CN101761406A - 一种电控柴油发动机掺烧燃气控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种电控柴油发动机掺烧燃气控制的方法和装置，能够根据转速信号、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，合理配置掺烧比以使油气比例达到最佳配比状态，从而在保证发动机动力性的前提下，降低柴油消耗率以及废气排放。一种电控柴油机掺烧燃气控制的方法，包括：油气切换迅速柔和控制方法、燃气量与柴油量实时精确控制方法、恶劣工况自学习控制方法、具有诊断故障并报警的故障诊断功能。一种电控柴油机掺烧天然气控制的装置，包括：信号采集模块、柴油喷射量采集与控制模块、天然气供给控制模块、微控制器、CAN通信模块、串口通信模块。

Description

一种电控柴油发动机掺烧燃气控制的方法和装置

技术领域

本发明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的方法和装置。

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，掺烧控制方法和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方法核装置显然存在很大的不足：

a.现有的掺烧燃气控制方法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方法和装置不能随周围环境的改变而实时调节掺烧比。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方法和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

本发明实施例提供一种电控柴油发动机掺烧燃气控制的方法和装置，能够合理配置掺烧比以使油气比例达到最佳配比状态，从而在保证发动机动力性的前提下，降低柴油消耗率以及废气排放。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体实现如下：

一种电控柴油机掺烧燃气控制的方法，包括：油气切换迅速柔和控制方法、燃气量与柴油量实时精确控制方法、恶劣工况自学习控制方法、具有诊断故障并报警的故障诊断功能。

一种电控柴油机掺烧天然气控制的装置，包括：信号采集模块、柴油喷射量采集与控制模块、天然气供给控制模块、微控制器、CAN通信模块、串口通信模块。

本发明实施例的这种电控柴油发动机掺烧燃气控制的方法和装置，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。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为本发明实施例中电控柴油机掺烧控制系统机械结构示意图。

图2为本发明实施例中电控柴油机掺烧控制方法流程示意图。

图3为本发明实施例中电控柴油机掺烧控制装置的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

为了方便，在说明方法和装置前，先介绍一下本发明实施例中电控柴油机掺烧控制系统机械结构，图1所示，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还有图上为标出的混合器等。

本发明实施例提供一种电控柴油发动机掺烧燃气控制的方法，流程如图2所示，包括：

步骤201：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202：综合步骤201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203：当根据步骤201所得到的发动机工作信息，满足步骤202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204：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205：油气掺烧比最终是通过步骤205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203和步骤204计算得到限油量(该限油量是以喷油时间来衡量的)，在步骤201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。

本发明实施例还提供了一种电控柴油机掺烧燃气控制的装置。图3是所述柴油机掺烧燃气控制装置的结构示意图。

柴油机ECU模块310、运行状态信息采集模块320、主控制器模块330和喷油及喷气模块340。

所述柴油机ECU模块310包括柴油机ECU模块311及产生喷油信号模块312。其中柴油机ECU模块311采集各传感器并进行计算判定通过模块312产生柴油机原始喷油信号312。其中原始喷油信号模块312产生的原始喷油信号传递给主控制器模块330，并进行判定。

所述运行状态信息采集模块320，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控制器模块330；

所述运行状态信息采集模块320包括：油门踏板位置传感器321，水温传感器322，进气压力传感器323，发动机转速传感器324，进气温度传感器325和电源电压采集模块326；

所述油门踏板位置传感器321，获取油门踏板位置信息并发送给控制器模块330；

所述水温传感器322，获取发动机冷却水温信息送给控制器模块330；

所述进气压力传感器323，获取进气压力信息并发送给控制器模块330；

所述发动机转速传感器324，获取发动机转速信息并发送给控制器模块330；

所述进气温度传感器325，获取进气温度信息并发送给控制器模块330；

所述电源电压采集模块326，获取电源电压信息并发送给控制器模块330；

所述控制器模块330，获取柴油机ECU模块310所提供的原始喷油信号和发动机运行状态信息采集模块320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，控制器模块330将会通过通知单元335，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，然后通过通知单元335给柴油喷嘴控制子模块337和燃气喷嘴子模块338，控制嘴模块340进行柴油喷射和燃气喷射；

所述控制器模块330包括：发动机运行状态判定子模块331，柴油喷嘴控制子模块337和燃气喷嘴控制子模块338；

所述状态判定子模块331包括判定单元334，通知单元335和诊断单元336；

所述状态判定子模块331，接收油门踏板位置传感器321发送的踏板位置信息、水温传感器322、进气压力传感器323、发动机转速传感器324、进气温度传感器325、电源电压采集模块326和柴油机ECU模块310所提供的原始喷油信号312，由所述信息判定发动机处于可掺烧工况时，通知柴油喷嘴控制子模块337和燃气喷嘴子模块338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341。

所述柴油喷嘴控制子模块337，接收状态判定子模块331发送的通知，计算柴油喷嘴341的喷油时间，将所述喷油时间控制信号发送给柴油喷嘴341；

所述燃气喷嘴控制子模块338，接收状态判定子模块331发送的通知计算出燃气喷嘴342的喷气时间，将所述喷气时间控制信号发送给燃气喷嘴342；

所述通知单元335，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337和燃气喷嘴控制子模块338；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340，包括柴油喷嘴341和燃气喷嘴342，按照控制器模块330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电控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，可掺烧的燃气类型包括包括天然气、液化石油气等。

由上述可见，本发明实施例中的电控柴油机掺烧燃气控制的方法和装置，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。

容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的精神和保护范围，任何熟悉本领域的技术人员所做出的等同变化或替换，都应视为涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电控柴油发动机掺烧燃气的控制方法，其特征在于，包括：油气切换迅速柔和、燃气量与柴油量精确控制方法、恶劣工况自学习控制方法、具有诊断故障并报警的故障诊断功能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电控柴油发动机掺烧燃气的控制方法为：基于规则控制的控制方法，以发动机转速和油门位置的位置及偏差以及进气压力、进气温度、水温大小为规则条件，将电控柴油发动机掺烧燃气的控制分为几个控制模块，控制精度高、适应性强。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述油气切换迅速柔和的方法为：每次在进行油气切换前，根据发动机不同的参数确定输出量，并采用变参数PID控制，实时性强，过渡平稳。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃气量与柴油量精确方法为：燃气量和油量均采用电控喷射控制方法，电控喷射的特点就是可精确调整燃料的输出量，避免了控制上的偏差。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恶劣工况自学习方法为：在过渡工况、大负荷工况等恶劣工况，参照发动机的参数，按照既定的控制算法，可实时调整燃料输出量，最后将调整后的参数写入存储器，完成一次自学习。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述诊断方法为：每个模块都有自己的诊断方法，信号采集异常会显示异常的电压值、喷气控制电路异常相关标志位置1、喷油脉宽控制电路故障采用软件诊断等等。

7.一种电控柴油发动机掺烧燃气的装置，其特征在于，包括：信号采集模块、柴油喷射量采集和控制模块、天然气供给控制模块、微控制器、CAN通信模块、串口通信模块。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信号采集模块包括：油门位置采集、转速信号采集、进气压力采集、冷却水温度采集、进气温度采集等反映发动机工作状态的相关信号采集。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述柴油喷射量采集和控制模块包括：采集并处理发动机的柴油喷射量的控制信号，传送给ECU，ECU根据当前发动机的运行状态，对发动机的喷油量进行控制

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述天然气供给控制模块包括：ECU根据发动机当前的状态，确定燃气的输出量，该模块对燃气喷射器进行驱动并有诊断功能，实行电流控制有保护喷嘴的作用。

11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述CAN通信模块，用来接收整车中其它控制ECU的信号，从而根据整车状况对发动机各个控制器做出相应调整；

12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述串口通信模块，可实现PC机和ECU的通信，可以实现程序在线修改和在线监控功能。

Images