專利名稱：電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
天然氣主要成分為CH4，是優(yōu)質(zhì)清潔燃料，天然氣在生產(chǎn)時無需復(fù)雜的提煉過程、
無需添加劑就可使用，因此價格肯定比汽油、柴油便宜；石油資源的世界性短缺，使汽
油、柴油汽車的運營成本不斷增加；而天然氣容易實現(xiàn)完全燃燒，其排出比汽油或柴油
低很多。因此說天然氣是一種具備許多優(yōu)點的燃料。燃油汽車排出的廢氣是造成日益嚴(yán)
重的大氣污染的重要原因，在大中城市中，70%的空氣污染來自汽車。天然氣的突出 優(yōu)點是燃燒非常完全，排出的廢氣比較清潔，能滿足越來越嚴(yán)格的排放法規(guī)要求，對凈 化環(huán)境頗為有益，天然氣燃燒所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是石油的54%，減少了一半。燃燒后 基本無煙塵，其它有毒排放物也是最少的。
天然氣與汽油、柴油從其物質(zhì)狀態(tài)來說，天然氣是氣態(tài)，汽油、柴油是液態(tài)，天 然氣無需霧化容易混合，因此燃燒容易充分些，煙塵會少些；從它們的分子結(jié)構(gòu)分析 比較，燃燒產(chǎn)生的S02、 CO、 HC也應(yīng)該少些。因此，目前各種傳媒上宣傳的都是天 然氣就是清潔能源，只要是改裝成天然氣的車就是清潔車，其實不然，目前大部分改 裝車采用的是簡單調(diào)節(jié)吸入方式，還有的采用更簡單的固定吸入方式，采用這些方法 進(jìn)行改造的天然氣車其排放肯定不如原車。天然氣車比汽油、柴油車環(huán)保是建立在燃 燒狀態(tài)，也就發(fā)動機工作狀態(tài)比較好而言的。 目前天然氣發(fā)動機的主要改進(jìn)方案有兩種
一、機械式自吸系統(tǒng):該方案在原發(fā)動機為化油器式或電噴式車輛上都可進(jìn)行改進(jìn)，
具體方法是天然氣通過減壓閥減壓后再經(jīng)過流量調(diào)節(jié)闊接入進(jìn)氣總管上，發(fā)動機運行時 各氣缸吸氣過程在進(jìn)氣管上產(chǎn)生的負(fù)壓將天然氣吸入缸內(nèi)，行成混合燃?xì)?。通過流量調(diào) 節(jié)閥來控制'空燃比'。該調(diào)節(jié)閥有兩種， 一種是采用手動調(diào)節(jié)閥， 一次性調(diào)整后運行 過程中不能改變，由于車輛運行時不同工況下空氣進(jìn)氣量的變化非常大，而通過固定閥 進(jìn)入的天然氣不能隨進(jìn)氣量進(jìn)行調(diào)整，使得只能在某點形成合適的'空燃比'，在絕大 部分工況下不是過稀就是過濃，氣耗、動力、排放都不佳。另一種是采用電子調(diào)節(jié)閥對流量進(jìn)行控制，但由于調(diào)節(jié)閥的慣性不能及時跟隨節(jié)氣門開度的變化，另外由于進(jìn)氣歧 管負(fù)壓的變化(負(fù)壓隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度兩個變量的變化而變化)沒有檢測，調(diào) 節(jié)閥出口形成的壓力不斷變化且不可知，將引起天然氣吸入量的控制不準(zhǔn)確，因此不能 很好地對空燃比進(jìn)行控制，控制效果也不好。
二、噴射式對于電噴汽油發(fā)動機有采用如下方案進(jìn)行該造的保留原汽油電噴控 制系統(tǒng)基本不變，在發(fā)動機各進(jìn)氣歧管上接入一個電磁噴氣閥，天然氣通過減壓閥減壓 后經(jīng)加入的電磁閥控制燃?xì)獾膰娚淞?，將原電噴單?ECU)控制噴油器的信號通過 一個控制單元進(jìn)行線性展寬來控制電磁閥，該方案雖然是由原ECU通過系統(tǒng)的傳感器 對運行狀態(tài)的檢測得到最佳的噴油量，但汽油機最佳空燃比與天然氣的最佳空燃比是不 一樣的，而且天然氣與汽油相同熱值燃料在發(fā)動機上產(chǎn)生的運行狀態(tài)也不一樣，因此這
種方法進(jìn)行的天然氣進(jìn)氣量的控制也是不準(zhǔn)確的。另外，原ECU的點火信號是以汽油
為燃料進(jìn)行運算的點火提前角，汽油與天然氣的著火點及燃燒速度相差很大，點火提前 角的差異非常大，汽油狀態(tài)的點火提前角用在天然氣上對排放、動力性、效率造成極大 的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首先要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種電控天然氣發(fā)
動機工作系統(tǒng)的技術(shù)方案；并進(jìn)一步提供以下兩種控制系統(tǒng) 一種是經(jīng)濟型的自吸式系 統(tǒng)；另一種是性能極佳的直噴式系統(tǒng)，該系統(tǒng)能滿足汽車的排放要求，加速性好，效率 高。另外，本發(fā)明采用在減壓閥與噴射器之間，設(shè)置一起穩(wěn)壓作用的儲氣罐的方案，使 天然氣發(fā)動機及其電子控制系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。 本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題
電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)，包括天然氣供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)，其 天然氣供給系統(tǒng)包括依次實行氣連接的天然氣儲氣罐，開關(guān)電磁閥，減壓閥，再經(jīng)一天 然氣導(dǎo)入裝置將天然氣導(dǎo)入進(jìn)氣歧管；所述電子控制系統(tǒng)包括傳感器部分、電子控制單 元ECU和執(zhí)行器部分，傳感器部分包括安裝在進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣歧管上的節(jié)氣門位置傳感 器、進(jìn)氣壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器，安裝在發(fā)動機上的冷卻液溫度傳感器、曲軸位 置傳感器，安裝在發(fā)動機排氣管上三元催化轉(zhuǎn)換器前的氧傳感器，所述傳感器部分的部 件均與電子控制單元ECU電連接，所述執(zhí)行器部分包括開關(guān)電磁閥、天然氣導(dǎo)入裝置、 怠速調(diào)節(jié)閥、點火線圈；所述執(zhí)行器部分的部件均與電子控制單元ECU電連接，所述電子控制單元ECU包含有天然氣導(dǎo)入控制程序、點火控制程序、怠速控制程序。
所述天然氣導(dǎo)入裝置為一電子調(diào)節(jié)閥，其出口連接在節(jié)氣門后旁的進(jìn)氣歧管上，并
與電子控制單元ECU電連接。
所述天然氣導(dǎo)入裝置為一噴射器，其噴射口連接在發(fā)動機氣缸前旁的進(jìn)氣歧管上， 并與電子控制單元ECU電連接。
所述減壓閥與噴射器之間，設(shè)置一起穩(wěn)壓作用的儲氣罐。
所述起穩(wěn)壓作用的儲氣罐配有壓力傳感器，并均與電子控制單元ECU電連接。所述 天然氣導(dǎo)入控制程序即為天然氣噴射控制程序，ECU對確定噴射量的輸出脈寬的計算依 據(jù)包括來自所述儲氣罐壓力傳感器的數(shù)據(jù)信號。
所述電子控制單元ECU硬件選用高性能的16位微控制器，ECU驅(qū)動電路選用帶診 斷功能的驅(qū)動IC，可實現(xiàn)驅(qū)動輸出回路的開路、短路檢測；軟件采用模塊化C語言編 制，并采用FLASH自編程技術(shù)，可實現(xiàn)程序存儲器中標(biāo)定數(shù)據(jù)的修改。
所述天然氣導(dǎo)入控制程序天然氣導(dǎo)入量的控制是通過對輸出脈寬的控制來實現(xiàn)的； 在冷起動、急加速、急減速等特殊工況，采用開環(huán)控制；對于發(fā)動機其它正常運行工況， 采用閉環(huán)控制，以保證空燃比控制在最佳空燃比附近，使排放達(dá)到最佳；天然氣導(dǎo)入量 的控制按不同工況分別采用起動導(dǎo)入量控制程序、運轉(zhuǎn)導(dǎo)入量控制程序、加減速導(dǎo)入量 控制程序、大負(fù)荷增量控制程序、斷氣控制程序和正常運行工況空燃比閉環(huán)控制程序。
所述空燃比閉環(huán)控制程序包括:ECU根據(jù)氧傳感器輸入的電壓信號對天然氣導(dǎo)入量 進(jìn)行修正；當(dāng)ECU接收到的信號電壓高于閾值電壓時，表明混合氣偏濃，空燃比偏小， ECU將減小空燃比閉環(huán)修正值以減少天然氣導(dǎo)入量，使混合氣逐漸變稀，空燃比逐漸 增大；當(dāng)接收到的信號電壓低于閾值電壓時，表明混合氣偏稀，空燃比偏大，ECU將 加大空燃比閉環(huán)修正值以增加天然氣導(dǎo)入量，使混合氣逐漸變濃，空燃比逐漸減小。
所述電控天然氣發(fā)動機具有至少2個氣缸，每個氣缸配有一只噴射器，噴射器安裝 在各缸進(jìn)氣門前進(jìn)氣歧管上，ECU根據(jù)檢測到的曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器 信號以及計算的天然氣導(dǎo)入脈寬確定每缸噴射正時，即開始噴射時刻；發(fā)動機一個工作 循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)720度，各缸噴射器噴射一次。
所述傳感器部分包括安裝在發(fā)動機氣缸部的爆震傳感器、安裝在發(fā)動機上的凸輪軸 位置傳感器，所述點火控制程序包括點火提前角控制程序、點火閉合角控制程序和爆震 控制程序。所述爆震控制程序是利用推遲點火提前角的方法來消除爆震;一旦ECU偵査出爆震， 對點火提前角的控制立即轉(zhuǎn)入閉環(huán)控制，逐步推遲點火，直到爆震完全消失為止。
所述怠速控制程序主要是對怠速進(jìn)氣量的控制，ECU檢測發(fā)動機實際怠速轉(zhuǎn)速與怠 速目標(biāo)轉(zhuǎn)速比較，經(jīng)過一定的控制算法后，控制怠速調(diào)節(jié)閥開度來控制怠速進(jìn)氣量，從 而控制實際怠速轉(zhuǎn)速達(dá)到怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近;而天然氣導(dǎo)入量根據(jù)進(jìn)氣量的變化自動調(diào) 整，以滿足空燃比的要求，將空燃比控制在理論最佳空燃比附近。
由于本發(fā)明采用ECU控制的天然氣發(fā)動機管理系統(tǒng)，自然具有上述背景技術(shù)所述的 諸多優(yōu)點；此外，由于本發(fā)明采用較為合理的全面控制策略，具有較為全面的控制功能、 良好的控制功能集成性能，以及良好的系統(tǒng)移植性；整個控制系統(tǒng)安全可靠。使用本發(fā)
明研發(fā)的天然氣發(fā)動機管理系統(tǒng)，至少能達(dá)到了國ni排放標(biāo)準(zhǔn)，可廣泛應(yīng)用于發(fā)動機制
造、汽車生產(chǎn)的配套，也可以對現(xiàn)有的在用車改用天然氣發(fā)動機的技術(shù)改造。經(jīng)濟型的 自吸式系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、成本較低優(yōu)勢，較適合汽油發(fā)動機、柴油發(fā)動機的舊車改裝； 直噴式系統(tǒng)具有性能佳、加速性好、效率高，并能滿足較高的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，完全符合 政府倡導(dǎo)的節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向政策。另外，本發(fā)明直噴式系統(tǒng)進(jìn)一步的改進(jìn)方案，采 用在減壓閥與噴射器之間，設(shè)置一起穩(wěn)壓作用的儲氣罐方案，使天然氣發(fā)動機及其電子 控制系統(tǒng)具有運行更加穩(wěn)定的效果。


圖1為本發(fā)明電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)實施例一的功能原理簡圖。 圖3為本發(fā)明電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)實施例一的結(jié)構(gòu)組成簡圖。 圖4為本發(fā)明電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本發(fā)明電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)實施例二的功能原理簡圖。 圖6為本發(fā)明電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)實施例二的結(jié)構(gòu)組成簡圖。 圖中l(wèi).節(jié)氣門位置傳感器，2.進(jìn)氣壓力傳感器，3.進(jìn)氣溫度傳感器，4.凸輪軸 位置傳感器，5.氧傳感器，6.三元催化轉(zhuǎn)換器，7.電子控制單元ECU，8.冷卻液溫度傳 感器，9.爆震傳感器，10.蓄電池，11.曲軸位置傳感器，13.發(fā)動機，14.開關(guān)電磁閥，15. 天然氣儲氣罐，16.減壓閥，17.穩(wěn)壓儲氣罐，19.天然氣導(dǎo)入裝置，在實施例一中為 電子調(diào)節(jié)閥，在在實施例二中為噴射器，20.怠速調(diào)節(jié)閥，22.EGR閥，30.點火線圈。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施情況，但它們并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定，僅作 舉例。同時通過說明本發(fā)明的優(yōu)點將變得更加清楚和容易理解。
如圖1-圖6所示，本發(fā)明電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)以電子控制單元ECU為核心， ECU硬件選用高性能的16位微控制器(MCU)，該微控制器具有較寬的工作溫度范圍、 高運算速度、大程序及數(shù)據(jù)內(nèi)存、靈活的I/0端口等特點。ECU驅(qū)動電路選用帶診斷功 能的驅(qū)動IC，可實現(xiàn)驅(qū)動輸出回路的開路、短路檢測；軟件采用模塊化C語言編制， 并采用FLASH自編程技術(shù)，可實現(xiàn)程序存儲器中標(biāo)定數(shù)據(jù)的修改。天然氣發(fā)動機管理系 統(tǒng)主要由傳感器、發(fā)動機電子控制單元、執(zhí)行器三部分組成。發(fā)動機電子控制單元ECU 是整個系統(tǒng)的核心，它采集安裝在發(fā)動機或汽車上各個部位的傳感器傳送的模擬或數(shù)字 信號，經(jīng)過處理后，根據(jù)軟件中設(shè)計好的控制模型，輸出信號到各個執(zhí)行機構(gòu)，精確地 對燃?xì)鈱?dǎo)入、點火、怠速、排放等進(jìn)行控制，以滿足系統(tǒng)動力性、燃料經(jīng)濟性、可駕駛 性和排放要求。
本發(fā)明天然氣發(fā)動機管理系統(tǒng)的第一種實施例，如圖l-圖3所示，為經(jīng)濟型的自 吸式系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、成本較低優(yōu)勢，較適合汽油發(fā)動機、柴油發(fā)動機的舊車改裝。
第一種實施例整個控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括天然氣供給系統(tǒng)，點火系 統(tǒng)，還包括電子控制系統(tǒng)。天然氣供給系統(tǒng)包括依次實行氣連接的天然氣儲氣罐15， 開關(guān)電磁閥14，減壓闊16，再經(jīng)一天然氣導(dǎo)入裝置19將天然氣導(dǎo)入進(jìn)氣歧管，電子控 制系統(tǒng)包括傳感器部分、電子控制單元ECU(7)和執(zhí)行器部分，傳感器部分包括安裝在 進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣歧管上的節(jié)氣門位置傳感器l、進(jìn)氣壓力傳感器2、進(jìn)氣溫度傳感器3， 安裝在發(fā)動機13上的冷卻液溫度傳感器8、曲軸位置傳感器ll，安裝在發(fā)動機排氣管 上三元催化轉(zhuǎn)換器6前的氧傳感器5，所述傳感器部分的部件均與電子控制單元ECU電 連接，所述執(zhí)行器部分包括燃?xì)忾_關(guān)電磁閥14、天然氣導(dǎo)入裝置19、怠速調(diào)節(jié)閥20、 點火線圈30;所述執(zhí)行器部分的部件均與電子控制單元ECU7電連接，所述電子控制單 元ECU(7)包含有天然氣導(dǎo)入控制程序、點火控制程序、怠速控制程序。在本實施例中 天然氣導(dǎo)入裝置19即為電子調(diào)節(jié)閥19，其出口連接在節(jié)氣門后旁的進(jìn)氣歧管上，并與 電子控制單元ECU7電連接。
第一種實施例整個控制系統(tǒng)的工作原理如圖2、圖3所示，作為發(fā)動機整個控制系 統(tǒng)的核心電子控制單元ECU7，它采集安裝在發(fā)動機或汽車上各個部位的傳感器傳送的 模擬或數(shù)字信號，經(jīng)過處理后，根據(jù)軟件中設(shè)計好的控制模型，輸出信號到各個執(zhí)行機構(gòu)，精確地對天然氣導(dǎo)入、點火、怠速、排放等進(jìn)行控制，以滿足系統(tǒng)動力性、燃料經(jīng) 濟性、可駕駛性和排放要求。這些傳感器包括安裝在進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣歧管上的節(jié)氣門位 置傳感器l、進(jìn)氣壓力溫度傳感器2、進(jìn)氣溫度傳感器3，安裝在發(fā)動機13上的冷卻液 溫度傳感器8、曲軸位置傳感器ll，安裝在發(fā)動機排氣管上三元催化轉(zhuǎn)換器6前的氧傳 感器5。 ECU7的處理過程或者叫處理程序包括負(fù)荷確定、計算燃?xì)饬髁?、計算點火正時、 扭矩控制、怠速控制、負(fù)荷預(yù)測、故障診斷、過渡工況處理。各個執(zhí)行機構(gòu)或者叫執(zhí)行 器，包括主繼電器、燃?xì)忾_關(guān)電磁閥14繼電器、電子調(diào)節(jié)閥19繼電器、點火線圈30、 怠速調(diào)節(jié)閥或者叫怠速控制閥20、發(fā)動機故障指示燈。從而完成燃?xì)饪刂啤Ⅻc火控制、 怠速控制、故障珍斷及其他控制。
本發(fā)明天然氣發(fā)動機管理系統(tǒng)的第二種實施例，如圖4-圖6所示，是性能極佳的 直噴式系統(tǒng)，該系統(tǒng)能滿足汽車的排放要求，加速性好，效率高。較適合與天然氣發(fā)動 機的新車配套，當(dāng)然也可用于汽油發(fā)動機、柴油發(fā)動機的舊車改裝。
第二種實施例其實質(zhì)是在第一種實施例的基礎(chǔ)的改進(jìn)方案。整個控制系統(tǒng)的組成結(jié) 構(gòu)如圖4所示，其與第一種實施例的根本性區(qū)別是對天然氣導(dǎo)入裝置19進(jìn)行了改進(jìn)， 即用天然氣噴射器19代替了第一種實施例的天然氣電子調(diào)節(jié)閥19。并且，噴射器19 與電子控制單元ECU7電連接，受ECU7的控制。其它部分與第一種實施例類同。
作為對上述方案的改進(jìn)，在減壓閥16與噴射器19之間，設(shè)置一起穩(wěn)壓作用的儲氣 罐17，也可稱其為穩(wěn)壓倉。該穩(wěn)壓倉的建立，為噴射器直接提供了一個壓力指標(biāo)更為 穩(wěn)定的可靠氣源，使得噴射器19的工作更加穩(wěn)定，同時也使得整個控制系統(tǒng)的工作更 加穩(wěn)定。
作為對上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，儲氣罐17配有壓力傳感器，并與電子控制單元ECU7 電連接，將儲氣罐17內(nèi)的天然氣壓力數(shù)據(jù)傳送給ECU7，噴射控制程序?qū)娚漭敵雒}寬 的計算依據(jù)包括來自所述儲氣罐17壓力傳感器的數(shù)據(jù)信號。使得ECU7對燃?xì)鈬娚淞康?計算與控制更加精確。
第二種實施例還可以在位于節(jié)氣門位置后進(jìn)氣歧管上與位于三元催化轉(zhuǎn)換器前之 間設(shè)置一 EGR閥，EGR閥是受ECU控制的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的電磁閥，主要是防止發(fā)動機 燃燒室過熱，進(jìn)一步抑制NO化和物的形成，降低NO化合物的排放，從而達(dá)到更高的的 排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
第二種實施例整個控制系統(tǒng)的工作原理如圖5、圖6所示，雖然整個控制系統(tǒng)的工
9作原理與第一種實施例相比沒有多大變化，但是，由于其組成結(jié)構(gòu)其與第一種實施例的 根本性區(qū)別是用天然氣噴射器19代替了第一種實施例的天然氣電子調(diào)節(jié)閥19，并且噴 射器19受ECU7控制；因噴射器19具有比燃?xì)忾_關(guān)電磁閥更佳的性能，尤其是噴射器 19噴出的天然氣具有一定的因噴射所帶來的速度，能更加快速反應(yīng)，及時進(jìn)入氣缸燃 燒，整個控制系統(tǒng)的性能效果得到了顯著的提高，具有性能佳、加速性好、效率高，并 能滿足較高的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)然，ECU7需要編著更為復(fù)雜、完善的控制程序，來完 成更多傳感器的信號輸入，更為復(fù)雜精確的運算和判斷，來控制以噴射器19為主的功 能更為強大的執(zhí)行器。作為對上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，儲氣罐17配有壓力傳感器，并 與電子控制單元ECU7電連接，將儲氣罐17內(nèi)的天然氣壓力數(shù)據(jù)傳送給ECU7，噴射控 制程序?qū)娚漭敵雒}寬的計算依據(jù)包括來自所述儲氣罐17壓力傳感器的數(shù)據(jù)信號。使 得ECU7對燃?xì)鈬娚淞康挠嬎闩c控制更加精確。
如圖6所示本發(fā)明電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)實施例二的結(jié)構(gòu)組成，與圖3所示的 實施例二相比，傳感器部分主要要增加了儲氣罐壓力傳感器。執(zhí)行器部分用噴射器代替 了電子調(diào)節(jié)闊繼電器，噴射器19、點火線圈30的數(shù)量應(yīng)與發(fā)動機氣缸數(shù)相配。還增設(shè) 了系統(tǒng)通訊、轉(zhuǎn)速輸出與EGR控制。
在以上兩種實施例中，傳感器部分還包括安裝在發(fā)動機氣缸部的爆震傳感器9、安 裝在發(fā)動機上的轉(zhuǎn)速傳感器。此外還可以在天然氣儲氣罐15與開關(guān)電磁閥14之間，設(shè) 置一天然氣過濾器。
在以上兩種實施例中，均可采用以下控制方法
所述天然氣導(dǎo)入控制程序?qū)μ烊粴鈱?dǎo)入量的控制是通過ECU輸出脈沖信號的脈寬 來實現(xiàn)的；在冷起動、急加速、急減速等特殊工況，采用開環(huán)控制；對于發(fā)動機其它正 常運行工況，采用閉環(huán)控制，以保證空燃比控制在最佳空燃比附近，使排放達(dá)到最佳； 天然氣導(dǎo)入量的控制按不同工況分別采用起動導(dǎo)入量控制程序、運轉(zhuǎn)導(dǎo)入量控制程序、 加減速導(dǎo)入量控制程序、大負(fù)荷增量控制程序、斷氣控制程序和正常運行工況空燃比閉 環(huán)控制程序。
空燃比閉環(huán)控制程序包括:ECU根據(jù)氧傳感器輸入的電壓信號對天然氣噴射量或者 說導(dǎo)入量進(jìn)行修正；當(dāng)ECU接收到的信號電壓高于閾值電壓時，表明混合氣偏濃，空 燃比偏小，ECU將減小空燃比閉環(huán)修正值以減少噴射量，使混合氣逐漸變稀，空燃比 逐漸增大；當(dāng)接收到的信號電壓低于閾值電壓時，表明混合氣偏稀，空燃比偏大，ECU將加大空燃比閉環(huán)修正值以增加噴射量，使混合氣逐漸變濃，空燃比逐漸減小。
電控天然氣發(fā)動機具有至少2個氣缸，每個氣缸配有一只噴射器，噴射器安裝在各
缸進(jìn)氣門前進(jìn)氣歧管上，ECU根據(jù)檢測到的曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器信號
以及計算的噴射脈寬確定每缸噴射正時，即開始噴射時刻；發(fā)動機一個工作循環(huán)，曲軸
轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)720度，各缸噴射器噴射一次。
傳感器部分包括安裝在發(fā)動機氣缸部的爆震傳感器(9)、安裝在發(fā)動機上的凸輪軸
位置傳感器(4)，所述點火控制程序包括點火提前角控制程序、點火閉合角控制程序和
爆震控制程序。
爆震控制程序是利用推遲點火提前角的方法來消除爆震； 一旦ECU偵查出爆震，對 點火提前角的控制立即轉(zhuǎn)入閉環(huán)控制，逐步推遲點火，直到爆震完全消失為止。
怠速控制程序主要是對怠速進(jìn)氣量的控制，ECU檢測發(fā)動機實際怠速轉(zhuǎn)速與怠速目 標(biāo)轉(zhuǎn)速比較，經(jīng)過一定的控制算法后，控制怠速調(diào)節(jié)閥開度來控制怠速進(jìn)氣量，從而控 制實際怠速轉(zhuǎn)速達(dá)到怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近;而燃?xì)鈬娚淞炕蛘哒f導(dǎo)入量根據(jù)進(jìn)氣量的變化 自動調(diào)整，以滿足空燃比的要求，將空燃比控制在理論最佳空燃比附近。
以上控制方法，均可借鑒于汽油發(fā)動機電子控制工作系統(tǒng)，對此，申請人在此前遞 交的申請?zhí)枮?00810169334. 6中國發(fā)明專利申請文件中有過更為詳細(xì)的描述。
此外，對于實施例二進(jìn)一步改進(jìn)的方案儲氣罐17配有壓力傳感器，并與電子控制 單元ECU7電連接的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)的控制方法，將儲氣罐17內(nèi)的天然氣壓 力數(shù)據(jù)傳送給ECU7，噴射控制程序?qū)娚漭敵雒}寬的計算依據(jù)包括來自所述儲氣罐17 壓力傳感器的數(shù)據(jù)信號。使得ECU7對燃?xì)鈬娚淞康挠嬎闩c控制更加精確。
權(quán)利要求
1、電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)，包括天然氣供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)，其特征在于，所述天然氣供給系統(tǒng)包括依次實行氣連接的天然氣儲氣罐(15)，開關(guān)電磁閥(14)，減壓閥(16)，再經(jīng)一天然氣導(dǎo)入裝置(19)將天然氣導(dǎo)入進(jìn)氣歧管；所述電子控制系統(tǒng)包括傳感器部分、電子控制單元ECU(7)和執(zhí)行器部分，傳感器部分包括安裝在進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣歧管上的節(jié)氣門位置傳感器(1)、進(jìn)氣壓力傳感器(2)、進(jìn)氣溫度傳感器(3)，安裝在發(fā)動機(13)上的冷卻液溫度傳感器(8)、曲軸位置傳感器(11)，安裝在發(fā)動機排氣管上三元催化轉(zhuǎn)換器(6)前的氧傳感器(5)，所述傳感器部分的部件均與電子控制單元ECU電連接，所述執(zhí)行器部分包括開關(guān)電磁閥(14)、天然氣導(dǎo)入裝置(19)、怠速調(diào)節(jié)閥(20)、點火線圈(30)；所述執(zhí)行器部分的部件均與電子控制單元ECU(7)電連接，所述電子控制單元ECU(7)包含有天然氣導(dǎo)入控制程序、點火控制程序、怠速控制程序。
2、 如權(quán)利要求l所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)，其特征在于所述天然氣導(dǎo)入 裝置(19)為一電子調(diào)節(jié)閥(19)，其出口連接在節(jié)氣門后旁的進(jìn)氣歧管上，并與電子 控制單元ECU (7)電連接。
3、 如權(quán)利要求l所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)，其特征在于所述天然氣導(dǎo)入 裝置(19)為一噴射器(19)，其噴射口連接在發(fā)動機氣缸前旁的進(jìn)氣歧管上，并與電 子控制單元ECU (7)電連接。
4、 如權(quán)利要求3所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)，其特征在于所述減壓閥(16) 與噴射器(19)之間，設(shè)置一起穩(wěn)壓作用的儲氣罐(17)。
5、 如權(quán)利要求4所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)，其特征在于所述儲氣罐(17) 配有壓力傳感器，并與電子控制單元ECU(7)電連接。
6、 如權(quán)利要求1至5任一項所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)，其特征在于所述 電子控制單元ECU(7)硬件選用高性能的16位微控制器，ECU驅(qū)動電路選用帶診斷功能 的驅(qū)動IC，可實現(xiàn)驅(qū)動輸出回路的開路、短路檢測；軟件采用模塊化C語言編制，并 采用FLASH自編程技術(shù)，可實現(xiàn)程序存儲器中標(biāo)定數(shù)據(jù)的修改。
7、 如權(quán)利要求1所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述 天然氣導(dǎo)入控制程序?qū)μ烊粴鈱?dǎo)入量的控制是通過ECU輸出脈沖信號的脈寬來實現(xiàn) 的；在冷起動、急加速、急減速等特殊工況，采用開環(huán)控制；對于發(fā)動機其它正常運行 工況，采用閉環(huán)控制，以保證空燃比控制在最佳空燃比附近，使排放達(dá)到最佳；天然氣 導(dǎo)入量的控制按不同工況分別采用起動導(dǎo)入量控制程序、運轉(zhuǎn)導(dǎo)入量控制程序、加減速導(dǎo)入量控制程序、大負(fù)荷增量控制程序、斷氣控制程序和正常運行工況空燃比閉環(huán)控制 程序。
8、 如權(quán)利要求7所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述 空燃比閉環(huán)控制程序包括ECU根據(jù)氧傳感器輸入的電壓信號對天然氣導(dǎo)入量進(jìn)行修 正；當(dāng)ECU接收到的信號電壓高于閾值電壓時，表明混合氣偏濃，空燃比偏小，ECU 將減小空燃比閉環(huán)修正值以減少天然氣導(dǎo)入量，使混合氣逐漸變稀，空燃比逐漸增大； 當(dāng)接收到的信號電壓低于閾值電壓時，表明混合氣偏稀，空燃比偏大，ECU將加大空 燃比閉環(huán)修正值以增加天然氣導(dǎo)入量，使混合氣逐漸變濃，空燃比逐漸減小。
9、 如權(quán)利要求7所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)的控制方法，對如權(quán)利要求5 所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)進(jìn)行控制，所述電控天然氣發(fā)動機具有至少2個氣 缸，其特征在于，每個氣缸配有一只噴射器，所述噴射器安裝在各缸進(jìn)氣門前進(jìn)氣歧管 上，ECU根據(jù)檢測到的曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器信號以及計算的天然氣導(dǎo) 入脈寬確定每缸噴射正時，即開始噴射時刻；發(fā)動機一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)720 度，各缸噴射器噴射一次。
10、 如權(quán)利要求1至5任一項所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)，其特征在于所述 傳感器部分包括安裝在發(fā)動機氣缸部的爆震傳感器(9)、安裝在發(fā)動機上的凸輪軸位置 傳感器(4)，所述點火控制程序包括點火提前角控制程序、點火閉合角控制程序和爆震 控制程序。
11、 如權(quán)利要求10所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所 述爆震控制程序是利用推遲點火提前角的方法來消除爆震； 一旦ECU偵査出爆震，對點 火提前角的控制立即轉(zhuǎn)入閉環(huán)控制，逐步推遲點火，直到爆震完全消失為止。
12、 如權(quán)利要求l所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述 怠速控制程序主要是對怠速進(jìn)氣量的控制，ECU檢測發(fā)動機實際怠速轉(zhuǎn)速與怠速目標(biāo)轉(zhuǎn) 速比較，經(jīng)過一定的控制算法后，控制怠速調(diào)節(jié)閥開度來控制怠速進(jìn)氣量，從而控制實 際怠速轉(zhuǎn)速達(dá)到怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近；而天然氣導(dǎo)入量根據(jù)進(jìn)氣量的變化自動調(diào)整，以滿 足空燃比的要求，將空燃比控制在理論最佳空燃比附近。
13、 根據(jù)權(quán)利要求7-9任一項所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)的控制方法，對如 權(quán)利要求5所述的電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)實行控制，所述天然氣導(dǎo)入控制程序即為 天然氣噴射控制程序，其特征在于ECU對確定噴射量的輸出脈寬的計算依據(jù)包括來自所 述儲氣罐壓力傳感器的數(shù)據(jù)信號。
全文摘要
提供一種電控天然氣發(fā)動機工作系統(tǒng)，天然氣供給系統(tǒng)包括依次實行氣連接的天然氣儲氣罐，開關(guān)電磁閥，減壓閥，再經(jīng)一天然氣導(dǎo)入裝置將天然氣導(dǎo)入進(jìn)氣歧管；天然氣導(dǎo)入裝置為一電子調(diào)節(jié)閥或噴射器，并受ECU控制；ECU包含有天然氣導(dǎo)入控制程序、點火控制程序、怠速控制程序；另可在減壓閥與噴射器之間，設(shè)置一起穩(wěn)壓作用的儲氣罐，使天然氣發(fā)動機及其電子控制系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定；天然氣導(dǎo)入量的控制是通過對輸出脈寬的控制來實現(xiàn)的；自吸式系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、成本較低優(yōu)勢，較適合汽油發(fā)動機、柴油發(fā)動機的舊車改裝；直噴式系統(tǒng)具有性能佳、加速性好、效率高，并能滿足較高的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
文檔編號F02M21/02GK101424224SQ20081018135
公開日2009年5月6日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者張和君, 王和平 申請人:張和君;王和平