專利名稱：雙燃料發(fā)動機燃氣供給的控制方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及雙燃料發(fā)動機燃氣供給控制系統(tǒng)，具體涉及一種雙燃料發(fā)動機燃氣供
給的控制方法和裝置。
背景技術：
當前，能源和環(huán)境污染問題越來越突出。在汽車油耗成為汽車運營巨大成本的同 時，汽車尾氣也越來越成為城市空氣污染的主要因素，為了減少汽車運營成本和節(jié)約能源， 降低汽車尾氣對環(huán)境的污染，使用燃氣(天然氣、液化氣)作為汽車的主要燃料。燃氣具有 比柴油更好的燃料經(jīng)濟性，且尾氣污染物含量更低。 燃氣(天然氣、液化氣)發(fā)動機已在我國大部分城市的公交車上得到成功運用，可 在我國東北地區(qū)，單單實用一種燃料卻顯現(xiàn)出來很大的不足 a.天然氣發(fā)動機是在公交車上運用最多的燃氣發(fā)動機，它的運用不僅僅是由于它 的經(jīng)濟型和排放性，更重要的是我國天然氣加氣站的增多，使得公交公司加氣方便。在東北 地區(qū)，由于受到西氣東輸?shù)挠绊?，天然氣加氣站的建設要稍落后于我國的中部和南方地區(qū)， 價格相對的就要貴一些，所以東北地區(qū)的公交公司很少使用天然氣燃料而大部分都采用液 化氣。 b.采用液化氣對于東北地區(qū)是有很多的好處，比如動力性能更好，更有經(jīng)濟型，加 氣更加方便?？墒堑搅硕欤抢锏臏囟葧椭亮阆?0多度甚至更低，液化氣的優(yōu)越性就 體現(xiàn)不出來了 。在氣瓶中液化氣是以液態(tài)的形式存儲的，在環(huán)境溫度很低的情況下，發(fā)動機 冷卻液沒有足夠的溫度來加熱液化氣，使得液化氣在經(jīng)過蒸發(fā)器時，仍以液體的狀態(tài)流出， 造成和空氣混合不良，啟動困難，甚至造成無法啟動。 在此發(fā)明未成功運用之前，東北的公交公司都是采用夜間定點啟動的方式來解決 早上啟動困難的問題。 由以上可知，單燃料發(fā)動機在東北地區(qū)存在缺陷，無法滿足經(jīng)濟型、動力性、實用 性的統(tǒng)一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種雙燃料發(fā)動機燃氣供給的控制方法和裝置，采用天然氣啟 動能有效解決東北地區(qū)啟動困難的問題，同時采用閉環(huán)控制，使空氣與燃料達到合理的空 燃比，待冷卻液溫度升高后，切斷天然氣的供給，采用液化氣燃燒，從而在保證發(fā)動機動力 性能的前提下，合理利用燃氣，實用性與經(jīng)濟型得到提高。
同時，采用電子節(jié)氣門裝置，它能克服機械油門的弊端，是一種適應能力強、精度 高、超調(diào)小、調(diào)節(jié)時間短且具有初始位置學習功能和電壓補償功能的新型電子節(jié)氣門控制 系統(tǒng)，還增加了故障診斷功能，使其使用更加安全、高效。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案具體實現(xiàn)如下 雙燃料發(fā)動機的燃氣供給控制的方法，包括天然氣與液化氣切斷迅速柔和控制方法、天然氣與液化氣過量空氣系數(shù)的閉環(huán)控制方法、具有診斷故障并報警的故障診斷功 能、出現(xiàn)故障自動補救措施功能、惡劣工況自學習控制方法。 雙燃料發(fā)動機的燃氣供給控制的裝置，包括天然氣與液化氣的進氣供給系統(tǒng)、天 然氣與液化氣的閉環(huán)執(zhí)行器，天然氣與液化氣供給控制模塊、微控制器、CAN通信模塊、串口 通信模塊。 本發(fā)明實施例的這種雙燃料發(fā)動機燃氣供給的控制方法和裝置，在原有單燃料發(fā) 動機的基礎上加裝了另一燃料的供給系統(tǒng)，在不影響動力性的前提下，增加了發(fā)動機的經(jīng) 濟型和實用性；同時兩種燃料都采用由閉環(huán)執(zhí)行器來執(zhí)行的閉環(huán)控制策略，增加了發(fā)動機 的排放性。


圖1為本發(fā)明實施例中雙燃料發(fā)動機燃氣供給控制系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例中雙燃料發(fā)動機燃氣供給控制方法流程示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例中雙燃料發(fā)動機燃氣供給控制裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對 本發(fā)明進一步詳細說明。 為了方便，在說明方法和裝置前，先介紹一下本發(fā)明實施例中雙燃料發(fā)動機燃氣 供給控制系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)示意圖，圖1所示，包括CNG燃氣氣瓶組101、氣壓傳感器102、CNG減 壓器103、CNG閉環(huán)執(zhí)行器104、CNG手動功率閥105、LPG增壓器106、LPG大燃氣瓶107、LPG 小燃氣瓶108、 LPG過濾器109、LPG蒸發(fā)器110、 LPG閉環(huán)執(zhí)行器111、 LPG手動功率閥112、 燃氣混合氣113等。 天然氣的供給與常規(guī)的思路是一樣的，即高壓氣體(2-20MPa)通過減壓器后變?yōu)?低壓氣(250-300KPa)，然后氣體進入混合器形成了CNG的燃料供給系統(tǒng)。LPG的燃料供給 系統(tǒng)是有LPG增壓器將LPG大燃料瓶增壓后所完成的。LPG大燃氣瓶通過LPG增壓器增壓， 將液化氣壓入LPG小燃氣瓶，液化氣通過小燃氣瓶進入過濾器以及增發(fā)器，進而進入混合 器形成了 LPG的供給系統(tǒng)。這種設置避免了 LPG在加氣的過程中頻繁換加氣孔，而只需給 LPG大燃氣瓶加氣即可。 本發(fā)明實施例提供一種雙燃料發(fā)動機燃料供給控制的方法，流程如圖2所示，包 括 步驟201 :雙燃料ECU通電。這種判斷是由打火開關決定的，當開關打到第一檔時， 雙燃料ECU指示燈亮。 步驟202 :判斷是采用天然氣燃料還是液化氣燃料。這種判斷是有司機的意愿所 左右的，在司機的駕駛表盤上安裝了一個轉(zhuǎn)換開關，可以在天然氣和液化氣之間切換。由于 天然氣在氣瓶中是以氣態(tài)的形式存儲的，所以在經(jīng)過減壓器時不用冷卻水溫加熱就以氣體 的狀態(tài)噴入進氣管，而液化氣是以液體的狀態(tài)存儲的，在經(jīng)過減壓器時需要用發(fā)動機冷卻 液加熱。在東北的早上啟動時，司機需要把轉(zhuǎn)化開關轉(zhuǎn)到CNG模式，待水溫升高后，再轉(zhuǎn)入 LPG模式。這樣液化氣在經(jīng)過減壓器時，就有足夠的溫度進行氣化，進而以氣體的形式噴入
4進氣歧管，然后進入混合氣與空氣很好的混好。 步驟203 :當控制模塊判斷采用CNG燃料后，CNG電磁閥打開，CNG氣瓶組中幾個兆
帕甚至幾十兆帕的氣壓在經(jīng)過減壓器后減壓至250KPa的壓力進入進氣管道。 步驟204 :待冷卻液溫度升至70°或者更高時，司機可以把轉(zhuǎn)化開關轉(zhuǎn)至LPG模
式，LPG電磁閥立即打開，液態(tài)的液化氣在經(jīng)過增發(fā)器時，溫度升高，氣化變成氣體噴入進氣
管道。在LPG電磁閥打開的同時，CNG電磁閥關閉，CNG減壓器停止工作。 綜上判斷發(fā)動機具體使用何種燃料是由司機的意愿所決定的。當溫度很低，發(fā)動
機冷卻液的溫度不足以使液化氣氣化，就采用CNG進行啟動，待運行一段時間，冷卻液溫度
上升后可以再使用液化氣。如果在啟動時，環(huán)境溫度比較高，冷卻液的溫度足以使液化氣進
行氣化而順利燃燒，也可以使用液化氣進行啟動。 步驟205 :采集發(fā)動機的各種信息，這些信息包括排氣管中氧濃度信息、發(fā)動機 轉(zhuǎn)速、油門踏板位置、電子節(jié)氣門位置、冷卻液溫度、進氣壓力、進氣溫度、24V電壓信號。采 集排氣管中氧濃度的信息是判斷燃料的空燃比是否達到了理想的要求，對所燃燒燃料的閉 環(huán)執(zhí)行器進行閉環(huán)控制；采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速和電子節(jié)氣門位置以及進氣壓力的信息是為了確 定發(fā)動機的工況，以從標定出的二維表中查出點火提前角；采集冷卻液溫度以及進氣溫度 的信息是為了確定怠速工況發(fā)動機轉(zhuǎn)速的目標值，當冷卻液溫度稍低時，目標轉(zhuǎn)速就高一 些，對目標轉(zhuǎn)速實行閉環(huán)控制，以使發(fā)動機盡快暖車，達到行車的條件，當冷卻液溫度升高 后，目標轉(zhuǎn)速就會隨之降低，以滿足發(fā)動機經(jīng)濟型的要求。 步驟206 :CNG和LPG在燃燒時采用不同的點火提前角，當ECU檢測出使用何種燃 料時，根據(jù)步驟205中采集來的進氣壓力和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信息，從標定出的二維表格中查出 該種燃料的點火提前角。 步驟207 :根據(jù)氧傳感器的反饋電壓值做出以下判斷①、電壓值偏高；②、電壓值 偏低；③、電壓值在合理的范圍之內(nèi)變化。 由于氧傳感器采取的信號值代表排氣管中氧氣濃度與大氣中氧氣濃度之差，所以
對于判斷①、若反饋值偏大，則表示排氣管中氧氣濃度很小，進而說明噴入的燃料比較多，
混合氣較濃；對于判斷②、反饋值偏小，表示排氣管中氧氣濃度很大，進而說明噴入的燃料
太少，混合氣較??；對于判斷③、則燃料與空氣的混合達到了理想的空燃比。 綜上判斷如果氧氣反饋值偏大或偏小的話，都說明空燃比沒有達到合理的比值，
需要控制閉環(huán)執(zhí)行器進行相應的動作以達到理論空燃比；如果氧反饋值在適當?shù)姆秶鷥?nèi)變
動，說明空燃比已達到了理想的要求，無需再控制閉環(huán)執(zhí)行器進行動作。 步驟208 :采集的氧信號值與控制模塊中的給定值進行比較，以判斷出空燃比偏 濃或偏稀的量，同時從標定出的map表中查出閉環(huán)執(zhí)行器的步進量。 針對步驟207中①判斷，混合氣偏濃，需要減少燃料的進氣量，閉環(huán)執(zhí)行器增加步 進量，同時根據(jù)偏差量查出步進量的的大小；針對步驟207②判斷，混合氣偏稀，需要增加 燃料的進氣量，閉環(huán)執(zhí)行器減小步進量；針對步驟207③判斷，空燃比已達到理想的要求， 無需再對閉環(huán)執(zhí)行器的步進量進行改變。 步驟209 :根據(jù)步驟208中算出的增加或減小閉環(huán)執(zhí)行器的步進量，閉環(huán)執(zhí)行器進 行相應的動作。通過控制閉環(huán)執(zhí)行器的脈沖個數(shù)可以達到定位的目的，控制脈沖的頻率可 以達到控制閉環(huán)執(zhí)行器速度以及加速度的目的，力求閉環(huán)執(zhí)行器在較短的時間內(nèi)達到目標位置。 步驟210 :在閉環(huán)執(zhí)行器到達目標位置的過程中，控制模塊始終執(zhí)行步驟205的動 作，以判斷閉環(huán)執(zhí)行器的步進量是否達到了理想的位置。 本發(fā)明實施例還提供了一種雙燃料發(fā)動機燃氣供給控制的裝置。圖3是所述雙燃 料發(fā)動機燃氣供給控制的結(jié)構(gòu)示意圖。 包括運行狀態(tài)信息采集模塊310、主控制器模塊320和閉環(huán)執(zhí)行器控制模塊330。
所述運行狀態(tài)信息采集模塊310，獲取判斷發(fā)動機運行時的狀態(tài)信息，將所述狀態(tài) 信息發(fā)送給控制器模塊320 ; 所述運行狀態(tài)信息采集模塊310包括油門踏板位置傳感器311，電子節(jié)氣門位置 傳感器312，進氣壓力傳感器313，進氣溫度傳感器314，冷卻液溫度315，發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器 316，電源電壓采集器317，氧信號傳感器318，燃料選擇采集器319。 所述油門踏板位置傳感器311，獲取油門踏板位置信息并發(fā)送給控制器模塊320 ;
所述電子節(jié)氣門位置傳感器312，獲取電子節(jié)氣門位置信息并發(fā)送給控制器模塊
320 ; 所述進氣壓力傳感器313，獲取進氣壓力信息并發(fā)送給控制器模塊320 ;
所述進氣溫度傳感器314，獲取進氣溫度信息并發(fā)送給控制器模塊320 ;
所述水溫傳感器315，獲取發(fā)動機冷卻水溫信息送給控制器模塊320 ;
所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器316，獲取發(fā)動機轉(zhuǎn)速信息并發(fā)送給控制器模塊320 ;
所述電源電壓采集模塊317，獲取電源電壓信息并發(fā)送給控制器模塊320 ;
所述氧信號傳感器318，獲取排氣管中氧濃度含量并發(fā)送給控制器模塊320 ;
所述燃料選擇采集器319，獲取利用何種燃料的信息并發(fā)送給控制器模塊320 ;
所述控制器模塊320，獲取發(fā)動機運行狀態(tài)信息采集模塊310發(fā)送的狀態(tài)信息，判 斷發(fā)動機該使用何種燃料，并判斷空燃比是否達到了理想值，當處于理論空燃比時，控制器 模塊320將會通過通知單元323，不對閉環(huán)執(zhí)行器進行控制；當判斷不處于理論空燃比時， 通過計算閉環(huán)執(zhí)行器的步進量，控制器模塊320將會通過通知單元323，對閉環(huán)執(zhí)行器進行 控制，進而達到理論空燃比。 所述控制器模塊320包括發(fā)動機運行狀態(tài)判定子模塊321， CNG閉環(huán)執(zhí)行器模塊 325和LPG閉環(huán)執(zhí)行器模塊326 ; 所述狀態(tài)判定子模塊321包括判定單元322，通知單元323和診斷單元324 ;
所述狀態(tài)判定子模塊321，接收油門踏板位置傳感器311，電子節(jié)氣門位置傳感器 312，進氣壓力傳感器313，進氣溫度傳感器314，冷卻液溫度315，發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器316，電 源電壓采集器317，氧信號傳感器318，燃料選擇采集器319所提供的信號，由所述信息判定 采用的何種燃料，發(fā)動機是否處于理論空燃比的最佳狀態(tài)，進而通知對應的閉環(huán)執(zhí)行器控 制模塊進行相應的動作。 所述故障診斷模塊324，接收運行狀態(tài)信息采集模塊310的信息，判斷發(fā)動機的各 傳感器以及采集器是否出現(xiàn)故障，并給出相應的補救措施。 所述CNG閉環(huán)執(zhí)行器控制模塊325以及LPG閉環(huán)執(zhí)行器控制模塊326，接收狀態(tài)判 定子模塊321發(fā)送的通知，驅(qū)動閉環(huán)執(zhí)行器進行相應的動作。 所述通知單元323，當接收到燃料沒有到達理論空燃比時，通知閉環(huán)執(zhí)行器控制模塊325以及326，當接收到處于理論空燃比時，不對閉環(huán)執(zhí)行器驅(qū)動模塊進行控制。所述閉環(huán)執(zhí)行器模塊330，包括CNG閉環(huán)執(zhí)行器331 ， LPG閉環(huán)執(zhí)行器332，按照控
制器模塊320發(fā)送的步進控制信號，進行相應的動作。 需要說明的是，本發(fā)明實施例可以應用于各種雙燃料電控發(fā)動機系統(tǒng)。增加天然 氣燃料供給系統(tǒng)，可有效的解決東北地區(qū)啟動困難的問題，增加了發(fā)動機的實用性；增加液 化氣燃料供給系統(tǒng)，有效的增加發(fā)動機的動力性；增加閉環(huán)執(zhí)行器，有限的增加了發(fā)動機的 經(jīng)濟型以及排放性。 容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用于限定本發(fā)明的精神和保 護范圍，任何熟悉本領域的技術人員所做出的等同變化或替換，都應視為涵蓋在本發(fā)明的 保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
雙燃料發(fā)動機燃氣供給的控制方法，其特征在于，包括低溫啟動容易、燃料切換迅速柔和、燃氣量的閉環(huán)控制方法、惡劣工況自學習控制方法、具有診斷故障并報警的故障診斷功能、出現(xiàn)故障自動補救措施功能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述低溫啟動容易的方法為雙燃料發(fā)動 機采用天然氣和液化氣，天然氣是以氣體的狀態(tài)存儲的，不需要進過氣化，低溫情況下就容 易啟動；液化氣是以液體的狀態(tài)存儲的，需要在冷卻液溫度升高后采用，保證了發(fā)動機的動 力性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述雙燃料發(fā)動機燃氣供給的控制方法 為基于規(guī)則控制的控制方法，以發(fā)動機轉(zhuǎn)速和電子節(jié)氣門位置以及進氣壓力、進氣溫度、 水溫大小為規(guī)則條件，將雙燃料發(fā)動機燃氣供給的控制分為幾個控制模塊，控制精度高、適 應性強。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述燃氣切換迅速柔和的方法為每次在 進行燃氣切換前，根據(jù)發(fā)動機不同的參數(shù)，閉環(huán)執(zhí)行器采用變參數(shù)PID控制，實時性強，過渡平穩(wěn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述惡劣工況自學習方法為在過渡工 況、大負荷工況等惡劣工況，參照發(fā)動機的參數(shù)，按照既定的控制算法，可實時調(diào)整燃料輸 出量，最后將調(diào)整后的參數(shù)寫入存儲器，完成一次自學習。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述診斷方法為每個模塊都有自己的診 斷方法，信號采集異常會顯示異常的電壓值、燃氣供給控制電路異常相關標志位置1等等。
7. —種雙燃料發(fā)動機燃氣供給的控制裝置，其特征在于，包括信號采集模塊、雙燃料 供給控制模塊、電子節(jié)氣門控制模塊、微控制器、CAN通信模塊、串口通信模塊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述信號采集模塊包括電子節(jié)氣門位置 采集、轉(zhuǎn)速信號采集、進氣壓力采集、冷卻水溫度采集、進氣溫度采集等反映發(fā)動機工作狀 態(tài)的相關信號采集。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述雙燃料供給控制模塊包括采集并處理發(fā)動機所用的燃料，傳送給ECU， ECU根據(jù)當前發(fā)動機的運行狀態(tài)，對發(fā)動機的點火提前 角以及閉環(huán)控制量進行控制。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述電子節(jié)氣門控制模塊包括采集油門踏板的位置，傳送給ECU， ECU根據(jù)油門踏板變化的偏差量，對電子節(jié)氣門施加適當?shù)碾?壓值，使電子節(jié)氣門平穩(wěn)過渡到目標位置，同時還具體有初始位置學習功能和電壓補償功 能。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述CAN通信模塊，用來接收整車中其它 控制ECU的信號，從而根據(jù)整車狀況對發(fā)動機各個控制器做出相應調(diào)整；
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述串口通信模塊，可實現(xiàn)PC機和ECU 的通信，可以實現(xiàn)程序在線修改和在線監(jiān)控功能。
全文摘要
一種雙燃料發(fā)動機燃氣供給的控制方法和裝置，能有效解決東北地區(qū)啟動困難的問題，同時采用閉環(huán)控制，使空氣與燃料達到合理的空燃比，待冷卻液溫度升高后，切斷天然氣的供給，采用液化氣燃燒，從而在保證發(fā)動機動力性能的前提下，合理利用燃氣，同時，采用電子節(jié)氣門裝置，它能克服機械油門的弊端，使用更加安全、高效。雙燃料發(fā)動機燃氣供給控制的方法包括天然氣與液化氣切斷迅速柔和控制方法、天然氣與液化氣過量空氣系數(shù)的閉環(huán)控制方法、出現(xiàn)故障自動補救功能、惡劣工況自學習控制方法。雙燃料發(fā)動機的燃氣供給控制的裝置包括天然氣與液化氣的進氣供給系統(tǒng)、閉環(huán)執(zhí)行器、供給控制模塊以及微控制器、CAN通信模塊、串口通信模塊。
文檔編號F02D43/00GK101761403SQ20101011759
公開日2010年6月30日 申請日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者任憲豐, 劉櫻桃, 呂國懷, 吳光耀, 李健 申請人:霸州市華威發(fā)動機技術有限公司;李健;吳光耀