CN202140184U - 一种电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量控制的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量的控制装置，包括运行状态信息采集模块，控制器模块和喷油量控制执行模块，所述的运行状态信息采集模块与控制器模块中的判定单元相连，控制器单元中的柴油喷嘴控制模块与喷油量控制执行模块相连，其特征在于所述的运行状态信息采集模块中包括柴油机喷油信号传感器、油门位置传感器、发动机转速传感器、水温传感器、发动机排气温度传感器、燃气压力传感器和电源电压传感器。本实用新型在保证发动机动力性、可靠性的前提下，实用新型了电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量控制的方法和装置，既降低了用户的运输成本，又降低了排放。
Description
一种电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量控制的装置
技术领域
[0001] 本实用新型实施例涉及发动机控制系统，具体涉及一种电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量控制装置。
背景技术
[0002] 能源消耗及环境污染已成社会的热点问题，人们在不断寻找替代能源和降低汽车排放方法。
[0003] 现存的柴油/燃气双燃料发动机，在燃料控制方面。大多为机械联动式，即燃气量控制采用电子控制式，而柴油量的控制采用机械联动的方式。而这样的柴油量控制方法和装置，存在以下问题：
[0004] 1、现有的控制方法和装置，不能精确控制柴油消耗量，更不能精确控制柴油量与燃气量的比例，这样，发动机在大部分工况点不能工作在最优状态。
[0005] 2、现有的控制方法和装置，不能及时响应环境因素的变化，来调整燃料量。故现有的控制方法和装置，在使用上有很大的局限性
[0006] 3、现有的控制方法和装置，会对柴油发动机电控系统造成干扰，易影响柴油发动机的正常运行。
[0007] 4、现有的控制方法和装置，在柴油发动机故障时，不能及时响应，采取积极的行动。
[0008] 5、现有的控制方法和装置，在各缸动力不均衡时，不能进行不均勻性补偿，长期运行，对发动机不利。
实用新型内容
[0009] 本实用新型的目的在于提供一种电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量的控制装置，在保证发动机动力性的前提下，减少柴油机喷嘴的喷油量，同时掺烧燃气，提高车辆的经济性。且限油的同时，对发动机的动力性和安全性没有任何的影响，降低柴油消耗率以及废气排放。
[0010] 为达到上述目的，本实用新型实施例的技术方案具体实现如下：
[0011] 本实用新型涉及一种电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量的控制装置，包括运行状态信息采集模块，控制器模块和喷油量控制执行模块，所述的运行状态信息采集模块与控制器模块中的判定单元相连，控制器单元中的柴油喷嘴控制模块与喷油量控制执行模块相连，其特征在于所述的运行状态信息采集模块中包括柴油机喷油信号传感器、油门位置传感器、发动机转速传感器、水温传感器、发动机排气温度传感器、燃气压力传感器和电源电压传感器。将采集到的喷油相关信息以及各传感器相关信息传递给判定单元进行相关分析计算，将计算结果传递给通知单元以控制柴油的喷油量。
[0012] 在本实用新型的一个优选实施方式中，所述的喷油量控制模块包括油气切换控制模块、各缸不均勻性补偿模块、动力控制模块、基本油量控制模块和发动机保护模块。基本喷油量控制模块：实时采集发动机各缸喷油时刻及时长，以建立的喷油量控制模型为依据， 通过控制油量控制开关的关断时刻及时长，实时控制发动机的实际喷油量；动力控制模块： 建立了多缸发动机的非线性动力学模型，基于柴油发动机速度特性和负荷特性，逐点控制发动机喷油量与喷气量，保证双燃料模式及纯柴油模式下，发动机动力无差异；各缸动力不均勻性补偿模块：利用瞬时转速信号在线监测发动机各缸动力的不均勻性，并提取其相应的特征参数，以此为基础，进行故障诊断及各缸动力不均勻性补偿；油气切换控制模块：在限制发动机喷油后，由于天然气供给的滞后、天然气燃烧火焰传播速度慢的原因，造成了发动机转速瞬间下降，当较多的天然气进入气缸燃烧时，引起转速迅速上升，造成转速超调。
[0013] 在本实用新型的一个优选实施方式中，所述的控制器模块中包括故障诊断模块， 其与运行状态信息采集模块和通知单元相连，所述的通知单元与故障指示灯相连。当检测到至少有一缸喷油异常时，发动机动力随即被限制，开启故障指示灯，避免出现后燃、排气温度高等有损发动机异常情况。
[0014] 在本实用新型的一个优选实施方式中，所述的喷油嘴的低位加装4个或6个开关电路，开关接受命令并适时打开和关闭，以实现油量的优化配置。
[0015] 在本实用新型的一个优选实施方式中，所述的柴油机喷油控制信号传感器位于喷油嘴的高位，优选采用光耦进行信号隔离，防止干扰源端信号，信号经过光耦前后端滤波后进入双燃料ECU。
[0016] 在本实用新型的一个优选实施方式中，所述的控制装置还包括CAN通信模块，所述的通信模块与控制器模块相连，所述的CAN通信模块为实现整车通信提供了接口，可以接收车身其他控制ECU的信号，并传给发动机微控制器，指导发动机做出相应反应。
[0017] 在本实用新型的一个优选实施方式中，所述的控制装置还包括串口通信模块，所述的串口通信模块与控制器模块相连，所述的串口通信模块，可以代替烧写器的功能，可以实现与PC机的通信，实现程序的在线修改，便于维护。
[0018] 本实用新型实施例的这种电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量控制的方法和装置，对原车电控柴油发动机的基本结构未做改动，在不改变发动机动力性的同时使用柴油/ 燃气作为燃料。根据电控柴油发动机的转速信号、油门踏板位置信号、原始喷油脉宽信号等判定发动机的运行状态，根据水温传感器、燃气压力传感器、排气温度传感器等信号来修正柴油喷油量，进行微控制器的精确控制。最终精确配置柴油喷油量与燃气喷射量的供给比例，可以实现原有动力性不变的同时，降低燃油消耗率和废气排放。
附图说明
[0019] 图1为实施例中电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量控制方法的流程示意图。
[0020] 图2为实施例中电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量控制装置的组成结构示意图。
[0021] 图3为实施例中电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量控制策略的创新点示意图。
[0022] 图4为实施例中喷油量控制部分硬件电路示意图。
[0023] 图5实施例中喷油量控制信号采集部分硬件电路。
[0024] 图6为实施例中喷油量控制低位开关驱动部分硬件电路。
[0025] 图7为实施例中油门位置信号采集部分硬件电路。具体实施方式
[0026] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型实施例进一步详细说明。
[0027] 图1是本实用新型实施例电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量控制方法的流程示意图，采集电控柴油发动机各缸的喷油控制信息及发动机相关传感器信息。各缸的喷油控制信息包括喷油正时信息，喷油时长信息，喷油间断及间断次数。喷油正时信息用于确定喷油的开始时刻及结束时刻；喷油时长信息用于确定喷油量的大小；喷油间断及间断次数用于判断发动机是否处于减速断油状态及发动机喷油控制电路是否处于损坏状态。传感器信息包括水温传感器，进气压力温度传感器，油门位置传感器，电源信息采集，转速传感器，排气温度传感器，燃气压力传感器。该步骤将采集到的喷油相关信息以及各传感器相关信息给下一步骤，进行相关分析计算。步骤102 ：综合步骤101所采集到相关信息，做出以下判断：①根据各缸的喷油控制信息，判断柴油机喷嘴是否处于正常工作状态②判断发动机各传感器是否处于正常工作状态。
[0028] 对于判断①及判断②，任何一个出现问题，发动机均处于非正常工作状态，此时发动机进入故障诊断模式，不控制柴油量，开启故障指示灯。
[0029] 步骤103 ：发动机没有故障，进入此判断，根据发动机转速时信息，油门位置信息， 进气压力温度信息，判断发动机是否处于启动工况，处于启动工况时，发动机燃烧状态复杂，柴油量不予控制，使用柴油单燃料。
[0030] 步骤104 ：不在启动工况，进入此判断，根据发动机转速时信息，油门位置信息，进气压力温度信息，判断发动机是否处于怠速工况，处于怠速工况时，发动机燃油消耗量较小，对喷油量控制会造成发动机转速不稳，故柴油量不予控制。
[0031] 步骤105 ：不在怠速工况，进入此判断，根据发动机水温信息，判断发动机的热机情况，若发动机处于低温工况，机油温度低，此时控制喷油量并加入燃气进行燃烧，对发动机不利。因为燃气的气化需要发动机冷却水来提供热量，若气化不良，发动机易发生爆震、 后燃等有损发动机的燃烧状况。
[0032] 步骤106，107 ：综合101提供的信息，当发动机没有故障、不处于启动、怠速、低温工况，且双燃料工况标志位使能，发动机进入双燃料工况。在此工况，发动机使用柴油与燃气两种燃料，对于燃料量控制，也分为为柴油量控制和燃气量控制两个方面，这里主要说明柴油量控制，燃气量控制略作说明。对于柴油控制量，综合发动机运行状态，标定出以油门位置和转速为坐标的二维喷油时间表。在双燃料状态下，发动机在每个工作点的柴油喷射时间根据踏板位置和转速进行确定，即该二维喷油限制表给出了每个工作点柴油的消耗量。由于在每个工作点所需要的柴油被限制在正常工作所需柴油的30%以下，发动机的扭矩也随之下降。所缺失的扭矩以燃气的燃烧来填补。在实际中，根据工作点的限油量以及踏板位置和转速标定出燃气喷射表。至此，在双燃料状态下，发动机是柴油和燃气双燃料所提供的动力工作的，通过喷油量控制降低柴油消耗量，动力损失的能量由燃气来补偿，在不损失发动机动力性的前提下，做到了降低燃料成本，减少有害气体排放，提高发动机综合指标。
[0033] 步骤108 ：从纯柴油工况到双燃料的工况过渡要求平稳，不当的控制会造成发动机抖动大，驾驶舒适性大打折扣，故切换过程中，柴油喷射的瞬间减少量不能过大，燃气供给的瞬间增加量不能过大。在实际的切换过程中，柴油喷射量是以时间为变量的函数，同时，燃气供给增加也是以时间为变量的函数，直至所要求的柴油燃气比例。
[0034] 步骤109 ：柴油量控制的实现最终是该步骤执行完成的。该部分是通过控制柴油喷嘴的通断实现的。通过步骤106和步骤107计算得到喷油量（该喷油量是以喷油时间来衡量的），在步骤101中得到柴油机喷油信号的开启时间以及对应的曲轴齿数，以喷油开启时间为起点，开启柴油喷嘴喷油量控制电路开关，并使之持续计算所得喷油时间，之后切断柴油喷嘴通路的控制开关，以此来实现减少柴油喷射量的目的。需要说明的是，本控制方法并不影响柴油机喷油控制信号，所做的是根据发动机工作状况，通过限制原始喷油信号作用的时间来实现限油，该限油要保证不能影响发动机原ECU的工作状况，以免造成原ECU做出故障的判断。该方法既实现了原始喷油数据优良性，又达到了对喷油限制的目的。
[0035] 图2是所述电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量控制装置的组成结构示意图。
[0036] 运行状态信息采集模块210、控制器模块220、喷油量控制执行器模块230。运行状态信息采集模块210，获取判断发动机运行时的状态信息，将所述状态信息发送给控制器模块 220 ；
[0037] 所述运行状态信息采集模块210包括：柴油机喷油控制信号211、油门位置传感器 212，发动机转速传感器213，水温传感器214，发动机排气温度传感器215，进气压力温度传感器216，燃气压力温度传感器217和电源电压采集模块218 ；
[0038] 所述柴油机喷油控制信号211，获取柴油发动机喷油控制相关信号，发动给控制器模块220
[0039] 所述油门踏板位置传感器212，获取油门位置信息并发送给控制器模块220 ；
[0040] 所述发动机转速传感器213，获取发动机转速信息并发送给控制器模块220 ；
[0041] 所述水温传感器214，获取发动机冷却水温信息送给控制器模块220 ；
[0042] 所述排气温度传感器215，获取发动机冷却水温信息送给控制器模块220 ；
[0043] 所述进气压力传感器216，获取进气压力信息并发送给控制器模块220 ；
[0044] 所述燃气压力传感器217，获取进气压力温度信息并发送给控制器模块220 ；
[0045] 所述电源电压采集模块218，获取电源电压信息并发送给控制器模块220 ；
[0046] 所述控制器模块220，根据211所提供的原始喷油信号和发动机运行状态传感器发送的状态信息，判断发动机是否处于可柴油/燃气双燃料工况，当条件不符合双燃料工况时，控制器模块220将会通过通知单元223，不对柴油喷嘴进行切断控制，使柴油机ECU喷油控制信号直接控制柴油喷嘴。当条件符合双燃料工况时，通过判定计算得出喷嘴喷油时间，然后通过通知单元223给柴油喷嘴控制模块225，控制嘴模块231进行柴油喷射。当检测到故障时，控制器模块220将会通过通知单元223，不对柴油喷嘴进行切断控制，使柴油机ECU喷油控制信号直接控制柴油喷嘴，并开启故障指示灯。
[0047] 所述控制器模块220包括：发动机运行状态判定模块221，柴油喷嘴控制子模块 225 ；
[0048] 所述状态判定子模块221包括判定单元222，通知单元223和诊断单元224 ；
[0049] 所述判定单元222，接收柴油机喷嘴控制信息211、油门位置信息212、发动机转速传感器213、水温传感器214、发动机排气温度传感器215、进气压力温度传感器216、燃气压力温度传感器217电源信息218，由所述信息判定发动机处于双燃料工况时，通知柴油喷嘴控制模块225进行喷油量控制；当处理非双燃料工况时，不进行喷油量控制，直接将柴油机 ECU喷油控制信号给柴油喷嘴231。
[0050] 所述通知单元223，当接收到处于双燃料状态的信息时，通知柴油喷嘴控制子模块 237 ；当接收到不处于双燃料状态信息时，不对喷油信号进行控制；
[0051] 所述诊断单元224，根据采集到的发动机的运行状态信息，判断发动机是否处于故障状态，故障时，不得进入双燃料工况，不对柴油量进行控制并开启故障指示灯；当没有故障时，根据发动机运行条件判定是否进行喷油量控制。
[0052] 所述柴油喷嘴控制模块225，接收状态判定子模块221发送的信息，计算柴油喷嘴 231的喷油时间，将所述喷油时间控制信号发送给柴油喷嘴驱动，以并驱动231 ；
[0053] 所述喷喷油量控制执行器模块230，包括柴油喷嘴231和故障指示灯232，按照控制器模块221发送喷油量控制信号和故障指示信号，分别进行喷油量控制和故障指示。
[0054] 以上详细介绍了本实用新型实施例的方法及装置，下面重点介绍本实用新型实施例控制策略及硬件电路。
[0055] 控制策略见图3，包括以下几个模块：
[0056] 模块301 ：基本喷油量控制模块。实时采集发动机各缸喷油时刻及时长，以建立的喷油量控制模型为依据，通过控制油量控制开关的关断时刻及时长，实时控制发动机的实
际喷油量。
[0057] 模块302 ：动力控制模块。建立了多缸发动机的非线性动力学模型，基于柴油发动机速度特性和负荷特性，逐点控制发动机喷油量与喷气量，保证双燃料模式及纯柴油模式下，发动机动力无差异
[0058] 模块303 ：各缸动力不均勻性补偿模块。利用瞬时转速信号在线监测发动机各缸动力的不均勻性，并提取其相应的特征参数，以此为基础，进行故障诊断及各缸动力不均勻性补偿。
[0059] 模块304 ：油气切换控制模块。在限制发动机喷油后，由于天然气供给的滞后、天然气燃烧火焰传播速度慢的原因，造成了发动机转速瞬间下降，当较多的天然气进入气缸燃烧时，引起转速迅速上升，造成转速超调。
[0060] 为实现从纯柴油工况向双燃料工况切换的优化控制，针对双燃料发动机特性，基于能量守恒方程，采用了前馈控制和PI控制相结合的控制方法，在油气切换标志位置1后， 进入油气切换工况，ECU根据当前的转速和油门位置，确定此刻的基本喷油量和喷气量，并按照既定的控制策略，在过渡工况，柴油和天然气同时存在，进入稳态工况后柴油量减少到基本喷油量，天然气量增加到基本喷气量，PI调节的参数经过大量的试验整定出来。
[0061] 模块305 ：发动机保护模块，实时检测发动机一个工作循环各缸的喷油次数，当检测到至少有一缸喷油异常时，发动机动力随即被限制，开启故障指示灯，避免出现后燃、排气温度高等有损发动机异常情况。
[0062] 硬件电路包括以下几部分：
[0063] 发动机喷油量控制部分：图4为该部分的示意图，发动机柴油控制信号在喷嘴高位处进行采集，经处理后的信号进入双燃料ECU进行分析，以确定发动机处于何种工作状态，这些工作状态包括喷嘴驱动电路故障、发动机减速段油、发动机超速保护等，根据这些状态信息，来确定控油策略。喷油量的控制是通过在喷嘴低位加装六个开关电路来实现的，开关接受命令并适时打开和关闭，以实习油量的优化配置。
[0064] 在高位处采集柴油控制信号时，采用了光耦进行了信号隔离，防止干扰源端信号， 图5为电路图，信号进过光耦前后端滤波后进入双燃料ECU。
[0065] 在驱动低位开关时，采用了回路隔离措施，图6为电路图，两芯片共同作用，保证 mos管可靠打开与关断，使得开关的控制回路与柴油喷嘴驱动回路隔离。
[0066] 发动机油门位置信号采集部分：采用了光耦进行了信号隔离，防止干扰源端信号， 图7为电路图，信号进过光耦前后端滤波后进入双燃料ECU。
[0067] 需要说明的是，本实用新型实施例可以应用于各种电控柴油发动机的系统，适用的柴油发动机类型包括采用电控泵喷嘴、电控单体泵及电控共轨等结构的发动机，可掺烧的燃气类型包括燃气、液化石油气等。
[0068] 由上述可见，本实用新型实施例中的电控柴油机喷油量控制的装置，可精确控制柴油机喷油量、可对各缸动力不均勻进行补偿、对环境变化响应迅速、很好的故障诊断并保护发动机。本实用新型实施例通过控制柴油喷嘴喷油时间，减少柴油的供给量，并以燃气填补发动机动力，使发动机能够在不影响动力性的前提下，降低燃料成本，降低排放，且该装置构造简单，对原车发动机没有任何影响，实现方便。
[0069] 容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限定本实用新型的精神和保护范围，任何熟悉本领域的技术人员所做出的等同变化或替换，都应视为涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1. 一种电控柴油/燃气双燃料发动机喷油量的控制装置，包括运行状态信息采集模块，控制器模块和喷油量控制执行模块，所述的运行状态信息采集模块与控制器模块中的判定单元相连，控制器单元中的柴油喷嘴控制模块与喷油量控制执行模块相连，其特征在于所述的运行状态信息采集模块中包括柴油机喷油信号传感器、油门位置传感器、发动机转速传感器、水温传感器、发动机排气温度传感器、燃气压力传感器和电源电压传感器。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于喷油量控制模块包括油气切换控制模块、各缸不均勻性补偿模块、动力控制模块、基本油量控制模块和发动机保护模块。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于控制器模块中包括故障诊断模块，其与运行状态信息采集模块和通知单元相连，所述的通知单元与故障指示灯相连。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于喷油嘴的低位加装4个或6个开关电路。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于柴油机喷油控制信号传感器位于喷油嘴的高位，采用光耦进行信号隔离。
6.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于还包括CAN通信模块，所述的通信模块与控制器模块相连。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于还包括串口通信模块，所述的串口通信模块与控制器模块相连。
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