一種高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制方法，能夠根據(jù)原始柴油噴射信號、共軌壓力信號、油門踏板信號、空氣流量信號或者進(jìn)氣壓力信號等判定發(fā)動機運行狀態(tài)，通過標(biāo)定合理設(shè)定摻燒比，在保證發(fā)動機動力性能的前提下，降低柴油消耗和廢氣排放。本發(fā)明涉及的高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制方法，包括：模擬信號減油控制方法、燃?xì)鈬娚淞坑嬎惴椒ā綗隣顟B(tài)控制方法和故障診斷管理功能。本發(fā)明性能穩(wěn)定可靠，改裝簡單，易于市場推廣。
【專利說明】一種高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機控制系統(tǒng)，具體涉及一種高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，能源危機和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻。為了節(jié)約能源減少汽車運營成本，同時降低汽車尾氣對環(huán)境的污染，使用天然氣作為摻燒能源的混合動力汽車發(fā)展迅速。天然氣具有良好的燃燒性能，也是公認(rèn)的清潔燃料，且燃料成本相較汽油與柴油更為低廉，是一種理想的替代燃料。近年來天然氣汽車產(chǎn)業(yè)雖然發(fā)展很快，但主要是對汽油車進(jìn)行改裝，柴油天然氣雙燃料汽車卻一直沒有得到有效的推廣。宄其原因，主要還是現(xiàn)有的技術(shù)在實際應(yīng)用中都存在一定的弊端，要么是系統(tǒng)太復(fù)雜，改裝成本過高，要么就是系統(tǒng)可靠性不夠。
[0003]隨著國四排放標(biāo)準(zhǔn)的實施，采用電控高壓共軌技術(shù)的柴油機越來越多。對高壓共軌柴油機進(jìn)行天然氣摻燒改裝的關(guān)鍵是，在保證原機控制單元OBD診斷不報錯的前提下，如何實現(xiàn)對原機燃油噴射的減油控制，在保證穩(wěn)定燃燒的前提下并盡可能地減少柴油噴射量，從而增大燃?xì)鈬娚淞?，提高燃?xì)鈸綗娲省，F(xiàn)有技術(shù)中，有的用模擬器替代噴油器，欺騙原機控制單元，而雙燃料控制單元直接驅(qū)動噴油器，這樣做較難規(guī)避原機OBD診斷報錯，且硬件復(fù)雜，功耗大，故障率高；有的為了實現(xiàn)期望的控制精度，在控制系統(tǒng)中設(shè)計了較多標(biāo)定參數(shù)和表格，這樣做實際上不利于市場推廣，因為每匹配一臺發(fā)動機都要做大量的標(biāo)定工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述情況，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制方法，有效解決減少柴油噴射量和計算燃?xì)鈬娚淞康膯栴}。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
步驟1:雙燃料控制單元采集柴油噴射信息以及傳感器信息，并根據(jù)柴油噴射信息計算出引擎轉(zhuǎn)速，其中柴油噴射信息包括噴油正時信息和噴射脈寬信息，傳感器信息包括分別由共軌壓力傳感器、油門踏板傳感器、空氣流量計、進(jìn)氣壓力傳感器、冷卻水溫度傳感器、排氣溫度傳感器、氣瓶壓力傳感器、氣軌壓力傳感器和氣軌溫度傳感器米集的信息。
[0006]步驟2:根據(jù)步驟I中獲得的引擎轉(zhuǎn)速以及步驟I采集到的各種信息計算系統(tǒng)的摻燒狀態(tài)，判斷是否允許摻燒，若允許摻燒則轉(zhuǎn)入步驟4，若不允許摻燒則進(jìn)行步驟3的處理。具體地，在判斷過程中還需結(jié)合駕駛員是否提出摻燒請求進(jìn)行判斷。
[0007]步驟3:關(guān)閉燃?xì)飧叩蛪嚎刂崎y，切斷燃?xì)夤?yīng)，同時將共軌壓力傳感器采集的軌壓信息、油門踏板傳感器采集的油門踏板信息、空氣流量計采集的空氣流量信息和/或進(jìn)氣壓力傳感器采集的進(jìn)氣壓力信息經(jīng)雙燃料控制單元直接傳遞給柴油控制單元，進(jìn)入純柴油工作模式。
[0008]步驟4:雙燃料控制單元開啟燃?xì)飧叩蛪嚎刂崎y，雙燃料控制單元分別將共軌壓力傳感器采集的軌壓信息、油門踏板傳感器采集的油門踏板信息、空氣流量計采集的空氣流量信息和/或進(jìn)氣壓力傳感器采集的進(jìn)氣壓力信息根據(jù)不同的摻燒狀態(tài)及該狀態(tài)下的減油、替代率的需求生成對應(yīng)的模擬控制信號，并傳遞給柴油控制單元。所述模擬控制信號包括雙燃料控制單元轉(zhuǎn)換得到的模擬軌壓信號、模擬油門踏板信號、模擬空氣流量信號和/或模擬進(jìn)氣壓力信號。
[0009]步驟5:柴油控制單元根據(jù)獲得的各模擬信號控制減少柴油噴射量。
[0010]步驟6:雙燃料控制單元計算燃?xì)鈬娚涿}寬。依據(jù)“噴孔處噴油平均流速與平均有效噴油壓力的1/2次方成正比”的原理，基于軌壓信息和柴油噴射脈寬，直接列式計算燃?xì)庑枨罅?，再根?jù)燃?xì)鈬娮炝髁刻匦赞D(zhuǎn)換成燃?xì)鈬娚涿}寬。
[0011]步驟7:雙燃料控制單元發(fā)出控制信號觸發(fā)燃?xì)鈬娚洹?br> [0012]為了更好地實施本發(fā)明，本方法還包括故障診斷管理步驟:對系統(tǒng)中各部件的輸入和輸出信號進(jìn)行檢查，輸入和輸出信號的檢查室通過硬件故障電路檢測和軟件計算相結(jié)合的監(jiān)控算法實現(xiàn)的，對整個系統(tǒng)進(jìn)行失效和故障診斷，如在運行過程中某個部件發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障，立即對與該部件相關(guān)的功能及策略進(jìn)行抑制處理，并將故障存儲在雙燃料ECU中。
[0013]本發(fā)明在原機燃油系統(tǒng)不改變的前提下，加裝柴油天然氣雙燃料控制系統(tǒng)和燃?xì)鈬娚湎到y(tǒng)，進(jìn)行減油、噴氣控制，實現(xiàn)天然氣與柴油的混合燃燒。系統(tǒng)具有純柴油和雙燃料摻燒兩種工作模式，可以通過硬件選擇開關(guān)或者軟件條件判斷是工作在純柴油模式還是雙燃料摻燒模式。純柴油模式下，僅以柴油為燃料，由發(fā)動機ECU控制原機燃油系統(tǒng)工作；在摻燒模式下，同時燃用柴油與天然氣兩種燃料，由發(fā)動機壓縮柴油著火，再引燃噴入的天然氣，在保證動力性能基本不變的前提下，減小柴油噴射量，增加燃?xì)鈬娚淞浚詫崿F(xiàn)期望的替代率要求。
[0014]本發(fā)明用于高壓共軌雙燃料柴油機上，有效解決了減少柴油噴射量和計算燃?xì)鈬娚淞康膯栴}，結(jié)構(gòu)簡單，無需改變原有的柴油系統(tǒng)，性能穩(wěn)定可靠，摻燒替代率高，安裝使用方便，利于市場推廣，有良好的經(jīng)濟和社會效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理示意圖；
圖2為本發(fā)明的控制方法流程示意圖。

【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細(xì)說明。
[0017]由圖1所示，本發(fā)明包括原機高壓共軌電控系統(tǒng)(圖1中柴油ECU)、雙燃料控制系統(tǒng)(圖1中雙燃料ECU)和燃?xì)庀到y(tǒng)。柴油噴油器仍然由原機高壓共軌電控系統(tǒng)控制，雙燃料控制單元采集柴油噴射信號信息，并通過硬件電路處理和軟件計算，得到原機噴射相位及噴射脈寬。共軌壓力信號、油門踏板信號、空氣流量信號或者進(jìn)氣壓力信號經(jīng)過雙燃料控制單元的電路及軟件處理后再傳遞給原機高壓共軌電控系統(tǒng)。如果系統(tǒng)工作在純柴油模式，則上述各路原始信號不做軟件算法處理，通過硬件選擇開關(guān)直接傳遞給原機高壓共軌電控系統(tǒng)。如果系統(tǒng)工作在摻燒模式，則將基于各路原始信號生成的模擬信號傳遞給原機高壓共軌電控系統(tǒng)。雙燃料控制單元采集冷卻水溫度信號和排氣溫度信號等以實現(xiàn)保護控制。燃?xì)庀到y(tǒng)完全由雙燃料控制單元控制，完成信號檢測、監(jiān)控和燃?xì)鈬娚溆嬎泸?qū)動。
[0018]本發(fā)明提供一種高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制方法，流程如圖2所示，包括: 步驟1:采集柴油噴射信息，包括噴油正時信息和噴射脈寬信息?；诓裼蛧娚湔龝r信息，通過軟件算法確定柴油的多次噴射及主噴脈寬，再根據(jù)主噴射頻率計算出引擎轉(zhuǎn)速，并根據(jù)發(fā)動機工況及摻燒狀態(tài)在合適的時刻觸發(fā)燃?xì)鈬娚洌唧w燃?xì)鈬娚鋾r刻通過軟件查詢相應(yīng)MAP實現(xiàn)，并利用配氣相位信息進(jìn)行修正。柴油噴射信息采集策略是基于無后噴的情況設(shè)計的，每循環(huán)的最后一次噴射即為主噴。采用中斷的方式處理各缸柴油噴射信號。只有噴射脈寬大于一定閾值，才認(rèn)為是正常信號，并處理，否則為干擾信號，不做處理。在當(dāng)前缸中斷處理函數(shù)中，讀取前一缸的主噴脈寬。傳感器信息采集包括共軌壓力傳感器，油門踏板傳感器，空氣流量計，進(jìn)氣壓力傳感器，冷卻水溫度傳感器，排氣溫度傳感器，氣瓶壓力傳感器，氣軌壓力和溫度傳感器等。在采集各個傳感器信號的同時進(jìn)行信號范圍檢測和合理性判斷，生成故障診斷信息。采集到的各傳感器信息和基于噴油信號計算得到的轉(zhuǎn)速信息一起傳遞給下一步驟進(jìn)行相關(guān)計算。
[0019]步驟2:綜合步驟I采集到的相關(guān)信息，計算系統(tǒng)自身禁止摻燒狀態(tài)。只有引擎成功啟動，且引擎轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度和排氣溫度均在允許摻燒范圍內(nèi)，氣瓶壓力足夠，氣軌壓力和溫度也在允許摻燒范圍內(nèi)；且無故障的條件下，才將系統(tǒng)自身禁止摻燒狀態(tài)置0，表示系統(tǒng)自身允許摻燒。然后再結(jié)合駕駛員的摻燒請求狀態(tài)，判斷出系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)。如果駕駛員禁止摻燒，則為禁止摻燒狀態(tài)，摻燒狀態(tài)指示燈熄滅；如果駕駛員請求摻燒，但是系統(tǒng)禁止，則為禁止摻燒狀態(tài)，摻燒狀態(tài)指示燈閃爍；如果駕駛員請求摻燒，且系統(tǒng)也不禁止，則為摻燒狀態(tài)，摻燒狀態(tài)指示燈點亮。
[0020]步驟3:如果步驟2計算得到的摻燒狀態(tài)信息指示當(dāng)前禁止摻燒，則關(guān)閉燃?xì)飧叩蛪嚎刂崎y，切斷燃?xì)夤?yīng)，同時真實的軌壓信號、油門踏板信號、空氣流量信號或者進(jìn)氣壓力信號經(jīng)雙燃料控制單元通過硬件選擇開關(guān)直接傳遞給柴油ECU，不對信號做任何處理。系統(tǒng)工作在純柴油模式。
[0021]步驟4:如果步驟2計算得到的摻燒狀態(tài)信息指示當(dāng)前為摻燒狀態(tài)，雙燃料ECU則開啟燃?xì)飧叩蛪嚎刂崎y，同時將基于真實軌壓信號、油門踏板信號、空氣流量信號或者進(jìn)氣壓力信號通過摻燒控制策略計算后生成的模擬信號傳遞給柴油ECU，系統(tǒng)工作在摻燒模式。
[0022]步驟5:系統(tǒng)工作在摻燒模式，此時要減少柴油噴射量，實施燃?xì)鈸綗?。本發(fā)明減少柴油噴射量的方法，是以模擬共軌壓力減油為主，模擬油門和模擬空氣流量(或者進(jìn)氣壓力)減油為輔。其實現(xiàn)原理描述如下:
高壓共軌系統(tǒng)的共軌壓力是閉環(huán)控制的，正常情況下，軌壓跟隨發(fā)動機ECU內(nèi)部軌壓設(shè)定值而變。摻燒模式時，發(fā)動機ECU采集到的是模擬軌壓而非真實軌壓。模擬軌壓基于實時真實軌壓生成，反映真實軌壓變化情況，但是與真實軌壓之間存在一個差異，通常模擬軌壓比真實軌壓大。模擬軌壓與真實軌壓之間的具體關(guān)系由采用的算法確定。當(dāng)發(fā)動機ECU檢測到軌壓(模擬軌壓)大于軌壓設(shè)定值時，將通過內(nèi)部閉環(huán)控制做出降低軌壓的控制參數(shù)調(diào)整，這將使得真實軌壓下降。當(dāng)發(fā)動機ECU檢測到的軌壓(模擬軌壓)接近軌壓設(shè)定值時，實際上真實軌壓已經(jīng)小于此時發(fā)動機ECU內(nèi)部軌壓設(shè)定值，而共軌發(fā)動機ECU計算柴油噴射量主要是根據(jù)實時共軌壓力計算噴射脈寬，通過增大虛擬軌壓，這使得實際的噴油量將小于設(shè)定噴油量，達(dá)到欺騙原柴油ECU不報錯，并能減小柴油噴射量的目的。
[0023]柴油ECU基于模擬油門踏板信號進(jìn)行噴油量計算，因為模擬油門踏板信號小于真實油門踏板信號，使得噴油量小于實際需求量，起到輔助減少柴油噴射量的作用。模擬進(jìn)氣流量信號(或者模擬進(jìn)氣壓力信號)也起輔助減油作用，主要是利用柴油ECU控制時需要采集進(jìn)氣流量信息(或根據(jù)進(jìn)氣壓力和溫度計算進(jìn)氣流量信息)，以此作為噴油限制，當(dāng)采集到的模擬信號使得柴油ECU認(rèn)為進(jìn)氣流量不夠，可能會使發(fā)動機冒煙，柴油ECU便降低燃油噴射，從而達(dá)到欺騙原柴油ECU不報錯，并能減小柴油噴射量的目的。
[0024]步驟6:步驟5的實施，使得噴入氣缸內(nèi)的實際燃油量減少，此時需要噴入一定量的燃?xì)鈪⑴c燃燒，以保證發(fā)動機動力性能基本不變。燃?xì)鈬娚淞恐饕罁?jù)減少的柴油噴射量確定，本發(fā)明中柴油噴射量的減少主要來源于模擬軌壓信號，因此根據(jù)模擬軌壓信號減少的柴油噴射量增加相應(yīng)等值熱量的天然氣噴射量，并通過修正系數(shù)修正通過油門及進(jìn)氣流量輔助減少的那部分柴油噴射量。根據(jù)流量與壓差關(guān)系式Q= μ *A* (2*P/P ) 0.5，可得減少的柴油噴射量(^_與柴油噴射脈寬Eti和模擬軌壓與實際壓力之差dP的1/2次方兩者之間成正比關(guān)系，簡化公式為:dQm=kl*Eti*dP~0.5?；谀M油門踏板信號和模擬進(jìn)氣流量信息而減少的柴油(設(shè)分別為dQ_2和dQ )均與原油量成比例關(guān)系，比例系數(shù)分別為k2和k3o總柴油噴射量減少量記為dQ油=ClQaji+dQ油2+dQ油3 = (kl+k2+k3)*Eti*dP~0.5。根據(jù)摻燒后原機性能基本不變得思路，則需要噴入的天然氣量與減少的燃?xì)鈬娚淞繜崃康戎祿Q算，設(shè)換算系數(shù)為k4，則燃?xì)庑枨罅縟Qn =k4* (kl+k2+k3) *Eti*dP~0.5，再根據(jù)燃?xì)鈬娮炝髁刻匦赞D(zhuǎn)換成燃?xì)鈬娚涿}寬。實際計算時，可設(shè)定一個統(tǒng)一的標(biāo)定參數(shù)k(k=k4*(kl+k2+k3))，dQ氣=k*Eti*dP~0.5，這樣在實車標(biāo)定中柴油噴射脈寬由燃?xì)釫CU采集，只需要標(biāo)定參數(shù)k和虛擬軌壓與實際設(shè)定軌壓差dP這兩個參數(shù)即可。這種方法的優(yōu)點是當(dāng)發(fā)動機或者燃油系統(tǒng)改變時，軟件需要重新標(biāo)定的參數(shù)較少，通用性強，實際推廣較為容易。
[0025]步驟7:燃?xì)鈬娚溆|發(fā)是在柴油噴射脈寬采集中斷處理函數(shù)中實現(xiàn)的。為了同時適用于燃?xì)鈫吸c噴射和多點順序噴射的情況，基于柴油噴射時序設(shè)計柴油噴射脈寬中斷處理函數(shù)。以四缸機為例，假設(shè)柴油噴射順序為1-3-4-2，在當(dāng)前缸(I缸)柴油脈寬采集中斷處理函數(shù)中，讀取前一缸(2缸)的柴油主噴脈寬，復(fù)位下一缸(3缸)柴油噴射脈寬采集標(biāo)志，觸發(fā)下一缸燃?xì)?4缸)噴射。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制方法，其特征在于，包括: 步驟1:雙燃料控制單元采集柴油噴射信息以及傳感器信息，并根據(jù)柴油噴射信息計算出引擎轉(zhuǎn)速，其中柴油噴射信息包括噴油正時信息和噴射脈寬信息，傳感器信息包括分別由共軌壓力傳感器、油門踏板傳感器、空氣流量計、進(jìn)氣壓力傳感器、冷卻水溫度傳感器、排氣溫度傳感器、氣瓶壓力傳感器、氣軌壓力傳感器和氣軌溫度傳感器米集的信息； 步驟2:根據(jù)步驟I中獲得的引擎轉(zhuǎn)速以及步驟I采集到的各種信息計算系統(tǒng)的摻燒狀態(tài)，判斷是否允許摻燒，若允許摻燒則轉(zhuǎn)入步驟4，若不允許摻燒則進(jìn)行步驟3的處理； 步驟3:關(guān)閉燃?xì)飧叩蛪嚎刂崎y，切斷燃?xì)夤?yīng)，同時將共軌壓力傳感器采集的軌壓信息、油門踏板傳感器采集的油門踏板信息、空氣流量計采集的空氣流量信息和/或進(jìn)氣壓力傳感器采集的進(jìn)氣壓力信息經(jīng)雙燃料控制單元直接傳遞給柴油控制單元，進(jìn)入純柴油工作模式； 步驟4:雙燃料控制單元開啟燃?xì)飧叩蛪嚎刂崎y，雙燃料控制單元分別將共軌壓力傳感器采集的軌壓信息、油門踏板傳感器采集的油門踏板信息、空氣流量計采集的空氣流量信息和/或進(jìn)氣壓力傳感器采集的進(jìn)氣壓力信息生成模擬控制信號，并傳遞給柴油控制單元; 步驟5:柴油控制單元根據(jù)獲得的各模擬信號控制減少柴油噴射量； 步驟6:雙燃料控制單元計算燃?xì)鈬娚涿}寬； 步驟7:雙燃料控制單元發(fā)出控制信號觸發(fā)燃?xì)鈬娚洹?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制方法，其特征在于:所述步驟2中判斷是否允許摻燒時，還需結(jié)合駕駛員是否提出摻燒請求進(jìn)行判斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制方法，其特征在于:所述步驟6計算燃?xì)鈬娚涿}寬的方法為:依據(jù)“噴孔處噴油平均流速與平均有效噴油壓力的1/2次方成正比”的原理，基于軌壓信息和柴油噴射脈寬，計算燃?xì)庑枨罅浚俑鶕?jù)燃?xì)鈬娮炝髁刻匦赞D(zhuǎn)換成燃?xì)鈬娚涿}寬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制方法，其特征在于:所述步驟5中柴油控制單元減少柴油噴射量時，主要依據(jù)雙燃料控制單元根據(jù)共軌壓力傳感器采集的軌壓信息轉(zhuǎn)換得到的模擬軌壓信號，雙燃料控制單元轉(zhuǎn)換得到的模擬油門踏板信號和模擬空氣流量信號或模擬進(jìn)氣壓力信號作為輔助。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4任一項所述一種高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制方法，其特征在于:還包括故障診斷管理步驟:對系統(tǒng)中各部件的輸入和輸出信號進(jìn)行檢查，對整個系統(tǒng)進(jìn)行失效和故障診斷，如在運行過程中某個部件發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障，立即對與該部件相關(guān)的功能進(jìn)行抑制處理，并將故障存儲在雙燃料ECU中。
【文檔編號】F02D19/06GK104454189SQ201410792377
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】王洪榮, 張衡, 楊勇 申請人:中國汽車工程研究院股份有限公司