一种基于反应活性控制的均匀预混天然气-柴油双燃料发动机燃烧控制方法与流程

本发明涉及的是一种发动机燃烧控制方法，具体地说是双燃料发动机燃烧控制方法。

背景技术：

天然气以其储量丰富，燃烧清洁、易与空气混合等理化特性，成为替代柴油、汽油等传统燃料的新型燃料。

为了实现柴油-天然气双燃料发动机清洁、稳定、低排放燃烧，近年来预混压燃燃烧(pcci)和均质压燃燃烧(hcci)等低温燃烧技术得到了广泛研究及应用。但pcci和hcci燃烧方式的应用主要存在燃烧不易控制、高负荷工况难以实现、冷启动困难、co与hc排放偏高等问题。为了解决上述问题，有必要提供一种基于反应活性控制的均匀预混天然气-柴油双燃料发动机燃烧控制方法，采用进气总管单点喷射方式向缸内提供均质预混合天然气，利用一套控制系统实现燃油和燃气的协同控制。采用高压共轨柴油缸内直喷系统以及活性反应柴油喷射+引燃柴油喷射二次喷油策略，来实现基于化学反应动力学活性控制的双燃料发动机分层燃烧。通过不同负荷下活性反应柴油喷射、引燃柴油喷射的喷射量的调整来解决中小负荷下hc、co排放高、发动机效率低的问题，实现发动机动力性能的提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供清洁、稳定、低排放的一种基于反应活性控制的均匀预混天然气-柴油双燃料发动机燃烧控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于反应活性控制的均匀预混天然气-柴油双燃料发动机燃烧控制方法，其特征是：

所述发动机包括气缸壁、气缸盖，气缸壁里设置活塞，气缸壁和气缸盖之间为燃烧室，燃烧室通过进气阀连通进气歧管，燃烧室通过排气阀连通排气道，进气歧管里设置燃气喷气阀，气缸盖里设置电控喷油器；

针对不同负荷，发动机电控系统作用于柴油供给喷射系统，控制燃油喷射参数，对活性反应柴油喷射、引燃柴油喷射阶段的喷油量比例进行调整：在小负荷下，控制活性反应柴油喷射量占柴油总喷射量的50-65％；在中等负荷下控制活性反应柴油喷射量占总柴油喷射量的30-45％之间；在高负荷控制活性反应柴油喷射量占柴油总喷射量的5％-15％之间，增大引燃柴油喷射阶段的柴油比例，以避免向高负荷工况扩展时出现的敲缸问题。

本发明还可以包括：

1、在所有负荷下，柴油活性反应柴油喷射阶段控制其喷射提前角大于50°ca；在所有负荷下，引燃柴油喷射阶段控制其喷射时刻为压缩上止点前10-20°ca。

本发明的优势在于：本发明通过不同负荷下活性反应柴油喷射和引燃柴油喷射量的调整来解决小负荷下燃烧不稳定，中等负荷下hc、co排放高、发动机效率低以及高负荷下敲缸的问题，实现发动机动力、排放性能的提高。

附图说明

图1为双燃料发动机系统结构图；

图2为燃气、柴油供给系统及电控系统结构图；

图3a为小负荷下活性反应柴油喷射和引燃柴油喷射流量曲线，图3b为中负荷下活性反应柴油喷射和引燃柴油喷射流量曲线，图3c为高负荷下活性反应柴油喷射和引燃柴油喷射流量曲线。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-3，图1为柴油-天然气双燃料内燃机系统结构图。该系统主要由柴油-天然气双燃料发动机、进气系统、排气系统、燃气供给系统、柴油喷射系统、发动机电控系统组成。燃气供给喷射系统由燃气储气罐12、燃气供给管路11、燃气切断阀、过滤器、减压器和燃气喷射阀5或阀组组成；柴油供给喷射系统由油泵14、高压油轨21、高压油管7、电控喷油器6组成。发动机电控系统13通过对节气门3、燃气喷射阀5、油泵14、电控喷油器6等结构的控制实现对燃烧系统的控制。

图2为柴油-天然气发动机燃气、柴油供给系统及电控系统结构图。新鲜空气经节气门3进入气缸，通过对节气门3的控制可以实现对进入气缸空气量的控制。燃气喷射阀5安装在进气总管4上，靠近进气门3的位置，与新鲜空气同时进入缸内，在进气总管4内与空气充分混合后进入各缸进气道。电控喷油器6安装在气缸盖上，位于燃烧室19上部，电控喷油器6的位置布局要合理，以满足系统工作需求。

图3为不同负荷下活性反应柴油喷射和引燃柴油喷射流量曲线。其中0°ca为压缩冲程上止点。高压共轨柴油缸内直喷系统采用活性反应柴油喷射+引燃柴油喷射二次喷油策略，在距离压缩上止点较大提前角时进行第一次的柴油预喷射，在接近上止点时进行第二次柴油主喷射，通过预喷射柴油组分的链式反应来实现以化学反应动力学控制柴油组分压缩燃烧引燃预混天然气的目的。

在所有负荷下，活性反应喷射柴油喷射阶段在压缩上止点大于50°ca时进行柴油预喷射，此时发动机缸内温度较低，未达到柴油着火点，因此预喷射柴油逐渐雾化蒸发并随着缸内流动与预混天然气-空气混合气充分混合。当活塞15即将运动至上止点时，缸内温度升高，但由于柴油组分浓度较低，在高温下柴油组分中的长链大分子结构发生一系列链式反应，生成大量高活性自由基组分，从而提高了缸内燃气混合气燃烧活性，对后续的燃烧有一定促进作用。

引燃柴油喷射的正时较常规柴油-天然气双燃料发动机有所延后，大约在上压缩止点前10-20°ca，此时活塞处于上止点附近，主喷射期喷出的柴油很快开始燃烧并引燃缸内均质预混天然气。在活性反应柴油喷射期生成的高活性自由基组分的作用下，引燃过程得到了加强，从而有利于缸内燃烧。

针对不同负荷，双燃料发动机电控系统通过ecu发出指令，信号经过驱动芯片的放大，进而作用于柴油供给喷射系统，控制燃油喷射参数，对活性反应柴油喷射、引燃柴油喷射阶段的喷油量比例灵活调整。在小负荷下，缸内燃烧温度压力偏低，柴油总喷射量偏小，为了保持稳定燃烧，控制活性反应柴油喷射量占柴油总喷射量的50-65％；在中等负荷下控制活性反应柴油喷射量占总柴油喷射量的30-45％之间；在高负荷下需要逐渐减少活性反应柴油喷射比例，控制活性反应柴油喷射量占柴油总喷射量的5％-15％之间，增大引燃柴油喷射阶段的柴油比例，以避免向高负荷工况扩展时出现的敲缸问题。

技术特征：

技术总结
本发明的目的在于提供一种基于反应活性控制的均匀预混天然气‑柴油双燃料发动机燃烧控制方法，双燃料发动机包括柴油‑天然气双燃料发动机、燃气供给喷射系统、柴油供给喷射系统、发动机电控系统组成。燃气供给喷射系统采用单点喷射方式向缸内提供均质预混天然气，采用高压共轨柴油缸内直喷系统以及活性反应柴油喷射+引燃柴油喷射二次喷油策略来实现基于化学反应动力学活性控制的双燃料发动机分层燃烧。通过不同负荷下活性反应柴油喷射和引燃柴油喷射量的调整来解决小负荷下燃烧不稳定，中等负荷下HC、CO排放高、发动机效率低以及高负荷下敲缸的问题，实现发动机动力、排放性能的提高。

技术研发人员：杨立平;刘振廷;宋恩哲;范立云;姚崇;费红姿
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2018.09.29
技术公布日：2018.12.28