一种气/液双燃料缸内/缸外双喷射装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种用于点燃式内燃机的气/液双燃料缸内/缸外双喷射装置及控制方法，具体涉及一种气/液双燃料分配供给系统、气/液双燃料缸内/缸外双喷射及燃烧过程控制装置，属于内燃机控制领域。
【背景技术】
[0002]现有单一燃料单一位置喷射点燃式内燃机采用当量比条件燃烧，燃料消耗量大、污染物排放高;此外，汽油、柴油、甲醇等液体燃料尽管净能量密度高，但燃烧需要雾化过程且存在液化现象，既增加了燃料油耗量，又提高了污染物排放;而天然气、液化石油气、氢气等气体燃料虽然不需要气化过程不存在液化现象，但净能量密度低，使内燃机动力性能下降，且气体燃料在缸外进气道喷射占用进气容积，影响内燃机效率。
[0003]缸内直喷技术，指将喷油嘴安装到燃烧室内，将燃料直接喷入缸内燃烧。液体燃料结合该技术可采用稀燃模式燃烧，降低燃油消耗量，同时由于喷射压力提高，有利于燃料的雾化，但受限于液体燃料较窄的稀燃极限，燃油消耗量的节约效果有限，才外还增加了颗粒物和氮氧化物等污染物的排放;气体燃料结合该技术可有效解决燃料占用进气容积影响内燃机效率的问题，但其较低净能量密度对内燃机动力性能的影响依然无法解决。
[0004]通过液体燃料缸内喷射、气体燃料缸外喷射，可通过气体燃料与空气的预混拓宽缸内液体燃料与进气混合气的稀燃极限，实现更小的燃油消耗量，同时还可促进缸内混合气的燃烧，降低缸内温度，在减少内燃机散热损失、提升其热效率的同时，降低颗粒物和氮氧化物等排放，此外，还可配合较大的节气门开度，减小栗气损失，提升内燃机热效率;通过气体燃料缸内喷射、液体燃料缸外喷射，可在避免气体燃料占用进气容积，影响内燃机充气效率的同时，配合较大的节气门开度，减少栗气损失，实现提高内燃机热效率的目的。因此，使用气/液双燃料缸内/缸外双喷射的喷射燃烧方式与控制方法可在保证内燃机动力性能的同时，降低燃料消耗量和污染物排放，实现节能减排的效果。
【发明内容】
[0005]针对现有单一燃料单一位置喷射点燃式内燃机燃料消耗量大、污染物排放高的问题，本发明提供了一种气/液双燃料双喷射点燃式内燃机及控制方法。本发明采用缸内喷射液体燃料、缸外喷射气体燃料及缸内喷射气体燃料、缸外喷射液体燃料两种喷射模式的配合使用，使缸内燃料在更宽的稀燃极限区间燃烧，实现在保证内燃机动力性能的同时，降低燃料消耗量和污染物排放的目的。
[0006]为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案:
[0007]—种气/液双燃料缸内/缸外双喷射装置，其特征在于:燃料分配供给系统包括气体燃料储存器(11)、液体燃料储存器(12)、与气体燃料储存器(11)连接的气体燃料栗(10)、与液体燃料储存器(12)连接的液体燃料栗(13)、与气体燃料栗(10)和液体燃料栗(13)相连接的用于调整喷入缸内/缸外燃料种类的气/液双燃料分配器(9)、由进气门凸轮轴驱动的与气/液双燃料分配器(9)和缸内燃料喷嘴(4)相连接的加压燃料栗(8)、与加压燃料栗(8)相连接的位于缸盖中通入燃烧室的缸内燃料喷嘴(4)以及与气/液双燃料分配器(9)相连接的位于进气歧管中通入进气道(6)的缸外燃料喷嘴(5);喷射燃烧电控装置的核心部件包括喷射燃烧电控单元(I);
[0008]所述的喷射燃烧电控单元(I)通过内燃机传感器获取实际转速信号(f)、缸内/缸外燃料喷射压力信号(g)，并用于进行喷射燃烧控制；
[0009]所述的喷射燃烧电控单元(I)与气/液双燃料分配器(9)相连接，并通过气/液双燃料分配器控制信号(a)调整燃料喷入缸内/缸外的燃料喷射种类；
[0010]所述的喷射燃烧电控单元(I)与节气门(7)相连接，并通过节气门控制信号(b)调整节气门(7)的开度；
[0011 ]所述的喷射燃烧电控单元(I)与缸外燃料喷嘴(5)相连接，并通过缸外燃料喷嘴控制信号(C)控制缸外燃料喷射的喷射时刻和喷射脉宽；
[0012]所述的喷射燃烧电控单元(I)与缸内燃料喷嘴(4)相连接，并通过缸内燃料喷嘴控制信号(d)控制缸内燃料喷射的喷射时刻和喷射脉宽；
[0013]所述的喷射燃烧电控单元(I)通过点火模块(2)与火花塞(3)相连接，并通过点火控制信号(e)控制点火角。
[0014]气体燃料包括氢气、天然气、液化石油气或二甲醚;液体燃料包括汽油、甲醇或乙醇。
[0015]应用所述装置的方法，其特征在于:
[0016]喷射模式一:缸内喷射液体燃料，缸外喷射气体燃料;在该喷射模式下，喷射燃烧电控单元(I)通过气/液双燃料分配器控制信号(a)控制气/液双燃料分配器(9)，使液体燃料储存器(12)中的液体燃料经过液体燃料栗(13)加压后通至加压燃料栗(8)继续加压至1MPa以上，同时使气体燃料储存器(II)中的气体燃料经过气体燃料栗(10)加压后通至缸外燃料喷嘴(5);通过缸外燃料喷嘴控制信号(c)控制缸外燃料喷嘴(5)将气体燃料喷入内燃机进气道(6);通过缸内燃料喷嘴控制信号(d)控制缸内燃料喷嘴(4)将经过加压燃料栗
(8)加压的高压液体燃料喷入燃烧室;通过点火控制信号(e)控制点火模块(2)驱动火花塞
(3)进行点火;
[0017]喷射模式二:缸内喷射气体燃料，缸外喷射液体燃料;在该喷射模式下，喷射燃烧电控单元(I)通过气/液双燃料分配器控制信号(a)控制气/液双燃料分配器(9)，使气体燃料储存器(11)中的气体燃料经过气体燃料栗(10)加压后通至加压燃料栗(8)继续加压至1MPa以上，同时使液体燃料储存器(12)中的液体燃料经过液体燃料栗(13)加压后通至缸外燃料喷嘴(5);通过缸外燃料喷嘴控制信号(c)控制缸外燃料喷嘴(5)将液体燃料喷入内燃机进气道(6);通过缸内燃料喷嘴控制信号(d)控制缸内燃料喷嘴(4)将经过加压燃料栗
(8)加压的高压气体燃料喷入燃烧室;通过点火控制信号(e)控制点火模块(2)驱动火花塞
(3)进行点火。
[0018]喷射燃烧电控单元(I)通过气/液双燃料分配器控制信号(a)控制气/液双燃料分配器(9)，使用喷射模式一;通过节气门控制信号(b)使节气门(7)开度增大20%;根据公式AFl = ( Vair X Pair ) /lHL，通过缸内燃料喷嘴控制信号(d)控制缸内燃料喷嘴(4 )的喷射脉宽，调整液体燃料喷射质量HiL，使液体燃料处于稀燃状态燃烧，稀燃状态为AFl>该燃料理论值，AFl = μ X AFl, s，AFl为液体燃料实际空燃比，Vair为空气体积，Pair为空气密度，mL为液体燃料喷射质量，μ为液体燃料稀燃系数，AR,s为液体燃料理论空燃比；同时根据公式a = VG/(Vc+Vair )通过缸外燃料喷嘴控制信号(c)控制缸外燃料喷嘴(5)的喷射脉宽，调整气体燃料喷射体积Vc，使气体燃料占总进气量体积分数α保持在0.25?0.35之间，并使气体燃料与空气在内燃机缸外进气道(6)预混后进入缸内，式中，α为气体燃料占总进气量体积分数，Vc为气体燃料喷喷射体积，Vair为空气体积。
[0019]喷射燃烧电控单元(I)通过气/液双燃料分配器控制信号(a)控制气/液双燃料分配器(9)，使用权利要求3所述的喷射模式二;保持缸外燃料喷嘴(5)的喷射脉宽和节气门
(7)开度不变，根据公式AFc=(VairXpair)/(VcXpc)通过缸内燃料喷嘴控制信号⑷调整缸内燃料喷嘴(4)的喷射脉宽，调整气体燃料喷射体积VC，进而通过控制气体燃料实际空燃比AFg，使内燃机实际转速稳定在750 ±50rp