CN103883414B - 运用二甲醚和压缩天然气的电子喷射装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
运用二甲醚和压缩天然气的电子喷射装置及控制方法，属于燃料喷射控制技术领域。双气态燃料的电子喷射装置在不同的工况下，通过调整燃料种类及燃料喷射比例，实施不同的策略，在异常条件下能够打开提示报警灯并关闭喷嘴。该装置成本较低，可以很方便的安装在不同型号发动机，保证发动机安全平稳运行，提高发动机的整体燃烧性能，自动化操作，是一种值得推广的双气态燃料系统控制方法。
Description
技术领域
本发明提供一种燃料电子喷射装置及控制方法，具体涉及一种运用二甲醚（DME）和压缩天然气（CNG）双气态燃料的电子喷射装置及控制方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，石油短缺和环境污染是不容忽视的两大问题。传统汽油机在起动时会造成燃料燃烧不充分，排出大量的有害物质；汽油雾化比较慢，也会造成燃料的大量浪费。因此，代用燃料便成为研究的热点。其中，二甲醚（DME）和压缩天然气（CNG）均得到广泛的研究与应用。与传统汽油机相比，DME是高十六烷值燃料，含氧高，燃烧完全；由于不含C-C分子链，在燃烧过程不会分解出碳，在各种情况下都能实现无烟燃烧；在经过喷油系统改进后，推迟喷油提前期，可以降低NOx的排放并能实现低温自燃，很适宜做汽车的起动燃料；CNG热值高、抗爆性能好、着火温度高，混合气发火界限高，混合气更均匀，燃烧也更完全。而且，DME和CNG都是气态燃料：优质、高效、清洁。所以，要结合两种气态燃料的优点，在汽车起动或怠速时燃用DME燃料，提高热效率、降低有害排放；在部分负荷使用DME+CNG混合过渡模式，实现可持续切换；高负荷下完全使用CNG模式，满足动力要求。通过针对不同工况下燃用不同的燃料，改善燃烧状况，达到节能减排的目的。
发明内容
为了改善双气体燃料发动机燃烧与排放的性能，本发明提出了一种运用二甲醚（DME）和压缩天然气（CNG）双气态燃料的电子喷射装置及控制方法。
本发明采用如下技术方案：
运用二甲醚和压缩天然气的电子喷射装置，其包括DME燃料罐4、DME调压器5、DME喷嘴6双气态燃料电子喷射装置7，双气态燃料电子喷射装置7发出的DME燃料喷射脉宽信号a1及DME燃料喷射时刻信号a2输入至DME喷嘴6；CNG燃料罐1、CNG调压器2、CNG喷嘴3，双气态燃料电子喷射装置7发出的CNG燃料喷射脉宽信号b1及CNG燃料喷射时刻信号b2输入至CNG喷嘴3；双气态燃料电子喷射装置7接收转速传感器信号c1、冷却液温度传感器信号c2、氧传感器信号c3、发动机爆燃传感器信号c4、油门位置传感器信号c5、提示报警信号c6；DME燃料罐4、DME调压器5、DME喷嘴6依次连接；CNG燃料罐1、CNG调压器2、CNG喷嘴3依次连接，双气态燃料电子喷射装置7能够分别控制DME和CNG的喷嘴，使其能够独立打开和关闭；双气态燃料电子喷射装置7在接收提示报警信号c6时能够打开提示警报灯报警；DME喷嘴6与CNG喷嘴3分别连接在进气歧管靠近进气门的位置。
运用所述二甲醚和压缩天然气的电子喷射装置进行控制方法，包括如下控制过程：
1）双气态燃料电子喷射装置7检测到转速传感器信号c1在0-790rpm或冷却液温度传感器信号c2在-20-80℃时，双气态燃料电子喷射装置7发出指令信号b1传递给CNG喷嘴3使其关闭CNG喷嘴6，同时双气态燃料电子喷射装置7发出指令信号a1传递给DME喷嘴6命令其打开DME喷嘴6；实现完全使用DME作为气态车用起动燃料；在DME作为起动燃料的运转过程中，燃料的喷射量、点火时刻以及点火提前角等均由双气态燃料电子喷射装置7管理控制，并把DME喷射脉宽信号a1和DME喷射时刻信号a2发到DME喷嘴6，使其过量空气系数λ一般在0.6-0.8的过浓混合区域，使发动机在不发生爆震或失火的情况下能够正常起动。双气态燃料电子喷射装置7检测到转速传感器信号c1在1800-5500rpm并且冷却液温度传感器信号c2在80℃以上时，双气态燃料电子喷射装置7向DME喷嘴6发出指令信号a1，关闭DME喷嘴6；同时双气态燃料电子喷射装置7发出指令信号b1，打开CNG喷嘴3，双气态燃料电子喷射装置7控制CNG喷射时刻和喷射脉宽，实现完全使用CNG作为气态燃料使用，此时过量空气系数λ=1。
2）双气态燃料电子喷射控制装置7检测到转速传感器信号c1在790-1800rpm且冷却液温度传感器信号c2在80℃以上时，双气态燃料电子喷射控制装置7发出指令信号a1传递给DME喷嘴6，使DME喷嘴6保持开启状态，可随时喷射DME；同时发出指令信号b1传递给CNG喷嘴3，打开CNG喷嘴3，双气态燃料电子喷射装置7能够分别控制两种气体的喷射脉宽和喷射时刻，实现双气态燃料多比例混合燃烧。在双气态燃料运转过程中，喷射量及点火时刻等均由双气态燃料电子喷射控制装置7管理控制。
3）双气态燃料电子喷射控制装置7检测到转速传感器信号c1大于5500rpm或者冷却液温度传感器信号c2小于-20℃时，发出指令信号a1到DME喷嘴6，使DME喷嘴6保持关闭状态；同时向CNG喷嘴3发出指令信号b1，使CNG喷嘴3保持关闭状态。此时车辆不再继续工作。
在双气态燃料电子喷射装置7上设置转速传感器信号c1、冷却液温度传感器信号c2、氧传感器信号c3、发动机爆燃传感器信号c4、油门位置传感器信号c5和提示报警信号c6。
双气态燃料电子喷射装置7根据接收到的转速传感器信号c1、冷却液温度传感器信号c2、氧传感器信号c3、发动机爆燃传感器信号c4、油门位置传感器信号c5、提示报警信号c6后，判定发动机转速、冷却水温度等工况及时做出反应动作。
在实现双气态燃料多比例混合燃烧过程中，双气态燃料电子喷射装置7根据转速传感器c1和冷却液温度传感器信号c2，通过DME、CNG的空燃比以及热值将燃料喷射时刻、喷射脉宽、喷射量按照公式进行逻辑计算，其中C为常数，根据条件：1）当时，DME为主燃料喷射；2）当时，CNG为主燃料喷射，再将DME、CNG燃料的喷射脉宽信号以及喷射时刻信号分别传递给各自的喷嘴，即双气态燃料电子控制装置7控制CNG燃料喷油量按转速信号c1增加而增加，按油门位置传感器信号c5油门踏板幅度的增加而增加，根据公式：其中，Vair为空气的体积，ρair为空气的密度，VDME为DME的体积，ρDME为DME的密度，AFDME为DME的空燃比，VCNG为CNG的体积，ρCNG为CNG的密度，AFCNG为CNG的空燃比，使其在理论空燃比附近即λ=1保持不变，则DME燃料喷油量相应减少。通过喷射不同种类、不同比例DME和CNG，使喷射可持续调节。当发动机接收的转速传感器信号c1和冷却液温度传感器信号c2不在指定范围内时，则提示报警信号灯开启，喷嘴关闭。
本发明的有益效果是，对气态燃料内燃机存在的燃烧及排放等问题，提出一种运用二甲醚（DME）和压缩天然气（CNG）双气态燃料的电子喷射装置控制方法。本发明的气态燃料内燃机采用完全使用DME为气态起动燃料，根据内燃机运行的工况，可切换至完全使用CNG为气态燃料。双气态燃料电子喷射装置7把喷射量、喷射脉宽及喷射时刻分别发送至DME、CNG喷嘴喷射，以满足所述气态燃料内燃机对燃料的可持续调节。通过采用以上模式，实现了气态燃料内燃机在不同阶段的优化控制和燃烧，提高了效率、节能排放，因此是改善气态燃料内燃机性能的一种方便且实用的技术手段。
附图说明
图1本发明的结构和工作原理图；
图中1、CNG燃料罐，2、CNG调压器，3、CNG喷嘴，4、DME燃料罐，5、DME调压器，6、DME喷嘴，7、双气态燃料电子喷射装置；
a1、DME喷射脉宽信号，a2、DME喷射时刻信号，b1、CNG喷射脉宽信号，b2、CNG喷射时刻信号，c1、转速传感器信号，c2、冷却液温度传感器信号，c3、氧传感器信号，c4、发动机爆燃传感器信号，c5、油门位置传感器信号，c6、提示报警信号。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对于本发明做进一步的说明：
装置包括DME燃料罐4、DME调压器5、DME喷嘴6，双气态燃料电子喷射装置7发出的DME燃料喷射脉宽信号a1及喷射时刻信号a2；CNG燃料罐1、CNG调压器2、CNG喷嘴3，双气态燃料电子喷射装置7发出的CNG燃料喷射脉宽信号b1及喷射时刻信号b2；双气态燃料电子喷射装置7接收转速传感器信号c1、冷却液温度传感器信号c2、氧传感器信号c3、发动机爆燃传感器信号c4、油门位置传感器信号c5、提示报警信号c6；DME燃料罐4、DME调压器5、DME喷嘴6依次连接；CNG燃料罐1、CNG调压器2、CNG喷嘴3依次连接，双气态燃料电子喷射装置7能够分别控制DME和CNG的喷嘴，使其能够独立打开和关闭；双气态燃料电子喷射装置7在接收提示报警信号c6时能够打开提示警报灯报警；DME喷嘴6与CNG喷嘴3分别连接在进气歧管靠近进气门的位置。
上述装置对不同工况作了如下实验：
实验车是一辆大众捷达，该车装备1台直列4缸1.6L电喷CNG双燃料发动机，按图1所示加装全新的双气态燃料电子喷射装置7。
当发动机静止时，双燃料电子喷射装置7接收转速传感器信号b1为零，接收冷却液温度传感器信号b2，温度为17℃；当发动机暖机时，双燃料电子喷射装置7接收转速传感器信号b1为800rpm，接收冷却液温度传感器信号b2，温度为70℃；当发动机低速起动时，双燃料电子喷射装置7接收转速传感器信号b1为800rpm，接收冷却液温度传感器信号b2，温度为80℃，此时双燃料电子喷射装置7将燃料喷射时刻信号a1和燃料喷射脉宽信号a2传递给DME喷嘴6，由DME喷嘴6喷射DME。
当车速在19km/h时，双燃料电子喷射装置7接收转速传感器信号b1为1400rpm，接收冷却液温度传感器信号b2，温度为80℃，此时双气态燃料电子喷射控制装置7发出指令信号a1传递给DME喷嘴6，使DME喷嘴6保持开启状态；同时发出指令信号b1传递给CNG喷嘴3，打开CNG喷嘴3，双气态燃料电子喷射装置7分别控制两种气体的喷射脉宽和喷射时刻同时喷射。
当挂档加速时，车速达到33km/h时，双燃料电子喷射装置7接收转速传感器信号b1为3200rpm，接收冷却液温度传感器信号b2，温度为82℃，双气态燃料电子喷射装置7向DME喷嘴6发出指令信号a1，关闭DME喷嘴6；同时双气态燃料电子喷射装置7发出指令信号b1传递给CNG喷嘴3，打开CNG喷嘴3，喷射CNG。
继续加速，当车速达到140km/h时，双燃料电子喷射装置7接收转速传感器信号b1为5800rpm，接收冷却液温度传感器信号b2，温度为88℃；或当车辆停止以后，双燃料电子喷射装置7接收转速传感器信号b1为零，接收冷却液温度传感器信号b2，温度为-25℃；发出指令信号a1到DME喷嘴6，使DME喷嘴6保持关闭状态；同时向CNG喷嘴3发出指令信号b1，使CNG喷嘴3保持关闭状态，并打开报警信号c6提示。
在上述实验中用一台日本堀场株式会社生产的Horiba-7100DEGR排放分析仪，分别测量内燃机各个运行工况下的HC、CO和NOx的排放。其结果表明，一种运用二甲醚（DME）和压缩天然气（CNG）双气态燃料的电子喷射装置及控制方法，在冷起动阶段燃烧DME能够改善热效率，有效抑制HC、CO和NOx的产生与排放；大负荷时燃烧CNG又保证其动力性，排放低于柴油的排放。采用该技术将为车用内燃机达到国际排放标准和降低石油及燃料的使用和消耗提供一条有效的技术途径。
Claims (4)
1.一种运用二甲醚(DME)和压缩天然气(CNG)双气态燃料的电子喷射装置的控制方法，电子喷射装置包括DME燃料罐(4)、DME调压器(5)、DME喷嘴(6)双气态燃料电子喷射装置(7)，双气态燃料电子喷射装置(7)发出的DME燃料喷射脉宽信号a1及DME燃料喷射时刻信号a2输入至DME喷嘴(6)；CNG燃料罐(1)、CNG调压器(2)、CNG喷嘴(3)，双气态燃料电子喷射装置(7)发出的CNG燃料喷射脉宽信号b1及CNG燃料喷射时刻信号b2输入至CNG喷嘴(3)；双气态燃料电子喷射装置(7)接收转速传感器信号c1、冷却液温度传感器信号c2、氧传感器信号c3、发动机爆燃传感器信号c4、油门位置传感器信号c5、提示报警信号c6；DME燃料罐(4)、DME调压器(5)、DME喷嘴(6)依次连接；CNG燃料罐(1)、CNG调压器(2)、CNG喷嘴(3)依次连接，双气态燃料电子喷射装置(7)能够分别控制DME和CNG的喷嘴，使其能够独立打开和关闭；双气态燃料电子喷射装置(7)在接收提示报警信号c6时能够打开提示警报灯报警；DME喷嘴(6)与CNG喷嘴(3)分别连接在进气歧管靠近进气门的位置；
其特征在于：
1)双气态燃料电子喷射装置(7)检测到转速传感器信号c1在0-790rpm或冷却液温度传感器信号c2在-20-80℃时，其中，c1的取值不包括790rpm，c2的取值不包括80℃；双气态燃料电子喷射装置(7)发出指令信号b1传递给CNG喷嘴(3)使其关闭CNG喷嘴(6)，同时双气态燃料电子喷射装置(7)发出指令信号a1传递给DME喷嘴(6)命令其打开DME喷嘴(6)；实现完全使用DME作为气态车用起动燃料；在DME作为起动燃料的运转过程中，燃料的喷射量、点火时刻以及点火提前角均由双气态燃料电子喷射装置(7)管理控制，并把DME喷射脉宽信号a1和DME喷射时刻信号a2发到DME喷嘴(6)，使其过量空气系数λ一般在0.6-0.8的过浓混合区域，使发动机在不发生爆震或失火的情况下能够正常起动；双气态燃料电子喷射装置(7)检测到转速传感器信号c1在1800-5500rpm并且冷却液温度传感器信号c2在80℃以上时，其中，c1的取值不包括1800rpm，c2的取值不包括80℃；双气态燃料电子喷射装置(7)向DME喷嘴(6)发出指令信号a1，关闭DME喷嘴(6)；同时双气态燃料电子喷射装置(7)发出指令信号b1，打开CNG喷嘴(3)，双气态燃料电子喷射装置(7)控制CNG喷射时刻和喷射脉宽，实现完全使用CNG作为气态燃料使用，此时过量空气系数λ＝1；
2)双气态燃料电子喷射控制装置(7)检测到转速传感器信号c1在790-1800rpm且冷却液温度传感器信号c2在80℃以上时，双气态燃料电子喷射控制装置(7)发出指令信号a1传递给DME喷嘴(6)，使DME喷嘴(6)保持开启状态，可随时喷射DME；同时发出指令信号b1传递给CNG喷嘴(3)，打开CNG喷嘴(3)，双气态燃料电子喷射装置(7)能够分别控制两种气体的喷射脉宽和喷射时刻，实现双气态燃料多比例混合燃烧；在双气态燃料运转过程中，喷射量及点火时刻均由双气态燃料电子喷射控制装置(7)管理控制；
3)双气态燃料电子喷射控制装置(7)检测到转速传感器信号c1大于5500rpm或者冷却液温度传感器信号c2小于-20℃时，发出指令信号a1到DME喷嘴(6)，使DME喷嘴(6)保持关闭状态；同时向CNG喷嘴(3)发出指令信号b1，使CNG喷嘴(3)保持关闭状态；此时车辆不再继续工作。
2.根据权利要求1所述的一种运用二甲醚(DME)和压缩天然气(CNG)双气态燃料的电子喷射装置的控制方法，其特征在于，在双气态燃料电子喷射装置(7)上设置转速传感器信号c1、冷却液温度传感器信号c2、氧传感器信号c3、发动机爆燃传感器信号c4、油门位置传感器信号c5和提示报警信号c6。
3.根据权利要求1所述的一种运用二甲醚(DME)和压缩天然气(CNG)双气态燃料的电子喷射装置的控制方法，其特征在于，双气态燃料电子喷射装置(7)根据接收到的转速传感器信号c1、冷却液温度传感器信号c2、氧传感器信号c3、发动机爆燃传感器信号c4、油门位置传感器信号c5、提示报警信号c6后，判定发动机转速、冷却水温度工况及时做出反应动作。
4.根据权利要求1所述的一种运用二甲醚(DME)和压缩天然气(CNG)双气态燃料的电子喷射装置的控制方法，其特征在于，在实现双气态燃料多比例混合燃烧过程中，双气态燃料电子喷射装置(7)根据转速传感器c1和冷却液温度传感器信号c2，通过DME、CNG的空燃比以及热值将燃料喷射时刻、喷射脉宽、喷射量按照公式进行逻辑计算，其中C为常数，根据条件：1)当时，DME为主燃料喷射；2)当时，CNG为主燃料喷射，再将DME、CNG燃料的喷射脉宽信号以及喷射时刻信号分别传递给各自的喷嘴，即双气态燃料电子控制装置(7)控制CNG燃料喷油量按转速信号c1增加而增加，按油门位置传感器信号c5油门踏板幅度的增加而增加，根据公式：使其在理论空燃比附近即λ＝1保持不变，则DME燃料喷油量相应减少；通过喷射不同种类、不同比例DME和CNG，使喷射可持续调节；当发动机接收的转速传感器信号c1和冷却液温度传感器信号c2不在指定范围内时，则提示报警信号灯开启，喷嘴关闭。
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