一種電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量控制的裝置的製作方法

2023-10-19 11:13:57 1

專利名稱：一種電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量控制的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型實施例涉及發動機控制系統，具體涉及一種電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量控制裝置。
背景技術：
能源消耗及環境汙染已成社會的熱點問題，人們在不斷尋找替代能源和降低汽車排放方法。現存的柴油/燃氣雙燃料發動機，在燃料控制方面。大多為機械聯動式，即燃氣量控制採用電子控制式，而柴油量的控制採用機械聯動的方式。而這樣的柴油量控制方法和裝置，存在以下問題1、現有的控制方法和裝置，不能精確控制柴油消耗量，更不能精確控制柴油量與燃氣量的比例，這樣，發動機在大部分工況點不能工作在最優狀態。2、現有的控制方法和裝置，不能及時響應環境因素的變化，來調整燃料量。故現有的控制方法和裝置，在使用上有很大的局限性3、現有的控制方法和裝置，會對柴油發動機電控系統造成幹擾，易影響柴油發動機的正常運行。4、現有的控制方法和裝置，在柴油發動機故障時，不能及時響應，採取積極的行動。5、現有的控制方法和裝置，在各缸動力不均衡時，不能進行不均勻性補償，長期運行，對發動機不利。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量的控制裝置，在保證發動機動力性的前提下，減少柴油機噴嘴的噴油量，同時摻燒燃氣，提高車輛的經濟性。且限油的同時，對發動機的動力性和安全性沒有任何的影響，降低柴油消耗率以及廢氣排放。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一種電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量的控制裝置，包括運行狀態信息採集模塊，控制器模塊和噴油量控制執行模塊，所述的運行狀態信息採集模塊與控制器模塊中的判定單元相連，控制器單元中的柴油噴嘴控制模塊與噴油量控制執行模塊相連，其特徵在於所述的運行狀態信息採集模塊中包括柴油機噴油信號傳感器、油門位置傳感器、發動機轉速傳感器、水溫傳感器、發動機排氣溫度傳感器、燃氣壓力傳感器和電源電壓傳感器。將採集到的噴油相關信息以及各傳感器相關信息傳遞給判定單元進行相關分析計算，將計算結果傳遞給通知單元以控制柴油的噴油量。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的噴油量控制模塊包括油氣切換控制模塊、各缸不均勻性補償模塊、動力控制模塊、基本油量控制模塊和發動機保護模塊。基本噴油量控制模塊實時採集發動機各缸噴油時刻及時長，以建立的噴油量控制模型為依據， 通過控制油量控制開關的關斷時刻及時長，實時控制發動機的實際噴油量；動力控制模塊 建立了多缸發動機的非線性動力學模型，基於柴油發動機速度特性和負荷特性，逐點控制發動機噴油量與噴氣量，保證雙燃料模式及純柴油模式下，發動機動力無差異；各缸動力不均勻性補償模塊利用瞬時轉速信號在線監測發動機各缸動力的不均勻性，並提取其相應的特徵參數，以此為基礎，進行故障診斷及各缸動力不均勻性補償；油氣切換控制模塊在限制發動機噴油後，由於天然氣供給的滯後、天然氣燃燒火焰傳播速度慢的原因，造成了發動機轉速瞬間下降，當較多的天然氣進入氣缸燃燒時，引起轉速迅速上升，造成轉速超調。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的控制器模塊中包括故障診斷模塊， 其與運行狀態信息採集模塊和通知單元相連，所述的通知單元與故障指示燈相連。當檢測到至少有一缸噴油異常時，發動機動力隨即被限制，開啟故障指示燈，避免出現後燃、排氣溫度高等有損發動機異常情況。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的噴油嘴的低位加裝4個或6個開關電路，開關接受命令並適時打開和關閉，以實現油量的優化配置。在本實用新型的一個優選實施方式中，所述的柴油機噴油控制信號傳感器位於噴油嘴的高位，優選採用光耦進行信號隔離，防止幹擾源端信號，信號經過光耦前後端濾波後進入雙燃料ECU。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，所述的通信模塊與控制器模塊相連，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與控制器模塊相連，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。本實用新型實施例的這種電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量控制的方法和裝置，對原車電控柴油發動機的基本結構未做改動，在不改變發動機動力性的同時使用柴油/ 燃氣作為燃料。根據電控柴油發動機的轉速信號、油門踏板位置信號、原始噴油脈寬信號等判定發動機的運行狀態，根據水溫傳感器、燃氣壓力傳感器、排氣溫度傳感器等信號來修正柴油噴油量，進行微控制器的精確控制。最終精確配置柴油噴油量與燃氣噴射量的供給比例，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1為實施例中電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量控制方法的流程示意圖。圖2為實施例中電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量控制裝置的組成結構示意圖。圖3為實施例中電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量控制策略的創新點示意圖。圖4為實施例中噴油量控制部分硬體電路示意圖。圖5實施例中噴油量控制信號採集部分硬體電路。圖6為實施例中噴油量控制低位開關驅動部分硬體電路。圖7為實施例中油門位置信號採集部分硬體電路。
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是本實用新型實施例電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量控制方法的流程示意圖，採集電控柴油發動機各缸的噴油控制信息及發動機相關傳感器信息。各缸的噴油控制信息包括噴油正時信息，噴油時長信息，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；噴油時長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及發動機噴油控制電路是否處於損壞狀態。傳感器信息包括水溫傳感器，進氣壓力溫度傳感器，油門位置傳感器，電源信息採集，轉速傳感器，排氣溫度傳感器，燃氣壓力傳感器。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，進行相關分析計算。步驟102 綜合步驟101所採集到相關信息，做出以下判斷①根據各缸的噴油控制信息，判斷柴油機噴嘴是否處於正常工作狀態②判斷發動機各傳感器是否處於正常工作狀態。對於判斷①及判斷②，任何一個出現問題，發動機均處於非正常工作狀態，此時發動機進入故障診斷模式，不控制柴油量，開啟故障指示燈。步驟103 發動機沒有故障，進入此判斷，根據發動機轉速時信息，油門位置信息， 進氣壓力溫度信息，判斷發動機是否處於啟動工況，處於啟動工況時，發動機燃燒狀態複雜，柴油量不予控制，使用柴油單燃料。步驟104 不在啟動工況，進入此判斷，根據發動機轉速時信息，油門位置信息，進氣壓力溫度信息，判斷發動機是否處於怠速工況，處於怠速工況時，發動機燃油消耗量較小，對噴油量控制會造成發動機轉速不穩，故柴油量不予控制。步驟105 不在怠速工況，進入此判斷，根據發動機水溫信息，判斷發動機的熱機情況，若發動機處於低溫工況，機油溫度低，此時控制噴油量並加入燃氣進行燃燒，對發動機不利。因為燃氣的氣化需要發動機冷卻水來提供熱量，若氣化不良，發動機易發生爆震、 後燃等有損發動機的燃燒狀況。步驟106，107 綜合101提供的信息，當發動機沒有故障、不處於啟動、怠速、低溫工況，且雙燃料工況標誌位使能，發動機進入雙燃料工況。在此工況，發動機使用柴油與燃氣兩種燃料，對於燃料量控制，也分為為柴油量控制和燃氣量控制兩個方面，這裡主要說明柴油量控制，燃氣量控制略作說明。對於柴油控制量，綜合發動機運行狀態，標定出以油門位置和轉速為坐標的二維噴油時間表。在雙燃料狀態下，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30%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，在雙燃料狀態下，發動機是柴油和燃氣雙燃料所提供的動力工作的，通過噴油量控制降低柴油消耗量，動力損失的能量由燃氣來補償，在不損失發動機動力性的前提下，做到了降低燃料成本，減少有害氣體排放，提高發動機綜合指標。步驟108 從純柴油工況到雙燃料的工況過渡要求平穩，不當的控制會造成發動機抖動大，駕駛舒適性大打折扣，故切換過程中，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變量的函數，同時，燃氣供給增加也是以時間為變量的函數，直至所要求的柴油燃氣比例。步驟109 柴油量控制的實現最終是該步驟執行完成的。該部分是通過控制柴油噴嘴的通斷實現的。通過步驟106和步驟107計算得到噴油量(該噴油量是以噴油時間來衡量的)，在步驟101中得到柴油機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，開啟柴油噴嘴噴油量控制電路開關，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，以此來實現減少柴油噴射量的目的。需要說明的是，本控制方法並不影響柴油機噴油控制信號，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。圖2是所述電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量控制裝置的組成結構示意圖。運行狀態信息採集模塊210、控制器模塊220、噴油量控制執行器模塊230。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210包括柴油機噴油控制信號211、油門位置傳感器 212，發動機轉速傳感器213，水溫傳感器214，發動機排氣溫度傳感器215，進氣壓力溫度傳感器216，燃氣壓力溫度傳感器217和電源電壓採集模塊218 ；所述柴油機噴油控制信號211，獲取柴油發動機噴油控制相關信號，發動給控制器模塊220所述油門踏板位置傳感器212，獲取油門位置信息並發送給控制器模塊220 ；所述發動機轉速傳感器213，獲取發動機轉速信息並發送給控制器模塊220 ；所述水溫傳感器214，獲取發動機冷卻水溫信息送給控制器模塊220 ；所述排氣溫度傳感器215，獲取發動機冷卻水溫信息送給控制器模塊220 ；所述進氣壓力傳感器216，獲取進氣壓力信息並發送給控制器模塊220 ；所述燃氣壓力傳感器217，獲取進氣壓力溫度信息並發送給控制器模塊220 ；所述電源電壓採集模塊218，獲取電源電壓信息並發送給控制器模塊220 ；所述控制器模塊220，根據211所提供的原始噴油信號和發動機運行狀態傳感器發送的狀態信息，判斷發動機是否處於可柴油/燃氣雙燃料工況，當條件不符合雙燃料工況時，控制器模塊220將會通過通知單元223，不對柴油噴嘴進行切斷控制，使柴油機ECU噴油控制信號直接控制柴油噴嘴。當條件符合雙燃料工況時，通過判定計算得出噴嘴噴油時間，然後通過通知單元223給柴油噴嘴控制模塊225，控制嘴模塊231進行柴油噴射。當檢測到故障時，控制器模塊220將會通過通知單元223，不對柴油噴嘴進行切斷控制，使柴油機ECU噴油控制信號直接控制柴油噴嘴，並開啟故障指示燈。所述控制器模塊220包括發動機運行狀態判定模塊221，柴油噴嘴控制子模塊 225 ；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 ；所述判定單元222，接收柴油機噴嘴控制信息211、油門位置信息212、發動機轉速傳感器213、水溫傳感器214、發動機排氣溫度傳感器215、進氣壓力溫度傳感器216、燃氣壓力溫度傳感器217電源信息218，由所述信息判定發動機處於雙燃料工況時，通知柴油噴嘴控制模塊225進行噴油量控制；當處理非雙燃料工況時，不進行噴油量控制，直接將柴油機 ECU噴油控制信號給柴油噴嘴231。所述通知單元223，當接收到處於雙燃料狀態的信息時，通知柴油噴嘴控制子模塊 237 ；當接收到不處於雙燃料狀態信息時，不對噴油信號進行控制；所述診斷單元224，根據採集到的發動機的運行狀態信息，判斷發動機是否處於故障狀態，故障時，不得進入雙燃料工況，不對柴油量進行控制並開啟故障指示燈；當沒有故障時，根據發動機運行條件判定是否進行噴油量控制。所述柴油噴嘴控制模塊225，接收狀態判定子模塊221發送的信息，計算柴油噴嘴 231的噴油時間，將所述噴油時間控制信號發送給柴油噴嘴驅動，以並驅動231 ；所述噴噴油量控制執行器模塊230，包括柴油噴嘴231和故障指示燈232，按照控制器模塊221發送噴油量控制信號和故障指示信號，分別進行噴油量控制和故障指示。以上詳細介紹了本實用新型實施例的方法及裝置，下面重點介紹本實用新型實施例控制策略及硬體電路。控制策略見圖3，包括以下幾個模塊模塊301 基本噴油量控制模塊。實時採集發動機各缸噴油時刻及時長，以建立的噴油量控制模型為依據，通過控制油量控制開關的關斷時刻及時長，實時控制發動機的實
際噴油量。模塊302 動力控制模塊。建立了多缸發動機的非線性動力學模型，基於柴油發動機速度特性和負荷特性，逐點控制發動機噴油量與噴氣量，保證雙燃料模式及純柴油模式下，發動機動力無差異模塊303 各缸動力不均勻性補償模塊。利用瞬時轉速信號在線監測發動機各缸動力的不均勻性，並提取其相應的特徵參數，以此為基礎，進行故障診斷及各缸動力不均勻性補償。模塊304 油氣切換控制模塊。在限制發動機噴油後，由於天然氣供給的滯後、天然氣燃燒火焰傳播速度慢的原因，造成了發動機轉速瞬間下降，當較多的天然氣進入氣缸燃燒時，引起轉速迅速上升，造成轉速超調。為實現從純柴油工況向雙燃料工況切換的優化控制，針對雙燃料發動機特性，基於能量守恆方程，採用了前饋控制和PI控制相結合的控制方法，在油氣切換標誌位置1後， 進入油氣切換工況，ECU根據當前的轉速和油門位置，確定此刻的基本噴油量和噴氣量，並按照既定的控制策略，在過渡工況，柴油和天然氣同時存在，進入穩態工況後柴油量減少到基本噴油量，天然氣量增加到基本噴氣量，PI調節的參數經過大量的試驗整定出來。模塊305 發動機保護模塊，實時檢測發動機一個工作循環各缸的噴油次數，當檢測到至少有一缸噴油異常時，發動機動力隨即被限制，開啟故障指示燈，避免出現後燃、排氣溫度高等有損發動機異常情況。硬體電路包括以下幾部分發動機噴油量控制部分圖4為該部分的示意圖，發動機柴油控制信號在噴嘴高位處進行採集，經處理後的信號進入雙燃料ECU進行分析，以確定發動機處於何種工作狀態，這些工作狀態包括噴嘴驅動電路故障、發動機減速段油、發動機超速保護等，根據這些狀態信息，來確定控油策略。噴油量的控制是通過在噴嘴低位加裝六個開關電路來實現的，開關接受命令並適時打開和關閉，以實習油量的優化配置。在高位處採集柴油控制信號時，採用了光耦進行了信號隔離，防止幹擾源端信號， 圖5為電路圖，信號進過光耦前後端濾波後進入雙燃料ECU。在驅動低位開關時，採用了迴路隔離措施，圖6為電路圖，兩晶片共同作用，保證 mos管可靠打開與關斷，使得開關的控制迴路與柴油噴嘴驅動迴路隔離。發動機油門位置信號採集部分採用了光耦進行了信號隔離，防止幹擾源端信號， 圖7為電路圖，信號進過光耦前後端濾波後進入雙燃料ECU。需要說明的是，本實用新型實施例可以應用於各種電控柴油發動機的系統，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，可摻燒的燃氣類型包括燃氣、液化石油氣等。由上述可見，本實用新型實施例中的電控柴油機噴油量控制的裝置，可精確控制柴油機噴油量、可對各缸動力不均勻進行補償、對環境變化響應迅速、很好的故障診斷並保護髮動機。本實用新型實施例通過控制柴油噴嘴噴油時間，減少柴油的供給量，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，對原車發動機沒有任何影響，實現方便。容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，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。
權利要求1.一種電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量的控制裝置，包括運行狀態信息採集模塊，控制器模塊和噴油量控制執行模塊，所述的運行狀態信息採集模塊與控制器模塊中的判定單元相連，控制器單元中的柴油噴嘴控制模塊與噴油量控制執行模塊相連，其特徵在於所述的運行狀態信息採集模塊中包括柴油機噴油信號傳感器、油門位置傳感器、發動機轉速傳感器、水溫傳感器、發動機排氣溫度傳感器、燃氣壓力傳感器和電源電壓傳感器。
2.根據權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於噴油量控制模塊包括油氣切換控制模塊、各缸不均勻性補償模塊、動力控制模塊、基本油量控制模塊和發動機保護模塊。
3.根據權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於控制器模塊中包括故障診斷模塊，其與運行狀態信息採集模塊和通知單元相連，所述的通知單元與故障指示燈相連。
4.根據權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於噴油嘴的低位加裝4個或6個開關電路。
5.根據權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於柴油機噴油控制信號傳感器位於噴油嘴的高位，採用光耦進行信號隔離。
6.根據權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於還包括CAN通信模塊，所述的通信模塊與控制器模塊相連。
7.根據權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於還包括串口通信模塊，所述的串口通信模塊與控制器模塊相連。
專利摘要本實用新型公開了一種電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量的控制裝置，包括運行狀態信息採集模塊，控制器模塊和噴油量控制執行模塊，所述的運行狀態信息採集模塊與控制器模塊中的判定單元相連，控制器單元中的柴油噴嘴控制模塊與噴油量控制執行模塊相連，其特徵在於所述的運行狀態信息採集模塊中包括柴油機噴油信號傳感器、油門位置傳感器、發動機轉速傳感器、水溫傳感器、發動機排氣溫度傳感器、燃氣壓力傳感器和電源電壓傳感器。本實用新型在保證發動機動力性、可靠性的前提下，實用新型了電控柴油/燃氣雙燃料發動機噴油量控制的方法和裝置，既降低了用戶的運輸成本，又降低了排放。
文檔編號F02D41/04GK202140184SQ20112021667
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, 何楊, 楊鑫, 王俊田, 陳德嶺 申請人:霸州市華威發動機技術有限公司