電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)及其控制方法，包括高壓共軌噴射系統(tǒng)、燃氣噴射系統(tǒng)和油/氣雙燃料電控系統(tǒng)，油/氣雙燃料電控系統(tǒng)包括傳感器部分、執(zhí)行器、雙燃料ECU和燃油ECU，該控制系統(tǒng)通過噴油器控制柴油量，通過燃氣控制噴嘴控制燃氣量，通過電子節(jié)氣門體控制進氣空氣量，通過寬域氧傳感器檢測和閉環(huán)反饋控制發(fā)動機工作的空燃比，該控制方法能夠使發(fā)動機在純燃油工作模式和燃油/燃氣雙燃料工作模式下切換，并控制發(fā)動機良好運行，能夠根據(jù)柴油發(fā)動機不同的工作狀態(tài)精確控制柴油噴射量，同時能夠控制氣體燃料的噴射時刻及噴射持續(xù)期、進氣空氣量和空燃比，從而保證雙燃料發(fā)動機安全平穩(wěn)運行，減低燃料消耗，減少尾氣排放。
【專利說明】電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)動機控制【技術領域】，具體涉及一種電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著石油資源的日趨緊張，世界燃油價格一再飆升，我國的石油價格也是一漲再漲，地球上儲量豐富的氣體燃料如天然氣因其與汽柴油相比具有價格優(yōu)勢，且具有更好的環(huán)保性能，其使用可以有效降低柴油機的使用成本、緩解能源的短缺、解決排放污染等問題，因而要發(fā)展氣體燃料發(fā)動機。而柴油/氣體燃料雙燃料發(fā)動機(簡稱油氣雙燃料發(fā)動機)就是一種氣體燃料發(fā)動機?，F(xiàn)有的柴油/氣體燃料雙燃料發(fā)動機，如柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機、柴油/液化石油氣(LPG)雙燃料發(fā)動機，通常是在柴油發(fā)動機及柴油電子控制系統(tǒng)的基礎上加裝氣體燃料控制系統(tǒng)而得到，這種發(fā)動機通常存在三個方面的問題，一是引燃柴油量的控制問題，發(fā)動機工作雙燃料模式時，由于柴油燃點低，主要起到首先壓燃著火引燃燃氣的作用，為了追求經濟性指標，柴油量只占到總燃料量的5?20%，在這么小的量的情況下，其控制穩(wěn)定性和精度難度大；二是熱負荷較高，與原柴油機相比，燃燒氣體燃料之后由于氣體燃料如天然氣的燃燒速度慢產生的后燃，加之壓縮比一般仍保持原柴油機的高壓縮比導致零部件的熱負荷高而影響了發(fā)動機的壽命；三是有些氣體燃料如天然氣的甲烷排放高，例如天然氣的主要成分是甲烷，甲烷的著火溫度約630°C大大高于柴油的260 V,而雙燃料發(fā)動機部分負荷時氣缸內混合氣較稀，氣缸內溫度較低而導致一些溫度較低區(qū)域的甲烷不能燃燒而形成高的甲烷排放，并造成甲烷浪費而影響了發(fā)動機的經濟性能。上述三方面問題的存在，影響發(fā)動機運行的安全性和可靠性，同時增加了燃料的消耗量和尾氣排放。
[0003]現(xiàn)有發(fā)明CN201110291569.4針對電控單體泵、電控泵噴嘴或者電控共軌柴油/氣體燃料雙燃料發(fā)動機提出了一種油氣的控制方法和裝置，該雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)是在保留原機發(fā)動機控制系統(tǒng)的基礎上，增加一套柴油及燃氣控制單元。原機的各個信號(水溫，增壓壓力及溫度，軌壓，等等)，被雙燃料控制系統(tǒng)和原機的電控系統(tǒng)共享。增加的雙燃料控制單元可控制柴油噴射(柴油噴油器電磁閥控制)以及加裝的燃氣噴射系統(tǒng)(包括燃氣噴嘴電磁閥控制、燃氣開關閥控制、燃氣液位、壓力和溫度監(jiān)測等)，而原機的其他部件(如軌壓、空氣系統(tǒng)(VGT、EGR等))仍由原機系統(tǒng)控制。原機的柴油噴射的控制權，通過外部的繼電器進行切換，該繼電器由雙燃料控制系統(tǒng)控制，通過控制該繼電器可以獲得純柴油狀態(tài)以及雙燃料兩種工作模式。但該發(fā)明還存在結構不夠優(yōu)化、發(fā)動機運行的安全性和可靠性不夠強等缺點。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)及其控制方法，能夠改進現(xiàn)有電控共軌、電控單體泵或電控泵噴嘴供油的柴油/燃氣雙燃料發(fā)動機的油氣的控制系統(tǒng)和控制方法存在的問題，能更方便的融合目前主流柴油電控系統(tǒng)，使雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)更加精確，發(fā)動機運行更加安全可靠、經濟、環(huán)保。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0006]一種電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)，包括高壓共軌噴射系統(tǒng)、燃氣噴射系統(tǒng)和油/氣雙燃料電控系統(tǒng)；
[0007]高壓共軌噴射系統(tǒng)包括依次相連的燃油箱、過濾器、高壓油泵和高壓共軌管；
[0008]燃氣噴射系統(tǒng)包括設置在連接管路上的燃氣控制噴嘴、燃氣開關總閥、燃氣壓力調節(jié)閥和燃氣分配管；
[0009]油/氣雙燃料電控系統(tǒng)包括傳感器部分、執(zhí)行器、以及采集傳感器部分的信號并控制執(zhí)行器運作的雙燃料ECU和燃油ECU(電子控制單元)；
[0010]其中雙燃料ECU包括用于接收傳感器部分采集的信號的輸入信號處理模塊、與執(zhí)行器相連的輸出接口驅動模塊、以及與信號處理模塊和輸出接口驅動模塊相連的微處理器，雙燃料ECU內還設有噴油器模擬負載；燃油ECU內設有噴油器驅動輸出端，且噴油器驅動輸出端與輸入信號處理模塊和噴油器模擬負載相連；
[0011]執(zhí)行器包括與燃料E⑶相連的高壓油泵控制閥，以及與雙燃料E⑶相連的噴油器和燃氣控制噴嘴；
[0012]傳感器部分包括同時與燃油ECU和雙燃料ECU相連的位于發(fā)動機機體上的水溫傳感器、位于進氣總管上的進氣歧管壓力溫度傳感器和或進氣流量傳感器、位于發(fā)動機飛輪端的曲軸位置傳感器、位于油泵凸輪軸或進排氣門凸輪軸處的凸輪軸位置傳感器和用于檢測油門踏板位置的油門踏板位置傳感器，以及與雙燃料ECU相連的用于測量燃氣控制噴嘴進口處燃氣壓力和溫度的燃氣壓力和溫度傳感器和設置在燃氣儲存罐內的燃氣液位或壓力傳感器。
[0013]所述的輸出接口驅動模塊包括與燃氣控制噴嘴相連的燃氣控制噴嘴驅動模塊和與噴油器相連的噴油器驅動模塊。
[0014]所述的執(zhí)行器還包括用于對發(fā)動機進氣空氣流量進行控制的電子節(jié)氣門體，所述的輸出接口驅動模塊還包括與電子節(jié)氣門體相連的電子節(jié)氣門驅動模塊，所述的傳感器部分還包括位于電子節(jié)氣門體上的節(jié)氣門位置傳感器，節(jié)氣門位置傳感器與輸入信號處理模塊相連。
[0015]所述傳感器部分還包括用于測量發(fā)動機工作空燃比的寬域氧傳感器，寬域氧傳感器安裝于排氣總管或排氣管上；所述的執(zhí)行器還包括寬域氧傳感器控制端；所述的輸出接口驅動模塊還包括與寬域氧傳感器控制端相連的寬域氧傳感器接口模塊。
[0016]所述傳感器部分還包括用于測量發(fā)動機排氣溫度的排溫傳感器，排溫傳感器安裝于排氣總管或排氣管上，排溫傳感器與輸入信號處理模塊相連。
[0017]所述的執(zhí)行器還包括燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端，所述的輸出接口驅動模塊還包括與燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端相連的信息顯示終端接口模塊；
[0018]燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端中設有雙燃料模式選擇開關，所述的傳感器部分還包括與雙燃料模式選擇開關功能相同的燃油/燃氣雙燃料工作模式切換開關，燃油/燃氣雙燃料工作模式切換開關與輸入信號處理模塊相連。[0019]所述的傳感器部分還包括設置在蓄電池上的系統(tǒng)供電電源電壓傳感器，以及設置在高壓共軌管上的共軌壓力傳感器，其中系統(tǒng)供電電源電壓傳感器與輸入信號處理模塊相連，共軌壓力傳感器與燃料ECU相連；
[0020]所述的執(zhí)行器還包括與燃料ECU相連的增壓器控制閥和廢氣再循環(huán)控制閥。
[0021]一種電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制方法，首先檢測控制系統(tǒng)是否工作正常，在控制系統(tǒng)正常工作的條件下檢測發(fā)動機處于哪種工作模式，即純燃油工作模式或燃油/燃氣雙燃料工作模式，在燃油/燃氣雙燃料工作模式下，先檢測系統(tǒng)是否滿足燃油/燃氣雙燃料工作模式的運行條件，滿足則維持燃油/燃氣雙燃料工作模式，不滿足則轉換至純燃油工作模式，每進行一輪純燃油工作模式或燃油/燃氣雙燃料工作模式后重新進行控制系統(tǒng)和工作模式的檢測，直至發(fā)動機停止工作；
[0022]在純燃油工作模式下:雙燃料E⑶產生與燃油E⑶的噴油器控制信號相同的信號，驅動噴油器噴油并實施燃油噴油量控制，燃氣控制噴嘴停止噴射燃氣；
[0023]在燃油/燃氣雙燃料工作模式下:雙燃料ECU根據(jù)所檢測到的噴油量，根據(jù)燃油替代率MAP (脈譜圖)，計算得到燃氣量和引燃燃油量，并根據(jù)噴油器特性MAP和燃氣控制噴嘴特性MAP、燃油噴射正時MAP和燃氣噴射正時MAP、發(fā)動機參數(shù)修正MAP和燃氣參數(shù)修正MAP，產生和輸出噴油器和燃氣控制噴嘴驅動信號，實施對噴油器和燃氣控制噴嘴的控制。
[0024]在燃油/燃氣雙燃料工作模式下:采用電子節(jié)氣門體控制發(fā)動機進氣量，雙燃料ECU根據(jù)所供發(fā)動機的燃料量和設定的空燃比MAP計算對應工況下所需空氣量，通過電子節(jié)氣門體調節(jié)其節(jié)氣門開度實現(xiàn)對目標空氣量的控制；空氣量的測量方法采用進氣流量傳感器直接測量，或者通過進氣歧管壓力溫度傳感器結合發(fā)動機的進氣量模型計算得到；
[0025]在燃油/燃氣雙燃料工作模式下:采用寬域氧傳感器測量和控制發(fā)動機工作空燃t匕，發(fā)動機空燃比的控制采用開環(huán)控制與閉環(huán)控制相結合的方法，根據(jù)寬域氧傳感器所測量的實際空燃比與目標空燃比的差異閉環(huán)調節(jié)燃油量和燃氣量，使實測空燃比與目標空燃比一致；
[0026]在燃油/燃氣雙燃料工作模式下:采用排溫傳感器測量發(fā)動機排氣溫度，當發(fā)動機排溫超過設定值時，控制燃氣控制噴嘴對燃氣噴射量進行限制或者切換到純燃油工作模式，從而限制氣缸內的熱負荷。
[0027]具體包括以下步驟:
[0028]I)檢測發(fā)動機控制系統(tǒng)的各傳感器信號，判斷是否存在故障，否則進入步驟2)，是則進入步驟9)；
[0029]2)根據(jù)雙燃料模式選擇開關或燃油/燃氣雙燃料工作模式切換開關的狀態(tài)，判定發(fā)動機的工作狀態(tài)，若選擇純燃油工作模式則進入步驟9)，若選擇燃油/燃氣雙燃料工作模式則判斷是否滿足燃油/燃氣雙燃料工作模式的條件，若滿足則進入步驟3)，否則進入步驟9)；
[0030]3)發(fā)動機進入燃油/燃氣雙燃料工作模式，根據(jù)從燃油ECU的噴油器驅動輸出端的信號測得的燃油噴射脈寬，和由共軌壓力傳感器測得的軌壓計算總的柴油需求量，根據(jù)發(fā)動機的轉速和負荷標定氣體燃料替代率MAP，得到當前工況下的替代率r，根據(jù)替代率分別計算引燃燃油量Q—和氣體燃料量Qgas，之后進入步驟4)；
[0031 ] 4)檢查是否安裝電子節(jié)氣門體，若未安裝則進入步驟6)，若安裝則根據(jù)已經計算的引燃燃油量Q—和氣體燃料量Qgas,根據(jù)標定的目標空燃比MAP計算對應工況下發(fā)動機的目標進氣空氣量，之后進入步驟5)；
[0032]5)檢查是否安裝進氣流量傳感器，若安裝則根據(jù)進氣流量傳感器實測的空氣流量閉環(huán)反饋調節(jié)電子節(jié)氣門體的節(jié)氣門開度，使實測空氣流量與計算目標空氣流量一致，然后進入步驟6);若未安裝則檢查是否安裝進氣歧管壓力溫度傳感器，若未安裝則進入步驟
6)，若安裝則根據(jù)發(fā)動機的進氣充氣模型和目標空氣流量計算目標進氣歧管壓力，并閉環(huán)反饋控制節(jié)氣門開度至實測進氣管壓力與目標進氣歧管壓力一致，之后進入步驟6)；
[0033]6)根據(jù)設定或標定的目標空燃比，進行引燃燃油量和氣體燃料量的閉環(huán)反饋修正，通過調整引燃燃油量和氣體燃料量，使發(fā)動機工作的實際空燃比與目標空燃比一致，并得到最終的引燃燃油量和氣體燃料量，然后進行步驟7)；
[0034]7)根據(jù)排溫傳感器的信號，檢查排溫是否超過設定值或標定值，若未超過則進入步驟8)，若超過則通過降低燃油替代率r、減少總燃料噴射量或者切換到純燃油工作模式進行排溫保護控制，然后進入步驟8)；
[0035]8)根據(jù)高壓油泵的供油特性MAP和燃氣控制噴嘴的特性MAP，將最終的引燃燃油量和氣體燃料量分別轉換成噴油器控制脈寬和氣體燃料噴射脈寬，進入步驟10)；
[0036]9)發(fā)動機進入純燃油工作模式，此時由雙燃料E⑶產生與燃油E⑶產生的噴油器控制信號完全相同的信號控制噴油器進行噴油，并停止燃氣控制噴嘴工作，然后進行步驟
10)；
[0037]10)進行信息顯示，采用雙向通信的方式將雙燃料模式選擇開關的信息發(fā)給雙燃料ECU，同時雙燃料ECU將需要顯示的數(shù)據(jù)信息發(fā)給燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端，然后整個控制進程返回到步驟I)重復開始進行，直至發(fā)動機停止工作為止。
[0038]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0039]本發(fā)明提供的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)，在純燃油控制系統(tǒng)的基礎上增加了用于噴射燃氣的燃氣噴射系統(tǒng)，以及用于控制油氣噴射的油/氣雙燃料電控系統(tǒng)，能夠用于電控單體泵、電控泵噴嘴和共軌技術下的燃油/燃氣雙燃料發(fā)動機的油氣噴射控制。其中油/氣雙燃料電控系統(tǒng)包括傳感器部分、執(zhí)行器、以及采集傳感器部分的信號并控制執(zhí)行器運作的雙燃料ECU和燃油ECU。雙燃料ECU通過燃油/燃氣選擇開關和發(fā)動機的工作條件判斷發(fā)動機工作在純燃油模式還是雙燃料模式。在純燃油模式下由雙燃料ECU產生與燃油ECU相同的控制信號，由雙燃料ECU直接驅動噴油器噴油，無需使用繼電器切換使噴油器在純燃油模式下由燃油ECU控制噴油器并在雙燃料模式下由雙燃料ECU控制驅動噴油器，這樣就取消了多個繼電器，簡化了控制系統(tǒng)，增加了控制系統(tǒng)工作的可靠性。在燃油/燃氣雙燃料模式下，油氣雙燃料控制由雙燃料ECU配合傳感器部分和執(zhí)行器共同完成控制，其中傳感器部分包括用于監(jiān)測發(fā)動機各個運行狀態(tài)的多種傳感器，這些傳感器采集的信號經雙燃料ECU處理后形成指令，并由執(zhí)行器完成指令，執(zhí)行器在工作過程中將信息反饋給雙燃料ECU，進行指令的調整，達到控制目的。雙燃料ECU通過采集發(fā)動機各個傳感器的信號，判定發(fā)動機的工作狀態(tài)，并根據(jù)實時采集的發(fā)動機的運行工況參數(shù)，按照設定的發(fā)動機在各工作狀態(tài)下的燃油噴射參數(shù)與燃氣噴射參數(shù)，將燃油與燃氣的控制信號分別傳輸至執(zhí)行器，最終由噴油器控制噴油，由燃料控制噴嘴控制噴氣，從而以燃氣代替部分燃油，完成油氣的同步利用。本發(fā)明提供的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)能夠改進電控共軌、電控單體泵或電控泵噴嘴供油的柴油/燃氣雙燃料發(fā)動機的油氣的控制系統(tǒng)存在的問題，能夠根據(jù)發(fā)動機不同的工作狀態(tài)精確控制燃油噴射量，同時能夠控制氣體燃料的噴射時刻及噴射持續(xù)期、進氣空氣量，能更方便的融合目前主流柴油電控系統(tǒng)，從而保證雙燃料發(fā)動機安全平穩(wěn)運行，減低燃料消耗，減少尾氣排放，使雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)更加精確，發(fā)動機運行更加安全可靠、節(jié)能、經濟、環(huán)保。
[0040]進一步的，本發(fā)明提供的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)中增加了電子節(jié)氣門這個進氣量控制裝置，通過在部分負荷對進氣節(jié)流以減少發(fā)動機的進氣量，能夠在保持原發(fā)動機工況的燃料量的情況下增加氣缸內混合氣的濃度，使發(fā)動機缸內的混合氣濃度控制在燃料的稀燃極限以內，這樣能降低失火和提高燃料的利用率，從而改善發(fā)動機的燃料經濟性，提高柴油的替代率來改善發(fā)動機的燃料經濟性，提高燃料的燃燒效率，降低未燃碳氫(HC)排放，同時提高發(fā)動機的排氣溫度，有利于使用尾氣后處理裝置來進一步降低有害尾氣排放。
[0041]進一步的，本發(fā)明提供的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)，在排氣管上安裝寬域的氧傳感器，對發(fā)動機工作的空氣燃料混合比(空燃比)進行檢測，并實現(xiàn)設定目標空燃比的閉環(huán)反饋控制，以提高系統(tǒng)空燃比控制的精度，從而在很大程度上克服引燃油量控制的精度問題，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。
[0042]進一步的，本發(fā)明提供的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)，增加了排氣溫度傳感器，通過檢測發(fā)動機排溫對雙燃料發(fā)動機的熱負荷進行監(jiān)測，在熱負荷超標時通過降低發(fā)動機燃氣量、降低發(fā)動機功率輸出或者切換到純燃油模式來保護發(fā)動機，使其安全運行，避免熱負荷高而損壞發(fā)動機。
[0043]本發(fā)明提供的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制方法，在純燃油工作模式和燃油/燃氣雙燃料工作模式下都能很好的控制發(fā)動機進行正常工作，并能夠及時進行工作模式的切換，在燃油/燃氣雙燃料工作模式下:雙燃料ECU根據(jù)所檢測到的噴油量，根據(jù)燃油替代率MAP，計算得到燃氣量和引燃燃油量，并根據(jù)噴油器特性MAP和燃氣控制噴嘴特性MAP、燃油噴射正時MAP和燃氣噴射正時MAP、發(fā)動機參數(shù)修正MAP和燃氣參數(shù)修正MAP，產生和輸出噴油器和燃氣控制噴嘴驅動信號，實施對噴油器和燃氣控制噴嘴的控制。本發(fā)明提供的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制方法能夠改進電控共軌、電控單體泵或電控泵噴嘴供油的柴油/燃氣雙燃料發(fā)動機的油氣的控制方法存在的問題，能夠根據(jù)發(fā)動機不同的工作狀態(tài)精確控制燃油噴射量，同時能夠控制氣體燃料的噴射時刻及噴射持續(xù)期、進氣空氣量，能更方便的融合目前主流柴油電控系統(tǒng)，從而保證雙燃料發(fā)動機安全平穩(wěn)運行，減低燃料消耗，減少尾氣排放，使雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)更加精確，發(fā)動機運行更加安全可靠、節(jié)能、經濟、環(huán)保。
[0044]進一步的，本發(fā)明提供的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制方法，使用電子節(jié)氣門的節(jié)氣門開度控制發(fā)動機進氣空氣量，提高柴油的替代率來改善發(fā)動機的燃料經濟性，提高燃料的燃燒效率，降低未燃碳氫(HC)排放，同時提高發(fā)動機的排氣溫度；使用寬域氧傳感器對雙燃料發(fā)動機空燃比進行檢測和進行空燃比閉環(huán)反饋控制，能夠克服機械泵的引燃油量控制的精度問題，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性；使用排氣溫度傳感器對發(fā)動機排溫進行檢測，來限制發(fā)動機工作的熱負荷，從而保護發(fā)動機，使其安全運行?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0045]圖1為本發(fā)明提供的發(fā)動機控制系統(tǒng)的結構示意圖；
[0046]圖2為本發(fā)明提供的發(fā)動機控制系統(tǒng)的結構示意框圖；
[0047]圖3為本發(fā)明提供的發(fā)動機控制方法的流程圖；
[0048]其中:10為傳感器部分、11為廢氣渦輪增壓器、12為廢氣再循環(huán)裝置、13為共軌壓力傳感器、14為水溫傳感器、15為進氣歧管壓力溫度傳感器、17為凸輪軸位置傳感器、18為曲軸位置傳感器、19為油門踏板位置傳感器、21為系統(tǒng)供電電源電壓傳感器、22為燃氣液位或壓力傳感器、23為燃油/燃氣雙燃料工作模式切換開關、24為燃氣壓力和溫度傳感器、25為節(jié)氣門位置傳感器、26為寬域氧傳感器、27為排溫傳感器、28為燃氣儲存罐、29為噴油器驅動輸出端、30為燃油ECU、31為噴油器模擬負載、32為輸入信號處理模塊、33為微處理器、34為噴油器驅動模塊、35為燃氣ECU、36為燃氣控制噴嘴驅動模塊、37為寬域氧傳感器接口模塊、38為電子節(jié)氣門驅動模塊、39為信息顯示終端接口模塊、40為執(zhí)行器、42為增壓器控制閥、43為廢氣再循環(huán)控制閥、44為高壓油泵控制閥、45為噴油器、46為燃氣控制噴嘴、47為寬域氧傳感器控制端、48為電子節(jié)氣門體、49為燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端、50為燃氣壓力調節(jié)閥、54為進氣總管、55為發(fā)動機機體、56為連接管路、57為排氣總管、58為燃油箱、59為進氣流量傳感器、60為高壓油泵、61為過濾器、62為排氣歧管、63為排氣管、64為高壓共軌管、65為燃氣分配管、66為線束、67為油門踏板、68為進氣歧管、69為進氣總管、70為排氣消聲器和或后處理器、71為蓄電池、72為高壓油管、73為燃氣開關總閥。
【具體實施方式】
[0049]為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0050]參照圖1和圖2，本發(fā)明提供的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)包括發(fā)動機機體55、廢氣渦輪增壓器11、廢氣再循環(huán)裝置12、實施柴油量控制與高壓噴射的高壓共軌噴射系統(tǒng)、燃氣噴射系統(tǒng)和油/氣雙燃料電控系統(tǒng)。
[0051]所述的高壓共軌噴射系統(tǒng)包括高壓油泵60、過濾器61、高壓共軌管64、噴油器(噴嘴)45及連接管路，位于燃油箱58中的燃油經過過濾器61到達高壓油泵60，加壓后到達高壓共軌管64后被分配到各個噴油器45，由噴油器實施計量和噴射。
[0052]所述燃氣噴射系統(tǒng)包括電磁閥式的燃氣控制噴嘴46、電控式的燃氣開關總閥73、燃氣儲存罐28內的燃氣液位或壓力傳感器22、燃氣壓力調節(jié)閥50和安裝于燃氣分配管65上或者連接管路56中的燃氣壓力和溫度傳感器24。燃氣以液態(tài)形式或者氣態(tài)形式存貯于燃氣儲存罐28中，儲存液態(tài)燃料的燃氣儲存罐帶有將液態(tài)燃氣進行吸熱蒸發(fā)氣化的蒸發(fā)器裝置，氣態(tài)燃料離開蒸發(fā)器后到達燃氣開關總閥73處，燃氣開關總閥73是控制燃料能否到達發(fā)動機的總閥，燃氣開關總閥73由雙燃料E⑶35控制。氣體燃料(燃氣)經過燃氣開關總閥73到達燃氣壓力調節(jié)閥50，將燃料壓力降至常用的噴射壓力范圍(3?8Bar)，然后經燃氣分配管65到達燃氣控制噴嘴46，由燃氣控制噴嘴46噴射進入發(fā)動機的進氣管。所述燃氣控制噴嘴以一組多個的形式安裝于發(fā)動機的電子節(jié)氣門體前的進氣總管69或者電子節(jié)氣門體后的進氣總管54上，稱為單點噴射；或者燃氣控制噴嘴以單個的形式安裝于發(fā)動機的進氣歧管68上時，稱為多點噴射；燃氣控制噴嘴46由雙燃料ECU35控制，燃氣控制噴嘴的噴氣量由燃氣壓力和控制脈沖的脈寬決定。
[0053]所述的油/氣雙燃料電控系統(tǒng)包括傳感器部分10、執(zhí)行器40、燃油ECU30和燃氣E⑶35組成。所述傳感器部分10包括同時連接于燃油E⑶30和雙燃料ECU35的位于發(fā)動機機體55上的水溫傳感器11、進氣總管54上的進氣歧管壓力溫度傳感器15或者位于廢氣潤輪增壓器11之前的進氣流量傳感器59、曲軸位置傳感器18、凸輪軸位置傳感器17、油門踏板位置傳感器19、共軌壓力傳感器13，所述傳感器部分10還包括只連接于雙燃料ECU35的燃氣壓力和溫度傳感器24、燃氣液位或壓力傳感器22、排溫傳感器27、寬域氧傳感器26、節(jié)氣門位置傳感器25、燃油/燃氣雙燃料工作模式切換開關23。
[0054]所述燃油E⑶30的噴油器驅動輸出端29同時連接到雙燃料E⑶35的輸入信號處理模塊32和噴油器模擬負載(模擬柴油噴嘴負載特性的電路)31，以便雙燃料ECU能對燃油ECU的噴油器驅動輸出端29的信號脈寬進行檢測，以確定由燃油ECU所確定的柴油量，所述噴油器模擬負載31位于雙燃料ECU內部或者成為單獨的模塊放置在雙燃料ECU的外部。
[0055]根據(jù)發(fā)動機進氣流量的測量方法的不同，所述傳感器部分10中若采用進氣歧管壓力溫度傳感器15，則速度密度法按照發(fā)動機的充氣模型計算得到發(fā)動機各缸的充氣量，發(fā)動機的充氣模型在后面詳細說明；若采用位于廢氣渦輪增壓器11之前的進氣流量傳感器59，則直接測量發(fā)動機進氣流量計算各缸充氣量，兩種方法使用其中之一即可。
[0056]所述雙燃料E⑶包括與各傳感器相連的輸入信號處理模塊32、微處理器33和輸出接口驅動電路，各個傳感器的信號經過輸入信號處理模塊32處理轉變?yōu)槲⑻幚砥?3所能接受的數(shù)字量，微處理器經過運算、判斷處理和產生的輸出量通過相應的輸出接口驅動電路，使執(zhí)行器40工作。
[0057]所述燃油E⑶的內部結構與雙燃料ECU的基本相同。
[0058]所述執(zhí)行器40包括連接于燃油E⑶的增壓器控制閥42、廢氣再循環(huán)控制閥43、高壓油泵控制閥44，所述執(zhí)行器還包括與雙燃料ECU中噴油器驅動模塊34相連的噴油器45、與雙燃料ECU中的燃氣控制噴嘴驅動模塊36相連的燃氣控制噴嘴46、與雙燃料ECU的電子節(jié)氣門驅動模塊38相連的控制發(fā)動機進氣空氣量的電子節(jié)氣門體48、與寬域氧傳感器接口模塊37相連的寬域氧傳感器控制端47，與雙燃料ECU中的信息顯示終端接口模塊39相連的燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端49。其中噴油器驅動模塊可以采用以專門的驅動集成電路如L9781為核心組成的電路，電子節(jié)氣門驅動模塊可以采用專門的驅動集成電路如L9958，寬域氧傳感器接口模塊可采用如CJ125，微處理器可采用MC9S12。燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端49與雙燃料ECU采用雙向通信的方式將雙燃料模式選擇開關的信息發(fā)給雙燃料ECU，同時雙燃料ECU將需要顯示的數(shù)據(jù)信息發(fā)給燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端49，根據(jù)通信方式的不同，其接口電路也不同，可以采用汽車上常用的通信方式如K線方式、CAN總線方式和LIN總線方式等實現(xiàn)。油/氣雙燃料電控系統(tǒng)各部件通過線束66相連。
[0059]所述燃油ECU輸出端連接有噴油器模擬負載，噴油器模擬負載兩端同時連接于雙燃料ECU和燃油ECU ;所述雙燃料ECU控制燃氣噴射量、噴射正時，還控制電子節(jié)氣門體來控制進氣空氣量等，所述燃油ECU控制發(fā)動機控制柴油噴射壓力、噴射量及噴油時刻，控制廢氣渦輪增壓器，控制廢氣再循環(huán)等；所述雙燃料ECU通過燃油/燃氣選擇開關和發(fā)動機的工作條件判斷發(fā)動機工作在燃油模式或者雙燃料模式，當發(fā)動機工作在純燃油模式時，雙燃料ECU根據(jù)同時連接于燃油ECU輸出端和雙燃料ECU輸入端的的模擬負載檢測到的柴油噴射信號，產生與之同等的信號控制噴油器，控制燃油控制噴嘴停止工作，雙燃料工作模式時，雙燃料ECU根據(jù)從模擬負載檢測的柴油噴射脈寬和柴油共軌壓力計算總的柴油噴射量，根據(jù)設定的替代率將總油量換算成燃氣量和引燃柴油量，同時控制噴油器工作和燃氣控制噴嘴工作，使發(fā)動機工作在雙燃料模式下；雙燃料模式時，雙燃料ECU還通過電子節(jié)氣門體對進氣流量進行控制，并利用寬域氧傳感器對發(fā)動機運行的空燃比進行閉環(huán)控制，從而保證雙燃料發(fā)動機安全平穩(wěn)運行，減低燃料消耗，減少尾氣排放。
[0060]通常將進氣管絕對壓力傳感器和進氣溫度傳感器集成為一體，成為進氣歧管壓力溫度傳感器15，但分開放置也不影響傳感器和系統(tǒng)的功能。
[0061]通常將燃氣壓力傳感器和燃氣溫度傳感器集成為一體，成為燃氣壓力和溫度傳感器24，但分開放置也不影響傳感器和系統(tǒng)的功能。
[0062]本發(fā)明提供的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制方法，燃油ECU控制除燃氣噴射系統(tǒng)之外的發(fā)動機的其他系統(tǒng)，如廢氣渦輪增壓器11、廢氣再循環(huán)裝置12、高壓油泵44等。燃油ECU的噴油器驅動輸出端連接于雙燃料ECU的輸入信號處理模塊和噴油器模擬負載，雙燃料ECU通過檢測燃油ECU的噴油器驅動輸出端輸出信號的脈寬和高壓柴油共軌壓力確定柴油噴油量，并根據(jù)燃油/燃氣雙燃料工作模式切換開關的狀態(tài)，結合檢測發(fā)動機的水溫、檢測發(fā)動機電控系統(tǒng)是否存在故障，等條件判斷發(fā)動機是否工作在純柴油模式(單燃料模式)或者柴油/燃氣雙燃料模式，當工作在單燃料模式時，雙燃料ECU產生與其所檢測到的燃油ECU噴油器驅動輸出端29信號相同的信號，來驅動與之相連的噴油器45，當工作在柴油/燃氣雙燃料模式時，雙燃料ECU根據(jù)所檢測到的柴油噴油量，根據(jù)存儲于的柴油替代率脈譜圖(MAP)，計算得到燃氣量和引燃柴油量，并根據(jù)柴油噴嘴特性和燃氣噴嘴特性的相關MAP、柴油噴射正時MAP和燃氣噴射正時MAP、發(fā)動機參數(shù)修正MAP和燃氣參數(shù)修正MAP等，產生和輸出噴油器和燃氣控制噴嘴驅動信號到與之相連的噴油器和燃氣控制噴嘴，實施對噴油器和燃氣控制噴嘴的控制。
[0063]所述雙燃料ECU還通過安裝于發(fā)動機進氣總管上的電子節(jié)氣門體48控制發(fā)動機進氣量，雙燃料ECU根據(jù)所供發(fā)動機的燃料量和設定的空燃比MAP計算對應工況下所需空氣量，通過電子節(jié)氣門體調節(jié)其節(jié)氣門開度實現(xiàn)對目標空氣量的控制。空氣量的測量方法可以進氣流量傳感器59直接測量，或者通過安裝于電子節(jié)氣門體下游進氣總管54上的進氣歧管壓力溫度傳感器15，由發(fā)動機的進氣量模型計算得到。
[0064]所述控制方法還包括采用安裝于排氣總管57或者排氣管63上的寬域氧傳感器26測量和控制發(fā)動機工作空燃比，發(fā)動機空燃比的控制采用開環(huán)控制與閉環(huán)控制相結合的方法。發(fā)動機空燃比的控制首先是建立在開環(huán)控制的基礎上，所述的開環(huán)控制過程是:雙燃料ECU根據(jù)燃料ECU所確定的發(fā)動機在不同工況的噴油總量，并以此為基礎，根據(jù)預設的目標柴油替代率MAP、發(fā)動機的工作狀態(tài)參數(shù)和工況參數(shù)來計算引燃柴油量和氣體燃料量，根據(jù)所得到的引燃油量結合共軌壓力傳感器13所檢測的柴油壓力、噴油器的特性計算引燃油量控制脈寬，并由雙燃料ECU控制噴油器噴射對應的引燃油量，對燃氣控制噴嘴進行控制使其噴射對應的燃氣量，根據(jù)計算所得到的柴油量和燃氣量，按照設定的目標空燃比MAP，計算進氣空氣量，控制電子節(jié)氣門體使發(fā)動機的進氣空氣量與計算空氣量一致。
[0065]然而由于實際柴油量和燃氣量與計算柴油量和燃氣量存在誤差、計算空氣量與實際空氣量存在誤差等多方面誤差的存在使得發(fā)動機工作的實際空燃比與目標空燃比存在差異，為了減小這種差異，需要根據(jù)寬域氧傳感器所測量的實際空燃比與目標空燃比的差異閉環(huán)調節(jié)柴油量和燃氣量，使實測空燃比與目標空燃比一致。通常閉環(huán)控制的方法采用比例-積分-微分(PID)方法進行。
[0066]所述控制方法還包括采用安裝于排氣總管57或排氣管63上的測量發(fā)動機排氣溫度的排溫傳感器27測量發(fā)動機排氣溫度，當發(fā)動機排溫超過設定值時，對發(fā)動機的燃氣噴射量進行限制以降低發(fā)動機的功率輸出，從而降低排溫，或者切換到純柴油模式以降低排溫，降低氣缸內的熱負荷就降低了排溫，從而保護發(fā)動機，使保證發(fā)動機安全可靠的運行。
[0067]下面結合圖3來詳細描述控制方法的具體步驟:
[0068]步驟101:采集發(fā)動機各傳感器的信號，包括水溫傳感器信號、燃氣液位或壓力傳感器信號、燃氣液位或壓力傳感器信號、油門踏板位置傳感器信號、系統(tǒng)供電電源電壓傳感器信號、曲軸位置傳感器信號、凸輪軸位置傳感器信號、燃油/燃氣雙燃料工作模式切換開關信號狀態(tài)，進氣歧管壓力溫度傳感器信號、進氣流量傳感器信號、寬域氧傳感器信號、節(jié)氣門位置傳感器信號，將上述采集到的信號送到雙燃料ECU的輸入信號處理模塊32，轉換成雙燃料ECU的微處理器33能識別的數(shù)據(jù)，進行下一步驟102。
[0069]步驟102:將采集到的數(shù)據(jù)進行算法處理后，針對各種傳感器和執(zhí)行器的硬件特性進行技術分析處理，判斷控制系統(tǒng)和發(fā)動機是否故障，是，則直接進入步驟117的純柴油工作模式；反之則進入下一步驟103。
[0070]步驟103:根據(jù)雙燃料模式選擇開關的信號狀態(tài)，判定發(fā)動機的工作狀態(tài)，若選擇雙燃料模式，則進入步驟104，否則進入步驟117。
[0071]步驟104:判斷是否滿足雙燃料工作模式的切換條件，若滿足則進入步驟105，否則進入步驟117。滿足切換條件主要為:(I)柴油發(fā)動機的水溫處在合適范圍，大于設定低溫(如60°C )同時小于設定的過熱溫度(如93°C )，(2)發(fā)動機轉速滿足條件，如大于1000r/min, (3)燃氣液位或壓力傳感器信號顯示燃氣儲存罐的燃氣的存儲量滿足發(fā)動機進入雙燃料模式運行，(4)電源電壓(蓄電池的電壓)滿足正常運行條件，電池不虧電，等。
[0072]步驟105:發(fā)動機進入雙燃料狀態(tài)控制，此時根據(jù)從燃油ECU的噴油器驅動輸出端的信號測得的由燃油ECU確定的柴油噴射脈寬，和由共軌壓力傳感器測得的軌壓計算由燃油ECU確定的總的柴油需求量，電控柴油機多為多次噴射，總的柴油量的計算方法為各次噴射油量的總和，每次噴油量Q的計算公式為Q = kXTwXPw，其中Tw為所測射脈寬，Pj所測共軌壓力，k為噴油器特性常數(shù)。根據(jù)發(fā)動機的轉速和負荷(工況參數(shù))查事先標定(或設定)的氣體燃料替代率MAP，得到當前工況下的替代率r，根據(jù)替代率用公式Qdi_i=(1-r) XQ和Qgas = rXQ,分別計算引燃柴油量Qdiesel和氣體燃料量Qgas,之后進入下一步106。
[0073]步驟106:檢查是否安裝電子節(jié)氣門體，若是則進入步驟107，否則進入步驟111不進行電子節(jié)氣門體控制。[0074]步驟107:根據(jù)已經計算的引燃柴油量Qdiesel和氣體燃料量Qgas，根據(jù)標定的目標空燃比MAP計算對應工況下發(fā)動機的目標進氣空氣量。進入步驟108。
[0075]步驟108:檢查是否安裝進氣流量傳感器，若是則進入步驟109，否則進入步驟110。
[0076]步驟109:根據(jù)進氣流量傳感器實測的空氣流量閉環(huán)反饋調節(jié)電子節(jié)氣門體的節(jié)氣門開度，使實測空氣流量與目標空氣流量一致。進入步驟113。
[0077]步驟110:若沒有安裝進氣流量傳感器，則檢查是否安裝進氣歧管壓力溫度傳感器，若是則進入步驟112，否則進入步驟111不進行電子節(jié)氣門體控制。
[0078]步驟111:若不進行電子節(jié)氣門體節(jié)流控制，則進入步驟113。
[0079]步驟112:根據(jù)發(fā)動機的進氣充氣模型和目標空氣流量計算目標進氣歧管壓力，并閉環(huán)反饋控制節(jié)氣門開度至實測進氣管壓力與目標進氣歧管壓力一致。進入步驟113。
[0080]常見的發(fā)動機目標充氣模型的計算公式是根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程推導而得到。采用進氣歧管壓力溫度傳感器時。在發(fā)動機的一個進氣沖程中填充氣缸的空氣質量Ga，可用下式計算:Ga = P V。ην
[0081]式中:ρ-進氣管內的空氣密度(kg/m3)；
[0082]Vc——氣缸容積(m3)；
[0083]η v-發(fā)動機充氣效率。
[0084]將理想氣體狀態(tài)方程式P = P*M/(R*T)代入上式得到:Ge=C^',
[0085]式中C = Vc/R,對具體機型而言，是常數(shù)；
[0086]M-為空氣分子量(kg/mol)；
[0087]R——氣體常數(shù)，R = 8.314J/mol*k ；
[0088]P——進氣管空 氣壓力(kPa)；
[0089]T——進氣管空氣溫度(K)
[0090]由此可見，只要充氣效率確定后，雙燃料E⑶可根據(jù)氣缸進氣質量Ga、進氣溫度T計算進氣歧管絕對壓力P。
[0091]步驟113:根據(jù)設定(標定)的目標空燃比，進行柴油量和氣體燃料量的閉環(huán)反饋修正，通過調整柴油量和氣體燃料量，使發(fā)動機工作的實際空燃比與目標空燃比一致，并得到最終的柴油量和氣體燃料量。進行步驟114。
[0092]步驟114:根據(jù)排溫傳感器信號，檢查排溫是否超過設定值(標定值)，若超過則進入步驟116，否則進入步驟115。
[0093]步驟115:根據(jù)噴油器特性MAP和燃氣控制噴嘴的特性MAP，將最終的引燃柴油量和氣體燃料量分別轉換成噴油器控制脈寬和氣體燃料噴射脈寬。進入步驟118。
[0094]步驟116:排溫保護控制。排溫保護的目的是降低發(fā)動機工作時的排氣溫度，在檢測排溫后，通過降低柴油替代率r、減少總燃料噴射量或者切換到純柴油模式實現(xiàn)排溫保護控制，系統(tǒng)可根據(jù)排溫超標的情況選擇使用其中之一或者多種排溫保護的方式，開始排溫保護的排溫隨發(fā)動機的耐溫情況不同而不同，需要針對發(fā)動機由試驗決定，例如在重卡發(fā)動機廢氣渦輪增壓器I后排溫超過580°C需要進行排溫保護。進行步驟115。
[0095]步驟117:若前面過程判斷發(fā)動機應工作在純柴油的單燃料模式，此時由雙燃料ECU產生與燃油ECU產生的噴油器控制信號完全相同的信號控制噴油器進行噴油，，停止燃氣噴射系統(tǒng)工作。進入步驟118。
[0096]步驟118:進行信息顯示。采用雙向通信的方式將雙燃料模式選擇開關的信息發(fā)給雙燃料ECU，同時雙燃料ECU將需要顯示的數(shù)據(jù)信息發(fā)給燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端，然后整個控制進程返回到步驟101重復開始進行，直至發(fā)動機停止工作為止。
[0097]所述傳感器部分10還包括單獨設置的燃油/燃氣雙燃料工作模式切換開關，其作用與燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端中的雙燃料模式選擇開關相同，這兩個開關并行設置，當其中的任一個開關設置成雙燃料工作方式時，系統(tǒng)認為用戶存在雙燃料工作方式的請求，系統(tǒng)準備進入雙燃料方式工作。所述這兩個開關只保留一個，也不影響系統(tǒng)喪失雙燃料工作方式請求的功能。
[0098]需要說明的是，本發(fā)明控制裝置可以應用于電控單體泵、電控泵噴嘴及高壓共軌結構的發(fā)動機，可以加入的氣體燃料類型包括CNG(壓縮天然氣燃料)、LNG(液化天然氣燃料)、LPG(液化石油氣)等。
[0099]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】
1.一種電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)，其特征在于:包括高壓共軌噴射系統(tǒng)、燃氣噴射系統(tǒng)和油/氣雙燃料電控系統(tǒng)； 高壓共軌噴射系統(tǒng)包括依次相連的燃油箱(58)、過濾器(61)、高壓油泵(60)和高壓共軌管(64)； 燃氣噴射系統(tǒng)包括設置在連接管路(56)上的燃氣控制噴嘴(46)、燃氣開關總閥(73)、燃氣壓力調節(jié)閥(50)和燃氣分配管(65)； 油/氣雙燃料電控系統(tǒng)包括傳感器部分(10)、執(zhí)行器(40)、以及采集傳感器部分(10)的信號并控制執(zhí)行器(40)運作的雙燃料ECU(35)和燃油ECU(30)； 其中雙燃料ECU(35)包括用于接收傳感器部分(10)采集的信號的輸入信號處理模塊(32)、與執(zhí)行器(40)相連的輸出接口驅動模塊、以及與信號處理模塊(32)和輸出接口驅動模塊相連的微處理器(33)，雙燃料ECU(35)內還設有噴油器模擬負載(31);燃油ECU(30)內設有噴油器驅動輸出端(29)，且噴油器驅動輸出端(29)與輸入信號處理模塊(32)和噴油器模擬負載(31)相連； 執(zhí)行器(40)包括與燃料ECU(30)相連的高壓油泵控制閥(44)，以及與雙燃料ECU(35)相連的噴油器(45)和燃氣控制噴嘴(46)； 傳感器部分(10)包括同時與燃油ECU和雙燃料ECU相連的位于發(fā)動機機體(55)上的水溫傳感器(14)、位于進氣總管(54)上的進氣歧管壓力溫度傳感器(15)和或進氣流量傳感器(59)、位于發(fā)動機飛輪端的曲軸位置傳感器(18)、位于油泵凸輪軸或進排氣門凸輪軸處的凸輪軸位置傳感器(17)和用于檢測油門踏板位置的油門踏板位置傳感器(19)，以及與雙燃料ECU相連的用于測量燃氣控制噴嘴進口處燃氣壓力和溫度的燃氣壓力和溫度傳感器(24)和設置在燃氣儲存罐(28)內的燃氣液位或壓力傳感器(22)。
2.根據(jù)權利要求1所述的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的輸出接口驅動模塊包括與燃氣控制噴嘴(46)相連的燃氣控制噴嘴驅動模塊(36)和與噴油器(45)相連的噴油器驅動模塊(34)。
3.根據(jù)權利要求2所述的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的執(zhí)行器(40)還包括用于對發(fā)動機進氣空氣流量進行控制的電子節(jié)氣門體(48)，所述的輸出接口驅動模塊還包括與電子節(jié)氣門體(48)相連的電子節(jié)氣門驅動模塊(38)，所述的傳感器部分(10)還包括位于電子節(jié)氣門體(48)上的節(jié)氣門位置傳感器(25)，節(jié)氣門位置傳感器(25)與輸入信號處理模塊(32)相連。
4.根據(jù)權利要求1-3中任意一項所述的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器部分(10)還包括用于測量發(fā)動機工作空燃比的寬域氧傳感器(26)，寬域氧傳感器(26)安裝于排氣總管(57)或排氣管(63)上；所述的執(zhí)行器(40)還包括寬域氧傳感器控制端(47);所述的輸出接口驅動模塊還包括與寬域氧傳感器控制端(47)相連的寬域氧傳感器接口模塊(37)。
5.根據(jù)權利要求1-3中任意一項所述的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器部分(10)還包括用于測量發(fā)動機排氣溫度的排溫傳感器(27)，排溫傳感器(27)安裝于排氣總管(57)或排氣管(63)上,排溫傳感器(27)與輸入信號處理模塊(32)相連。
6.根據(jù)權利要求1-3中任意一項所述的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的執(zhí)行器(40)還包括燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端(49)，所述的輸出接口驅動模塊還包括與燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端(49)相連的信息顯示終端接口模塊(39)； 燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端(49)中設有雙燃料模式選擇開關，所述的傳感器部分(10)還包括與雙燃料模式選擇開關功能相同的燃油/燃氣雙燃料工作模式切換開關(23)，燃油/燃氣雙燃料工作模式切換開關(23)與輸入信號處理模塊(32)相連。
7.根據(jù)權利要求1-3中任意一項所述的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感器部分(10)還包括設置在蓄電池(58)上的系統(tǒng)供電電源電壓傳感器(21)，以及設置在高壓共軌管(64)上的共軌壓力傳感器(13)，其中系統(tǒng)供電電源電壓傳感器(21)與輸入信號處理模塊(32)相連，共軌壓力傳感器(13)與燃料ECU(30)相連； 所述的執(zhí)行器(40)還包括與燃料ECU (30)相連的增壓器控制閥(42)和廢氣再循環(huán)控制閥(43)。
8.一種電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制方法，其特征在于:首先檢測控制系統(tǒng)是否工作正常，在控制系統(tǒng)正常工作的條件下檢測發(fā)動機處于哪種工作模式，即純燃油工作模式或燃油/燃氣雙燃料工作模式，在燃油/燃氣雙燃料工作模式下，先檢測系統(tǒng)是否滿足燃油/燃氣雙燃料工作模式的運行條件，滿足則維持燃油/燃氣雙燃料工作模式，不滿足則轉換至純燃油工作模式，每進行一輪純燃油工作模式或燃油/燃氣雙燃料工作模式后重新進行控制系統(tǒng)和工作模式的檢測，直至發(fā)動機停止工作； 在純燃油工作模式下:雙燃料ECU產生與燃油ECU的噴油器控制信號相同的信號，驅動噴油器(45)噴油并實施燃油噴油量控制，燃氣控制噴嘴(46)停止噴射燃氣； 在燃油/燃氣雙燃料工作模式下:雙燃料ECU根據(jù)所檢測到的噴油量，根據(jù)燃油替代率MAP,計算得到燃氣量和引燃燃油量，并根據(jù)噴油器特性MAP和燃氣控制噴嘴特性MAP、燃油噴射正時MAP和燃氣噴射正時MAP、發(fā)動機參數(shù)修正MAP和燃氣參數(shù)修正MAP，產生和輸出噴油器和燃氣控制噴嘴驅動信號，實施對噴油器和燃氣控制噴嘴的控制。
9.根據(jù)權利要求8所述的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制方法，其特征在于:在燃油/燃氣雙燃料工作模式下:采用電子節(jié)氣門體(48)控制發(fā)動機進氣量，雙燃料ECU根據(jù)所供發(fā)動機的燃料量和設定的空燃比MAP計算對應工況下所需空氣量，通過電子節(jié)氣門體調節(jié)其節(jié)氣門開度實現(xiàn)對目標空氣量的控制；空氣量的測量方法采用進氣流量傳感器(59)直接測量，或者通過進氣歧管壓力溫度傳感器(15)結合發(fā)動機的進氣量模型計算得到； 在燃油/燃氣雙燃料工作模式下:采用寬域氧傳感器(26)測量和控制發(fā)動機工作空燃t匕，發(fā)動機空燃比的控制采用開環(huán)控制與閉環(huán)控制相結合的方法，根據(jù)寬域氧傳感器所測量的實際空燃比與目標空燃比的差異閉環(huán)調節(jié)燃油量和燃氣量，使實測空燃比與目標空燃比一致； 在燃油/燃氣雙燃料工作模式下:采用排溫傳感器(27)測量發(fā)動機排氣溫度，當發(fā)動機排溫超過設定值時，控制燃氣控制噴嘴(46)對燃氣噴射量進行限制或者切換到純燃油工作模式，從而限制氣缸內的熱負荷。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的電控供油的油氣雙燃料發(fā)動機的控制方法，其特征在于，具體包括以下步驟: 1)檢測發(fā)動機控制系統(tǒng)的各傳感器信號，判斷是否存在故障，否則進入步驟2)，是則進入步驟9)； 2)根據(jù)雙燃料模式選擇開關或燃油/燃氣雙燃料工作模式切換開關(23)的狀態(tài)，判定發(fā)動機的工作狀態(tài)，若選擇純燃油工作模式則進入步驟9)，若選擇燃油/燃氣雙燃料工作模式則判斷是否滿足燃油/燃氣雙燃料工作模式的條件，若滿足則進入步驟3)，否則進入步驟9)； 3)發(fā)動機進入燃油/燃氣雙燃料工作模式，根據(jù)從燃油ECU的噴油器驅動輸出端的信號測得的燃油噴射脈寬，和由共軌壓力傳感器測得的軌壓計算總的柴油需求量，根據(jù)發(fā)動機的轉速和負荷標定氣體燃料替代率MAP，得到當前工況下的替代率r，根據(jù)替代率分別計算引燃燃油量Q—和氣體燃料量Qgas，之后進入步驟4)； 4)檢查是否安裝電子節(jié)氣門體(48)，若未安裝則進入步驟6)，若安裝則根據(jù)已經計算的引燃燃油量Q—和氣體燃料量Qgas,根據(jù)標定的目標空燃比MAP計算對應工況下發(fā)動機的目標進氣空氣量，之后進入步驟5)； 5)檢查是否安裝進氣流量傳感器(59)，若安裝則根據(jù)進氣流量傳感器(59)實測的空氣流量閉環(huán)反饋調節(jié)電子節(jié)氣門體(48)的節(jié)氣門開度，使實測空氣流量與計算目標空氣流量一致，然后進入步驟6);若未安裝則檢查是否安裝進氣歧管壓力溫度傳感器(15)，若未安裝則進入步驟6 )，若安裝則根據(jù)發(fā)動機的進氣充氣模型和目標空氣流量計算目標進氣歧管壓力，并閉環(huán)反饋控制節(jié)氣門開度至實測進氣管壓力與目標進氣歧管壓力一致，之后進入步驟6)； 6)根據(jù)設定或標定的目標空燃比，進行引燃燃油量和氣體燃料量的閉環(huán)反饋修正，通過調整引燃燃油量和氣體燃料量，使發(fā)動機工作的實際空燃比與目標空燃比一致，并得到最終的引燃燃油量和氣體燃料量，然后進行步驟7)； 7)根據(jù)排溫傳感器(27)的信號，檢查排溫是否超過設定值或標定值，若未超過則進入步驟8)，若超過則通過降低燃油替代率r、減少總燃料噴射量或者切換到純燃油工作模式進行排溫保護控制，然后進入步驟8)； 8)根據(jù)高壓油泵(44)的供油特性MAP和燃氣控制噴嘴(46)的特性MAP，將最終的引燃燃油量和氣體燃料量分別轉換成噴油器控制脈寬和氣體燃料噴射脈寬，進入步驟10)； 9)發(fā)動機進入純燃油工作模式，此時由雙燃料ECU產生與燃油ECU產生的噴油器控制信號完全相同的信號控制噴油器進行噴油，并停止燃氣控制噴嘴工作，然后進行步驟10)； 10)進行信息顯示，采用雙向通信的方式將雙燃料模式選擇開關的信息發(fā)給雙燃料ECU,同時雙燃料ECU將需要顯示的數(shù)據(jù)信息發(fā)給燃油/燃氣模式選擇開關與雙燃料控制系統(tǒng)信息顯示組合終端(49)，然后整個控制進程返回到步驟I)重復開始進行，直至發(fā)動機停止工作為止。
【文檔編號】F02D41/30GK103982308SQ201410189541
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權日:2014年5月6日
【發(fā)明者】曾科, 習成訓, 楊博, 寧小康, 陳含穎 申請人:南京蓋馳動力科技有限公司