CN101319637A - 双燃料内燃机中燃料供应系统的控制方法 - Google Patents

双燃料内燃机中燃料供应系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种双燃料内燃机(1)中燃料供应系统(15)的控制方法；该供应系统(15)包括：适于喷射第一种类型燃料的至少一个第一喷油器(12a)；适于喷射第二种类型燃料的至少一个第二喷油器(12b)；适于驱动两个喷油器(12)的共用的电子控制单元(13)；以及开关设备(14)，其由该共用的电子控制单元(13)控制并且适于通过至少一个第一继电器(16a)和通过至少一个第二继电器(16b)将两个喷油器(12)电连接到该共用的电子控制单元(13)，该第一继电器(16a)适于将该第一喷油器(12a)连接到该共用的电子控制单元(13)或将该第一喷油器(12a)从该共用的电子控制单元(13)断开，该第二继电器(16b)适于将该第二喷油器(12b)连接到该共用的电子控制单元(13)或将该第二喷油器(12b)从该共用的电子控制单元(13)断开。

Description

双燃料内燃机中燃料供应系统的控制方法
技术领域
本发明涉及一种双燃料内燃机中燃料供应系统的控制方法。
背景技术
双燃料内燃机能够靠两种不同类型的燃料(一般是汽油和LPG或者汽油和甲烷)毫无分别地运转。现代的双燃料内燃热机使用两种不同类型的喷油器，每种喷油器能够喷射相应类型的燃料。
对于该热机的售后改装，通常使用两个单独的电子控制单元，每个电子控制单元利用相应组的喷油器独立地控制另一个电子控制单元；但是，这种方案成本高，因为它需要安装两个单独的且独立的电子控制单元。
在被设计成双燃料类型的热机的情况下，已经建议使用单个共用的电子控制单元，该单个共用的电子控制单元可以通过从该共用的电子控制单元接收指令信号作为输入并且向两组喷油器输出电子驱动信号的开关设备电驱动两组喷油器，而不使用两个单独的、独立的电子控制单元。例如，该开关设备可以包括多个电磁继电器，每个该电磁继电器适于将至少一个相应喷油器电连接到该共用的电子控制单元。
单个共用的电子控制单元与设有电磁继电器的开关设备的结合使用使得能够降低燃料供应系统的成本；但是，设有电磁继电器的开关设备的开关时间相对于额定值具有高的差量，因为除了取决于制造公差外，它们还受运转温度、电源电压以及组件的使用年限(即，在组件的寿命期间执行的开关次数)的严重影响。因此，共用的电子控制单元不能足够精确地估计实际的开关时间，并且因而在燃料转换期间(即，在从一种燃料转换到另一种燃料的期间)可能很容易发生确定扭矩峰值的供应重叠(即，在一短时间内两种燃料同时供应到气缸内)或确定扭矩中断的供应中断(即，在一短时间段内没有燃料供应到气缸内)。在这两种情况下，发生热机的不稳定运行，伴随有发动机速度的随机的脉冲式变化(在供应重叠的情况下发动机速度增加或者在供应中断的情况下发动机速度降低)。
发明内容
本发明的目的是提供一种双燃料内燃机中燃料供应系统的控制方法，该控制方法克服了上述的缺陷，并且特别地，其易于制造且制造成本高效。
根据本发明，提供了一种双燃料内燃机中燃料供应系统的控制方法；该供应系统包括：
适于喷射第一种类型燃料的至少一个第一喷油器；
适于喷射第二种类型燃料的至少一个第二喷油器；
适于驱动两个喷油器的共用的电子控制单元；以及
开关设备，其由该共用的电子控制单元控制并且适于通过至少一个第一继电器和通过至少一个第二继电器将两个喷油器电连接到该共用的电子控制单元，该第一继电器适于将该第一喷油器连接到该共用的电子控制单元或将该第一喷油器从该共用的电子控制单元断开，该第二继电器适于将该第二喷油器连接到该共用的电子控制单元或将该第二喷油器从该共用的电子控制单元断开；
该控制方法包括步骤：
关闭该第一继电器并打开第二继电器，用于驱动该第一喷油器且喷射该第一类型燃料；以及
打开该第一继电器并关闭该第二继电器，用于驱动该第二喷油器且喷射类型该第二燃料；
该控制方法的特征在于，它还包括下面的步骤：
确定两个继电器的实际打开时间和实际关闭时间；
确定所希望的开关时刻；
根据该继电器本身的实际关闭时间，相对于所希望的开关时刻预先发送继电器的关闭指令；以及
根据该继电器本身的实际打开时间，相对于所希望的开关时刻预先发送继电器的打开指令。
附图说明
现将参照附图描述本发明，所述附图示出了本发明的实施方案的非限制性实施例，其中：
-图1是实现本发明的控制方法目的的双燃料热机的简图；
-图2是图1中的热机的燃料供应系统的接线图的简化图；以及
-图3显示了展示图2中燃料供应系统的一些在时间方面的控制质量的演变的一些图表。
具体实施方式
在图1中，数字1总体上表示双燃料型内燃热机，即，可供应有两种不同燃料(例如，汽油和LPG或者汽油和甲烷)的内燃热机。
内燃机1设有许多个气缸2(在图1中仅显示了其中的一个)，每个气缸通过两个进气阀4(在图1中仅显示了其中的一个)连接到进气歧管3，并且通过两个排气阀6(在图1中仅显示了其中的一个)连接到排气歧管5。
进气歧管3通过由节气门8调节的进气管7接收新鲜空气(即，来自外部环境的空气)并且通过相应的进气管9(在图1中仅显示了其中的一个)连接到气缸2，每个进气管9由相应的进气阀4调整。同样地，排气歧管5通过相应的排气管11(在图1中仅显示了其中的一个)连接到气缸2，每个排气管由相应的进气阀6调整；末端带有消声器来将燃烧产生的气体释放到大气的释放管11从排气歧管5分开。
每个气缸2包括火花塞(未示出)，该火花塞布置在气缸2的顶部并且被循环驱动以在压缩阶段的结束(即，在TDC-上止点)点燃混合气。在图1中显示的实施方案中，设想了两个喷油器12a和12b，其中每个喷油器适于在每个进气管9内部以及在相应的进气阀4附近喷射相应类型的燃料。根据不同的实施方案(未示出)，布置喷油器12以使得将燃料直接喷射进每个气缸2中。
共用的电子控制单元13管理热机1的运转。如图1所示，共用的电子控制单元13通过插入开关设备14连接到喷油器12。特别地，开关设备14由共用的电子控制单元13控制并且适于通过继电器16a和通过继电器16b将所有的喷油器12电连接到共用的电子控制单元13，该继电器16a适于将该喷油器12a连接到该共用的电子控制单元13或将该喷油器12a从该共用的电子控制单元13断开，该继电器16b适于将该喷油器12b连接到该共用的电子控制单元13或将该电喷油器12b从该共用的电子控制单元13断开。
喷油器12、共用的电子控制单元13以及开关设备14属于热机1的燃料供应系统15，该热机1无分别地能够以任一种类型燃料为燃料。
在图2所示的实施方案中，继电器16是电动机械型的，即，每个继电器16包括控制线圈17，该控制线圈17被通电来电磁地生成实质移动机械地连接到一系列(常开或常闭)开关19的活动滑阀18的力以克服由金属薄片(未示出)产生的弹性位移，该金属薄片趋于将开关保持在打开(常开)或关闭(常闭)位置。必须强调，这两个继电器16可以物理上集成在单个共用容器中。根据不同的的实施方案(未示出)，继电器16是电子型的，因此不包括任何机械活动的零件。
如图2所示，每个继电器16包括四对适于将相应的喷油器12连接到共用的电子控制单元13的电源端子20(在图2中仅显示了其中的一个)，以及包括至少一对机械地连接到电源端子20的辅助端子21，其中辅助端子21中的至少一个连接到共用的电子控制单元13。例如，在图2所示的实施方案中，在每个继电器16中，一个辅助端子21连接到共用的电子控制单元13，而另一个辅助端子21连接到电源地；以这种方式，通过检测在连接到其上的每个辅助端子21上呈现的电压，共用的电子控制单元13可以检测相应的继电器16的打开/关闭状态。
已观察到，每个继电器16的打开/关闭时间to/tc(即开关时间)相对于额定值呈现高差量，因为除了取决于制造公差，它们还受工作温度、电源电压以及组件的使用年限(即，在该组件的寿命期间执行开关的次数)的严重影响。特别地，关闭时间tc(通常在2至8msec之间)通常比打开时间to(通常在6至21msec之间)短，并且最易经受由主要是运转温度和通电电压的外部因素引起的变化。继电器16的关闭时间还受到继电器16固有的其他制造特征的影响，诸如例如线圈17的电阻、空气间隙大小、金属薄片的弹性特征。相反，继电器16的打开时间主要与制造特征相关并且呈现由外部因素引起的低可变性。此外，继电器16的打开时间在继电器16的寿命期间还发生变化，例如受到电接触磨损以及金属薄片的降低的柔韧性的影响；特别地，继电器16的打开时间随着开关次数的增加而增加。
为了开关供应到热机1的燃料，共用的电子控制单元13控制开关设备14的继电器16；特别地，共用的电子控制单元13关闭继电器16a并且打开继电器16b以便驱动喷油器12a并且喷射第一类型燃料；相反，共用的电子控制单元13打开继电器16a并且关闭继电器16b以便驱动喷油器12b并且喷射类型第二燃料。
为了考虑继电器16的打开/关闭时间的可变性，将两个继电器16的实际打开时间和实际关闭时间存储在共用的电子控制单元13的非易失性存储器中。当共用的电子控制单元13是新的时，初始地假定该实际打开/关闭时间等于从对继电器16进行的实验测试中得到的平均期望值；以后在共用的电子控制单元13的寿命期间循环更新实际打开/关闭时间。继电器16的预先确定的实际打开/关闭时间(即，历史的及在共用的电子控制单元13的非易失性存储器中存储的)的更新仔细考虑在继电器16执行的开关动作期间对开启/闭合时间的测量并且然后使用新的测量值通过加权平均(显然，预先确定的实际打开/关闭时间具有比新的测量值更高的权值)来更新预先确定的实际打开/关闭时间。
继电器16的实际打开/关闭时间to/tc通过检测向继电器16发送打开/关闭指令的时刻以及通过检测在辅助端子21发生状态变化的时刻(即，继电器16的状态实际转换的时刻)而决定。与上述相关，根据运行温度(即，热机1的冷却液的温度和/或外界温度)以及根据电源电压(即，根据在热机1的电池的端部处的电压)，确定继电器16的实际关闭时间tc。相反，每个继电器16的实际打开时间to不是根据外部函数确定来参数化的。
如图3中的图表所示，为了改变供应到热机1的燃料，共用的电子控制单元13决定所希望的开关时刻tc(即，必须发生两种燃料的转换的时刻)，根据继电器16a或16b本身的实际关闭时间tc相对于于所希望的开关时刻tcomm预先发送继电器16a或16b的关闭指令，并且根据继电器16a或16b本身的实际打开时间to相对于于所希望的开关时刻tcomm预先发送继电器16a或16b的打开指令。特别地，相对于等于继电器16本身的实际打开时间tc的所希望开关时刻tcomm，预先发送继电器16的关闭指令；此外，相对于所希望的开关时刻tcomm预先发送继电器16的打开指令，从而等同于继电器16本身的实际打开时间to。
特别地，图3中的图表显示了：
●根据时间的继电器16a的状态Sa(继电器16a的状态Sa)在所希望的开关时刻tcomm从打开到关闭；
●根据时间的由共用的电子控制单元13产生的继电器16a的指令信号的状态Ca(继电器16a的指令信号的状态Ca)相对于所希望的开关时刻tcomm预先改变，从而等同于继电器16a的实际关闭时间tc；
●根据时间的继电器16b的状态Sb(继电器16b的状态Sb)在所希望的开关时刻tcomm从关闭到打开；
●根据时间的由共用的电子控制单元13产生的继电器16b的指令信号的状态Cb(继电器16b的指令信号的状态Cb)相对于所希望的开关时刻tcomm预先改变，从而等同于继电器16b的实际打开时间to。
通过上述的进程，在开关时刻tcomm发生两个继电器16的实际开关；以这种方式，确定扭矩峰值的供应重叠(即，在一短时间内两种燃料同时供应到气缸2内)和确定扭矩中断的供应中断(即，在一短时间段内没有燃料供应到气缸2内)均可避免。显然，如果发动机控制需要这样，那么可以在某些情况中自动执行供应重叠，或更少见地，供应中断；例如，为了获得特别高的、具有与超增压(overboost)相似效果的运动转矩，可以在短时间内进行供应重叠。
换句话说，因为通常这两种燃料需要发动机位置是相同的两个不同喷射时间，所以由于确定继电器16开关的时刻，共有的电子控制单元13可以正确地调整喷射时间。
根据优选的实施方案，共用的电子控制单元13还使用从每个继电器16的辅助端子21上读取的信号来验证继电器16本身的正确操作；换句话说，如果一旦已发送开关指令继电器16没有在给定的时间间隔内开关，那么共用的电子控制单元13输出继电器16“阻延”或“阻塞”的诊断信号。
因为上述供应系统易于制造且制造成本高效，最主要的是因为它允许每个继电器在具有极低误差范围的所需时刻精确地开关，所以它具有许多优点；以这种方式，燃料转换在热机1的运行期间平稳地发生并且因此不会被驾驶员察觉。此外，因为制造公差和偏差可以及时得到补偿，所以可以使用低质量(因此低成本)、相对于额定值呈现更高运行差量的继电器16。

Claims (11)

1.一种双燃料内燃机(1)中燃料供应系统(15)的控制方法；该供应系统(15)包括：
适于喷射第一种类型燃料的至少一个第一喷油器(12a)；
适于喷射第二种类型燃料的至少一个第二喷油器(12b)；
适于驱动两个喷油器(12)的共用的电子控制单元(13)；以及
开关设备(14)，其由该共用的电子控制单元(13)控制并且适于通过至少一个第一继电器(16a)和通过至少一个第二继电器(16b)将两个喷油器(12)电连接到该共用的电子控制单元(13)，该第一继电器(16a)适于将该第一喷油器(12a)连接到该共用的电子控制单元(13)或将该第一喷油器(12a)从该共用的电子控制单元(13)断开，该第二继电器(16b)适于将该第二喷油器(12b)连接到该共用的电子控制单元(13)或将该第二喷油器(12b)从该共用的电子控制单元(13)断开；
该控制方法包括步骤：
关闭该第一继电器(16a)并打开第二继电器(16b)，用于驱动该第一喷油器(12a)且喷射该第一类型燃料；以及
打开该第一继电器(16a)并关闭第二继电器(16b)，用于驱动该第二喷油器(12b)且喷射该第二类型燃料；
该控制方法的特征在于，它还包括下面的步骤：
确定两个继电器(16)的实际打开时间(to)和实际关闭时间(tc)；
确定所希望的开关时刻(tcomm)；
根据该继电器(16)本身的实际关闭时间(tc)相对于所希望的开关时刻，预先发送继电器(16)的关闭指令；以及
根据该继电器(16)本身的实际打开时间(to)相对于所希望的开关时刻，预先发送继电器(16)的打开指令。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中相对于所希望的开关时刻(tcomm)预先发送继电器(16)的关闭指令，从而等同于继电器(16)本身的实际关闭时间(tc)，并且相对于所希望的开关时刻(tcomm)预先发送继电器(16)的打开指令，从而等同于继电器(16)本身的实际打开时间(to)。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其中每个继电器(16)包括适于将喷油器连接到该共用的电子控制单元(13)的至少一对电源端子(20)，以及机械地连接到该电源端子(20)的至少一对辅助端子(21)，该辅助端子(21)中的至少一个连接到该共用的电子控制单元(13)。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其中继电器(16)的实际打开/关闭时间(to/tc)是通过检测向该继电器(16)发送打开/关闭指令的时刻以及通过检测在该辅助端子(21)发生状态变化的时刻而确定的。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其中根据运行温度确定每个继电器(16)的实际关闭时间(tc)。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其中根据电源电压确定每个继电器(16)的实际关闭时间(tc)。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其中每个继电器(16)的实际打开时间(to)不是根据外部函数参数化的。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其中在该继电器(16)本身的寿命期间循环地更新每个继电器(16)的实际打开/关闭时间(to/tc)。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其中使用新的测量值通过加权平均来更新每个继电器(16)的预先确定的实际打开/关闭时间(to/tc)。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其中初始假定该实际打开/关闭时间(to/tc)等于从对该继电器(16)进行的实验测试中得到的平均期望值。
11.一种双燃料内燃机(1)中的燃料供应系统(15)；该供应系统(15)包括：
适于喷射第一种类型燃料的至少一个第一喷油器(12a)；
适于喷射第二种类型燃料的至少一个第二喷油器(12b)；
适于驱动两个喷油器(12)的共用的电子控制单元(13)；
该供应系统(15)特征在于，它包括开关设备(14)，该开关设备(14)由该共用的电子控制单元(13)控制并且适于通过至少一个第一继电器(16a)和通过至少一个第二继电器(16b)将两个喷油器(12)电连接到该共用的电子控制单元(13)，该第一继电器(16a)适于将该第一喷油器(12a)连接到该共用的电子控制单元(13)或将该第一喷油器(12a)从该共用的电子控制单元(13)断开，该第二继电器(16b)适于将该第二喷油器(12b)连接到该共用的电子控制单元(13)或将该第二喷油器(12b)从该共用的电子控制单元(13)断开。
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