CN106499531B - 一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机及控制方法 - Google Patents

一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机及控制方法 Download PDF

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Abstract

一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机及控制方法，属于内燃机控制领域。该系统在沿用点燃式内燃机主体的基础上增加了一套用于双喷嘴气/液双燃料点燃式内燃机缸内直喷装置和一套燃料喷射与点火电子控制单元，包括：气体燃料流量传感器、气体燃料控制阀、气体燃料稳压器、液体燃料流量传感器、液体燃料控制阀等。燃料喷射与点火电子控制单元通过调整气体燃料喷嘴和液体燃料喷嘴的喷射时刻和喷射脉宽实现气/液双燃料在缸内的任意质量比喷射，并根据工况实时调整气/液燃料的喷射质量比，从而提高了内燃机起动速度与加速响应速度、降低了燃料消耗量与污染物排放，并通过减少气体燃料高压喷嘴的使用频率，缓解其长时间使用所面临的散热及润滑问题。

Description

一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机及控制方法
技术领域
缸内直喷是实现点燃式内燃机节能、清洁燃烧的有效方法之一。点燃式内燃机在缸内直喷气体燃料或液体燃料有各自的优势与不足，本发明提供一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机及控制方法，结合气体和液体两种燃料的优势，具体内容涉及双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机控制。
背景技术
缸内直喷技术是实现点燃式内燃机节能、清洁燃烧的有效方法之一，采用燃料缸内直喷技术后其充气效率明显提高，缸内燃烧温度及较高压缩比条件下的爆震趋势明显降低，起动速度和加、减速响应速度明显提高，这使得缸内直喷内燃机较气道喷射等缸外喷射内燃机具有更高的热效率，更快的响应速度和更低的污染物排放。
点燃式内燃机常见的燃料包括汽油、甲醇及乙醇等液体燃料或氢气、天然气及液化石油气等气体燃料。传统单一燃料缸内直喷内燃机单一工作循环内通常喷射两次，第一次用于在缸内营造形成稀薄的燃料-空气混合气氛围，第二次用于提供在火花塞附近形成较浓的混合气以保证缸内混合气可以被稳定点燃。单一液体燃料具有能量密度高的特点可以保证内燃机良好的动力性，同时在缸内喷射雾化过程吸热缸内温度降低，有助于提高内燃机热效率降低污染物排放，然而缸内喷射会导致燃料在内燃机燃烧室壁产生油膜，进而使该类内燃机颗粒物排放明显增高。与之相比，单一气体燃料在缸内喷射不存在气化过程，不会产生颗粒物；此外与缸外喷射相比，缸内喷射避免了气体燃料挤占氧化剂导致充气效率降低的问题，进而提高了内燃机的热效率；然而气体燃料体积能量密度较低，致使内燃机动力性能有所不足。
结合气/液两种燃料的优势，在内燃机缸内采用气/液双燃料直喷的方式，可以在保证较高热效率的同时，降低燃料消耗量及污染物的排放。现有缸内高压直喷气体喷嘴为满足内燃机全工况运行，体积往往很大，给缸盖狭小空间内双喷嘴供气系统的布置造成难度，此外，现有该喷嘴长时间工作面临润滑及冷却等问题。
发明内容
面对日渐苛刻的燃料消耗及污染物排放限制法规，针对传统单一燃料缸内直喷内燃机颗粒物排放较高及高压气体喷嘴长时间工作所面临的润滑及冷却等问题，结合气体燃料及液体燃料采用缸内直喷技术各自的优势，本发明提供了一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机及控制方法。
本发明采用了如下技术方案：
一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机，在沿用点燃式内燃机主体(16)、火花塞(9)及原机电子控制单元(1)的基础上，加装了一套双喷嘴气/液双燃料缸内直喷系统和一台喷射与燃烧电子控制单元(2)；
所述的一套双喷嘴气/液双燃料缸内直喷系统，其特征在于，包括：气体燃料罐(3)、气体燃料控制阀(4)、气体燃料稳压器(5)、气体燃料加压泵(6)、气体燃料流量与轨压传感器(7)、气体燃料喷嘴(8)、液体燃料箱(15)、液体燃料控制阀(14)、液体燃料一级加压泵(13)、液体燃料二级加压泵(12)、液体燃料流量与轨压传感器(11)、液体燃料喷嘴(10)；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与原机电子控制单元(1)连接，获取内燃机的转速信号(a)、加速踏板位置信号(b)、进/排气凸轮轴位置信号(c)、原机燃料喷射控制信号(d)、原机点火控制信号(e)、冷却液温度信号(f)和进气道绝对压力信号(g)；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与气体燃料控制阀(4)相连接，通过气体燃料控制阀控制信号(h)控制气体燃料控制阀(4)的开启和关闭；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与气体燃料流量与轨压传感器(7)相连接，获取气体燃料流量与轨压信号(i)；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与气体燃料喷嘴(8)相连接，通过气体燃料喷嘴控制信号(j)调整气体燃料的喷射脉宽及喷射时刻，控制气体燃料的喷射；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与液体燃料控制阀(14)相连接，通过液体燃料控制阀控制信号(n)控制液体燃料控制阀(14)的开启和关闭；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与液体燃料流量与轨压传感器(11)相连接，获取液体燃料流量与轨压信号(m)；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与液体燃料喷嘴(10)相连接，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料的喷射脉宽及喷射时刻，控制液体燃料的喷射；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与火花塞(9)相连接，通过火花塞控制信号(k)控制火花塞点火；
所述的气体燃料可以为氢气、天然气、液化石油气和二甲醚等常见气体燃料；
所述的液体燃料可以为汽油、甲醇和乙醇等液体燃料；
所述的气体燃料在气体燃料罐(3)中加压存储，存储压力不超过10MPa，液体燃料在液体燃料箱(15)中常压存储。
本发明中一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机的控制方法，包括如下控制过程：
喷射与燃烧电子控制单元(2)首先根据转速信号(a)、进气道绝对压力信号(g)和加速踏板位置信号(b)判断内燃机所处工况，再根据不同工况对内燃机的喷射与燃烧进行如下控制：
1)起动工况
气体燃料不存在液化过程和油膜效应，且其在缸内喷射不影响内燃机充气效率响应更快，因此内燃机采用缸内喷射纯气体燃料不但可以保证内燃机快速起动，而且不会有未燃燃料液滴直接排出气缸，进而降低污染物排放。当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速从0增加到100rpm，即认为内燃机进入起动工况。在该工况下，喷射与燃烧电子控制单元(2)通过气体燃料控制阀控制信号(h)控制气体燃料控制阀(4)开启；通过液体燃料控制阀控制信号(n)控制液体燃料控制阀(14)关闭；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机各循环(循环通过进/排气凸轮轴位置信号(c)确定，下同)第一次喷射时刻tf1与喷射脉宽sf1、第二次喷射时刻tf2与喷射脉宽sf2；同时，通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)使其第一次喷射时刻t’f1控制在tf1±2°曲轴转角间、第一次喷射脉宽s’f1＝n×sf1、第二次喷射时刻t’f2＝tf2、第二次喷射脉宽s’f2＝sf2，其中当冷却液温度小于等于10℃时，n＝1.1；当冷却液温度在10至50℃之间时，n＝1.0当冷却液温度大于等于50℃时，n＝0.9(冷却水温度通过冷却液温度信号(f)获得)；通过原机点火控制信号(e)获取原机点火时刻ts，并通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’s＝ts；
2)怠速及低速中小负荷工况
怠速及低速中小负荷工况节气门的节流效应明显，影响内燃机热效率，在该工况条件下动力需求小，缸内温度、压力较低不利于液体燃料液化，因此采用气体燃料稀薄燃烧，并辅以少量液体燃料引燃的方式可以在保证动力性能的前提下，提高内燃机热效率、降低燃料消耗率，改善污染物排放。当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速在650至3000rpm且获取的进气道绝对压力信号(g)不大于65kPa时，即认为内燃机处于怠速及低速中小负荷工况。在该工况下，喷射与燃烧电子控制单元(2)分别通过气体燃料控制阀控制信号(h)和液体燃料控制阀控制信号(n)控制气体燃料控制阀(4)和液体燃料控制阀(14)开启；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机单循环内第一次喷射时刻tf1、第二次喷射时刻tf2及总喷射脉宽sf；同时，通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)，使其喷射时刻t’f1＝tf1，喷射脉宽s’f1＝0.7×sf1；此外，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料喷嘴(10)，使其喷射时刻t’f2＝tf2，喷射脉宽s’f1＝0.1×sf1；通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’s＝t’f2+s’f1+1°曲轴转角；
3)高速中小负荷工况
高速中小负荷工况单循环经历的时间变短，为避免液体燃料过晚喷射导致液滴参与燃烧，加剧颗粒物的形成，可以结合气体燃料无需气化过程的特性及液体燃料能量密度高的优势，采用液体燃料早喷营造稀薄混合气氛围并通过晚喷少量气体燃料引燃的方式实现。当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速不小于3000rpm且获取的进气道绝对压力信号(g)不大于65kPa时，即认为内燃机处于高速中小负荷工况。在该工况下，喷射与燃烧电子控制单元(2)分别通过气体燃料控制阀控制信号(h)和液体燃料控制阀控制信号(n)控制气体燃料控制阀(4)和液体燃料控制阀(14)开启；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机单循环内第一次喷射时刻tf1、第二次喷射时刻tf2及总喷射脉宽sf；同时，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料喷嘴(10)，使其喷射时刻t’f1＝tf1，喷射脉宽s’f1＝0.7×sf1；通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)，使其喷射时刻t’f2＝tf2，喷射脉宽s’f1＝0.2×sf1；此外，通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’s＝t’f2+s’f1+0.5°曲轴转角；
4)高速高负荷或急加速工况
高速高负荷或急加速工况内燃机需要保证较大的动力输出，因此需要使用能量密度较大的液体燃料，同时该工况单循环所经历的时间往往很短，不利于液体燃料的雾化，故采用液体燃料二次喷射辅以气体燃料晚喷的方式，液体燃料早喷营造稀薄混合气氛围，液体燃料晚喷保证足够燃料参与燃烧，同时辅以少量气体燃料晚喷引燃并促进液体燃料雾化，进而在保证较大动力输出的同时提高液体燃料雾化程度减少燃料消耗及污染物排放。当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速不小于3000rpm且获取的进气道绝对压力信号(g)大于65kPa时，即认为内燃机处于高速高负荷工况；当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的加速踏板位置信号(b)显示0.1s内的加速踏板位置增量大于50％时，即认为内燃机处于急加速工况。在以上两种工况条件下，喷射与燃烧电子控制单元(2)分别通过气体燃料控制阀控制信号(h)和液体燃料控制阀控制信号(n)控制气体燃料控制阀(4)和液体燃料控制阀(14)开启；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机单循环内第一次喷射时刻tf1、第二次喷射时刻tf2及总喷射脉宽sf；同时，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料喷嘴(10)，使其早喷喷射时刻t’f1＝tf1，喷射脉宽s’f1＝0.70×sf1，晚喷喷射时刻t’f2＝tf2，喷射脉宽s’f1＝0.15×sf1；通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)，使其喷射时刻t”f2＝tf2+0.5°，喷射脉宽s”f1＝0.1×sf1；此外，通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’s＝t”f2+s”f1+0.5°曲轴转角；
此外，气体燃料轨压或液体燃料轨压的实际值会在目标值(气体燃料为15MPa，液体燃料为12MPa)附近小幅波动，因此实际喷射脉宽需根据气体燃料轨压或液体燃料轨压的实际值进行修正。首先喷射与燃烧电子控制单元(2)根据气体燃料流量与轨压传感器(7)和液体燃料流量与轨压传感器(11)获取气体燃料流量与轨压信号(i)和液体燃料流量与轨压信号(m)，并计算出气体(或液体)燃料轨压实际值与目标值的差值为n MPa，当0.2≤n≤3时，气体(或液体)燃料的实际喷射脉宽减小a×|n|ms(a为修正系数，在0.1至0.5之间)；当-3≤n≤-0.2时，气体(或液体)燃料的实际喷射脉宽增加a×|n|ms；当0≤|n|＜0.2或|n|＞3时，气体(或液体)燃料的实际喷射脉宽不予修正。
本发明的有益效果是：针对缸内直喷点燃式内燃机采用液体燃料较高的颗粒物污染物排放、采用气体燃料动力性能不足及高压气体喷嘴长时间工作所面临的润滑和冷却等问题，该发明通过结合气体燃料无需汽化、扩散速度快与液体燃料能量密度高的优势，通过气、液双喷嘴实现了气体燃料和液体燃料在缸内的同时喷射，凭借燃料缸内直喷相应快、有利于分层稀薄燃烧的特性，实现了点燃式内燃机更好的燃料经济性、内燃机动力性和排放特性，同时缓解了气体高压喷嘴长时间运行所面临的润滑与冷却问题。
附图说明
图1为本发明的结构和工作原理图
图中：1.原机电子控制单元；2.喷射与燃烧电子控制单元；3.气体燃料罐；4.气体燃料控制阀；5.气体燃料稳压器；6.气体燃料加压泵；7.气体燃料流量与轨压传感器；8.气体燃料喷嘴；9.火花塞；10.液体燃料喷嘴；11.液体燃料流量与轨压传感器；12.液体燃料二级加压泵；13.液体燃料一级加压泵；14.液体燃料控制阀；15.液体燃料箱；16.内燃机主体；
a.转速信号；b.加速踏板位置信号；c.进/排气凸轮轴位置信号；d.原机燃料喷射控制信号；e.原机点火控制信号；f.冷却液温度信号；g.进气道绝对压力信号；h.气体燃料控制阀控制信号；i.气体燃料流量与轨压信号；j.气体燃料喷嘴控制信号；k.火花塞控制信号；l.液体燃料喷嘴控制信号；m.液体燃料流量与轨压信号；n.液体燃料控制阀控制信号。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本实施例中的一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机，在沿用点燃式内燃机主体(16)、火花塞(9)及原机电子控制单元(1)的基础上，加装了一套双喷嘴气/液双燃料缸内直喷系统和一台喷射与燃烧电子控制单元(2)；
所述的一套双喷嘴气/液双燃料缸内直喷系统，其特征在于，包括：气体燃料罐(3)、气体燃料控制阀(4)、气体燃料稳压器(5)、气体燃料加压泵(6)、气体燃料流量与轨压传感器(7)、气体燃料喷嘴(8)、液体燃料箱(15)、液体燃料控制阀(14)、液体燃料一级加压泵(13)、液体燃料二级加压泵(12)、液体燃料流量与轨压传感器(11)、液体燃料喷嘴(10)；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与原机电子控制单元(1)连接，获取内燃机的转速信号(a)、加速踏板位置信号(b)、进/排气凸轮轴位置信号(c)、原机燃料喷射控制信号(d)、原机点火控制信号(e)、冷却液温度信号(f)和进气道绝对压力信号(g)；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与气体燃料控制阀(4)相连接，通过气体燃料控制阀控制信号(h)控制气体燃料控制阀(4)的开启和关闭；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与气体燃料流量与轨压传感器(7)相连接，获取气体燃料流量与轨压信号(i)；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与气体燃料喷嘴(8)相连接，通过气体燃料喷嘴控制信号(j)调整气体燃料的喷射脉宽及喷射时刻，控制气体燃料的喷射；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与液体燃料控制阀(14)相连接，通过液体燃料控制阀控制信号(n)控制液体燃料控制阀(14)的开启和关闭；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与液体燃料流量与轨压传感器(11)相连接，获取液体燃料流量与轨压信号(m)；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与液体燃料喷嘴(10)相连接，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料的喷射脉宽及喷射时刻，控制液体燃料的喷射；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与火花塞(9)相连接，通过火花塞控制信号(k)控制火花塞点火；
所述的气体燃料可以为氢气、天然气、液化石油气和二甲醚等常见气体燃料；
所述的液体燃料可以为汽油、甲醇和乙醇等液体燃料；
所述的气体燃料在气体燃料罐(3)中加压存储，存储压力不超过10MPa，液体燃料在液体燃料箱(15)中常压存储。
本发明中一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机的控制方法，包括如下控制过程：
喷射与燃烧电子控制单元(2)首先根据转速信号(a)、进气道绝对压力信号(g)和加速踏板位置信号(b)判断内燃机所处工况，再根据不同工况对内燃机的喷射与燃烧进行如下控制：
1)起动工况
气体燃料不存在液化过程和油膜效应，且其在缸内喷射不影响内燃机充气效率响应更快，因此内燃机采用缸内喷射纯气体燃料不但可以保证内燃机快速起动，而且不会有未燃燃料液滴直接排出气缸，进而降低污染物排放。当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速从0增加到100rpm，即认为内燃机进入起动工况。在该工况下，喷射与燃烧电子控制单元(2)通过气体燃料控制阀控制信号(h)控制气体燃料控制阀(4)开启；通过液体燃料控制阀控制信号(n)控制液体燃料控制阀(14)关闭；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机各循环(循环通过进/排气凸轮轴位置信号(c)确定，下同)第一次喷射时刻tf1与喷射脉宽sf1、第二次喷射时刻tf2与喷射脉宽sf2；同时，通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)使其第一次喷射时刻t’f1控制在tf1±2°曲轴转角间、第一次喷射脉宽s’f1＝n×sf1、第二次喷射时刻t’f2＝tf2、第二次喷射脉宽s’f2＝sf2，其中当冷却液温度小于等于10℃时，n＝1.1；当冷却液温度在10至50℃之间时，n＝1.0当冷却液温度大于等于50℃时，n＝0.9(冷却水温度通过冷却液温度信号(f)获得)；通过原机点火控制信号(e)获取原机点火时刻ts，并通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’s＝ts；
2)怠速及低速中小负荷工况
怠速及低速中小负荷工况节气门的节流效应明显，影响内燃机热效率，在该工况条件下动力需求小，缸内温度、压力较低不利于液体燃料液化，因此采用气体燃料稀薄燃烧，并辅以少量液体燃料引燃的方式可以在保证动力性能的前提下，提高内燃机热效率、降低燃料消耗率，改善污染物排放。当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速在650至3000rpm且获取的进气道绝对压力信号(g)不大于65kPa时，即认为内燃机处于怠速及低速中小负荷工况。在该工况下，喷射与燃烧电子控制单元(2)分别通过气体燃料控制阀控制信号(h)和液体燃料控制阀控制信号(n)控制气体燃料控制阀(4)和液体燃料控制阀(14)开启；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机单循环内第一次喷射时刻tf1、第二次喷射时刻tf2及总喷射脉宽sf；同时，通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)，使其喷射时刻t’f1＝tf1，喷射脉宽s’f1＝0.7×sf1；此外，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料喷嘴(10)，使其喷射时刻t’f2＝tf2，喷射脉宽s’f1＝0.1×sf1；通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’s＝t’f2+s’f1+1°曲轴转角；
3)高速中小负荷工况
高速中小负荷工况单循环经历的时间变短，为避免液体燃料过晚喷射导致液滴参与燃烧，加剧颗粒物的形成，可以结合气体燃料无需气化过程的特性及液体燃料能量密度高的优势，采用液体燃料早喷营造稀薄混合气氛围并通过晚喷少量气体燃料引燃的方式实现。当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速不小于3000rpm且获取的进气道绝对压力信号(g)不大于65kPa时，即认为内燃机处于高速中小负荷工况。在该工况下，喷射与燃烧电子控制单元(2)分别通过气体燃料控制阀控制信号(h)和液体燃料控制阀控制信号(n)控制气体燃料控制阀(4)和液体燃料控制阀(14)开启；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机单循环内第一次喷射时刻tf1、第二次喷射时刻tf2及总喷射脉宽sf；同时，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料喷嘴(10)，使其喷射时刻t’f1＝tf1，喷射脉宽s’f1＝0.7×sf1；通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)，使其喷射时刻t’f2＝tf2，喷射脉宽s’f1＝0.2×sf1；此外，通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’s＝t’f2+s’f1+0.5°曲轴转角；
4)高速高负荷或急加速工况
高速高负荷或急加速工况内燃机需要保证较大的动力输出，因此需要使用能量密度较大的液体燃料，同时该工况单循环所经历的时间往往很短，不利于液体燃料的雾化，故采用液体燃料二次喷射辅以气体燃料晚喷的方式，液体燃料早喷营造稀薄混合气氛围，液体燃料晚喷保证足够燃料参与燃烧，同时辅以少量气体燃料晚喷引燃并促进液体燃料雾化，进而在保证较大动力输出的同时提高液体燃料雾化程度减少燃料消耗及污染物排放。当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速不小于3000rpm且获取的进气道绝对压力信号(g)大于65kPa时，即认为内燃机处于高速高负荷工况；当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的加速踏板位置信号(b)显示0.1s内的加速踏板位置增量大于50％时，即认为内燃机处于急加速工况。在以上两种工况条件下，喷射与燃烧电子控制单元(2)分别通过气体燃料控制阀控制信号(h)和液体燃料控制阀控制信号(n)控制气体燃料控制阀(4)和液体燃料控制阀(14)开启；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机单循环内第一次喷射时刻tf1、第二次喷射时刻tf2及总喷射脉宽sf；同时，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料喷嘴(10)，使其早喷喷射时刻t’f1＝tf1，喷射脉宽s’f1＝0.70×sf1，晚喷喷射时刻t’f2＝tf2，喷射脉宽s’f1＝0.15×sf1；通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)，使其喷射时刻t”f2＝tf2+0.5°，喷射脉宽s”f1＝0.1×sf1；此外，通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’s＝t”f2+s”f1+0.5°曲轴转角；
此外，气体燃料轨压或液体燃料轨压的实际值会在目标值(气体燃料为15MPa，液体燃料为12MPa)附近小幅波动，因此实际喷射脉宽需根据气体燃料轨压或液体燃料轨压的实际值进行修正。首先喷射与燃烧电子控制单元(2)根据气体燃料流量与轨压传感器(7)和液体燃料流量与轨压传感器(11)获取气体燃料流量与轨压信号(i)和液体燃料流量与轨压信号(m)，并计算出气体(或液体)燃料轨压实际值与目标值的差值为n MPa，当0.2≤n≤3时，气体(或液体)燃料的实际喷射脉宽减小a×|n|ms(a为修正系数，在0.1至0.5之间)；当-3≤n≤-0.2时，气体(或液体)燃料的实际喷射脉宽增加a×|n|ms；当0≤|n|＜0.2或|n|＞3时，气体(或液体)燃料的实际喷射脉宽不予修正。
本实施例对起动、怠速及低速中小负荷、高速中小负荷及高速高负荷或急加速四个工况进行了实验，实验在一台1.6L直列四缸点燃式内燃机，实验使用的气体燃料为纯度99.995％的氢气，液体燃料为中国石化生产的京标92号汽油。
起动工况在冷却液温度为20℃，电瓶电压为12.7V的条件下进行，怠速及低速中小负荷下分别进行了转速为700rpm的怠速实验和转速为1500rpm、进气道绝对压力40kPa的低速小负荷实验，高速中小负荷进行了转速为3500rpm、进气道绝对压力60kPa的高速小负荷实验，高速高负荷或急加速工况分别进行了转速为3500rpm、进气道压力为100kPa的高速全负荷工况和转速为3500rpm、加速踏板位置在0.1s内从30％提高到85％的急加速工况，在相同条件下分别对原机及依照本发明采用双喷嘴气/液双燃料缸内直喷点燃式内燃机进行。实验结果表明，本发明所提供的一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机较原机在起动工况的起动时间缩短42％，颗粒物及HC污染物减少86.7％；在怠速及低速小负荷工况下的平均能量消耗降低24.9％，HC、CO和颗粒物排放分别平均降低40.5％、35.6％和90.9％；高速小负荷工况下平均能量消耗降低23.4％，HC、CO和颗粒物排放分别平均降低35.6％、28.9％和84.2％；高速全负荷及急加速工况下的平均能量消耗减少6.2％，HC和CO排放平均减少13.4％和7.9％，颗粒物排放平均减少35.4％。

Claims (1)

1.一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机的控制方法，该直喷内燃机在沿用点燃式内燃机主体(16)、火花塞(9)及原机电子控制单元(1)的基础上，加装了一套双喷嘴气/液双燃料缸内直喷系统和一台喷射与燃烧电子控制单元(2)；
所述的一套双喷嘴气/液双燃料缸内直喷系统包括：气体燃料罐(3)、气体燃料控制阀(4)、气体燃料稳压器(5)、气体燃料加压泵(6)、气体燃料流量与轨压传感器(7)、气体燃料喷嘴(8)、液体燃料箱(15)、液体燃料控制阀(14)、液体燃料一级加压泵(13)、液体燃料二级加压泵(12)、液体燃料流量与轨压传感器(11)、液体燃料喷嘴(10)；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与原机电子控制单元(1)连接，获取内燃机的转速信号(a)、加速踏板位置信号(b)、进/排气凸轮轴位置信号(c)、原机燃料喷射控制信号(d)、原机点火控制信号(e)、冷却液温度信号(f)和进气道绝对压力信号(g)；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与气体燃料控制阀(4)相连接，通过气体燃料控制阀控制信号(h)控制气体燃料控制阀(4)的开启和关闭；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与气体燃料流量与轨压传感器(7)相连接，获取气体燃料流量与轨压信号(i)；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与气体燃料喷嘴(8)相连接，通过气体燃料喷嘴控制信号(j)调整气体燃料的喷射脉宽及喷射时刻，控制气体燃料的喷射；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与液体燃料控制阀(14)相连接，通过液体燃料控制阀控制信号(n)控制液体燃料控制阀(14)的开启和关闭；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与液体燃料流量与轨压传感器(11)相连接，获取液体燃料流量与轨压信号(m)；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与液体燃料喷嘴(10)相连接，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料的喷射脉宽及喷射时刻，控制液体燃料的喷射；
所述的一台喷射与燃烧电子控制单元(2)与火花塞(9)相连接，通过火花塞控制信号(k)控制火花塞点火；
其特征在于，该方法包括如下控制过程：
喷射与燃烧电子控制单元(2)首先根据转速信号(a)、进气道绝对压力信号(g)和加速踏板位置信号(b)判断内燃机所处工况，再根据不同工况对内燃机的喷射与燃烧进行如下控制：
1)起动工况
气体燃料不存在液化过程和油膜效应，且其在缸内喷射不影响内燃机充气效率响应更快，因此内燃机采用缸内喷射纯气体燃料不但可以保证内燃机快速起动，而且不会有未燃燃料液滴直接排出气缸，进而降低污染物排放；当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速从0增加到100rpm，即认为内燃机进入起动工况；在该工况下，喷射与燃烧电子控制单元(2)通过气体燃料控制阀控制信号(h)控制气体燃料控制阀(4)开启；通过液体燃料控制阀控制信号(n)控制液体燃料控制阀(14)关闭；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机各循环，循环通过进/排气凸轮轴位置信号(c)确定，第一次喷射时刻tf1与喷射脉宽sf1、第二次喷射时刻tf2与喷射脉宽sf2；同时，通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)使其第一次喷射时刻t’f1控制在tf1±2°曲轴转角间、第一次喷射脉宽s’f1＝n×sf1、第二次喷射时刻t’f2＝tf2、第二次喷射脉宽s’f2＝sf2，其中当冷却液温度小于等于10℃时，n＝1.1；当冷却液温度在10至50℃之间时，n＝1.0当冷却液温度大于等于50℃时，n＝0.9，冷却水温度通过冷却液温度信号(f)获得；通过原机点火控制信号(e)获取原机点火时刻ts，并通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’s＝ts；
2)怠速及低速中小负荷工况
当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速在650至3000rpm且获取的进气道绝对压力信号(g)不大于65kPa时，即认为内燃机处于怠速及低速中小负荷工况；在该工况下，喷射与燃烧电子控制单元(2)分别通过气体燃料控制阀控制信号(h)和液体燃料控制阀控制信号(n)控制气体燃料控制阀(4)和液体燃料控制阀(14)开启；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机单循环内第一次喷射时刻tf1、第二次喷射时刻tf2及总喷射脉宽sf；同时，通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)，使其喷射时刻t’f1＝tf1，喷射脉宽s’f1＝0.7×sf1；此外，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料喷嘴(10)，使其喷射时刻t’f2＝tf2，喷射脉宽s’f1＝0.1×sf1；通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’s＝t’f2+s’f1+1°曲轴转角；
3)高速中小负荷工况
当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速大于3000rpm且获取的进气道绝对压力信号(g)不大于65kPa时，即认为内燃机处于高速中小负荷工况；在该工况下，喷射与燃烧电子控制单元(2)分别通过气体燃料控制阀控制信号(h)和液体燃料控制阀控制信号(n)控制气体燃料控制阀(4)和液体燃料控制阀(14)开启；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机单循环内第一次喷射时刻tf1、第二次喷射时刻tf2及总喷射脉宽sf；同时，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料喷嘴(10)，使其喷射时刻t’f1＝tf1，喷射脉宽s’f1＝0.7×sf1；通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)，使其喷射时刻t’f2＝tf2，喷射脉宽s’f1＝0.2×sf1；此外，通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’s＝t’f2+s’f1+0.5°曲轴转角；
4)高速高负荷或急加速工况
当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的转速信号(a)显示内燃机转速不小于3000rpm且获取的进气道绝对压力信号(g)大于65kPa时，即认为内燃机处于高速高负荷工况；当喷射与燃烧电子控制单元(2)获取的加速踏板位置信号(b)显示0.1s内的加速踏板位置增量大于50％时，即认为内燃机处于急加速工况；在以上两种工况条件下，喷射与燃烧电子控制单元(2)分别通过气体燃料控制阀控制信号(h)和液体燃料控制阀控制信号(n)控制气体燃料控制阀(4)和液体燃料控制阀(14)开启；通过原机燃料控制喷射信号(d)计算出原机单循环内第一次喷射时刻tf1、第二次喷射时刻tf2及总喷射脉宽sf；同时，通过液体燃料喷嘴控制信号(l)控制液体燃料喷嘴(10)，使其早喷喷射时刻t’f1＝tf1，喷射脉宽s’f1＝0.70×sf1，晚喷喷射时刻t’f2＝tf2，喷射脉宽s’f1＝0.15×sf1；通过气体燃料喷嘴控制信号(j)控制气体燃料喷嘴(8)，使其喷射时刻t”f2＝tf2+0.5°，喷射脉宽s”f1＝0.1×sf1；此外，通过火花塞控制信号(k)控制火花塞(9)的点火时刻t’s＝t”f2+s”f1+0.5°曲轴转角；
最后实际喷射脉宽根据气体燃料轨压或液体燃料轨压的实际值进行修正；首先喷射与燃烧电子控制单元(2)根据气体燃料流量与轨压传感器(7)和液体燃料流量与轨压传感器(11)获取气体燃料流量与轨压信号(i)和液体燃料流量与轨压信号(m)，并计算出气体或液体燃料轨压实际值与目标值的差值为n MPa，当0.2≤n≤3时，气体或液体燃料的实际喷射脉宽减小a×|n|ms；其中a为修正系数，在0.1至0.5之间；当-3≤n≤-0.2时，气体或液体燃料的实际喷射脉宽增加a×|n|ms；当0≤|n|＜0.2或|n|＞3时，气体或液体燃料的实际喷射脉宽不予修正。
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