微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統及控制方法
2023-05-16 18:16:26 1
微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統及控制方法
【專利摘要】本發明公開了微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統及控制方法，通過電控系統分別控制的電控共軌引燃柴油供給裝置及電控共軌高壓直噴天然氣供給裝置，所述電控系統根據天然氣發動機的工況通過控制電控共軌引燃柴油供給裝置的柴油壓力調節模塊調節供給天然氣發動機一定壓力的引燃柴油，電控系統根據天然氣發動機的工況通過控制電控共軌高壓直噴天然氣供給裝置的天然氣壓力調節模塊來調節供給天然氣發動機一定壓力的主噴天然氣。通過電控系統控制引燃柴油噴射壓力和主噴天然氣的噴射壓力，實現發動機快速低排放高效燃燒的目的。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及缸內高壓直噴天然氣發動機的【技術領域】，特別地涉及微量柴油引燃缸 內高壓直噴天然氣發動機燃料供給系統及用於操作該燃料供給系統的控制方法。 微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統及控制方法
【背景技術】
[0002] 近年來，天然氣作為一種代用燃料由於在價格和儲量方面的優勢越來越受到重 視。以天然氣為主燃料的發動機各項排放值都有所降低，更易滿足日益嚴格的排放法規，但 普通預混燃燒天然氣發動機由於壓縮比受爆震限制導致熱效率偏低、動力性低於同排量柴 油機。微量柴油引燃高壓直噴天然氣發動機可以在保持與柴油機同等動力性的前提下達到 良好的排放性能，具有良好的應用前景。
[0003] 微量柴油引燃天然氣缸內高壓直噴與火花點火天然氣缸內直噴發動機的工作過 程有所不同，其技術方案是：在壓縮衝程後期，預先噴入少量柴油作為引燃源，主噴天然氣 以高壓形式噴入氣缸，天然氣在柴油形成的火核中擴散燃燒，燃燒速度較快，燃燒溫度較 低。
[0004] 這種天然氣發動機的關鍵技術在於對引燃柴油和主燃料天然氣噴射過程的控制。 目前該型發動機噴射壓力的控制方式為單電控，ECU僅對柴油軌壓進行控制，天然氣軌壓通 過機械裝置調節，與柴油軌壓保持定壓差，無法根據發動機運行工況實現軌壓的靈活調節， 限制發動機綜合性能的進一步提升。
【發明內容】
[0005] 為解決現有技術存在的不足，本發明公開了微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料 供給系統及控制方法，供給系統包括電控共軌引燃柴油供給裝置和電控共軌高壓直噴天然 氣供給裝置，根據發動機的運轉工況，通過電控系統控制引燃柴油噴射壓力和主噴天然氣 的噴射壓力，實現發動機快速低排放高效燃燒的目的。
[0006] 為實現上述目的，本發明的具體方案如下：
[0007] 微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統，包括：通過電控系統分別控制的 電控共軌引燃柴油供給裝置及電控共軌高壓直噴天然氣供給裝置，所述電控系統根據天然 氣發動機的工況通過控制電控共軌引燃柴油供給裝置的柴油壓力調節模塊調節供給天然 氣發動機一定壓力的引燃柴油，電控系統根據天然氣發動機的工況通過控制電控共軌高壓 直噴天然氣供給裝置的天然氣壓力調節模塊來調節供給天然氣發動機一定壓力的主噴天 然氣。
[0008] 所述電控共軌引燃柴油供給裝置，包括柴油罐，柴油罐與柴油濾清器相連，柴油濾 清器與柴油泵的輸入端相連，柴油泵的輸出端一路與柴油罐相連，另一路與柴油壓力調節 模塊相連，柴油壓力調節模塊與柴油軌相連，柴油軌及柴油泵均與電控噴射泵相連。
[0009] 所述電控共軌高壓直噴天然氣供給裝置，包括天然氣罐，天然氣罐通過天然氣加 壓模塊與天然氣緩衝罐相連，天然氣緩衝罐與天然氣壓力調節模塊相連，天然氣壓力調節 模塊與天然氣軌相連，天然氣軌與電控噴射泵相連。
[0010] 所述電控系統還與柴油泵、柴油壓力調節模塊、天然氣壓力調節模塊、柴油軌壓傳 感器、天然氣軌壓傳感器、電控噴射器、轉速傳感器及進氣壓力傳感器相連。
[0011] 所述天然氣發動機與電控噴射器相連，天然氣發動機的進空氣端的管道上設置有 中冷器，天然氣發動機的進空氣端的管道與出空氣端的管道之間設置有增壓器；所述天然 氣發動機的進空氣端的管道上還依次連接有空氣濾清器及進氣壓力傳感器。
[0012] 所述天然氣發動機的一側還安裝有轉速傳感器，所述天然氣軌的一端安裝有天然 氣軌壓傳感器，所述柴油軌的一端安裝有柴油軌壓傳感器。
[0013] 所述天然氣緩衝罐與天然氣壓力調節模塊之間還安裝有天然氣流量計，所述柴油 濾清器與柴油泵之間還安裝有柴油油耗儀。
[0014] 微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統的控制方法，包括：
[0015] 步驟一：電控系統根據預設柴油軌壓、柴油噴射定時及預設天然氣軌壓、及天然氣 噴射定時對發動機燃料供給系統進行控制；
[0016] 步驟二：根據天然氣發動機的各項參數值對柴油軌壓、柴油噴射定時及預設天然 氣軌壓、及天然氣噴射定時進行優化，電控系統根據優化參數對天然氣發動機燃料供給系 統進行調節；
[0017] 步驟三：根據柴油油耗儀、燃氣流量計及各傳感器的測量結果對天然氣發動機的 動力性、經濟性和排放性進行綜合性能評價，如性能滿足使用需求，進行下一工況點的參數 優化，如不滿足要求，則對本工況點進行進一步的優化；
[0018] 步驟四：對發動機所有典型工況點進行逐個標定。
[0019] 本發明的有益效果：
[0020] 本發明的供給系統包括電控共軌引燃柴油供給裝置和電控共軌高壓直噴天然氣 供給裝置，根據發動機的運轉工況，通過電控系統控制引燃柴油噴射壓力和主噴天然氣的 噴射壓力，實現發動機快速低排放高效燃燒的，在不採用或採用簡單後處理的情況下達到 國IV排放標準目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1本發明的一個實施方式的微量柴油引燃缸內高壓直噴天然氣發動機燃料供 給系統工作不意圖；
[0022] 圖2本發明的一個實施方式用於操作該燃料供給系統的控制策略的邏輯流程圖；
[0023] 圖中，101柴油罐，102柴油軌壓傳感器，103柴油軌，104電控系統，105天然氣軌， 106轉速傳感器，107天然氣發動機，108電控噴射器，109增壓器，110中冷器，111進氣壓力 傳感器，112空氣濾清器，113天然氣罐，114天然氣加壓模塊，115天然氣緩衝罐，116天然氣 流量計，117天然氣軌壓傳感器，118天然氣壓力調節模塊，119柴油壓力調節模塊，121柴油 泵，122柴油油耗儀，123柴油濾清器。
【具體實施方式】：
[0024] 下面結合附圖對本發明進行詳細說明：
[0025] 如圖1所示，微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統，包括：通過電控系統 104分別控制的電控共軌引燃柴油供給裝置及電控共軌高壓直噴天然氣供給裝置，所述電 控系統104根據天然氣發動機107的工況通過控制電控共軌引燃柴油供給裝置的柴油壓力 調節模塊119調節供給天然氣發動機107 -定壓力的引燃柴油，電控系統104根據天然氣 發動機107的工況通過控制電控共軌高壓直噴天然氣供給裝置的天然氣壓力調節模塊118 來調節供給天然氣發動機107 -定壓力的主噴天然氣。
[0026] 電控共軌引燃柴油供給裝置，包括柴油罐101，柴油罐101與柴油濾清器123相連， 柴油濾清器123與柴油泵121的輸入端相連，柴油泵121的輸出端一路與柴油罐101相連， 另一路與柴油壓力調節模塊119相連，柴油壓力調節模塊119與柴油軌103相連，柴油軌 103及柴油泵121均與電控噴射泵108相連。
[0027] 電控共軌高壓直噴天然氣供給裝置，包括天然氣罐113,天然氣罐113通過天然氣 加壓模塊114與天然氣緩衝罐115相連，天然氣緩衝罐115與天然氣壓力調節模塊118相 連，天然氣壓力調節模塊118與天然氣軌105相連，天然氣軌105與電控噴射泵108相連。
[0028] 電控系統104還與柴油泵121、柴油壓力調節模塊119、天然氣壓力調節模塊118、 柴油軌壓傳感器102、天然氣軌壓傳感器117、電控噴射器108、轉速傳感器106及進氣壓力 傳感器111相連。
[0029] 天然氣發動機107與電控噴射器108相連，天然氣發動機107的進空氣端的管道 上設置有中冷器110,天然氣發動機107的進空氣端的管道與出空氣端的管道之間設置有 增壓器109 ;所述天然氣發動機107的進空氣端的管道上還依次連接有空氣濾清器112及 進氣壓力傳感器111。
[0030] 天然氣發動機107的一側還安裝有轉速傳感器106,所述天然氣軌105的一端安裝 有天然氣軌壓傳感器117,所述柴油軌103的一端安裝有柴油軌壓傳感器102。
[0031] 天然氣緩衝罐115與天然氣壓力調節模塊118之間還安裝有天然氣流量計116,所 述柴油濾清器123與柴油泵121之間還安裝有柴油油耗儀122。
[0032] 工作原理：天然氣發動機的燃氣供給系統包括電控引燃柴油供給裝置和電控主燃 料天然氣供給裝置。電控引燃柴油供給裝置，發動機在不同工況下運轉時，柴油經柴油罐 101，在柴油濾清器123中過濾後，經柴油泵121加壓後進入柴油壓力調壓模塊119,電控系 統ECU根據轉速傳感器106反饋的轉速信號等參數結合柴油軌壓傳感器102反饋的軌壓信 號通過柴油壓力調節模塊119調節柴油軌103的供給壓力。電控主燃料天然氣供給裝置， 液化天然氣從天然氣罐113中流出後，經天然氣加壓模塊114汽化加壓，在緩衝罐115中穩 壓後，安裝在天然氣管路中的天然氣流量計116測量天然氣流量，然後進入天然氣壓力調 節模塊118,電控系統ECU104根據空氣流量發動機轉速等參數結合天然氣軌壓傳感器117 反饋軌壓對天然氣設計軌壓進行計算修正，並通過天然氣壓力調節模塊118調節天然氣軌 105供給壓力。
[0033] 在本發明的一個實施方式中，電控系統ECU104同時控制柴油壓力調節模塊119及 天然氣壓力調節模塊118,以根據發動機的運轉工況同時控制柴油和天然氣共軌壓力，實現 兩種燃料軌壓的靈活控制。
[0034] 在本發明的又一實施方式，所述柴油軌壓調節模塊119所供給的柴油軌壓由電控 系統ECU104根據發動機轉速、扭矩參數和預先標定的MAP圖確定，並經過柴油軌壓傳感器 102反饋的實測軌壓進行修正。
[0035] 在本發明的又一實施方式，所述天然氣軌壓調節模塊118所供給的天然氣軌壓由 電控系統ECU104根據發動機轉速、扭矩參數和預先標定的MAP圖確定，並經過天然氣軌壓 傳感器117反饋的實測軌壓進行修正。
[0036] 在本發明的再一實施方式，天然氣軌壓調節與柴油軌壓調節有一定相關性，但天 然氣軌壓調節與柴油軌壓調節過程相互獨立，壓差可隨工況點的變化而變化，由電控系統 ECU104分別控制柴油和天然氣壓力調節模塊進行調節。
[0037] 如圖2所示，微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統的控制方法，包括：
[0038] 首先在步驟S201，電控系統104根據預設柴油軌壓、柴油噴射定時及預設天然氣 軌壓、及天然氣噴射定時對發動機燃料供給系統進行控制。
[0039] 步驟S202,根據所測量的油耗率、各項排放值（C0排放、HC排放及NOx排放）等參 數對發動機的動力性、經濟性、排放性進行綜合分析對經過傳感器測量的發動機參數值的 測試結果進行分析。
[0040] 步驟S203,根據測試分析結果對柴油軌壓、柴油噴射定時及預設天然氣軌壓、及天 然氣噴射定時進行優化（優化的過程為通過對天然氣、柴油軌壓及噴射定時的調節，達到 理想的發動機綜合性能，即動力性、經濟性、排放性的綜合指標達到最優），電控系統根據優 化參數對發動機燃料供給系統進行調節。
[0041] 步驟S204,根據油耗儀、燃氣流量計等儀器和各傳感器的測量結果對發動機的動 力性、經濟性和排放性進行綜合性能評價，如性能滿足使用需求，進行下一工況點的參數優 化，如不滿足要求，則對本工況點進行進一步的優化。
[0042] 接著，在步驟S205根據發動機的使用要求，重複步驟S201-S204對發動機外特性 及萬有特性所有典型工況點進行逐個標定，使其經濟性、動力性和排放性滿足設計指標。 [0043] 需要說明的是，在上文中以微量柴油引燃高壓直噴天然氣發動機燃氣供給系統的 例子對本發明進行了描述。然而，本發明並不限於此，而是可以適用於現有的或者將來出現 的其他混合燃料電噴共軌發動機。
【權利要求】
1. 微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統，包括：通過電控系統分別控制的電 控共軌引燃柴油供給裝置及電控共軌高壓直噴天然氣供給裝置，所述電控系統根據天然氣 發動機的工況通過控制電控共軌引燃柴油供給裝置的柴油壓力調節模塊調節供給天然氣 發動機一定壓力的引燃柴油，電控系統根據天然氣發動機的工況通過控制電控共軌高壓直 噴天然氣供給裝置的天然氣壓力調節模塊來調節供給天然氣發動機一定壓力的主噴天然 氣。
2. 如權利要求1所述的微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統，其特徵是，所 述電控共軌引燃柴油供給裝置，包括柴油罐，柴油罐與柴油濾清器相連，柴油濾清器與柴油 泵的輸入端相連，柴油泵的輸出端一路與柴油罐相連，另一路與柴油壓力調節模塊相連，柴 油壓力調節模塊與柴油軌相連，柴油軌及柴油泵均與電控噴射泵相連。
3. 如權利要求2所述的微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統，其特徵是，所 述電控共軌高壓直噴天然氣供給裝置，包括天然氣罐，天然氣罐通過天然氣加壓模塊與天 然氣緩衝罐相連，天然氣緩衝罐與天然氣壓力調節模塊相連，天然氣壓力調節模塊與天然 氣軌相連，天然氣軌與電控噴射泵相連。
4. 如權利要求1所述的微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統，其特徵是，所 述電控系統還與柴油泵、柴油壓力調節模塊、天然氣壓力調節模塊、柴油軌壓傳感器、天然 氣軌壓傳感器、電控噴射器、轉速傳感器及進氣壓力傳感器相連。
5. 如權利要求1所述的微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統，其特徵是，所 述天然氣發動機與電控噴射器相連，天然氣發動機的進空氣端的管道上設置有中冷器，天 然氣發動機的進空氣端的管道與出空氣端的管道之間設置有增壓器；所述天然氣發動機的 進空氣端的管道上還依次連接有空氣濾清器及進氣壓力傳感器。
6. 如權利要求4所述的微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統，其特徵是，所 述天然氣發動機的一側還安裝有轉速傳感器，所述天然氣軌的一端安裝有天然氣軌壓傳感 器，所述柴油軌的一端安裝有柴油軌壓傳感器。
7. 如權利要求3所述的微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統，其特徵是，所 述天然氣緩衝罐與天然氣壓力調節模塊之間還安裝有天然氣流量計，所述柴油濾清器與柴 油泵之間還安裝有柴油油耗儀。
8. 如權利要求1所述的微量柴油引燃直噴天然氣發動機燃料供給系統的控制方法，其 特徵是，包括： 步驟一：電控系統根據預設柴油軌壓、柴油噴射定時及預設天然氣軌壓、及天然氣噴射 定時對發動機燃料供給系統進行控制； 步驟二：根據天然氣發動機的各項參數值對柴油軌壓、柴油噴射定時及預設天然氣軌 壓、及天然氣噴射定時進行優化，電控系統根據優化參數對天然氣發動機燃料供給系統進 行調節； 步驟三：根據柴油油耗儀、燃氣流量計及各傳感器的測量結果對天然氣發動機的動力 性、經濟性和排放性進行綜合性能評價，如性能滿足使用需求，進行下一工況點的參數優 化，如不滿足要求，則對本工況點進行進一步的優化； 步驟四：對發動機所有典型工況點進行逐個標定。
【文檔編號】F02D19/06GK104121102SQ201410352491
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月23日 優先權日:2014年7月23日
【發明者】李孟涵, 張強, 李國祥, 李娜, 邵思東, 李培新 申請人:山東大學