[发明专利]一种基于柴油机的缸内直喷压燃燃气内燃机及控制方法

说明书

本发明提出了一种基于柴油机的缸内直喷压燃燃气内燃机及其控制方法。本发明中采用动力电池对即将进入燃烧室的空气实施进气加热，确保缸内直喷压燃燃气内燃机的顺利启动；启动后，利用排气余热对即将进入燃烧室的空气实施进气加热，提高燃气的能量利用率，排气余热的加热能量不足时借助动力电池补偿所需的加热能量，确保缸内直喷压燃燃气内燃机的正常运转；采用燃气预喷射+燃气主喷射策略，确保燃气在燃烧室快速、稳定着火，保障缸内直喷压燃燃气内燃机的整机性能；同时，本发明提供了一种基于柴油机的缸内直喷压燃燃气内燃机整机运行的控制方法，通过电控单元的具体控制实现了缸内直喷压燃燃气内燃机整机的稳定运行。

技术领域

本发明提出了一种基于柴油机的缸内直喷压燃燃气内燃机及其控制方法，具体涉及一种基于柴油机的缸内直喷压燃燃气内燃机的系统设计以及基于柴油机的缸内直喷压燃燃气内燃机整机运行的控制方法，属于内燃机领域。

背景技术

21世纪以来，内燃机除了面临满足愈发严格的有害排放物法规的挑战，还要面临着CO₂法规(燃油经济性)挑战，CO₂法规逐步成为推动内燃机技术进步的又一主要因素。针对未来超低排放，甚至零排放的有害排放物法规和CO₂法规，部分研究人员提出了不同的内燃机新型燃烧方式；还有一部分研究人员基于传统内燃机的技术优势引入新的替代燃料(氢气、天然气、氨气等)，以提高内燃机的热效率并降低有害排放。

对燃气内燃机的研究几乎完全集中在预混合燃烧概念上，例如火花点火和均质充量压缩点火；对于双燃料燃烧概念，将预混合的燃气-空气混合物喷入燃烧室内，在传统柴油或其余助燃剂的帮助下压燃燃气-空气混合物。然而，所有的预混合燃烧方法在一定程度上都存在难压燃、功率密度低、运行负荷有限、循环变动大等问题。虽然双燃料燃烧模式可在一定程度上解决上述问题，但柴油及助燃剂的引入也伴随着污染物排放升高以及储存两种不同燃料的难题。基于柴油机技术，非预混纯燃气燃烧概念有望解决上述所有问题，但是非预混纯燃气燃烧概念尚未得到广泛应用。由于燃气的高自燃温度(氢气为585℃，柴油为250℃，天然气为537℃，氨气为651℃)和较高的辛烷值通常需要高于正常压缩比或者更高的进气温度来实现压缩燃烧。高压缩比会增加内燃机的热负荷及机械负荷，高进气温度会导致较低的体积效率、较高的热损失和过量的NOx排放。此外，为保证燃气从喷嘴直接喷入燃烧室，喷射系统压力要远高于气缸内的峰值压力。

综上所述，如何能够承接现有的柴油机技术并在这些技术的基础上开发基于柴油机的缸内直喷压燃燃气内燃机整机系统，保证/甚至提高原机性能的同时实现缸内直喷压燃燃气内燃机的稳定运行是目前亟需解决的难题。鉴于此，本发明提出了一种基于柴油机的缸内直喷压燃燃气内燃机及其控制方法，具体涉及一种基于柴油机的缸内直喷压燃燃气内燃机的系统设计以及基于柴油机的缸内直喷压燃燃气内燃机整机运行的控制方法。本发明中采用动力电池对即将进入燃烧室的空气实施进气加热，确保缸内直喷压燃燃气内燃机的顺利启动；启动后，利用排气余热对即将进入燃烧室的空气实施进气加热，提高燃气的能量利用率，排气余热的加热能量不足时借助动力电池补偿所需的加热能量，确保缸内直喷压燃燃气内燃机的正常运转；采用燃气预喷射+燃气主喷射策略，确保燃气在燃烧室快速、稳定着火，保障缸内直喷压燃燃气内燃机的整机性能；同时，本发明提供了一种基于柴油机的缸内直喷压燃燃气内燃机整机运行的控制方法，通过电控单元的具体控制实现了缸内直喷压燃燃气内燃机整机的稳定运行。

发明内容

一种基于柴油机的缸内直喷压燃燃气内燃机系统，主要包括空气进气管路P1、空气滤清器1、进气压力传感器2、进气温度传感器3、进气流量传感器4、换热器5、动力电池电热丝6、热空气流通管路P2、热空气流量传感器7、热空气温度传感器8、缸内直喷压燃燃气内燃机9、燃烧室温度传感器10、高压燃气直喷喷嘴11、排气管路P3、NSR催化系统12、排气流量传感器13、排气温度传感器14、燃气瓶15、燃气进气管路P4、减压阀16、燃气流量传感器17、阻燃阀18、电控单元ECU19；