米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)及其控制方法
【專利摘要】一種米勒循環(huán)柴油?天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)及其控制方法，涉及發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過調(diào)整進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣門早關(guān)的方式，改變壓縮比，使壓縮比和膨脹比分離，有利于冷卻混合氣，降低發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷，膨脹過程產(chǎn)生正的抽吸功改善了發(fā)動機(jī)的熱效率，更好的提高燃油經(jīng)濟(jì)性。并且使用新的控制方法，通過使本發(fā)明更加靈活的進(jìn)行高/低壓縮比的轉(zhuǎn)換，使柴油?天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)在全負(fù)荷范圍內(nèi)都能高效率燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)。
【專利說明】
米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)車用燃料價(jià)格不斷攀升、發(fā)動機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，發(fā)展清潔、經(jīng)濟(jì)的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)越來越引起社會的關(guān)注，以天然氣作為發(fā)動機(jī)燃料成為各國研究機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)。但天然氣發(fā)動機(jī)在使用過程中存在功率下降嚴(yán)重、續(xù)航里程短，需要布置合理的加氣站點(diǎn)等問題，而傳統(tǒng)柴油機(jī)扭矩大、動力足、續(xù)航里程長。因此，國內(nèi)外一直致力研究一種通過傳統(tǒng)燃油增加續(xù)航里程，并且結(jié)合氣體燃料的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保性的雙燃料發(fā)動機(jī);為了解決使用兩種不同燃料時(shí)壓縮比變化大的問題，有效壓縮比調(diào)節(jié)技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)雙燃料發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵。
[0003]已有技術(shù)中，申請?zhí)枮?1823015.6、名稱為“雙燃料發(fā)動機(jī)”的發(fā)明專利，是在發(fā)動機(jī)氣缸頭上設(shè)置壓縮比控制閥，燃?xì)膺\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在壓縮初期打開該控制閥，推出部分已進(jìn)入氣缸的氣體混合氣，降低實(shí)際的壓縮比。該控制壓縮比的機(jī)構(gòu)只能在下止點(diǎn)之后打開，而且在推出過程產(chǎn)生栗氣損失。該壓縮比調(diào)整機(jī)構(gòu)對傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)改動大，實(shí)現(xiàn)方式困難。
[0004]米勒循環(huán)技術(shù)核心在于使壓縮比和膨脹比分離，利用高膨脹比提高熱效率降低排氣溫度，同時(shí)低有效壓縮比可防止爆震。發(fā)動機(jī)燃?xì)膺\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為避免爆震要使壓縮比低于狄賽爾發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)效率和功率下降嚴(yán)重。應(yīng)用米勒循環(huán)進(jìn)氣閥早關(guān)使壓縮比與膨脹比分離，低溫增壓的燃燒模式不僅可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的雙燃料運(yùn)轉(zhuǎn)而且能夠有效改善燃?xì)膺\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)動機(jī)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明鑒于上述情況形成，所要解決的問題是:針對天然氣發(fā)動機(jī)受加氣站限制、續(xù)航里程短等問題，解決現(xiàn)有雙燃料發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)方式及性能的不足，提供一種實(shí)現(xiàn)方式簡單、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、熱負(fù)荷低耐久性好等優(yōu)點(diǎn)的米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)，由活塞、汽缸、燃燒室、壓縮機(jī)、渦輪機(jī)、廢氣旁通閥、排氣口、排氣閥、柴油調(diào)節(jié)閥、燃油壓力傳感器、燃油溫度傳感器、燃?xì)赓|(zhì)量流量傳感器、燃?xì)夤?yīng)閥、進(jìn)氣壓力傳感器、進(jìn)氣口、進(jìn)氣閥、噴油器、進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、燃油箱、負(fù)荷信號、轉(zhuǎn)速信號、發(fā)動機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)、電子控制單元、儲氣罐、燃?xì)鈮毫鞲衅?、中冷器和空氣濾清器組成。
[0007]發(fā)動機(jī)缸蓋上設(shè)置有進(jìn)氣閥、排氣閥，進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)布置在缸蓋上的進(jìn)氣閥側(cè)；
[0008]所述發(fā)動機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，包括:設(shè)置在所述發(fā)動機(jī)機(jī)體內(nèi)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號、發(fā)動機(jī)負(fù)荷信號、進(jìn)氣壓力傳感器、燃?xì)赓|(zhì)量傳感器、燃油壓力傳感器、燃油溫度傳感器、燃?xì)鈮毫鞲衅?，?shí)時(shí)監(jiān)測所述發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)并將監(jiān)測到的信息輸出至所述的電子控制單元；
[0009]所述電子控制單元，接收發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)的輸出信息，分析處理該信息后向發(fā)動機(jī)執(zhí)行結(jié)構(gòu)輸出動作信號；
[0010]所述燃料切換系統(tǒng)，根據(jù)所述電子控制系統(tǒng)的動作信號，有選擇的打開或者關(guān)閉燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)的控制閥，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)燃?xì)膺\(yùn)轉(zhuǎn)或者柴油運(yùn)轉(zhuǎn)；
[0011]所述進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，根據(jù)米勒循環(huán)控制原理，有選擇的操作進(jìn)氣閥的關(guān)閉時(shí)刻；
[0012]其特征在于，所述的發(fā)動機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)與電子控制單元連接，進(jìn)一步的在進(jìn)氣門處具備燃?xì)赓|(zhì)量流量傳感器，進(jìn)氣口處具備壓力傳感器，燃油管路上具備有燃油壓力傳感器和燃油溫度傳感器，電子控制單元為上述傳感器信號的輸入終端。
[0013]本發(fā)明的再一個(gè)目的就是提供一種米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)的控制方法，使雙燃料發(fā)動機(jī)在全負(fù)荷范圍內(nèi)都能高效率燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目，本發(fā)明提出了一種米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)控制方法:
[0015]在柴油運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，電子控制單元控制燃?xì)夤?yīng)閥關(guān)閉，發(fā)動機(jī)進(jìn)入全柴油模式，增壓器的壓縮機(jī)供給的高溫壓縮空氣經(jīng)空氣濾清器、中冷器后由進(jìn)氣口進(jìn)入燃燒室，在壓縮行程的末期燃油從燃油箱經(jīng)燃油管路進(jìn)入噴油器，通過噴油器噴入柴油，此時(shí)進(jìn)氣閥使發(fā)動機(jī)在配氣正時(shí)下工作，發(fā)動機(jī)實(shí)際壓縮比等于膨脹比，燃油進(jìn)行高壓縮比預(yù)燃燒的燃燒方式。
[0016]在燃?xì)膺\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電子控制單元根據(jù)燃?xì)赓|(zhì)量，柴油調(diào)節(jié)閥控制柴油的噴射量;此時(shí)噴射的少量柴油僅用于壓縮著火后引燃被壓縮的氣體燃料混合氣。進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，對應(yīng)發(fā)動機(jī)的啟動、低負(fù)荷經(jīng)過中間負(fù)荷到高負(fù)荷時(shí)，調(diào)整進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)刻，在啟動、低負(fù)荷時(shí)使用高壓縮比，在中高負(fù)荷時(shí)使用低壓縮比。
[0017]上述進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)刻設(shè)置在進(jìn)氣行程中活塞到達(dá)下止點(diǎn)之前的某一時(shí)刻。高有效壓縮比時(shí)設(shè)定進(jìn)氣閥早關(guān)時(shí)刻推遲，進(jìn)氣時(shí)間長;低有效壓縮比時(shí)設(shè)定進(jìn)氣閥早關(guān)時(shí)刻提前，進(jìn)氣時(shí)間短。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:燃用不同燃料時(shí)，改變壓縮比的方式靈活簡單;進(jìn)氣閥早關(guān)的控制方法，使壓縮比和膨脹比分離，低的有效壓縮比使氣體燃料混合氣在壓縮行程之前經(jīng)歷一個(gè)膨脹過程，對混合氣進(jìn)行內(nèi)部冷卻，降低了發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷。同時(shí)，上述膨脹過程產(chǎn)生正的抽吸功改善了發(fā)動機(jī)的熱效率。利用米勒循環(huán)策略的高膨脹比提高熱效率降低排氣溫度，發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷低耐久性好。
【附圖說明】
[0019]圖1是米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是米勒循環(huán)P-V圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下參照【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0022]本發(fā)明柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)主體主要結(jié)構(gòu)包括1.活塞;2.汽缸;3.燃燒室；
4.壓縮機(jī);5.渦輪機(jī);6.廢氣旁通閥；7.排氣口；8.排氣閥;9.柴油調(diào)節(jié)閥；10.燃油壓力傳感器；11.燃油溫度傳感器；12.燃?xì)赓|(zhì)量流量傳感器；13.燃?xì)夤?yīng)閥；14.進(jìn)氣壓力傳感器；15.進(jìn)氣口； 16.進(jìn)氣閥；17.噴油器；18.進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；19.燃油箱;20.負(fù)荷信號；21.轉(zhuǎn)速信號；22.發(fā)動機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)；23.電子控制單元;24.儲氣罐;25燃?xì)鈮毫鞲衅?26.中冷器；27.空氣濾清器。
[0023]在發(fā)動機(jī)的汽缸2內(nèi)，具備進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動的活塞1、而且在活塞I的上表面與汽缸蓋的內(nèi)表面之間形成燃燒室3、進(jìn)氣口 15和排氣口 7與該燃燒室3連接，還具備對進(jìn)氣口 15進(jìn)行開閉的進(jìn)氣閥16、對排氣口 7進(jìn)行開閉的排氣閥8;缸蓋上設(shè)置有進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)18，與電子控制單元23相連。
[0024]發(fā)動機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)22，作為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號21和負(fù)荷信號20的輸入終端，實(shí)時(shí)監(jiān)測發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)，并將監(jiān)測信號傳送給電子控制單元23;電子控制單元23將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷值作為檢測信號，通過控制燃?xì)夤?yīng)閥13的開閉，實(shí)現(xiàn)燃?xì)膺\(yùn)轉(zhuǎn)或狄賽爾運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0025]電子控制單元23接收進(jìn)氣壓力傳感器14的壓力信號，根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，調(diào)整增壓器5的廢氣旁通閥6的開度，改變進(jìn)氣口 15處的進(jìn)氣壓力。
[0026]在柴油運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電子控制單元23控制燃?xì)夤?yīng)閥13關(guān)閉，電子控制單元23根據(jù)燃油壓力傳感器10、燃油溫度傳感器11的信號，控制柴油調(diào)節(jié)閥9的開度使發(fā)動機(jī)進(jìn)入全柴油模式，增壓器5的壓縮部4供給的壓縮空氣通過進(jìn)氣口 15進(jìn)入燃燒室3，在壓縮行程的末期通過噴油器17噴入柴油，此時(shí)進(jìn)氣閥16使發(fā)動機(jī)在配氣正時(shí)下工作，發(fā)動機(jī)實(shí)際壓縮比等于膨脹比，燃油進(jìn)行高壓縮比預(yù)燃燒方式燃燒。
[0027]燃?xì)膺\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃?xì)夤?yīng)閥13打開，氣體燃料由儲氣罐24經(jīng)燃?xì)夤?yīng)閥13進(jìn)入進(jìn)氣口 15;燃料氣體與從增壓器壓縮部4供給的壓縮空氣混合，預(yù)混合后通過進(jìn)氣閥16進(jìn)入燃燒室3;設(shè)置在燃?xì)夤苈分械娜細(xì)赓|(zhì)量流量傳感器12將檢測信號輸入到電子控制單元23，電子控制單元23根據(jù)燃?xì)赓|(zhì)量，發(fā)出控制命令調(diào)整柴油調(diào)節(jié)閥9的開度，噴射少量柴油壓縮著火后引燃被壓縮的氣體燃料混合氣。
[0028]供氣行程開始時(shí)，電子控制單元23根據(jù)進(jìn)氣壓力傳感器14的壓力信號，控制進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)18，使進(jìn)氣閥16在活塞I達(dá)到下止點(diǎn)之前的某一時(shí)刻關(guān)閉；
[0029]在燃?xì)膺\(yùn)轉(zhuǎn)的起動和低負(fù)荷時(shí)，設(shè)定進(jìn)氣閥16早關(guān)的時(shí)刻短，進(jìn)氣時(shí)間長，設(shè)定的混合氣的壓縮比高，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0030]在燃?xì)膺\(yùn)轉(zhuǎn)的高負(fù)荷時(shí)，設(shè)定進(jìn)氣閥16早關(guān)時(shí)刻提前，進(jìn)氣時(shí)間較短，設(shè)定混合氣的壓縮比低。發(fā)動機(jī)從低負(fù)荷經(jīng)過中間負(fù)荷增加到高負(fù)荷時(shí)，隨負(fù)荷的增加，進(jìn)氣閥16關(guān)閉時(shí)刻逐漸提前，控制壓縮比慢慢降低。
[0031 ]圖2所示為進(jìn)氣閥16提前關(guān)閉的米勒循環(huán)的P-V圖；
[0032]進(jìn)氣閥16在上止點(diǎn)28之前打開，活塞I從上止點(diǎn)28位置處開始下行，下行至下止點(diǎn)之前的某一位置29時(shí)，進(jìn)氣閥16關(guān)閉；活塞I繼續(xù)下行至下止點(diǎn)，缸內(nèi)氣體在點(diǎn)29之后經(jīng)歷一個(gè)等熵膨脹過程到達(dá)點(diǎn)30，然后經(jīng)過壓縮、做功、膨脹行程完成一個(gè)工作循環(huán);進(jìn)氣過程中經(jīng)歷的等熵膨脹過程，相當(dāng)于對進(jìn)氣進(jìn)行了內(nèi)部冷卻，整個(gè)工作循環(huán)在相對低溫下進(jìn)行，抑制了燃?xì)膺\(yùn)轉(zhuǎn)有效壓縮比提高時(shí)的爆震傾向。
[0033]通過增壓器進(jìn)行供氣加壓提高輸出功率和熱效率時(shí)，由進(jìn)氣行程a和排氣行程d形成的順時(shí)針方向的封閉區(qū)(圖2中陰影部分)形成對發(fā)動機(jī)表現(xiàn)出的正的做功量的抽吸功，可以提尚發(fā)動機(jī)的熱效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)，由活塞(I)、汽缸(2)、燃燒室(3)、壓縮機(jī)(4)、渦輪機(jī)(5)、廢氣旁通閥(6)、排氣口(7)、排氣閥(8)、柴油調(diào)節(jié)閥(9)、燃油壓力傳感器(10)、燃油溫度傳感器(11)、燃?xì)赓|(zhì)量流量傳感器(12)、燃?xì)夤?yīng)閥(13)、進(jìn)氣壓力傳感器(14)、進(jìn)氣口(15)、進(jìn)氣閥(16)、噴油器(17)、進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(18)、燃油箱(19)、負(fù)荷信號(20)、轉(zhuǎn)速信號(21)、發(fā)動機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)(22)、電子控制單元(23)、儲氣罐(24)、燃?xì)鈮毫鞲衅?25)、中冷器(26)和空氣濾清器(27)組成，其特征在于: 活塞(I)與汽缸(2)配合運(yùn)動； 排氣閥(8)置于燃燒室(3)和排氣口( 7)之間； 受進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(18)控制的進(jìn)氣閥(16)置于燃燒室(3)和進(jìn)氣口( 15)之間； 燃油壓力傳感器(10)、燃油溫度傳感器(11)、燃?xì)赓|(zhì)量流量傳感器(12)、負(fù)荷信號(20),轉(zhuǎn)速信號(21)均由發(fā)動機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)(22)控制； 廢氣旁通閥(6)、柴油調(diào)節(jié)閥(9)、燃?xì)夤?yīng)閥(13)、進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(18)和發(fā)動機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)(22)均由電子控制單元(23)控制； 噴油器(17)位于燃燒室(3)上方，經(jīng)柴油調(diào)節(jié)閥(9)與燃油箱(19)固接，噴油器(17)和柴油調(diào)節(jié)閥(9)之間固接有燃油壓力傳感器(10)和燃油溫度傳感器(11); 壓縮機(jī)(4)經(jīng)空氣濾清器(27)和中冷器(26)后與進(jìn)氣口(15)連接； 渦輪機(jī)(5)經(jīng)廢氣旁通閥(6)后與排氣口(7)連接； 儲氣罐(24)經(jīng)燃?xì)夤?yīng)閥(13)后與進(jìn)氣口(15)連接，燃?xì)夤?yīng)閥(I3)和進(jìn)氣口(I5)之間固接有燃?xì)赓|(zhì)量流量傳感器(12)和進(jìn)氣壓力傳感器(14)。2.一種米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)的控制方法，其特征在于包括下列步驟: 1)電子控制單元(23)接收發(fā)動機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)(22)采集的燃?xì)鈮毫鞲衅?25)信號，控制燃?xì)夤?yīng)閥(13)的開閉； 2)燃?xì)夤?yīng)閥(13)打開時(shí)，發(fā)動機(jī)進(jìn)入燃?xì)膺\(yùn)轉(zhuǎn)模式，電子控制單元(23)根據(jù)發(fā)動機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)(22)實(shí)時(shí)采集的轉(zhuǎn)速信號(21)、負(fù)荷信號(20)，控制進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(18)，使進(jìn)氣閥(16)在活塞(I)達(dá)到下止點(diǎn)之前的某一時(shí)刻關(guān)閉； 3)在啟動、低負(fù)荷時(shí)使用高壓縮比，進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(18)設(shè)定進(jìn)氣閥(16)早關(guān)的時(shí)刻短，進(jìn)氣時(shí)間長， 在燃?xì)膺\(yùn)轉(zhuǎn)的高負(fù)荷時(shí)，進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(18)使用低壓縮比，設(shè)定進(jìn)氣閥(16)早關(guān)時(shí)刻提前，進(jìn)氣時(shí)間較短； 4)電子控制單元(23)根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)(22)采集的燃?xì)赓|(zhì)量流量傳感器(12)信號，控制柴油調(diào)節(jié)閥(9)的開度，噴射少量柴油用于壓縮著火后引燃被壓縮的氣體燃料混合氣； 5)燃?xì)夤?yīng)閥(13)關(guān)閉時(shí)，發(fā)動機(jī)進(jìn)入全柴油模式，電子控制單元(23)控制進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(18)，使進(jìn)氣閥(16)在配氣正時(shí)下工作； 6)電子控制單元根據(jù)燃油壓力傳感器(10)、燃油溫度傳感器(11)的信號、負(fù)荷信號(2 O)、轉(zhuǎn)速信號(21)，控制柴油調(diào)節(jié)閥(9)的開度； 7)壓縮空氣通過進(jìn)氣口(15)進(jìn)入燃燒室(3)，在壓縮行程的末期通過噴油器(17)噴入柴油。
【文檔編號】F02B37/18GK105888832SQ201610389615
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月5日
【發(fā)明人】高瑩, 劉洪岐, 麻斌, 徐英健, 李君
【申請人】吉林大學(xué)