比设计方法及控制方法，由于转速低、零部件冷态间隙大等原因，冷起动过程中柴油机漏气量较大；另外，低温环境下柴油机机体及冷却液温度较低，冷起动过程中缸内空气的散热量也较大。所以，根据绝热压缩理论公式计算T1‑min，结果误差较大；本发明在柴油机上研究了实际值和理论值的差异，通过数据拟合，得出柴油机冷起动过程中缸内实际压缩终了状态随启喷转速、压缩比和发动机进气状态间的关系式，由于考虑了漏气及散热后的能量损失系数，能够获得无预热启动以及无预热稳定怠速时不同环境温度下所需的柴油机最小压缩比，使得应用本设计方法的柴油机具有了低温适应性，提高柴油机冷起动性能。

技术领域

本发明属于柴油机设计、控制技术领域，具体涉及一种柴油机最小压缩比设计方法及控制方法。

背景技术

由于热效率高、可靠性好等特性，柴油发动机在农业、工业、运输以及国防装备等领域应用广泛。柴油机压缩比设计对其经济性、动力性、起动性、可靠性以及排放性均有重大影响，因此柴油机压缩比的选择是柴油机设计制造中必须首先解决的关键问题。

任何柴油机的压缩比都存在最小值和最大值。一般而言，增加压缩比后柴油机缸内最高压力急剧增加，柴油机机械负荷增加。所以，压缩比的最大值是由柴油机机械负荷极限以及可靠性决定的。压缩比的最小值需要保证柴油机气缸内压缩终了温度高于柴油喷雾的临界着火温度，以保证柴油喷雾能正常自燃放热并推动活塞做功。柴油机起动过程中转速低、漏气量大、散热量高，造成起动过程中缸内压缩终了温度低于高转速下正常工作时的缸内压缩终了温度。所以，压缩比的最小值是由柴油机起动性极限决定的。我国幅员辽阔，“南北温差大，东西海拔差异大”是我国气候地形的基本特征。我国北边陲漠河冬季最低温度可达-52.3℃。使用现有的柴油机，在高海拔与极低温区域，不能保证其压缩冲程终止时刻缸内温度高于柴油喷雾着火的临界温度，从而导致柴油喷雾失火，无法正常起动。

综上所述，目前的柴油机在低温环境下的起动性能较差甚至无法正常起动。为了提高柴油机低温环境下的冷起动性能，需要对柴油机最小压缩比进行设计或者控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种柴油机最小压缩比设计方法及控制方法，可以提高柴油机在低温环境下的冷起动性能，提高柴油机环境适应性。

一种柴油机最小压缩比设计方法，在进行柴油机的最小压缩比设计时，根据柴油机启喷转速下无预热进气后最低温度T_1-min与压缩比ε之间的关系：

确定柴油机在启喷转速下的最小压缩比；式中，κ为绝热指数；f＝1-3.68*n^-0.5，n为柴油机转速；P_in为大气压力；

再根据柴油机转速上升期间的进气预热后最低温度T_in-min与转速及压缩比ε的关系式：

确定柴油机在转速上升下的最小压缩比；式中，LHV表示燃料低热值LHV、c_v为空气定容比热；

选择启喷转速下的最小压缩比和转速上升下的最小压缩比中较大值，作为柴油机最后的压缩比。

一种柴油机最小压缩比控制方法，在进行柴油机控制时，根据柴油机启喷转速下无预热进气后最低温度T_1-min与压缩比ε之间的关系：

确定柴油机在启喷转速下的最小压缩比；式中，κ为绝热指数；f＝1-3.68*n^-0.5，n为柴油机转速；P_in为大气压力；

再根据柴油机转速上升期间的进气预热后最低温度T_in-min与转速及压缩比ε的关系式：