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CN101131126A - 一种压缩比可变的灵活燃料发动机及其控制方法 - Google Patents

一种压缩比可变的灵活燃料发动机及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可变压缩比灵活燃料发动机及其控制方法，所述发动机包括：燃烧系统、燃料压力调节系统、液态燃料供给系统、气态燃料供给系统、可变气门正时机构、电子控制单元、以及传感器组件。电子控制单元根据传感器采集到的信号，来确定当前所使用的燃料类型，调整发动机的压缩比、燃烧控制策略、配气相位、以及燃料喷射器的压力，以适应所用燃料的需要。本发动机能够使用气态、液态以及混合燃料，并能够使发动机压缩比在8到18之间进行调整，从而使燃料切换时，发动机的动力性和经济性保持较高水平。

Description

一种压缩比可变的灵活燃料发动机及其控制方法
技术领域
本发明属于内燃机领域，具体涉及一种带VVT机构，压缩比可变的，可以使用多种燃料的灵活燃料发动机及其控制方法。
背景技术
随着石油资源日渐匮乏，汽车能源问题已成为制约汽车业发展的瓶颈。为解决汽车能源问题，世界各国的汽车制造商均推出了各种新型燃料的发动机，如宝马公司的氢燃料发动机、美国等公司的乙醇汽油E80汽车，以及使用CNG和LPG的汽车等。这些新型能源汽车的出现，极大的缓解了石油危机对消费者日常生活的影响。但是，各种不同新型能源汽车的出现，对用户出行造成了极大的不便，在长距离行驶中经常出现加油站无合适燃料的现象。本发明利用各种可变压缩比技术和发动机电子控制技术，使发动机能够使用多种不同的新型能源，，以方便用户进行选择和出行。
目前的灵活燃料发动机其压缩比为定值，无法适应不同燃料的燃烧特性，燃料更换后热效率较低，且易发生爆震等异常燃烧现象；在行驶过程中更换燃料易导致发动机运行不稳定等异常现象。
发明内容
本发明的特征在于发动机能够使用包括汽油、柴油、生物柴油、乙醇、甲醇和液态氢燃料在内的各种液态燃料，或者其中多种燃料的混合燃料，以及天然气、液化气和气态氢燃料在内的各种气态燃料。当发动机启动时，发动机电子控制单元ECU会根据燃料传感器采集的信号，来确定当前所使用的燃料类型，并选择适合该燃料的合适的压缩比、燃烧控制策略和配气相位，以最大效率的利用燃料的化学能，将其转换为车辆行驶所需动能，并避免出现异常燃烧现象。
本发明的特征在于发动机能够通过燃烧室体积控制器来改变发动机燃烧室体积，从而改变发动机的实际压缩比；或者通过可变正时气门机构的调整，改变发动机进气门配气相位，来改变发动机的实际压缩比，以适应不同燃料燃烧特性的需要。
本发明特征在于发动机ECU能够根据燃料传感器采集的信号，调整燃料喷射器的喷射压力，以适应不同燃料供给的需要。
本发明特征在于发动机能够在正常运行工况下，根据ECU的信号指令，在1个工作循环内完成：燃烧室体积改变，或者可变正时气门机构的调整，以改变发动机压缩比；并改变燃烧控制策略和燃料喷射压力，从而使汽车在行驶状态下进行燃料的切换。
本发明特征在于发动机ECU能根据爆震传感器、氧传感器，以及其他温度和压力传感器所收集的信号，对发动机的压缩比和燃烧控制策略进行适当调整，以改善发动机的动力性能、经济性和排放等。
附图说明
图1为灵活燃料汽车发动机示意图；
图2为灵活燃料汽车发动机燃烧系统示意图。
图3为电子控制单元控制系统示意图；
具体实施方式
现结合附图对本发明的实施做进一步的说明。
如图1、2所示，本发明的灵活燃料汽车发动机主要包括：活塞1，燃料喷射器2，燃料传感器3，进气道4，火花塞5，排气道6，燃烧室体积控制器7，缸体8，爆震传感器9，燃料喷射压力调节器10，燃料压力稳压腔11，液态燃料存储器12，液态燃料泵13，液态燃料限压阀14，液态燃料滤清器15，气态燃料滤清器16，气态燃料限压阀17，气态燃料存储器18，氧传感器19，可变气门正时机构(VVT)20，电子控制单元(ECU)等，但不限于以上零部件。
对于该发动机的压缩比调整有两种方式。
调整方式1：当ECU接收到燃料传感器或氧传感器和爆震传感器等返回的信号时，ECU发出指令，通过燃烧室体积控制器使发动机燃烧室体积改变，从而改变发动机的压缩比。
调整方式2：当ECU接收到燃料传感器或氧传感器和爆震传感器等返回的信号时，ECU发出指令，通过VVT机构推迟进气门关闭时间，使一部分进气被活塞挤出发动机，从而使发动机的实际压缩比变小；或者提前进气门关闭时间，从而使发动机实际压缩比变大。既使用米勒循环的发动机循环控制策略。
发动机使用不同的燃料可以工作在如下多种不同的实施方式下。
实施方式1：当使用汽油燃料时，发动机ECU接收到燃料传感器返回的信号，通过调整方式1或者调整方式2，使发动机压缩比调整到8-10之间，同时调整燃烧控制策略，并通过VVT机构调整发动机配气相位。同时调整燃料喷射器的喷射压力在5-6MPa，以适应汽油燃料的燃烧特性。
实施方式2：当使用柴油或生物柴油燃料时，发动机ECU接收到燃料传感器返回的信号，通过调整方式1或者调整方式2，使发动机压缩比调整到14-18之间，同时调整燃烧控制策略，并通过VVT机构调整发动机配气相位。同时调整燃料喷射器的喷射压力在100-200MPa，以适应柴油或生物柴油燃料的燃烧特性。
实施方式3：当使用甲醇燃料时，发动机ECU接收到燃料传感器返回的信号，通过调整方式1或者调整方式2，使发动机压缩比调整到10-12之间，同时调整燃烧控制策略，并通过VVT机构调整发动机配气相位。同时调整燃料喷射器的喷射压力在5-6MPa，以适应甲醇燃料的燃烧特性。
实施方式4：当使用乙醇燃料时，发动机ECU接收到燃料传感器返回的信号，通过调整方式1或者调整方式2，使发动机压缩比调整到12-16之间，同时调整燃烧控制策略，并通过VVT机构调整发动机配气相位。同时调整燃料喷射器的喷射压力在5-6MPa，以适应甲醇燃料的燃烧特性。
实施方式5：当使用液氢燃料时，发动机ECU接收到燃料传感器返回的信号，通过调整方式1或者调整方式2，使发动机压缩比调整到10-15之间，同时调整燃烧控制策略，并通过VVT机构调整发动机配气相位。同时调整燃料喷射器的喷射压力在5-6MPa，以适应液氢燃料的燃烧特性。
实施方式6：当使用汽油、柴油、生物柴油、甲醇、乙醇和液氢燃料中多种燃料组成的混合燃料时，发动机ECU根据燃料传感器返回的信号，通过调整方式1或者调整方式2，使发动机压缩比调整到8-18之间，同时根据燃料的混合组分及各组分的比例，调整发动机配气相位，和燃料的喷射压力，以适应混合燃料的燃烧特性。
实施方式7：当使用CNG燃料时，发动机ECU接收到燃料传感器返回的信号，通过调整方式1或者调整方式2，使发动机压缩比调整到11-13之间，同时调整燃烧控制策略，并通过VVT机构调整发动机配气相位。同时调整燃料喷射器的喷射压力在1～2MPa，以适应CNG燃料的燃烧特性。
实施方式8：当使用LPG燃料时，发动机ECU接收到燃料传感器返回的信号，通过调整方式1或者调整方式2，使发动机压缩比调整到13-16之间，同时调整燃烧控制策略，并通过VVT机构调整发动机配气相位。同时调整燃料喷射器的喷射压力在4-15MPa，以适应LPG燃料的燃烧特性。
实施方式9：当使用气态氢燃料时，发动机ECU接收到燃料传感器返回的信号，通过调整方式1或者调整方式2，使发动机压缩比调整到9-14之间，同时调整燃烧控制策略，并通过VVT机构调整发动机配气相位。同时调整燃料喷射器的喷射压力在8-15MPa，以适应气态氢燃料的燃烧特性。
其中的调整燃烧控制策略主要包括点火提前角、点火能量等参数的调整；利用CBR(可变燃烧速率)或者可变进气歧管技术对发动机进气涡流进行调整；以及根据燃料性能选择传统的压燃点火模式、火花塞点燃模式或者HCCI(均质压燃点火)模式等不同的燃烧模式。
当发动机运行在实施方式1-9中某一方式下，而燃料发生变更时，ECU接收到燃料传感器返回的燃料变更信号，在1个工作循环内完成调整方式1或者调整方式2，调整发动机的压缩比；并改变燃烧控制策略，使发动机运行到与变更后的燃料相对应的实施方式下。
同时，在发动机运行时，ECU根据爆震传感器和氧传感器等传感器组件反馈的信号，通过调整方式1或者调整方式2，对发动机压缩比进行适当调整，以避免出现爆震等异常燃烧现象，实现对发动机的闭环控制。
通过上述多种实施方式的确定和切换，本发明的发动机能够使用包括汽油、柴油、生物柴油、乙醇、甲醇和液态氢燃料在内的各种液态燃料，或者其中多种燃料的混合燃料，以及天然气、液化气和气态氢燃料在内的各种气态燃料。

Claims (13)

1.一种可变压缩比灵活燃料发动机的控制方法，所述发动机包括：燃烧系统、燃料压力调节系统、液态燃料供给系统、气态燃料供给系统、可变气门正时机构、电子控制单元、以及传感器组件，其特征在于：
发动机启动时，传感器采集燃料的信号；
电子控制单元根据传感器采集到的信号，来确定当前所使用的燃料类型，同时调整发动机的压缩比、燃烧控制策略、配气相位、以及燃料喷射器的压力，以适应所用燃料的需要。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：当电子控制单元接收到传感器返回的信号时，发出指令，通过燃烧室体积控制器使发动机燃烧室体积改变、或者通过调整可变气门正时机构气门关闭时间，改变发动机的压缩比。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，通过调整可变气门正时机构气门关闭时间，改变发动机的压缩比的方法为：通过可变气门正时机构推迟进气门关闭时间，使一部分进气被活塞挤出发动机，从而使发动机的实际压缩比变小；或者提前进气门关闭时间，从而使发动机实际压缩比变大。
4.根据权利要求1-3任一项所述的控制方法，其特征在于：传感器组件是燃料传感器(3)，以及爆震传感器(9)和氧传感器(19)中的一个或两个。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：在发动机运行过程中，电子控制单元根据爆震传感器(9)和/或氧传感器(19)采集到的信号，调整发动机的压缩比和燃烧控制策略，避免出现异常燃烧现象，实现对发动机的闭环控制。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：在发动机运行的过程中，当传感器采集到燃料变更的信号时，在一个工作循环内完成压缩比的调整，并改变燃烧控制策略，将发动机的运行方式调整到与变更后的燃料对应的方式上。
7.根据权利要求1-6任一项所述的控制方法，其特征在于：调整燃烧控制策略主要包括点火提前角、点火能量的调整；利用可变燃烧速率或者可变进气歧管技术对发动机进气涡流进行调整；以及根据燃料性能选择传统的压燃点火模式、火花塞点燃模式或者均质压燃点火模式。
8.一种可变压缩比的灵活燃料发动机，包括：燃烧系统、燃料压力调节系统、液态燃料供给系统、气态燃料供给系统、可变气门正时机构、电子控制单元、以及传感器组件，其特征在于：
电子控制单元根据传感器采集到的信号，对发动机的压缩比、燃烧控制策略、配气相位、以及燃料喷射器的压力进行调整，以适应不同的燃料供给。
9.根据权利要求8所述的灵活燃料发动机，其特征在于：传感器组件是燃料传感器(3)，以及爆震传感器(9)和氧传感器(19)中的一个或两个。
10.根据权利要求9所述的灵活燃料发动机，其特征在于：当电子控制单元接收到传感器返回的信号时，发出指令，通过燃烧室体积控制器使发动机燃烧室体积改变、或者通过调整可变气门正时机构气门关闭时间，改变发动机的压缩比。
11.根据权利要求10所述的灵活燃料发动机，其特征在于，通过调整可变气门正时机构气门关闭时间，改变发动机的压缩比的方法为：通过可变气门正时机构推迟进气门关闭时间，使一部分进气被活塞挤出发动机，从而使发动机的实际压缩比变小；或者提前进气门关闭时间，从而使发动机实际压缩比变大。
12.根据权利要求8-11任一项所述的灵活燃料发动机，其特征在于：所述液态燃料供给系统包括：液态燃料存储器(12)、液态燃料泵(13)、液态燃料限压阀(14)、液态燃料滤清器(15)；所述气态燃料供给系统包括：气态燃料滤清器(16)、气态燃料限压阀(17)、气态燃料存储器(18)，所述燃料压力调节系统包括：燃料喷射压力调节器(10)和燃料压力稳压腔(11)；液态燃料系统和气态燃料系统连接到燃料压力调节系统，调节燃料喷射器(2)的压力。
13.根据权利要求8-12任一项所述的灵活燃料发动机，其特征在于：发动机能够使用包括汽油、柴油、生物柴油、乙醇、甲醇和液态氢燃料在内的各种液态燃料，或者其中多种燃料的混合燃料，以及天然气、液化气和气态氢燃料在内的各种气态燃料。
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