一种气体燃料发动机的双喷射系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及气体燃料发动机技术领域，尤其涉及一种气体燃料发动机的双喷射系统及其控制方法。

背景技术

气体燃料发动机应用于车辆时，使用储气罐来储存燃料，并依靠储气罐的压力通过降压、稳压等措施后在气轨内形成稳定的供气压力，使得喷嘴在规定的喷射压力下喷出气体燃料，该喷射压力需要足以克服内燃机气道或者缸内的气体背压。气体燃料发动机的燃料供给方式主要有气道喷射和缸内直接喷射。

对于气道喷射气体燃料发动机，该喷射压力需要高于喷射持续期内的气道内气体背压，一般为0.5Mpa-1Mpa。对于缸内直接喷射气体的燃料发动机，该喷射压力需要高于喷射持续期内的缸内气体背压，一般为2MPa-20MPa。因此缸内直接喷射气体燃料发动机需要的喷射压力会远远高于气道喷射气体燃料发动机。

随着车辆的运行，储气瓶内的气体燃料被逐渐消耗，储气瓶出口处的压力会逐渐降低，当储气瓶压力低于喷嘴所需喷射压力时，气体喷嘴流量下降，将无法满足发动机正常运行的喷气量需求，此时需要用户去加气站添加燃料。喷嘴需要的喷射压力越高，储气瓶内剩余气体燃料质量就越大，储气瓶实际可用燃料量就越小。以使用35MPa的车载储气系统的车辆举例说明，如果使用喷射压力为0.5MPa的气道喷射气体的燃料发动机，储气瓶压力降低到0.5MPa后发动机将无法正常运行；如果使用喷射压力为10MPa的缸内直接喷射气体的燃料发动机，储气瓶压力降低到10MPa后发动机将无法正常运行，储气瓶内近1/3的气体燃料无法被使用，其储气瓶内气体燃料利用率远低于气道喷射。

气道喷射气体燃料发动机的燃料喷嘴安装在进气歧管的各缸支管上，或是安装在缸盖上，将燃料喷射到发动机进气歧管内。这种形式的优点是喷嘴喷射压力较低，缺点主要有：1、气体喷射在气道内会占据进气体积，影响发动机充气效率，尤其是气体燃料密度较小时，对发动机充气效率的影响会大大降低发动机动力性；2、产生回火等异常燃烧的风险较大。

缸内直接喷射气体燃料发动机的燃料喷嘴安装在气缸盖上，将燃料直接喷射到发动机燃烧室内。缸内直接喷射的气体燃料发动机优点主要有：1、可以通过使用闭阀喷射的策略降低对充气效率的影响，从而提高发动机升功率和热效率；2、可以通过闭阀喷射策略避免回火。其缺点主要是喷嘴喷射压力较高，储气瓶压力低于喷嘴喷射压力后发动机就无法正常运行，导致储气瓶内燃料利用率较低。当前缸内直喷气体燃料发动机的喷射控制策略是，在不同运行区域采用不同的喷射压力，小负荷区域使用较低的喷射压力，大负荷区域使用较高的喷射压力，该方案的缺点有：1、当储气瓶压力低于最高使用喷射压力，仍然有部分工况点无法正常运行；2、由于气体燃料可压缩的特性，在瞬态工况下不同气压间的切换速度与控制精度难以保证，从而无法精确控制瞬态工况下的燃料喷射量。

通过对比可知，缸内直喷气体燃料发动机的动力性、热效率等性能指标更优，但储气瓶内燃料利用率较低，影响其整车续航里程；气道喷射气体燃料发动机储气瓶内燃料利用率较高，但其动力性、热效率较低，且易产生回火等异常燃烧问题。

如果想要提高气体燃料发动机汽车的整车燃料经济性和续航里程，当整车布置空间有限、无法加大储气瓶容量时，只能降低发动机耗气量、提高储气瓶内燃料利用率。

因此，亟需一种气体燃料发动机的双喷射系统及其控制方法，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体燃料发动机的双喷射系统及其控制方法，其具有缸内直喷和气道喷射两种供气方式的优点，提高了气体燃料发动机汽车的整车燃料经济性和续航里程。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供一种气体燃料发动机的双喷射系统，包括：

发动机；

缸内直喷喷嘴，其用于向所述发动机的燃烧室内喷射气体燃料；

气道喷嘴，其用于向所述发动机进气歧管内喷射气体燃料；

供气管路；

高压喷射气轨，其连接所述供气管路和所述缸内直喷喷嘴；

低压喷射气轨，其连接所述供气管路和所述气道喷嘴；

储气罐，其连接于所述供气管；

第一压力检测件，其设置在所述储气罐的出口，用于检测所述储气罐出口的压力；

ECU，所述第一压力检测件、所述缸内直喷喷嘴和所述气道喷嘴均与所述ECU电连接，所述ECU用于控制所述缸内直喷喷嘴和所述气道喷嘴是否开启。

作为一种气体燃料发动机的双喷射系统的优选技术方案，所述供气管与所述ECU电连接，所述ECU还用于控制所述供气管降压。

作为一种气体燃料发动机的双喷射系统的优选技术方案，还包括：

第二压力检测件，其设置在所述高压喷射气轨上，且与所述ECU电连接，所述第二压力检测件用于检测所述高压喷射气轨内的气压。

所述第三压力检测件，其设置在所述低压喷射气轨上，且与所述ECU电连接，所述第三压力检测件用于检测所述低压喷射气轨内的气压。

作为一种气体燃料发动机的双喷射系统的优选技术方案，所述缸内直喷喷嘴安装在所述发动机的缸盖上。

作为一种气体燃料发动机的双喷射系统的优选技术方案，所述气道喷嘴安装在进气歧管或气缸盖内的气道上。

第二方面，提供一种气体燃料发动机的双喷射系统的控制方法，其采用了如上所述的气体燃料发动机的双喷射系统，其包括：

根据供气压力，确定发动机的喷射模式，所述喷射模式包括缸内直喷单独工作模式、缸内直喷和气道喷射共同工作模式以及气道喷射单独工作模式。

作为一种气体燃料发动机的双喷射系统的控制方法的优选技术方案，所述缸内直喷单独工作模式为所述缸内直喷喷嘴向所述发动机的燃烧室内喷射气体燃料，所述气道喷嘴处于关闭状态；

所述缸内直喷和气道喷射共同工作模式为所述缸内直喷喷嘴向所述发动机的燃烧室内喷射气体燃料，同时所述气道喷嘴向所述发动机进气歧管内喷射气体燃料；

所述气道喷射单独工作模式为所述缸内直喷喷嘴处于关闭状态，所述气道喷嘴向所述发动机进气歧管内喷射气体燃料。

作为一种气体燃料发动机的双喷射系统的控制方法的优选技术方案，根据供气压力，确定发动机的喷射模式，包括如下步骤：

当所述供气压力大于等于第一预设压力时，所述发动机的喷射模式为缸内直喷单独工作模式；

当所述供气压力大于等于第二预设压力，且小于第一预设压力时，所述发动机的喷射模式为缸内直喷和气道喷射共同工作模式；

当所述供气压力小于所述第二预设压力时，所述发动机的喷射模式为气道喷射单独工作模式；

其中，所述第一预设压力大于所述第二预设压力。

作为一种气体燃料发动机的双喷射系统的控制方法的优选技术方案，当所述供气压力小于所述第二预设压力时，车辆仪表提示用户加注气体燃料。

作为一种气体燃料发动机的双喷射系统的控制方法的优选技术方案，所述第一预设压力值大于缸内直喷目标压力，所述缸内直喷目标压力大于所述第二预设压力，所述第二预设压力大于气道喷射目标压力。

本发明的有益效果：

本发明中的双喷射系统将缸内直喷和气道喷射两种供气方式进行结合，以缸内直喷单独工作为主喷射模式，使得气体燃料发动机在大部分工况下达到更高的热效率，其燃料消耗量更低；并设置了两种辅助喷射模式，当储气瓶压力低于缸内直喷所需压力时，仍可以继续以辅助喷射模式工作，直至储气瓶压力低于气道喷射所需压力，大大提高了储气瓶燃料的利用率。具有缸内直喷和气道喷射两种供气方式的优点，提高了气体燃料发动机汽车的整车燃料经济性和续航里程。

附图说明

图1是本发明提供的气体燃料发动机的双喷射系统的结构示意图；

图2是本发明提供的气体燃料发动机的双喷射系统的控制方法的流程图。

图中：1、发动机；2、高压喷射气轨；3、第二压力检测件；4、缸内直喷喷嘴；5、第一连接管；6、ECU；7、储气罐；8、第一压力检测件；9、供气管路；10、第二连接管；11、发动机进气歧管；12、气道喷嘴；13、低压喷射气轨；14、第三压力检测件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1所示，本实施例公开了一种气体燃料发动机的双喷射系统，其包括发动机1、缸内直喷喷嘴4、气道喷嘴12、供气管路9、高压喷射气轨2、低压喷射气轨13、储气罐7、第一压力检测件8及ECU6。

储气罐7用于盛放气体燃料，其最大储气压力为P

缸内直喷喷嘴4安装在发动机1的缸盖上，高压喷射气轨2连接供气管路9和缸内直喷喷嘴4，具体地，高压喷射气轨2通过第一连接管5连接供气管路9，缸内直喷喷嘴4用于向发动机1的燃烧室内喷射气体燃料。供气管内的气体燃料经高压喷射气轨2输送至缸内直喷喷嘴4，使其进行气体的喷射。气道喷嘴12安装在进气歧管或气缸盖内的气道上。低压喷射气轨13连接供气管路9和气道喷嘴12，具体地，低压喷射气轨13通过第二连接管9连接供气管路9，气道喷嘴12用于向发动机进气歧管11内喷射气体燃料。供气管内的气体燃料经低压喷射气轨13输送至气道喷嘴12，使其进行气体的喷射。

第一压力检测件8、缸内直喷喷嘴4和气道喷嘴12均与ECU6电连接，ECU6用于控制缸内直喷喷嘴4和气道喷嘴12是否开启，即控制缸内直喷喷嘴4和气道喷嘴12是否进行气体的喷射。第一压力检测件8所检测储气罐7的出气口的气压，即储气罐7的供气压力P

优选地，气体燃料发动机的双喷射系统还包括第二压力检测件3和第三压力检测件14，其中第二压力检测件3设置在高压喷射气轨2上，且与ECU6电连接，第二压力检测件3用于检测高压喷射气轨2内的气压P

其中，第一压力检测件8、第二压力检测件3和第三压力检测件14均为压力传感器。

实施例二

如图2所示，本实施例公开了一种气体燃料发动机的双喷射系统的控制方法，其特征在于，其采用了实施例一中的气体燃料发动机的双喷射系统，其包括：

根据供气压力，确定发动机1的喷射模式，喷射模式包括缸内直喷单独工作模式、缸内直喷和气道喷射共同工作模式以及气道喷射单独工作模式。具体地，缸内直喷单独工作模式为缸内直喷喷嘴4向发动机1的燃烧室内喷射气体燃料，气道喷嘴12处于关闭状态；缸内直喷和气道喷射共同工作模式为缸内直喷喷嘴4向发动机1的燃烧室内喷射气体燃料，同时气道喷嘴12向发动机进气歧管11内喷射气体燃料；气道喷射单独工作模式为缸内直喷喷嘴4处于关闭状态，气道喷嘴12向发动机进气歧管11内喷射气体燃料。

根据供气压力，确定发动机1的喷射模式，包括如下步骤：

当供气压力大于等于第一预设压力P

当供气压力大于等于第二预设压力P

当供气压力小于第二预设压力P

具体地，第一压力检测件8检测储气罐7的出气口的压力P

如果P

上式中，Q

如果P

其中，第一预设压力P

一般来讲，储气罐71的最大储气压力P

P

车辆的储气罐7内的气体燃料的起初压力为P

本发明中的双喷射系统将缸内直喷和气道喷射两种供气方式进行结合，以缸内直喷单独工作为主喷射模式，使得气体燃料发动机在大部分工况下达到更高的热效率，其燃料消耗量更低；并设置了两种辅助喷射模式，当储气瓶压力低于缸内直喷所需压力时，仍可以继续以辅助喷射模式工作，直至储气瓶压力低于气道喷射所需压力，大大提高了储气瓶燃料的利用率。具有缸内直喷和气道喷射两种供气方式的优点，提高了气体燃料发动机汽车的整车燃料经济性和续航里程。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。