一种单喷嘴直喷气液燃料点燃式内燃机及控制方法技术

一种单喷嘴直喷气液燃料点燃式内燃机及控制方法，属于直喷内燃机控制领域。该系统在保留原发动机全部本体的基础上增加了一套气液双燃料喷射系统和一套电子控制单元，包括：燃料喷射与点火电子控制单元、气体燃料流量与压力传感器、气体燃料线性电磁阀、液体燃料单向阀、液体燃料流量与压力传感器、液体燃料线性电磁阀、喷嘴、液体燃料泵、三通等。燃料喷射与点火电子控制单元通过对液体及气体燃料泵与线性电磁阀的控制控制进入喷嘴的气体和液体燃料比例，并根据工况实时变化气体和液体燃料的使用比例，大幅减少了发动机起动时间、油耗及有害排放，通过单喷嘴气液双燃料喷射利用液体燃料冷却性好的特点解决的高压气体喷射时喷嘴的润滑与散热问题。

【技术实现步骤摘要】

缸内直喷是实现点燃式汽油机高效、清洁燃烧的有效方法，气体燃料及液体燃料直喷各自优势不同，本专利技术提供一种单喷嘴直喷气液燃料点燃式内燃机及控制方法，具体内容涉及单喷嘴气液双燃料直喷内燃机控制。
技术介绍
缸内直喷是实现点燃式汽油机高效、清洁燃烧的有效方法，在燃料直喷条件下，内燃机充气效率、响应速度均明显提高，且气道的油膜效应可以被几乎完全消除，这使得缸内直喷点燃式内燃机能够获得较气道喷射内燃机更优的热效率、更好的加速响应特性及更快的起动速度。点燃式内燃机可以采用以氢气、天然气及液化石油气等为代表的气体燃料，也可以使用以汽油、甲醇及乙醇等为代表的液体燃料。从喷射过程来看，直喷点燃式内燃机一般由早喷和晚喷两次喷射组成，早喷主要用于在缸内形成准均质稀薄混合气，晚喷主要用于在点火时刻附近形成较浓的混合气来保证混合气被稳定点燃。在直喷条件下，液体燃料能够凭借其较高的体积比能量密度来充分保证内燃机动力性，但分层燃烧条件下，液体燃料晚喷会造成液滴直接参与燃烧，而液滴的燃烧则会直接导致单一液体燃料直喷点燃式内燃机出现较高的颗粒物排放。单一气体燃料直喷点燃式内燃机不会出现液滴参与燃烧的问题，从而使该类内燃机颗粒物排放能够显著减少，但气体燃料的能量密度低，这使得该类内燃机存在动力性差等问题。综合利用气体和液体两类燃料各自特点实现内燃机气体-液体双燃料直喷内燃机是实现两种燃料在缸内直喷条件下优势互补的有效方式。实现气液双燃料直喷可以通过在发动机上独立安装一套液体燃料喷射系统和一套气体燃料喷射系统来实现，但气体燃料冷却及润滑性能较差，单一高压气体燃料直喷会导致喷嘴过早损坏。且在狭小的内燃机缸盖上安装两套喷射系统显然
会造成喷射系统布置困难等问题。
技术实现思路
针对目前单一气体燃料直喷点燃式内燃机动力性差，单一液体燃料直喷点燃式内燃机颗粒物排放高，以及单一气体燃料高压喷射喷嘴润滑与散热差的问题，本专利技术提供一种单喷嘴直喷气液燃料点燃式内燃机及控制方法。本专利技术采用了如下技术方案：一种单喷嘴直喷气液燃料点燃式内燃机，在保留发动机13、火花塞12及原机电子控制单元15的基础上加装了一套单喷嘴气液双燃料直喷系统和一个燃料喷射与点火电子控制单元1；所述单喷嘴气液双燃料直喷系统，其特征在于，包括：气体燃料泵5、气体燃料储存罐6、气体燃料线性电磁阀4、气体燃料流量与压力传感器3。所述气体燃料泵5、气体燃料储存罐6、气体燃料线性电磁阀4及气体燃料流量与压力传感器3之间通过高压气体管路相连接；所述单喷嘴气液双燃料直喷系统，其特征在于，包括：液体燃料储存罐9、液体燃料泵11、液体燃料线性电磁阀8及液体燃料流量与压力传感器7。所述液液体燃料储存罐9、液体燃料泵11、液体燃料线性电磁阀8及液体燃料流量与压力传感器7之间通过液体高压管路相连接；所述单喷嘴气液双燃料直喷系统，其特征在于，包括：三通14及喷嘴10.三通14与喷嘴10之间通过高压管路相连接。三通14通过高压管路还分别与气体燃料流量与压力传感器3及液体燃料流量与压力传感器7相连接。喷嘴10直接安装在发动机13上；所述燃料喷射与点火电子控制单元1与气体燃料线性电磁阀4相连
接，通过发出气体燃料线性电磁阀控制信号a控制气体燃料线性电磁阀4的开度；所述燃料喷射与点火电子控制单元1与气体燃料流量与压力传感器3相连接，获得气体燃料流量与压力信号b；所述燃料喷射与点火电子控制单元1与气体燃料泵5相连接，发出气体燃料泵控制信号z；所述燃料喷射与点火电子控制单元1与液体燃料泵11相连接，通过发出液体燃料泵控制信号c调整液体燃料泵11的输出压力；所述燃料喷射与点火电子控制单元1与液体燃料线性电磁阀8相连接，通过发出液体燃料线性电磁阀控制信号d控制液体燃料线性电磁阀8的开度；所述燃料喷射与点火电子控制单元1与液体燃料流量与压力传感器7相连接，获得液体燃料流量与压力信号e；所述燃料喷射与点火电子控制单元1与喷嘴10相连接，通过发出实际喷嘴控制信号f控制喷嘴10的开启和关闭；所述燃料喷射与点火电子控制单元1与火花塞12相连接，通过发出实际点火信号g控制火花塞跳火；所述燃料喷射与点火电子控制单元1与原机电子控制单元2相连接，获得发动机起动/停车信号h、曲轴位置与转速信号j、油门踏板位置信号k、原机喷油器控制信号m及原机点火信号n；所述气体燃料可以为天然气、氢气等常见点燃式内燃机气体燃料；所述液体燃料可以为汽油、甲醇等常见点燃式内燃机液体燃料。一种单喷嘴直喷气液燃料点燃式内燃机的控制方法，该方法包括以下步骤：燃料喷射与点火电子控制单元1首先根据从原机电子控制单元2获得的发动机起动/停车信号h，并根据发动机起动/停车信号h判断发动机起动及停
止状态，当发动机起动/停车信号h指示发动机停车时，燃料喷射与点火电子控制单元1通过发出气体燃料线性电磁阀控制信号a和液体燃料线性电磁阀控制信号d使气体燃料线性电磁阀4和液体燃料线性电磁阀8均处于关闭状态，通过发出气体燃料泵控制信号z和液体燃料泵控制信号c使气体燃料泵5和液体燃料泵11停止运转，通过发出实际喷嘴控制信号f使喷嘴10的实际喷射脉宽置零来停止燃料喷射，并同时通过发出实际点火信号g使火花塞12停止跳火，此时发动机处于停车状态；当发动机起动/停车信号h指示发动机处于运行状态时，燃料喷射与点火电子控制单元1进一步根据曲轴位置与转速信号j及油门踏板位置信号k判断发动机所处工况，当曲轴位置与转速信号j指示发动机转速为起动机拖动转速时燃料喷射与点火电子控制单元1判定发动机处于起动工况；当发动机转速大于等于最低怠速转速且不大于3000rpm时，并且节气门开度不大于60％时，燃料喷射与点火电子控制单元1判断发动机处于怠速及中小负荷工况；当发动机转速大于3000rpm，并且节气门开度大于60％时，燃料喷射与点火电子控制单元1判断发动机处于高速及高负荷工况。根据不同工况，燃料喷射与点火电子控制单元1对发动机的燃料喷射及点火进一步控制如下：1)起动工况气体燃料不存在油膜效应，因而使用纯气体燃料保证发动机快速启动。在起动工况下，燃料喷射与点火电子控制单元1通过发出液体燃料泵控制信号c使液体燃料泵11停止运转，通过发出液体燃料线性电磁阀控制信号d使液体燃料线性电磁阀8关闭，通过获得气体燃料流量与压力信号b检测气体管路燃料压力，并通过发出气体燃料泵控制信号z使气体燃料泵运转，将气体燃料管路压力控制在150bar至200bar之间，通过发出气体燃料线性电磁阀控制信号a使气体燃料线性电磁阀4全开，此时，仅有气体燃料进入喷嘴10。燃料喷射与点火电子控制单元1根据原机点火信号n获得原机点火时刻s0，并通过发出实际点火信号g控制火花塞12跳火，使发动机点火时刻s1与原机
点火时刻s0相同。燃料喷射与点火电子控制单元1同时根据原机喷油其控制信号m计算原机燃料喷射脉宽t0，并通过发出实际喷油器控制信号f使喷嘴10的喷射脉宽t1与原机燃料喷射脉宽t0相同，同时，燃料喷射与点火电子控制单元1通过发出实际喷油器控制信号f使喷嘴10所控制的燃料实际喷射开始相位在上止点前5°到35°之内。2)怠速及中小负荷工况为避免大量液体燃料过晚喷射导致的液滴参与燃烧，在怠速及中小负本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单喷嘴直喷气液燃料点燃式内燃机，其特征在于在保留发动机、火花塞及原机电子控制单元的基础上加装了一套单喷嘴气液双燃料直喷系统和一个燃料喷射与点火电子控制单元；所述单喷嘴气液双燃料直喷系统，包括：气体燃料泵、气体燃料储存罐、气体燃料线性电磁阀、气体燃料流量与压力传感器；所述气体燃料泵、气体燃料储存罐、气体燃料线性电磁阀及气体燃料流量与压力传感器之间通过高压气体管路相连接；所述单喷嘴气液双燃料直喷系统，还包括：液体燃料储存罐、液体燃料泵、液体燃料线性电磁阀及液体燃料流量与压力传感器；所述液液体燃料储存罐、液体燃料泵、液体燃料线性电磁阀及液体燃料流量与压力传感器之间通过液体高压管路相连接；所述单喷嘴气液双燃料直喷系统，还包括：三通及喷嘴.三通与喷嘴之间通过高压管路相连接；三通通过高压管路还分别与气体燃料流量与压力传感器及液体燃料流量与压力传感器相连接；喷嘴直接安装在发动机上；所述燃料喷射与点火电子控制单元与气体燃料线性电磁阀相连接，通过发出气体燃料线性电磁阀控制信号a控制气体燃料线性电磁阀的开度；所述燃料喷射与点火电子控制单元与气体燃料流量与压力传感器相连接，获得气体燃料流量与压力信号b；所述燃料喷射与点火电子控制单元与气体燃料泵相连接，发出气体燃料泵控制信号z；所述燃料喷射与点火电子控制单元与液体燃料泵相连接，通过发出液体燃料泵控制信号c调整液体燃料泵的输出压力；所述燃料喷射与点火电子控制单元与液体燃料线性电磁阀相连接，通过发出液体燃料线性电磁阀控制信号d控制液体燃料线性电磁阀的开度；所述燃料喷射与点火电子控制单元与液体燃料流量与压力传感器相连接，获得液体燃料流量与压力信号e；所述燃料喷射与点火电子控制单元与喷嘴相连接，通过发出实际喷嘴控制信号f控制喷嘴的开启和关闭；所述燃料喷射与点火电子控制单元与火花塞相连接，通过发出实际点火信号g控制火花塞跳火；所述燃料喷射与点火电子控制单元与原机电子控制单元相连接，获得发动机起动/停车信号h、曲轴位置与转速信号j、油门踏板位置信号k、原机喷油器控制信号m及原机点火信号n。...

【技术特征摘要】
1.一种单喷嘴直喷气液燃料点燃式内燃机，其特征在于在保留发动机、火花塞及原机电子控制单元的基础上加装了一套单喷嘴气液双燃料直喷系统和一个燃料喷射与点火电子控制单元；所述单喷嘴气液双燃料直喷系统，包括：气体燃料泵、气体燃料储存罐、气体燃料线性电磁阀、气体燃料流量与压力传感器；所述气体燃料泵、气体燃料储存罐、气体燃料线性电磁阀及气体燃料流量与压力传感器之间通过高压气体管路相连接；所述单喷嘴气液双燃料直喷系统，还包括：液体燃料储存罐、液体燃料泵、液体燃料线性电磁阀及液体燃料流量与压力传感器；所述液液体燃料储存罐、液体燃料泵、液体燃料线性电磁阀及液体燃料流量与压力传感器之间通过液体高压管路相连接；所述单喷嘴气液双燃料直喷系统，还包括：三通及喷嘴.三通与喷嘴之间通过高压管路相连接；三通通过高压管路还分别与气体燃料流量与压力传感器及液体燃料流量与压力传感器相连接；喷嘴直接安装在发动机上；所述燃料喷射与点火电子控制单元与气体燃料线性电磁阀相连接，通过发出气体燃料线性电磁阀控制信号a控制气体燃料线性电磁阀的开度；所述燃料喷射与点火电子控制单元与气体燃料流量与压力传感器相连接，获得气体燃料流量与压力信号b；所述燃料喷射与点火电子控制单元与气体燃料泵相连接，发出气体燃料泵控制信号z；所述燃料喷射与点火电子控制单元与液体燃料泵相连接，通过发出液体燃料泵控制信号c调整液体燃料泵的输出压力；所述燃料喷射与点火电子控制单元与液体燃料线性电磁阀相连接，通过发出液体燃料线性电磁阀控制信号d控制液体燃料线性电磁阀的开度；所述燃料喷射与点火电子控制单元与液体燃料流量与压力传感器相连接，获得液体燃料流量与压力信号e；所述燃料喷射与点火电子控制单元与喷嘴相连接，通过发出实际
\t喷嘴控制信号f控制喷嘴的开启和关闭；所述燃料喷射与点火电子控制单元与火花塞相连接，通过发出实际点火信号g控制火花塞跳火；所述燃料喷射与点火电子控制单元与原机电子控制单元相连接，获得发动机起动/停车信号h、曲轴位置与转速信号j、油门踏板位置信号k、原机喷油器控制信号m及原机点火信号n。2.根据权利要求所述的内燃机，其特征在于：所述气体燃料为天然气或氢气；所述液体燃料为汽油或甲醇。3.控制如根据权利要求所述内燃机的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：燃料喷射与点火电子控制单元首先根据从原机电子控制单元获得的发动机起动/停车信号h，并根据发动机起动/停车信号h判断发动机起动及停止状态，当发动机起动/停车信号h指示发动机停车时，燃料喷射与点火电子控制单元通过发出气体燃料线性电磁阀控制信号a和液体燃料线性电磁阀控制信号d使气体燃料线性电磁阀和液体燃料线性电磁阀均处于关闭状态，通过发出气体燃料泵控制信号z和液体燃料泵控制信号c使气体燃料泵和液体燃料泵停止运转，通过发出实际喷嘴控制信号f使喷嘴的实际喷射脉宽置零来停止燃料喷射，并同时通过发出实际点火信号g使火花塞停止跳火，此时发动机处于停车状态；当发动机起动/停车信号h指示发动机处于运行状态时，燃料喷射与点火电子控制单元进一步根据曲轴位置与转速信号j及油门踏板位置信号k判断发动机所处工况，当曲轴位置与转速信号j指示发动机转速为起动机拖动转速时燃料喷射与点火电子控制单元判定发动机处于起动工况；当发动机转速大于等于最低怠速转速且不大于3000rpm时，并且节气门开度不大于60％时，燃料喷射与点火电子控制单元判断发动机处于怠速及中小负荷工况；当发动机转速大于3000rpm，并且节气门开度大于60％时，燃料喷射与点火电子控制单元判断发动机处于高速及高负荷工况；根据不同工况...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪硕峰，纪常伟，从骁宇，张擘，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11