CN102182568B - 一种天然气和汽油双燃料发动机喷射脉宽控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然气/汽油发动机喷射脉宽控制方法，所述方法基于原汽油机控制系统，在原燃油控制逻辑的基础上增设喷射脉宽校正逻辑，喷油嘴和喷气嘴共用原汽油机控制系统的大功率驱动电路和功率驱动器。若处于汽油模式，喷射脉宽校正模块输出的喷射脉宽即为燃油喷射脉宽；在燃气状态下，直接将燃油脉宽和喷油脉宽校正为燃气脉宽和喷气脉宽信号输出给外部天然气/汽油选择装置。本方法使燃油/燃气信号共用一路电路输出，优化了现有技术中双燃料ECU控制逻辑，减少专门针对燃气的大功率驱动电路和功率驱动电路，提升了ECU双燃料控制响应效率，对现有汽油机电路修改少，节约硬件开发成本。

Description

一种天然气和汽油双燃料发动机喷射脉宽控制方法
技术领域
本发明属于发动机电子控制领域，涉及一种双燃料发动机控制系统，特别是涉及一种天然气和汽油双燃料发动机燃油/燃气喷射脉宽控制方法。
背景技术
随着环境、能源问题的日益严峻，天然气已成为发动机的重要燃料之一。将汽油机改装成天然气/汽油双燃料发动机，可以更有效的利用能源，缓解环境危机。
现有的天然气/汽油双燃料发动机控制系统如图1所示，在双燃料发动机控制系统的单ECU中，存储了汽油模式下的控制逻辑和天然气模式下的控制逻辑；在执行器驱动方面，喷油嘴用一路大功率驱动电路和功率驱动器驱动，喷气嘴用一路大功率驱动电路和功率驱动器驱动。增加的驱动喷气嘴的大功率驱动电路和功率驱动器，对原汽油机ECU硬件电路改动大，ECU硬件电路结构复杂，成本高。而双燃料发动机单ECU中的存储代码量倍增，内存消耗大，运行效率降低。
发明内容
为克服现有技术中存在的上述问题，本发明将原汽油机改装为天然气/汽油双燃料发动机，提出一种天然气和汽油双燃料发动机燃油/燃气喷射脉宽控制方法，在原燃油控制逻辑的基础上增设喷射脉宽校正逻辑，简化现有双燃料ECU逻辑驱动电路，提升驱动效率，对现有燃油机电路改动少,降低开发成本。
本发明提出的天然气和汽油双燃料发动机喷射脉宽控制方法是基于双燃料发动机控制系统，所述双燃料发动机是在原汽油机控制系统的基础上，增加天然气供给系统、天然气的控制逻辑、喷气嘴及其驱动电路。
本发明具体采用以下技术方案：
一种天然气和汽油双燃料发动机喷射脉宽控制方法，所述方法是基于原汽油机控制系统，在其原燃油控制逻辑的基础上增设喷射脉宽校正逻辑，喷油嘴和喷气嘴共用原汽油机控制系统的大功率驱动电路和功率驱动器；所述方法包括以下步骤：
（1）所述原汽油机控制系统主控芯片采集传感器信号，判断发动机是否切换到燃气状态；
（2）如果发动机处于燃油状态，则通过选择开关选通喷油嘴与原汽油机控制系统的大功率驱动电路和功率驱动器相连，所述原汽油机控制系统根据原有控制系统逻辑计算输出燃油喷射脉宽信号；
（3）如果发动机处于燃气状态，则通过选择开关选通喷气嘴与原汽油机控制系统的大功率驱动电路和功率驱动器相连，输出天然气喷射脉宽，所述天然气喷射脉宽根据以下公式计算：
    tg = [k(tp;rpm)+k1(Tr)+k2(Tg)+k3(Pg)]×tp 
其中，tg是天然气喷射脉宽，k(tp;rpm)是天然气喷射脉宽转换系数，k1(Tr)是减压器温度补偿系数，k2(Tg)天然气温度补偿系数，k3(Pg)天然气压力补偿系数；
所述传感器信号至少包括天然气请求开关信号、天然气储气瓶压力信号、发动机转速信号和发动机温度信号；当所述主控芯片采集到天然气请求开关信号，并且所述天然气储气瓶压力不低于设定值，并且发动机转速达到或超过设定转速，并且发动机温度大于设定温度，则判断发动机切换燃气状态。
  在发动机处于燃气状态下，所述控制根据汽油喷射脉宽tp和转速rpm查询程序存储器中存储的参数值得到天然气脉宽转换系数k(tp;rpm)，根据减压器温度信号Tr查询得到减压器温度补偿系数k1(Tr)，根据天然气温度Tg查询得到天然气温度补偿系数k2(Tg)，根据天然气气轨压力Pg与进气压力MAP之差查询得到天然气压力补偿系数k3(Pg)。在不同转速、负荷下进行发动机台架标定试验，过量空气系数等于1时标定获得一系列参数值，存储于主芯片的程序存储器中，用于控制逻辑查询。
根据本发明控制方法，双燃料发动机控制系统框图如图2所示，天然气/汽油双燃料发动机单ECU中天然气喷射脉宽是通过修正相同转速、负荷工况下汽油喷射脉宽得到。喷油嘴和喷气嘴共用原汽油机控制系统的大功率驱动电路和功率驱动器，喷油嘴和喷气嘴的切换是通过ECU控制天然气/汽油选择装置中的继电器实现的。
本发明优点在于：本发明提出的天然气/汽油双燃料控制系统在原汽油机ECU的基础上增加天然气的喷射脉宽校正逻辑，在燃气状态下，直接将燃油脉宽和喷油脉宽校正为燃气脉宽和喷气脉宽信号输出给外部天然气/汽油选择装置，使燃油天然气/燃气信号共用一路电路输出，优化了现有技术中双燃料ECU控制逻辑，减少了专门针对燃气的大功率驱动电路和功率驱动电路，提升了ECU双燃料控制响应效率，对现有燃油机电路修改少，节约硬件开发成本。进一步，发明的天然气/汽油选择装置，通过ECU控制继电器切换喷油嘴/喷气嘴,利用原汽油机的大功率驱动电路和功率驱动器驱动喷油嘴/喷气嘴，增加燃气功能后，对原汽油机ECU硬件电路的改动少，结构简单，成本低。
附图说明
图1是现有天然气/汽油双燃料发动机控制系统框图；
图2是本发明天然气/汽油双燃料发动机控制系统框图；
图3是天然气/汽油选择装置；
图4是本发明天然气喷射脉宽校正模块。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行进一步描述。
本发明方法是基于双燃料发动机控制系统而实现，图2是本发明实施例的双燃料发动机控制系统框图，该控制系统是对汽油机控制系统进行改装，在汽油机控制系统的基础上增加包括天然气供给系统、传感器、天然气/汽油选择装置（如图3所示）、天然气的喷射脉宽校正模块和点火定时校正模块等，天然气供给系统采用现有的成熟技术，新增加的传感器包括燃气压力传感器、燃气温度传感器、减压器温度传感器等，在ECU的主控制芯片MCU中增加了喷射脉宽校正模块1、点火定时校正模块2等。原汽油机传感器和新增加的传感器信号经信号处理电路处理后输出给主控制芯片MCU，主控制芯片MCU根据驾驶员操作的天然气请求开关、发动机温度信号、天燃压力信号、发动机转速等信号判定是否切换到天然气状态，当所述主控芯片采集到天然气请求开关信号，并且所述天然气储气瓶压力不低于设定值，并且发动机转速达到或超过设定转速，并且发动机温度大于设定温度，则判断发动机切换燃气状态。ECU根据采集到的传感器信号和主芯片中编写的控制逻辑，通过喷油嘴/喷气嘴驱动电路、减压器驱动电路和点火线圈驱动电路等输出喷射脉宽信号、继电器控制信号、减压器电磁阀控制信号、点火定时信号以及燃料状态指示信号等。
本发明提出的双燃料发动机喷射脉宽控制方法通过ECU的主控芯片MCU中增加的喷射脉宽校正模块1得以实现，图4是喷射脉宽校正模块，包括汽油喷射脉宽信号、转速信号、燃料状态信号、减压器温度信号、天然气温度信号、天然气压力信号，燃料选择开关5，发动机启动后，ECU根据原汽油机控制系统得到燃油喷射脉宽信号，根据天然气请求开关、发动机冷却水温度、CNG储气量、发动机转速四个信号得到燃油状态或燃气状态。若处于汽油状态，燃料选择开关5选择m通道，ECU输出汽油喷射脉宽信号tp；若处于天然气状态，燃料选择开关5选择n通道， ECU根据汽油喷射脉宽信号tp和发动机转速rpm查询天然气喷射脉宽转换系数k(tp，rpm)，例如在tp=6ms，rpm=2500r/min时，k=86。同时根据减压器温度Tr、天然气工作温度Tg、不同喷射压力差（天然气气轨压力Pg与进气压力MAP之差）查询对应的修正系数k1(Tr)、k2(Tg)、k3(Pg)。天然气喷射脉宽的计算公式为：
tg = [k(tp;rpm)+k1(Tr)+k2(Tg)+k3(Pg)]×tp 
其中，天然气喷射脉宽转换系数k(tp，rpm)及不同的减压器温度Tr、天然气工作温度Tg、天然气气轨压力Pg与进气压力MAP对应的修正系数k1(Tr)、k2(Tg)、k3(Pg)是在不同转速、负荷下进行发动机台架标定试验，过量空气系数等于1时标定获得的一系列参数值，存储于主芯片的程序存储器中，用于控制逻辑查询。
图3是天然气/汽油选择装置，其由喷油嘴/喷气嘴、切换喷油嘴/喷气嘴的继电器组4。以四缸发动机为例，每一缸由一组喷油嘴/喷气嘴。其中，继电器组的4个d接线柱和4个e接线柱接12V电源，常闭触点c与喷油嘴电磁阀正极相接，常开触点b与喷气嘴电磁阀正极相接，每一组喷油嘴/喷气嘴电磁阀的公共负极端由ECU的引脚f控制。继电器组线圈的4个a接线柱接在一起由ECU的引脚g控制，当发动机燃烧汽油时，ECU控制引脚g，继电器线圈不通电时，继电器的开关处于常闭触点c处，喷油嘴的正极接12V的电源，ECU根据主控制芯片MCU计算的汽油喷射脉宽，通过引脚f控制喷油嘴电磁阀通电时间，进而控制每循环每缸的汽油喷射量。当发动机燃烧天然气时，ECU通过引脚g控制继电器线圈的通电，使继电器开关处于常开触点b处，此时喷气嘴的正极接12V的电源，ECU根据主控制芯片MCU计算的天然气喷射脉宽，通过控制引脚f，控制喷气嘴电磁阀通电时间，进而控制每循环每缸天然气的喷射量。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (4)

1.一种天然气和汽油双燃料发动机喷射脉宽控制方法，其特征在于：
所述方法基于原汽油机控制系统，在原系统的燃油控制逻辑的基础上增设喷射脉宽校正逻辑，喷油嘴和喷气嘴共用原汽油机控制系统的大功率驱动电路和功率驱动器；所述方法包括以下步骤：
（1）所述原汽油机控制系统的主控芯片采集传感器信号，判断发动机是否切换到燃气状态；
（2）如果发动机处于燃油状态，则通过选择开关选通喷油嘴与原汽油机控制系统的大功率驱动电路和功率驱动器相连，所述原汽油机控制系统根据原有控制系统逻辑计算输出燃油喷射脉宽信号；
（3）如果发动机处于燃气状态，则通过选择开关选通喷气嘴与原汽油机控制系统的大功率驱动电路和功率驱动器相连，并输出天然气喷射脉宽，所述天然气喷射脉宽根据以下公式计算：
    tg = [k(tp;rpm)+k1(Tr)+k2(Tg)+k3(Pg)]×tp 
其中，tg是天然气喷射脉宽，tp汽油喷射脉宽，k(tp;rpm)是天然气喷射脉宽转换系数，k1(Tr)是减压器温度补偿系数，k2(Tg)天然气温度补偿系数，k3(Pg)天然气压力补偿系数。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
所述传感器信号至少包括天然气请求开关信号、天然气储气瓶压力信号、发动机转速信号和发动机温度信号；当所述主控芯片采集到天然气请求开关信号，并且所述天然气储气瓶压力不低于设定值，并且发动机转速达到或超过设定转速，并且发动机温度大于设定温度，则判断发动机切换燃油状态。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
    在发动机处于燃气状态下，所述控制根据汽油喷射脉宽tp和转速rpm查询程序存储器中存储的参数值得到天然气脉宽转换系数k(tp;rpm)，根据减压器温度信号Tr查询得到减压器温度补偿系数k1(Tr)，根据天然气温度Tg查询得到天然气温度补偿系数k2(Tg)，根据天然气气轨压力Pg与进气压力MAP之差查询得到天然气压力补偿系数k3(Pg)。
4.根据权利要求1或3所述的控制方法，其特征在于：
   天然气喷射脉宽转换系数k(tp;rpm)、减压器温度补偿系数k1(Tr)、天然气温度补偿系数k2(Tg)、天然气压力补偿系数k3(Pg)是在不同发动机转速、负荷下进行发动机台架标定试验，过量空气系数等于1时标定得到的参数值。
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