雙燃料發動機燃氣供給控制裝置的製作方法

2023-05-09 15:44:51 1

專利名稱：雙燃料發動機燃氣供給控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雙燃料發動機燃氣供給控制系統，具體涉及一種雙燃料發動機燃氣供給控制裝置。
背景技術：
當前，能源和環境汙染問題越來越突出。在汽車油耗成為汽車運營巨大成本的同時，汽車尾氣也越來越成為城市空氣汙染的主要因素，為了減少汽車運營成本和節約能源， 降低汽車尾氣對環境的汙染，使用燃氣(天然氣、液化氣)作為汽車的主要燃料。燃氣具有比柴油更好的燃料經濟性，且尾氣汙染物含量更低。燃氣(天然氣、液化氣)發動機已在我國大部分城市的公交車上得到成功運用，可在我國東北地區，單單實用一種燃料卻顯現出來很大的不足a.天然氣發動機是在公交車上運用最多的燃氣發動機，它的運用不僅僅是由於它的經濟型和排放性，更重要的是我國天然氣加氣站的增多，使得公交公司加氣方便。在東北地區，由於受到西氣東輸的影響，天然氣加氣站的建設要稍落後於我國的中部和南方地區， 價格相對的就要貴一些，所以東北地區的公交公司很少使用天然氣燃料而大部分都採用液化氣。b.採用液化氣對於東北地區是有很多的好處，比如動力性能更好，更有經濟型，加氣更加方便。可是到了冬天，那裡的溫度會低至零下40多度甚至更低，液化氣的優越性就體現不出來了。在氣瓶中液化氣是以液態的形式存儲的，在環境溫度很低的情況下，發動機冷卻液沒有足夠的溫度來加熱液化氣，使得液化氣在經過蒸發器時，仍以液體的狀態流出， 造成和空氣混合不良，啟動困難，甚至造成無法啟動。在此實用新型未成功運用之前，東北的公交公司都是採用夜間定點啟動的方式來解決早上啟動困難的問題。由以上可知，單燃料發動機在東北地區存在缺陷，無法滿足經濟型、動力性、實用性的統一。

實用新型內容本實用新型實施例提供一種雙燃料發動機燃氣供給控制裝置，採用電子節氣門裝置，它能克服機械油門的弊端，是一種適應能力強、精度高、超調小、調節時間短且具有初始位置學習功能和電壓補償功能的新型電子節氣門控制系統，還增加了故障診斷功能，使其使用更加安全、高效。為達到上述目的，本實用新型實施例的技術方案具體實現如下本實用新型涉及雙燃料發動機燃氣供給控制裝置，包括在駕駛錶盤上設置轉換開關，轉換開關與控制器模塊相連，控制器模塊分別與天然氣燃料供給系統中的電磁閥和液化氣燃料供給系統中的電磁閥相連，其特徵在於控制裝置中包括排氣管氧濃度採集傳感器，所述氧濃度採集傳感器與控制器模塊中的判定單元相連，判定單元與通知單元相連，通知單元分別與天然氣進給量閉環執行器模塊和液化氣閉環執行器相連。判斷單元判斷發動機該使用何種燃料，並判斷空燃比是否達到了理想值，當處於理論空燃比時，控制器模塊將會通過通知單元，不對閉環執行器進行控制；當判斷不處於理論空燃比時，通過計算閉環執行器的步進量，控制器模塊將會通過通知單元，對閉環執行器進行控制，進而達到理論空燃比。在本實用新型所述的控制裝置中，採用何種燃料由司機的意願所決定，並且兩種燃料的供給採用閉環控制，使空氣與燃料達到合理的空燃比，保證了發動機的經濟型，排放性以及實用性。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的控制裝置中還包括發動機轉速傳感器、電子節氣門位置傳感器以及進氣壓力傳感器，上述傳感器與控制器模塊中的判定單元相連，判定單元與點火提前角控制單元相連。採集發動機轉速和電子節氣門位置以及進氣壓力的信息是為了確定發動機的工況，以從標定出的二維表中查出點火提前角，在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的控制裝置中還包括冷卻液溫度傳感器和進氣溫度傳感器，上述傳感器與控制器模塊中的判定單元相連，判定單元與發動機目標轉速閉環控制器模塊相連。採集冷卻液溫度以及進氣溫度的信息是為了確定怠速工況發動機轉速的目標值，當冷卻液溫度稍低時，目標轉速就高一些，對目標轉速實行閉環控制， 以使發動機儘快暖車，達到行車的條件，當冷卻液溫度升高後，目標轉速就會隨之降低，以滿足發動機經濟型的要求。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的天然氣燃料供給系統包括天然氣燃氣氣瓶、壓力傳感器、天然氣減壓器、天然氣閉環執行器、天然氣手動功率閥，能夠為發動機提供穩定的氣源，其所提供的氣源壓力穩定、流量符合要求、溫度符合要求。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的液化氣供給系統包括天然氣大燃氣瓶、天然氣小燃氣瓶、過濾器、天然氣蒸發器、天然氣閉環執行器、天然氣手動功率閥，能夠為發動機提供穩定的氣源，其所提供的氣源壓力穩定、流量符合要求、溫度符合要求。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的控制裝置還包括CAN通信模塊，所述的CAN通信模塊為實現整車通信提供了接口，可以接收車身其他控制ECU的信號，並傳給發動機微控制器，指導發動機做出相應反應。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的控制裝置還包括串口通信模塊，所述的串口通信模塊，可以代替燒寫器的功能，可以實現與PC機的通信，實現程序的在線修改，便於維護。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的傳感器與診斷模塊相連，所述的診斷功能，能夠及時發現發動機及外圍附屬設備的故障，及時指導發動做出相應的動作，並以報警的方式指示司乘人員做出恰當的處理措施。本實用新型實施例的這種雙燃料發動機燃氣供給的控制方法和裝置，在原有單燃料發動機的基礎上加裝了另一燃料的供給系統，在不影響動力性的前提下，增加了發動機的經濟型和實用性；同時兩種燃料都採用由閉環執行器來執行的閉環控制策略，增加了發動機的排放性。

圖1為本實用新型實施例中雙燃料發動機燃氣供給控制系統機械結構示意圖。[0020]圖2。為本實用新型實施例中雙燃料發動機燃氣供給控制裝置的組成結構示意圖圖3為本實用新型實施例中雙燃料發動機燃氣供給控制方法流程示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型實施例的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例，對本實用新型實施例進一步詳細說明。圖1是實用新型實施例中雙燃料發動機燃氣供給控制系統機械結構示意圖，包括 CNG燃氣氣瓶組101、氣壓傳感器102、CNG減壓器103、CNG閉環執行器104、CNG手動功率閥105、LPG增壓器106、LPG大燃氣瓶107、LPG小燃氣瓶108、LPG過濾器109、LPG蒸發器 110、LPG閉環執行器111、LPG手動功率閥112、燃氣混合氣113等。天然氣的供給與常規的思路是一樣的，即高壓氣體(2_20MPa)通過減壓器後變為低壓氣O50-300KPa)，然後氣體進入混合器形成了 CNG的燃料供給系統。LPG的燃料供給系統是有LPG增壓器將LPG大燃料瓶增壓後所完成的。LPG大燃氣瓶通過LPG增壓器增壓， 將液化氣壓入LPG小燃氣瓶，液化氣通過小燃氣瓶進入過濾器以及增發器，進而進入混合器形成了 LPG的供給系統。這種設置避免了 LPG在加氣的過程中頻繁換加氣孔，而只需給 LPG大燃氣瓶加氣即可。圖2是所述雙燃料發動機燃氣供給控制結構示意圖。包括運行狀態信息採集模塊210、主控制器模塊220和閉環執行器控制模塊230。所述運行狀態信息採集模塊210，獲取判斷發動機運行時的狀態信息，將所述狀態信息發送給控制器模塊220 ；所述運行狀態信息採集模塊220包括油門踏板位置傳感器211，電子節氣門位置傳感器212，進氣壓力傳感器213，進氣溫度傳感器214，冷卻液溫度215，發動機轉速傳感器 216，電源電壓採集器217，氧信號傳感器218，燃料選擇採集器219。所述油門踏板位置傳感器211，獲取油門踏板位置信息並發送給控制器模塊220 ；所述電子節氣門位置傳感器212，獲取電子節氣門位置信息並發送給控制器模塊 220 ；所述進氣壓力傳感器213，獲取進氣壓力信息並發送給控制器模塊220 ；所述進氣溫度傳感器214，獲取進氣溫度信息並發送給控制器模塊220 ；所述水溫傳感器215，獲取發動機冷卻水溫信息送給控制器模塊220 ；所述發動機轉速傳感器216，獲取發動機轉速信息並發送給控制器模塊220 ；所述電源電壓採集模塊217，獲取電源電壓信息並發送給控制器模塊220 ；所述氧信號傳感器218，獲取排氣管中氧濃度含量並發送給控制器模塊220 ；所述燃料選擇採集器219，獲取利用何種燃料的信息並發送給控制器模塊220 ；所述控制器模塊220，獲取發動機運行狀態信息採集模塊210發送的狀態信息，判斷發動機該使用何種燃料，並判斷空燃比是否達到了理想值，當處於理論空燃比時，控制器模塊220將會通過通知單元223，不對閉環執行器進行控制；當判斷不處於理論空燃比時， 通過計算閉環執行器的步進量，控制器模塊220將會通過通知單元223，對閉環執行器進行控制，進而達到理論空燃比。所述控制器模塊220包括發動機運行狀態判定子模塊221，CNG閉環執行器模塊頁
225和LPG閉環執行器模塊226 ；所述狀態判定子模塊221包括判定單元222，通知單元223和診斷單元224 ；所述狀態判定子模塊221，接收油門踏板位置傳感器211，電子節氣門位置傳感器 212，進氣壓力傳感器213，進氣溫度傳感器214，冷卻液溫度215，發動機轉速傳感器216，電源電壓採集器217，氧信號傳感器218，燃料選擇採集器219所提供的信號，由所述信息判定採用的何種燃料，發動機是否處於理論空燃比的最佳狀態，進而通知對應的閉環執行器控制模塊進行相應的動作。所述故障診斷模塊224，接收運行狀態信息採集模塊210的信息，判斷發動機的各傳感器以及採集器是否出現故障，並給出相應的補救措施。所述CNG閉環執行器控制模塊225以及LPG閉環執行器控制模塊226，接收狀態判定子模塊221發送的通知，驅動閉環執行器進行相應的動作。所述通知單元223，當接收到燃料沒有到達理論空燃比時，通知閉環執行器控制模塊225以及226，當接收到處於理論空燃比時，不對閉環執行器驅動模塊進行控制。所述閉環執行器模塊230，包括CNG閉環執行器231，LPG閉環執行器232，按照控制器模塊220發送的步進控制信號，進行相應的動作。圖2為本實用新型實施例控制流程圖，包括步驟301 雙燃料E⑶通電。這種判斷是由打火開關決定的，當開關打到第一檔時， 雙燃料ECU指示燈亮。步驟302 判斷是採用天然氣燃料還是液化氣燃料。這種判斷是有司機的意願所左右的，在司機的駕駛錶盤上安裝了一個轉換開關，可以在天然氣和液化氣之間切換。由於天然氣在氣瓶中是以氣態的形式存儲的，所以在經過減壓器時不用冷卻水溫加熱就以氣體的狀態噴入進氣管，而液化氣是以液體的狀態存儲的，在經過減壓器時需要用發動機冷卻液加熱。在東北的早上啟動時，司機需要把轉化開關轉到CNG模式，待水溫升高後，再轉入 LPG模式。這樣液化氣在經過減壓器時，就有足夠的溫度進行氣化，進而以氣體的形式噴入進氣歧管，然後進入混合氣與空氣很好的混好。步驟303 當控制模塊判斷採用CNG燃料後，CNG電磁閥打開，CNG氣瓶組中幾個兆帕甚至幾十兆帕的氣壓在經過減壓器後減壓至250KPa的壓力進入進氣管道。步驟304 待冷卻液溫度升至70°或者更高時，司機可以把轉化開關轉至LPG模式，LPG電磁閥立即打開，液態的液化氣在經過增發器時，溫度升高，氣化變成氣體噴入進氣管道。在LPG電磁閥打開的同時，CNG電磁閥關閉，CNG減壓器停止工作。綜上判斷發動機具體使用何種燃料是由司機的意願所決定的。當溫度很低，發動機冷卻液的溫度不足以使液化氣氣化，就採用CNG進行啟動，待運行一段時間，冷卻液溫度上升後可以再使用液化氣。如果在啟動時，環境溫度比較高，冷卻液的溫度足以使液化氣進行氣化而順利燃燒，也可以使用液化氣進行啟動。步驟305 採集發動機的各種信息，這些信息包括排氣管中氧濃度信息、發動機轉速、油門踏板位置、電子節氣門位置、冷卻液溫度、進氣壓力、進氣溫度、24V電壓信號。採集排氣管中氧濃度的信息是判斷燃料的空燃比是否達到了理想的要求，對所燃燒燃料的閉環執行器進行閉環控制；採集發動機轉速和電子節氣門位置以及進氣壓力的信息是為了確定發動機的工況，以從標定出的二維表中查出點火提前角；採集冷卻液溫度以及進氣溫度的信息是為了確定怠速工況發動機轉速的目標值，當冷卻液溫度稍低時，目標轉速就高一些，對目標轉速實行閉環控制，以使發動機儘快暖車，達到行車的條件，當冷卻液溫度升高後，目標轉速就會隨之降低，以滿足發動機經濟型的要求。步驟306 =CNG和LPG在燃燒時採用不同的點火提前角，當E⑶檢測出使用何種燃料時，根據步驟305中採集來的進氣壓力和發動機轉速信息，從標定出的二維表格中查出該種燃料的點火提前角。步驟307 根據氧傳感器的反饋電壓值做出以下判斷①、電壓值偏高；②、電壓值偏低；③、電壓值在合理的範圍之內變化。由於氧傳感器採取的信號值代表排氣管中氧氣濃度與大氣中氧氣濃度之差，所以對於判斷①、若反饋值偏大，則表示排氣管中氧氣濃度很小，進而說明噴入的燃料比較多， 混合氣較濃；對於判斷②、反饋值偏小，表示排氣管中氧氣濃度很大，進而說明噴入的燃料太少，混合氣較稀；對於判斷③、則燃料與空氣的混合達到了理想的空燃比。綜上判斷如果氧氣反饋值偏大或偏小的話，都說明空燃比沒有達到合理的比值， 需要控制閉環執行器進行相應的動作以達到理論空燃比；如果氧反饋值在適當的範圍內變動，說明空燃比已達到了理想的要求，無需再控制閉環執行器進行動作。步驟308 採集的氧信號值與控制模塊中的給定值進行比較，以判斷出空燃比偏濃或偏稀的量，同時從標定出的map表中查出閉環執行器的步進量。針對步驟307中①判斷，混合氣偏濃，需要減少燃料的進氣量，閉環執行器增加步進量，同時根據偏差量查出步進量的的大小；針對步驟307②判斷，混合氣偏稀，需要增加燃料的進氣量，閉環執行器減小步進量；針對步驟307③判斷，空燃比已達到理想的要求， 無需再對閉環執行器的步進量進行改變。步驟309 根據步驟308中算出的增加或減小閉環執行器的步進量，閉環執行器進行相應的動作。通過控制閉環執行器的脈衝個數可以達到定位的目的，控制脈衝的頻率可以達到控制閉環執行器速度以及加速度的目的，力求閉環執行器在較短的時間內達到目標位置。步驟310 在閉環執行器到達目標位置的過程中，控制模塊始終執行步驟305的動作，以判斷閉環執行器的步進量是否達到了理想的位置。需要說明的是，本實用新型實施例可以應用於各種雙燃料電控發動機系統。增加天然氣燃料供給系統，可有效的解決東北地區啟動困難的問題，增加了發動機的實用性；增加液化氣燃料供給系統，有效的增加發動機的動力性；增加閉環執行器，有限的增加了發動機的經濟型以及排放性。容易理解，以上所述僅為本實用新型較佳實施例，並非用於限定本實用新型的精神和保護範圍，任何熟悉本領域的技術人員所做出的等同變化或替換，都應視為涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
權利要求1.雙燃料發動機燃氣供給控制裝置，包括在駕駛錶盤上設置轉換開關，轉換開關與控制器模塊相連，控制器模塊分別與天然氣燃料供給系統中的電磁閥和液化氣燃料供給系統中的電磁閥相連，其特徵在於控制裝置中包括排氣管氧濃度採集傳感器，所述氧濃度採集傳感器與控制器模塊中的判定單元相連，判定單元與通知單元相連，通知單元分別與天然氣進給量閉環執行器模塊和液化氣閉環執行器相連。
2.根據權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於控制裝置中還包括發動機轉速傳感器、電子節氣門位置傳感器以及進氣壓力傳感器，上述傳感器與控制器模塊中的判定單元相連，判定單元與點火提前角控制單元相連。
3.根據權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於控制裝置中還包括冷卻液溫度傳感器和進氣溫度傳感器，上述傳感器與控制器模塊中的判定單元相連，判定單元與發動機目標轉速閉環控制器模塊相連。
4.權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於所述的天然氣燃料供給系統包括天然氣燃氣氣瓶、壓力傳感器、天然氣減壓器、天然氣閉環執行器、天然氣手動功率閥。
5.根據權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於所述的液化氣供給系統包括天然氣大燃氣瓶、天然氣小燃氣瓶、過濾器、天然氣蒸發器、天然氣閉環執行器、天然氣手動功率閥。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述的控制裝置還包括CAN通信模塊。
7.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述的控制裝置還包括串口通信模塊。
8.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述的傳感器與診斷模塊相連。
專利摘要本實用新型公開了一種雙燃料發動機燃氣供給控制裝置，在原有單燃料發動機的基礎上加裝了另一燃料的供給系統，採用何種燃料由司機的意願所決定，並且兩種燃料的供給採用閉環控制，使空氣與燃料達到合理的空燃比，保證了發動機的經濟型，排放性以及實用性。同時，採用電子節氣門裝置，它能克服機械油門的弊端，是一種適應能力強、精度高、超調小、調節時間短且具有初始位置學習功能和電壓補償功能的新型電子節氣門控制系統，還增加了故障診斷功能，使其使用更加安全、高效。
文檔編號F02D19/02GK202140180SQ20112021668
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月24日 優先權日2011年6月24日
發明者任憲豐, 劉明安, 王俊田, 蔡文遠, 賀輝 申請人:霸州市華威發動機技術有限公司