CN200949489Y

CN200949489Y - 一种燃气发动机闭环控制系统

Info

Publication number: CN200949489Y
Application number: CN 200620107496
Authority: CN
Inventors: 孙强; 刘坦统
Original assignee: Jinbang Automobile Electronic Co ltd Ningbo City Science And Technology Garde
Current assignee: Zhejiang Niu'en Jierui Power Co., Ltd.
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2016-09-08

Abstract

本实用新型公开了一种燃气发动机闭环控制系统，包括有一只用于控制发动机工作的发动机控制单元，其配接有蓄电池，并经连接线束连接有一套能够采集发动机工作状况的传感器组和一套能够为发动机提供点火和供气的执行器。传感器组包括有空调开关、凸轮轴位置传感器、氧传感器、爆震传感器、进气压力/气温传感器、节气门位置传感器、水温传感器、转速/上止点位置传感器；执行器包括有气罐、电磁阀、减压器、过滤器、高速电磁阀、点火线圈、怠速控制器。通过传感器组对应感应出电压信号传给发动机控制单元，对相应的信息进行分析、判断，找出对应该工况对应的最佳点火角和最佳供气量，并将指令发送给执行器，以保证发动机始终工作在最佳状态。

Description

一种燃气发动机闭环控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种使用发动机控制单元(ECU)和外围传感器、执行器构成的控制系统，尤其是指使用闭环控制策略来进行控制的燃气发动机控制系统，利用本系统可以有效的提高燃料利用率并降低污染物排放。

背景技术

燃气发动机控制系统是作为发动机控制系统的一个细分领域，与汽油机的电子控制燃油喷射系统和柴油机的高压共轨喷射系统有许多相似之处，但由于其燃料成份和燃料供应方式的不同，使燃气发动机的控制又有着许多独特的地方。由于燃气发动机的市场容量相对较小，所以像Bosch、Delphi和Denso这样的电喷系统供应商并不愿意在这项技术上投入更多的精力进行研究，使得这项技术的发展还不够完善。

目前在这个领域开展研究的国外公司有Woodward、Heinzmann、BEDINI、OMVL等以调速器或减压器生产为主的国外厂家，国内厂家以代理国外系统为主，自主进行系统开发的厂家还比较少，目前在用的系统存在以下问题：

一是国外的系统由于采用大型发动机或工业控制上采用的控制器和执行器，价格十分昂贵，很难在中小型发动机上推广应用；

二是部分厂家的系统采用燃气控制和点火控制独立运行的两套系统，系统成本高，协调性差；

三是系统针对不同发动机的匹配程序复杂、费用高，或者根本没有针对不同的发动机进行匹配，系统燃料利用率低、动力下降、排放不好。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术不足，而提供一种价格适中，性能可靠，匹配灵活方便的燃气发动机闭环控制系统。该系统能够将燃气发动机的燃气控制和点火控制进行了集成控制的系统，并能够有效的控制成本，燃料经济性和发动机的排放能够得到有效提高，动力性基本不下降。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种燃气发动机闭环控制系统，包括有一只用于控制发动机工作的发动机控制单元，发动机控制单元配接有蓄电池；采取的技术措施包括：发动机控制单元经连接线束连接有一套能够采集发动机工作状况的传感器组和一套能够为发动机提供点火和供气的执行器。

采取的技术措施还包括：传感器组包括有空调开关、凸轮轴位置传感器、氧传感器、爆震传感器、进气压力/气温传感器、节气门位置传感器、水温传感器、转速/上止点位置传感器；传感器对应感应出电压信号传给发动机控制单元。

执行器包括有气罐、电磁阀、减压器、过滤器、高速电磁阀、点火线圈、怠速控制器。

点火线圈为直接点火式点火线圈，每缸一只点火线圈，高压头通过高压线直接连接每个缸的火花塞；节气门位置传感器和怠速控制器对应配合安装有节气门体。

执行器包括有能配合减压器的步进电机，该步进电机与节气门体之间配接有混合器。

发动机控制单元包括有外壳、控制电路板和接插件组成，控制电路板上有控制芯片和相应的电子元器件，系统控制软件存储在控制芯片上。

发动机控制单元经连接线束连接有空调控制、带档滑行断油控制、爆震控制单元；并具有故障诊断接口。

转速/上止点位置传感器为磁电式转速传感器，安装在发动机飞轮盘附近，飞轮盘为六十齿缺二齿；进气压力/温度传感器为一体式传感器，安装在节气门后总进气管上；水温传感器安装在发动机循环水水道的出口处；氧传感器安装在排气管上；爆震传感器安装在发动机缸体上；

凸轮轴位置传感器安装位于在凸轮轴信号齿盘附近。

与现有技术相比，本实用新型系统工作时，发动机控制单元主要采集发动机转速和上止点、凸轮轴位置、进气管压力、节气门位置、进气温度、水温、爆震及排气含氧量等信号，并对采集的信号进行处理和运算后，向步进电机阀或高速电磁阀、点火系统、燃料电磁阀及怠速电机等执行机构输出控制信号，使发动机始终处于理想的工作状态。其中步进电机阀或高速电磁阀用于调节燃气的流量，控制混合气的浓度；点火控制信号用于控制发动机的点火提前角和闭合角；燃料电磁阀用于发动机停机、超速及过量减速时切断燃料的供应，保证运行安全；怠速转速控制信号用于调节怠速调速器的开度，改变进入气缸的混合气量，保证怠速转速在规定的范围内。

本实用新型具有以下特点：

1)对于供气量等具有连续取值空间的参数采用基于人工神经网络的智能控制技术和非均布隶属函数分布后的模糊逻辑控制技术对系统进行优化，实现加速加浓、减速减稀、带档滑行断油、超速减稀等功能；

2)对于点火时刻等具有离散取值空间的参数，采用基于实例的推理(Case-BasedReasoning，CBR)和专家控制系统方法进行优化，实现点火时刻及点火能量的优化，发动机的热效率提高到35％以上；

3)尾气排放指标可满足欧洲II号排放标准的要求。如果采取进一步的尾气处理装置，可达到欧洲III号排放指标的要求。

4)系统的标定过程更灵活，整机开发成本低；

5)发动机空燃比闭环控制，尾气排放更清洁；

6)具有怠速控制功能，怠速工况更稳定；

7)具有空调系统控制功能；

8)具有自学习功能；

9)具有故障自诊断和跛行回家功能。

附图说明

图1是本实用新型的系统工作原理示意图；

图2是本实用新型实施例1的结构示意图；

图3是本实用新型实施例2的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1～3所示，一种燃气发动机闭环控制系统，包括有一只用于控制发动机工作的发动机控制单元ECU，发动机控制单元ECU配接有蓄电池4；发动机控制单元ECU经连接线束连接有一套能够采集发动机工作状况的传感器组和一套能够为发动机提供点火和供气的执行器。传感器组包括有空调开关5、凸轮轴位置传感器6、氧传感器7、爆震传感器8、进气压力/气温传感器16、节气门位置传感器17、水温传感器18、转速/上止点位置传感器20；传感器对应感应出电压信号传给发动机控制单元ECU。

执行器包括有气罐9、电磁阀10、减压器11、过滤器12、高速电磁阀13、点火线圈14、怠速控制器19。执行器包括有能配合减压器11的步进电机23，该步进电机23与节气门体21之间配接有混合器22。

点火线圈14为直接点火式点火线圈，每缸一只点火线圈，高压头通过高压线直接连接每个缸的火花塞15；节气门位置传感器17和怠速控制器19对应配合安装有节气门体21。

发动机控制单元ECU包括有外壳、控制电路板和接插件组成，控制电路板上有控制芯片和相应的电子元器件，系统控制软件存储在控制芯片上。发动机控制单元ECU经连接线束连接有空调控制、带档滑行断油控制、爆震控制单元3；并具有故障诊断接口2。

图2是本实用新型实施例1的结构示意图为实施方式一

对非增压的发动机，采用自然吸气、分组点火的工作方式，系统配置最简单，成本最低。

系统主要由以下部件组成：

1)发动机控制单元ECU。它是整个控制系统的核心，发动机的各种工作状况要首先通过传感器送到发动机控制单元ECU中，发动机控制单元ECU根据其芯片中存储的有关程序和数据作出判断，并给各种执行器下达执行指令，由执行器完成相应的动作。

2)供气系统由汽罐9或其它储气设备、电磁阀10、减压器11、步进电机23阀和燃气系统专用进气管路等组。发动机启动时电磁阀10打开，燃料通过它流经减压器11，减压器11将气罐9提供的压力经过减压，为供气步进电机23阀提供1个大气压左右的压力，发动机控制单元ECU控制步进电机23阀的开度，保证适量的燃料供应给发动机的进气管中，完成进气。

3)转速/上止点位置传感器20为磁电式转速传感器，此传感器输入曲轴转速信号和1、4缸的上止点信号，安装在发动机飞轮盘附近，飞轮盘为六十齿缺二齿，当发动机转动时带动飞轮盘转动，转速传感器20感应出电压变化传给发动机控制单元ECU。

4)进气压力/温度传感器16为一体式传感器，安装在节气门后总进气管上，直接感应进气管内大气压力和大气温度的变化，分别将大气压力和大气温度的变化转化为电压的变化传给发动机控制单元ECU。

5)水温传感器18安装在发动机循环水水道的出口处，感应循环水的温度，转化为相应的电阻值传给发动机控制单元ECU。

6)点火线圈14为直接点火式点火线圈，每缸一只点火线圈，高压头通过高压线直接连接每个缸的火花塞15，发动机控制单元ECU控制其充电时间和点火角度。

7)氧传感器7安装在排气管上，感应燃烧后排气中氧的含量传给发动机控制单元ECU，形成供气的闭环控制。

8)爆震传感器8安装在发动机缸体上，将气缸的爆震信息传递给发动机控制单元ECU，形成点火的闭环控制。

9)节气门位置传感器17安装在节气门体上，将油门信息传递给发动机控制单元ECU，发动机控制单元ECU据此判断驾驶员意向。

10)怠速控制器19安装在节气门体上，发动机控制单元ECU控制其开度大小，相应控制发动机的转速稳定在规定范围内。

11)空调开关5安装在驾驶室，将空调是否开启的信号传给发动机控制单元ECU，发动机控制单元ECU据此控制发动机工作在两种怠速。

系统工作过程如下：电子控制单元接受点火钥匙开关、转速、压力等传感器的信息，经过整形、分析、运算、查表后，控制供气步进电机23、点火线圈14等按要求工作，使发动机工作在最佳状态。具体为：当点火开关打开时，供气步进电机23复位等待启动，气路电磁阀打开，如果3秒钟内发动机没有工作，就关闭电磁阀10。发动机何时启动，气路电磁阀10就随时打开，且发动机控制单元ECU按启动模式控制高速电磁阀13、点火线圈14工作；启动成功后就根据发动机转速、进气压力和节气门位置来精确控制进气步进电机23和点火线圈14工作。当点火提前角过大时，发动机产生爆震，爆震传感器8就将该信息传递给发动机控制单元ECU，发动机控制单元ECU根据爆震轻重适当推迟点火角，当爆震消失后，发动机控制单元ECU再控制点火线圈14逐渐增大点火提前角，直到再有轻微爆震出现。即让发动机工作在轻微爆震或接近轻微爆震的最佳状态。当混合气偏浓或偏稀时，氧传感器7将此信息传递给发动机控制单元ECU，发动机控制单元ECU再控制供气步进电机23适当增加或减小供气量使空燃比接近理想状态。启动时发动机控制单元ECU还根据水温和气温信息来控制怠速控制器19、供气步进电机23和点火线圈14，执行冷启动模式或热启动模式。

图3是本实用新型实施例2的结构示意图为实施方式二

对增压发动机，采用顺序喷射、顺序点火、稀薄燃烧的工作方式。系统配置复杂，但控制精度高，发动机动力性、经济性和排放明显提高。

系统主要由以下部件组成：

发动机控制单元ECU；空调开关5；凸轮轴位置传感器6；氧传感器7；爆震传感器8；气罐9或其它储气设备；电磁阀10；减压器11；过滤器12；高速电磁阀13单台用量与发动机缸数相同；点火线圈14用量与动机缸数相同；进气压力/温度传感器16；节气门位置传感器17；水温传感器18；怠速控制器19；转速/上止点位置传感器20；

本实施案例与方式一在控制方式上基本一致，但在以下方面存在差异：

1)减压器11为高速电磁阀提供的压力更高，根据发动机增压系数的不同，要求减压器11提供的压力也不同，典型值在3个大气压左右。

2)凸轮轴位置传感器6，安装在凸轮轴信号齿盘附近，用于感应凸轮轴进气阀的突出部分，判断活塞15的位置，以此识别工作汽缸。为顺序点火和顺序喷射提供信号。方式一由于采用分组点火，不需要此传感器。

3)高速电磁阀13与方式一中的供气步进电机23不同，供气步进电机23只对发动机总体的供气量进行控制，而高速电磁阀13是将每缸需要的供气量直接提供到相应的进气歧管之中。本方式由软件控制每缸的气体燃料喷射量和喷射起始点，根据发动机的转速和负荷，精确地控制对发动机空燃比。同时，本方式易于实现对每一缸的定时定量供气及分层进气，有利于减轻和消除由于气门重叠造成的天然气直接逸出而导致HC排放增加和燃气浪费，并改善各缸混合气的一致性，提高发动机稳定运行的稀燃极限，使燃料经济性和废气排放等综合技术指标得以提高。

4)氧传感器7通过反馈排气中的实际氧浓度，来实现发动机空燃比的精确控制。氧传感器7是实现发动机稀薄燃烧的重要部件，它可以使发动机控制单元ECU对供气量的控制只依赖于氧传感器7，降低了对燃气供给系统状态和燃气成分的敏感性。实行稀薄燃烧对发动机的经济性和降低发动机排气温度十分有利。

5)点火线圈14独立点火，每缸都有一组独立的点火线圈，通过适当减少点火线圈低压绕组的匝数和低压电路电阻，增大初级电流的断开值，从而提高点火电压，增加点火能量。发动机控制单元ECU通过发动机转速/上止点传感器20和凸轮轴位置传感器6的判断，来识别需要工作的汽缸，并根据发动机运行工况，计算出最佳的各缸点火时刻，并可按不同工况进行修正，因此，可使发动机在任何工况下均能提供最佳点火时刻并保证初级线圈的导通时间，以实现顺序高能点火。采用电控顺序点火可以有效的避免回火现象的发生，对提高点火能量和系统的维修成本也有好处。

虽然本实用新型已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。

Claims

1、一种燃气发动机闭环控制系统，包括有一只用于控制发动机工作的发动机控制单元ECU，发动机控制单元ECU配接有蓄电池(4)；其特征是：所述的发动机控制单元ECU经连接线束连接有一套能够采集发动机工作状况的传感器组和一套能够为发动机提供点火和供气的执行器。

2、根据权利要求1所述的一种燃气发动机闭环控制系统，其特征是：所述的传感器组包括有空调开关(5)、凸轮轴位置传感器(6)、氧传感器(7)、爆震传感器(8)、进气压力/气温传感器(16)、节气门位置传感器(17)、水温传感器(18)、转速/上止点位置传感器(20)；所述的传感器对应感应出电压信号传给发动机控制单元ECU。

3、根据权利要求1或2所述的一种燃气发动机闭环控制系统，其特征是：所述的执行器包括有气罐(9)、电磁阀(10)、减压器(11)、过滤器(12)、高速电磁阀(13)、点火线圈(14)、怠速控制器(19)。

4、根据权利要求3所述的一种燃气发动机闭环控制系统，其特征是：所述的点火线圈(14)为直接点火式点火线圈，每缸一只点火线圈，高压头通过高压线直接连接每个缸的火花塞(15)；节气门位置传感器(17)和怠速控制器(19)对应配合安装有节气门体(21)。

5、根据权利要求4所述的一种燃气发动机闭环控制系统，其特征是：所述的执行器包括有能配合减压器(11)的步进电机(23)，该步进电机(23)与节气门体(21)之间配接有混合器(22)。

6、根据权利要求5所述的一种燃气发动机闭环控制系统，其特征是：所述的发动机控制单元ECU包括有外壳、控制电路板和接插件组成，控制电路板上有控制芯片和相应的电子元器件，系统控制软件存储在控制芯片上。

7、根据权利要求6所述的一种燃气发动机闭环控制系统，其特征是：所述的发动机控制单元ECU经连接线束连接有空调控制、带档滑行断油控制、爆震控制单元(3)；并具有故障诊断接口(2)。

8、根据权利要求7所述的一种燃气发动机闭环控制系统，其特征是：所述的转速/上止点位置传感器(20)为磁电式转速传感器，安装在发动机飞轮盘附近，飞轮盘为六十齿缺二齿；所述的进气压力/温度传感器(16)为一体式传感器，安装在节气门后总进气管上；水温传感器(18)安装在发动机循环水水道的出口处；所述的氧传感器(7)安装在排气管上；爆震传感器(8)安装在发动机缸体上。

9、根据权利要求2所述的一种燃气发动机闭环控制系统，其特征是：所述的凸轮轴位置传感器(6)安装位于在凸轮轴信号齿盘附近。