CN111636969B - 一种二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法及系统，包括：获取当前发动机工作状态参数；判断是否达到双燃料模式开启条件；若未达到保持纯柴油模式的工作状态；若达到，切换至双燃料模式；判断是否成功进入双燃料工作模式；若没有，保持纯柴油模式的工作状态；若成功，保持当前喷油量/喷气量，对当前发动机工作状态进行监测；判断故障等级；根据故障等级进行相应处理；同时获取驾驶员当前操作指令；判断所述操作指令类别；根据操作指令类别进行相应处理。本发明旨在解决运行状态下供给模式切换时的燃料供给量的计算，保障发动机的平稳工作。

Description

一种二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法及系统
技术领域
本发明涉及智能控制领域，特别是涉及一种二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法及系统。
背景技术
低速二冲程柴油机为干散货船、大型油船、集装箱船提供着主要动力，在全球范围内大规模使用。随着排放要求的提升和燃油储量的降低，低速船用柴油机也朝着智能化的方向发展，即将电控主机及内部软件、电液驱动系统等用于新型柴油机的主要部分。燃油喷射系统方面同样也使用了电控技术，通过控制燃油喷射正时、喷油量、喷射压力、脉宽等实现缸内混合气的合理分布，从而降低排放、优化各个负荷下的燃烧状况进而提高发动机性能和经济性，另外还可因为其灵活的控制提高发动机可靠性、延长使用寿命。
瓦锡兰公司在柴油机的基础上设计的低速二冲程双燃料发动机中，采用了低压喷射天然气的方式搭建了相对简单可靠的天然气供给系统，其中低压喷射压力在1.6MPa以下，还在原型柴油机上更换了特殊的缸盖、缸套以提供预燃室和安放喷气器；增加了引燃油供给和喷射系统；增加了双燃料电气控制相关部件，保证在气体燃料模式下的良好的工作效率和运行稳定性，将对NOX排放、燃料消耗量有所降低。
为了完成纯柴油工作模式到柴油引燃双燃料工作模式的切换、柴油引燃双燃料模式下增加或减少发动机转速、柴油引燃双燃料工作模式到纯柴油工作模式的切换等操作，主机控制单元中将设立单独的双燃料控制单元，以保证上述过程的合理运行。因此，针对柴油引燃低压喷射的天然气的双燃料发动机和类似机型，双燃料模式下的喷油量、喷气量的控制策略和方法变得至关重要，其也将在主机控制中起到相互完善的作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法及系统，在各个驾驶员操作指令和当前发动机状态下进行协调和判断，并最终计算喷油量、喷气量从而控制转速，使发动机在合理、安全的范围内运行。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法，所述控制方法包括：
获取当前发动机工作状态参数；所述工作状态参数包括：负荷情况、空燃比、共轨油压、天然气压力、爆震倾向、喷油器/喷气器状态；
基于所述发动机工作状态参数判断是否达到双燃料模式开启条件；
若未达到双燃料模式开启条件则保持纯柴油模式的工作状态，并提示无法开启双燃料模式的原因；
若达到双燃料模式开启条件，则获取驾驶员当前操作指令，根据当前操作指令切换至双燃料模式；
判断是否成功进入双燃料工作模式；
若没有成功进入双燃料工作模式，则保持纯柴油模式的工作状态；
若成功进入双燃料工作模式，则保持当前喷油量/喷气量，并对当前发动机工作状态进行监测；所述当前发动机工作状态包括：共轨油压、伺服油压、天然气气瓶压力、天然气喷入端压力、转速波动率、爆震倾向、喷油器/喷气器状态；
基于所述当前发动机工作状态判断故障等级；所述故障等级包括：无故障，轻微故障以及严重故障；
当无故障时，则重新对当前发动机工作状态进行监测；
当为轻微故障时，对发动机进行强制降速，直到故障消除；
当为严重故障时，则强行切换至柴油模式，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫；
若成功进入双燃料工作模式，同时获取驾驶员当前操作指令；
判断所述操作指令类别；所述操作指令类别包括：在双燃料模式下提升/降低转速、由双燃料模式切换至柴油模式以及在双燃料模式下停机；
当所述操作指令为在双燃料模式下提升/降低转速时，根据需求转速，将所述需求转速下理论喷油量按预先设定比例换算成引燃油量和天然气量，增加或减少量值，并先后喷射；
当所述操作指令为由双燃料模式切换至柴油模式时，减小喷气量至零，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫；
当所述操作指令为在双燃料模式下停机时，先逐渐减少喷气量，后逐渐减少喷油量直至发动机熄火，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫。
可选的，所述方法在若达到双燃料模式开启条件，切换至双燃料模式之后还包括：开启预先设定时间的天然气供给，减小喷油量至引燃油油量。
可选的，所述双燃料模式开启条件具体包括：
切换前发动机工作负荷高于最大持续功率工况下负荷的30％；共轨油压建立完全并在80-110MPa内、共轨系统无机械故障、伺服油系统机械结构正常、伺服油压力在19-21MPa内、天然气供给系统无泄露，天然气喷入端供给压力大于1.6MPa、当前空燃比稳定、转速稳定、未监测到轻微爆震倾向、喷油器、喷气器机械结构正常，无泄漏情况，喷油量、喷气量误差在5％以内、切换前的工作模式为纯柴油燃烧提供动力的工作模式。
可选的，所述判断是否成功进入双燃料工作模式具体包括：
保持喷油量、喷气量的数值进行喷油、喷气，切换过程中或切换后30秒内转速监测器未出现每相隔3个采样间隔内的转速变化率小于-1的情况、转速波动率在5％以下，则成功进入了柴油引燃天然气模式的燃烧情况。
可选的，所述预先设定比例为10％和90％。
可选的，所述基于所述当前发动机工作状态判断故障等级具体包括：
确定天然气气瓶端压力；
判断所述天然气气瓶端压力是否低于限值；
若低于限值，则表示异常；
判断在50秒内的异常次数，若50秒内少于两次异常判定为轻微故障，若50秒内大于或等于3次判定为严重故障。
本发明另外提供一种二冲程双燃料发动机的供油供气控制系统，所述控制系统包括：
发动机工作状态参数获取模块，用于获取当前发动机工作状态参数；所述工作状态参数包括：负荷情况、空燃比、共轨油压、天然气压力、爆震倾向、喷油器/喷气器状态；
第一判断模块，用于基于所述发动机工作状态参数判断是否达到双燃料模式开启条件；
原因提示模块，用于当未达到双燃料模式开启条件则保持纯柴油模式的工作状态，并提示无法开启双燃料模式的原因；
模式切换模块，用于当达到双燃料模式开启条件，切换至双燃料模式；
第二判断模块，用于判断是否成功进入双燃料工作模式；
模式保持模块，用于当没有成功进入双燃料工作模式，则保持纯柴油模式的工作状态；
发动机工作状态监测模块，用于当成功进入双燃料工作模式，则保持当前喷油量/喷气量，并对当前发动机工作状态进行监测；所述当前发动机工作状态包括：共轨油压、伺服油压、天然气气瓶压力、天然气喷入端压力、转速波动率、爆震倾向、喷油器/喷气器状态；
第三判断模块，用于基于所述当前发动机工作状态判断故障等级；所述故障等级包括：无故障，轻微故障以及严重故障；
循环模块，用于当无故障时，返回所述发动机工作状态监测模块；
强制降速模块，用于当为轻微故障时，对发动机进行强制降速，直到故障消除；
柴油模式强制切换模块，用于当为严重故障时，则强行切换至柴油模式，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫；
操作指令获取模块，用于当成功进入双燃料工作模式，同时获取驾驶员当前操作指令；
第四判断模块，用于判断所述操作指令类别；所述操作指令类别包括：在双燃料模式下提升/降低转速、由双燃料模式切换至柴油模式以及在双燃料模式下停机；
转速调节模块，用于当所述操作指令为在双燃料模式下提升/降低转速时，根据需求转速，将所述需求转速下理论喷油量按预先设定比例换算成引燃油量和天然气量，增加或减少量值，并先后喷射；
残余天然气吹扫模块，用于当所述操作指令为由双燃料模式切换至柴油模式时，减小喷气量至零，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫；
停机模块，用于当所述操作指令为在双燃料模式下停机时，先逐渐减少喷气量，后逐渐减少喷油量直至发动机熄火，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫。
可选的，所述系统还包括：
天然气开启模块，用于开启预先设定时间的天然气供给，减小喷油量至引燃油油量。
可选的，所述双燃料模式开启条件具体包括：
切换前发动机工作负荷高于最大持续功率工况下负荷的30％；共轨油压建立完全并在80-110MPa内、共轨系统无机械故障、伺服油系统机械结构正常、伺服油压力在19-21MPa内、天然气供给系统无泄露，天然气喷入端供给压力大于1.6MPa、当前空燃比稳定、转速稳定、未监测到轻微爆震倾向、喷油器、喷气器机械结构正常，无泄漏情况，喷油量、喷气量误差在5％以内、切换前的工作模式为纯柴油燃烧提供动力的工作模式
可选的，所述第二判断模块具体包括：
保持喷油量、喷气量的数值进行喷油、喷气，切换过程中或切换后30秒内转速监测器未出现每相隔3个采样间隔内的转速变化率小于-1的情况、转速波动率在5％以下，则成功进入了柴油引燃天然气模式的燃烧情况。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
针对类似的低压喷射天然气的低速船用二冲程双燃料发动机和其上的主机控制单元，本发明提出了一套完整的双燃料工作状态下的控制策略，在各个驾驶员操作指令和当前发动机状态下进行协调和判断，并最终计算喷油量、喷气量从而控制转速，使发动机在合理、安全的范围内运行，将为产品的设计和开发、相关的科研工作等提供方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法流程图；
图2为GT-POWER中搭建的发动机模型缸压曲线；
图3为按控制策略中的方法模拟某参数发生故障时的仿真结果；
图4为柴油-双燃料切换过程的转速监控器截图；
图5为柴油-双燃料切换过程的最高燃烧压力变化情况；
图6为双燃料模式下增加转速的转速监控器截图；
图7为双燃料模式下增加转速的最高燃烧压力变化情况；
图8为双燃料-柴油切换过程的转速监控器截图；
图9为双燃料-柴油切换过程的最高燃烧压力变化情况；
图10为本发明实施例一种二冲程双燃料发动机的供油供气控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法及系统，在各个驾驶员操作指令和当前发动机状态下进行协调和判断，并最终计算喷油量、喷气量从而控制转速，使发动机在合理、安全的范围内运行。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一种二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法流程图，如图1所示，所述方法包括：
S1：获取当前发动机工作状态参数；所述工作状态参数包括：负荷情况、空燃比、共轨油压、天然气压力、爆震倾向、喷油器/喷气器状态。
S2：基于所述发动机工作状态参数判断是否达到双燃料模式开启条件。
具体的，双燃料模式的开启条件包括切换前发动机工作负荷高于最大持续功率工况下负荷的30％；共轨油压建立已经完全并在80-110MPa内、共轨系统无机械故障；伺服油系统机械结构正常，伺服油压力在19-21MPa内；天然气供给系统无泄露，天然气喷入端供给压力大于1.6MPa；当前空燃比稳定、转速稳定、未监测到轻微爆震倾向；喷油器、喷气器机械结构正常，无泄漏情况，喷油量、喷气量误差在5％以内；切换前的工作模式为纯柴油燃烧提供动力的工作模式。
S3：若未达到双燃料模式开启条件则保持纯柴油模式的工作状态，并提示无法开启双燃料模式的原因。
S4：若达到双燃料模式开启条件，则获取驾驶员当前操作指令，根据当前操作指令切换至双燃料模式。
驾驶员操作指令包括此时驾驶员操控由柴油工作模式切换到双燃料模式的开关，并意图实现燃料的切换；在双燃料工作模式下意图增加/降低转速；驾驶员操纵由双燃料模式切换到柴油工作模式的开关，并意图实现燃料的切换；驾驶员操纵双燃料模式下的停机开关，并意图实现双燃料的工作模式到转速为零的切换过程。
S5：开启预先设定时间的天然气供给，减小喷油量至引燃油油量。
进一步地，此时，需要在纯柴油的工作模式下进行柴油模式到双燃料模式的切换，并且同时发动机达到了双燃料模式的条件时，控制单元将开始进入柴油—双燃料的切换模式，其中引燃油为柴油，燃用燃料为天然气，引燃柴油本发明中沿用原始的喷油器喷入缸内(如使用包含预燃室的喷油器喷射引燃柴油，则需更改两个切换过程的MAP表内数值，和更改固定的燃料替代率数值，其余方法均与原始燃油喷射器上一致)。这一模式下，由于天然气的供给管路和喷气压力的建立，喷气相较于喷油过程存在些许延迟，所以应提前开始天然气的供给，经3秒的气体充斥过程的延迟后，减小喷油量至引燃油油量。这一过程需要实验进行标定，即在当前转速下增大喷气量、减小喷油量的MAP图需要经过实验过程再次确认。增大减小的量值和变化过程的斜率的值作为更改的条件，需要将切换过程中的发动机功率、燃料消耗量、燃烧效率、转速波动、爆震等因素作为目标，更改条件、优化各目标，综合各因素对切换过程的影响后制定不同转速下的MAP图表，之后每次切换时，均采用在对应转速下的MAP表内呈现的喷油、喷气变化规律进行切换，保证在该转速下的切换过程的稳定实现。
S6：判断是否成功进入双燃料工作模式。
具体的，判断依据为，保持喷油量、喷气量的数值进行喷油、喷气，切换过程中或切换后30秒内转速未出现急剧下降(转速监测器未出现每相隔3个采样间隔的转速变化率小于-1的情况)、转速波动率在5％以下，则表示成功进入了柴油引燃天然气模式的燃烧情况。柴油到双燃料工作模式切换成功的标志将作为其他操作和运行的前提条件(通过控制单元内部通信和编程，将切换成功这一标志设置为触发并赋值的使能信号以供后续使用)，另外还应继续对发动机工作状态进行监测，尤其是对爆震倾向的考量。如果没有成功切换到双燃料模式下工作，则在尝试切换之后退回到纯柴油的工作模式
S7：若没有成功进入双燃料工作模式，则保持纯柴油模式的工作状态。
S8：若成功进入双燃料工作模式，则保持当前喷油量/喷气量，并对当前发动机工作状态进行监测；所述当前发动机工作状态包括：共轨油压、伺服油压、天然气气瓶压力、天然气喷入端压力、转速波动率、爆震倾向、喷油器/喷气器状态。
S9：基于所述当前发动机工作状态判断故障等级；所述故障等级包括：无故障，轻微故障以及严重故障。
S10：当无故障时，则重新对当前发动机工作状态进行监测。
S11：当为轻微故障时，对发动机进行强制降速，直到故障消除。
S12：当为严重故障时，则强行切换至柴油模式，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫。
对发动机工作状态进行监测，包括对共轨油压、伺服油压、天然气气瓶压力、天然气喷入端压力、转速波动率、天然气和引燃油喷射与供给装置机械构件是否正常。比如天然气气瓶端压力低于限值，出现一次异常情况触发一次累计，50秒内少于两次异常判定为故障轻微，故障轻微时，对发动机进行强制降速，减少引燃油量和天然气量，同时继续监测，直至故障消除；50秒内超过3次(含3次)判定为故障严重，如果故障严重时，将强制切换至纯柴油模式下工作，并对报出的发动机故障进行检修；如果未发生故障，将持续监测发动机和各部件工作状态。爆震传感器显示严重爆震时则判定为故障严重，与上述状态监测的故障严重下的处理方式相同，也即强制切换至纯柴油模式下工作。特别地，当爆震传感器对发动机燃烧状态的监测情况判定当前燃烧状态存在轻微的爆震，与上述故障轻微处理方式不同，此时应当增加引燃油的喷射量至轻微爆震下的引燃油喷射量的150％，减少天然气喷射量至轻微爆震下的天然气喷射量的94％。
S13：若成功进入双燃料工作模式，同时获取驾驶员当前操作指令。
S14：判断所述操作指令类别；所述操作指令类别包括：在双燃料模式下提升/降低转速、由双燃料模式切换至柴油模式以及在双燃料模式下停机。
S15：当所述操作指令为在双燃料模式下提升/降低转速时，根据需求转速，将所述需求转速下理论喷油量按预先设定比例换算成引燃油量和天然气量，增加或减少量值，并先后喷射。
S16：当所述操作指令为由双燃料模式切换至柴油模式时，减小喷气量至零，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫。
S17：当所述操作指令为在双燃料模式下停机时，先逐渐减少喷气量，后逐渐减少喷油量直至发动机熄火，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫。
具体的，如果需要在双燃料模式内提升或降低转速，此时需要成功进入双燃料模式的条件下才可继续进行，也即只有发动机进入了双燃料的工作状态，驾驶员的在双燃料模式下增减转速的操作指令才可执行。加速时根据需求的转速，将该转速下纯柴油模式的理论喷油量按10％和90％的比例换算成引燃油量和天然气量，同时增加两个量值，并分别先后喷射(先喷入气体、在压缩行程上止点附近喷入引燃油；发动机的喷油喷气正时，需要经过主机控制单元中另外的模块进行单独计算，并通过CAN总线发送到双燃料控制单元下进行处理和应用)；减速时根据需求的转速，将该转速下理论喷油量按10％和90％的比例换算成引燃油量和天然气量，同时减少量值，并分别先后喷射。
此外，强制降速时，同样应用这样的降速策略对发动机进行降速。
如果需要双燃料模式到纯柴油模式的切换，此时需要在当前发动机工作状态为双燃料模式时才可继续实行。相应的策略为将喷油量加到该转速下对应的喷油量，逐渐减小喷气量为零，这一过程同纯柴油切换到双燃料工作模式的过程类似，需要对该转速下的切换过程中供油量和供气量的MAP进行发动机实验标定，以达到切换过程的平稳运行，强制切换至柴油模式下也将进入此种切换情况进行切换。
如果需要在双燃料模式下进行停机，先逐渐减小喷气量，后逐渐减小喷油量，直到发动机熄火。
喷油量增加和喷气量缩减至零时用吹扫功能的气瓶、气道等装置对缸内残留天然气进行吹扫和通风，排放残余混合气至缸外安全区域，不影响纯柴油模式下的空气的供给。
天然气应在每循环活塞上行过程中越过扫气口的时刻，即扫气过程结束时被喷入缸内；柴油应在每循环活塞处于上止点附近时被喷入缸内，这两个时刻应以对应的曲轴转角为触发条件。同时，应以实验标定的结果，即在不同喷油时刻下考查发动机的功率、最高燃烧压力、扭矩和排放等，寻找性能和排放达到最优时的喷油时刻，将其作为预设的喷油时刻值，制定横坐标为转速、纵坐标为喷油时刻的MAP图，实现在不同转速下都有相对应的喷油时刻，达到较优的性能(低压喷射的天然气喷气时刻对缸内燃烧情况的影响不大，可以忽略这一步骤，直接使用不变的喷气时刻)。喷油/喷气压力方面，由于喷油量十分少，喷油压力对燃烧情况影响不大，又由于低压喷射天然气的供气方式，喷气压力同样可以设置为定值。
GT-POWER中建立的发动机模型，其缸压曲线显示模型符合预期和原理，可用于后续的测试和研发，如图2所示。
在SIMULINK中建立上述双燃料的控制模型对部分功能进行检验，发动机转速波动变化、缸内最大燃烧压力变化在纯柴油模式切换到双燃料模式、双燃料模式下增加转速、双燃料模式切换到纯柴油模式下的结果，均符合预期。
其中对发动机各参数的监测的方式中，可以检测最终变化后的幅值是否在规定范围之外，还可以对参数的变化率进行检测和限制。对故障次数的累计中，可选择部分参数在某时间内超出限值三次为严重故障，在SIMULINK的仿真中模拟了50秒内随机产生的三次故障，并由此触发了一次严重故障的信号，如图3所示。
具体地，双燃料切换过程的转速监控情况如图4，GT-Power中的模型在搭建过程中设置了仿真50秒之后为启动成功，0-50s内不通过SIMULINK中的模块对喷油量进行控制和增减，即等待发动机用纯柴油模式的工作状态起动成功后再进行模式的切换。所以在50秒后对模式进行切换，50秒附近转速稍有波动，随后很快便成功进入了双燃料模式工作，双燃料模式下的发动机转速波动较小，甚至低于纯柴油模式下的转速波动。
缸压曲线显示了最高燃烧压力在纯柴油-双燃料切换模式前后的变化情况，50s之后最高燃烧压力较纯柴油模式降低，且将随着天然气替代率的增加，最高燃烧压力将逐渐减小，并均低于纯柴油的最高燃烧压力。这是由于天然气燃烧速率缓慢，天然气替代率的增加，使得燃烧持续期增加，在上止点附近燃烧的燃料数量减少，使得最高爆发压力降低，如图5所示。
同样，在双燃料模式下、模型中发动机工作70秒之后增加转速，用文中提及的策略，即按热值的比例进行燃料的增加，其转速监控和最高燃烧压力情况如图6、图7所示，均符合理论和预期实现转速的增加、并保持稳定和较低的转速波动。
同样，在双燃料模式下、模型中工作70秒之后切换为纯柴油的工作模式，用上文中提到的策略，即逐渐增加喷油量、减少喷气量为零，其转速监控和最高燃烧压力如图所示，转速波动变大，最高燃烧压力变大，如图8、图9所示。
图10为本发明实施例二冲程双燃料发动机的供油供气控制系统结构示意图，如图10所示，所述系统包括：
发动机工作状态参数获取模块201，用于获取当前发动机工作状态参数；所述工作状态参数包括：负荷情况、空燃比、共轨油压、天然气压力、爆震倾向、喷油器/喷气器状态；
第一判断模块202，用于基于所述发动机工作状态参数判断是否达到双燃料模式开启条件；
原因提示模块203，用于当未达到双燃料模式开启条件则保持纯柴油模式的工作状态，并提示无法开启双燃料模式的原因；
模式切换模块204，用于当达到双燃料模式开启条件，则获取驾驶员当前操作指令，根据当前操作指令切换至双燃料模式；
第二判断模块205，用于判断是否成功进入双燃料工作模式；
模式保持模块206，用于当没有成功进入双燃料工作模式，则保持纯柴油模式的工作状态；
发动机工作状态监测模块207，用于当成功进入双燃料工作模式，则保持当前喷油量/喷气量，并对当前发动机工作状态进行监测；所述当前发动机工作状态包括：共轨油压、伺服油压、天然气气瓶压力、天然气喷入端压力、转速波动率、爆震倾向、喷油器/喷气器状态；
第三判断模块208，用于基于所述当前发动机工作状态判断故障等级；所述故障等级包括：无故障，轻微故障以及严重故障；
循环模块209，用于当无故障时，返回所述发动机工作状态监测模块；
强制降速模块210，用于当为轻微故障时，对发动机进行强制降速，直到故障消除；
柴油模式强制切换模块211，用于当为严重故障时，则强行切换至柴油模式，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫；
操作指令获取模块212，用于当成功进入双燃料工作模式，同时获取驾驶员当前操作指令；
第四判断模块213，用于判断所述操作指令类别；所述操作指令类别包括：在双燃料模式下提升/降低转速、由双燃料模式切换至柴油模式以及在双燃料模式下停机；
转速调节模块214，用于当所述操作指令为在双燃料模式下提升/降低转速时，根据需求转速，将所述需求转速下理论喷油量按预先设定比例换算成引燃油量和天然气量，增加或减少量值，并先后喷射；
残余天然气吹扫模块215，用于当所述操作指令为由双燃料模式切换至柴油模式时，减小喷气量至零，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫；
停机模块216，用于当所述操作指令为在双燃料模式下停机时，先逐渐减少喷气量，后逐渐减少喷油量直至发动机熄火，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫。
具体的，所述系统还包括：
天然气开启模块，用于开启预先设定时间的天然气供给，减小喷油量至引燃油油量。
本发明中的上述方法主要由柴油到双燃料的切换过程、双燃料下增减转速、双燃料到柴油的切换过程、状态监测和故障诊断四个部分组成，并最终联合成一个相对完整的独立于纯柴油工况的双燃料控制策略，供主机控制单元使用和参考。天然气为扫气结束后以低压的喷射方式喷入缸内，两个切换过程在考虑供气延迟的情况下经查询表格的方式供入，柴油引燃天然气的模式下有增减转速的需求时，对对应转速下的纯柴油模式的工作状态下的当量供给油量进行换算，增减引燃油量和天然气量。另外，依据本发明搭建了GT-POWER的发动机一维仿真模型，结合SIMULINK中的控制策略模型进行验证，结果显示本策略行之有效、工作稳定，可以用于产品的开发和改造。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
获取当前发动机工作状态参数；所述工作状态参数包括：负荷情况、空燃比、共轨油压、天然气压力、爆震倾向、喷油器/喷气器状态；
基于所述发动机工作状态参数判断是否达到双燃料模式开启条件；
若未达到双燃料模式开启条件则保持纯柴油模式的工作状态，并提示无法开启双燃料模式的原因；
若达到双燃料模式开启条件，则获取驾驶员当前操作指令，根据当前操作指令切换至双燃料模式；
判断是否成功进入双燃料工作模式；
若没有成功进入双燃料工作模式，则保持纯柴油模式的工作状态；
若成功进入双燃料工作模式，则保持当前喷油量/喷气量，并对当前发动机工作状态进行监测；所述当前发动机工作状态包括：共轨油压、伺服油压、天然气气瓶压力、天然气喷入端压力、转速波动率、爆震倾向、喷油器/喷气器状态；
基于所述当前发动机工作状态判断故障等级；所述故障等级包括：无故障，轻微故障以及严重故障；
当无故障时，则重新对当前发动机工作状态进行监测；
当为轻微故障时，对发动机进行强制降速，直到故障消除；
当为严重故障时，则强行切换至柴油模式，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫；
若成功进入双燃料工作模式，同时获取驾驶员当前操作指令；
判断所述操作指令类别；所述操作指令类别包括：在双燃料模式下提升/降低转速、由双燃料模式切换至柴油模式以及在双燃料模式下停机；
当所述操作指令为在双燃料模式下提升/降低转速时，根据需求转速，将所述需求转速下理论喷油量按预先设定比例换算成引燃油量和天然气量，增加或减少量值，并先后喷射；
当所述操作指令为由双燃料模式切换至柴油模式时，减小喷气量至零，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫；
当所述操作指令为在双燃料模式下停机时，先逐渐减少喷气量，后逐渐减少喷油量直至发动机熄火，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫。
2.根据权利要求1所述的二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法，其特征在于，所述方法在若达到双燃料模式开启条件，切换至双燃料模式之后还包括：开启预先设定时间的天然气供给，减小喷油量至引燃油油量。
3.根据权利要求1所述的二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法，其特征在于，所述双燃料模式开启条件具体包括：
切换前发动机工作负荷高于最大持续功率工况下负荷的30％；共轨油压建立完全并在80-110MPa内、共轨系统无机械故障、伺服油系统机械结构正常、伺服油压力在19-21MPa内、天然气供给系统无泄露，天然气喷入端供给压力大于1.6MPa、当前空燃比稳定、转速稳定、未监测到轻微爆震倾向、喷油器、喷气器机械结构正常，无泄漏情况，喷油量、喷气量误差在5％以内、切换前的工作模式为纯柴油燃烧提供动力的工作模式。
4.根据权利要求1所述的二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法，其特征在于，所述判断是否成功进入双燃料工作模式具体包括：
保持喷油量、喷气量的数值进行喷油、喷气，切换过程中或切换后30秒内转速监测器未出现每相隔3个采样间隔内的转速变化率小于-1的情况、转速波动率在5％以下，则成功进入了柴油引燃天然气模式的燃烧情况。
5.根据权利要求1所述的二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法，其特征在于，所述预先设定比例为10％和90％。
6.根据权利要求1所述的二冲程双燃料发动机的供油供气控制方法，其特征在于，所述基于所述当前发动机工作状态判断故障等级具体包括：
确定天然气气瓶端压力；
判断所述天然气气瓶端压力是否低于限值；
若低于限值，则表示异常；
判断在50秒内的异常次数，若50秒内少于两次异常判定为轻微故障，若50秒内大于或等于3次判定为严重故障。
7.一种二冲程双燃料发动机的供油供气控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：
发动机工作状态参数获取模块，用于获取当前发动机工作状态参数；所述工作状态参数包括：负荷情况、空燃比、共轨油压、天然气压力、爆震倾向、喷油器/喷气器状态；
第一判断模块，用于基于所述发动机工作状态参数判断是否达到双燃料模式开启条件；
原因提示模块，用于当未达到双燃料模式开启条件则保持纯柴油模式的工作状态，并提示无法开启双燃料模式的原因；
模式切换模块，用于当达到双燃料模式开启条件，则获取驾驶员当前操作指令，根据当前操作指令切换至双燃料模式；
第二判断模块，用于判断是否成功进入双燃料工作模式；
模式保持模块，用于当没有成功进入双燃料工作模式，则保持纯柴油模式的工作状态；
发动机工作状态监测模块，用于当成功进入双燃料工作模式，则保持当前喷油量/喷气量，并对当前发动机工作状态进行监测；所述当前发动机工作状态包括：共轨油压、伺服油压、天然气气瓶压力、天然气喷入端压力、转速波动率、爆震倾向、喷油器/喷气器状态；
第三判断模块，用于基于所述当前发动机工作状态判断故障等级；所述故障等级包括：无故障，轻微故障以及严重故障；
循环模块，用于当无故障时，返回所述发动机工作状态监测模块；
强制降速模块，用于当为轻微故障时，对发动机进行强制降速，直到故障消除；
柴油模式强制切换模块，用于当为严重故障时，则强行切换至柴油模式，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫；
操作指令获取模块，用于当成功进入双燃料工作模式，同时获取驾驶员当前操作指令；
第四判断模块，用于判断所述操作指令类别；所述操作指令类别包括：在双燃料模式下提升/降低转速、由双燃料模式切换至柴油模式以及在双燃料模式下停机；
转速调节模块，用于当所述操作指令为在双燃料模式下提升/降低转速时，根据需求转速，将所述需求转速下理论喷油量按预先设定比例换算成引燃油量和天然气量，增加或减少量值，并先后喷射；
残余天然气吹扫模块，用于当所述操作指令为由双燃料模式切换至柴油模式时，减小喷气量至零，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫；
停机模块，用于当所述操作指令为在双燃料模式下停机时，先逐渐减少喷气量，后逐渐减少喷油量直至发动机熄火，用吹扫装置对缸内残余天然气进行吹扫。
8.根据权利要求7所述的二冲程双燃料发动机的供油供气控制系统，其特征在于，所述系统还包括：
天然气开启模块，用于开启预先设定时间的天然气供给，减小喷油量至引燃油油量。
9.根据权利要求7所述的二冲程双燃料发动机的供油供气控制系统，其特征在于，所述双燃料模式开启条件具体包括：
切换前发动机工作负荷高于最大持续功率工况下负荷的30％；共轨油压建立完全并在80-110MPa内、共轨系统无机械故障、伺服油系统机械结构正常、伺服油压力在19-21MPa内、天然气供给系统无泄露，天然气喷入端供给压力大于1.6MPa、当前空燃比稳定、转速稳定、未监测到轻微爆震倾向、喷油器、喷气器机械结构正常，无泄漏情况，喷油量、喷气量误差在5％以内、切换前的工作模式为纯柴油燃烧提供动力的工作模式。
10.根据权利要求7所述的二冲程双燃料发动机的供油供气控制系统，其特征在于，所述第二判断模块具体包括：
保持喷油量、喷气量的数值进行喷油、喷气，切换过程中或切换后30秒内转速监测器未出现每相隔3个采样间隔内的转速变化率小于-1的情况、转速波动率在5％以下，则成功进入了柴油引燃天然气模式的燃烧情况。
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Inventor before: Sun Ping

Inventor before: Cui Kexin

Inventor before: Ruan Erbo

Inventor before: Liu Ze

Inventor before: Li Zhihui

Inventor before: Zhou Wei

Inventor before: Dong Wei

Inventor before: Zhu Huamei

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GR01 Patent grant
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