CN103422997B - 燃料供给系统、方法及包括该系统的汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料供给系统、方法及包括该系统的汽车，涉及汽油/CNG两用燃料动力车技术领域。该系统包括：信号采集模块，用于采集发动机以及各燃料供给模块的工况，并将采集到的工况信息发送至所述控制模块；控制模块，根据发动机的工况信息控制由相应的燃料供给模块向发动机提供燃料，并根据燃料供给模块的工况信息计算相应的燃料的点火提前角以及喷射脉宽，制燃料供给模块的燃料供给；燃料供给模块，用于在控制模块的控制下运行，并按照所述控制模块计算的参数向发动机提供相应的燃料。本发明的燃料供给系统、方法及包括该系统的汽车控制精确、可靠性高、结构简单、成本较低、且能够提高发动机效率。

Description

燃料供给系统、方法及包括该系统的汽车

技术领域

本发明涉及汽油/CNG两用燃料动力车技术领域，尤其涉及一种燃料供给系统、方法及包括该系统的汽车。

背景技术

随着全球汽车保有量的快速增长，石油的短缺，环境污染日益严重，促使开发汽油/压缩天然气（CNG）两用燃料汽车。其中CNG的主要成分是甲烷，具有价格便宜、资源丰富、排放污染低等突出特点。国内市场上的汽油／CNG两用燃料汽车的燃气系统是以机械混合器为主的燃气系统或主从式汽油／CNG两用燃料电喷系统。其中，机械混合器类似于汽油机的化油器燃料供给方式，即在进气歧管前预混形成可燃混合气，然后再进入发动机气缸燃烧，机械式燃气系统的燃料供给控制不精确，会使汽油电喷系统长期读取不正常的氧传感器信号，从而丧失正常工作的能力，且在整车技术条件变化后，机械式燃气系统不具备自适应调节的能力，造成CNG燃料消耗量增加以及回火放炮等现象。主从式汽油／CNG两用燃料电喷系统具有CNG专用的ECU，其是通过采集汽油电子控制单元（ECU）的汽油喷射脉冲，再经过计算转化成CNG喷射脉冲，从而实现CNG燃料的供给控制。由于新增加了一套ECU系统结构负载，成本较高，且瞬态控制精度较低，降低了发动机效率。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：控制精确、可靠性高、结构简单、成本较低、且能够提高发动机效率的燃料供给系统、方法及包括该系统的汽车。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种燃料供给系统，包括：信号采集模块，与控制模块相连，用于采集发动机以及各燃料供给模块的工况，并将采集到的工况信息发送至所述控制模块；控制模块，根据发动机的工况信息控制由相应的燃料供给模块向发动机提供燃料，并根据所述燃料供给模块的工况信息计算相应的燃料的点火提前角以及喷射脉宽，根据计算得到的参数控制所述燃料供给模块的燃料供给；燃料供给模块，与所述控制模块相连，用于在控制模块的控制下运行，并按照所述控制模块计算的参数向发动机提供相应的燃料。

优选地，该系统包括两个燃料供给模块：第一燃料供给模块，与所述控制模块相连，用于在控制模块的控制下运行，并按照所述控制模块计算的参数向发动机提供压缩天然气；第二燃料供给模块，与所述控制模块相连，用于在控制模块的控制下运行，并按照所述控制模块计算的参数向发动机提供汽油。

优选地，所述第一燃料供给模块进一步包括依次相连的：储气瓶、减压器、燃气过滤器、以及燃气气轨；所述储气瓶内存储有压缩天然气，所述储气瓶上设置有气瓶阀；所述减压器通过高压管路与所述储气瓶相连，所述减压器上集成有电磁阀，所述电磁阀与所述控制模块相连，在所述控制模块的控制下开闭；所述燃气过滤器与所述减压器之间、以及所述燃气过滤器与所述燃气气轨之间通过低压管道连接；所述燃气气轨与发动机相连，其上设置有燃气喷嘴，所述燃气喷嘴通过喷嘴驱动器与所述控制模块相连，所述喷嘴驱动器在所述控制模块的控制下，驱动所述燃气喷嘴向发动机内喷射压缩天然气。

优选地，所述高压管路上设置有充气阀、压力表以及气瓶压力传感器，所述气瓶压力传感器与所述控制模块相连，采集储气瓶内的压力，并将采集到的信息发送至所述控制模块；所述燃气过滤器上集成有与所述控制模块相连的燃气压力温度传感器，所述燃气压力温度传感器用于采集流向所述燃气气轨的燃气的温度和压力信息并将其发送至所述控制模块。

优选地，所述第一燃气供给模块还包括：气量显示器，与所述控制模块相连，用于显示储气瓶内的剩余燃气量。

优选地，所述第二燃料供给模块进一步包括通过燃油供给管路依次相连的：燃油箱、燃油泵、燃油过滤器、以及汽油喷嘴；所述燃油箱内存储有汽油；所述燃油泵设置在所述燃油箱内，与所述控制模块相连，用于在所述控制模块的控制下向燃油供给管路泵抽汽油；所述汽油喷嘴设置在发动机中，且与所述控制模块相连，用于在所述控制模块的控制下向发动机喷射汽油；所述发动机与所述燃油箱之间还设置有油压调节器，所述油压调节器通过回油管路与所述燃油箱相连。

优选地，所述控制模块进一步包括：采集单元，用于采集发动机以及各燃料供给模块的工况信息，并将采集到的信息发送至切换单元、点火控制单元以及燃料喷射单元；

切换单元，用于根据发动机的工况信息，控制切换由相应的燃料供给模块向发动机提供燃料；点火控制单元，用于根据各燃料供给模块的工况信息计算汽油以及压缩天然气的点火提前角参数，根据计算得到的点火提前角参数分别控制汽油以及压缩天然气的点火提前角；燃料喷射控制单元，用于根据各燃料供给模块的工况信息计算汽油以及压缩天然气的喷射脉宽参数，根据计算得到的喷射脉宽参数分别控制汽油以及压缩天然气的喷射脉宽。

优选地，该系统还包括：车载自动诊断模块，用于根据发动机以及各燃料供给模块的工况进行尾气排放的检测以及燃料供给模块的故障检测。

本发明还提供了一种汽车，包括上述系统。

本发明还提供了一种基于上述系统的燃料供给方法，包括：控制模块根据发动机的工况信息控制由相应的燃料供给模块向发动机提供燃料，并根据所述燃料供给模块的工况信息计算相应的燃料的点火提前角、以及喷射脉宽，根据计算得到的参数控制所述燃料供给模块的燃料供给的步骤；以及各燃料供给模块在控制模块的控制下运行，并按照所述控制模块计算的参数向发动机提供相应的燃料的步骤。

（三）有益效果

本发明系统及方法能够实现不同的燃料供给单独工作、互不干扰，与传统的以机械混合器为主供给系统及方法相比控制更精确。与传统的主从式电喷系统相比，无需硬件点火提前器（进行一个或两个固定的点火提前修正），可以对不同的燃料实现最佳的点火控制；不需要各燃料的专用控制模块等，使用的零部件减少，降低了线束复杂程度和成本，安装十分简便，提高了系统的可靠性；由于多种燃料的控制功能被集成到了一个控制模块中，因此可以确定最佳的切换时刻，还能通过对点火提前角的控制实现不同燃料供给间的平顺切换；此外，由于其集成特性，控制模块能够采用不同的控制策略，无需像主从式双ECU系统一样对汽油喷射脉宽进行转换，而是直接根据压缩天然气的特性和发动机运行工况进行计算，瞬态控制精度更高，单独的点火正时控制策略提高了发动机效率和燃料经济性，降低了热负荷。

因此，本发明的系统及方法具有更加优良的整车驾驶性和燃料经济性。

附图说明

图1为依照本发明一种实施方式的燃料供给系统的结构框图；

图2为依照本发明一种实施方式的燃料供给系统的结构示意图；

图3为依照本发明一种实施方式的燃料供给方法的软件构成示意图。

具体实施方式

本发明提供的燃料供给系统、方法及包括该系统的汽车，结合附图及实施例详细说明如下。

如图1所示，依照本发明一种实施方式的燃料供给系统包括：信号采集模块、控制模块以及各燃料供给模块。

信号采集模块与控制模块相连，用于采集发动机以及各燃料供给模块的工况，并将采集到的工况信息发送至控制模块。

控制模块根据发动机的工况信息控制切换由相应的燃料供给模块向发动机提供燃料，并根据燃料供给模块的工况信息计算相应的燃料的点火提前角以及喷射脉宽等参数，根据计算得到的参数控制燃料供给模块的燃料供给。

燃料供给模块与控制模块相连，在控制模块的控制下运行，并按照控制模块计算的参数的向发动机提供相应的燃料。

在本实施方式的系统中，包括一个控制模块以及两个燃料供给模块，两个燃料供给模块单独工作，互不干扰。该两个燃料供给模块分别为：

第一燃料供给模块，与控制模块相连，用于在控制模块的控制下运行，并按照控制模块计算的参数向发动机提供压缩天然气。

第二燃料供给模块，与控制模块相连，用于在控制模块的控制下运行，并按照控制模块计算的参数向发动机提供汽油。

如图2所示，在本实施方式的系统中，第一燃料供给模块进一步包括依次相连的：储气瓶21、减压器25、燃气过滤器27、以及燃气气轨212。储气瓶21内存储有压缩天然气，其上设置有气瓶阀22，气瓶阀22作为控制开关其承载着储气瓶21的启闭性、气密性、自动泄压以及自动限流的功能。

储气瓶21通过高压管路29与减压器25相连，减压器25上集成有电磁阀26，该电磁阀26与控制模块相连，在控制模块的控制下开闭，以实现压缩天然气的供给。减压器25与燃气过滤器27之间、以及燃气过滤器27与燃气气轨212之间通过低压管道210连接。燃气气轨212与发动机3相连，燃气气轨212上设置有燃气喷嘴213（图中所示为4个，但不限于此），燃气喷嘴213通过喷嘴驱动器39与控制模块相连，喷嘴驱动器39在控制模块的控制下，驱动燃气喷嘴213依照控制模块计算的压缩天然气喷射脉宽向发动机3内喷射压缩天然气。高压管路29上设置有充气阀23、压力表24以及气瓶压力传感器211。压力表24与充气阀23装配，并提供整车充装压缩天然气时的压力参考，以方便加气。气瓶压力传感器211与控制模块相连，其本身与压力表24集成一体，采集储气瓶21内的压力信息，并将采集到的压力信息发送至控制模块。燃气过滤器27上集成有与控制模块相连的燃气压力温度传感器214，该燃气压力温度传感器214采集流向燃气气轨212的燃气的温度和压力信息并将其发送至控制模块。

在本实施方式的系统中，第一燃料供给模块还包括：气量显示器28，与控制模块相连，用于显示储气瓶21内的剩余燃气量。

第二燃料供给模块可与传统的汽油供给系统完全相同，其进一步包括通过燃油供给管路依次相连的：燃油箱11、燃油泵12、燃油过滤器13、以及汽油喷嘴16。燃油箱11内存储有汽油，燃油泵12设置在燃油箱11内，与控制模块相连，用于在控制模块的控制下向燃油供给管路泵抽汽油。汽油喷嘴16设置在发动机3中，且与控制模块相连，用于在控制模块的控制下依照控制模块计算的汽油喷射脉宽向发动机3喷射汽油。发动机3与燃油箱11之间还设置有油压调节器14，油压调节器14通过回油管路15与燃油箱11相连。

如图1所示，控制模块进一步包括：采集单元、切换单元、点火控制单元以及燃料喷射控制单元。

采集单元采集发动机以及各燃料供给模块的工况信息，并将采集到的信息发送至切换单元、点火控制单元以及燃料喷射单元；切换单元根据发动机的工况信息，控制电磁阀26的开闭，以切换由相应的燃料供给模块向发动机提供燃料；点火控制单元根据各燃料供给模块的工况信息计算汽油以及压缩天然气的点火提前角参数，根据计算得到的点火提前角参数分别控制汽油以及压缩天然气的点火提前角；燃料喷射控制单元根据各燃料供给模块的工况信息计算汽油以及压缩天然气的喷射脉宽参数，再根据计算得到的喷射脉宽参数分别控制汽油以及压缩天然气的喷射脉宽。

该系统还包括：车载自动诊断模块，该模块根据发动机以及各燃料供给模块的工况进行尾气排放的检测，以及进行燃料供给模块的故障检测。与传统的车载自动诊断模块相比，本系统的车载自动诊断模块增加了针对燃气压力温度传感器214等压缩天然气供给模块的工况信息所进行的检测，以及对电磁阀26以及天然气喷嘴213等压缩天然气供给模块的相关硬件的故障检测和诊断及相应的故障码，其余与传统的汽油车载自动诊断模块相同。

其中，如图2所示，采集单元用于采集发动机工况的部分包括：氧传感器31、曲轴位置传感器42、凸轮轴位置传感器32、发动机转速传感器34、爆震传感器35、发动机水温传感器36、以及设置在节气门体37上的节气门位置传感器38，上述传感器均与控制模块相连。

除上述各组成部分外，本实施方式的系统中还包括传统的动力车的燃料供给系统中不可缺少的活性炭罐40，该活性炭罐40分别通过不同的管路与燃油箱11以及发动机3相连，其与发动机3的连接管路上还设置有与控制模块相连的碳罐控制阀41。

本发明还提供了一种包括上述燃料供给系统的汽车。

优选地，在本发明中，该控制模块以及车载自动诊断模块即为汽车的电子控制单元（ECU）5，对于两种燃料的独立的控制逻辑均集成在该ECU5中，ECU5与上述的各传感器均相连。ECU5根据发动机3的工况信息控制系统进入汽油供给模式以及压缩天然气供给模式，并由相应的燃料供给模块向发动机3提供燃料，根据燃料供给模块的工况信息计算相应的燃料的点火提前角、以及喷射脉宽，根据计算得到的参数控制燃料供给模块的燃料供给（通过对燃气喷嘴213、汽油喷嘴16以及点火线圈33的控制，实现对压缩天然气以及汽油的喷射控制以及点火控制）。各燃料供给模块在ECU5的控制下运行，并按照ECU5计算的参数的向发动机3提供相应的燃料。

本实施方式的上述燃料供给方法集成在ECU5的软件中，将与燃料种类有关的逻辑和控制参数分离为汽油/压缩天然气不同的两份，主要是点火控制逻辑和燃料喷射控制逻辑，还包括ECU自带的OBD逻辑。而与燃料无关的逻辑和控制参数，则由两种燃料的控制逻辑共享，如本领域的技术人员所熟知的信号采集逻辑、58X逻辑、判缸逻辑等。该软件采用模块化的设计方式，不同的功能被封装在不同的模块内。该软件的构成如图3所示，其中，点线代表汽油供给模式下的控制逻辑，线段线代表压缩天然气供给模式下的控制逻辑。此外，图中所示的附件补偿计算、充气效率标定、驾驶性标定、排放标定、三高试验标定、步进电机控制、空调控制、以及风扇控制等逻辑均为本领域较成熟的技术，在此不做赘述。

具体地，在本实施方式的方法中：

在ECU未检测到压缩天然气工作条件全满足时，使用汽油燃料工作，ECU采集各相关的传感器信号，并按汽油的逻辑和控制参数计算汽油喷射脉宽、以及点火提前角等参数，并控制燃油泵、点火线圈、汽油喷嘴等工作。在汽油供给模式下，压缩天然气供给的专用控制参数是不参与计算的，此时的燃料供给系统等同于独立的汽油供给系统。其中，该压缩天然气工作条件为：电磁阀26的打开、发动机水温≥50℃、发动机转速达到750rpm、节气门位置、以及流向燃气气轨212的气体的压力达到300kpa。

在ECU检测到使用压缩天然气工作条件全满足时，就会控制电磁阀26打开，控制进行燃料切换，之后进入到压缩天然气供给模式。在压缩天然气供给模式下，ECU采集相关传感器信号，并按压缩天然气供给模式的逻辑和控制参数计算压缩天然气的喷射脉宽、点火提前角等参数，之后再控制点火线圈、燃气喷嘴、步进电机、风扇、空调等按照压缩天然气参数计算出的数值工作。在压缩天然气供给模式下，所有汽油供给专用的控制参数是不参与计算的。

例如在计算燃料喷射量时会用到燃料的理论空燃比，系统在汽油供给模式下工作时，此参数名为K_Stoich_AF，其值为14.6；当系统工作在压缩天然气供给模式下，计算中采用的理论空燃比是压缩天然气专用参数K_Stoich_AF_CNG，其值为17.2。ECU根据当前的燃料供给模式，自动地选择不同的参数来进行计算。在汽油供给模式下，发动机点火提前角的控制参数之一是F_HighOctane，而压缩天然气供给模式下，一般需要比汽油更大的点提前角，所以压缩天然气供给模式具有独立的专用点火提前角控制参数F_HighOctane_CNG。在发动机标定时，可以在压缩天然气供给模式下，对此参数进行独立的标定，从而优化发动机使用压缩天然气时的性能，同时又不影响发动机使用汽油时的性能（因为在汽油供给模式下，点火提前角采用了汽油专用参数F_HighOctane）。

在ECU的软件中，两种燃料的控制参数相互独立，所以，当汽油的控制参数全部继承了原汽油发动机的标定值后，两用燃料发动机在使用汽油时的性能与原汽油发动机完全相同。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。

Claims (8)

1.一种燃料供给系统，其特征在于，包括：

信号采集模块，与控制模块相连，用于采集发动机以及各燃料供给模块的工况，并将采集到的工况信息发送至所述控制模块；

控制模块，根据发动机的工况信息控制由相应的燃料供给模块向发动机提供燃料，并根据所述燃料供给模块的工况信息计算相应的燃料的点火提前角以及喷射脉宽，根据计算得到的参数控制所述燃料供给模块的燃料供给；

燃料供给模块，与所述控制模块相连，用于在控制模块的控制下运行，并按照所述控制模块计算的参数向发动机提供相应的燃料；

该系统包括两个燃料供给模块：

第一燃料供给模块，与所述控制模块相连，用于在控制模块的控制下运行，并按照所述控制模块计算的参数向发动机提供压缩天然气；

第二燃料供给模块，与所述控制模块相连，用于在控制模块的控制下运行，并按照所述控制模块计算的参数向发动机提供汽油；

所述控制模块进一步包括：

采集单元，用于采集发动机以及各燃料供给模块的工况信息，并将采集到的信息发送至切换单元、点火控制单元以及燃料喷射单元；

切换单元，用于根据发动机的工况信息，控制切换由相应的燃料供给模块向发动机提供燃料；

点火控制单元，用于根据各燃料供给模块的工况信息分别计算汽油以及压缩天然气的点火提前角参数，根据计算得到的点火提前角参数分别控制汽油以及压缩天然气的点火提前角；

燃料喷射控制单元，用于根据各燃料供给模块的工况信息分别计算汽油以及压缩天然气的喷射脉宽参数，根据计算得到的喷射脉宽参数分别控制汽油以及压缩天然气的喷射脉宽。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一燃料供给模块进一步包括依次相连的：储气瓶(21)、减压器(25)、燃气过滤器(27)、以及燃气气轨(212)；

所述储气瓶(21)内存储有压缩天然气，所述储气瓶(21)上设置有气瓶阀(22)；

所述减压器(25)通过高压管路(29)与所述储气瓶(21)相连，所述减压器(25)上集成有电磁阀(26)，所述电磁阀(26)与所述控制模块相连，在所述控制模块的控制下开闭；

所述燃气过滤器(27)与所述减压器(25)之间、以及所述燃气过滤器(27)与所述燃气气轨(212)之间通过低压管道(210)连接；

所述燃气气轨(212)与发动机相连，其上设置有燃气喷嘴(213)，所述燃气喷嘴(213)通过喷嘴驱动器(39)与所述控制模块相连，所述喷嘴驱动器(39)在所述控制模块的控制下，驱动所述燃气喷嘴(213)向发动机内喷射压缩天然气。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述高压管路(29)上设置有充气阀(23)、压力表(24)以及气瓶压力传感器(211)，所述气瓶压力传感器(211)与所述控制模块相连，采集储气瓶(21)内的压力，并将采集到的信息发送至所述控制模块；

所述燃气过滤器(27)上集成有与所述控制模块相连的燃气压力温度传感器(214)，所述燃气压力温度传感器(214)用于采集流向所述燃气气轨(212)的燃气的温度和压力信息并将其发送至所述控制模块。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一燃气供给模块还包括：

气量显示器(28)，与所述控制模块相连，用于显示储气瓶(21)内的剩余燃气量。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二燃料供给模块进一步包括通过燃油供给管路依次相连的：燃油箱(11)、燃油泵(12)、燃油过滤器(13)、以及汽油喷嘴(16)；

所述燃油箱(11)内存储有汽油；

所述燃油泵(12)设置在所述燃油箱(11)内，与所述控制模块相连，用于在所述控制模块的控制下向燃油供给管路泵抽汽油；

所述汽油喷嘴(16)设置在发动机中，且与所述控制模块相连，用于在所述控制模块的控制下向发动机喷射汽油；

所述发动机与所述燃油箱(11)之间还设置有油压调节器(14)，所述油压调节器(14)通过回油管路(15)与所述燃油箱(11)相连。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括：

车载自动诊断模块，用于根据发动机以及各燃料供给模块的工况进行尾气排放的检测以及燃料供给模块的故障检测。

7.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的系统。

8.一种基于权利要求1-6任一项所述的系统的燃料供给方法，其特征在于，包括：

控制模块根据发动机的工况信息控制由相应的燃料供给模块向发动机提供燃料，并根据所述燃料供给模块的工况信息计算相应的燃料的点火提前角、以及喷射脉宽，根据计算得到的参数控制所述燃料供给模块的燃料供给的步骤；以及

各燃料供给模块在控制模块的控制下运行，并按照所述控制模块计算的参数向发动机提供相应的燃料的步骤。