CN108625998A - 一种天然气-氢气双燃料发动机喷气控制装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于一种控制发动机喷射燃料的装置和方法，该发明主要采用天然气和氢气独立供应方法，根据ECU信号按需求比例进行双燃料的混合，并结合各传感器信号、发动机工况和尾气数值等实时数据调整喷气策略并自动校正ECU的存储数据，达到精确地控制喷气量并减少发动机排放的目的。

Description

一种天然气-氢气双燃料发动机喷气控制装置和方法
技术领域
本发明涉及汽车发动机喷气控制领域，尤其涉及到一种天然气-氢气双燃料发动机喷气控制装置和一种天然气-氢气双燃料发动机喷气控制方法
技术背景
随着石油资源的枯竭以及人类环保意识的增强，本世纪汽车发动机产业将迎来一场重大的绿色革命，新能源汽车将逐渐替代传统化石燃气汽车。天然气作为传统发动机燃料的一种绿色替代燃料之一，未来将会被越来越多的汽车发动机作为动力燃料。然而，现阶段的天然气发动机还存在动力性不足，尾气排放温度高，局部热负荷过高等问题。近年来采用的双燃料供应形式由于成本过高、喷气控制策略缺陷导致的尾气超标和耗气量过高等问题并没有得到大规模推广与应用。因此，燃气供应系统优化和发动机喷气控制方法还需要进一步优化。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种天然气-氢气双燃料发动机喷气控制装置方法。
所述的一种天然气-氢气双燃料发动机喷气控制装置，汽车供气装置由储气罐、天然气电子减压阀、天然气流量控制阀，氢气电子减压阀、氢气流量控制阀、混合装置、燃料质量流速控制装置和喷油器组成。所述的储气罐分为天然气瓶和氢气瓶两个部分，天然气瓶和氢气瓶由隔板分隔开来。从天然气瓶、氢气瓶流出的燃料分别通过管道与天然气电子减压阀和氢气电子减压阀后，由各自的流量控制阀进行流速控制，在所述的混合装置中进行混合形成混合气，并最终通过所述的燃料质量流速控制装置和喷油器进入气缸。在其中一种燃料消耗完全的状态下，另一种燃料的供应系统正常工作，发动机正常运行。
进一步地，机油箱与机油检测装置相连。机油检测装置向发动机ECU发送机油检测信号，ECU对机油的检测结果用于喷气策略的校正。其检测信号包括粘度指数、40℃动态粘度、100℃动态粘度、150℃高温高剪切动态粘度、表观粘度、倾点、总碱值等。在ECU对机油检测结果判断为不达标的情形下，汽车仪表盘显示机油变质，提醒司机更换机油。
所述的一种天然气-氢气双燃料发动机喷气控制装置还需要附加一种喷气控制方法，该喷气控制方法分为怠速和非怠速状态两种情形：
怠速状态下，发动机ECU依据可读写ROM的存储数据控制发动机喷气系统的工作，发动机怠速循环次数达到阈值n后，若ECU判定前氧传感器信号没有超过氧浓度阈值M1，后氧传感器信号没有超过氧浓度阈值M2的情形下，并且怠速耗气量没有超标，发动机ECU喷气策略无需改变，可读写ROM的存储数据没有发生更新。若ECU定只有前氧传感器信号超过氧浓度阈值M1，或者只有后氧传感器信号超过氧浓度阈值M2，或者只有怠速耗气量超标，以及3种判断标准中的两者或者全部超出ECU设定的阈值的情形下，ECU通过接受的前/后氧传感器信号、进气温度传感器信号、进气压力传感器信号、排气温度信号、前后氧传感器信号、机油检测信号、水温传感器信号进行喷气策略的调整，怠速状态下喷气策略的调整优先满足转速稳定、尾气排放达标和耗气量标准。控制中心即所谓的发动机ECU结合其他工况参数和传感器信号计算新的怠速天然气-氢气比例以及喷射压力，再通过控制天然气电子减压阀、天然气流量控制阀、氢气电子减压阀和氢气流量控制阀的阀门开度达到形成预定比例的混合燃料，由燃料质量流速控制装置调节进入喷油器的混合燃料流量。当重新配比的燃料满足转速稳定、尾气排放达标和耗气量标准，所述的ECU将自动更新ROM中的预定天然气-氢气混合燃料比例数据。在下一次汽车点火启动(怠速)时，当发动机ECU再次接受到的工况信号与上述工况相同时，ECU自动优先选择上述燃气比例数据控制喷气，若不满足标准时将自动按照上述流程循环。
非怠速状态下，ECU依据节气门位置传感器、车速传感器、飞轮转速传感器、空气流量计信号等参数确定需求转矩并且计算出基本喷气量，通过接受的前/后氧传感器信号、EGR阀开度信号、进气温度传感器、进气压力传感器、排气温度信号、机油检测信号、水温传感器信号进行喷气策略的调整，喷气策略的调整优先满足发动机负荷要求、尾气排放达标和耗气量最小标准。进一步说明地，满足发动机负荷要求的前提下，若ECU决策模块判定前氧传感器信号没有超过氧浓度阈值M1并且后氧传感器信号没有超过氧浓度阈值M2的情形下，ECU根据原有的ROM中的存储数据控制发动机的喷气策略。若ECU决策模块判定只有前氧传感器信号超过氧浓度阈值M1，或者只有后氧传感器信号超过氧浓度阈值M2，或者两者都出现超过ECU设定的阈值情形下，ECU自动开始调整喷气策略，喷气策略在满足发动机运行负荷的前提下还需要满足排放标准以及在调整次数n1中找到最小的燃气消耗量。ECU控制中心结合其他工况参数和传感器信号计算新的天然气-氢气比例以及设定的喷射压力，再通过控制天然气电子减压阀、天然气流量控制阀、氢气电子减压阀和氢气流量控制阀的阀门开度达到形成预定比例的混合燃料，由燃料质量流速控制装置调节进入喷油器的混合燃料流量。进一步说明，满足发动机负荷要求和排放标准后，喷气策略的调整次数达到调整阈值n1次后即停止调整，将满足发动机负荷要求、排放标准且耗气量最小的天然气-氢气混合燃料比例的工况数据将自动更新ECU中的ROM的可读写数据存储区。当发动机ECU再次接受到的工况信号与上述工况相同时，ECU自动优先选择上述燃气比例数据控制喷气，若不满足标准时将自动按照上述流程循环。
进一步说明，怠速工况和非怠速工况下，ECU控制的喷气策略进行校正时，每次天然气和氢气比例增量值为Z，其中一种比例值增加Z的同时另一种燃料的比例下降Z，增量Z值依据实际情况在ECU中进行设定。部分工况下，Z可为零，即燃料比例不变。由ECU控制天然气电子减压阀、天然气流量控制阀以及氢气电子减压阀、氢气流量控制阀达到预定比例燃料的目的。设置怠速循环阈值n的目的是为了防止冷启动因素给控制策略调整带来的影响，怠速耗气量标准必须小于国家标准。设置的前/后氧传感器信号阈值M1和M2分别用于判断燃料-空气消耗情况和三元催化转化器的催化效果，M1、M2由实际情况在ECU中进行设定。排气温度传感器的作用是为了ECU能够控制发动机运行时，使排气温度处于三元催化转化器正常工作范围。
附图说明
图1为发动机控制系统组成示意图；
图2为发动机怠速工况系统控制策略示意图；
图3为发动机非怠速工况系统控制策略示意图；
具体实施方式
为准确的表达本发明的发明内容，下面将结合附图给出本发明的实施例。进一步说明，由于发动机运行系统复杂，在本发明所述的发明内容和方法并非只限定在本发明的实施例，任何在发动机喷气装置和喷气控制方法中应用了本发明的内容以及方法，应都属于本发明的保护范围之内。
进一步地，为减小实际制造和设计成本，本发明中所述的ECU、以及节气门位置传感器、车速传感器、飞轮转速传感器、空气流量计、前/后氧传感器、进气温度传感器、进气压力传感器、排气温度传感器、水温传感器等，都是一般汽车以及发动机安装的元器件，非本发明特殊发明以及应用装置。
怠速工况实施例：
(1)当发动机启动且处于怠速工况，发动机怠速循环次数低于怠速循环阈值n，ECU控制模块依据ROM中可读存储数据控制喷气策略，ROM中可读存储数据不会被更新。一旦发动机怠速循环次数大于怠速循环阈值n，ECU开始判断是否需要调整喷气策略。
(2)发动机怠速循环次数大于怠速循环阈值n，ECU判定前氧传感器信号没有超过氧浓度阈值M1、后氧传感器信号没有超过氧浓度阈值M2的情形下、并且怠速耗气量没有超标，发动机ECU的喷气策略数据无需改变，可读写ROM的存储数据没有发生更新。
(3)发动机怠速循环次数大于怠速循环阈值n，若ECU决策模块判定3种判断标准中的一种全部超出ECU设定的阈值的情形下，即EUC接收到喷气策略调整信号，ECU开始喷气控制策略调整。所述的ECU将结合进气温度传感器信号、进气压力传感器信号、排气温度信号、前/后氧传感器信号、机油检测信号、水温传感器信号进行喷气策略的调整，计算出新的怠速天然气-氢气比例以及喷射压力，ECU包含具体可执行的程序，调整天然气和氢气比例将自动按照增量Z进行变化，进一步说明，在部分工况下，天然气比例可保持不变。同时，ECU天然气电子减压阀2开度、天然气流量控制阀3开度、氢气电子减压阀4开度、氢气流量控制阀5开度以及燃料质量流速控制装置7开度。在混合装置6中形成预定比例的混合燃料，混合燃料再由燃料质量流速控制装置7调节进入喷油器8，最后又喷油器8将混合燃料喷入气缸11。当ECU再次接收到所述的喷气策略调整信号时，依据上述步骤再次进行调整，在满足条件下停止喷气策略调整并将对应工况的数据存入ECU的ROM可读写数据存储区域以覆盖原始数据。且在碰到相同工况的条件下，ECU没有出现受到喷气策略调整信号，将使用上述存储的数据进行喷气控制。
非怠速工况实施例：
(1)若ECU决策模块判定前氧传感器信号没有超过氧浓度阈值M1并且后氧传感器信号没有超过氧浓度阈值M2的情形下，ECU根据原有的ROM中的存储数据控制发动机的喷气策略。
(2)若ECU决策模块判定只有前/后氧传感器信号其中之一超过ECU设定的阈值或者两者都出现超过ECU设定的阈值情形下，ECU自动开始调整喷气策略。同时ECU依据实时节气门位置传感器、车速传感器、飞轮转速传感器、空气流量计信号等参数确定需求转矩并且计算出基本喷气量和喷气压力，通过接受的前/后氧传感器信号、EGR阀开度信号、进气温度传感器、进气压力传感器、排气温度信号、机油检测信号、水温传感器信号进行喷气策略的调整，ECU包含具体可执行的程序，调整天然气和氢气比例将自动按照增量Z进行变化，进一步说明，在部分工况下，燃料比例可保持不变。随即，ECU再通过控制天然气电子减压阀2、天然气流量控制阀3、氢气电子减压阀4和氢气流量控制阀5的阀门开度达到形成预定比例的混合燃料，由燃料质量流速控制装置7调节进入喷油器8的混合燃料流量，随后由喷油器8将混合燃料喷入气缸。进一步说明，喷气策略的调整次数达到调整阈值n1次后即停止调整，在调整次数n1中找到最小的燃气消耗量的工况数据，在满足条件下停止喷气策略调整并将对应工况的数据存入ECU的ROM可读写数据存储区域以覆盖原始数据。当ECU再次接收到所述的喷气策略调整信号时，依据上述步骤再次进行调整。且在碰到相同工况的条件下，ECU没有出现受到喷气策略调整信号，将使用上述存储的数据进行喷气控制。

Claims (6)

1.一种天然气-氢气双燃料发动机喷气控制装置,其特征在于:燃料供给系统由储气罐(1)、天然气电子减压阀(2)、天然气流量控制阀(3)，氢气电子减压阀(4)、氢气流量控制阀(5)、混合装置(6)、燃料质量流速控制装置(7)和喷油器(8)组成。
2.根据权利要求1所述的一种天然气-氢气双燃料发动机喷气控制装置：机油箱(9)与机油检测装置(10)相连，机油检测装置(10)向发动机ECU发送机油检测信号。
3.根据权利要求1所述的一种天然气-氢气双燃料发动机喷气控制装置，其特征在于：储气罐(1)分为天然气瓶(1a)和氢气瓶(1b)两个部分，天然气瓶(1a)和氢气瓶(1b)由隔板(1c)分隔开来，从天然气瓶(1a)、氢气瓶(1b)流出的燃料分别通过管道与天然气电子减压阀(2)和氢气电子减压阀(3)后，由各自的流量控制阀进行流速控制，在混合装置(6)中进行混合形成混合气，并最终通过燃料质量流速控制装置(7)和喷油器(8)进入气缸(11)。
4.根据权利要求1或3所述的一种天然气-氢气双燃料发动机喷气控制装置，其特征在于：在一种燃料用尽的状态下，供气装置正常工作，发动机正常运行。
5.一种一种天然气-氢气双燃料发动机喷气控制方法，其特征在于：
在开始启动汽车怠速时，发动机ECU依据可读写ROM的存储数据控制发动机喷气系统的工作，在发动机怠速循环次数达到阈值n后，ECU通过接受的前/后氧传感器信号、进气温度传感器信号、进气压力传感器信号、排气温度信号、前后氧传感器信号、机油检测信号、水温传感器信号进行喷气策略的调整，怠速状态下喷气策略的调整优先满足转速稳定、尾气排放达标和耗气量标准，进一步地，ECU决策模块判定前氧传感器信号超过氧浓度阈值M1，后氧传感器信号超过氧浓度阈值M2以及耗气量超标这3种情形之一出现时，控制中心即所谓的发动机ECU结合其他工况参数和传感器信号计算新的怠速天然气-氢气比例以及喷射压力，再通过控制天然气电子减压阀(2)、天然气流量控制阀(3)、氢气电子减压阀(4)和氢气流量控制阀(5)的阀门开度达到形成预定比例的混合燃料，由燃料质量流速控制装置(7)调节进入喷油器(8)的混合燃料流量，当重新配比的燃料满足转速稳定、尾气排放达标和耗气量标准，所述的ECU将自动更新ROM中的预定天然气-氢气混合燃料比例数据，在下一次汽车点火启动(怠速)时，当发动机ECU再次接受到的工况信号与上述工况相同时，ECU自动优先选择上述燃气比例数据控制喷气，若不满足标准时将自动按照上述流程循环，
在汽车启动后且处于非怠速状态下，ECU依据节气门位置传感器、车速传感器、飞轮转速传感器、空气流量计信号等参数确定需求转矩计算出基本喷气量，通过接受的前/后氧传感器信号、EGR阀开度信号、进气温度传感器、进气压力传感器、排气温度信号、机油检测信号、水温传感器信号进行喷气策略的调整，优先满足发动机负荷要求、尾气排放达标和耗气量最小标准，进一步地，满足发动机负荷要求的前提下，ECU决策模块判定只有前氧传感器信号超过氧浓度阈值M1，或者只有后氧传感器信号超过氧浓度阈值M2，以及两者都超出各自ECU设定的阈值的情形下，控制中心即所谓的发动机ECU结合其他工况参数和传感器信号计算新的天然气-氢气比例以及设定的喷射压力，再通过控制天然气电子减压阀(2)、天然气流量控制阀(3)、氢气电子减压阀(4)和氢气流量控制阀(5)的阀门开度达到形成预定比例的混合燃料，由燃料质量流速控制装置(7)调节进入喷油器(8)的混合燃料流量，进一步说明，满足发动机负荷要求和排放标准后，喷气策略的调整次数达到调整阈值n1次后即停止调整，将满足发动机负荷要求、排放标准且耗气量最小的天然气-氢气混合燃料比例数据将自动更新ECU中的ROM的可读写数据存储区，当发动机ECU再次接受到的工况信号与上述工况相同时，ECU自动优先选择上述燃气比例数据控制喷气，若不满足标准时将自动按照上述流程循环。
6.根据权利要求5所述的一种天然气-氢气双燃料发动机喷气控制方法，其特征在于：所述的发动机ECU包含具体可执行的控制程序，发动机ECU的控制模块设定了燃料比例校正增量Z，每一次调整天然气、氢气的比例值都在原基础上进行增加Z或者减少Z。
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