專利名稱：一種燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射控制的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機控制系統(tǒng)，具體涉及一種燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射控 制的方法和裝置。
背景技術：
當前，能源和環(huán)境污染問題越來越突出。隨著汽車數(shù)量的增加，汽車尾 氣越來越成為城市空氣污染的主要因素，為了降低汽車尾氣對環(huán)境的污染， 使用燃氣作為能源的燃氣汽車發(fā)展迅速。燃氣汽車具有比傳統(tǒng)汽油、柴油汽 車更好的燃料經濟性，且空氣污染物含量更低。其中，燃氣連續(xù)噴射系統(tǒng)的 控制功能直接影響燃氣汽車發(fā)動機的廢氣排放和燃料經濟性這兩大環(huán)保指 標。
現(xiàn)有技術中，發(fā)動機控制系統(tǒng)的示意圖如圖1所示，工作過程如下 燃氣連續(xù)噴射控制系統(tǒng)采用正壓連續(xù)供氣，貯存在鋼瓶中的燃氣經過減 壓閥提供給發(fā)動機系統(tǒng)中的噴嘴，節(jié)氣門位置用來調整空氣的供氣量，由控 制器統(tǒng)一控制多個噴嘴以調整燃氣的供應量?？諝馀c燃氣的混合氣在發(fā)動機 中燃燒后，產生的廢氣通過三效催化轉化器進行處理。三效催化轉化器能夠 促進廢氣中的碳氫化合物、 一氧化碳和氮氧化物的減少，當發(fā)動機中的空燃 比(發(fā)動機每次燃燒的空氣質量與燃氣質量之比)為理論空燃比時，三效催 化轉化器的作用最佳。對于壓縮天然氣(Compressed Natural Gas， CNG)而 言，理論空燃比為17.1至17.5之間。因此，現(xiàn)有噴射控制系統(tǒng)中，通常根 據(jù)使用燃氣的理論空燃比，設定噴嘴的燃氣噴射量，使其與空氣量的比值達 到理論空燃比，以期能夠保證燃氣燃燒充分，且產生的廢氣得到有效地處理。 但在城市工況中，發(fā)動機怠速頻繁，由于怠速狀態(tài)下發(fā)動機轉速較低，
因此提供怠速工況所要求的維持發(fā)動機運轉最低轉速的燃氣量也較少，此 時，噴嘴工作在非線性區(qū)域，燃氣噴射的控制精度降低，從而造成空燃比的 控制精度也降低，噴嘴無法精確提供此時需要的燃氣量，而只能采取嘗試的
方法先提供一定的燃氣量，如果配比后的空氣/燃氣混合氣濃度過高，則 降低燃氣供給量；如果調整后的混合氣濃度過低，則再增加燃氣供給量；此 外，由于噴嘴工作在非線性區(qū)域且所有噴嘴采用同一頻率、同一占空比進行 控制，導致這種噴嘴控制方式無法靈活量化每次調節(jié)的幅度，常常會造成混 合氣的濃度在最佳值(即理論空燃比)上下波動，產生周期性震蕩，從而增 加燃氣的消耗，同時由于實際空燃比未達到理論空燃比的要求，發(fā)動機產生 的廢氣也不能得到最有效地處理，勢必會增加排放污染。
由上可見，現(xiàn)有技術會造成發(fā)動機在怠速狀態(tài)下的燃氣消耗率和廢氣排 放過高。
發(fā)明內容
本發(fā)明實施例提供一種燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射控制的方法和裝置，能
夠降低發(fā)動機在怠速狀態(tài)下的燃氣消耗率和廢氣排放。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的 一種燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射控制的方法，該方法包括 判斷發(fā)動機處于怠速工況時，控制設定的輔控噴嘴以固定的占空比進行
工作，以及控制設定的主控噴嘴根據(jù)廢氣中的氧含量調整占空比進行工作。 一種燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射控制的裝置，該裝置包括怠速狀態(tài)信息
采集模塊，控制器模塊，氧傳感器模塊和噴嘴模塊；
怠速狀態(tài)信息采集模塊，獲取判斷發(fā)動機處于怠速工況的所需的狀態(tài)信
息，將所述狀態(tài)信息發(fā)送給控制器模塊；
氧傳感器模塊，獲取廢氣中的氧含量作為標識信息發(fā)送給控制器模塊； 控制器模塊，獲取怠速狀態(tài)信息釆集模塊發(fā)送的狀態(tài)信息，判斷發(fā)動機
處于怠速工況時，設定輔控噴嘴的固定占空比并發(fā)送給輔控噴嘴，當不處于
怠速工況時，等待下一次判斷過程；獲取氧傳感器模塊發(fā)送的標識信息，根 據(jù)所述標識信息設置主控噴嘴的占空比并發(fā)送給主控噴嘴；
噴嘴模塊，包括主、輔控噴嘴，分別按照控制器模塊發(fā)送的占空比進行 工作。
由上述的技術方案可見，本發(fā)明實施例的這種燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射 控制的方法和裝置，使用一部分噴嘴以固定的占空比提供基本燃氣量，另一 部分噴嘴根據(jù)氧傳感器的反饋信號對實際空燃比進行閉環(huán)控制，使怠速工況 的實際空燃比與理論空燃比的偏差更小，使得怠速工作狀態(tài)更加穩(wěn)定，有效 地降低了發(fā)動機在怠速狀態(tài)下的燃氣消耗率和廢氣排放。
圖1為現(xiàn)有技術中發(fā)動機控制系統(tǒng)組成結構的示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例中單點連續(xù)噴射控制的方法的流程示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例中噴嘴線性流量特性曲線的示意圖。
圖4為本發(fā)明實施例中單點連續(xù)噴射控制的裝置的組成結構示意圖。
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i兌明。
本發(fā)明實施例提供一種燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射控制的方法，流程如圖 2所示，包括
步驟201:根據(jù)節(jié)氣門位置信息、發(fā)動機轉速信息和車速信息，判斷發(fā) 動機是否處于怠速工況，當同時滿足①節(jié)氣門位置在零位、②發(fā)動機轉速小 于設置的標定值、③車速小于設置的標定值三個約束條件時，表示當前處于 怠速工況，繼續(xù)執(zhí)行步驟202;否則表示發(fā)動機不處于怠速工況，返回步驟 201，準備進行下一次判斷。
步驟202:控制器設置怠速工況下輔控噴嘴的占空比，所述輔控噴嘴的
占空比是根據(jù)輔控噴嘴的線性流量(Linear Flow Rate, LFR)特性曲線中最 小流量對應的時間及設定的輔控噴嘴工作周期得到的，在怠速工況下，輔控 噴嘴保持利用此占空比進行燃氣噴射。圖3示出了 A、B、C三種噴嘴的LFR 特性曲線，假設某發(fā)動機控制系統(tǒng)中使用噴嘴B作為輔助噴嘴，則由圖中可 知，該輔控噴嘴B的最小流量對應的時間為2.5ms,若所述發(fā)動機控制系統(tǒng) 中設置輔控噴嘴B工作周期為20ms,則得出該輔控噴嘴B的占空比應設置 為2.5/20=12.5%。
需要說明的是，原則上輔控噴嘴的工作周期可以在該器件的指定工作頻 率范圍內任意選擇，在實際應用中一般選取低頻的工作方式，以避免高頻工 作方式對噴嘴使用壽命的影響，延長噴嘴的使用壽命。同時，根據(jù)圖3容易 看出，本發(fā)明實施例中將輔控噴嘴固定在其LFR曲線的最小流量對應的工 作點處，工作周期的長短僅影響控制器設置的輔控噴嘴控制信號的占空比， 并不影響輔控噴嘴實際供氣時的流量。
同時，主控噴嘴和輔控噴嘴是本發(fā)明實施例中依據(jù)對噴嘴的不同職能進 行的劃分，在實際的發(fā)動機控制系統(tǒng)中，主控噴嘴和輔控噴嘴本身的工作特 性是相同的，因此它們的LFR曲線也相同，主、輔控噴嘴只是分別在控制 器的控制下工作在LFR曲線的不同的工作點上。
發(fā)動機在進入怠速狀態(tài)前，發(fā)動機轉速一般較高，燃氣的噴射量也較大。 進入怠速工況時，輔控噴嘴的占空比所確定的燃氣噴射量較小，發(fā)動機所需 的燃氣量主要由主控噴嘴提供，由于輔控噴嘴的工作點為該噴嘴的LFR曲 線上最小流量和其對應的時間點所確定的位置，且該位置為噴嘴線性工作區(qū) 域的起點；而在進入怠速工況時，主控噴嘴的瞬時值通常為輔控噴嘴燃氣噴 射量的2倍甚至更多，因此主控噴嘴在怠速工況下也工作在線性區(qū)域。
步驟203:混合氣經過燃燒，排出的廢氣中的氧含量通過氧傳感器采集 得到并發(fā)送給控制器，控制器進行濃/稀狀態(tài)的判定，例如氧傳感器反饋 的反映尾氣中氧氣含量濃或稀的數(shù)字量值在0~ 1024范圍內，假設其中數(shù)值 450代表理論空燃比所對應的點，則若反饋的數(shù)字量在450以上，判定缸內 混合氣偏濃，反之偏稀。
步驟204:基于比例積分(Proprotion Integral, PI)控制算法調整主控 噴嘴占空比中的閉環(huán)修正值。此時，主控噴嘴工作在線性區(qū)域中，其中閉環(huán) 修正值為比例項和積分項兩部分之和將氧傳感器信號表示的濃度由低到高 設置為不同的級別，級別越高則對應的比例項的值越大，根據(jù)氧傳感器返回 的濃/稀信號確定對應的比例項的值；確定了比例項的值，再根據(jù)所確定的 比例項在該比例項對應的濃/稀級別內，從時間上進行更精確的調節(jié)。具體 的比例項和積分項的設置方法，與現(xiàn)有控制技術相同，此處不再贅述。將得 到的閉環(huán)修正值與剛進入怠速工況時主控噴嘴的占空比的瞬時值相加得到 主控噴嘴的占空比。
步驟205:控制器按照得到的輔控噴嘴和主控噴嘴的占空比控制輔控、 主控噴嘴進行工作，并返回步驟201繼續(xù)進行噴嘴的下一次的調節(jié)控制。
需要說明的是，步驟202和步驟203~步驟204之間并無前后順序，在 一次噴嘴調節(jié)過程中，上述流程中步驟202設定輔控噴嘴的占空比，步驟 203 步驟204則設定主控噴嘴的占空比，且兩個設定流程之間相互獨立。
可見，本發(fā)明實施例中的燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射控制的方法，通過控 制主輔控噴嘴分別提供燃氣的基本供給和修正供給，使發(fā)動機在怠速工況下 的空燃比更加接近理論值，從而能夠提高燃燒效率，減少燃氣消耗和降低排 放。
本發(fā)明實施例還提供一種燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射控制的裝置，其組成 結構如圖4所示，其中包括怠速狀態(tài)信息采集模塊410,控制器模塊420， 氧傳感器模塊440和噴嘴模塊430;
怠速狀態(tài)信息采集模塊410，獲取判斷發(fā)動機處于怠速工況的所需的狀 態(tài)信息，將所述狀態(tài)信息發(fā)送給控制器模塊420;
氧傳感器模塊440，獲取廢氣中的氧含量作為標識信息并發(fā)送給控制器 模塊420;
控制器模塊420，獲取怠速狀態(tài)信息釆集模塊410發(fā)送的狀態(tài)信息，判
斷發(fā)動機處于怠速工況時，設定輔控噴嘴431的固定占空比，當不處于怠速 工況時，等待下一次判斷過程；獲取氧傳感器模塊440發(fā)送的標識信息，根 據(jù)所述標識信息設置主控噴嘴432的占空比；
噴嘴模塊430，包括主控噴嘴432和輔控噴嘴431,按照控制器模塊420 發(fā)送的占空比信號進行燃氣的噴射。
所述怠速狀態(tài)信息采集模塊410包括節(jié)氣門位置傳感器411，發(fā)動機 轉速傳感器412和車速傳感器413;
節(jié)氣門位置傳感器411 ，獲取節(jié)氣門位置信息并發(fā)送給控制器模塊420;
發(fā)動機轉速傳感器412，獲取發(fā)動機工作的轉速信息并發(fā)送給控制器模 塊420;
車速傳感器413,獲取汽車的車速信息并發(fā)送給控制器模塊420。 所述控制器模塊420包括怠速狀態(tài)判定子模塊421,輔控噴嘴控制子 模塊423和主控噴嘴控制子模塊422;
所述怠速狀態(tài)判定子模塊421，接收節(jié)氣門位置傳感器411發(fā)送的節(jié)氣 門位置信息、發(fā)動機轉速傳感器412發(fā)送的轉速信息和車速傳感器413發(fā)送 的車速信息，由所述信息判定發(fā)動機處于怠速工況時，通知輔控噴嘴控制子 模塊423和主控噴嘴控制子模塊422,當不處于怠速工況時,等待下一次判 斷過程；
所述輔控噴嘴控制子模塊423,接收怠速狀態(tài)判定子模塊421發(fā)送的通 知，計算輔控噴嘴431的占空比，將所述占空比控制信號發(fā)送給輔控噴嘴 431;
所述主控噴嘴控制子模塊422，接收怠速狀態(tài)判定子模塊421發(fā)送的通 知和氧傳感器模塊440發(fā)送的標識信息，計算出主控噴嘴432的占空比，將 所述占空比控制信號發(fā)送給主控噴嘴432。
所述怠速狀態(tài)判定子模塊421包括判定單元424和通知單元425;
所述判定單元424，接收節(jié)氣門位置信息、轉速信息和車速信息，當節(jié) 氣門位置在O位、發(fā)動機轉速小于標定值且車速低于標定值時，向通知單元
425發(fā)送當前處于怠速狀態(tài)的信息，否則發(fā)送當前不處于怠速狀態(tài)的信息；
所述通知單元425,當接收到處于怠速狀態(tài)的信息時，通知輔控噴嘴控 制子模塊423和主控噴嘴控制子模塊422;當接收到不處于怠速狀態(tài)的信息 時，等待下一次判斷。
需要說明的是，上述實施例中并未限定主輔噴嘴的劃分標準，在實際應 用中，多個噴嘴可以根據(jù)具體需要進行劃分；同時，本發(fā)明實施例可以應用 于各種燃氣單點連續(xù)噴射系統(tǒng)，例如天然氣、液化石油氣及任何其他氣態(tài)方 式單點噴射的發(fā)動機系統(tǒng)。
由上述可見，本發(fā)明實施例中的燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射控制方法和裝 置，通過設置主輔噴嘴，分別提供燃氣的基本供給和修正供給，使發(fā)動機在 怠速工況下的空燃比更加接近理論值，從而能夠提高燃燒效率，減少燃氣消 耗和降低排放，且該裝置構造簡單，實現(xiàn)方便。
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。
權利要求
1、一種燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射控制的方法，其特征在于，該方法包括判斷發(fā)動機處于怠速工況時，控制設定的輔控噴嘴以固定的占空比進行工作，以及控制設定的主控噴嘴根據(jù)廢氣中的氧含量調整占空比進行工作。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器判斷發(fā)動機 處于怠速工況的方法為獲取節(jié)氣門位置信息、發(fā)動機轉速信息和車速信息，當節(jié)氣門位置在零 位、發(fā)動機轉速小于設置的標定值且車速小于設置的標定值時，則發(fā)動機處 于怠速工況。
3、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制設定的輔控噴 嘴以固定的占空比進行工作的方法為設置怠速工況下輔控噴嘴的占空比，所述占空比是根據(jù)輔控噴嘴的線性 流量特性中最小流量對應的時間及設定的輔控噴嘴工作周期得到的。
4、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制設定的主控噴 嘴根據(jù)廢氣中的氧含量調整占空比進行工作的方法為通過氧傳感器采集廢氣中的氧含量并發(fā)送給控制器，控制器進行濃/稀 狀態(tài)的判定，根據(jù)判定結果，采用設定的算法計算主控噴嘴占空比中的閉環(huán) 修正值，將所述閉環(huán)修正值與發(fā)動機剛進入怠速工況時主控噴嘴占空比的瞬 時值相加得到主控噴嘴的占空比。
5、 一種燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射控制的裝置，其特征在于，該裝置包 括怠速狀態(tài)信息采集模塊，控制器模塊，氧傳感器模塊和噴嘴模塊；怠速狀態(tài)信息采集模塊，獲取判斷發(fā)動機處于怠速工況的所需的狀態(tài)信息，將所述狀態(tài)信息發(fā)送給控制器模塊；氧傳感器模塊，獲取廢氣中的氧含量作為標識信息發(fā)送給控制器模塊； 控制器模塊，獲取怠速狀態(tài)信息采集模塊發(fā)送的狀態(tài)信息，判斷發(fā)動機處于怠速工況時，設定輔控噴嘴的固定占空比并發(fā)送給輔控噴嘴，當不處于 怠速工況時，等待下一次判斷過程；獲取氧傳感器模塊發(fā)送的標識信息，根 據(jù)所述標識信息設置主控噴嘴的占空比并發(fā)送給主控噴嘴；噴嘴模塊，包括主、輔控噴嘴，分別按照控制器模塊發(fā)送的占空比進行 工作。
6、 根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述怠速狀態(tài)信息采集 模塊包括節(jié)氣門位置傳感器，發(fā)動機轉速傳感器和車速傳感器，所述狀態(tài) 信息包括節(jié)氣門位置信息、轉速信息和車速信息；節(jié)氣門位置傳感器，獲取節(jié)氣門位置信息并發(fā)送給控制器模塊； 發(fā)動機轉速傳感器，獲取發(fā)動機工作的轉速信息并發(fā)送給控制器模塊； 車速傳感器，獲取汽車的車速信息并發(fā)送給控制器模塊。
7、 根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述控制器模塊包括 怠速狀態(tài)判定子模塊，輔控噴嘴控制子模塊和主控噴嘴控制子模塊；所述怠速狀態(tài)判定子模塊，接收節(jié)氣門位置傳感器發(fā)送的節(jié)氣門位置信 息、發(fā)動機轉速傳感器發(fā)送的轉速信息和車速傳感器發(fā)送的車速信息，由所 述狀態(tài)信息判定發(fā)動機處于怠速工況時，通知輔控噴嘴控制子模塊和主控噴 嘴控制子模塊，當不處于怠速工況時，等待下一次判斷過程；所述輔控噴嘴控制子模塊，接收怠速狀態(tài)判定子模塊發(fā)送的通知，計算 輔控噴嘴的占空比并發(fā)送給輔控噴嘴；所述主控噴嘴控制子模塊，接收怠速狀態(tài)判定子模塊發(fā)送的通知和氧傳 感器模塊發(fā)送的標識信息，計算出主控噴嘴的占空比，將所述占空比控制信 號發(fā)送給主控噴嘴。
8、 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述怠速狀態(tài)判定子模 塊包括判定單元和通知單元；所述判定單元，接收節(jié)氣門位置信息、轉速信息和車速信息，當節(jié)氣門 位置在0位、發(fā)動機轉速小于標定值且車速低于標定值時，向通知單元發(fā)送 當前處于怠速狀態(tài)的信息，否則發(fā)送當前不處于怠速狀態(tài)的信息；所述通知單元，當接收到處于怠速狀態(tài)的信息時，通知輔控噴嘴控制子模塊和主控噴嘴控制子模塊；當接收到不處于怠速狀態(tài)的信息時，等待下一 次判斷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射控制的方法，該方法包括判斷發(fā)動機處于怠速工況時，控制設定的輔控噴嘴以固定的占空比進行工作，以及控制設定的主控噴嘴根據(jù)廢氣中的氧含量調整占空比進行工作。本發(fā)明還同時公開了一種燃氣發(fā)動機單點連續(xù)噴射控制的裝置，包括怠速狀態(tài)信息采集模塊，控制器模塊，氧傳感器模塊和噴嘴模塊。本發(fā)明能夠使發(fā)動機在怠速狀態(tài)下工作更加穩(wěn)定，能有效降低發(fā)動機在怠速狀態(tài)下的燃氣消耗率和廢氣排放。
文檔編號F02M21/02GK101187344SQ20071017901
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月7日 優(yōu)先權日2007年12月7日
發(fā)明者呂國懷, 徐曉潔, 健 李, 李鵬威, 蔡文遠, 陳德嶺 申請人:蔡文遠;李鵬威;徐曉潔