汽车及燃气发动机、发动机ECU、喷射燃气的控制方法与流程

本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种汽车及燃气发动机、发动机ECU、喷射燃气的控制方法。

背景技术：

能源的匮乏和全球环境的恶化已经成为世界关注的焦点，随着科技的进步和社会的发展，世界汽车保有量逐年增加，并占用了大量有限的石油储备资源，同时加大了对大气的污染程度。

天然气发动机以其排放特性好(几乎不产生微粒排放)、天然气资源较为丰富、天然气的辛烷值高等优点，而得到了高度重视。现有技术的天然气发动机多为进气道喷射火花点燃，且天然气发动机的供气方法多为单次喷射，这种喷气方法使得点火时刻缸内混合气呈现上稀下浓的分布，这不利于混合气的可靠点火和稳定燃烧。

现有一种天然气发动机，其将用于喷射天然气的燃气喷射器安装在进气道内，喷射的天然气会占用进气道空间。尤其是当发动机在大负荷工况下运行时，需要的进气量较大，而由于天然气占用了进气道空间，影响了进气量，进而影响了发动机的进气效率。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是：现有大负荷工况下运行的天然气发动机在喷射天然气时天然气会占用进气道，影响进气量，从而影响发动机的进气效率。

为解决上述问题，本发明提供了一种燃气发动机，其包括：

气缸；

与所述气缸连通的进气歧管；

压力传感器，用于测量所述进气歧管内的气压，并用于输出信号至发动机ECU；

安装在所述气缸的缸盖上的缸内直喷燃气喷射器，所述缸内直喷燃气喷射器的喷射口伸入所述气缸内，以向所述气缸内喷射燃气；

所述发动机ECU用于根据所述压力传感器的输出信号判断燃气发动机是否处于大负荷工况，以在燃气发动机处于大负荷工况下向所述缸内直喷燃气喷射器发送喷射燃气指令。

可选地，所述燃气发动机处于大负荷工况下，所述发动机ECU用于在进气行程初期、压缩行程末期均向所述缸内直喷燃气喷射器发送喷射燃气指令。

可选地，还包括：安装在所述进气歧管上的歧管燃气喷射器，所述歧管燃气喷射器的喷射口伸入所述进气歧管内，以向所述进气歧管内喷射燃气；

所述发动机ECU还用于根据所述压力传感器的输出信号判断燃气发动机是否处于小负荷工况，以在燃气发动机处于小负荷工况下在进气行程初期向所述歧管燃气喷射器发送喷射燃气指令、在压缩行程末期向所述缸内直喷燃气喷射器发送喷射燃气指令。

可选地，还包括：油门踏板传感器，用于测量油门踏板的位置信息，并用于输出信号至所述发动机ECU；

所述发动机ECU还用于根据所述油门踏板传感器的输出信号判断燃气发动机是否处于加速加载工况，以在燃气发动机处于加速加载工况下在进气行程初期同时向缸内直喷燃气喷射器、歧管燃气喷射器发送喷射燃气指令。

可选地，还包括：气轨，与所述缸内直喷燃气喷射器位于气缸外的一端固定连接，所述气轨与缸内直喷燃气喷射器连通以输送燃气。

可选地，所述气轨通过第一燃气管与储气罐连通；

所述第一燃气管上设有减压阀，所述储气罐内的燃气经由所述减压阀输送至气轨内。

可选地，所述第一燃气管上还设有稳压腔，所述储气罐内的燃气先后经由所述减压阀、稳压腔输送至气轨内；

所述歧管燃气喷射器通过第二燃气管与所述稳压腔连通，所述储气罐内的燃气先后经由所述减压阀、稳压腔输送至歧管燃气喷射器内。

可选地，还包括：与所述进气歧管连通的进气管；

沿进气方向依次设置在所述进气管上的空气滤清器、压气机、中冷器、节气门。

可选地，还包括：与所述气缸连通的排气管；

沿排气方向依次设置在所述排气管上的催化转换器、消音器。

可选地，所述燃气发动机所采用燃气为天然气或人工燃气。

可选地，还包括：所述发动机ECU。

可选地，所述燃气发动机处于大负荷工况时，所述压力传感器测量的压力大于等于100KPa。

可选地，所述燃气发动机处于小负荷工况时，所述压力传感器测量的压力小于100KPa。

可选地，所述发动机ECU在进气行程初期发送喷射燃气指令时，发动机曲轴的转角处于压缩上止点前的360度至300度；

所述发动机ECU在压缩行程末期发送喷射燃气指令时，发动机曲轴的转角处于压缩上止点前的60度至0度。

另外，本发明还提供了一种应用于上述燃气发动机的发动机ECU，所述发动机ECU包括：

存储单元，用于存储第一预设值；

判断单元，用于将所述压力传感器的输出信号与所述第一预设值进行比较，以判断燃气发动机是否处于大负荷工况；

指令单元，用于根据所述判断单元输出的燃气发动机处于大负荷工况的判断结果向所述缸内直喷燃气喷射器发送喷射燃气指令。

可选地，所述指令单元用于根据所述判断单元输出的燃气发动机处于大负荷工况的判断结果，在进气行程初期、压缩行程末期均向所述缸内直喷燃气喷射器发送喷射燃气指令。

可选地，所述燃气发动机还包括：安装在所述进气歧管上的歧管燃气喷射器，所述歧管燃气喷射器的喷射口伸入所述进气歧管内，以向所述进气歧管内喷射燃气；

所述判断单元还用于将所述压力传感器的输出信号与所述第一预设值进行比较，以判断燃气发动机是否处于小负荷工况；

所述指令单元还用于根据所述判断单元输出的燃气发动机处于小负荷工况的判断结果，在进气行程初期向所述歧管燃气喷射器发送喷射燃气指令、在压缩行程末期向所述缸内直喷燃气喷射器发送喷射燃气指令。

可选地，所述燃气发动机还包括：油门踏板传感器，用于测量油门踏板的位置信息，并用于输出信号至所述发动机ECU；

所述存储单元还用于存储第二预设值；

所述判断单元还用于将所述油门踏板传感器的输出信号与所述第二预设值进行比较，以判断燃气发动机是否处于加速加载工况；

所述指令单元还用于根据所述判断单元输出的燃气发动机处于加速加载工况的判断结果，在进气行程初期同时向缸内直喷燃气喷射器、歧管燃气喷射器发送喷射燃气指令。

可选地，所述第一预设值为100KPa。

可选地，所述指令单元在进气行程初期发送喷射燃气指令时，发动机曲轴的转角处于压缩上止点前的360度至300度；

所述指令单元在压缩行程末期发送喷射燃气指令时，发动机曲轴的转角处于压缩上止点前的60度至0度。

另外，本发明还提供了一种燃气发动机喷射燃气的控制方法，所述燃气发动机包括：

气缸、与所述气缸连通的进气歧管、以及安装在所述气缸的缸盖上的缸内直喷燃气喷射器，所述缸内直喷燃气喷射器的喷射口伸入所述气缸内，以向所述气缸内喷射燃气；

所述控制方法包括：

测量所述进气歧管内的气压；

根据所述气压判断所述燃气发动机是否处于大负荷工况；

当判断出所述燃气发动机处于大负荷工况时，所述缸内直喷燃气喷射器喷射燃气。

可选地，所述燃气发动机处于大负荷工况下，所述缸内直喷燃气喷射器在进气行程初期、压缩行程末期均喷射燃气。

可选地，所述燃气发动机还包括：安装在所述进气歧管上的歧管燃气喷射器，所述歧管燃气喷射器的喷射口伸入所述进气歧管内，以向所述进气歧管内喷射燃气；

所述控制方法还包括：根据所述气压判断所述燃气发动机是否处于小负荷工况；

当判断出所述燃气发动机处于小负荷工况时，所述歧管燃气喷射器在进气行程初期喷射燃气，所述缸内直喷燃气喷射器在压缩行程末期喷射燃气。

可选地，所述控制方法还包括：

测量油门踏板的位置信息以判断燃气发动机是否处于加速加载工况；

当判断出所述燃气发动机处于加速加载工况时，所述缸内直喷燃气喷射器、歧管燃气喷射器在进气行程初期同时喷射燃气。

可选地，所述燃气发动机处于大负荷工况时，所述进气歧管内的气压大于等于100KPa。

可选地，所述燃气发动机处于小负荷工况时，所述进气歧管内的气压小于100KPa。

可选地，在所述进气行程初期喷射燃气时，发动机曲轴的转角处于压缩上止点前的360度至300度；

在所述压缩行程末期喷射燃气时，发动机曲轴的转角处于压缩上止点前的60度至0度。

另外，本发明还提供了一种汽车，包括上述任一所述的燃气发动机。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

当发动机ECU根据压力传感器的输出信号判断出燃气发动机处于大负荷工况时，发动机ECU向安装在气缸的缸盖上的缸内直喷燃气喷射器发送喷射燃气指令，缸内直喷燃气喷射器向气缸内喷射燃气。缸内直喷燃气喷射器喷射的燃气不会占用进气道的空间，因此，燃气发动机在大负荷工况下运行时，燃气发动机所需的进气量不会受到影响，因而不会影响发动机的进气效率。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中燃气发动机的简化结构示意图；

图2是本发明的一个实施例中发动机ECU的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，本实施例的燃气发动机包括气缸14、通过进气道16与气缸14连通的进气歧管1、压力传感器22、缸内直喷燃气喷射器15、安装在进气歧管1上的歧管燃气喷射器2、油门位置传感器24以及发动机ECU(Electric Center Unit，电子控制单元)23。其中：

气缸14包括缸体和盖设在缸体上的缸盖(未标识)。缸内直喷燃气喷射器15安装在气缸14的缸盖上，且一端位于气缸14内使得缸内直喷燃气喷射器15的喷射口伸入气缸14内以向气缸14内喷射燃气，另一端位于气缸14外。在本实施例中，燃气发动机以四缸发动机为例，即包括四个气缸14。对应每个气缸14的缸盖上均设置有一个缸内直喷燃气喷射器15，由各个缸内直喷燃气喷射器15向各个气缸14内喷射燃气。需说明的是，在本发明的技术方案中，对燃气发动机内气缸14的数量并不作限制，可以为一个、两个等。

歧管燃气喷射器2的喷射口伸入进气歧管1内，以向进气歧管1内喷射燃气。

压力传感器22用于测量进气歧管1内的气压，发动机ECU 23用于根据压力传感器22的输出信号判断燃气发动机是否处于大、小负荷工况，以在燃气发动机处于大、小负荷工况下向缸内直喷燃气喷射器15和/或歧管燃气喷射器2发送喷射燃气指令。当缸内直喷燃气喷射器15接收到发动机ECU 23发送的喷射燃气指令时会向气缸14内喷射燃气。当歧管燃气喷射器2接收到发动机ECU 23发送的喷射燃气指令时会向进气歧管1内喷射燃气。

在本实施例中，压力传感器22位于进气歧管1内，在其他实施例中，压力传感器22也可以至少部分位于进气歧管1外。在本发明的技术方案中，对于压力传感器22相对于进气歧管1的位置并不作限定，只要压力传感器22能够测量进气歧管1内的气压即可。压力传感器22可以直接测量获得进气歧管1内的气压，也可以间接测量获得进气歧管1内的气压。

油门踏板传感器24用于测量油门踏板的位置信息，根据油门踏板传感器24的测量结果可以判断燃气发动机是否处于加速加载工况。例如，当油门踏板传感器24监测到油门踏板被向下踩踏以使油门增大时，即可判断出燃气发动机是处于加速加载工况。发动机ECU 23还用于根据油门踏板传感器24的输出信号判断燃气发动机是否处于加速加载工况，以在燃气发动机处于加速加载工况下向缸内直喷燃气喷射器15、歧管燃气喷射器2同时发送喷射燃气指令。

综合上述分析可知，本实施例的燃气发动机有三种喷射燃气模式：

第一种喷射燃气模式

发动机ECU 23根据压力传感器22的输出信号判断出燃气发动机处于大负荷工况时，发动机ECU 23向缸内直喷燃气喷射器15发送喷射燃气指令，缸内直喷燃气喷射器15向气缸14内喷射燃气。

由于燃气发动机处于大负荷工况时，是缸内直喷燃气喷射器15向气缸14内喷射燃气。缸内直喷燃气喷射器15喷射的燃气不会占用进气道16的空间，因此，燃气发动机在大负荷工况下运行时，燃气发动机所需的进气量不会受到影响，因而不会影响发动机的进气效率。

进一步地，当燃气发动机处于大负荷工况时：在燃气发动机的进气行程初期，发动机ECU 23向缸内直喷燃气喷射器15发送喷射燃气指令，缸内直喷燃气喷射器15向气缸14内喷射燃气；在燃气发动机的压缩行程末期，发动机ECU 23再次向缸内直喷燃气喷射器15发送喷射燃气指令，缸内直喷燃气喷射器15再次向气缸14内喷射燃气。

选择在燃气发动机的进气行程初期缸内直喷燃气喷射器15喷射燃气、在压缩行程末期缸内直喷燃气喷射器15再次喷射燃气的原因在于：在进气行程初期喷射的燃气在点燃之前有足够的时间在气缸14内扩散，以在气缸14内形成均匀的燃气氛围，在压缩行程末期喷射的燃气会在气缸14的顶部还未完全扩散至其他位置时就被点燃，换言之，气缸14内的燃气被点燃时，气缸14内形成了上浓下稀的燃气氛围，这样使得气缸14内的燃气更易被点燃，且燃烧速度较快、燃烧效果好，提高了燃气发动机的动态性能。

根据发动机的工作原理可知，在发动机的进气行程中，活塞会自上止点移动至下止点，在发动机的压缩行程中，活塞会自下止点移动至上止点。在本发明的技术方案中，定义在活塞的移动方向上上止点和下止点的中心位置为中点，进气行程初期是指：活塞自上止点移动至中点的时间段，压缩行程末期是指：活塞自中点移动至下止点的时间段。

在本实施例中，发动机ECU 23在进气行程初期发送喷射燃气指令时，发动机曲轴的转角处于压缩上止点前的360度至300度；发动机ECU 23在压缩行程末期发送喷射燃气指令时，发动机曲轴的转角处于压缩上止点前的60度至0度。经研究发现，在这种情况下，气缸14内形成的燃气氛围最易被点燃，燃烧效果也最佳。

第二种喷射燃气模式

发动机ECU 23根据压力传感器22的输出信号判断出燃气发动机处于小负荷工况时：在燃气发动机的进气行程初期，发动机ECU 23向歧管燃气喷射器2发送喷射燃气指令，歧管燃气喷射器2向进气歧管1内喷射燃气；在燃气发动机的压缩行程末期，发动机ECU 23向缸内直喷燃气喷射器15发送喷射燃气指令，缸内直喷燃气喷射器15向气缸14内喷射燃气。

选择在燃气发动机的进气行程初期歧管燃气喷射器2喷射燃气、在压缩行程末期缸内直喷燃气喷射器15喷射燃气的原因在于：在进气行程初期喷射的燃气自进气歧管1先后扩散至进气道16、气缸14内，并在气缸14内形成均匀的燃气氛围，在压缩行程末期缸内直喷燃气喷射器15喷射的燃气会在气缸14的顶部还未完全扩散至其他位置时就被点燃，换言之，气缸14内的燃气被点燃时，气缸14内形成了上浓下稀的燃气氛围，这样使得气缸14内的燃气更易被点燃，且燃烧速度较快、燃烧效果好，提高了燃气发动机的动态性能。燃气发动机处于小负荷工况下，由歧管燃气喷射器2来喷射燃气时，可以提高进气歧管1内的进气压力，降低发动机的泵气损失。

第三种喷射燃气模式

发动机ECU 23根据油门踏板传感器24的输出信号判断出燃气发动机处于加速加载工况时：在燃气发动机的进气行程初期，发动机ECU 23同时向歧管燃气喷射器2、缸内直喷燃气喷射器15发送喷射燃气指令，歧管燃气喷射器2、缸内直喷燃气喷射器15同时喷射燃气，使气缸14内迅速较浓的燃气氛围，从而使发动机的加速性能更好。

具体地，如图2所示，在本实施例中，发动机ECU 23包括存储单元230、判断单元231和指令单元232。其中：

存储单元230用于存储第一预设值和第二预设值。

判断单元231用于：将压力传感器22的输出信号与所述第一预设值进行比较，以判断燃气发动机是处于大负荷工况还是处于小负荷工况；将油门踏板传感器24的输出信号与所述第二预设值进行比较，以判断燃气发动机是否处于加速加载工况。

指令单元232用于：根据判断单元231输出的燃气发动机处于大负荷工况的判断结果向缸内直喷燃气喷射器15发送喷射燃气指令，进一步地，燃气发动机处于大负荷工况下，指令单元232在进气行程初期、压缩行程末期会均向缸内直喷燃气喷射器15发送喷射燃气指令；根据判断单元231输出的燃气发动机处于小负荷工况的判断结果，在进气行程初期向歧管燃气喷射器2发送喷射燃气指令、在压缩行程末期向缸内直喷燃气喷射器15发送喷射燃气指令；根据判断单元231输出的燃气发动机处于加速加载工况的判断结果，在进气行程初期同时向缸内直喷燃气喷射器15、歧管燃气喷射器2发送喷射燃气指令。

当燃气发动机处于不同工况时，燃气发动机所需进气量会不同。当燃气发动机处于大负荷工况时，燃气发动机所需进气量较大，此时进气歧管1内的气压较大；当燃气发动机处于小负荷工况时，燃气发动机所需进气量较小，此时进气歧管1内的气压较小。判断单元231会将压力传感器22测量获得的压力值与第一预设值进行比较，当测量获得压力值大于等于该第一预设值时，判断单元231会输出燃气发动机处于大负荷工况的判断结果至指令单元232，反之，当测量获得压力值小于该第一预设值时，判断单元231会输出燃气发动机处于小负荷工况的判断结果至指令单元232。

在本实施例中，所述第一预设值为100KPa，当压力传感器22测量获得的绝对压力大于等于100KPa时，即可判定燃气发动机处于大负荷工况，当压力传感器22测量获得的绝对压力小于100KPa时，即可判定燃气发动机处于小负荷工况。需说明的是，在本发明的技术方案中，对于燃气发动机大负荷工况、小负荷工况的界定并不应受所给实施例的限制，其可以根据燃气发动机的具体应用做出相应调整。

在本实施例中，燃气发动机还包括气轨6，气轨6与缸内直喷燃气喷射器15位于气缸14外的一端固定连接，且气轨6与缸内直喷燃气喷射器15连通，以向缸内直喷燃气喷射器15输送燃气。气轨6通过第一燃气管5与储气罐10连通，储气罐10用于存储压缩的高压燃气，并将燃气供应至缸内直喷燃气喷射器15。减压阀9、流量计7、稳压腔4沿送气方向C依次设置在第一燃气管5上，储气罐10内的燃气先后经由减压阀9、流量计7、稳压腔4、气轨6输送至缸内直喷燃气喷射器15。

储气罐10内的燃气压力较高，通过在第一燃气管5上设置减压阀9，可以避免输送至缸内直喷燃气喷射器15的燃气给气轨6造成过大的压力。流量计7用于监测燃气的流量，在本实施例的变换例中，流量计7也可以设置在第一燃气管5上的其他位置，如其可以位于减压阀9和储气罐10之间。燃气经过减压阀9进行减压后气流尚不稳定，仍存在波动，通过在气轨6与减压阀9之间设置稳压腔4，可以吸收燃气的气流波动，使得进入气轨6的燃气压力保持稳定。气轨6用于保持燃气的压力，使得进入缸内直喷燃气喷射器15内的燃气压力不会过小。

稳压腔4还通过第二燃气管3与歧管燃气喷射器2连通，使得储气罐10内的燃气先后经由减压阀9、流量计7、稳压腔4、第二燃气管3输送至歧管燃气喷射器2。

在本实施例中，燃气发动机还包括与进气歧管1连通的进气管18，空气滤清器21、压气机20、中冷器19、节气门17沿进气方向A依次设置在进气管18上，外界空气先后经由空气滤清器21、压气机20、中冷器19、节气门17输送至进气歧管1内。空气滤清器21的作用是清除流向燃气发动机内的空气中所含尘土和砂砾，减少气缸、活塞和活塞环的磨损，并可以一定程度地消除发动机进气行程中所产生的噪声。压气机20用于增大进入发动机内的空气压力。中冷器19用于降低进入发动机内的空气温度。节气门17用于控制进气量。

在本实施例中，燃气发动机还包括与气缸14连通的排气管11，催化转换器13、消音器12沿排气方向B依次设置在排气管11上。催化转换器13的作用是把发动机尾气中的有害排放物(主要指碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物)转换成无害的排放物，如水蒸气、二氧化碳和氮气。消音器12的作用是降低和衰减排气压力，以降低甚至消除排气噪声。

另外，本发明还提供了一种上述燃气发动机喷射燃气的控制方法。如图1所示，所述控制方法包括：测量进气歧管1内的气压，在本实施例中，通过位于进气歧管1内的压力传感器22来测量进气歧管1内的气压；根据所述气压判断所述燃气发动机是否处于大、小负荷工况：当判断出所述燃气发动机处于大负荷工况时，缸内直喷燃气喷射器15喷射燃气，当判断出所述燃气发动机处于小负荷工况时，歧管燃气喷射器2在进气行程初期喷射燃气，缸内直喷燃气喷射器51在压缩行程末期喷射燃气。进一步地，燃气发动机处于大负荷工况时，缸内直喷燃气喷射器15在进气行程初期、压缩行程末期均喷射燃气。

在本实施例中，所述控制方法还包括：测量油门踏板的位置信息以判断燃气发动机是否处于加速加载工况，在本实施例中，通过油门踏板传感器来测量油门踏板的位置信息；当判断出所述燃气发动机处于加速加载工况时，缸内直喷燃气喷射器15、歧管燃气喷射器2在进气行程初期同时喷射燃气。

在本实施例的第一变换例中，燃气发动机处于小负荷工况下，也可以全部采用缸内直喷燃气喷射器来喷射燃气。

在本实施例的第二变换例中，燃气发动机中也可以不设置进气歧管燃气喷射器。当燃气发动机处于小负荷、大工况工况下，全部采用缸内直喷燃气喷射器来喷射燃气。

在上述第一、二变换例中，发动机ECU的指令单元用于根据所述判断单元输出的燃气发动机处于小负荷工况的判断结果向所述缸内直喷燃气喷射器发送喷射燃气指令，由缸内直喷燃气喷射器向气缸内喷射燃气。

在本发明的技术方案中，所述燃气可以是指天然气、人工燃气或其他其他的燃料。

另外，本发明还提供了一种汽车，其包括上述燃气发动机。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。