本发明专利技术涉及一种柴油/天然气双燃料发动机排放控制策略，其特征在于：具体控制策略如下：S1：曲轴位置传感与负荷判断；S2：油气共用喷射器的控制；通过油气共用喷射器和双燃料ECU，可以对柴油和天然气的喷射实时控制，从而对缸内燃料浓度分布、特性分布实时调节；针对不同工况以及燃料的燃烧特性，结合灵活的喷射策略以及适当的EGR，可以有效控制缸内的混合特性、着火特性，从而优化缸内燃烧，同时降低NOX、PM、HC以及CO的排放。
Emission control strategy for a diesel / natural gas dual fuel engine
The invention relates to a diesel/natural gas dual-fuel engine emission control strategy, which is characterized in that the specific control strategy is as follows: S1: crankshaft position sensing and load judgment; S2: oil-gas common ejector control; through oil-gas common ejector and dual-fuel ECU, diesel and natural gas injection can be real-time controlled from In order to optimize the combustion in cylinder and reduce the emission of NOX, PM, HC and CO, a flexible injection strategy and appropriate EGR can be combined to control the mixing and ignition characteristics of fuel in cylinder.
【技术实现步骤摘要】
一种柴油/天然气双燃料发动机排放控制策略
本专利技术涉及双燃料发动机尾气排放控制研究领域，尤其涉及一种柴油/天然气双燃料发动机排放控制策略。
技术介绍
现代内燃机需要满足严格的排放标准，包括氮氧化物（NOX）、颗粒物（PM）、碳氢化物（HC）、碳氧化物（CO）等。传统内燃机，由于燃烧模式、燃料特性、燃料进入气缸方式等因素，无法改善缸内燃烧产物的trade-off关系，从而加大了对复杂且昂贵的后处理装置的要求（SCR、DOC、DPF等）以及后处理装置的工作负荷。故改善缸内燃烧产物的trade-off关系，并根据不同负荷，采用最佳的控制排放策略，实现缸内绿色清洁的燃烧显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种柴油/天然气双燃料发动机排放控制策略，能够改善缸内燃烧产物的trade-off关系，减少对复杂且昂贵的后处理装置的要求以及降低后处理装置的工作负荷。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种柴油/天然气双燃料发动机排放控制策略，其创新点在于：具体控制策略如下：S1：曲轴位置传感与负荷判断：双燃料ECU读取曲轴位置传感器送入的曲轴转动角度和转速信号，加速踏板传感器给出的汽车加速踏板的位置信号用来反映发动机的负荷大小，从而为双燃料发动机获取载荷级别，即判断发动机运行工况为冷启动、怠速、低负荷、中低负荷、中高负荷、大负荷；S2：油气共用喷射器的控制：采用的油气共用喷射器分别连接到供油管路和供气管路，且油气共用喷射器与双燃料ECU相连，ECU根据获取的发动机当前运行工况以及已经标定过的柴油与天然气的控制MAP，从而控制喷射器中两种燃料的喷射次数，每次喷射时刻以及喷射脉宽；S3：根据S1判断结果所对应的工况执行S4或S5或S6或S7步骤；S4：冷启动、怠速及低负荷状态工况下的发动机控制：S1判断结果为冷启动、怠速以及低负荷工况，则ECU根据已经标定过的传统柴油机的燃烧方式，以纯柴油机模式工作，没有天然气参与燃烧；发动机的喷油量与喷油规律仍然按照原机控制策略，由双燃料ECU执行相关控制程序，其喷油驱动模块驱动喷油器工作，完成启动、怠速以及低负荷的稳定运行；S5：中低负荷状态工况下的发动机控制：S1判断结果为中低负荷，则ECU控制柴油和天然气采用单次喷射策略；压缩冲程阶段开始后，天然气高压喷射进入气缸，喷射压力为12~16MPa，与缸内空气进行充分的混合；接着，柴油在上止点前6~12°CA高压喷射进入气缸，喷射压力为80~140MPa；柴油的预先燃烧，在燃烧室内形成大量火核，继而引燃周围的可燃混合气，接近均质混合燃烧；燃烧高效清洁，可很好地抑制NOX与PM的排放；随着负荷增大，天然气比例逐渐升高，并引入EGR以实现适应于此工况的低排放燃烧；S6：中高负荷状态工况下的发动机控制：S1判断结果为中高负荷，则ECU控制柴油采用单次喷射策略，天然气采用多次喷射策略；天然气所占比例升高，并结合适当的EGR率；压缩冲程阶段，柴油在上止点前20~25°CA高压喷射进入气缸，喷射压力为80~140MPa；接着，天然气采用高压多次喷射进入气缸，喷射压力为12~16MPa；S6.1天然气以三段喷射为主，分别为第一次喷射，第二次喷射，第三次喷射，所述第一次喷射量所占天然气比例为5%~15%，第二次喷射量所占天然气比例为76%~92%,第三次喷射量所占天然气比例为3%~9%；第二次喷射起点定为上止点前2~4°CA，第一次喷射与第二次喷射间隔为6~12°CA；第二次喷射与第三次喷射间隔为10~20°CA；天然气第一次喷射改善了混合气形成质量,其所形成的预混合燃烧能够缩短第二次喷射的着火滞燃期，降低缸内最大爆发压力和最高燃烧温度，起到减少NOX排放，避免爆震燃烧的作用；天然气第三次喷射的射流作用促进了缸内混合气的湍流扰动，且其燃烧放热提升了缸内温度，从而提高了HC、PM以及CO的氧化率，降低了HC、PM以及CO的排放；故采用以上喷射策略，实现了NOX、PM、HC以及CO排放的全面降低；S7：高负荷以及全负荷状态工况下的发动机控制：S1若判断结果为高负荷以及全负荷，则ECU仍执行与中高负荷工况相似的策略；在此基础上，天然气所占比例下降，以此避免大负荷工况时，由于天然气燃烧速度较慢，后燃比例增加，排温上升，发动机热负荷加大，发生爆震燃烧，不利于发动机可靠运行；同时，替代率降低，由于大负荷时缸内燃烧温度高，若替代率过高导致柴油流量过小，不利于喷嘴的冷却，喷嘴寿命会缩短。进一步的，所述双燃料发动机为在原柴油机基础上并联一天然气供给系统。本专利技术的优点在于：1）在冷启动、怠速以及低负荷工况下，采用传统的纯柴油机模式工作，避免动力性不足，燃烧稳定性差等状况；同时有效避免因喷油量过小可能造成的喷油嘴冷却不良。2）在中低负荷工况下，柴油和天然气采用单次喷射策略；天然气所占比例不高，从而避免小负荷时燃烧稳定性差，天然气燃烧不充分，碳氢排放增加，动力性下降的问题。同时，将天然气较早喷射入气缸，通过控制柴油喷射时刻，实现天然气的准均质混合燃烧。同时，EGR适当地引入拓宽了发动机的工况范围，增大了燃料的浓度区域，扩大了空燃比的调节范围，有利于发动机的正常运行，并实现了高效、清洁的燃烧。3）在中高负荷工况下，采用柴油单次喷射，天然气多次喷射策略。天然气所占比例升高，且由于采用了油气共用喷射器，混合气燃烧速度快,发动机热效率高,动力性强。通过天然气的多次喷射以及与柴油的相互耦合，实现缸内混合气浓度与燃料成分的可控分层分布，兼具扩散燃烧与均质火焰传播。同时根据工况来控制EGR率，实现对缸内燃烧过程的合理组织，大大减少了NOX、PM、HC以及CO的排放。4）在高负荷以及全负荷工况下，采用与中高负荷相似的喷射策略。只是适度降低了天然气所占比例，避免了大负荷工况时，天然气燃烧速度较慢带来的后燃比例增加，排温上升，发动机热负荷加大，发生爆震燃烧等不利于发动机可靠运行的因素。同时，大负荷时缸内燃烧温度高，适度降低天然气所占比例，避免了柴油流量过小，不利于喷嘴的冷却，喷嘴寿命会缩短的问题。5）采用不同的燃烧模式，通过对燃料喷射的灵活控制并结合EGR技术，极大地降低了NOX、PM、HC以及CO的排放，从而大大降低了对复杂且昂贵的后处理器（SCR、DOC、DPF等）的要求，减小了后处理装置的工作负荷，有很高的经济性；采用油气共用喷射器，有两套针阀。内部针阀控制柴油的喷射时间与脉宽，外部针阀控制CNG，能灵活地控制燃料高压直喷进入气缸，混合气燃烧速度快,发动机热效率高,动力性强。且其外部几何形状和常规的柴油喷嘴相差无几，基本不需要对原机进行大的改动。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术的油气共用喷射器示意图。图2为本专利技术的控制原理框图。图3为本专利技术的发动机运行过程框图。图4为本专利技术的发动机中低负荷工况下，燃料喷射动作示意图。图5为本专利技术的发动机中高负荷、高负荷以及全负荷工况下,燃料喷射动作示意图。如图所示：101.油气共用喷射器；102.电磁阀；103.供油/回油；104.通断两段阀；105.燃油柱塞；106.燃油针阀；107.天然气针阀；108.柱塞；109.天然气；110.燃油喷束；111.天然气喷束；401.天然气喷射；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种柴油/天然气双燃料发动机排放控制策略，其特征在于：具体控制策略如下：S1：曲轴位置传感与负荷判断：双燃料ECU读取曲轴位置传感器送入的曲轴转动角度和转速信号，加速踏板传感器给出的汽车加速踏板的位置信号用来反映发动机的负荷大小，从而为双燃料发动机获取载荷级别，即判断发动机运行工况为冷启动、怠速、低负荷、中低负荷、中高负荷、大负荷；S2：油气共用喷射器的控制：采用的油气共用喷射器分别连接到供油管路和供气管路，且油气共用喷射器与双燃料ECU相连，ECU根据获取的发动机当前运行工况以及已经标定过的柴油与天然气的控制MAP，从而控制喷射器中两种燃料的喷射次数，每次喷射时刻以及喷射脉宽；S3：根据S1判断结果所对应的工况执行S4或S5或S6或S7步骤；S4：冷启动、怠速及低负荷状态工况下的发动机控制：S1判断结果为冷启动、怠速以及低负荷工况，则ECU根据已经标定过的传统柴油机的燃烧方式，以纯柴油机模式工作，没有天然气参与燃烧；发动机的喷油量与喷油规律仍然按照原机控制策略，由双燃料ECU执行相关控制程序，其喷油驱动模块驱动喷油器工作，完成启动、怠速以及低负荷的稳定运行；S5：中低负荷状态工况下的发动机控制：S1判断结果为中低负荷，则ECU控制柴油和天然气采用单次喷射策略；压缩冲程阶段开始后，天然气高压喷射进入气缸，喷射压力为12~16MPa，与缸内空气进行充分的混合；接着，柴油在上止点前6~12°CA高压喷射进入气缸，喷射压力为80~140MPa；柴油的预先燃烧，在燃烧室内形成大量火核，继而引燃周围的可燃混合气，接近均质混合燃烧；燃烧高效清洁，可很好地抑制NOX与PM的排放；随着负荷增大，天然气比例逐渐升高，并引入EGR以实现适应于此工况的低排放燃烧；S6：中高负荷状态工况下的发动机控制：S1判断结果为中高负荷，则ECU控制柴油采用单次喷射策略，天然气采用多次喷射策略；天然气所占比例升高，并结合适当的EGR率；压缩冲程阶段，柴油在上止点前20~25°CA高压喷射进入气缸，喷射压力为80~140MPa；接着，天然气采用高压多次喷射进入气缸，喷射压力为12~16MPa；S6.1天然气以三段喷射为主，分别为第一次喷射，第二次喷射，第三次喷射，所述第一次喷射量所占天然气比例为5%~15%，第二次喷射量所占天然气比例为76%~92%,第三次喷射量所占天然气比例为3%~9%；第二次喷射起点定为上止点前2~4°CA，第一次喷射与第二次喷射间隔为6~12°CA；第二次喷射与第三次喷射间隔为10~20°CA；天然气第一次喷射改善了混合气形成质量, 其所形成的预混合燃烧能够缩短第二次喷射的着火滞燃期，降低缸内最大爆发压力和最高燃烧温度，起到减少NOX排放，避免爆震燃烧的作用；天然气第三次喷射的射流作用促进了缸内混合气的湍流扰动，且其燃烧放热提升了缸内温度，从而提高了HC、PM以及CO的氧化率，降低了HC、PM以及CO的排放；故采用以上喷射策略，实现了NOX、PM、HC以及CO排放的全面降低；S7：高负荷以及全负荷状态工况下的发动机控制：S1若判断结果为高负荷以及全负荷，则ECU仍执行与中高负荷工况相似的策略；在此基础上，天然气所占比例下降，以此避免大负荷工况时，由于天然气燃烧速度较慢，后燃比例增加，排温上升，发动机热负荷加大，发生爆震燃烧，不利于发动机可靠运行；同时，替代率降低，由于大负荷时缸内燃烧温度高，若替代率过高导致柴油流量过小，不利于喷嘴的冷却，喷嘴寿命会缩短。...
【技术特征摘要】
1.一种柴油/天然气双燃料发动机排放控制策略，其特征在于：具体控制策略如下：S1：曲轴位置传感与负荷判断：双燃料ECU读取曲轴位置传感器送入的曲轴转动角度和转速信号，加速踏板传感器给出的汽车加速踏板的位置信号用来反映发动机的负荷大小，从而为双燃料发动机获取载荷级别，即判断发动机运行工况为冷启动、怠速、低负荷、中低负荷、中高负荷、大负荷；S2：油气共用喷射器的控制：采用的油气共用喷射器分别连接到供油管路和供气管路，且油气共用喷射器与双燃料ECU相连，ECU根据获取的发动机当前运行工况以及已经标定过的柴油与天然气的控制MAP，从而控制喷射器中两种燃料的喷射次数，每次喷射时刻以及喷射脉宽；S3：根据S1判断结果所对应的工况执行S4或S5或S6或S7步骤；S4：冷启动、怠速及低负荷状态工况下的发动机控制：S1判断结果为冷启动、怠速以及低负荷工况，则ECU根据已经标定过的传统柴油机的燃烧方式，以纯柴油机模式工作，没有天然气参与燃烧；发动机的喷油量与喷油规律仍然按照原机控制策略，由双燃料ECU执行相关控制程序，其喷油驱动模块驱动喷油器工作，完成启动、怠速以及低负荷的稳定运行；S5：中低负荷状态工况下的发动机控制：S1判断结果为中低负荷，则ECU控制柴油和天然气采用单次喷射策略；压缩冲程阶段开始后，天然气高压喷射进入气缸，喷射压力为12~16MPa，与缸内空气进行充分的混合；接着，柴油在上止点前6~12°CA高压喷射进入气缸，喷射压力为80~140MPa；柴油的预先燃烧，在燃烧室内形成大量火核，继而引燃周围的可燃混合气，接近均质混合燃烧；燃烧高效清洁，可很好地抑制NOX与PM的排放；随着负荷增大，天然气比例逐渐升高，并引入EGR以实现适应于此工况的低排放燃烧；S6：中高负荷状态工况下的发动机控制：S1判...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖民，周星星，
申请(专利权)人：江苏科技大学，江苏科技大学海洋装备研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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