[发明专利]一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机及控制方法

摘要

一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机及控制方法，属于内燃机控制领域。该系统在沿用点燃式内燃机主体的基础上增加了一套用于双喷嘴气/液双燃料点燃式内燃机缸内直喷装置和一套燃料喷射与点火电子控制单元，包括：气体燃料流量传感器、气体燃料控制阀、气体燃料稳压器、液体燃料流量传感器、液体燃料控制阀等。燃料喷射与点火电子控制单元通过调整气体燃料喷嘴和液体燃料喷嘴的喷射时刻和喷射脉宽实现气/液双燃料在缸内的任意质量比喷射，并根据工况实时调整气/液燃料的喷射质量比，从而提高了内燃机起动速度与加速响应速度、降低了燃料消耗量与污染物排放，并通过减少气体燃料高压喷嘴的使用频率，缓解其长时间使用所面临的散热及润滑问题。

主权项

1.一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机的控制方法，该直喷内燃机在沿用点燃式内燃机主体(16)、火花塞(9)及原机电子控制单元(1)的基础上，加装了一套双喷嘴气/液双燃料缸内直喷系统和一台喷射与燃烧电子控制单元(2)；所述的一套双喷嘴气/液双燃料缸内直喷系统包括：气体燃料罐(3)、气体燃料控制阀(4)、气体燃料稳压器(5)、气体燃料加压泵(6)、气体燃料流量与轨压传感器(7)、气体燃料喷嘴(8)、液体燃料箱(15)、液体燃料控制阀(14)、液体燃料一级加压泵(13)、液体燃料二级加压泵(12)、液体燃料流量与轨压传感器(11)、液体燃料喷嘴(10)；所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与原机电子控制单元(1)连接，获取内燃机的转速信号(a)、加速踏板位置信号(b)、进/排气凸轮轴位置信号(c)、原机燃料喷射控制信号(d)、原机点火控制信号(e)、冷却液温度信号(f)和进气道绝对压力信号(g)；所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与气体燃料控制阀(4)相连接，通过气体燃料控制阀控制信号(h)控制气体燃料控制阀(4)的开启和关闭；所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与气体燃料流量与轨压传感器(7)相连接，获取气体燃料流量与轨压信号(i)；所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与气体燃料喷嘴(8)相连接，通过气体燃料喷嘴控制信号(j)调整气体燃料的喷射脉宽及喷射时刻，控制气体燃料的喷射；所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与液体燃料控制阀(14)相连接，通过液体燃料控制阀控制信号(n)控制液体燃料控制阀(14)的开启和关闭；所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与液体燃料流量与轨压传感器(11)相连接，获取液体燃料流量与轨压信号(m)；所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与液体燃料喷嘴(10)相连接，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料的喷射脉宽及喷射时刻，控制液体燃料的喷射；所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与火花塞(9)相连接，通过火花塞控制信号(k)控制火花塞点火；其特征在于，该方法包括如下控制过程：喷射与燃烧电子控制单元(2)首先根据转速信号(a)、进气道绝对压力信号(g)和加速踏板位置信号(b)判断内燃机所处工况，再根据不同工况对内燃机的喷射与燃烧进行如下控制：1)起动工况气体燃料不存在液化过程和油膜效应，且其在缸内喷射不影响内燃机充气效率响应更快，因此内燃机采用缸内喷射纯气体燃料不但可以保证内燃机快速起动，而且不会有未燃燃料液滴直接排出气缸，进而降低污染物排放；当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速从0增加到100rpm，即认为内燃机进入起动工况；在该工况下，喷射与燃烧电子控制单元(2)通过气体燃料控制阀控制信号(h)控制气体燃料控制阀(4)开启；通过液体燃料控制阀控制信号(n)控制液体燃料控制阀(14)关闭；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机各循环，循环通过进/排气凸轮轴位置信号(c)确定，第一次喷射时刻t_f1与喷射脉宽s_f1、第二次喷射时刻t_f2与喷射脉宽s_f2；同时，通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)使其第一次喷射时刻t’_f1控制在t_f1±2°曲轴转角间、第一次喷射脉宽s’_f1＝n×s_f1、第二次喷射时刻t’_f2＝t_f2、第二次喷射脉宽s’_f2＝s_f2，其中当冷却液温度小于等于10℃时，n＝1.1；当冷却液温度在10至50℃之间时，n＝1.0当冷却液温度大于等于50℃时，n＝0.9，冷却水温度通过冷却液温度信号(f)获得；通过原机点火控制信号(e)获取原机点火时刻t_s，并通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’_s＝t_s；2)怠速及低速中小负荷工况当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速在650至3000rpm且获取的进气道绝对压力信号(g)不大于65kPa时，即认为内燃机处于怠速及低速中小负荷工况；在该工况下，喷射与燃烧电子控制单元(2)分别通过气体燃料控制阀控制信号(h)和液体燃料控制阀控制信号(n)控制气体燃料控制阀(4)和液体燃料控制阀(14)开启；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机单循环内第一次喷射时刻t_f1、第二次喷射时刻t_f2及总喷射脉宽s_f；同时，通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)，使其喷射时刻t’_f1＝t_f1，喷射脉宽s’_f1＝0.7×s_f1；此外，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料喷嘴(10)，使其喷射时刻t’_f2＝t_f2，喷射脉宽s’_f1＝0.1×s_f1；通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’_s＝t’_f2+s’_f1+1°曲轴转角；3)高速中小负荷工况当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速大于3000rpm且获取的进气道绝对压力信号(g)不大于65kPa时，即认为内燃机处于高速中小负荷工况；在该工况下，喷射与燃烧电子控制单元(2)分别通过气体燃料控制阀控制信号(h)和液体燃料控制阀控制信号(n)控制气体燃料控制阀(4)和液体燃料控制阀(14)开启；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机单循环内第一次喷射时刻t_f1、第二次喷射时刻t_f2及总喷射脉宽s_f；同时，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料喷嘴(10)，使其喷射时刻t’_f1＝t_f1，喷射脉宽s’_f1＝0.7×s_f1；通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)，使其喷射时刻t’_f2＝t_f2，喷射脉宽s’_f1＝0.2×s_f1；此外，通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’_s＝t’_f2+s’_f1+0.5°曲轴转角；4)高速高负荷或急加速工况当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速不小于3000rpm且获取的进气道绝对压力信号(g)大于65kPa时，即认为内燃机处于高速高负荷工况；当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的加速踏板位置信号(b)显示0.1s内的加速踏板位置增量大于50％时，即认为内燃机处于急加速工况；在以上两种工况条件下，喷射与燃烧电子控制单元(2)分别通过气体燃料控制阀控制信号(h)和液体燃料控制阀控制信号(n)控制气体燃料控制阀(4)和液体燃料控制阀(14)开启；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机单循环内第一次喷射时刻t_f1、第二次喷射时刻t_f2及总喷射脉宽s_f；同时，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料喷嘴(10)，使其早喷喷射时刻t’_f1＝t_f1，喷射脉宽s’_f1＝0.70×s_f1，晚喷喷射时刻t’_f2＝t_f2，喷射脉宽s’_f1＝0.15×s_f1；通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)，使其喷射时刻t”_f2＝t_f2+0.5°，喷射脉宽s”_f1＝0.1×s_f1；此外，通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’_s＝t”_f2+s”_f1+0.5°曲轴转角；最后实际喷射脉宽根据气体燃料轨压或液体燃料轨压的实际值进行修正；首先喷射与燃烧电子控制单元(2)根据气体燃料流量与轨压传感器(7)和液体燃料流量与轨压传感器(11)获取气体燃料流量与轨压信号(i)和液体燃料流量与轨压信号(m)，并计算出气体或液体燃料轨压实际值与目标值的差值为n MPa，当0.2≤n≤3时，气体或液体燃料的实际喷射脉宽减小a×|n|ms；其中a为修正系数，在0.1至0.5之间；当‑3≤n≤‑0.2时，气体或液体燃料的实际喷射脉宽增加a×|n|ms；当0≤|n|＜0.2或|n|＞3时，气体或液体燃料的实际喷射脉宽不予修正。