[发明专利]一种单喷嘴直喷气液燃料点燃式内燃机及控制方法

摘要

一种单喷嘴直喷气液燃料点燃式内燃机及控制方法，属于直喷内燃机控制领域。该系统在保留原发动机全部本体的基础上增加了一套气液双燃料喷射系统和一套电子控制单元，包括：燃料喷射与点火电子控制单元、气体燃料流量与压力传感器、气体燃料线性电磁阀、液体燃料单向阀、液体燃料流量与压力传感器、液体燃料线性电磁阀、喷嘴、液体燃料泵、三通等。燃料喷射与点火电子控制单元通过对液体及气体燃料泵与线性电磁阀的控制控制进入喷嘴的气体和液体燃料比例，并根据工况实时变化气体和液体燃料的使用比例，大幅减少了发动机起动时间、油耗及有害排放，通过单喷嘴气液双燃料喷射利用液体燃料冷却性好的特点解决的高压气体喷射时喷嘴的润滑与散热问题。

主权项

1.一种单喷嘴直喷气液燃料点燃式内燃机的使用方法，使用以下装置，该装置在保留发动机、火花塞及原机电子控制单元的基础上加装了一套单喷嘴气液双燃料直喷系统和一个燃料喷射与点火电子控制单元；所述单喷嘴气液双燃料直喷系统，包括：气体燃料泵、气体燃料储存罐、气体燃料线性电磁阀、气体燃料流量与压力传感器；所述气体燃料泵、气体燃料储存罐、气体燃料线性电磁阀及气体燃料流量与压力传感器之间通过高压气体管路相连接；所述单喷嘴气液双燃料直喷系统，还包括：液体燃料储存罐、液体燃料泵、液体燃料线性电磁阀及液体燃料流量与压力传感器；所述液体燃料储存罐、液体燃料泵、液体燃料线性电磁阀及液体燃料流量与压力传感器之间通过液体高压管路相连接；所述单喷嘴气液双燃料直喷系统，还包括：三通及喷嘴，三通与喷嘴之间通过高压管路相连接；三通通过高压管路还分别与气体燃料流量与压力传感器及液体燃料流量与压力传感器相连接；喷嘴直接安装在发动机上；所述燃料喷射与点火电子控制单元与气体燃料线性电磁阀相连接，通过发出气体燃料线性电磁阀控制信号a控制气体燃料线性电磁阀的开度；所述燃料喷射与点火电子控制单元与气体燃料流量与压力传感器相连接，获得气体燃料流量与压力信号b；所述燃料喷射与点火电子控制单元与气体燃料泵相连接，发出气体燃料泵控制信号z；所述燃料喷射与点火电子控制单元与液体燃料泵相连接，通过发出液体燃料泵控制信号c调整液体燃料泵的输出压力；所述燃料喷射与点火电子控制单元与液体燃料线性电磁阀相连接，通过发出液体燃料线性电磁阀控制信号d控制液体燃料线性电磁阀的开度；所述燃料喷射与点火电子控制单元与液体燃料流量与压力传感器相连接，获得液体燃料流量与压力信号e；所述燃料喷射与点火电子控制单元与喷嘴相连接，通过发出实际喷嘴控制信号f控制喷嘴的开启和关闭；所述燃料喷射与点火电子控制单元与火花塞相连接，通过发出实际点火信号g控制火花塞跳火；所述燃料喷射与点火电子控制单元与原机电子控制单元相连接，获得发动机起动/停车信号h、曲轴位置与转速信号j、油门踏板位置信号k、原机喷嘴控制信号m及原机点火信号n；其特征在于，该方法包括以下步骤：燃料喷射与点火电子控制单元首先根据从原机电子控制单元获得的发动机起动/停车信号h，并根据发动机起动/停车信号h判断发动机起动及停止状态，当发动机起动/停车信号h指示发动机停车时，燃料喷射与点火电子控制单元通过发出气体燃料线性电磁阀控制信号a和液体燃料线性电磁阀控制信号d使气体燃料线性电磁阀和液体燃料线性电磁阀均处于关闭状态，通过发出气体燃料泵控制信号z和液体燃料泵控制信号c使气体燃料泵和液体燃料泵停止运转，通过发出实际喷嘴控制信号f使喷嘴的实际喷射脉宽置零来停止燃料喷射，并同时通过发出实际点火信号g使火花塞停止跳火，此时发动机处于停车状态；当发动机起动/停车信号h指示发动机处于运行状态时，燃料喷射与点火电子控制单元进一步根据曲轴位置与转速信号j及油门踏板位置信号k判断发动机所处工况，当曲轴位置与转速信号j指示发动机转速为起动机拖动转速时燃料喷射与点火电子控制单元判定发动机处于起动工况；当发动机转速大于等于最低怠速转速且不大于3000rpm时，并且节气门开度不大于60％时，燃料喷射与点火电子控制单元判断发动机处于怠速及中小负荷工况；当发动机转速大于3000rpm，并且节气门开度大于60％时，燃料喷射与点火电子控制单元判断发动机处于高速及高负荷工况；根据不同工况，燃料喷射与点火电子控制单元对发动机的燃料喷射及点火进一步控制如下：1)起动工况在起动工况下，燃料喷射与点火电子控制单元通过发出液体燃料泵控制信号c使液体燃料泵停止运转，通过发出液体燃料线性电磁阀控制信号d使液体燃料线性电磁阀关闭，通过获得气体燃料流量与压力信号b检测气体管路燃料压力，并通过发出气体燃料泵控制信号z使气体燃料泵运转，将气体燃料管路压力控制在150bar至200bar之间，通过发出气体燃料线性电磁阀控制信号a使气体燃料线性电磁阀全开，此时，仅有气体燃料进入喷嘴；燃料喷射与点火电子控制单元根据原机点火信号n获得原机点火时刻s0，并通过发出实际点火信号g控制火花塞跳火，使发动机点火时刻s1与原机点火时刻s0相同；燃料喷射与点火电子控制单元同时根据原机喷嘴控制信号m计算原机燃料喷射脉宽t0，并通过发出实际喷嘴控制信号f使喷嘴的喷射脉宽t1与原机燃料喷射脉宽t0相同，同时，燃料喷射与点火电子控制单元通过发出实际喷嘴控制信号f使喷嘴所控制的燃料实际喷射开始相位在上止点前5°到35°之内；2)怠速及中小负荷工况发动机以每循环次燃料喷射模式运行，第一次为早喷模式，喷出的燃料以液体燃料为主，第二次为晚喷模式，在怠速及中小负荷工况下，燃料喷射与点火电子控制单元通过液体燃料流量与压力信号e获得液体燃料压力，并通过发出液体燃料泵控制信号c使液体燃料泵运转使液体燃料压力稳定在200bar，通过获得气体燃料流量与压力信号b检测气体管路燃料压力，并通过发出气体燃料泵控制信号z使气体燃料泵运转，将气体燃料管路压力控制在200bar；燃料喷射与点火电子控制单元根据原机点火信号n获得原机点火时刻s0，并通过发出实际点火信号g控制火花塞跳火，使发动机点火时刻s1较原机点火时刻s0推迟1°至10°；喷油策略控制如下：在怠速及中小负荷工况下，燃料喷射与点火电子控制单元根据原机喷嘴控制信号m计算原机燃料喷射脉宽t0，自动计算并通过发出实际喷嘴控制信号f使喷嘴的喷射脉宽在早喷段的喷油脉宽为0.7t0，晚喷段为0.3t0，早喷开始喷射相位在上止点前120°至240°，晚喷开始喷射相位在上止点前10°至50°；气体与液体燃料控制策略如下：在早喷段，燃料喷射与点火电子控制单元通过发出气体燃料线性电磁阀控制信号a使气体燃料线性电磁阀全关，通过发出液体燃料线性电磁阀控制信号d使液体燃料线性电磁阀全开；在晚喷段，燃料喷射与点火电子控制单元通过发出气体燃料线性电磁阀控制信号a使气体燃料线性电磁阀全开，通过发出液体燃料线性电磁阀控制信号d使液体燃料线性电磁阀全关，3)高速及高负荷工况在高速及高负荷工况下，燃料喷射与点火电子控制单元通过从液体燃料流量与压力传感器获得液体管路压力并通过发出液体燃料泵控制信号c使液体燃料泵运转，将液体燃料压力控制为不小于220bar，通过发出液体燃料线性电磁阀控制信号d使液体燃料线性电磁阀全开，通过发出气体燃料泵控制信号z使气体燃料泵停止运转，并通过发出气体燃料线性电磁阀控制信号a使气体燃料线性电磁阀全关，此时，仅有液体燃料进入喷嘴；燃料喷射与点火电子控制单元根据原机点火信号n获得原机点火时刻s0，并通过发出实际点火信号g控制火花塞跳火，使发动机点火时刻s与原机点火时刻s0相同；燃料喷射与点火电子控制单元同时根据原机喷嘴控制信号m计算原机燃料喷射脉宽t，并通过发出实际喷嘴控制信号f使喷嘴的喷射脉宽t与原机燃料喷射脉宽t相同，同时，燃料喷射与点火电子控制单元通过发出实际喷嘴控制信号f使喷嘴所控制的燃料实际喷射开始相位在上止点前50°到200°之内。