CN109538389A - 一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机械泵供油的柴油天然气双燃料发动机系统及其控制方法，该系统与原有纯柴油系统为并行系统，能在纯柴油模式和柴油天然气双燃料工作模式下自由切换，该系统装置包括多种传感器、执行器，线束和通过传感器的输入反馈信号并输出控制执行器装置的柴油天然气双燃料发动机控制器ECU。该系统通过电子节气门体总成控制空气进气量，通过电控高速高压溢流阀控制柴油量的喷射，通过喷气嘴控制天然气的喷气量，通过氧传感器反馈信号调节控制发动机工作的空燃比，保证双燃料发动机的可靠稳定运行。本发明具有适用性强，结构简单，瞬态控制精准，成本低等显著特点。
Description
技术领域
本发明涉及柴油发动机技术领域，特别涉及一种基于机械泵供油的双燃 料发动机系统及其控制方法。
背景技术
随着我国经济的日益发展，交通运输车辆，工程机械以及船舶的保有量 迅猛增加，导致燃油紧缺和环境污染的日益严重，因此清洁的代替燃料成为 内燃机研究的一个重要方向。天然气作为内燃机代用燃料就有储量丰富，辛 烷值高，污染小，技术成熟等优点，尤其是页岩气的开采技术的应用，使天 然气的产量大幅增加。开发应用天然气燃料的内燃机，是解决燃油紧缺和环 境污染的有效方法。尤其是针对燃油消耗大，污染严重的柴油内燃机，采用 天然气/柴油双燃料掺烧的内燃机系统，可以使燃料多样化，降低燃料成本， 减少排放污染，具有重要的现实意义。
随着国家对内燃机排放标准的日益严格和提高，为满足严格的排放法规 要求，目前道路移动式柴油车辆的燃油控制系统均采用了高压共轨喷射系统 以及匹配的后处理系统。但由于高压共轨系统的开发匹配成本高，系统零部 件成本高，后处理装置成本高等原因，对于非道路移动柴油发动机以及内河 船舶使用的柴油发动机仍采用机械泵供油装置。随着非道路移动发动机装置 的排放法规亦在不断提高，同时国家对于内河运输船舶对河水环境污染的日 益重视，特别是国家为保护长江流域生态环境，提出“气化长江”的规划，对于发展基于机械泵供油的柴油机天然气双燃料系统具有广阔的前景。
柴油天然气或LNG(Liquefied Natural Gas，液化天然气)双燃料掺烧 系统模式为即可以在原有使用柴油工作模式下工作，又可以通过系统切换使 用天然气和柴油掺烧的模式下工作。因此，对控制系统要求保持原有柴油的 工作模式不变，同时可以通过切换转换到柴油天然气双燃料掺烧的模式，两 种模式可以根据切换条件自由切换，不影响发动机稳定运行。柴油天然气双 燃料掺烧技术主要有缸内高压直喷和柴油引燃技术两种方案。缸内高压直喷 技术是通过一体化的燃料喷射装置可以同时向缸内直接喷射柴油和天然气。 但由于缸内高压柴油和天然气的直喷喷嘴制造复杂，使用寿命短，价格昂贵， 没有得到大面积的推广应用。目前采用柴油引燃技术方案的比较普遍。柴油 引燃技术是通过尽可能少的喷射到发动机内柴油压燃以点燃吸入缸内天然气 工作，以天然气燃料燃烧代替原有需要的柴油燃料。对于柴油引燃天然气发 动机而言，在保证发动机性能的前提下，实现较高的天然气替代率是双燃料 发动机研发的主要目标，由于发动机运行工况复杂，在不同工况下的天然气 替代率也不同，因此合理优化提高替代率是双燃料发动机的重要开发目标， 因此需要对双燃料发动机的柴油喷射和天然气喷射进行精确的控制，才能有 效合理的提高替代率。
柴油泵是柴油发动机供给和喷射控制系统的重要部件之一，可以根据不 同柴油发动机的要求采用不同类型的柴油泵，目前主要应用的柴油泵分为机 械直列泵，电控直列泵，分配泵，电控分配泵，电控单体泵以及高压共轨泵。 机械直列泵，电控直列泵，分配泵，电控分配泵，电控单体泵都是通过机械 喷油器喷射柴油到发动机内燃烧工作，属于机械泵范畴柴油泵。高压共轨泵 是通过电控喷油器喷射柴油到发动机内燃烧工作，属于电子控制柴油泵。对 于采用不同类型柴油泵的双燃料发动机的柴油喷油控制是柴油天然气双燃料发动机的前提基础。
如专利(专利名称：机械泵供油的油气双燃料发动机的控制系统及其控 制方法；专利公开号：CN104033256A)提出一种针对双燃料柴油泵的控制系 统和控制方法，但是该现有技术存在的问题是：1)对不同类型的机械泵的适 应性差。该系统只能对纯柴油机械泵进行系统描述上的控制，如使用电控直 列泵和电控分配泵，该系统无法对柴油喷射量进行控制，或需要对电控直列 泵和电控分配泵在柴油模式工作的控制开发和匹配标定，造成开发成本巨大。
2)这种控制系统无法在发动机的全工况下进行柴油天然气双燃料运行。 根据机械泵的机械设计结构，在启动和怠速工况下的柴油供应量的无法通过 油泵的油门拉杆调整，造成柴油天然气双燃料最小柴油喷射量为怠速状况下 柴油喷油量，因此，造成在怠速和低负荷工况下柴油天然气双燃料的替代率 不高，极大的影响了系统的经济型。
3)无法改善和解决机械泵结构设计本身的喷油泵穴蚀和喷油管路压力震 荡造成的喷油结束后的二次喷射，导致燃油消耗量高，污染物排放高。
4）机械结构调整油量，结构复杂，机械配合和磨损造成喷油量偏差大，同时瞬态响应慢，无法满足发动机工作要求。从图一指示的机械泵可以看出，系统通过电子油门取代原有机械泵的机械踏板和与机械泵连接的拉线结构，采用电控的油门执行器通过控制油门拉杆的位置来调整喷油量，这种通过系统结构复杂，执行器以及机械油门拉杆的连接机构控制调整喷油量会产生机械结构会产生配合偏差和磨损，不仅会对天然气掺烧模式下机械泵供油量产生偏差，还对原有柴油模式下机械泵供油量造成偏差，造成原有柴油模式下发动机运行的问题。
5)系统瞬态响应慢，无法满足发动机稳定运行要求。发动机在运转的状 态下，对于喷油时刻和喷油量需要瞬态响应，才能使发动机稳定运转。由于 机械结构的动态响应慢，造成喷油量的瞬态响应不能满足发动机的要求，会 造成发动机运转的不稳定和性能下降。
6)系统结构复杂需要加装凸轮轴位置传感器13和曲轴位置传感器14， 同时配套需要在凸轮轴上加装凸轮信号盘，在曲轴上加装曲轴信号盘，使系 统结构和控制更加复杂。因系统控制需要发动机各缸的工作顺序信号以及各 缸工作状态信号，因此，需加装凸轮轴位置传感器和凸轮信号盘用于判缸， 加装曲轴位置传感器和曲轴信号盘用于计算发动机转速和发动机上止点的相 应位置。该方案造成系统结构和控制复杂。
7)系统成本高，由于系统结构复杂，导致系统加装部件多，系统成本高。
再如专利公开号为CN1570366A的发明专利提出一种电控直列组合泵/阀 -管-嘴喷射系统，是对直列泵的完全电控化，是一种全新设计的电控泵，与 原有机械泵的结构差异巨大，对于其应用于柴油双燃料掺烧模式的发动机的 控制上有以下缺点：1)控制复杂，基于机械泵供油的柴油双燃料掺烧模式的 发动机的系统主要考虑是在现有机械泵供油的系统上如何控制减少柴油的喷 射量，点燃喷射的天然气做功，以保持原有柴油发动机的输出功率和扭矩。 同时还要保持原有柴油机在纯柴油模式下的正常运行。因此需要在对原有柴 油机的基础上控制，尽量减少改动相应结构和部件，以达到在原有柴油模式 和掺烧模式的正常运行和两种模式的自由切换，其为一种全新设计的电控泵， 由电子控制喷油量取代原有的机械泵的机械供油结构，对系统的控制要求复 杂。
2)成本无法估算，由于其为一种全新设计的电控泵对于原有柴油模式下 运行发动机需要重新匹配标定开发和试验，开发成本巨大，不适用于柴油双 燃料掺烧模式的发动机的控制。
因此本发明提出采用带有压力传感器反馈的电控高压高速电磁阀装置用 于控制柴油双燃料掺烧模式的发动机喷油量，适用于除高压共轨油泵外所有 柴油泵的控制，本系统与原有纯柴油系统为并行结构，在纯柴油模式下完全 保持原有机械泵供油方式结构，保证了原有柴油模式发动机的运行性能，在 柴油天然气双燃料掺烧模式下通过带有压力传感器反馈的电控高压高速电磁 阀装置的控制，调节发动机在不同运行工况下瞬态调整柴油喷油量，达到发 动机在不同运行工况下柴油喷油量的精确控制，还可以灵活控制喷油量的减 少，避免了机械泵最低油量的限制，实现基于所有机械泵微量柴油喷射引燃 天然气的功能，提高柴油天然气双燃料掺烧天然气的替代率。使用电控高速 高压电磁阀来控制喷油结束，可以通过快速溢流切断燃油喷射，避免产生喷 油穴蚀的理想喷油图形，本系统具有适用性强，结构简单，瞬态控制精准， 成本低等显著特点。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于机械泵供油的双燃料发 动机系统及其控制方法，具有适用性强，结构简单，瞬态控制精准，成本低 等显著特点。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于机械泵供油的 柴油天然气双燃料发动机系统，其特征在于，包括：发动机、燃气系统、燃 油系统、蓄电池和控制系统，其中，
所述燃油系统包括：燃油箱、机械柴油泵、高压油管、溢流油管、电控 高压高速电磁阀、燃油压力传感器、喷油嘴、油门拉杆位置传感器，所述燃 油箱通过高压油管连接所述机械柴油泵的进油口，所述机械柴油泵的出油口 通过高压油管连接所述燃油压力传感器的一端，所述燃油压力传感器的另一 端连接所述电控高压高速电磁阀的进油口，所述电控高压高速电磁阀的出油 口通过高压油管连接所述喷油嘴，所述电控高压高速电磁阀的溢流油口连接 所述燃油箱；
所述燃气系统包括：储气瓶、气瓶阀、燃气过滤器、减压器、喷气共轨 总成、喷气温度压力传感器、喷气嘴、混合器、空滤器、涡轮增压器、电子 节气门体总成、进气温度压力传感器、节气门位置传感器、燃气管、进气歧 管、排气管、排气温度传感器、氧传感器，所述气瓶阀安装在所述储气瓶的 瓶口上，所述储气瓶通过燃气管连接所述燃气过滤器，所述燃气过滤器通过 燃气管连接所述减压器，所述减压器通过燃气管连接所述喷气共轨总成，所述喷气共轨总成包括进气总管和出气总管，多个所述喷气嘴平行并列安装在 所述进气总管和出气总管之间，所述出气总管通过燃气管连接至混合器，所 述空滤器连接所述涡轮增压器，所述涡轮增压器连接所述电子节气门体总成， 所述电子节气门总成通过法兰与所述混合器连接，所述混合器通过进气歧管 连接至发动机的进气口，其中，所述电子节气门体总成上安装有节气门位置 传感器，所述电子节气门体总成与混合器之间的管路上设置有进气温度压力 传感器，所述发动机的排气口连接所述排气管，所述氧传感器和排气温度传感器安装在所述排气管上靠近排气出口处；
所述控制系统包括：ECU控制器、转换开关、天线、移动终端、PC终端、 云服务器，所述ECU控制器的输入/输出端连接所述转换开关，所述转换开关 通过CAN总线分别连接所述燃油压力传感器、电控高压高速电磁阀、油门拉 杆位置传感器、气瓶阀、喷气温度压力传感器、喷气嘴、进气温度压力传感 器、节气门位置传感器、排气温度传感器、氧传感器以实现数据接收和信号 执行，所述ECU控制器通过天线无线连接至所述移动终端和PC终端，所述移 动终端和PC终端之间通过云服务器进行通讯连接；
所述蓄电池分别为所述燃油压力传感器、电控高压高速电磁阀、油门拉 杆位置传感器、气瓶阀、喷气温度压力传感器、喷气嘴、进气温度压力传感 器、节气门位置传感器、排气温度传感器、氧传感器、ECU控制器、转换开 关提供工作电压。
进一步，所述发动机上还安装有水温传感器，所述水温传感器通过所述 转换开关连接所述ECU控制器，所述蓄电池为所述水温传感器供电。
进一步，所述储气瓶内储藏有天然气或液化天然气。
进一步，所述柴油机械泵为机械直列泵，电控直列泵，分配泵，电控分 配泵，电控单体泵中的一种。
一种基于机械泵供油的柴油天然气双燃料发动机系统的控制方法，其特 征在于，包括如下步骤：
步骤S1：检测基于机械泵供油的柴油天然气双燃料发动机系统是否工作 正常；
步骤S2：通过转换开关检测系统工作在哪种工作模式，纯燃油工作模式 或燃油/燃气双燃料工作模式；
步骤S3：在纯燃油工作模式下，由机械泵和喷油器控制喷油量；
步骤S4：在燃油/燃气双燃料工作模式下，ECU控制器利用机械式柴油泵 的供油特性MAP，结合设定的燃油替代率MAP计算得到引燃燃油量和燃气量， 得出引燃燃油量后，通过燃油压力传感器的反馈信号对电控高压高速电磁阀 控制，经过喷油器喷射，以得到实际的引燃燃油量，其中，燃气量通过燃气 嘴控制，空气量通过电子节气门体总成的节气门开度控制而实现，以得到理 想的空燃比。
进一步，所述燃油替代率用公式Qdiesel＝(1-r)×Q和Qgas＝r×Q，分 别计算引燃柴油量Qdiesel和气体燃料量Qgas。
进一步，所述节气门开度的大小由空气量决定，空气量根据已知的燃气 量，再通过空燃比计算得出。
进一步，所述空气量的测量通过进气温度压力传感器结合发动机的进气 量模型计算得到，所述进气温度压力传感器、电子节气门体总成与ECU控制 器之间形成闭环控制系统。
进一步，所述空燃比用下式计算：Ga＝ρVcηv
式中：Ga—空气质量；
ρ——进气管内的空气密度(kg/m3)；
Vc——气缸容积(m3)；
ηv——充气效率。
将理想气体状态方程式ρ＝P*M/(R*T)代入上式得到：
式中C＝Vc/R，对具体机型而言，是常数；
M——为空气分子量(kg/mol)；
R——气体常数，R＝8.314J/mol*K；
P——进气管空气绝对压力(kPa)；
T——进气管空气绝对温度(K)。
本发明的优点在于：1)本发明为完全独立系统，不影响原有柴油发动机 的进气、供油、燃烧和排气系统，保证原有柴油模式发动机运行。
2)本发明系统可以适用于除高压共轨喷射泵外的所有柴油泵，对不同类 型的机械泵的适应性强，本发明系统是通过在机械柴油泵与喷油器之间的高 压油管路加装电控高压高速电磁阀来控制柴油的喷射量，对原有的柴油机械 泵未进行任何改变，仍然保持原有柴油泵的特性，因此对任何采用燃油喷射 压力来控制柴油喷射量的柴油泵，本发明系统均可适用。
3)本发明可以在发动机的全工况下进行柴油天然气双燃料运行，提高替 代率。根据燃油压力传感器的反馈信号，通过电控高压高速电磁阀的控制可 以在任意工况下对柴油天然气双燃料柴油喷射量进行调节控制，提高柴油天 然气双燃料的全工况综合替代率。
4)本发明系统可以解决机械柴油泵结构设计本身的喷油泵穴蚀和喷油管 路压力震荡造成的喷油结束后的二次喷射，降低燃油消耗和污染物排放。本 发明系统通过控制电控高压高速电磁阀的开启，快速使燃油溢流，快速降低 燃油压力，避免了高压燃油对喷油泵的穴蚀以及在喷油管路产生的压力震荡， 从而避免对柴油泵的穴蚀，提高柴油泵的使用寿命，同时避免了喷油结束后， 由于油管内压力震荡造成的二次喷射，降低燃油的消耗，也相应的提高了天 然气燃料的替代率。
5)本发明系统采用电控高压高速电磁阀的控制，具有对燃油喷射量的瞬 态精确控制。本发明系统采用电控高压高速电磁阀控制喷油量，避免了机械 结构调整喷油量的复杂结构以及由于机械配合和磨损造成喷油量偏差大和瞬 态响应慢以及各缸喷油量不均匀的问题，保障了柴油天然气双燃料发动机运 行性能的均匀性、稳定性和一致性。
6)本发明系统采用燃油压力传感器用于判缸，同时检测油管压力，并以 每缸的压力检测信号作为基准时间，计算发动机的转速。本发明系统采用燃 油压力传感器分别安装在机械柴油泵到喷油器之间的油管上，当燃油压力传 感器检测到信号产生，即表示此缸将要做功状态，同时可以根据每缸燃油压 力传感器的信号间隔时间计算当前发动机的转速，而不需要加装凸轮轴位置 传感器和曲轴位置传感器，以及配套加装凸轮信号盘和曲轴信号盘等。
7)本发明系统成本低。由于系统结构精巧，避免了复杂的加装部件，可 降低系统的零部件的成本和使用过程中维护成本。
8)本发明系统具有远程定位、标定和诊断功能，提供云服务。本系统内 部集成GPS和GSM模块，可对车辆进行定位，通过GSM模块可与系统ECU控 制器远程通讯，实现远程标定和系统诊断功能并通过PC端的云平台对客户提 供维修服务。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面 将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术 人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的 附图。
图1为本发明的柴油天然气双燃料发动机系统示意图。
其中：1、储气瓶；2、气瓶阀；3、燃气过滤器；4、减压器；5、喷气 共轨总成；6、喷气温度压力传感器；7、喷气嘴；8、混合器；9、连接法兰 10、进气温度压力传感器；11、节气门位置传感器；12、电子节气门体总成； 13、涡轮增压器；14、空滤器；15、电控高压高速电磁阀；16、溢流油管； 17、燃油压力传感器；18、机械柴油泵；19、拉杆位置传感器；20、排气管； 21、喷油嘴；22、燃油箱；23、水温传感器；24、氧传感器；25、排气温度 传感器；26、转换开关；27、ECU控制器；28、天线；29移动终端；30、诊 断终端；31云服务器；32、发动机；33、蓄电池；34、进气歧管；35燃气管； 36、高压油管；37、CAN总线。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位 置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化 描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的 方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、 “第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明的一个实施例提供一种基于机械泵供油的柴油天然 气双燃料发动机系统，其特征在于，包括：发动机、燃气系统、燃油系统、 蓄电池和控制系统，其中，
所述燃油系统包括：燃油箱、机械柴油泵、高压油管、溢流油管、电控 高压高速电磁阀、燃油压力传感器、喷油嘴、油门拉杆位置传感器，所述燃 油箱通过高压油管连接所述机械柴油泵的进油口，所述机械柴油泵的出油口 通过高压油管连接所述燃油压力传感器的一端，所述燃油压力传感器的另一 端连接所述电控高压高速电磁阀的进油口，所述电控高压高速电磁阀的出油 口通过高压油管连接所述喷油嘴，所述电控高压高速电磁阀的溢流油口连接 所述燃油箱；采用电控高压高速电磁阀控制喷油量，避免了机械结构调整喷油量的复杂结构以及由于机械配合和磨损造成喷油量偏差大和瞬态响应慢的 问题，保障了柴油天然气双燃料发动机运行性能的稳定性和一致性，所述喷 油嘴设置于所述发动机的喷油口，所述燃油压力传感器用于判缸，采用燃油 压力传感器用于判缸，同时检测油管压力，并以每缸的压力检测信号作为基 准时间，计算发动机的转速。本发明系统采用燃油压力传感器分别安装在机 械柴油泵到喷油器之间的油管上，当燃油压力传感器检测到信号产生，即表 示此缸将要做功状态，同时可以根据每缸燃油压力传感器的信号间隔时间计算当前发动机的转速，而不需要加装凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器， 以及配套加装凸轮信号盘和曲轴信号盘等；
所述燃气系统包括：储气瓶、气瓶阀、燃气过滤器、减压器、喷气共轨 总成、喷气温度压力传感器、喷气嘴、混合器、空滤器、涡轮增压器、电子 节气门体总成、进气温度压力传感器、节气门位置传感器、燃气管、进气歧 管、排气管、排气温度传感器、氧传感器，所述气瓶阀安装在所述储气瓶的 瓶口上，所述储气瓶通过燃气管连接所述燃气过滤器，所述燃气过滤器通过 燃气管连接所述减压器，所述减压器通过燃气管连接所述喷气共轨总成，所述喷气共轨总成包括进气总管和出气总管，多个所述喷气嘴平行并列安装在 所述进气总管和出气总管之间，所述出气总管通过燃气管连接至混合器，所 述空滤器连接所述涡轮增压器，所述涡轮增压器连接所述电子节气门体总成， 所述电子节气门总成通过法兰与所述混合器连接，所述混合器通过进气歧管 连接至发动机的进气口，其中，所述电子节气门体总成上安装有节气门位置 传感器，所述电子节气门体总成与混合器之间的管路上设置有进气温度压力 传感器，所述发动机的排气口连接所述排气管，所述氧传感器和排气温度传感器安装在所述排气管上靠近排气出口处，氧传感器用于测量发动机工作空 燃比，排气温度传感器用于测量发动机排气温度，以进行排温保护，排温保 护的目的是降低发动机工作时的排气温度，在检测排温后，通过降低柴油替 代率r、减少总燃料喷射量或者切换到纯柴油模式实现排温保护控制，例如 在涡轮增压器后面的排温(涡后排温)超过580℃需要进行排温保护。
所述控制系统包括：ECU控制器、转换开关、天线、移动终端、PC终端、 云服务器，所述ECU控制器的输入/输出端连接所述转换开关，所述转换开关 通过CAN总线分别连接所述燃油压力传感器、电控高压高速电磁阀、油门拉 杆位置传感器、气瓶阀、喷气温度压力传感器、喷气嘴、进气温度压力传感 器、节气门位置传感器、排气温度传感器、氧传感器以实现数据接收和信号 执行，所述ECU控制器通过天线无线连接至所述移动终端和PC终端，所述移 动终端和PC终端之间通过云服务器进行通讯连接；该控制系统内还集成有 GPS和GSM模块，可对车辆进行定位，通过GSM模块可与系统ECU控制器远 程通讯，实现远程标定和系统诊断功能并通过PC端的云平台对客户提供维修 服务。
所述蓄电池分别为所述燃油压力传感器、电控高压高速电磁阀、油门拉 杆位置传感器、气瓶阀、喷气温度压力传感器、喷气嘴、进气温度压力传感 器、节气门位置传感器、排气温度传感器、氧传感器、ECU控制器、转换开 关提供工作电压。
进一步，所述发动机上还安装有水温传感器，所述水温传感器通过所述 转换开关连接所述ECU控制器，所述蓄电池为所述水温传感器供电。
进一步，所述储气瓶内储藏有天然气或液化天然气。
进一步，所述柴油机械泵为机械直列泵，电控直列泵，分配泵，电控分 配泵，电控单体泵中的一种。
本发明的另一个实施例：一种基于机械泵供油的柴油天然气双燃料发动 机系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：检测基于机械泵供油的柴油天然气双燃料发动机系统是否工作 正常；
步骤S2：通过转换开关检测系统工作在哪种工作模式，纯燃油工作模式 或燃油/燃气双燃料工作模式；
步骤S3：在纯燃油工作模式下，由机械泵和喷油器控制喷油量；
步骤S4：在燃油/燃气双燃料工作模式下，ECU控制器利用机械式柴油泵 的供油特性MAP，结合设定的燃油替代率MAP计算得到引燃燃油量和燃气量， 得出引燃燃油量后，通过燃油压力传感器的反馈信号对电控高压高速电磁阀 控制，经过喷油器喷射，以得到实际的引燃燃油量，其中，燃气量通过燃气 嘴控制，空气量通过电子节气门体总成的节气门开度控制而实现，以得到理 想的空燃比。其中柴油/燃气双燃料工作模式的条件主要有：(1)柴油发动机 的水温处在合适范围，大于设定低温(如60℃)同时小于设定的过热温度(如93℃)，温度过高或者偏低发动机都不宜工作在双燃料模式，(2)发动机转速 满足切换条件，如大于1000r/min，(3)喷气温度压力传感器的信号显示储 气瓶的燃气的存储量满足发动机进入柴油/燃气双燃料工作模式运行，(4) 蓄电池的电压满足正常运行条件，电池不亏电，(5)发动机控制系统是否存在 故障等。
进一步，所述燃油替代率用公式Qdiesel＝(1-r)×Q和Qgas＝r×Q，分 别计算引燃柴油量Qdiesel和气体燃料量Qgas。
进一步，所述节气门开度的大小由空气量决定，空气量根据已知的燃气 量，再通过空燃比计算得出。
进一步，所述空气量的测量通过进气温度压力传感器结合发动机的进气 量模型计算得到，所述进气温度压力传感器、电子节气门体总成与ECU控制 器之间形成闭环控制系统。
进一步，所述空燃比用下式计算：Ga＝ρVcηv
式中：Ga—空气质量；
ρ——进气管内的空气密度(kg/m3)；
Vc——气缸容积(m3)；
ηv——充气效率。
将理想气体状态方程式ρ＝P*M/(R*T)代入上式得到：
式中C＝Vc/R，对具体机型而言，是常数；
M——为空气分子量(kg/mol)；
R——气体常数，R＝8.314J/mol*K；
P——进气管空气绝对压力(kPa)；
T——进气管空气绝对温度(K)。
由此可见，只要充气效率确定后，ECU控制器可根据气缸目标进气质量 Ga、进气温度T计算目标进气歧管绝对压力P。充气效率通过发动机标定试 验确定。根据设定(标定)的目标空燃比，进行引燃燃油量和气体燃料量的闭 环反馈修正，通过调整引然燃油量和气体燃料量，使发动机工作的实际空燃 比与目标空燃比一致，并得到最终的引燃燃油量和气体燃料量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统，其特征在于，包括：发动机、燃气系统、燃油系统、蓄电池和控制系统，其中，
所述燃油系统包括：燃油箱、机械柴油泵、高压油管、溢流油管、电控高压高速电磁阀、燃油压力传感器、喷油嘴、油门拉杆位置传感器，所述燃油箱通过高压油管连接所述机械柴油泵的进油口，所述机械柴油泵的出油口通过高压油管连接所述燃油压力传感器的一端，所述燃油压力传感器的另一端连接所述电控高压高速电磁阀的进油口，所述电控高压高速电磁阀的出油口通过高压油管连接所述喷油嘴，所述电控高压高速电磁阀的溢流油口连接所述燃油箱；
所述燃气系统包括：储气瓶、气瓶阀、燃气过滤器、减压器、喷气共轨总成、喷气温度压力传感器、喷气嘴、混合器、空滤器、涡轮增压器、电子节气门体总成、进气温度压力传感器、节气门位置传感器、燃气管、进气歧管、排气管、排气温度传感器、氧传感器，所述气瓶阀安装在所述储气瓶的瓶口上，所述储气瓶通过燃气管连接所述燃气过滤器，所述燃气过滤器通过燃气管连接所述减压器，所述减压器通过燃气管连接所述喷气共轨总成，所述喷气共轨总成包括进气总管和出气总管，多个所述喷气嘴平行并列安装在所述进气总管和出气总管之间，所述出气总管通过燃气管连接至混合器，所述空滤器连接所述涡轮增压器，所述涡轮增压器连接所述电子节气门体总成，所述电子节气门总成通过法兰与所述混合器连接，所述混合器通过进气歧管连接至发动机的进气口，其中，所述电子节气门体总成上安装有节气门位置传感器，所述电子节气门体总成与混合器之间的管路上设置有进气温度压力传感器，所述发动机的排气口连接所述排气管，所述氧传感器和排气温度传感器安装在所述排气管上靠近排气出口处；
所述控制系统包括：ECU控制器、转换开关、天线、移动终端、PC终端、云服务器，所述ECU控制器的输入/输出端连接所述转换开关，所述转换开关通过CAN总线分别连接所述燃油压力传感器、电控高压高速电磁阀、油门拉杆位置传感器、气瓶阀、喷气温度压力传感器、喷气嘴、进气温度压力传感器、节气门位置传感器、排气温度传感器、氧传感器以实现数据接收和信号执行，所述ECU控制器通过天线无线连接至所述移动终端和PC终端，所述移动终端和PC终端之间通过云服务器进行通讯连接；
所述蓄电池分别为所述燃油压力传感器、电控高压高速电磁阀、油门拉杆位置传感器、气瓶阀、喷气温度压力传感器、喷气嘴、进气温度压力传感器、节气门位置传感器、排气温度传感器、氧传感器、ECU控制器、转换开关提供工作电压。
2.根据权利要求1所述的一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统，其特征在于，所述发动机上还安装有水温传感器，所述水温传感器通过所述转换开关连接所述ECU控制器，所述蓄电池为所述水温传感器供电。
3.根据权利要求1所述的一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统，其特征在于，所述储气瓶内储藏有天然气或液化天然气。
4.根据权利要求1所述的一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统，其特征在于，所述柴油机械泵为机械直列泵，电控直列泵，分配泵，电控分配泵，电控单体泵中的一种。
5.一种如权利要求1-4任一所述的一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：检测基于机械泵供油的柴油天然气双燃料发动机系统是否工作正常；
步骤S2：通过转换开关检测系统工作在哪种工作模式，纯燃油工作模式或燃油/燃气双燃料工作模式；
步骤S3：在纯燃油工作模式下，由机械泵和喷油器控制喷油量；
步骤S4：在燃油/燃气双燃料工作模式下，ECU控制器利用机械式柴油泵的供油特性MAP，结合设定的燃油替代率MAP计算得到引燃燃油量和燃气量，得出引燃燃油量后，通过燃油压力传感器的反馈信号对电控高压高速电磁阀控制，经过喷油器喷射，以得到实际的引燃燃油量，其中，燃气量通过燃气嘴控制，空气量通过电子节气门体总成的节气门开度控制而实现。
6.根据权利要求5所述的一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统的控制方法，其特征在于，所述燃油替代率用公式Qdiesel＝(1-r)×Q和Qgas＝r×Q，分别计算引燃柴油量Qdiesel和气体燃料量Qgas。
7.根据权利要求6所述的一种基于机械泵供油的柴油天然气双燃料发动机系统，其特征在于，所述节气门开度的大小由空气量决定，空气量根据已知的燃气量，再通过空燃比计算得出。
8.根据权利要求7所述的一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统的控制方法，其特征在于，所述空气量的测量通过进气温度压力传感器结合发动机的进气量模型计算得到，所述进气温度压力传感器、电子节气门体总成与ECU控制器之间形成闭环控制系统。
9.根据权利要求8所述的一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统的控制方法，其特征在于，所述空燃比用下式计算：Ga＝ρVcηv
式中：Ga—空气质量；
ρ——进气管内的空气密度(kg/m 3)；
Vc——气缸容积(m 3)；
ηv——充气效率。
将理想气体状态方程式ρ＝P*M/(R*T)代入上式得到：
式中C＝Vc/R，对具体机型而言，是常数；
M——为空气分子量(kg/mol)；
R——气体常数，R＝8.314J/mol*K；
P——进气管空气绝对压力(kPa)；
T——进气管空气绝对温度(K)。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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