双燃料发动机的控制方法、系统及车辆与流程

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种双燃料发动机的控制方法、系统及车辆。

背景技术：

目前，发动机通常分为汽油发动机和柴油发动机，汽油发动机的排放效果好，更加环保，但是燃烧效率相对低，能耗高，柴油发动机燃烧效果好，更加节能，但是排放效果相对差，对环境污染更为严重。相关技术中，对柴油发动机的排放，采用柴油机净化技术对柴油机的排放进行净化，以此来满足低排放法规的要求。柴油机排放的主要污染物是氮氧化合物NOx和烟度Soot，需要同时采用柴油机机内净化技术和柴油机机外净化技术两个方面控制柴油发动机的排放。

机内净化主要存在系统开发周期长，成本高的问题。具体表现为：首先需要更改设计结构，比如：重新开发燃烧系统，系统开发和匹配周期长，成本高；其次需要提高硬件性能，比如：提高高压共轨系统实现的喷油压力，硬件成本增加，同样系统开发和匹配周期长。机外净化主要存在问题：发动机成本大幅提高，同时会牺牲部分油耗，控制系统变得更加复杂。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种双燃料发动机的控制方法，该方法可以有效降低发动机在中负荷和小负荷运行工况下的氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放，使氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放达到标准，具有环保的优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种双燃料发动机的控制方法，包括以下步骤：根据发动机的需求扭矩判断发动机的运行工况；当所述发动机处于中负荷或小负荷运行工况时，根据所述需求扭矩和预设汽油比例得到主喷汽油量和主喷柴油量，其中，所述预设汽油比例为[60％，85％]；当到达汽油喷射时刻，根据所述主喷汽油量喷射汽油，并在到达压缩上止点前预设提前角时，根据所述主喷柴油量进行柴油主喷，其中，所述预设提前角为[30℃A，50℃A]。

进一步的，所述根据发动机的需求扭矩判断发动机的运行工况，包括：获取所述发动机 的需求扭矩；判断所述需求扭矩是否位于第一预设扭矩和第二预设扭矩之间，其中，所述第二预设扭矩小于所述第一预设扭矩；如果是，则判定所述发动机处于中负荷运行工况；如果所述需求扭矩小于所述第二预设扭矩，则判定所述发动机处于小负荷运行工况。

进一步的，所述第一预设扭矩为[50牛米，150牛米]，所述第二预设扭矩为(0牛米，50牛米)。

进一步的，还包括：当所述发动机处于中负荷或小负荷运行工况时，调节增压压力和轨压，其中，当所述发动机处于小负荷运行工况时，所述增压压力为[1.05bar，1.3bar]，所述轨压为[300bar，700bar]，当所述发动机处于中负荷运行工况时，所述增压压力为[1.3bar，1.7bar]，所述轨压为[700bar，1000bar]。

进一步的，所述汽油喷射时刻为压缩上止点前[230℃A，250℃A]。

相对于现有技术，本发明所述的双燃料发动机的控制方法具有以下优势：

本发明所述的双燃料发动机的控制方法，采用较高比例的汽油和较低比例的柴油进行两次喷射燃料，较高比例的汽油可以有效降低发动机汽缸内的温度，提高预混量，并按照先喷射汽油后喷射柴油的顺序，同时在压缩上止点前的预设提前角时喷射柴油，从而可以有效降低发动机在中负荷和小负荷运行工况下的氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放，使氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放达到标准，具有环保的优点。

本发明的另一目的在于提出一种双燃料发动机的控制系统，该双燃料发动机的控制系统可以有效降低发动机在中负荷和小负荷运行工况下的氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放，使氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放达到标准，具有环保的优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种双燃料发动机的控制系统，其特征在于，包括：判断模块，用于根据发动机的需求扭矩判断发动机的运行工况；油量计算模块，用于在所述发动机处于中负荷或小负荷运行工况时，根据所述需求扭矩和预设汽油比例得到主喷汽油量和主喷柴油量，其中，所述预设汽油比例为[60％，85％]；控制模块，用于在到达汽油喷射时刻时，根据所述主喷汽油量喷射汽油，并在到达压缩上止点前预设提前角时，根据所述主喷柴油量进行柴油主喷，其中，所述预设提前角为[30℃A，50℃A]。

进一步的，所述判断模块用于：获取所述发动机的需求扭矩；判断所述需求扭矩是否位于第一预设扭矩和第二预设扭矩之间，其中，所述第二预设扭矩小于所述第一预设扭矩；如果是，则判定所述发动机处于中负荷运行工况；

如果所述需求扭矩小于所述第二预设扭矩，则判定所述发动机处于小负荷运行工况。

进一步的，所述第一预设扭矩为[50牛米，150牛米]，所述第二预设扭矩为(0牛米， 50牛米)。

进一步的，所述控制模块还用于：当所述发动机处于中负荷或小负荷运行工况时，调节增压压力和轨压，其中，当所述发动机处于小负荷运行工况时，所述增压压力为[1.05bar，1.3bar]，所述轨压为[300bar，700bar]，当所述发动机处于中负荷运行工况时，所述增压压力为[1.3bar，1.7bar]，所述轨压为[700bar，1000bar]。

所述的双燃料发动机的控制系统与上述的双燃料发动机的控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的再一个目的在于提出一种车辆，该车辆具有排放效果好的优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车辆，设置有如上述实施例所述的双燃料发动机的控制系统。该车辆可以有效降低发动机在中负荷和小负荷运行工况下的氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放，使氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放达到标准，具有环保的优点。

所述的车辆与上述的双燃料发动机的控制系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的双燃料发动机的控制方法的流程图；

图2为本发明实施例所述的双燃料发动机的控制方法采用燃料的两次喷射方式的示意图；

图3为本发明实施例所述的双燃料发动机的控制方法的不同的汽油比例(即：汽柴油比例)对应的氮氧化合物NOx和烟度Soot排放量的示意图；

图4为本发明实施例所述的双燃料发动机的控制方法的不同的柴油喷油正时对应的氮氧化合物NOx和烟度Soot排放量的示意图；以及

图5为本发明实施例所述的双燃料发动机的控制系统的结构框图。

附图标记说明：

500-控制系统，510-判断模块，520-油量计算模块和530-控制模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明一个实施例的双燃料发动机的控制方法的流程图。其中，本发明实施例的双燃料发动机的控制方法的作用是在发动机处于中负荷或小负荷运行工况时，如何降低双燃料发动机的氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放。另外，在以下描述中，双燃料发动机(简称发动机)指气道喷射汽油，缸内喷射柴油的发动机，即以汽油和柴油作为燃料的发动机。

如图1所示，根据本发明一个实施例的双燃料发动机的控制方法，包括以下步骤：

步骤S101：根据发动机的需求扭矩判断发动机的运行工况。发动机的运行工况主要包括：小负荷运行工况、中负荷运行工况和大负荷运行工况。不同运行工况可以依据发动机的需求扭矩进行划分，例如但不限于通过如下方式进行划分：

1、获取发动机的需求扭矩。

2、判断需求扭矩是否位于第一预设扭矩和第二预设扭矩之间，其中，第二预设扭矩小于第一预设扭矩。

3、如果是(即需求扭矩位于第一预设扭矩和第二预设扭矩之间)，则判定发动机处于中负荷运行工况。

4、如果需求扭矩小于第二预设扭矩，则判定发动机处于小负荷运行工况。此外，当需求扭矩大于第一预设扭矩，则判定发动机处于大负荷运行工况。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，第一预设扭矩为但不限于[50牛米，150牛米]，第二预设扭矩为但不限于(0牛米，50牛米)。可以理解的是，第一预设扭矩的大小以及第二预设扭矩的大小仅是示例性的，可以根据需要进行改变。

需要说明的是，上述的步骤1至4仅是划分发动机运行工况的一种示例，当然，还可以有其它的划分方式，因此，上述步骤1至4的划分方式并非是对本发明保护范围的限制。

步骤S102：当发动机处于中负荷或小负荷运行工况时，根据需求扭矩和预设汽油比例得到主喷汽油量和主喷柴油量，其中，预设汽油比例为[60％，85％]。预设汽油比例为汽油与总油量的比值，总油量指发动机提供上述的需求扭矩需要的汽油油量(即主喷汽油量)和柴油油量(即主喷柴油量)之和。

具体地，可以根据发动机的需求扭矩、汽油的做功效率、柴油的做功效率以及汽油比例等，计算出发动机提供上述的需求扭矩需要的汽油油量(即主喷汽油量)和柴油油量(即主喷柴油量)，例如：主喷柴油量为1～5mg/str、汽油比例为70％时，主喷汽油量相应地为2.3～11.8mg/str左右。

进一步而言，如果柴油油量越大，相当于点火能量越足，汽油掺混量就越少，压力升高率可能会超过10bar/deg的限值，然而如果柴油油量越小，点火能量不足，再加上汽油与新鲜进气混合比较稀，不利于汽油的燃烧，可能导致汽车尾气中碳氢化合物HC比较高，带来燃烧放热相对较慢而且油耗相对高，但是随着汽油比例的增加，烟度Soot排放明显降低，由于预混低温燃烧，缸内平均温度降低，氮氧化合物NOx排放也随之降低。如图3所示，当预设汽油比例为[60％，85％]时，Soot排放较低且NOx排放较低，因此，在本发明的实施例中，预设汽油比例采用[60％，85％]。

步骤S103：当到达汽油喷射时刻，根据主喷汽油量喷射汽油，并在到达压缩上止点前预设提前角时，根据主喷柴油量进行柴油主喷，其中，预设提前角为[30℃A，50℃A]。在本发明的一个实施例中，汽油喷射时刻通常为压缩上止点前[230℃A，250℃A]。即：在压缩上止点前[230℃A，250℃A]时，喷射汽油。

具体地，如图4所示，如果柴油的主喷正时(即柴油主喷时刻)在压缩上止点附近时，由于预混时间短，着火点推迟，燃烧相位推后，热效率低油耗差，局部过浓区域多，压缩上止点附近温度高，导致NOx和Soot排放相应提高。随着主喷正时提前至35℃A左右，预混时间延长，过浓区域减少，局部高温区间减少，燃烧相位逐渐提前，热效率提高，油耗降低，NOx和Soot排放降低。然而，继续将主喷正时提前，由于柴油油量占总油量比例减少，与新鲜进气混合时间长，燃烧相位推后，点火能量不足，在60℃A附近甚至会发生失火，燃烧不稳定。因此，在本发明的实施例中，最佳主喷正时在[30℃A，50℃A]之间。即在压缩上止点前[30℃A，50℃A]时，喷射柴油。

根据本发明实施例的双燃料发动机的控制方法，采用较高比例的汽油和较低比例的柴油进行两次喷射燃料，较高比例的汽油可以有效降低发动机汽缸内的温度，提高预混量，并按照先喷射汽油后喷射柴油的顺序，同时在压缩上止点前的预设提前角时喷射柴油，从而可以有效降低发动机在中负荷和小负荷运行工况下的氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放，使氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放达到标准，具有环保的优点。

在降低氮氧化合物NOx和烟度Soot排放的同时，为了尽可能降低油耗，本发明实施例的方法还包括：当发动机处于中负荷或小负荷运行工况时，调节增压压力和轨压，在本发明的一个实施例中，当发动机处于小负荷运行工况时，增压压力为[1.05bar，1.3bar]，轨压为[300bar，700bar]，当发动机处于中负荷运行工况时，增压压力为[1.3bar，1.7bar]，轨压为[700bar，1000bar]。

具体而言，虽然中负荷或小负荷所能达到的增压压力小，但是对排放的影响不能忽视。如果增压压力大，新鲜气体进气多，预混效果好，NOx和Soot排放很低，但是会使柴油点 火能量变弱，导致燃烧不稳定，同时背压大，泵气损失增加，使油耗升高；如果减小增压压力，泵气损失减小，使油耗降低，但是柴油预混效果差，局部高温，NOx和Soot排放都会有所升高。另外，轨压对排放的影响也不能忽视。如果轨压大，柴油雾化效果好，NOx和Soot排放低，但是会使柴油点火能量变弱，导致燃烧不稳定，同时机械损失增加，使油耗升高；如果减小轨压，机械损失减小，使油耗降低，但是柴油雾化效果差，NOx和Soot排放都会有所升高。因此，需要兼顾排放和油耗，选取合适的增压压力和轨压。由于中小负荷区域所需增压和轨压不同，小负荷所需增压压力在1.05～1.3bar(绝对压力)，所需轨压在300～700bar；中等负荷所需增压压力在1.3～1.7bar(绝对压力)，所需轨压700～1000bar。由此，具有油耗低且排放污染物少的优点。

本发明进一步的实施例还提供了一种双燃料发动机的控制系统，如图5所示，该双燃料发动机的控制系统500，包括：判断模块510、油量计算模块520和控制模块530。

其中，判断模块510用于根据发动机的需求扭矩判断发动机的运行工况。油量计算模块520用于在发动机处于中负荷或小负荷运行工况时，根据需求扭矩和预设汽油比例得到主喷汽油量和主喷柴油量，其中，预设汽油比例为[60％，85％]。控制模块530用于在到达汽油喷射时刻时，根据主喷汽油量喷射汽油，并在到达压缩上止点前预设提前角时，根据主喷柴油量进行柴油主喷，其中，预设提前角为[30℃A，50℃A]。

具体而言，判断模块510用于：获取所述发动机的需求扭矩；判断需求扭矩是否位于第一预设扭矩和第二预设扭矩之间，其中，第二预设扭矩小于所述第一预设扭矩；如果是，则判定发动机处于中负荷运行工况；如果需求扭矩小于第二预设扭矩，则判定发动机处于小负荷运行工况。在本发明的一个实施例中，第一预设扭矩为但不限于[50牛米，150牛米]，第二预设扭矩为但不限于(0牛米，50牛米)。

根据本发明实施例的双燃料发动机的控制系统，采用较高比例的汽油和较低比例的柴油进行两次喷射燃料，较高比例的汽油可以有效降低发动机汽缸内的温度，提高预混量，并按照先喷射汽油后喷射柴油的顺序，同时在压缩上止点前的预设提前角时喷射柴油，从而可以有效降低发动机在中负荷和小负荷运行工况下的氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放，使氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放达到标准，具有环保的优点。

在本发明的一个实施例中，控制模块530还用于：当发动机处于中负荷或小负荷运行工况时，调节增压压力和轨压，其中，当发动机处于小负荷运行工况时，增压压力为[1.05bar，1.3bar]，轨压为[300bar，700bar]，当发动机处于中负荷运行工况时，增压压力为[1.3bar，1.7bar]，轨压为[700bar，1000bar]。由此，具有油耗低且排放污染物小的优点。

需要说明的是，本发明实施例的双燃料发动机的控制系统的具体实现方式与本发明实施 例的双燃料发动机的控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，不做赘述。

进一步地，本发明的实施例公开了一种车辆，该车辆设置有上述实施例所述的双燃料发动机的控制系统。该车辆可以有效降低发动机在中负荷和小负荷运行工况下的氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放，使氮氧化合物NOx和烟度Soot的排放达到标准，具有环保的优点。

另外，根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。