双燃料发动机系统及其控制方法、车辆与流程

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种双燃料发动机系统及其控制系统、车辆。

背景技术：

环境问题、能源危机、苛刻的排放及油耗法规的出台，为内燃机行业提出了严峻的挑战。降油耗、降排放是目前最核心的两个问题。

传统发动机主要分为汽油机和柴油机，汽油机排放较好，但其点燃方式决定其燃油经济性较差，柴油机压缩燃烧的方式保证了燃油经济性，但相应的nox及其它排放较高。将汽油、柴油机的技术相结合，达到油耗及排放双降，故现在一种新的技术提上日程，双燃料发动机。双燃料发动机热效率较汽油机还要高一些，排放较柴油机低。

双燃料发动机采用汽油进气道喷射，柴油缸内喷射引燃汽油，此种喷射方式对于油耗及nox及soot的排放性都有很大的优化，但此技术有一个缺陷，即瞬态性能稍差。在急加速时，其加速性较常规柴油机差。主要由于急加速时，在前几个循环汽油喷入后燃烧不稳定，导致排气温度压力没有大幅度增加，因此涡轮增压器并不能很好的运转，增压压力没有跟上。所以要想提高加速性能，需要提高加速时增压压力，因此需要增加瞬时的排气温度压力。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种双燃料发动机系统，该系统能够提高双燃料发动机的加速性能，并充分利用排气能量，降低加速时的瞬态油耗，从而降低排放。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种双燃料发动机系统，包括：发动机；用于向所述发动机的汽缸内喷射柴油的柴油喷油器；后喷汽油喷油器和排气燃烧腔，所述排气燃烧腔与所述发动机的排气道相连，所述后喷汽油喷油器用于向所述排气燃烧腔内喷射汽油；增压器，所述增压器与所述排气燃烧腔连通；排气冷却装置，所述排气冷却装置位于所述排气燃烧腔和所述增压器之间，以对从所述排气燃烧腔进入所述增压器的气体进行冷却；以及控制器，所述控制器用于获取发动机水温、油门踏板变化率以及所述增压器的涡前温度，并根据所述发动机水温和油门踏板变化率控制所述后喷汽油喷油器的启停和所述柴油喷油器的后喷的启停，以及根据所述增压器的涡前温 度控制所述排气冷却装置的启停。

进一步地，所述控制器用于在所述增压器的涡前温度高于第一预设温度时，控制所述排气冷却装置启动。

进一步地，所述控制器根据所述发动机水温和油门踏板变化率控制所述后喷汽油喷油器的启停和所述柴油喷油器的后喷的启停，具体包括：根据所述发动机水温判断所述发动机的工作模式，其中，当所述发动机水温高于第二预设温度时，判定所述发动机处于常温模式，当所述发动机水温低于第二预设温度时，判定所述发动机处于低温模式；如果所述发动机处于常温模式，则获取油门踏板变化率，并在所述油门踏板变化率小于第一预设变化率时，控制所述柴油喷油器启动后喷，并控制后喷的喷油相位延后，并在所述油门踏板变化率大于第一预设变化率且小于第二预设变化率时，控制所述柴油喷油器启动后喷，，并在所述油门踏板变化率大于第二预设变化率且小于第三预设变化率时，控制所述后喷汽油喷油器启动，以及在所述油门踏板变化率大于所述第三预设变化率时，控制所述柴油喷油器启动后喷，并控制所述后喷汽油喷油器启动，其中，所述第一预设变化率小于第二预设变化率，所述第二预设变化率小于第三预设变化率；以及如果所述发动机处于低温模式，则获取油门踏板变化率，并在所述油门踏板变化率大于0时，控制所述柴油喷油器启动后喷，并控制所述后喷汽油喷油器启动，并在所述油门踏板变化率为0时，进一步判断发动机是否处于起动状态，并在所述发动机处于起动状态时，控制所述柴油喷油器停止后喷，并控制所述后喷汽油喷油器停机，否则控制所述柴油喷油器启动后喷，并控制所述后喷汽油喷油器启动。

进一步地，还包括：稳压腔，所述稳压腔的一端通过稳压腔单向阀与所述排气冷却装置相连，另一端通过控制阀与发动机进气系统相连，所述稳压腔用于存储来自所述排气冷却装置的水蒸气，并在所述控制阀打开时向所述发动机进气系统导入所述水蒸气，其中，所述稳压腔包括稳压腔泄压阀。

进一步地，所述第一预设温度为800℃。

进一步地，所述第二预设温度为80℃。

相对于现有技术，本发明所述的双燃料发动机系统具有以下优势：

本发明所述的双燃料发动机系统，增加了后喷汽油喷油器和增压器，并能够根据发动机水温、油门踏板变化率以及增压器的涡前温度对后喷汽油喷油器、柴油喷油器的后喷及排气冷却装置的启停进行相应控制，从而更精确的控制增压器的工作状态，减小加速时的迟滞现象，提高双燃料发动机的加速性能。另外，充分利用了排气能量，降低了加速时的瞬态油耗，从而降低排放。

本发明的另一个目的在于提出一种双燃料发动机系统的控制方法，该方法能够提高双燃料发动机的加速性能，并充分利用排气能量，降低加速时的瞬态油耗，从而降低排放。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种双燃料发动机系统的控制方法，所述双燃料发动机系统为本发明上述实施例所述的双燃料发动机系统，所述控制方法包括以下步骤：获取发动机水温、油门踏板变化率以及所述增压器的涡前温度；根据所述发动机水温和油门踏板变化率控制所述后喷汽油喷油器的启停和所述柴油喷油器的后喷的启停；以及根据所述增压器的涡前温度控制所述排气冷却装置的启停。

进一步的，所述根据所述增压器的涡前温度控制所述排气冷却装置的启停，进一步包括：判断所述增压器的涡前温度是否高于第一预设温度；如果所述增压器的涡前温度高于所述第一预设温度，则控制所述排气冷却装置启动，否则控制所述排气冷却装置停机。

进一步的，所述根据所述发动机水温和油门踏板变化率控制所述后喷汽油喷油器的启停和所述柴油喷油器的后喷的启停，进一步包括：根据所述发动机水温判断所述发动机的工作模式，其中，当所述发动机水温高于第二预设温度时，判定所述发动机处于常温模式，当所述发动机水温低于第二预设温度时，判定所述发动机处于低温模式；如果所述发动机处于常温模式，则获取油门踏板变化率，并在所述油门踏板变化率小于第一预设变化率时，控制所述柴油喷油器启动后喷，并控制后喷的喷油相位延后，并在所述油门踏板变化率大于第一预设变化率且小于第二预设变化率时，控制所述柴油喷油器启动后喷，并在所述油门踏板变化率大于第二预设变化率且小于第三预设变化率时，控制所述后喷汽油喷油器启动，以及在所述油门踏板变化率大于所述第三预设变化率时，控制所述柴油喷油器启动后喷，并控制所述后喷汽油喷油器启动，其中，所述第一预设变化率小于第二预设变化率，所述第二预设变化率小于第三预设变化率；如果所述发动机处于低温模式，则获取油门踏板变化率，并在所述油门踏板变化率大于0时，控制所述柴油喷油器启动后喷，并控制所述后喷汽油喷油器启动，并在所述油门踏板变化率为0时，进一步判断发动机是否处于起动状态，并在所述发动机处于起动状态时，控制所述柴油喷油器停止后喷，并控制所述后喷汽油喷油器停机，否则控制所述柴油喷油器启动后喷，并控制所述后喷汽油喷油器启动。

所述的双燃料发动机系统的控制方法与上述的双燃料发动机系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的另一个目的在于提出一种车辆，该车辆能够提高双燃料发动机的加速性能，并充分利用排气能量，降低加速时的瞬态油耗，从而降低排放。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车辆，设置有如上述实施例所述的双燃料发动机系统。

所述的车辆与上述的双燃料发动机系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的双燃料发动机系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的双燃料发动机系统的控制模式示意图；以及

图3为本发明实施例所述的双燃料发动机系统的控制方法的流程图。

附图标记说明：

1-汽油喷油器、2-柴油喷油器、3-后喷汽油喷油器、4-排气燃烧腔、5-排气冷却装置，5-1-喷水器、5-2-蒸发散热器、6-增压器、7-涡前温度传感器、8-1稳压腔单向阀、8-2稳压腔泄压阀、8-3稳压腔、9-控制阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明一个实施例的双燃料发动机系统的结构示意图。图2是根据本发明一个实施例的双燃料发动机系统的控制模式示意图。

如图1所示，并结合图2，根据本发明一个实施例的双燃料发动机系统，包括：发动机(图中未示出)、柴油喷油器2、后喷汽油喷油器3、排气燃烧腔4、增压器6、排气冷却装置5和控制器(图中未示出)。

其中，柴油喷油器2用于向发动机的汽缸内喷射柴油。具体地说，柴油喷油器2具有两种喷油模式，即主喷和后喷。主喷相位在后喷之前，主喷模式一直在运行，以保证发动机正常运转，而后喷的启动与否需要根据具体条件控制，即后喷只是在需要时才启动。排气燃烧腔4与发动机的排气道相连，后喷汽油喷油器3用于向排气燃烧腔4内喷射汽油，利用高温废气将汽油引燃，产生高温高压气体，瞬间推动增压器6增压。增压器6与排气燃烧腔4连通。排气冷却装置5例如包括喷水器5-1和蒸发散热器5-2，排气冷却装置5位于排气燃烧腔4和增压器6之间，以对从排气燃烧腔4进入增压器6的气体进行冷却。控制器用于获取发动机水温、油门踏板变化率以及增压器6的涡前温度，并根据发动机水温和油门踏板变化率控制后喷汽油喷油器3的启停和柴油喷油器2的后喷的启停，以及根据增压器6的涡前温度控制排气冷却装置5的启停。

更为具体地，例如，控制器用于在进入增压器6的气体的温度高于第一预设温度时，控制排气冷却装置5启动。在一些示例中，例如，第一预设温度为800℃，例如，结合图2，通过涡前温度传感器7检测增压器6的涡前温度，当增压器6的涡前温度高于20℃时，控制器控制排气冷却装置5启动一对进入增压器6的气体进行降温。具体的操作为：喷水器5-1将水喷雾喷到蒸发散热器5-2上，水遇到高温后蒸发吸热，降低排气温度，水被加热成高温 高压水蒸气。

在具体示例中，结合图2所示，控制器例如为发动机ecu，其采集发动机水温，以及油门踏板变化率等数据，并根据这些数据将发动机的状态分为低温模式与常温模式。进一步地，低温模式例如包括冷启动模式、暖机模式和低温加速模式；常温模式例如包括深度增压模式a、b、c以及常温正常增压模式。

在本发明的一个实施例中，例如，控制器根据发动机水温和油门踏板变化率控制后喷汽油喷油器3的启停和柴油喷油器2的后喷的启停，具体包括：

首先，根据发动机水温判断发动机的工作模式，其中，当发动机水温高于第二预设温度时，判定发动机处于常温模式，当发动机水温低于第二预设温度时，判定发动机处于低温模式。在一些示例中，第二预设温度例如为80℃，也即当发动机水温高于80℃时，判定发动机处于常温模式，否则判定发动机处于低温模式。

进一步地，如果发动机处于常温模式，则获取油门踏板变化率。

当油门踏板变化率小于第一预设变化率时，此时发动机被判定处于常温正常增压模式时，控制所述柴油喷油器启动后喷，并控制后喷的喷油相位延后。即进行少量柴油后喷喷射，并利用燃烧相位拖后，增加排气温度压力，因为此时排气温度较低，因此不启动喷水器5-1，控制柴油喷油器2的喷油相位延后。

当油门踏板变化率大于第一预设变化率且小于第二预设变化率时，此时发动机被判定为常温深度增压模式a，此时需要增压度较小，因此，控制柴油喷油器2启动后喷，来提高排气能量。进一步地，此时排气温度也有可能超过增压器6的最高温度限值，为了保护增压器6，触发喷水器5-1，在排气温度超过限值(即第一预设温度，例如为800℃)时，喷水降温。

当油门踏板变化率大于第二预设变化率且小于第三预设变化率时，此时判定发动机处于常温深度增压模式b，并控制后喷汽油喷油器3启动，汽油喷入后利用高温废气引燃汽油，同时触发喷水器5-1，在排气温度超过限值时，喷水降温。其中，第一预设变化率小于第二预设变化率。

当油门踏板变化率大于第三预设变化率时，此时判定发动机处于常温深度增压模式c，并控制柴油喷油器2启动后喷，并控制后喷汽油喷油器3启动，同时启动喷水器5-1。此时在排气燃烧腔4中产生汽柴油混烧，产生强烈的高温高压气体，推动增压器6，此时增压度最大。其中，第二预设变化率小于第三预设变化率。

进一步地，如果发动机处于低温模式，则获取油门踏板变化率。

当油门踏板变化率大于0时，此时判定发动机处于低温加速模式，则控制柴油喷油器2启动后喷，并控制后喷汽油喷油器3启动，同时不启动喷水器5-1。

当油门踏板变化率为0时，进一步判断发动机是否处于起动状态，并在判定发动机处于起动状态时，控制柴油喷油器2停止后喷，并控制后喷汽油喷油器3停机，同时也不启动喷 水器5-1，否则，即当油门踏板变化率为0且发动及机不处于起动状态时，此时判定发动机处于暖机模式，则控制柴油喷油器2启动后喷，并控制后喷汽油喷油器3启动，加快增压器6进入状态，以及后处理器迅速升温，但喷水器5-1不启动。

需要说明的是，在上述的控制过程中，排气冷却装置5(包括喷水器5-1和蒸发散热器5-2)与涡前温度传感器7为闭环控制，喷水器5-1启动后，在排气温度将要达到涡前温度限制(即第一预设温度)时，喷水降温，保持排温低于涡前温度限值800℃，这样保证增压器6永远处于高效区域。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，该双燃料发动机系统例如还包括稳压腔8-3。稳压腔8-3的一端通过稳压腔单向阀8-1与排气冷却装置5相连，另一端通过控制阀9与发动机进气系统相连，稳压腔8-3用于存储来自排气冷却装置5的水蒸气，并在控制阀9打开时向发动机进气系统输入水蒸气，其中，稳压腔8-3包括稳压腔泄压阀8-2，以保证稳压腔8-3内的压力稳定，稳压腔单向阀8-1可防止水蒸气回流至排气冷却装置5。具体地说，一般情况下，排气冷却装置6产生的水蒸气存储在稳压腔8-3中，在需要的时候(如发动机大负荷产生nox较多的区域)，控制阀9打开，将水蒸气导入发动机的汽缸内，参与燃烧，降低燃烧温度，降低nox排放。

根据本发明实施例的双燃料发动机系统，增加了后喷汽油喷油器和增压器，并能够根据发动机水温、油门踏板变化率以及增压器的涡前温度对后喷汽油喷油器、柴油喷油器的后喷及排气冷却装置的启停进行相应控制，从而更精确的控制增压器的工作状态，减小加速时的迟滞现象，提高双燃料发动机的加速性能。另外，充分利用了排气能量，降低了加速时的瞬态油耗，从而降低排放。

进一步地，如图3所示，本发明的实施例公开了一种双燃料发动机系统的控制方法。其中，该双燃料发动机系统例如为本发明上述实施例所描述的双燃料发动机系统。基于此，该方法包括以下步骤：

步骤s1：获取发动机水温、油门踏板变化率以及增压器的涡前温度。

步骤s2：根据发动机水温和油门踏板变化率控制后喷汽油喷油器的启停和柴油喷油器的后喷的启停。

步骤s3：根据增压器的涡前温度控制排气冷却装置的启停。

在本发明的一个实施例中，步骤s2中所述的根据发动机水温和油门踏板变化率控制后喷汽油喷油器的启停和柴油喷油器的后喷的启停，进一步包括：

首先，根据发动机水温判断发动机的工作模式，其中，当发动机水温高于第二预设温度时，判定发动机处于常温模式，当发动机水温低于第二预设温度时，判定发动机处于低温模式。在一些示例中，第二预设温度例如为80℃，也即当发动机水温高于80℃时，判定发动机处于常温模式，否则判定发动机处于低温模式。

如果发动机处于常温模式，则获取油门踏板变化率，并在油门踏板变化率小于第一预设变化率时，控制柴油喷油器启动后喷，并控制后喷的喷油相位延后，并在油门踏板变化率大于第一预设变化率且小于第二预设变化率时，控制柴油喷油器启动后喷，并在油门踏板变化率大于第二预设变化率且小于第三预设变化率时，控制后喷汽油喷油器启动，以及在油门踏板变化率大于第三预设变化率时，控制柴油喷油器启动后喷，并控制后喷汽油喷油器启动，其中，第一预设变化率小于第二预设变化率，第二预设变化率小于第三预设变化率。

进一步地，如果发动机处于低温模式，则获取油门踏板变化率，并在油门踏板变化率大于0时，控制柴油喷油器动后喷，并控制后喷汽油喷油器启动，并在油门踏板变化率为0时，进一步判断发动机是否处于起动状态，并在发动机处于起动状态时，控制柴油喷油器停止后喷，并控制后喷汽油喷油器停机，否则控制柴油喷油器启动后喷，并控制后喷汽油喷油器启动。

在本发明的一个实施例中，上述步骤s3中所述的根据增压器的涡前温度控制排气冷却装置的启停，进一步包括：判断增压器的涡前温度是否高于第一预设温度，如果增压器的涡前温度高于第一预设温度，则控制排气冷却装置启动，否则控制排气冷却装置停机。在一些示例中，例如，第一预设温度为800℃。

根据本发明实施例的双燃料发动机系统的控制方法，增加了后喷汽油喷油器和增压器，并能够根据发动机水温、油门踏板变化率以及增压器的涡前温度对后喷汽油喷油器、柴油喷油器的后喷及排气冷却装置的启停进行相应控制，从而更精确的控制增压器的工作状态，减小加速时的迟滞现象，提高双燃料发动机的加速性能。另外，充分利用了排气能量，降低了加速时的瞬态油耗，从而降低排放。

需要说明的是，本发明实施例的双燃料发动机系统的控制方法的具体实现方式与本发明实施例的双燃料发动机系统的具体实现方式类似，具体请参见系统部分的描述，为了减少冗余，不做赘述。

进一步地，本发明的实施例公开了一种车辆，该车辆设置有上述实施例所述的双燃料发动机系统。该车辆增加了后喷汽油喷油器和增压器，并能够根据发动机水温、油门踏板变化率以及增压器的涡前温度对后喷汽油喷油器、柴油喷油器的后喷及排气冷却装置的启停进行相应控制，从而更精确的控制增压器的工作状态，减小加速时的迟滞现象，提高双燃料发动机的加速性能。另外，充分利用了排气能量，降低了加速时的瞬态油耗，从而降低排放。

另外，根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。