[发明专利]点火模式可变的柴油/天然气双燃料发动机及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及发动机，具体涉及一种具有火花塞点火与柴油引燃两种点火模式的柴油/天然气双燃料发动机及点火模式可变的控制方法。

背景技术

柴油引燃天然气发动机由于压缩比高、着火点多、燃烧迅速具有燃料消耗率低的经济性优势，但在小负荷稀混合气条件下缸内压力低、燃烧温度低、热效率低、HC排放高，这就造成了发动机的经济性与排放性恶化。

如果在低负荷工况下全燃用柴油，存在一个从全柴油工况向双燃料工况切换的过程，由于燃料供给滞后，发动机在此过程中转速波动大、排放恶化，难以满足未来更高的经济性和排放法规的要求及提高中低负荷时的天然气替代率。

如果单使用天然气作为燃料，虽然火花点火稀燃天然气发动机可形成更稀薄的可燃混合气，有利于利用稀薄燃烧方式提高燃料经济性与排放性，但燃烧循环变动是天然气发动机燃烧稀混合气时面临的主要问题，在一定程度上会影响稀燃天然气发动机的燃烧效率及排放性。

为了满足不断提高的严格的排放法规和提高燃油效率的需要，因此需要一个解决方案能够改善柴油引燃天然气发动机在低负荷下HC排放高和火花点火稀燃天然气发动机循环变动和HC排放高的问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种点火模式可变的柴油/天然气双燃料发动机，通过控制火花塞点火与柴油引燃的两种点火燃烧模式，实现缸内燃烧过程的多自由度控制。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种点火类型可变的天然气/柴油双燃料发动机，包括气瓶1、高压气轨3、气缸13、活塞12、进气管16、排气管8、进气门14、排气门9、柴油喷油器10、天然气喷射阀15、电控单元4、火花塞点火系统，气瓶1经减压阀2与高压气轨3的入口连接，高压气轨3的出口与天然气喷射阀15的入口连接，天然气喷射阀15的出口与进气管16连接，进气管16上安装有节气门17，活塞12安装在气缸13上，气缸13顶部设有关于气缸13中心线对称布置的进气口19和排气口20，进气管16通过进气口19与气缸13连通，排气管8通过排气口20与气缸13连通，进气口19处安装有进气门14，排气口20处安装有排气门9；还包括火花塞点火系统的火花塞11和柴油喷射器10均与气缸13顶部连接，且火花塞11和柴油喷射器10关于气缸13中线对称设置，与进、排气口连线垂直；电控单元分别与节气门17、天然气喷射阀15、火花塞点火系统和柴油喷射器10电连接。

所述的一种点火类型可变的天然气/柴油双燃料发动机，排气管8上安装有氧传感器7，节气门17上安装有节气门开度传感器；节气门开度传感器与氧传感器7分别与电控单元4的输入端电连接；电控单元4的各输出端分别与节气门控制器、火花塞点火系统的点火控制器、柴油喷射器10信号输入端以及天然气喷射阀15信号输入端电连接。

所述的一种点火类型可变的天然气/柴油双燃料发动机，排气管上还安装有三元催化器6及消声器5，消声器5出口端与大气相通。

所述的一种点火类型可变的天然气/柴油双燃料发动机，进气管16上还设有空气过滤器18，空气过滤器18安装在节气门17前，其进口与大气相通。

本发明同时提供所述点火类型可变的天然气/柴油双燃料发动机的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、电控单元实时采集节气门开度信号；

步骤二、电控单元将节气门开度值与预设判定阈值进行比较，判断发动机工况：如节气门开度值小于预设判定阈值，则判定当前发动机工况处于低负荷工况；如节气门开度值大于或等于预设判定阈值，则判定当前发动机工况处于中、高负荷工况；

步骤三、根据步骤二判定的发动机工况选择点火模式：如发动机工况处于低负荷工况，电控单元向火花塞点火系统的点火控制器发出信号，控制火花塞点火，点燃气缸内的天然气混合气；如发动机工况处于中、高负荷工况，电控单元控制柴油喷油器喷射柴油，并按计算结果控制柴油喷油器的柴油喷射量，压缩柴油燃烧实现多点点火，点燃气缸内的天然气混合气。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

在中低负荷，利用火花塞点火，改善燃烧环境，提高热效率，降低了未燃HC的排放。在高负荷，利用柴油引燃，实现对天然气的多点点火，提高了燃烧速度，进而提高效率。结合上述可变的点火策略，在全工况下达到节能与排放控制的双赢目标。

附图说明

图1为本发明点火模式可变的柴油/天然气双燃料发动机的结构示意图；

图2(a)为本发明点火模式可变的柴油/天然气双燃料发动机气缸的结构示意图；