СПОСОБ И СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ СГОРАНИЯ В ДВИГАТЕЛЕ НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ Российский патент 2021 года по МПК F02D19/08 F02D41/30 F02B69/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение касается технической области сгорания в двигателе на природном газе и, в частности, способа и системы для регулирования сгорания в двигателе на природном газе.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В последние годы сильная туманная погода оказывает большое влияние на жизнь и рождение жителей и опасное воздействие на здоровье людей. Частицы, испускаемые моторными автомобилями, являются основным источником городского смога.

[0003] Соответственно различным топливам, используемым автомобилями, автомобили включают в себя бензиновые автомобили и автомобили на природном газе. Автомобили на природном газе используют природный газ в качестве топлива. Так как метан в природном газе не содержит углеродных цепей, количество сажи, генерируемое во время сгорания природного газа, является относительно низким. Следовательно, применение природного газа в качестве топлива для автомобилей может эффективно регулировать выбросы и имеет большое значение для облегчения загрязнения окружающей среды.

[0004] Увеличение коэффициента сжатия обычного двигателя на природном газе ограничено детонацией. Кроме того, из-за низкой скорости сгорания природного газа тепловой кпд и мощность двигателя на природном газе, работающем в традиционном режиме сгорания, ниже аналогичных параметров для дизельного двигателя с таким же объемом.

[0005] Чтобы улучшить тепловой кпд и мощность двигателя на природном газе, согласно обычному способу небольшое количество дизельного топлива впрыскивают в положении возле верхней мертвой точки сжатия и затем природный газ впрыскивают в пламя от горения пилотного дизельного топлива так, чтобы он сгорал с горящим дизельным топливом, реализуя диффузионного сгорание природного газа. В этом режиме сгорания двигатель на природном газе не ограничивается детонацией и имеет тепловой кпд и мощность, близкие к параметрам дизельного двигателя с таким же объемом.

[0006] Исследования показали, что в описанном способе, где дизельное топливо впрыскивают для сгорания природного газа, богатая топливом зона существует во время процесса сгорания природного газа, и определенное количество сажи все еще образуется. Хотя количество РМ (твердые частицы) и РN (число частиц) в выхлопном газе, выпускаемом двигателем на природном газе, гораздо ниже, чем количество РМ и РN в выхлопном газе, выпускаемом дизельным двигателем, требуется система послеочистки, организованная как система дизельного двигателя, чтобы удовлетворять строгим стандартам выбросов Евро VI, приводящая к большим затратам.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] В настоящем изобретении обеспечивается способ регулирования сгорания в двигателе на природном газе. Данный способ включает в себя:

определение, на основании текущего рабочего параметра двигателя на природном газе, рабочего состояния двигателя на природном газе;

вычисление количества полного впрыскивания природного газа и пилотного дизельного топлива, требуемого двигателем на природном газе в данном рабочем состоянии;

установление режима диффузионного сгорания с прямым впрыскиванием в случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние холостого хода или состояние низкой нагрузки, где режим диффузионного сгорания с прямым впрыскиванием представляет собой режим, в котором дизельное топливо впрыскивают в верхней мертвой точке сжатия и затем впрыскивают природный газ;

установление режима компрессионного зажигания с активным контролем гибридного гомогенного природного газа в случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние средней нагрузки, где режим компрессионного зажигания с активным контролем гибридного гомогенного природного газа представляет собой режим, в котором природный газ впрыскивают после закрытия впускного клапана, а дизельное топливо впрыскивают в момент до верхней мертвой точки сжатия;

разделение полного количества впрыскивания на три части, включая количество впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании, количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и количество впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании в случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние высокой нагрузки; впрыскивание природного газа в количестве впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании в камеру сгорания так, чтобы смешивать с воздухом внутри камеры сгорания, на ранней стадии такта сжатия двигателя на природном газе; впрыскивание, в момент вблизи верхней мертвой точки сжатия или при большом угле опережения впрыскивания дизельного топлива, дизельного топлива в количестве впрыскивания пилотного дизельного топлива в камеру сгорания так, чтобы воспламенять предварительно впрыснутый природный газ; и впрыскивание, после заданного интервала времени, природного газа в количестве впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании в камеру сгорания,

где данная ранняя стадия такта сжатия начинается от момента времени, когда коленчатый вал поворачивается, по меньшей мере, на 10 градусов после закрытия впускного клапана,

где в случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние высокой нагрузки, распределение количества впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании, количества впрыскивания пилотного дизельного топлива и количества впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании оптимизируют согласно следующему правилу во время сгорания в двигателе на природном газе:

уменьшение количества впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании и уменьшение количества впрыскивания пилотного дизельного топлива, и увеличение количества впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании при увеличении нагрузки двигателя на природном газе.

[0008] В способе регулирования сгорания двигателя на природном газе согласно настоящему изобретению может быть три режима сгорания, основанных на разных рабочих состояниях двигателя на природном газе, что сильно улучшает тепловой кпд и мощность двигателя на природном газе, сильно снижает количество производимой сажи, делает количество РМ и РN в выхлопном газе, выпускаемом двигателем на природном газе, гораздо меньше, чем количество РМ и РN в выхлопном газе, выпускаемом дизельным двигателем, что удовлетворяет строгому стандарту выбросов Евро VI без обеспечения системы послеочистки, что снижает стоимость производства системы на природном газе.

[0009] В одном варианте осуществления данный способ дополнительно включает в себя:

определение, на основании сохраненной картосхемы, рабочего состояния и количества впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, количества впрыскивания пилотного дизельного топлива и количества впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания во время разных стадий двигателя на природном газе, где в картосхеме рабочее состояние двигателя на природном газе, которое определяют на основании вращающего момента или скорости двигателя на природном газе, является калиброванным, и количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и количество впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания в различных состояниях нагрузки двигателя на природном газе являются калиброванными.

[0010] В одном варианте осуществления давления впрыскивания, ширины импульсов впрыскивания и углы опережения впрыскивания для впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, пилотного дизельного топлива и природного газа для диффузионного сгорания в разных состояниях нагрузки двигателя на природном газе откалиброваны в картосхеме.

[0011] В одном варианте осуществления калибровка параметров каждой из рабочих стадий двигателя на природном газе в картосхеме включает в себя:

S10, исходную распределение вычисленного количества полного впрыскивания двигателя на природном газе в рабочем состоянии на: исходное количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, исходное количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и исходное количество впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания, где исходное количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания исходно имеет низкую долю;

S11, калибровку параметров двигателя на природном газе без нагрузки, применение низкого давления впрыскивания дизельного топлива и низкого давления впрыскивания природного газа во время калибровки и постепенное увеличение давления впрыскивания дизельного топлива и давления впрыскивания природного газа; впрыскивание природного газа в исходном количестве природного газа для компрессионного зажигания на ранней стадии компрессионного такта; впрыскивание, в момент вблизи верхней мертвой точки сжатия, пилотного дизельного топлива в исходном количестве впрыскивания пилотного дизельного топлива; и впрыскивание, после заданного интервала времени, природного газа в исходном количестве впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания, поддерживая стабильную работу двигателя на природном газе;

S12, поддержание давления впрыскивания природного газа, исходного количества впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, исходного количества впрыскивания пилотного дизельного топлива и исходного количества впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания в S11 неизменным и постепенное увеличение угла опережения впрыскивания для впрыскивания дизельного топлива, пока природный газ для компрессионного зажигания сгорает в активном режиме компрессионного зажигания, где угол опережения впрыскивания дизельного топлива варьирует от 5 до 50 углов поворота до верхней мертвой точки; и

S13, поддержание давления впрыскивания природного газа в S11 и угла опережения впрыскивания для впрыскивания дизельного топлива в этапе S12 неизменными; постепенное увеличение исходного количества впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, регулировка исходного количества впрыскивания пилотного дизельного топлива и снижение исходного количества впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания; получение индикаторной диаграммы и данных по экономии и выбросу двигателя на природном газе; анализ величины роста давления, характеристик детонации и максимального давления взрыва двигателя на природном газе; и оптимизация и определение доли впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания.

[0012] В одном варианте осуществления калибровочные параметры каждого из рабочих состояний двигателя на природном газе в картосхеме дополнительно содержат:

S14, постепенное увеличение давления впрыскивания природного газа и давления впрыскивания дизельного топлива, тонкая регулировка количеств впрыскивания, полученных на этапе S13, и углов опережения впрыскивания на разных стадиях, получение, сравнение и анализ параметров двигателя на природном газе, и определение оптимальных давлений впрыскивания, ширин импульсов впрыскивания и углов опережения впрыскивания в разных стадиях рабочего состояния.

[0013] В одном варианте осуществления калибровочные параметры каждого из рабочих состояний двигателя на природном газе в картосхеме дополнительно содержат:

S15, после формирования картосхемы на основании полученных параметров каждого из рабочих состояний на этапах S10-S14, оптимизация картосхемы во всех состояниях нагрузки на основании интервала флуктуации температуры впускного воздуха двигателя на природном газе и интервала флуктуации температуры охладителя двигателя на природном газе.

[0014] В одном варианте осуществления доля впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания на этапе S13 составляет от 10% до 50%.

[0015] В одном варианте осуществления давление впрыскивания в картосхеме варьирует от 12 МПа до 30 МПа, ширина импульса впрыскивания меняется от периода времени, в котором коленчатый вал поворачивается на 5 градусов, до периода времени, в котором коленчатый вал поворачивается на 30 градусов, и угол опережения впрыскивания варьирует от 5 до 100 углов поворота до верхней мертвой точки.

[0016] В одном варианте осуществления текучий рабочий параметр, на основании которого определяют рабочее состояние двигателя на природном газе, содержит одно или несколько из скорости, крутящего момента, температуры впускного трубопровода и давления впускного трубопровода двигателя на природном газе.

[0017] В одном варианте осуществления давления впрыскивания природного газа и дизельного топлива меняются от 12 МПа до 18 МПа в состоянии холостого хода или состоянии низкой нагрузки, и/или давления впрыскивания природного газа и дизельного топлива меняются от 18 МПа до 24 МПа в состоянии средней нагрузки, и/или давления впрыскивания природного газа и дизельного топлива меняются от 24 МПа до 30 МПа в состоянии высокой нагрузки.

[0018] В одном варианте осуществления ранняя стадия компрессионного такта начинается с момента времени, когда коленчатый вал поворачивается на 10 градусов после закрытия впускного клапана, до момента времени, когда коленчатый вал поворачивается на 50 градусов после закрытия впускного клапана, момент вблизи верхней мертвой точки меняется в пределах 5-20 углов поворота до верхней мертвой точки или меняется от 5 до 20 углов поворота после верхней мертвой точки, и заданный интервал времени меняется от периода времени, требуемого для поворота коленчатого вала на 10 градусов, до периода времени, требуемого для поворота коленчатого вала на 30 градусов.

[0019] Кроме того, в настоящем изобретении дополнительно обеспечивается система регулировки сгорания двигателя на природном газе. Данная система включает в себя двигатель на природном газе и контроллер, где контроллер организован так, чтобы выполнять способ регулирования сгорания двигателя на природном газе, описанный выше.

[0020] Так как система согласно настоящему изобретению интегрирована с вышеописанным способом, данная система имеет такие же технические эффекты, как и способ.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0021] Фигура 1 представляет собой блок-схему способа регулирования сгорания двигателя на природном газе согласно настоящему изобретению; и

[0022] Фигура 2 представляет собой схематичное изображение, показывающее способ калибровки параметров в картосхеме согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0023] Чтобы позволить специалистам в данной области техники лучше понять технические решения настоящего изобретения, настоящее изобретение подробно описывается ниже в совокупности с выбранным способом, выбранным устройством, сопровождающими чертежами и вариантами осуществления.

[0024] Делается ссылка на фигуру 1 и фигуру 2. Фигура 1 представляет собой блок-схему способа регулирования сгорания двигателя на природном газе согласно настоящему изобретению; и фигура 2 представляет собой схематичное изображение, показывающее способ калибровки параметров в картосхеме согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0025] В настоящем изобретении топливом двигателя на природном газе главным образом является природный газ, а дизельное топливо здесь впрыскивают для воспламенения природного газа. Система двигателя на природном газе включает в себя двигатель на природном газе, регулятор давления природного газа, трубопровод природного газа высокого давления, впускной трубопровод, трубопровод дизельного топлива, насос дизельного топлива высокого давления, промежуточный охладитель и турбокомпрессор. Конкретная структура системы двигателя на природном газе не описывается в данном описании. Соединяющие взаимосвязи и структуры компонентов в системе двигателя на природном газе могут относиться к обычной технологии. Данное описание описывает главным образом способ регулирования сгорания двигателя на природном газе.

[0026] Способ регулирования сгорания двигателя на природном газе согласно настоящему изобретению включает в себя следующие этапы S1 и S2.

[0027] На этапе S1 определяют, на основании текущего рабочего параметра двигателя на природном газе, рабочее состояние двигателя на природном газе и вычисляют полное количество впрыскивания природного газа и пилотного дизельного топлива, требуемого двигателем на природном газе в данном рабочем состоянии.

[0028] Рабочее состояние двигателя на природном газе может включать в себя: состояние холостого хода или состояние низкой нагрузки, состояние средней нагрузки и состояние высокой нагрузки. Данные три состояния нагрузки могут быть определены путем сбора рабочих параметров двигателя на природном газе. Текущий рабочий параметр включает в себя одно или несколько из скорости, крутящего момента, температуры впускного трубопровода и давления впускного трубопровода двигателя на природном газе. Состояние холостого хода или состояние низкой нагрузки относится к состоянию, в котором дроссельный клапан открыт менее чем на 25%. Состояние средней нагрузки представляет собой состояние, в котором открытие дроссельного клапана составляет от 25% до 75% (или 80%). Состояние высокой нагрузки представляет собой состояние, в котором открытие дроссельного клапана выше чем 75% (или 80%). Очевидно, данные три состояния нагрузки могут задаваться по разному для разных двигателей, что не мешает пониманию и исполнению технических решений настоящего изобретения специалистами.

[0029] Полное количество впрыскивания природного газа и пилотного дизельного топлива равно сумме количества впрыскивания природного газа и количества впрыскивания дизельного топлива.

[0030] На этапе S2 принят режим диффузионного сгорания с прямым впрыскиванием, в случае которого рабочее состояние представляет собой состояние холостого хода или состояние низкой нагрузки. Режим диффузионного сгорания с прямым впрыскиванием представляет собой режим, в котором дизельное топливо впрыскивают в верхней мертвой точке компрессии и затем впрыскивают природный газ.

[0031] Понятно, что дизельное топливо может впрыскиваться один или несколько раз в верхней мертвой точке компрессии, чтобы удовлетворять требованиям количества впрыскивания дизельного топлива, и требования для количества впрыскивания природного газа также могут удовлетворяться таким же образом. Природный газ может впрыскиваться в заданном интервале времени после впрыскивания дизельного топлива. Природный газ впрыскивают в пламя, образованное путем сгорания дизельного топлива, и он воспламеняется с помощью пламени дизельного топлива, и природный газ впрыскивают при горении. В случае, когда двигатель на природном газе находится в состоянии холостого хода или состоянии низкой нагрузки, коэффициент избытка воздуха высок, температура сгорания низкая, и количество генерируемого NОх и сажи невелико, так что двигатель на природном газе стабильно работает в режиме диффузионного сгорания с прямым впрыскиванием.

[0032] На этапе S2 принят режим компрессионного зажигания с активным контролем гибридного гомогенного природного газа в случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние средней нагрузки. Режим компрессионного зажигания с активным контролем гибридного гомогенного природного газа представляет собой режим, в котором природный газ впрыскивают после закрытия впускного клапана, а дизельное топливо впрыскивают в момент до верхней мертвой точки сжатия.

[0033] В состоянии средней нагрузки температура сжатия увеличивается, а тепловой кпд улучшается и выбросы снижаются путем применения режима компрессионного зажигания с активным контролем гибридного гомогенного природного газа. В режиме компрессионного зажигания с активным контролем гибридного гомогенного природного газа природный газ впрыскивают на ранней стадии такта сжатия, так что природный газ полностью смешивается с воздухом внутри камеры сгорания, затем дизельное топливо впрыскивают с большим углом опережения впрыскивания. После того, как дизельное топливо сжимается и воспламеняется, давление и температура в камере сгорания быстро увеличиваются, и предварительно смешанный природный газ и воздух сжимаются и воспламеняются, реализуя цикл низкотемпературного сгорания, снижая количество образуемого NОх и сажи и улучшая тепловой кпд. В режиме компрессионного зажигания с активным контролем гибридного гомогенного природного газа хронометраж сгорания зависит от температуры входящего воздуха. Следовательно, чтобы сделать двигатель на природном газе имеющим хорошую приспособляемость и в горячей области, и в холодной области, блок контроля температуры после промежуточного охлаждения регулирует интенсивность охлаждения промежуточного охладителя в ответ на сигнал от контроллера, основанный на данных, собранных датчиком температуры перед промежуточным охлаждением, датчиком давления перед промежуточным охлаждением, датчиком температуры после промежуточного охлаждения и датчиком давления после промежуточного охлаждения. Путем регулирования интенсивности охлаждения промежуточного охладителя контрольной системой, температуру после промежуточного охлаждения регулируют так, чтобы она сочеталась с моментом времени для впрыскивания дизельного топлива, когда двигатель на природном газе работает в горячей области или холодной области, что ведет к хорошему контролю хронометража сгорания и расширению режима сгорания при низкой нагрузке.

[0034] На этапе S2 полное количество впрыскивания делится на три части, включая количество впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании, количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и количество впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании в случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние высокой нагрузки. Природный газ в количестве впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании впрыскивают в камеру сгорания так, чтобы смешивать с воздухом внутри камеры сгорания на ранней стадии такта сжатия двигателя на природном газе. Дизельное топливо в количестве впрыскивания пилотного дизельного топлива впрыскивают в момент вблизи верхней мертвой точки сжатия или при большом угле опережения впрыскивания в камеру сгорания так, чтобы воспламенять предварительно впрыснутый природный газ. После заданного интервала времени природный газ в количестве впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании впрыскивают в камеру сгорания.

[0035] В настоящем изобретении ранняя стадия такта сжатия начинается от момента времени, когда коленчатый вал поворачивается, по меньшей мере, на 10 градусов после закрытия впускного клапана. То есть, ранняя стадия такта сжатия начинается от момента времени, когда коленчатый вал поворачивается на 10 градусов или больше после закрытия впускного клапана. Ранняя стадия такта сжатия может оцениваться в терминах угла вращения коленчатого вала. Ранняя стадия такта сжатия может быть периодом времени, внутри которого коленчатый вал поворачивается на заданный угол от начальной точки. Например, ранняя стадия такта сжатия может быть периодом времени, внутри которого коленчатый вал поворачивается на угол от 10 градусов до 50 градусов после закрытия впускного клапана, то есть ранняя стадия такта сжатия определяется как период времени от момента времени, когда коленчатый вал поворачивается на 10 градусов, до момента времени, когда коленчатый вал поворачивается на 50 градусов, после закрытия впускного клапана.

[0036] В случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние высокой нагрузки, топливо впрыскивают в камеру сгорания в три стадии: первое впрыскивание природного газа, впрыскивание дизельного топлива и второе впрыскивание природного газа. После первого впрыскивания природный газ полностью смешивается с воздухом внутри камеры сгорания, дизельное топливо впрыскивают в момент вблизи верхней мертвой точки сжатия. Дизельное топливо сжимается и воспламеняется, затем давление и температура в камере сгорания быстро увеличиваются. Смесь природного газа первого впрыскивания и воздуха быстро воспламеняется, реализуя активное компрессионное зажигание. Затем природный газ впрыскивают второй раз в пламя в камере сгорания, реализуя диффузионное сгорание природного газа второго впрыскивания. Первый впрыснутый природный газ может впрыскиваться после закрытия впускного клапана, а второй впрыснутый природный газ впрыскивается при углах опережения от 30 до 5 углов поворота до верхней мертвой точки. Диапазон от 30 до 5 углов поворота до верхней мертвой точки указывает, что коленчатый вал должен повернуться от 30 градусов до 5 градусов, чтобы достичь верхней мертвой точки. Понимание угла поворота в данном описании такое же, как объясняется выше.

[0037] В отличие от описания выше, момент времени для впрыскивания дизельного топлива является разным, и дизельное топливо может впрыскиваться в момент вблизи верхней мертвой точки. Природный газ впрыскивают вышеуказанным образом.

[0038] В случае, когда рабочее состояние является состоянием высокой нагрузки, комбинация активного компрессионного зажигания природного газа и диффузионного сгорания природного газа реализуется в рабочем цикле двигателя на природном газе. Так как тепловой кпд природного газа в режиме активного компрессионного зажигания выше, чем тепловой кпд природного газа в режиме диффузионного сгорания, тепловой кпд природного газа в комбинационном режиме выше, чем тепловой кпд в режиме диффузионного сгорания с прямым впрыскиванием высокого давления, принятом в камере природного газа в обычной технологии. Так как активное компрессионное зажигание природного газа относится к низкотемпературному сгоранию, количество выпускаемого NОх и сажи может снижаться, так что выбросы в комбинационном режиме природного газа ниже, чем выбросы в режиме диффузионного сгорания природного газа. Режим активного компрессионного зажигания природного газа, когда применяется отдельно, имеет более узкий интервал применения из-за ограничения на величину роста давления и, таким образом, не применяется в состоянии высокой нагрузки. В комбинационном режиме диффузионное сгорание природного газа присоединяется на поздней стадии сгорания, снижая скорость выделения тепла и скорость роста давления в состоянии высокой нагрузки, и устраняется ограничение детонации. Таким образом, может применяться коэффициент сжатия такой же, как в дизельном двигателе, и вклад активного компрессионного зажигания природного газа может надежно регулироваться во время процесса калибровки, расширяя работу в состоянии высокой нагрузки двигателя на природном газе.

[0039] Из описания выше можно видеть, что со способом регулирования сгорания двигателя на природном газе согласно настоящему изобретению может быть три режима сгорания, основанных на разных рабочих состояниях двигателя на природном газе, что сильно улучшает тепловой кпд и мощность двигателя на природном газе, сильно снижает количество получаемой сажи, делает количество РМ и РN в выхлопном газе, выпускаемом двигателем на природном газе, гораздо ниже, чем количество РМ и РN в выхлопном газе, выпускаемом дизельным двигателем, что удовлетворяет строгому стандарту выбросов Евро VI без обеспечения системы послеочистки и снижает стоимость производства системы на природном газе.

[0040] В вариантах осуществления выше, в случае, когда рабочее состояние является состоянием высокой нагрузки, распределение количества впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, количества впрыскивания пилотного дизельного топлива и количества впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания во время сгорания в двигателе на природном газе оптимизируют согласно следующему правилу:

снижение количества впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания и снижение количества впрыскивания пилотного дизельного топлива, и увеличение количества впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания при увеличении нагрузки двигателя на природном газе.

[0041] Кроме того, может быть определено рабочее состояние, количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и количество впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания в разных стадиях состояния высокой нагрузки на основании сохраненной картосхемы. В картосхеме откалибровано рабочее состояние двигателя на природном газе, которое определяется на основании вращательного момента или скорости двигателя на природном газе, и количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и количество впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания в разных состояния нагрузки двигателя на природном газе.

[0042] В одном варианте осуществления в картосхеме дополнительно откалиброваны давления впрыскивания, ширины импульсов впрыскивания и углы опережения впрыскивания для природного газа для компрессионного зажигания, пилотного дизельного топлива и природного газа для природного газа для в разных состояния нагрузки двигателя на природном газе.

[0043] Способ калибровки параметров каждого из рабочих состояний двигателя на природном газе в картосхеме включает в себя следующие этапы S10-S13.

[0044] На этапе S10 вычисленное полное количество впрыскивания двигателя на природном газе в данном рабочем состоянии исходно разделяют на исходное количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, исходное количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и исходное количество впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания. Исходное количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания исходно имеет низкую долю в распределении.

[0045] На этапе S11 сначала калибруют параметры состояния холостого хода двигателя на природном газе. Низкое давление впрыскивания дизельного топлива и низкое давление впрыскивания природного газа сначала применяют во время способа калибровки, и давление впрыскивания дизельного топлива и давление впрыскивания природного газа постепенно увеличивают. Природный газ в исходном количестве впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания впрыскивают на ранней стадии компрессионного такта. Затем пилотное дизельное топливо в исходном количестве впрыскивания пилотного дизельного топлива впрыскивают в момент вблизи верхней мертвой точки сжатия. После заданного интервала времени выпрыскивают природный газ в исходном количестве впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания. Таким образом, двигатель на природном газе может поддерживаться в стабильной работе.

[0046] Минимальное давление впрыскивания дизельного топлива и минимальное давление впрыскивания природного газа представляют собой давления впрыскивания, при которых дизельное топливо и природный газ способны впрыскиваться.

[0047] На этапе S11 давление впрыскивания природного газа, исходное количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, исходное количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и исходное количество впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания поддерживают неизменными, а угол опережения впрыскивания для впрыскивания дизельного топлива постепенно увеличивают, пока природный газ для компрессионного зажигания сгорает в активном режиме компрессионного зажигания.

[0048] На этапе S12 угол опережения впрыскивания дизельного топлива находится в интервале от 5 до 50 углов поворота до верхней мертвой точки. То есть, угол опережения впрыскивания может меняться во время вращения коленчатого вала от 50 градусов до верхней мертвой точки до 5 градусов до верхней мертвой точки.

[0049] На этапе S13 давление впрыскивания природного газа на этапе S11 и угол опережения впрыскивания на этапе S12 поддерживают неизменными, исходное количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания постепенно увеличивают, исходное количество впрыскивания пилотного дизельного топлива регулируют, исходное количество впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания снижают, получают индикаторную диаграмму и данные по экономии и выбросу двигателя на природном газе, анализируют скорость роста давления, характеристики детонации и максимальное давление взрыва двигателя на природном газе, и оптимизируют и определяют долю впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания. Оптимизация и определение доли впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания означают определение количества впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, количества впрыскивания пилотного дизельного топлива и количества впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания в состоянии высокой нагрузки. При регулировке количества впрыскивания пилотного дизельного топлива количество впрыскивания пилотного дизельного топлива может увеличиваться или уменьшаться. Подходящая доля впрыскивания природного газа может быть выбрана при рассмотрении других рабочих параметров. На основании большого числа экспериментов доказано, что, если доля впрыскивания природного газа составляет от 10% до 50%, параметры системы контроля сгорания являются оптимальными.

[0050] Чтобы точно определить количества впрыскивания на разных стадиях состояния высокой нагрузки, способ калибровки параметров каждого из рабочих состояний двигателя на природном газе в картосхеме дополнительно включает в себя этап S14.

[0051] На этапе S14 давление впрыскивания природного газа и давление впрыскивания дизельного топлива постепенно увеличивают, количества впрыскивания, полученные на этапе S13, и углы опережения впрыскивания на разных стадиях тонко регулируют, получают, сравнивают и анализируют параметры двигателя на природном газе, и определяют оптимальные давления впрыскивания, ширины импульсов впрыскивания и углы опережения впрыскивания в разных стадиях рабочего состояния.

[0052] Вышеуказанные этапы не составляют абсолютной последовательности, и настоящее изобретение только показывает конкретное исполнение.

[0053] Кроме того, способ калибровки параметров каждого из рабочих состояний двигателя на природном газе в картосхеме в вышеуказанных вариантах осуществления дополнительно включает в себя этап S15.

[0054] На этапе S15, после формирования картосхемы на основании параметров каждого из рабочих состояний, полученных на этапах S10-S14, картосхему во всех состояниях нагрузки оптимизируют на основании интервала флуктуации температуры впускного воздуха двигателя на природном газе и интервала флуктуации температуры охладителя двигателя на природном газе.

[0055] То есть, путем оптимизации параметров всех рабочих состояний температуру впускного воздуха двигателя на природном газе поддерживают в интервале флуктуации и температуру охладителя двигателя на природном газе также поддерживают в интервале флуктуации, так что двигатель на природном газе может работать в более лучшем рабочем состоянии.

[0056] В вышеприведенных вариантах осуществления давление впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания варьирует от 24 МПа до 30 МПа в состоянии высокой нагрузки.

[0057] В вышеприведенных вариантах осуществления давления впрыскивания природного газа и дизельного топлива варьируют от 12 МПа до 18 МПа в состоянии холостого хода или в состоянии низкой нагрузки, и/или давления впрыскивания природного газа и дизельного топлива варьируют от 18 МПа до 24 МПа в состоянии средней нагрузки.

[0058] В вышеприведенных вариантах осуществления давления впрыскивания в картосхеме варьируют от 12 МПа до 30 МПа, ширина импульса впрыскивания меняется от периода времени, в котором коленчатый вал поворачивается на 5 градусов, до периода времени, в котором коленчатый вал поворачивается на 30 градусов, и угол опережения впрыскивания варьирует от 5 до 100 углов поворота до верхней мертвой точки.

[0059] Вышеуказанные интервалы являются предпочтительными интервалами для поддержания работы двигателя на природном газе, и конкретные величины могут иметь определенные флуктуации.

[0060] На основании вышеописанного способа в настоящем изобретении дополнительно обеспечивается система регулировки сгорания двигателя на природном газе. Данная система включает в себя двигатель на природном газе и контроллер, где контроллер организован так, чтобы выполнять способ регулирования сгорания двигателя на природном газе, описанный в любом из вариантов осуществления выше.

[0061] Данный контроллер может представлять собой ЭКБ (электронный контрольный блок) автомобиля.

[0062] Так как вышеописанный способ интегрирован в систему согласно настоящему изобретению, данная система имеет такие же технические эффекты, как и способ.

[0063] Варианты осуществления, описанные выше, являются только предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения. Следует заметить, что специалисты в данной области техники могут также сделать улучшения и модификации без отклонения от принципа настоящего изобретения. Такие улучшения и модификации следует также рассматривать как попадающие в объем защиты настоящего изобретения.

Изобретение может быть использовано в двигателях, работающих на природном газе. Способ регулирования сгорания в двигателе на природном газе заключается в том, что определяют, на основании текущего рабочего параметра двигателя на природном газе, рабочее состояние двигателя. Вычисляют количество полного впрыскивания природного газа и пилотного дизельного топлива, требуемое двигателем в данном рабочем состоянии. Осуществляют режим диффузионного сгорания с прямым впрыскиванием в случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние холостого хода или состояние низкой нагрузки. Режим диффузионного сгорания с прямым впрыскиванием представляет собой режим, в котором дизельное топливо впрыскивают в верхней мертвой точке сжатия и затем впрыскивают природный газ. Осуществляют режим компрессионного зажигания с активным контролем гибридного гомогенного природного газа в случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние средней нагрузки. Режим компрессионного зажигания с активным контролем гибридного гомогенного природного газа представляет собой режим, в котором природный газ впрыскивают после закрытия впускного клапана, а дизельное топливо впрыскивают в момент до верхней мертвой точки сжатия. Разделяют полное количество впрыскивания на три части, включающие количество впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании, количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и количество впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании, в случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние высокой нагрузки. Впрыскивают природный газ в количестве впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании в камеру сгорания так, чтобы смешивать с воздухом внутри камеры сгорания, на ранней стадии такта сжатия двигателя на природном газе. Впрыскивают, в момент вблизи верхней мертвой точки сжатия или при большом угле опережения впрыскивания дизельного топлива, дизельное топливо в количестве впрыскивания пилотного дизельного топлива в камеру сгорания для того, чтобы воспламенять предварительно впрыснутый природный газ. Впрыскивают, после заданного интервала времени, природный газ в количестве впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании в камеру сгорания. Данная ранняя стадия такта сжатия начинается от момента времени, когда коленчатый вал поворачивается, по меньшей мере, на 10 градусов после закрытия впускного клапана. В случае когда рабочее состояние представляет собой состояние высокой нагрузки, распределение количества впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании, количества впрыскивания пилотного дизельного топлива и количества впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании оптимизируют согласно следующему правилу во время сгорания в двигателе на природном газе. Уменьшают количество впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании, уменьшают количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и увеличивают количество впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании при увеличении нагрузки двигателя на природном газе. Раскрыта система регулировки сгорания двигателя на природном газе. Технический результат заключается в улучшении теплового кпд и мощности двигателя на природном газе. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ регулирования сгорания в двигателе на природном газе, в котором:

определяют, на основании текущего рабочего параметра двигателя на природном газе, рабочее состояние двигателя на природном газе;

вычисляют количество полного впрыскивания природного газа и пилотного дизельного топлива, требуемое двигателем на природном газе в данном рабочем состоянии;

принимают режим диффузионного сгорания с прямым впрыскиванием в случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние холостого хода или состояние низкой нагрузки, причем режим диффузионного сгорания с прямым впрыскиванием представляет собой режим, в котором дизельное топливо впрыскивают в верхней мертвой точке сжатия и затем впрыскивают природный газ;

принимают режим компрессионного зажигания с активным контролем гибридного гомогенного природного газа в случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние средней нагрузки, причем режим компрессионного зажигания с активным контролем гибридного гомогенного природного газа представляет собой режим, в котором природный газ впрыскивают после закрытия впускного клапана, а дизельное топливо впрыскивают в момент до верхней мертвой точки сжатия;

разделяют полное количество впрыскивания на три части, включающие количество впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании, количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и количество впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании, в случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние высокой нагрузки; впрыскивают природный газ в количестве впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании в камеру сгорания так, чтобы смешивать с воздухом внутри камеры сгорания, на ранней стадии такта сжатия двигателя на природном газе; впрыскивают, в момент вблизи верхней мертвой точки сжатия или при большом угле опережения впрыскивания дизельного топлива, дизельное топливо в количестве впрыскивания пилотного дизельного топлива в камеру сгорания для того, чтобы воспламенять предварительно впрыснутый природный газ; и впрыскивают, после заданного интервала времени, природный газ в количестве впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании в камеру сгорания,

причем данная ранняя стадия такта сжатия начинается от момента времени, когда коленчатый вал поворачивается, по меньшей мере, на 10 градусов после закрытия впускного клапана,

причем в случае, когда рабочее состояние представляет собой состояние высокой нагрузки, распределение количества впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании, количества впрыскивания пилотного дизельного топлива и количества впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании оптимизируют согласно следующему правилу во время сгорания в двигателе на природном газе:

уменьшают количество впрыскивания природного газа при компрессионном зажигании, и уменьшают количество впрыскивания пилотного дизельного топлива, и увеличивают количество впрыскивания природного газа при диффузионном сгорании при увеличении нагрузки двигателя на природном газе.

2. Способ по п. 1, в котором дополнительно:

определяют, на основании сохраненной картосхемы, рабочее состояние и количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и количество впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания во время разных стадий двигателя на природном газе, причем в картосхеме рабочее состояние двигателя на природном газе, которое определяют на основании вращающего момента или скорости двигателя на природном газе, является калиброванным, и количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и количество впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания в различных состояниях нагрузки двигателя на природном газе являются калиброванными.

3. Способ по п. 2, в котором давления впрыскивания, ширины импульсов впрыскивания и углы опережения впрыскивания для впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, пилотного дизельного топлива и природного газа для диффузионного сгорания в разных состояниях нагрузки двигателя на природном газе откалиброваны в картосхеме.

4. Способ по п. 2, в котором при калибровке параметров каждой из рабочих стадий двигателя на природном газе в картосхеме:

S10, исходно разделяют вычисленное количество полного впрыскивания двигателя на природном газе в рабочем состоянии на: исходное количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, исходное количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и исходное количество впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания, причем исходное количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания исходно имеет низкую долю распределения;

S11, калибруют параметры двигателя на природном газе без нагрузки, применяют низкое давление впрыскивания дизельного топлива и низкое давление впрыскивания природного газа во время калибровки и постепенно увеличивают давление впрыскивания дизельного топлива и давление впрыскивания природного газа; впрыскивают природный газ в исходном количестве природного газа для компрессионного зажигания на ранней стадии компрессионного такта; впрыскивают, в момент вблизи верхней мертвой точки сжатия, пилотное дизельное топливо в исходном количестве впрыскивания пилотного дизельного топлива; и впрыскивают, после заданного интервала времени, природный газ в исходном количестве впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания, тем самым поддерживая стабильную работу двигателя на природном газе;

S12, поддерживают давление впрыскивания природного газа, исходное количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, исходное количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и исходное количество впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания в S11 неизменным и постепенно увеличивают угол опережения впрыскивания для впрыскивания дизельного топлива, пока природный газ для компрессионного зажигания сгорает в активном режиме компрессионного зажигания, причем угол опережения впрыскивания дизельного топлива варьирует от 5 до 50 углов поворота до верхней мертвой точки; и

S13, поддерживают давление впрыскивания природного газа в S11 и угол опережения впрыскивания для впрыскивания дизельного топлива в этапе S12 неизменными; постепенно увеличивают исходное количество впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания, регулируют исходное количество впрыскивания пилотного дизельного топлива и снижают исходное количество впрыскивания природного газа для диффузионного сгорания; получают индикаторную диаграмму и данные по экономии и выбросу двигателя на природном газе; анализируют скорость роста давления, характеристики детонации и максимальное давление взрыва двигателя на природном газе; и оптимизируют и определяют долю впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания.

5. Способ по п. 4, в котором при калибровке параметров каждой из рабочих стадий двигателя на природном газе в картосхеме дополнительно:

S14, постепенно увеличивают давление впрыскивания природного газа и давление впрыскивания дизельного топлива, тонко регулируют количества впрыскивания, полученные на этапе S13, и углы опережения впрыскивания на разных стадиях, получают, сравнивают и анализируют параметры двигателя на природном газе, и определяют оптимальные давления впрыскивания, ширины импульсов впрыскивания и углы опережения впрыскивания в разных стадиях рабочего состояния.

6. Способ по п. 5, в котором при калибровке параметров каждой из рабочих стадий двигателя на природном газе в картосхеме дополнительно:

S15, после того, как формируют картосхему на основании полученных параметров каждого из рабочих состояний на этапах S10-S14, оптимизируют картосхему во всех состояниях нагрузки на основании интервала флуктуации температуры впускного воздуха двигателя на природном газе и интервала флуктуации температуры охладителя двигателя на природном газе.

7. Способ по п. 5, в котором доля впрыскивания природного газа для компрессионного зажигания на этапе S13 составляет от 10% до 50%.

8. Способ по п. 3, в котором давление впрыскивания в картосхеме варьирует от 12 МПа до 30 МПа, ширина импульса впрыскивания меняется от периода времени, в котором коленчатый вал поворачивается на 5 градусов, до периода времени, в котором коленчатый вал поворачивается на 30 градусов, и угол опережения впрыскивания варьирует от 5 до 100 углов поворота до верхней мертвой точки.

9. Способ по любому из пп. 4-8, в котором текучий рабочий параметр, на основании которого определяют рабочее состояние двигателя на природном газе, содержит одно или несколько из скорости, крутящего момента, температуры впускного трубопровода и давления впускного трубопровода двигателя на природном газе.

10. Способ по п. 1, в котором давления впрыскивания природного газа и дизельного топлива меняются от 12 МПа до 18 МПа в состоянии холостого хода или состоянии низкой нагрузки, и/или давления впрыскивания природного газа и дизельного топлива меняются от 18 МПа до 24 МПа в состоянии средней нагрузки, и/или давления впрыскивания природного газа и дизельного топлива меняются от 24 МПа до 30 МПа в состоянии высокой нагрузки.

11. Способ по п. 1, в котором ранняя стадия компрессионного такта начинается с момента времени, когда коленчатый вал поворачивается на 10 градусов после закрытия впускного клапана, до момента времени, когда коленчатый вал поворачивается на 50 градусов после закрытия впускного клапана, момент вблизи верхней мертвой точки меняется в пределах 5-20 углов поворота до верхней мертвой точки или меняется от 5 до 20 углов поворота после верхней мертвой точки, и заданный интервал времени меняется от периода времени, требуемого для поворота коленчатого вала на 10 градусов, до периода времени, требуемого для поворота коленчатого вала на 30 градусов.

12. Система регулировки сгорания двигателя на природном газе, содержащая:

двигатель на природном газе; и

контроллер, выполненный с возможностью осуществлять способ регулирования сгорания двигателя на природном газе по любому из пп. 1-11.