米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機及其控制方法
【專利摘要】一種米勒循環(huán)柴油?天然氣雙燃料發(fā)動機及其控制方法，涉及發(fā)動機技術領域。本發(fā)明通過調整進氣閥調節(jié)機構，實現(xiàn)進氣門早關的方式，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)動機熱負荷，膨脹過程產生正的抽吸功改善了發(fā)動機的熱效率，更好的提高燃油經濟性。并且使用新的控制方法，通過使本發(fā)明更加靈活的進行高/低壓縮比的轉換，使柴油?天然氣雙燃料發(fā)動機在全負荷范圍內都能高效率燃燒運轉。
【專利說明】
米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機及其控制方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬發(fā)動機技術領域，具體涉及一種米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機及其控制方法。
【背景技術】
[0002]由于現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)車用燃料價格不斷攀升、發(fā)動機排放標準越來越嚴格，發(fā)展清潔、經濟的燃氣發(fā)動機越來越引起社會的關注，以天然氣作為發(fā)動機燃料成為各國研究機構研究的熱點。但天然氣發(fā)動機在使用過程中存在功率下降嚴重、續(xù)航里程短，需要布置合理的加氣站點等問題，而傳統(tǒng)柴油機扭矩大、動力足、續(xù)航里程長。因此，國內外一直致力研究一種通過傳統(tǒng)燃油增加續(xù)航里程，并且結合氣體燃料的經濟、環(huán)保性的雙燃料發(fā)動機;為了解決使用兩種不同燃料時壓縮比變化大的問題，有效壓縮比調節(jié)技術成為實現(xiàn)雙燃料發(fā)動機的關鍵。
[0003]已有技術中，申請?zhí)枮?1823015.6、名稱為“雙燃料發(fā)動機”的發(fā)明專利，是在發(fā)動機氣缸頭上設置壓縮比控制閥，燃氣運轉時，在壓縮初期打開該控制閥，推出部分已進入氣缸的氣體混合氣，降低實際的壓縮比。該控制壓縮比的機構只能在下止點之后打開，而且在推出過程產生栗氣損失。該壓縮比調整機構對傳統(tǒng)發(fā)動機改動大，實現(xiàn)方式困難。
[0004]米勒循環(huán)技術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，同時低有效壓縮比可防止爆震。發(fā)動機燃氣運轉時，為避免爆震要使壓縮比低于狄賽爾發(fā)動機，發(fā)動機效率和功率下降嚴重。應用米勒循環(huán)進氣閥早關使壓縮比與膨脹比分離，低溫增壓的燃燒模式不僅可以實現(xiàn)發(fā)動機的雙燃料運轉而且能夠有效改善燃氣運轉時發(fā)動機的性能。

【發(fā)明內容】

[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)動機實現(xiàn)方式及性能的不足，提供一種實現(xiàn)方式簡單、經濟環(huán)保、熱負荷低耐久性好等優(yōu)點的米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機。
[0006]為實現(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，由活塞、汽缸、燃燒室、壓縮機、渦輪機、廢氣旁通閥、排氣口、排氣閥、柴油調節(jié)閥、燃油壓力傳感器、燃油溫度傳感器、燃氣質量流量傳感器、燃氣供應閥、進氣壓力傳感器、進氣口、進氣閥、噴油器、進氣閥調節(jié)機構、燃油箱、負荷信號、轉速信號、發(fā)動機監(jiān)測系統(tǒng)、電子控制單元、儲氣罐、燃氣壓力傳感器、中冷器和空氣濾清器組成。
[0007]發(fā)動機缸蓋上設置有進氣閥、排氣閥，進氣閥調節(jié)機構布置在缸蓋上的進氣閥側；
[0008]所述發(fā)動機監(jiān)測系統(tǒng)，包括:設置在所述發(fā)動機機體內的發(fā)動機轉速信號、發(fā)動機負荷信號、進氣壓力傳感器、燃氣質量傳感器、燃油壓力傳感器、燃油溫度傳感器、燃氣壓力傳感器，實時監(jiān)測所述發(fā)動機的工作狀態(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)動機各系統(tǒng)的輸出信息，分析處理該信息后向發(fā)動機執(zhí)行結構輸出動作信號；
[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閉燃氣供應系統(tǒng)的控制閥，實現(xiàn)發(fā)動機燃氣運轉或者柴油運轉；
[0011]所述進氣閥調節(jié)機構，根據(jù)米勒循環(huán)控制原理，有選擇的操作進氣閥的關閉時刻；
[0012]其特征在于，所述的發(fā)動機監(jiān)測系統(tǒng)與電子控制單元連接，進一步的在進氣門處具備燃氣質量流量傳感器，進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)動機的控制方法，使雙燃料發(fā)動機在全負荷范圍內都能高效率燃燒運轉。
[0014]為實現(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)動機控制方法:
[0015]在柴油運轉模式下，電子控制單元控制燃氣供應閥關閉，發(fā)動機進入全柴油模式，增壓器的壓縮機供給的高溫壓縮空氣經空氣濾清器、中冷器后由進氣口進入燃燒室，在壓縮行程的末期燃油從燃油箱經燃油管路進入噴油器，通過噴油器噴入柴油，此時進氣閥使發(fā)動機在配氣正時下工作，發(fā)動機實際壓縮比等于膨脹比，燃油進行高壓縮比預燃燒的燃燒方式。
[0016]在燃氣運轉時，電子控制單元根據(jù)燃氣質量，柴油調節(jié)閥控制柴油的噴射量;此時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。進氣閥調節(jié)機構，對應發(fā)動機的啟動、低負荷經過中間負荷到高負荷時，調整進氣閥關閉時刻，在啟動、低負荷時使用高壓縮比，在中高負荷時使用低壓縮比。
[0017]上述進氣閥關閉時刻設置在進氣行程中活塞到達下止點之前的某一時刻。高有效壓縮比時設定進氣閥早關時刻推遲，進氣時間長;低有效壓縮比時設定進氣閥早關時刻提前，進氣時間短。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點和有益效果:燃用不同燃料時，改變壓縮比的方式靈活簡單;進氣閥早關的控制方法，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歷一個膨脹過程，對混合氣進行內部冷卻，降低了發(fā)動機熱負荷。同時，上述膨脹過程產生正的抽吸功改善了發(fā)動機的熱效率。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)動機熱負荷低耐久性好。
【附圖說明】
[0019]圖1是米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機結構示意圖。
[0020]圖2是米勒循環(huán)P-V圖。
【具體實施方式】
[0021]以下參照【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。
[0022]本發(fā)明柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機主體主要結構包括1.活塞;2.汽缸;3.燃燒室；
4.壓縮機;5.渦輪機;6.廢氣旁通閥；7.排氣口；8.排氣閥;9.柴油調節(jié)閥；10.燃油壓力傳感器；11.燃油溫度傳感器；12.燃氣質量流量傳感器；13.燃氣供應閥；14.進氣壓力傳感器；15.進氣口； 16.進氣閥；17.噴油器；18.進氣閥調節(jié)機構；19.燃油箱;20.負荷信號；21.轉速信號；22.發(fā)動機監(jiān)測系統(tǒng)；23.電子控制單元;24.儲氣罐;25燃氣壓力傳感器;26.中冷器；27.空氣濾清器。
[0023]在發(fā)動機的汽缸2內，具備進行往復運動的活塞1、而且在活塞I的上表面與汽缸蓋的內表面之間形成燃燒室3、進氣口 15和排氣口 7與該燃燒室3連接，還具備對進氣口 15進行開閉的進氣閥16、對排氣口 7進行開閉的排氣閥8;缸蓋上設置有進氣閥調節(jié)機構18，與電子控制單元23相連。
[0024]發(fā)動機監(jiān)測系統(tǒng)22，作為發(fā)動機轉速信號21和負荷信號20的輸入終端，實時監(jiān)測發(fā)動機的工作狀態(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)動機轉速和負荷值作為檢測信號，通過控制燃氣供應閥13的開閉，實現(xiàn)燃氣運轉或狄賽爾運轉。
[0025]電子控制單元23接收進氣壓力傳感器14的壓力信號，根據(jù)發(fā)動機的運轉狀態(tài)，調整增壓器5的廢氣旁通閥6的開度，改變進氣口 15處的進氣壓力。
[0026]在柴油運轉時，電子控制單元23控制燃氣供應閥13關閉，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，控制柴油調節(jié)閥9的開度使發(fā)動機進入全柴油模式，增壓器5的壓縮部4供給的壓縮空氣通過進氣口 15進入燃燒室3，在壓縮行程的末期通過噴油器17噴入柴油，此時進氣閥16使發(fā)動機在配氣正時下工作，發(fā)動機實際壓縮比等于膨脹比，燃油進行高壓縮比預燃燒方式燃燒。
[0027]燃氣運轉時，燃氣供應閥13打開，氣體燃料由儲氣罐24經燃氣供應閥13進入進氣口 15;燃料氣體與從增壓器壓縮部4供給的壓縮空氣混合，預混合后通過進氣閥16進入燃燒室3;設置在燃氣管路中的燃氣質量流量傳感器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)燃氣質量，發(fā)出控制命令調整柴油調節(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，電子控制單元23根據(jù)進氣壓力傳感器14的壓力信號，控制進氣閥調節(jié)機構18，使進氣閥16在活塞I達到下止點之前的某一時刻關閉；
[0029]在燃氣運轉的起動和低負荷時，設定進氣閥16早關的時刻短，進氣時間長，設定的混合氣的壓縮比高，實現(xiàn)發(fā)動機的穩(wěn)定運轉。
[0030]在燃氣運轉的高負荷時，設定進氣閥16早關時刻提前，進氣時間較短，設定混合氣的壓縮比低。發(fā)動機從低負荷經過中間負荷增加到高負荷時，隨負荷的增加，進氣閥16關閉時刻逐漸提前，控制壓縮比慢慢降低。
[0031 ]圖2所示為進氣閥16提前關閉的米勒循環(huán)的P-V圖；
[0032]進氣閥16在上止點28之前打開，活塞I從上止點28位置處開始下行，下行至下止點之前的某一位置29時，進氣閥16關閉；活塞I繼續(xù)下行至下止點，缸內氣體在點29之后經歷一個等熵膨脹過程到達點30，然后經過壓縮、做功、膨脹行程完成一個工作循環(huán);進氣過程中經歷的等熵膨脹過程，相當于對進氣進行了內部冷卻，整個工作循環(huán)在相對低溫下進行，抑制了燃氣運轉有效壓縮比提高時的爆震傾向。
[0033]通過增壓器進行供氣加壓提高輸出功率和熱效率時，由進氣行程a和排氣行程d形成的順時針方向的封閉區(qū)(圖2中陰影部分)形成對發(fā)動機表現(xiàn)出的正的做功量的抽吸功，可以提尚發(fā)動機的熱效率。
【主權項】
1.一種米勒循環(huán)柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機，由活塞(I)、汽缸(2)、燃燒室(3)、壓縮機(4)、渦輪機(5)、廢氣旁通閥(6)、排氣口(7)、排氣閥(8)、柴油調節(jié)閥(9)、燃油壓力傳感器(10)、燃油溫度傳感器(11)、燃氣質量流量傳感器(12)、燃氣供應閥(13)、進氣壓力傳感器(14)、進氣口(15)、進氣閥(16)、噴油器(17)、進氣閥調節(jié)機構(18)、燃油箱(19)、負荷信號(20)、轉速信號(21)、發(fā)動機監(jiān)測系統(tǒng)(22)、電子控制單元(23)、儲氣罐(24)、燃氣壓力傳感器(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)配合運動； 排氣閥(8)置于燃燒室(3)和排氣口( 7)之間； 受進氣閥調節(jié)機構(18)控制的進氣閥(16)置于燃燒室(3)和進氣口( 15)之間； 燃油壓力傳感器(10)、燃油溫度傳感器(11)、燃氣質量流量傳感器(12)、負荷信號(20),轉速信號(21)均由發(fā)動機監(jiān)測系統(tǒng)(22)控制； 廢氣旁通閥(6)、柴油調節(jié)閥(9)、燃氣供應閥(13)、進氣閥調節(jié)機構(18)和發(fā)動機監(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，經柴油調節(jié)閥(9)與燃油箱(19)固接，噴油器(17)和柴油調節(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(4)經空氣濾清器(27)和中冷器(26)后與進氣口(15)連接； 渦輪機(5)經廢氣旁通閥(6)后與排氣口(7)連接； 儲氣罐(24)經燃氣供應閥(13)后與進氣口(15)連接，燃氣供應閥(I3)和進氣口(I5)之間固接有燃氣質量流量傳感器(12)和進氣壓力傳感器(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)動機監(jiān)測系統(tǒng)(22)采集的燃氣壓力傳感器(25)信號，控制燃氣供應閥(13)的開閉； 2)燃氣供應閥(13)打開時，發(fā)動機進入燃氣運轉模式，電子控制單元(23)根據(jù)發(fā)動機監(jiān)測系統(tǒng)(22)實時采集的轉速信號(21)、負荷信號(20)，控制進氣閥調節(jié)機構(18)，使進氣閥(16)在活塞(I)達到下止點之前的某一時刻關閉； 3)在啟動、低負荷時使用高壓縮比，進氣閥調節(jié)機構(18)設定進氣閥(16)早關的時刻短，進氣時間長， 在燃氣運轉的高負荷時，進氣閥調節(jié)機構(18)使用低壓縮比，設定進氣閥(16)早關時刻提前，進氣時間較短； 4)電子控制單元(23)根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)(22)采集的燃氣質量流量傳感器(12)信號，控制柴油調節(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)燃氣供應閥(13)關閉時，發(fā)動機進入全柴油模式，電子控制單元(23)控制進氣閥調節(jié)機構(18)，使進氣閥(16)在配氣正時下工作； 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、負荷信號(2 O)、轉速信號(21)，控制柴油調節(jié)閥(9)的開度； 7)壓縮空氣通過進氣口(15)進入燃燒室(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