[发明专利]灵活燃料发动机及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机领域，尤其涉及一种灵活燃料发动机的控制方法、相应系统。

背景技术

随着汽车工业的飞速发展，汽车的普及率增加，对传统能源的消耗也日益增长。传统内燃机所采用的燃料通常是汽油、柴油，而汽油或柴油依赖于化石能源。据估算，该能源将在21世纪上半叶接近枯竭。例如，按照石油储量的综合估算，可支配的化石能源的极限，大约为1180～1510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2050左右年宣告枯竭。化石能源与原料链条的中断，必将导致国家或地区之间的冲突乃至全球性的经济危机。明智的做法是节约使用传统能源，结合开发替代性的新能源，保证人类社会的可持续发展。

另外，众所周知，诸如汽油、柴油之类的传统能源燃烧后产生将排放出二氧化碳。人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料(如煤、石油等)，排放出大量的二氧化碳等多种温室气体，是全球气候变暖的主要原因。全球变暖的后果，会使全球降水量重新分配，冰川和冻土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。为了降低汽车排放的污染程度，也需要以清洁能源来代替传统能源作为内燃机汽车的燃料。

现有技术中已经开发出了混合燃料内燃机，例如气体燃料和液体燃料混合燃烧做功的内燃机。这种内燃机的缸内燃料是可燃气体或者可燃气体和液体燃油(汽油或柴油)的混合物。上述可燃气体包括一氧化碳、氢气、甲烷、沼气、天然气等，其参与燃烧以后，反应产物是无污染的二氧化碳和水，因此普及这种混合燃料内燃机对于改善能源结构和减小环境污染等具有很大的帮助。

然而，上述气体燃料中，每一类气体的着火特性各不相同，尤其是气体燃料与液体燃料混合后，需要严格控制气缸内的气液混合配比、点火正时和进气速度等关键参数，以使这些燃料的缸内燃烧产生最大效率。目前的混合燃料内燃机中，上述关键参数都是固定的(即内燃机不可根据燃料进行参数调节)，也即，一台汽车的内燃机中只有在通入固定的气体燃料(例如氢气)的情况下才能达到最优燃烧效率，如果更换了不同种类或者不同组分的气体燃料，则可能由于燃烧相关的控制策略的不适配而产生燃烧不充分或者热效率降低等问题。实际上越来越多的可燃气体可以用作内燃机燃料，甚至可以使用多种气体组成的混合气体作为上述气体燃料，现有技术中无法根据气体燃料成分灵活地调整关键参数达到最佳缸内燃烧状态，这限制了引入了气体为燃料的混合燃料发动机的应用范围，阻碍了其进一步发展。

本发明的发明人认识到混合燃料内燃机的上述局限性，并在此基础上开发出了一种新型的灵活燃料发动机，其不但可以利用各种燃料进行燃烧输出能量，而且能够根据不同燃料的成分，灵活配置发动机的相关工作参数，使燃料发挥最大的热效率，从而进一步地提高发动机工作效率。这将极大地提高混合燃料内燃机的实用性，加速其发展，从而更有利于实现拓宽能源范围、节约传统能源、降低汽车碳排放，减少环境污染的产业化效果。

发明内容

为了解决上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种灵活燃料发动机系统及其控制方法，本发明的灵活燃料发动机可以灵活地适应各种气体燃料，根据气体燃料的具体组分实时、自动地调整内燃机的工作参数。

为达到上述目的，一方面，本发明提供了一种操作灵活燃料发动机的方法，该方法包括：

通过气体成分传感器检测气体燃料储罐中的气体燃料的成分；

根据检测结果，通过控制器确定所述灵活燃料发动机的控制策略，所述控制策略选自所述气体燃料和/或液体燃料的配比策略、所述气体燃料的喷气正时策略、所述气体燃料的喷气量策略、所述液体燃料的喷油量策略、点火正时策略中的任一种或其组合；

根据所述控制策略将所述气体燃料储罐中的气体燃料和/或液体燃料储罐中的液体燃料输入至所述灵活燃料发动机的气缸内进行混合并点火燃烧。

另一方面，本发明提供了一种灵活燃料发动机系统，该系统至少包括：用于储存气体燃料的气体燃料储罐、气体成分传感器、控制器和具有至少一个气缸的内燃机，其中：

所述气体燃料储罐用于储存气体燃料，其与所述至少一个气缸连接并将所述气体燃料输入至所述至少一个气缸；

所述气体成分传感器用于检测所述气体燃料储罐中的气体燃料的成分，并将检测结果传送到所述控制器；

所述控制器根据所述检测结果确定所述内燃机的控制策略，所述控制策略选自所述气体燃料和/或液体燃料的配比策略、所述气体燃料的喷气正时策略、所述气体燃料的喷气量策略、所述液体燃料的喷油量策略、点火正时策略中的任一种或其组合；以及