一種電控柴油發動機摻燒燃氣控制裝置的製作方法

2023-12-06 17:14:06 1

專利名稱：一種電控柴油發動機摻燒燃氣控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及發動機控制系統，具體涉及一種電控柴油發動機摻燒燃氣控制裝置。
技術背景 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節約能源，降低汽車尾氣對環境的汙染，在保證發動機原有動力性的基礎上使用燃氣作為摻燒能源的混合動力汽車發展迅速。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。其中，摻燒控制裝置直接影響混合動力汽車發動機的廢氣排放和燃料經濟性這兩大指標。在現有技術中，柴油發動機摻燒燃氣主要是機械與電子相結合。這種控制方式中，燃氣控制採用電子控制，而柴油量的控制主要是採取機械聯動裝置進行控制，故現有的柴油發動機摻燒系統顯然存在很大的不足a.現有的摻燒燃氣控制裝置不能精確控制參與燃燒的柴油量。這使得發動機在各個工況點不能工作在最佳摻燒比狀態，進而影響了整個發動機運行的穩定性、動力性、經濟性以及排放；b.現有的摻燒燃氣控制裝置不能隨周圍環境的改變而調節摻燒比。如在高溫、高原和高寒地區，這使得現有的摻燒燃氣控制裝置在使用上有很大的局限性；c.現有的摻燒燃氣控制裝置在摻燒故障診斷方面存在不足。柴油機燃油供給系統工作不正常時，應停止摻燒天然氣，並採取積極的行動。但現有的摻燒系統無法做到實時診斷。由上可見，現有技術在柴油機摻燒燃氣方面存在缺陷。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種電控柴油發動機摻燒燃氣控制的裝置，能夠隨著發動機負荷的變化，用電子控制方式控制柴油量和燃氣量，從而合理配置摻燒比以使油氣比例達到最佳配比狀態。這樣在保證發動機動力性的前提下，降低了柴油消耗率以及廢氣排放。本實用新型涉及一種電控柴油機摻燒燃氣的控制裝置，包括柴油機ECU、摻燒ECU、運行狀態信息採集模塊、燃氣噴嘴和柴油噴嘴，其特徵在於柴油機ECU控制模塊中的原始噴油信號採集模塊、運行狀態信息採集模塊分別與摻燒ECU中的定時捕捉模塊、AD採集模塊及故障診斷模塊相連接，ECT模塊、AD模塊、故障診斷模塊將信息傳遞到可編程控制模塊，可編程控制模塊通過控制信號分別與柴油噴油嘴控制子模塊和燃氣噴嘴控制子模塊相連，兩個噴嘴控制子模塊分別與相應的噴嘴相連。本實用新型實施例的這種電控柴油發動機摻燒燃氣控制裝置，一方面在不改變原發動機電控系統的基礎上，匹配一套電控系統。另一方面加裝一套燃氣供給系統，摻燒ECU能夠採集並控制柴油發動機的噴油控制信號，燃氣控制模塊可以實時精確的控制燃氣的噴射量，可以快速柔和的進行油氣切換。在本實用新型的一個優選實施方式中，運行狀態信息採集模塊包括油門踏板位置傳感器、水溫傳感器、進氣壓力傳感器、發動機轉速傳感器、進氣溫度傳感器和/或電源電壓採集模塊。能夠採集發動機負荷的變化信息，通過限定原始噴油時間，並以燃氣噴射代替柴油填補發動機動力，用電子控制方式控制柴油量和燃氣量，從而合理配置摻燒比以使油氣比例達到最佳配比狀態，這樣在保證發動機動力性的前提下，降低了柴油消耗率以及廢氣排放。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的運行狀態信息採集模塊與控制器模塊中的故障診斷模塊相連，故障診斷模塊與車輛報警裝置相連。本實用新型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。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的柴油噴油嘴為電控泵噴嘴、電控單體泵或電控共軌噴嘴。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述燃氣噴嘴為天然氣噴嘴或液化石油氣噴嘴。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的摻燒E⑶還包括CAN通信模塊，並與車身其他控制ECU相連，能接收整車信號，並將之反映給發動機微控制器；具有串口通信模塊，能在線修改程序；具有診斷功能，能及時發現故障並報警；具有自學習和電壓補償功能，能適應不同類型的電控柴油發動機和不同磨損程度的發動機，適應能力強。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的摻燒ECU還包括串口通信模塊，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，所述燃氣噴嘴與燃氣供給系統相連，所述的燃氣供給系統包括燃氣氣瓶、氣化器、流量計、過濾器、高壓電磁閥、減壓器，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。本實用新型實施例的這種電控柴油發動機摻燒燃氣控制裝置，一方面在不改變原發動機電控系統的基礎上，匹配一套電控系統。另一方面加裝一套燃氣供給系統。電控系統根據轉速信號、油門踏板信號、原始噴油脈寬信號等判定發動機的運行狀態，合理配置噴油量與噴氣量的比例，可以實現原有動力性不變的同時，降低燃油消耗率和廢氣排放。

圖I是本實用新型實施例電控柴油發動機摻燒控制系統機械結構的示意圖。圖2是本實用新型實施例電控柴油機摻燒燃氣控制裝置的結構示意圖。圖3是本實用新型實施例電控柴油機摻燒燃氣控制程序流程圖。
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I是本實用新型實施例電控柴油發動機摻燒控制系統機械結構的示意圖，包括燃氣氣瓶101、氣化器102、流量計103、過濾器104、高壓電磁閥105、減壓器106、燃氣噴射器107還有圖上未標出的混合器等。圖2是所述電控柴油機摻燒燃氣控制裝置的結構示意圖。原柴油機E⑶電控210、運行狀態信息採集模塊220、摻燒E⑶230和噴油及噴氣模塊 240。所述柴油機E⑶模塊210包括柴油機E⑶模塊211、產生噴油信號模塊212、發動機轉速傳感器213。其中柴油機ECU模塊211採集各傳感器並進行計算判定通過模塊212產生柴油機原始噴油信號212，發動機轉速傳感器213，獲取發動機轉速信息。其中原始噴油信號模塊212產生的原始噴油信號及發動轉速信號213獲取發動機轉速信息傳遞給摻燒 E⑶230，並進行判定。所述運行狀態信息採集模塊220，獲取判斷發動機正常運行時的狀態信息，將所述狀態信息發送給摻燒E⑶230 ；所述運行狀態信息採集模塊220包括油門踏板位置傳感器221，水溫傳感器222，進氣壓力傳感器223，，進氣溫度傳感器224和電源電壓採集模塊225 ；所述油門踏板位置傳感器221，獲取油門踏板位置信息並發送給摻燒E⑶230 ；所述水溫傳感器222，獲取發動機冷卻水溫信息送給摻燒E⑶230 ；所述進氣壓力傳感器223，獲取進氣壓力信息並發送給摻燒E⑶230 ；所述進氣溫度傳感器224，獲取進氣溫度信息並發送給摻燒E⑶230 ；所述電源電壓採集模塊225，獲取電源電壓信息並發送給摻燒E⑶230 ；所述摻燒ECU230，獲取柴油機ECU電控模塊210所提供的原始噴油信號和發動機運行狀態信息採集模塊220發送的狀態信息，判斷發動機是否處於可摻燒工況，當不處於可摻燒工況時，摻燒ECU230將會通過控制信號輸出端2362，不對柴油噴嘴進行切斷控制，使原始噴油信號直接控制柴油噴嘴。當處於可摻燒工況時，通過判定計算得出限油時間和噴氣時間，然後通過控制信號輸出端236給柴油噴嘴控制子模塊237和燃氣噴嘴子模塊238，控制嘴模塊240進行柴油噴射和燃氣噴射；所述摻燒E⑶230包括單片機231，柴油噴嘴控制子模塊237和燃氣噴嘴控制子模塊 238 ；所述狀態判定子模塊231 :定時捕捉(ETC)模塊232、故障診斷模塊233、AD模塊234、可編程控制單元235、控制信號輸出端236 ；單片機231，接收油門踏板位置傳感器221發送的踏板位置信息、水溫傳感器222、進氣壓力傳感器223、進氣溫度傳感器224、電源電壓採集模塊225、和原柴油機電控模塊210所提供的原始噴油信號212及發動機轉速傳感器213，由所述信息計算柴油噴嘴241的噴油時間、判定發動機處於可摻燒工況時，通知柴油噴嘴控制子模塊237和燃氣噴嘴子模塊238分別進行限油和噴氣；當不處於可摻燒工況時，不進行限油和噴氣，直接將原始噴油信號給柴油噴嘴241。所述柴油噴嘴控制子模塊237，接收單片機231發送噴油控制信號，，將所述噴油時間控制信號發送給柴油噴嘴241 ；所述燃氣噴嘴控制子模塊238，接收單片機231發送的噴氣控制信號，將所述噴氣時間控制信號發送給燃氣噴嘴242 ；所述控制信號輸出端236，當接收到處於摻燒狀態的信息時，通知柴油噴嘴控制子模塊237和燃氣噴嘴控制子模塊238 ;當接收到不處於摻燒狀態信息時，不對噴油信號進行控制；所述噴嘴模塊240，包括柴油噴嘴241和燃氣噴嘴242，按照摻燒E⑶230發送限油控制信號和燃氣控制信號，分別進行噴油和噴氣。需要說明的是，本發明實施例可以應用於各種柴油發動機摻燒燃氣的系統，適用的柴油發動機類型包括採用電控泵噴嘴、電控單體泵及電控共軌等結構的發動機，可摻燒的燃氣包括天然氣、液化石油氣等。圖3是本實用新型實施例的控制程序流程圖，包括步驟301 :採集柴油原始噴油信號，包括噴油正時信息，噴油時間信息，噴油間斷及間斷次數。噴油正時信息用於確定噴油的開始時刻及結束時刻；噴油時間信息用於確定噴油量的大小；噴油間斷及間斷次數用於判斷發動機是否處於減速斷油狀態和判斷發動機噴油控制電路是否處於損壞狀態。其他傳感器信息採集包括水溫傳感器，進氣溫度傳感器，進氣壓力傳感器，踏板位置傳感器，12V電源信息採集，24V電源信息採集，轉速傳感器。該步驟將採集到的噴油相關信息以及各傳感器相關信息給下一步驟，進行相關計算。步驟302 :綜合步驟301所採集到相關信息，做出以下判斷①發動機各傳感器以及柴油噴嘴是否處於正常工作狀態；②根據進氣壓力、轉速以及水溫信息判斷發動機是否已經啟動；③根據踏板、轉速信息、噴油時間變化判斷發動機處於何種工況④根據摻燒使能開關信號，判斷發動機是否處於摻燒使能狀態。對於判斷①，若工作異常，則不進行摻燒並發出報警信息。對於判斷②，在發動機啟動狀態，不進行摻燒。對於判斷③，在怠速狀態，使用純柴油工作，不進行摻燒；在減速斷油狀態，不進行摻燒；在其它工況合理限油配氣，保證動力性、經濟性、排放等達到要求。對於判斷④，只有摻燒使能開關打開時才允許摻燒。綜上判斷，當發動機同時滿足已啟動、非怠速、非故障、非減速斷油、摻燒使能五個條件時，根據發動機狀態信息進行油氣摻燒。步驟303 :當根據步驟301所得到的發動機工作信息，滿足步驟302所的摻燒要求時，進行摻燒。摻燒分為限油和供氣兩個方面，綜合發動機運行工況，標定出以踏板位置和轉速為參照的二維噴油時間表。在摻燒狀態下，發動機在每個工作點的柴油噴射時間根據踏板位置和轉速進行確定，即該二維噴油限制表給出了每個工作點柴油的消耗量。由於在每個工作點所需要的柴油被限制在正常工作所需柴油的50%以下，發動機的扭矩也隨之下降。所缺失的扭矩以燃氣的燃燒來填補。在實際中，根據工作點的限油量以及踏板位置和轉速標定出燃氣噴射表。至此，在摻燒狀態下，發動機是以油和氣的摻燒所提供的動力工作的，通過限油的方法降低柴油消耗量，通過加氣的方式填補動力損失，在不損失發動機動力性的前提下，做到降低燃料成本，減少有害氣體排放，提高發動機綜合指標。步驟304 :從純柴油燃燒到油氣摻燒的過渡要求平穩，這就要求切換過程中，柴油噴射的瞬間減少量不能過大，燃氣供給的瞬間增加量不能過大。在實際的切換過程中，柴油噴射量是以時間為參考進行遞減的，同時，燃氣供給增加也是以時間為參考遞增的，直至所要求的油氣摻燒比。步驟305 :油氣摻燒比最終是通過步驟305的執行完成的。該執行過程包括以下兩個部分①限油，限油是通過控制柴油噴嘴的通斷實現的。通過步驟303和步驟304計算得到限油量(該限油量是以噴油時間來衡量的)，在步驟301中得到原始噴油信號的開啟時間以及對應的曲軸齒數，以噴油開啟時間為起點，開啟柴油噴嘴通路控制開關，並使之持續計算所得噴油時間，之後切斷柴油噴嘴通路的控制開關，以此來實現柴油噴射限制。②供氣，根據發動機工作狀況，在相應的曲軸齒數，開啟燃氣噴嘴，並使之持續計算所得的噴氣時間，之後關閉燃氣噴嘴，以此來實現對燃氣供氣量的控制。需要說明的是，本控制方法並不影響原始噴油信號，所做的是根據發動機工作狀況，通過限制原始噴油信號作用的時間來實現限油，該限油要保證不能影響發動機原ECU的工作狀況，以免造成原ECU做出故障的判斷。該方法既實現了原始噴油數據優良性，又達到了對噴油限制的目的。由上述可見，本實用新型實施例中的電控柴油機摻燒燃氣控制的裝置，通過限定原始噴油時間，並以燃氣填補發動機動力，使發動機能夠在不影響動力性的前提下，降低燃料成本，降低排放，且該裝置構造簡單，實現方便。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1.一種電控柴油機摻燒燃氣的控制裝置,包括柴油機ECU、摻燒ECU、運行狀態信息米集模塊、燃氣噴嘴和柴油噴嘴，其特徵在於柴油機ECU控制模塊中的原始噴油信號採集模塊、運行狀態信息採集模塊分別與摻燒ECU中的定時捕捉模塊、AD採集模塊及故障診斷模塊相連接，ECT模塊、AD模塊、故障診斷模塊將信息傳遞到可編程控制模塊，可編程控制模塊通過控制信號分別與柴油噴油嘴控制子模塊和燃氣噴嘴控制子模塊相連，兩個噴嘴控制子模塊分別與相應的噴嘴相連。
2.根據權利要求I所述的控制裝置，其特徵在於運行狀態信息採集模塊包括油門踏板位置傳感器、水溫傳感器、進氣壓 力傳感器、發動機轉速傳感器、進氣溫度傳感器和/或電源電壓採集模塊。
3.根據權利要求I或2所述的控制裝置，其特徵在於所述的運行狀態信息採集模塊與控制器模塊中的故障診斷模塊相連，故障診斷模塊與車輛報警裝置相連。
4.根據權利要求I所述的控制裝置，其特徵在於柴油噴油嘴為電控泵噴嘴、電控單體泵或電控共軌噴嘴。
5.根據權利要求I所述的控制裝置，其特徵在於燃氣噴嘴為天然氣噴嘴或液化石油氣噴嘴。
6.根據權利要求I所述的控制裝置，其特徵在於摻燒ECU還包括CAN通信模塊，並與車身其他控制E⑶相連。
7.根據權利要求I所述的控制裝置，其特徵在於摻燒ECU還包括串口通信模塊。
8.根據權利要求I所述的控制裝置，其特徵在於燃氣噴嘴與燃氣供給系統相連，所述的燃氣供給系統包括燃氣氣瓶、氣化器、流量計、過濾器、高壓電磁閥和減壓器。
專利摘要本實用新型公開了一種電控柴油發動機摻燒燃氣控制裝置，包括柴油機ECU、控制器模塊、運行狀態信息採集模塊和噴嘴模塊，其特徵在於柴油機ECU控制模塊中的原始噴油信號採集模塊、運行狀態信息採集模塊分別與控制器模塊中的判定單元模塊，判定單元模塊與控制器模塊中的通知單元模塊相連，通知單元模塊分別與柴油噴油嘴控制子模塊和燃氣噴嘴控制子模塊相連，兩個噴嘴控制子模塊分別與相應的噴嘴相連。本實用新型的控制裝置能夠隨著發動機負荷的變化，用電子控制方式控制柴油量和燃氣量，從而合理配置摻燒比以使油氣比例達到最佳配比狀態。這樣在保證發動機動力性的前提下，降低了柴油消耗率以及廢氣排放。
文檔編號F02D41/22GK202370670SQ20112021667
公開日2012年8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, 楊鑫, 王俊田, 蔡文遠 申請人:霸州市華威發動機技術有限公司