CN202370670U - 一种电控柴油发动机掺烧燃气控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电控柴油发动机掺烧燃气控制装置，包括柴油机ECU、控制器模块、运行状态信息采集模块和喷嘴模块，其特征在于柴油机ECU控制模块中的原始喷油信号采集模块、运行状态信息采集模块分别与控制器模块中的判定单元模块，判定单元模块与控制器模块中的通知单元模块相连，通知单元模块分别与柴油喷油嘴控制子模块和燃气喷嘴控制子模块相连，两个喷嘴控制子模块分别与相应的喷嘴相连。本实用新型的控制装置能够随着发动机负荷的变化，用电子控制方式控制柴油量和燃气量，从而合理配置掺烧比以使油气比例达到最佳配比状态。这样在保证发动机动力性的前提下，降低了柴油消耗率以及废气排放。

Description

一种电控柴油发动机掺烧燃气控制装置

技术领域

本实用新型涉及发动机控制系统，具体涉及一种电控柴油发动机掺烧燃气控制装置。 

背景技术

当前，能源和环境污染问题越来越突出。在汽车油耗成为汽车运营巨大成本的同时，汽车尾气也越来越成为城市空气污染的主要因素，为了减少汽车运营成本节约能源，降低汽车尾气对环境的污染，在保证发动机原有动力性的基础上使用燃气作为掺烧能源的混合动力汽车发展迅速。燃气具有比柴油更好的燃料经济性，且尾气污染物含量更低。其中，掺烧控制装置直接影响混合动力汽车发动机的废气排放和燃料经济性这两大指标。 

在现有技术中，柴油发动机掺烧燃气主要是机械与电子相结合。这种控制方式中，燃气控制采用电子控制，而柴油量的控制主要是采取机械联动装置进行控制，故现有的柴油发动机掺烧系统显然存在很大的不足： 

a.现有的掺烧燃气控制装置不能精确控制参与燃烧的柴油量。这使得发动机在各个工况点不能工作在最佳掺烧比状态，进而影响了整个发动机运行的稳定性、动力性、经济性以及排放； 

b.现有的掺烧燃气控制装置不能随周围环境的改变而调节掺烧比。如在高温、高原和高寒地区，这使得现有的掺烧燃气控制装置在使用上有很大的局限性； 

c.现有的掺烧燃气控制装置在掺烧故障诊断方面存在不足。柴油机燃油供给系统工作不正常时，应停止掺烧天然气，并采取积极的行动。但现有的掺烧系统无法做到实时诊断。 

由上可见，现有技术在柴油机掺烧燃气方面存在缺陷。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种电控柴油发动机掺烧燃气控制的装置，能够随着发动机负荷的变化，用电子控制方式控制柴油量和燃气量，从而合理配置掺烧比以使油气比例达到最佳配比状态。这样在保证发动机动力性的前提下，降低了柴油消耗率以及废气排放。 

本实用新型涉及一种电控柴油机掺烧燃气的控制装置，包括柴油机ECU、掺烧ECU、运行状态信息采集模块、燃气喷嘴和柴油喷嘴，其特征在于柴油机ECU控制模块中的原始喷油信号采集模块、运行状态信息采集模块分别与掺烧ECU中的定时捕捉模块、AD采集模块及故障诊断模块相连接，ECT模块、AD模块、故障诊断模块将信息传递到可编程控制模块，可编程控制模块通过控制信号分别与柴油喷油嘴控制子模块和燃气喷嘴控制子模块相连，两个喷嘴控制子模块分别与相应的喷嘴相连。本实用新型实施例的这种电控柴油发动机掺烧燃气控制装置，一方面在不改变原发动机电控系统的基础上，匹配一套电控系统。另一方面加装一套燃气供给系统，掺烧ECU能够采集并控制柴油发动机的喷油控制信号，燃气控制模块可以实时精确的控制燃气的喷射量，可以快速柔和的进行油气切换。 

在本实用新型的一个优选实施方式中，运行状态信息采集模块包括油门踏板位置传感器、水温传感器、进气压力传感器、发动机转速传感器、进气温度传感器和/或电源电压采集模块。能够采集发动机负荷的变化信息，通过限定原始喷油时间，并以燃气喷射代替柴油填补发动机动力，用电子控制方式控制柴油量和燃气量，从而合理配置掺烧比以使油气比例达到最佳配比状态，这样在保证发动机动力性的前提下，降低了柴油消耗率以及废气排放。 

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述的运行状态信息采集模块与控制器模块中的故障诊断模块相连，故障诊断模块与车辆报警装置相连。本实用新型的诊断功能能够及时发现发动机及外围附属设备的故障，及时指导发动做出相应的动作，并以报警的 方式指示司乘人员做出恰当的处理措施。 

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述的柴油喷油嘴为电控泵喷嘴、电控单体泵或电控共轨喷嘴。 

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述燃气喷嘴为天然气喷嘴或液化石油气喷嘴。 

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述的掺烧ECU还包括CAN通信模块，并与车身其他控制ECU相连，能接收整车信号，并将之反映给发动机微控制器；具有串口通信模块，能在线修改程序；具有诊断功能，能及时发现故障并报警；具有自学习和电压补偿功能，能适应不同类型的电控柴油发动机和不同磨损程度的发动机，适应能力强。 

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述的掺烧ECU还包括串口通信模块，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。 

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述燃气喷嘴与燃气供给系统相连，所述的燃气供给系统包括燃气气瓶、气化器、流量计、过滤器、高压电磁阀、减压器，能够为发动机提供稳定的气源，其所提供的气源压力稳定、流量符合要求、温度符合要求。 

本实用新型实施例的这种电控柴油发动机掺烧燃气控制装置，一方面在不改变原发动机电控系统的基础上，匹配一套电控系统。另一方面加装一套燃气供给系统。电控系统根据转速信号、油门踏板信号、原始喷油脉宽信号等判定发动机的运行状态，合理配置喷油量与喷气量的比例，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

图1是本实用新型实施例电控柴油发动机掺烧控制系统机械结构的示意图。 

图2是本实用新型实施例电控柴油机掺烧燃气控制装置的结构示意图。 

图3是本实用新型实施例电控柴油机掺烧燃气控制程序流程图。 

具体实施方式

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。 

图1是本实用新型实施例电控柴油发动机掺烧控制系统机械结构的示意图，包括燃气气瓶101、气化器102、流量计103、过滤器104、高压电磁阀105、减压器106、燃气喷射器107还有图上未标出的混合器等。 

图2是所述电控柴油机掺烧燃气控制装置的结构示意图。 

原柴油机ECU电控210、运行状态信息采集模块220、掺烧ECU230和喷油及喷气模块240。 

所述柴油机ECU模块210包括柴油机ECU模块211、产生喷油信号模块212、发动机转速传感器213。其中柴油机ECU模块211采集各传感器并进行计算判定通过模块212产生柴油机原始喷油信号212，发动机转速传感器213，获取发动机转速信息。其中原始喷油信号模块212产生的原始喷油信号及发动转速信号213获取发动机转速信息传递给掺烧ECU230，并进行判定。 

所述运行状态信息采集模块220，获取判断发动机正常运行时的状态信息，将所述状态信息发送给掺烧ECU230； 

所述运行状态信息采集模块220包括：油门踏板位置传感器221，水温传感器222，进气压力传感器223，，进气温度传感器224和电源电压采集模块225； 

所述油门踏板位置传感器221，获取油门踏板位置信息并发送给掺烧ECU230； 

所述水温传感器222，获取发动机冷却水温信息送给掺烧ECU230； 

所述进气压力传感器223，获取进气压力信息并发送给掺烧ECU230； 

所述进气温度传感器224，获取进气温度信息并发送给掺烧ECU230； 

所述电源电压采集模块225，获取电源电压信息并发送给掺烧ECU230； 

所述掺烧ECU230，获取柴油机ECU电控模块210所提供的原始喷油信号和发动机运行状态信息采集模块220发送的状态信息，判断发动机是否处于可掺烧工况，当不处于可掺烧工况时，掺烧ECU230将会通过控制信号输出端2362，不对柴油喷嘴进行切断控制，使原始喷油信号直接控制柴油喷嘴。当处于可掺烧工况时，通过判定计算得出限油时间和喷气时间，然后通过控制信号输出端236给柴油喷嘴控制子模块237和燃气喷嘴 子模块238，控制嘴模块240进行柴油喷射和燃气喷射； 

所述掺烧ECU230包括单片机231，柴油喷嘴控制子模块237和燃气喷嘴控制子模块238； 

所述状态判定子模块231：定时捕捉(ETC)模块232、故障诊断模块233、AD模块234、可编程控制单元235、控制信号输出端236； 

单片机231，接收油门踏板位置传感器221发送的踏板位置信息、水温传感器222、进气压力传感器223、进气温度传感器224、电源电压采集模块225、和原柴油机电控模块210所提供的原始喷油信号212及发动机转速传感器213，由所述信息计算柴油喷嘴241的喷油时间、判定发动机处于可掺烧工况时，通知柴油喷嘴控制子模块237和燃气喷嘴子模块238分别进行限油和喷气；当不处于可掺烧工况时，不进行限油和喷气，直接将原始喷油信号给柴油喷嘴241。 

所述柴油喷嘴控制子模块237，接收单片机231发送喷油控制信号，，将所述喷油时间控制信号发送给柴油喷嘴241； 

所述燃气喷嘴控制子模块238，接收单片机231发送的喷气控制信号，将所述喷气时间控制信号发送给燃气喷嘴242； 

所述控制信号输出端236，当接收到处于掺烧状态的信息时，通知柴油喷嘴控制子模块237和燃气喷嘴控制子模块238；当接收到不处于掺烧状态信息时，不对喷油信号进行控制； 

所述喷嘴模块240，包括柴油喷嘴241和燃气喷嘴242，按照掺烧ECU230发送限油控制信号和燃气控制信号，分别进行喷油和喷气。 

需要说明的是，本发明实施例可以应用于各种柴油发动机掺烧燃气的系统，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，可掺烧的燃气包括天然气、液化石油气等。 

图3是本实用新型实施例的控制程序流程图，包括： 

步骤301：采集柴油原始喷油信号，包括喷油正时信息，喷油时间信息，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；喷油时间信息用于确 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和判断发动机喷油控制电路是否处于损坏状态。其他传感器信息采集包括水温传感器，进气温度传感器，进气压力传感器，踏板位置传感器，12V电源信息采集，24V电源信息采集，转速传感器。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，进行相关计算。 

步骤302：综合步骤301所采集到相关信息，做出以下判断：①发动机各传感器以及柴油喷嘴是否处于正常工作状态；②根据进气压力、转速以及水温信息判断发动机是否已经启动；③根据踏板、转速信息、喷油时间变化判断发动机处于何种工况④根据掺烧使能开关信号，判断发动机是否处于掺烧使能状态。 

对于判断①，若工作异常，则不进行掺烧并发出报警信息。对于判断②，在发动机启动状态，不进行掺烧。对于判断③，在怠速状态，使用纯柴油工作，不进行掺烧；在减速断油状态，不进行掺烧；在其它工况合理限油配气，保证动力性、经济性、排放等达到要求。对于判断④，只有掺烧使能开关打开时才允许掺烧。 

综上判断，当发动机同时满足已启动、非怠速、非故障、非减速断油、掺烧使能五个条件时，根据发动机状态信息进行油气掺烧。 

步骤303：当根据步骤301所得到的发动机工作信息，满足步骤302所的掺烧要求时，进行掺烧。掺烧分为限油和供气两个方面，综合发动机运行工况，标定出以踏板位置和转速为参照的二维喷油时间表。在掺烧状态下，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50％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，在掺烧状态下，发动机是以油和气的掺烧所提供的动力工作的，通过限油的方法降低柴油消耗量，通过加气的方式填补动力损失，在不损失发动机动力性的前提下，做到降低燃料成本，减少有害气体排放，提高发动机综合指标。 

步骤304：从纯柴油燃烧到油气掺烧的过渡要求平稳，这就要求切换过程中，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参考进行递减的，同时，燃气供给增加也是以时间为参考递增的，直至所要求的油气掺烧比。 

步骤305：油气掺烧比最终是通过步骤305的执行完成的。该执行过程包括以下两个部分：①限油，限油是通过控制柴油喷嘴的通断实现的。通过步骤303和步骤304计算得到限油量(该限油量是以喷油时间来衡量的)，在步骤301中得到原始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，开启柴油喷嘴通路控制开关，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，以此来实现柴油喷射限制。②供气，根据发动机工作状况，在相应的曲轴齿数，开启燃气喷嘴，并使之持续计算所得的喷气时间，之后关闭燃气喷嘴，以此来实现对燃气供气量的控制。需要说明的是，本控制方法并不影响原始喷油信号，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。 

由上述可见，本实用新型实施例中的电控柴油机掺烧燃气控制的装置，通过限定原始喷油时间，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，实现方便。 

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。 

Claims (8)

1.一种电控柴油机掺烧燃气的控制装置，包括柴油机ECU、掺烧ECU、运行状态信息采集模块、燃气喷嘴和柴油喷嘴，其特征在于柴油机ECU控制模块中的原始喷油信号采集模块、运行状态信息采集模块分别与掺烧ECU中的定时捕捉模块、AD采集模块及故障诊断模块相连接，ECT模块、AD模块、故障诊断模块将信息传递到可编程控制模块，可编程控制模块通过控制信号分别与柴油喷油嘴控制子模块和燃气喷嘴控制子模块相连，两个喷嘴控制子模块分别与相应的喷嘴相连。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于运行状态信息采集模块包括油门踏板位置传感器、水温传感器、进气压力传感器、发动机转速传感器、进气温度传感器和/或电源电压采集模块。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于所述的运行状态信息采集模块与控制器模块中的故障诊断模块相连，故障诊断模块与车辆报警装置相连。

4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于柴油喷油嘴为电控泵喷嘴、电控单体泵或电控共轨喷嘴。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于燃气喷嘴为天然气喷嘴或液化石油气喷嘴。

6.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于掺烧ECU还包括CAN通信模块，并与车身其他控制ECU相连。

7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于掺烧ECU还包括串口通信模块。

8.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于燃气喷嘴与燃气供给系统相连，所述的燃气供给系统包括燃气气瓶、气化器、流量计、过滤器、高压电磁阀和减压器。 

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