微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统及控制方法

微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统及控制方法
【专利摘要】本发明公开了微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统及控制方法，通过电控系统分别控制的电控共轨引燃柴油供给装置及电控共轨高压直喷天然气供给装置，所述电控系统根据天然气发动机的工况通过控制电控共轨引燃柴油供给装置的柴油压力调节模块调节供给天然气发动机一定压力的引燃柴油，电控系统根据天然气发动机的工况通过控制电控共轨高压直喷天然气供给装置的天然气压力调节模块来调节供给天然气发动机一定压力的主喷天然气。通过电控系统控制引燃柴油喷射压力和主喷天然气的喷射压力，实现发动机快速低排放高效燃烧的目的。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及缸内高压直喷天然气发动机的【技术领域】，特别地涉及微量柴油引燃缸 内高压直喷天然气发动机燃料供给系统及用于操作该燃料供给系统的控制方法。 微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统及控制方法

【背景技术】
[0002] 近年来，天然气作为一种代用燃料由于在价格和储量方面的优势越来越受到重 视。以天然气为主燃料的发动机各项排放值都有所降低，更易满足日益严格的排放法规，但 普通预混燃烧天然气发动机由于压缩比受爆震限制导致热效率偏低、动力性低于同排量柴 油机。微量柴油引燃高压直喷天然气发动机可以在保持与柴油机同等动力性的前提下达到 良好的排放性能，具有良好的应用前景。
[0003] 微量柴油引燃天然气缸内高压直喷与火花点火天然气缸内直喷发动机的工作过 程有所不同，其技术方案是：在压缩冲程后期，预先喷入少量柴油作为引燃源，主喷天然气 以高压形式喷入气缸，天然气在柴油形成的火核中扩散燃烧，燃烧速度较快，燃烧温度较 低。
[0004] 这种天然气发动机的关键技术在于对引燃柴油和主燃料天然气喷射过程的控制。 目前该型发动机喷射压力的控制方式为单电控，ECU仅对柴油轨压进行控制，天然气轨压通 过机械装置调节，与柴油轨压保持定压差，无法根据发动机运行工况实现轨压的灵活调节， 限制发动机综合性能的进一步提升。


【发明内容】

[0005] 为解决现有技术存在的不足，本发明公开了微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料 供给系统及控制方法，供给系统包括电控共轨引燃柴油供给装置和电控共轨高压直喷天然 气供给装置，根据发动机的运转工况，通过电控系统控制引燃柴油喷射压力和主喷天然气 的喷射压力，实现发动机快速低排放高效燃烧的目的。
[0006] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0007] 微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统，包括：通过电控系统分别控制的 电控共轨引燃柴油供给装置及电控共轨高压直喷天然气供给装置，所述电控系统根据天然 气发动机的工况通过控制电控共轨引燃柴油供给装置的柴油压力调节模块调节供给天然 气发动机一定压力的引燃柴油，电控系统根据天然气发动机的工况通过控制电控共轨高压 直喷天然气供给装置的天然气压力调节模块来调节供给天然气发动机一定压力的主喷天 然气。
[0008] 所述电控共轨引燃柴油供给装置，包括柴油罐，柴油罐与柴油滤清器相连，柴油滤 清器与柴油泵的输入端相连，柴油泵的输出端一路与柴油罐相连，另一路与柴油压力调节 模块相连，柴油压力调节模块与柴油轨相连，柴油轨及柴油泵均与电控喷射泵相连。
[0009] 所述电控共轨高压直喷天然气供给装置，包括天然气罐，天然气罐通过天然气加 压模块与天然气缓冲罐相连，天然气缓冲罐与天然气压力调节模块相连，天然气压力调节 模块与天然气轨相连，天然气轨与电控喷射泵相连。
[0010] 所述电控系统还与柴油泵、柴油压力调节模块、天然气压力调节模块、柴油轨压传 感器、天然气轨压传感器、电控喷射器、转速传感器及进气压力传感器相连。
[0011] 所述天然气发动机与电控喷射器相连，天然气发动机的进空气端的管道上设置有 中冷器，天然气发动机的进空气端的管道与出空气端的管道之间设置有增压器；所述天然 气发动机的进空气端的管道上还依次连接有空气滤清器及进气压力传感器。
[0012] 所述天然气发动机的一侧还安装有转速传感器，所述天然气轨的一端安装有天然 气轨压传感器，所述柴油轨的一端安装有柴油轨压传感器。
[0013] 所述天然气缓冲罐与天然气压力调节模块之间还安装有天然气流量计，所述柴油 滤清器与柴油泵之间还安装有柴油油耗仪。
[0014] 微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统的控制方法，包括：
[0015] 步骤一：电控系统根据预设柴油轨压、柴油喷射定时及预设天然气轨压、及天然气 喷射定时对发动机燃料供给系统进行控制；
[0016] 步骤二：根据天然气发动机的各项参数值对柴油轨压、柴油喷射定时及预设天然 气轨压、及天然气喷射定时进行优化，电控系统根据优化参数对天然气发动机燃料供给系 统进行调节；
[0017] 步骤三：根据柴油油耗仪、燃气流量计及各传感器的测量结果对天然气发动机的 动力性、经济性和排放性进行综合性能评价，如性能满足使用需求，进行下一工况点的参数 优化，如不满足要求，则对本工况点进行进一步的优化；
[0018] 步骤四：对发动机所有典型工况点进行逐个标定。
[0019] 本发明的有益效果：
[0020] 本发明的供给系统包括电控共轨引燃柴油供给装置和电控共轨高压直喷天然气 供给装置，根据发动机的运转工况，通过电控系统控制引燃柴油喷射压力和主喷天然气的 喷射压力，实现发动机快速低排放高效燃烧的，在不采用或采用简单后处理的情况下达到 国IV排放标准目的。

【专利附图】

【附图说明】
[0021] 图1本发明的一个实施方式的微量柴油引燃缸内高压直喷天然气发动机燃料供 给系统工作不意图；
[0022] 图2本发明的一个实施方式用于操作该燃料供给系统的控制策略的逻辑流程图；
[0023] 图中，101柴油罐，102柴油轨压传感器，103柴油轨，104电控系统，105天然气轨， 106转速传感器，107天然气发动机，108电控喷射器，109增压器，110中冷器，111进气压力 传感器，112空气滤清器，113天然气罐，114天然气加压模块，115天然气缓冲罐，116天然气 流量计，117天然气轨压传感器，118天然气压力调节模块，119柴油压力调节模块，121柴油 泵，122柴油油耗仪，123柴油滤清器。

【具体实施方式】：
[0024] 下面结合附图对本发明进行详细说明：
[0025] 如图1所示，微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统，包括：通过电控系统 104分别控制的电控共轨引燃柴油供给装置及电控共轨高压直喷天然气供给装置，所述电 控系统104根据天然气发动机107的工况通过控制电控共轨引燃柴油供给装置的柴油压力 调节模块119调节供给天然气发动机107 -定压力的引燃柴油，电控系统104根据天然气 发动机107的工况通过控制电控共轨高压直喷天然气供给装置的天然气压力调节模块118 来调节供给天然气发动机107 -定压力的主喷天然气。
[0026] 电控共轨引燃柴油供给装置，包括柴油罐101，柴油罐101与柴油滤清器123相连， 柴油滤清器123与柴油泵121的输入端相连，柴油泵121的输出端一路与柴油罐101相连， 另一路与柴油压力调节模块119相连，柴油压力调节模块119与柴油轨103相连，柴油轨 103及柴油泵121均与电控喷射泵108相连。
[0027] 电控共轨高压直喷天然气供给装置，包括天然气罐113,天然气罐113通过天然气 加压模块114与天然气缓冲罐115相连，天然气缓冲罐115与天然气压力调节模块118相 连，天然气压力调节模块118与天然气轨105相连，天然气轨105与电控喷射泵108相连。
[0028] 电控系统104还与柴油泵121、柴油压力调节模块119、天然气压力调节模块118、 柴油轨压传感器102、天然气轨压传感器117、电控喷射器108、转速传感器106及进气压力 传感器111相连。
[0029] 天然气发动机107与电控喷射器108相连，天然气发动机107的进空气端的管道 上设置有中冷器110,天然气发动机107的进空气端的管道与出空气端的管道之间设置有 增压器109 ;所述天然气发动机107的进空气端的管道上还依次连接有空气滤清器112及 进气压力传感器111。
[0030] 天然气发动机107的一侧还安装有转速传感器106,所述天然气轨105的一端安装 有天然气轨压传感器117,所述柴油轨103的一端安装有柴油轨压传感器102。
[0031] 天然气缓冲罐115与天然气压力调节模块118之间还安装有天然气流量计116,所 述柴油滤清器123与柴油泵121之间还安装有柴油油耗仪122。
[0032] 工作原理：天然气发动机的燃气供给系统包括电控引燃柴油供给装置和电控主燃 料天然气供给装置。电控引燃柴油供给装置，发动机在不同工况下运转时，柴油经柴油罐 101，在柴油滤清器123中过滤后，经柴油泵121加压后进入柴油压力调压模块119,电控系 统ECU根据转速传感器106反馈的转速信号等参数结合柴油轨压传感器102反馈的轨压信 号通过柴油压力调节模块119调节柴油轨103的供给压力。电控主燃料天然气供给装置， 液化天然气从天然气罐113中流出后，经天然气加压模块114汽化加压，在缓冲罐115中稳 压后，安装在天然气管路中的天然气流量计116测量天然气流量，然后进入天然气压力调 节模块118,电控系统ECU104根据空气流量发动机转速等参数结合天然气轨压传感器117 反馈轨压对天然气设计轨压进行计算修正，并通过天然气压力调节模块118调节天然气轨 105供给压力。
[0033] 在本发明的一个实施方式中，电控系统ECU104同时控制柴油压力调节模块119及 天然气压力调节模块118,以根据发动机的运转工况同时控制柴油和天然气共轨压力，实现 两种燃料轨压的灵活控制。
[0034] 在本发明的又一实施方式，所述柴油轨压调节模块119所供给的柴油轨压由电控 系统ECU104根据发动机转速、扭矩参数和预先标定的MAP图确定，并经过柴油轨压传感器 102反馈的实测轨压进行修正。
[0035] 在本发明的又一实施方式，所述天然气轨压调节模块118所供给的天然气轨压由 电控系统ECU104根据发动机转速、扭矩参数和预先标定的MAP图确定，并经过天然气轨压 传感器117反馈的实测轨压进行修正。
[0036] 在本发明的再一实施方式，天然气轨压调节与柴油轨压调节有一定相关性，但天 然气轨压调节与柴油轨压调节过程相互独立，压差可随工况点的变化而变化，由电控系统 ECU104分别控制柴油和天然气压力调节模块进行调节。
[0037] 如图2所示，微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统的控制方法，包括：
[0038] 首先在步骤S201，电控系统104根据预设柴油轨压、柴油喷射定时及预设天然气 轨压、及天然气喷射定时对发动机燃料供给系统进行控制。
[0039] 步骤S202,根据所测量的油耗率、各项排放值（C0排放、HC排放及NOx排放）等参 数对发动机的动力性、经济性、排放性进行综合分析对经过传感器测量的发动机参数值的 测试结果进行分析。
[0040] 步骤S203,根据测试分析结果对柴油轨压、柴油喷射定时及预设天然气轨压、及天 然气喷射定时进行优化（优化的过程为通过对天然气、柴油轨压及喷射定时的调节，达到 理想的发动机综合性能，即动力性、经济性、排放性的综合指标达到最优），电控系统根据优 化参数对发动机燃料供给系统进行调节。
[0041] 步骤S204,根据油耗仪、燃气流量计等仪器和各传感器的测量结果对发动机的动 力性、经济性和排放性进行综合性能评价，如性能满足使用需求，进行下一工况点的参数优 化，如不满足要求，则对本工况点进行进一步的优化。
[0042] 接着，在步骤S205根据发动机的使用要求，重复步骤S201-S204对发动机外特性 及万有特性所有典型工况点进行逐个标定，使其经济性、动力性和排放性满足设计指标。 [0043] 需要说明的是，在上文中以微量柴油引燃高压直喷天然气发动机燃气供给系统的 例子对本发明进行了描述。然而，本发明并不限于此，而是可以适用于现有的或者将来出现 的其他混合燃料电喷共轨发动机。
【权利要求】
1. 微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统，包括：通过电控系统分别控制的电 控共轨引燃柴油供给装置及电控共轨高压直喷天然气供给装置，所述电控系统根据天然气 发动机的工况通过控制电控共轨引燃柴油供给装置的柴油压力调节模块调节供给天然气 发动机一定压力的引燃柴油，电控系统根据天然气发动机的工况通过控制电控共轨高压直 喷天然气供给装置的天然气压力调节模块来调节供给天然气发动机一定压力的主喷天然 气。
2. 如权利要求1所述的微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统，其特征是，所 述电控共轨引燃柴油供给装置，包括柴油罐，柴油罐与柴油滤清器相连，柴油滤清器与柴油 泵的输入端相连，柴油泵的输出端一路与柴油罐相连，另一路与柴油压力调节模块相连，柴 油压力调节模块与柴油轨相连，柴油轨及柴油泵均与电控喷射泵相连。
3. 如权利要求2所述的微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统，其特征是，所 述电控共轨高压直喷天然气供给装置，包括天然气罐，天然气罐通过天然气加压模块与天 然气缓冲罐相连，天然气缓冲罐与天然气压力调节模块相连，天然气压力调节模块与天然 气轨相连，天然气轨与电控喷射泵相连。
4. 如权利要求1所述的微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统，其特征是，所 述电控系统还与柴油泵、柴油压力调节模块、天然气压力调节模块、柴油轨压传感器、天然 气轨压传感器、电控喷射器、转速传感器及进气压力传感器相连。
5. 如权利要求1所述的微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统，其特征是，所 述天然气发动机与电控喷射器相连，天然气发动机的进空气端的管道上设置有中冷器，天 然气发动机的进空气端的管道与出空气端的管道之间设置有增压器；所述天然气发动机的 进空气端的管道上还依次连接有空气滤清器及进气压力传感器。
6. 如权利要求4所述的微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统，其特征是，所 述天然气发动机的一侧还安装有转速传感器，所述天然气轨的一端安装有天然气轨压传感 器，所述柴油轨的一端安装有柴油轨压传感器。
7. 如权利要求3所述的微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统，其特征是，所 述天然气缓冲罐与天然气压力调节模块之间还安装有天然气流量计，所述柴油滤清器与柴 油泵之间还安装有柴油油耗仪。
8. 如权利要求1所述的微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统的控制方法，其 特征是，包括： 步骤一：电控系统根据预设柴油轨压、柴油喷射定时及预设天然气轨压、及天然气喷射 定时对发动机燃料供给系统进行控制； 步骤二：根据天然气发动机的各项参数值对柴油轨压、柴油喷射定时及预设天然气轨 压、及天然气喷射定时进行优化，电控系统根据优化参数对天然气发动机燃料供给系统进 行调节； 步骤三：根据柴油油耗仪、燃气流量计及各传感器的测量结果对天然气发动机的动力 性、经济性和排放性进行综合性能评价，如性能满足使用需求，进行下一工况点的参数优 化，如不满足要求，则对本工况点进行进一步的优化； 步骤四：对发动机所有典型工况点进行逐个标定。
【文档编号】F02D19/06GK104121102SQ201410352491
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】李孟涵, 张强, 李国祥, 李娜, 邵思东, 李培新 申请人:山东大学