专利名称：一种双燃料发动机油气比例控制的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机控制技术，特别涉及一种电控单体泵、泵喷嘴、共轨技术下的柴 油/天然气双燃料发动机油气比例控制的方法和装置。
背景技术：
近年来，为了降低汽车运营成本，节约能源，减轻汽车尾气对环境的污染，世界各 国纷纷发展新能源汽车。其中，在保证原车动力性的同时降低燃料成本和尾气排放的柴油/ 天然气双燃料汽车发展迅速。天然气具有比柴油更好的燃料经济性，且尾气污染物含量更 低。在现有柴油/天然气双燃料控制技术中，通常是在柴油发动机及柴油控制系统的基础 上增设天然气控制系统，引燃油量的值是一个很重要的标定量。传统的方法为查表法预先 对发动机控制参数进行离线优化而得到进气管绝对压力点火提前角控制脉谱表，实现对空 燃比和点火提前角的控制，这种方法贯穿于整个发动机的各个工况。在发动机运行时，由发 动机转速信号，油门位置传感器信号，确定发动机所处的工况，再从预先标定好的脉谱表中 查找此工况点所需的柴油量和天然气量。在台架标定和路试标定时，不可能把每个转速所 对应的油门位置都标定到，只能标定出特殊工况点的值。表1为传统的双燃料控制系统引 燃油量的部分脉谱表。表1 传统的双燃料控制系统引燃油量的部分脉谱表
位置(。) 转速(1015202530354045505001801801801801801801801801806001801801801801801801801801807001501501501501651651681701728001291321351381421441481521569001151151151151201281321351381000110110110110115124127130132110010510510510511212112312612812001031031031031091181201221241300101101101101106115118119120
在表1中可以看出，引燃油量的所有标定值都在脉谱表中，这个表值只包括特殊 点的引燃油量值，对于油门位置和转速不在标定工况点的引燃油量值则只能由差值法算 出。这种双燃料油气比例控制的方法存在以下不足由于所有引燃油量的标定值都是在车辆正常行驶时确定的，在减速断油或者加速 加浓时，原柴油发动机的喷油脉宽会发生很大的变化，如果引燃油量的确定还是参照表1 中的标定值，那么就会出现引燃油量过大或者过小的现象。引燃油量过大，燃料成本增加， 经济性降低；引燃油量过小，柴油能量太小，不足以引燃天然气，从而导致发动机缺缸；但 如果标定出每个特殊工况点的值，那么标定任务量就会增大。由上可见，传统的柴油/天然气双燃料发动机油气比例的控制方法和装置能对双 燃料发动机的废气排放和燃料经济性产生影响，但很难对柴油和天然气量的比例进行精确 控制，不但不能保证发动机处于安全平稳的运行状态，影响发动机运行的安全性和稳定性， 而且，引燃油量过大时还增加了燃料消耗量和尾气排放。
发明内容
本发明针对传统的柴油/天然气双燃料发动机油气比例的控制方法和装置无法 对柴油和天然气量的比例进行精确控制从而影响发动机运行的安全性和稳定性的问题，提 供一种双燃料发动机油气比例控制的方法，能够根据柴油发动机不同的工作状态精确控制 柴油与天然气比例，从而保证双燃料发动机工作状态安全平稳，降低燃料消耗量，减少尾气 排放。本发明还涉及一种柴油/天然气双燃料发动机油气比例控制装置。本发明的技术方案如下一种双燃料发动机油气比例控制的方法，双燃料发动机包括柴油发动机、柴油控 制系统和天然气控制系统，所述柴油发动机上设置有油门位置采集部件、喷油脉冲采集部 件及转速采集部件，其特征在于，该方法包括采集柴油发动机的水温信号和天然气控制系 统中的天然气压力温度信号，由双燃料发动机电子控制单元(双燃料ECU)根据采集到的油 门位置信号、柴油发动机的水温信号及天然气压力温度信号，判定柴油发动机的工作状态 及进行故障诊断，并根据转速采集部件和喷油脉冲采集部件采集到的柴油发动机的转速信 号和原始喷油脉宽信号，按照标定的柴油发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始 喷油脉宽的比例对柴油控制系统和天然气控制系统分别控制的柴油与天然气比例进行精 确控制。通过在柴油发动机上设置水温传感器采集水温信号，在天然气控制系统中设置天 然气压力温度传感器采集天然气压力温度信号；所述油门位置采集部件为油门位置传感 器，喷油脉冲采集部件为喷油脉冲传感器，转速采集部件为转速传感器。在天然气控制系统中设置采集电源电压信号的电源电压传感器，由双燃料发动机 电子控制单元(双燃料ECU)根据采集到的电源电压信号、油门位置传感器信号、水温传感 器信号及天然气压力温度传感器信号，判定柴油发动机的工作状态及进行故障诊断，所述 工作状态包括柴油发动机的待机、暖机、常温、高温、勻速、加速、减速、怠速、缺缸及电池馈 H1^ ο双燃料发动机电子控制单元(双燃料ECU)还根据转速传感器和喷油脉冲传感器 实时采集到的柴油发动机的转速信号和原始喷油脉宽信号，按照标定的柴油发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷油脉宽的比例对柴油与天然气比例进行修正，所述修 正包括当柴油发动机在过渡工况且柴油和天然气同时存在时，双燃料ECU修正柴油喷油量 按照标定比例增加，天然气量相应的减少；当柴油发动机到了稳定工况时，双燃料ECU按照 标定比例将柴油喷油量减少到基本喷射量，天然气量则成比例增加；当柴油发动机状态异 常时，则故障指示灯开启，并直接转换成纯柴油模式。通过在天然气控制系统中设置双燃料转换开关进行柴油/天然气双燃料模式与 纯柴油模式的切换；和/或所述标定的柴油发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原 始喷油脉宽的比例为5%至80%。一种双燃料发动机油气比例控制装置，所述双燃料发动机包括柴油发动机、柴油 控制系统和天然气控制系统，所述柴油发动机上设置有油门位置采集部件、喷油脉冲采集 部件及转速采集部件，其特征在于，该装置包括互相连接的信号采集模块和双燃料发动机 电子控制单元(双燃料ECU)，所述双燃料ECU分别与柴油控制系统和天然气控制系统相连， 所述信号采集模块包括油门位置采集部件、喷油脉冲采集部件及转速采集部件、柴油发动 机的水温采集部件和天然气压力温度采集部件，所述信号采集模块将各采集部件采集的信 号传输至双燃料ECU ；所述双燃料ECU根据接收的油门位置信号、柴油发动机的水温信号及 天然气压力温度信号，判定柴油发动机的工作状态及进行故障诊断，并根据转速采集部件 和喷油脉冲采集部件采集到的柴油发动机的转速信号和原始喷油脉宽信号，按照标定的柴 油发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷油脉宽的比例，将柴油与天然气的比 例控制信号分别传输至柴油控制系统和天然气控制系统。所述柴油发动机的水温采集部件为水温传感器，所述水温传感器设置于柴油发动 机上，所述天然气压力温度采集部件为天然气压力温度传感器，所述天然气压力温度传感 器设置于天然气控制系统中；所述油门位置采集部件为油门位置传感器，喷油脉冲采集部 件为喷油脉冲传感器，转速采集部件为转速传感器。所述信号采集模块还包括均设置在天然气控制系统中的双燃料转换开关和电源 电压传感器，所述双燃料转换开关输出双燃料运行的手动控制指令信号并传输至双燃料 ECU;所述双燃料ECU根据接收的电源电压信号、油门位置传感器信号、柴油发动机的水温 传感器信号、天然气压力温度传感器信号及双燃料运行的手动控制指令信号，判定柴油发 动机的工作状态及进行故障诊断，所述工作状态包括柴油发动机的待机、暖机、常温、高温、 勻速、加速、减速、怠速、缺缸及电池馈电。所述双燃料E⑶包括互相连接的数据转换单元、故障诊断单元及运算控制器，还 包括均与运算控制器相连的柴油喷嘴控制子模块和天然气喷嘴控制子模块，所述数据转换 单元与信号采集模块相连，所述柴油喷嘴控制子模块与柴油控制系统中的柴油喷嘴相连， 所述天然气喷嘴控制子模块与天然气控制系统中的天然气喷嘴相连；所述数据转换单元接收信号采集模块输出的信号，并将所述信号转换成运算控制 器能识别并参与运算的信号；所述运算控制器接收数据转换单元转换的油门位置传感器信号、柴油发动机的水 温传感器信号及天然气压力温度传感器信号，判定柴油发动机的工作状态，并根据接收的 数据转换单元转换的柴油发动机的转速信号和原始喷油脉宽信号，按照标定的柴油发动机 在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷油脉宽的比例，计算双燃料发动机需要的柴油量与天然气量，并将相应的天然气量喷射的时间与喷射周期输出到天然气喷嘴控制子模 块，同时对柴油喷嘴控制子模块限制相应的柴油喷射量；所述故障诊断单元，根据数据转换单元接收到的各传感器信息判断柴油发动机是 否处于故障状态，并发送相应的故障指令到运算控制器，同时把相应的故障代码变换成周 期可变、占空比时间可变的故障驱动信号；所述柴油喷嘴控制子模块，接收运算控制器的指令，并对柴油喷嘴的工进行驱动 和限制；所述天然气喷嘴控制子模块，接收运算控制器的指令，并对天然气喷嘴的工作进 行驱动和停止。该装置还包括故障指示灯，所述故障指示灯与双燃料ECU中的故障诊断单元相 连，所述故障指示灯接收故障诊断单元的指令，控制故障指示灯闪烁的频率；和/或所述标 定的柴油发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷油脉宽的比例为5%至80%。本发明的技术效果如下本发明涉及的柴油/天然气双燃料发动机油气比例控制的方法，是针对在原车柴 油发动机及柴油控制系统的基础上加装天然气控制系统的双燃料发动机，采用双燃料发动 机电子控制单元(双燃料ECU)根据采集到的油门位置信号、柴油发动机的水温信号及天然 气压力温度信号，判定发动机的工作状态，即精确反映出柴油发动机气缸的运行状态(工 作冲程)，并根据实时采集的柴油发动机的转速信号和原始喷油脉宽信号，按照标定的柴油 发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷油脉宽的比例，实现对柴油控制系统和 天然气控制系统分别控制的柴油与天然气比例的精确控制。避免了传统的柴油/天然气双 燃料发动机油气比例的控制方法采用在脉谱表中查找某工况点所需的柴油量和天然气量 带来的局限性，先判定柴油发动机运行状态，再进行油气比例控制，最终精确控制柴油量与 天然气量，解决了传统的控制方法无法对柴油和天然气量的比例进行精确控制而影响发动 机运行的安全性和稳定性的问题，保证双燃料发动机工作状态安全平稳，降低燃料消耗量， 减少尾气排放。本发明涉及的双燃料发动机油气比例控制装置，包括互相连接的信号采集模块和 双燃料发动机电子控制单元(双燃料ECU)，通过信号采集模块中各采集部件进行信号采 集，采集到柴油发动机当前的状态信息，并将采集的这些状态信息及时准确地传输至双燃 料ECU，双燃料ECU根据接收的各采集信号，判定柴油发动机的工作状态及进行故障诊断， 并根据实时采集的柴油发动机的转速信号和原始喷油脉宽信号，按照标定的柴油发动机在 各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷油脉宽的比例，将柴油与天然气的比例控制信号 分别传输至柴油控制系统和天然气控制系统，最终由柴油控制系统中的柴油喷嘴喷油，天 然气控制系统中的天然气喷嘴喷气，实现对柴油量和天然气量的准确控制，保证发动机运 行的安全性和稳定性，优化燃料消耗、尾气排放指标。
图1为本发明柴油/天然气双燃料发动机油气比例控制的方法的优选流程示意 图。图2为双燃料发动机油气比例控制的方法断油加气的原理图。
图3a为本发明双燃料发动机油气比例控制的方法的硬件电路示意图。图北为本发明双燃料发动机油气比例控制装置与双燃料发动机的连接结构示意 图。图4为本发明柴油/天然气双燃料发动机油气比例控制装置的优选结构示意图。图5为本发明控制装置的信号采集模块的原始喷油脉宽信号采集原理示意图。图6为本发明控制装置的柴油喷嘴控制子模块的结构示意图。
具体实施例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。本发明实施例提供一种柴油/天然气双燃料发动机油气比例控制的方法，其中， 双燃料发动机包括柴油发动机、柴油控制系统和天然气控制系统，柴油发动机可以采用电 控泵喷嘴、电控单体泵及电控高压共轨结构的发动机，柴油发动机上已设置的油门位置采 集部件、喷油脉冲采集部件及转速采集部件分别为油门位置传感器、喷油脉冲传感器及转 速传感器。该控制方法包括在柴油发动机上设置水温传感器来采集柴油发动机的水温信 号，在天然气控制系统中设置天然气压力温度传感器、双燃料转换开关和电源电压传感器 分别实现天然气压力温度信号的采集、柴油/双燃料模式切换和电源电压信号的采集，由 双燃料发动机电子控制单元(双燃料ECU)根据采集到的电源电压信号、油门位置传感器信 号、柴油发动机的水温传感器信号及天然气压力温度传感器信号，判定柴油发动机的工作 状态(如柴油发动机的待机、暖机、常温、高温、勻速、加速、减速、怠速、缺缸及电池馈电等 工作状态)及进行故障诊断，并根据转速传感器和喷油脉冲传感器检测到的柴油发动机实 时的转速信号和原始喷油脉宽信号，按照标定的柴油发动机在各工作状态下的有效喷油脉 宽所占原始喷油脉宽的比例对柴油控制系统和天然气控制系统分别控制的柴油与天然气 比例进行精确控制。该控制方法的具体流程如图1所示，包括步骤101 采集柴油发动机外围传感器的信号，包括柴油发动机的水温传感器信 号，天然气压力温度传感器信号，油门位置传感器信号，电源电压信号，转速信号，将采集到 的信号数据转换成双燃料发动机电子控制单元(双燃料ECU)能识别的数据后，进入下一步 骤 102。步骤102 将采集到的数据进行算法处理后，针对各种传感器的硬件特性进行技 术分析处理，做出明确判断，判定柴油发动机的工作状态及进行故障诊断柴油发动机的水温传感器信号判断水温< 60或者70度，判断柴油发动机处于暖 机状态，双燃料模式根据不同机型判断该状态加入柴油/天然气双燃料的比例。水温信号 大于>90度时，判断柴油发动机处于高温状态，适当减少或者禁止气体燃料的加入，防止 柴油发动机工作在高温危险状态，损坏发动机。在待机状态时柴油发动机水温超过正常的 柴油发动机工作水温范围(-40-100度)时，即判断水温传感器失效，进入故障模式。天然气压力温度传感器信号判断燃气的压力温度，确定气瓶的燃气的存储量，及 燃气的密度值，真正修正燃气的喷气量，给燃气喷嘴有效补偿提供重要参数。在使用时天然 气压力温度信号超过正常的天然气压力(0.25MPa)温度(-50-10度)范围时，即判断天然 气压力温度传感器失效，进入故障模式。
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油门位置传感器信号油门位置传感器信号时刻反映司机对柴油发动机的要求状 态，明确反映该车辆处于待机、加速、急加速、勻速、急减速、减速等状态。在使用时油门位置 传感器信号超过正常的适用范围(85度)时，即判断油门位置传感器失效，进入故障模式。油门位置传感器信号处于最小值无变化，发动机为待机状态；油门位置传感器信 号处于逐渐增大状态，发动机为加速状态；油门位置传感器信号在一定时间内突然增加的 范围超过一定量值时，判断为急加速状态；油门位置传感器信号处于一定值范围而且大于 最小值无变化，发动机为勻速状态；油门位置传感器信号在一定时间内突然减小的范围超 过一定量值时，判断为急减速状态；油门位置传感器信号处于逐渐减小状态，发动机为减速 状态。电源电压传感器信号判断整车电池是否馈电，会有自动提升转速，为整车电池充 电，防止电池馈电造成下次车辆启动困难，车辆运行时用电器件工作在低电压不正常状态， 也为控制用电执行器件提供控制补偿参数。发动机是否故障，是，则将故障码发送给步骤107，同时直接进入步骤109的纯柴 油模式；反之，则进入下一步骤103。步骤103 检测柴油发动机当前转速，判断柴油发动机运行状态，柴油发动机的转 速信号反映柴油发动机的当前转速，时刻反映柴油发动机的实时转速。柴油发动机处于静 止，怠速等柴油发动机实际运行转速的状态。柴油发动机的转速<发动机最小转速(例如200转/分)时，柴油发动机处于静 止待机状态；柴油发动机的转速一直停留在怠速转速时(例如650转/分)，柴油发动机为 怠速；该信号结合油门位置信号判断出柴油发动机的减速断油，和最大转速保护状态；油 门位置处于急减速状态，柴油发动机转速从高转速下降时，判断柴油发动机为减速状态。如果无信号则判断柴油发动机为待机工况104，同时循环执行上述步骤，等待柴油 发动机正常运行后继续执行如下步骤105。步骤105 转速信号正常后，检测柴油发动机的喷油脉宽数，测出柴油喷油脉宽的 时间值，该步骤是判断柴油发动机加入天然气量的重要依据，如果原始喷油脉宽信号不正 常，则输出相应的数据到步骤107，同时自动运行步骤109 ；反之则进入下一步骤106。检测喷油脉宽及控制喷油脉宽的方法在一个工作循环中，柴油发动机中的每个缸各参与一次工作，所以需对各个缸分 别进行断油处理。在底层设计上，设置CPU的一个计时器口为上升沿触发，在喷油开始时 计数器开始计时，计数器到达所标定的引燃油量时，计数器清零，同时CPU发出断油信号， IGBT或者mosfet管停止工作，使断油开关关断，完成断油任务。图2为双燃料发动机油气比例控制的方法断油加气的原理图，标示201为原始喷 油脉宽，在双燃料模式下，对每个喷油信号都进行断油处理，在每个喷油信号的前部分是实 际的喷油时间(有效喷油脉宽的时间)，即标示202所示部分，也就是引燃柴油量的喷油时 间；从断油信号发出到高位的喷油信号结束这段时间为无效喷油时间，即标示203所示部 分，虽高位有信号指令，但断油开关关断，与低位构不成回路，柴油喷嘴停止工作。后面的无 效喷油脉宽的时间203按照相应的比例换算成相对应的燃气量，补偿原始喷油脉宽201的 能量损失，保证发动机动力正常。按照事先标定的柴油发动机在各工作状态下的有效喷油 脉宽所占原始喷油脉宽的比例，实现对柴油与天然气比例的精确控制。
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步骤106 该步骤是判断柴油发动机是否缺缸或者是否在减速断油或者紧急加速 状态的重要依据，由柴油发动机的转速信号结合原始喷油脉宽信号的频率完成步骤106，转 速信号和原始喷油脉宽信号能精确反映出发动机气缸的运行状态(工作冲程)，双燃料ECU 根据原始喷油脉宽信号的频率和气缸状态判断柴油发动机是否正常运行，是缺缸，则将信 息发送到步骤107，同时自动运行步骤109 ；反之，则直接进入下一步骤108。步骤108 启动双燃料控制模式必须同时满足①柴油发动机正常运行、②双燃料 转换开关111开启，如果其中一个不满足，则自动运行步骤109 ；若满足，则执行控制柴油喷 油量和加入天然气，两种燃料同时工作，执行步骤110。步骤110 根据发动机的工作状态，精确计算满足发动机正常运行的柴油量与天 然气量，在加入天然气时要求过渡平稳，保证原车驾驶的舒适性。双燃料ECU按照标定的柴油发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷 油脉宽的比例对柴油与天然气比例进行修正，当柴油发动机在过渡工况且柴油和天然气同 时存在时，双燃料ECU修正柴油喷油量按照标定比例增加，天然气量相应的减少；当柴油发 动机到了稳定工况时，双燃料ECU按照标定比例将柴油喷油量减少到基本喷射量，天然气 量则成比例增加；当柴油发动机状态异常时，则输出故障码，并直接转换成纯柴油模式。该控制方法是利用采集来的原始喷油脉宽信号的数据，按照既定比例计算出所对 应的引燃油量。标定的柴油发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷油脉宽的比 例优选为5%至80%。例如采集到某一工况点原始喷油脉宽为1200，标定百分比为10%， 则此工况的引燃油量就为1200X10%= 120这样就利用了原柴油发动机在加速补偿和减速断油工况控制策略上的优势，避免 了柴油发动机引燃油量不足或多余的现象。由于柴油发动机在不同的工况点所需要的百 分比理论油量不同——例如柴油发动机在低速大扭矩时需要较多的引燃油量，而在高速小 扭矩时很少的引燃油量就可以引燃天然气，所以利用这种方法不需要确定发动机的工况区 域，只需根据原始喷油量使用相同百分比的天然气量。为实现对纯柴油工况向双燃料工况切换的优化控制，针对双燃料发动机特性，基 于能量守恒方程，该控制方法采用了前馈控制和比例积分控制相结合，硬件电路如图3a所 示，双燃料ECU 302对柴油发动机301进行喷油信号采集，根据参考值部分303采集的油门 位置传感器信号，柴油发动机的水温传感器信号，天然气压力温度传感器信号判断此刻柴 油发动机301的运行状态，按照既定的控制策略确定相应基本柴油喷射量的比例，即标定 的柴油发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷油脉宽的比例，从而对柴油发动 机301完成喷油控制。在过渡工况，柴油和天然气同时存在，进入稳定工况后柴油量按照 相应的比例减少到基本喷油量，天然气量成比例增加；如发动机状态异常，则故障指示灯开 启，直接转换成纯柴油模式。本发明实施例还提供一种电控单体泵、泵喷嘴、共轨技术下的柴油/天然气双燃 料发动机油气比例控制的装置，该双燃料发动机包括柴油发动机、柴油控制系统和天然气 控制系统。图北为本发明双燃料发动机油气比例控制装置与双燃料发动机的连接结构示 意图，双燃料发动机油气比例控制装置通过对柴油发动机、柴油控制系统及天然气控制系 统的控制来实现柴油发动机在不同工作状态下的柴油和天然气比例的精确控制，保证双燃料发动机工作状态安全平稳。本发明的该控制装置的优选结构示意图如图4所示，包括互 相连接的信号采集模块410和双燃料发动机电子控制单元(双燃料ECU) 420 (即图3a中的 双燃料E⑶30 ，双燃料E⑶420分别与柴油控制系统和天然气控制系统相连。具体地信 号采集模块410包括双燃料转换开关411，原始喷油脉宽传感器412，转速传感器413，水温 传感器414，天然气压力温度传感器信号415，油门位置传感器416和电源电压传感器417 ； 双燃料E⑶420包括互相连接的数据转换单元421、故障诊断单元422及运算控制器423，还 包括均与运算控制器423相连的柴油喷嘴控制子模块4M和天然气喷嘴控制子模块425，数 据转换单元421与信号采集模块410内的各传感器相连，柴油喷嘴控制子模块4M与柴油 控制系统中的柴油喷嘴431相连，天然气喷嘴控制子模块425与天然气控制系统中的天然 气喷嘴432相连；该控制装置还包括故障指示灯433，该故障指示灯433与双燃料E⑶中的 故障诊断单元422相连。信号采集模块410，采集各传感器检测的信号并及时准确的发送到双燃料 ECU420，双燃料ECU420，所述双燃料ECU根据接收的电源电压信号、油门位置传感器信号、 柴油发动机的水温传感器信号、天然气压力温度传感器信号及双燃料运行的手动控制指令 信号，经过数据转换单元421处理后，变成运算控制器423能识别并参与运算的数据，运算 控制器423通过软件算法，判定柴油发动机的工作状态，所述工作状态包括柴油发动机的 待机、暖机、常温、高温、勻速、加速、减速、怠速、缺缸及电池馈电等，计算相应的柴油量与天 然气量，分别输出到柴油喷嘴控制单元424与天然气喷嘴控制子模块425，故障诊断单元 422判断柴油发动机是否存在故障，是，则记录下故障信号，并按照标准的脉宽数和占空比， 输出故障驱动信号至故障指示灯433。双燃料转换开关411，为本发明装置的新增器件，设置在天然气控制系统中，输出 (0-12V)的电压信号，作为双燃料运行的手动控制指令信号；原始喷油脉宽传感器412，为柴油发动机上设置的已有器件，准确的测出柴油喷嘴 当前的喷油量，把油量信息准确发送到数据转换单元421 ；其中，原始喷油脉宽信号利用专 用的集成芯片Ul采集，该芯片为专业磁电信号处理器，能抗士200V的干扰脉冲，图5为原 始喷油脉宽信号采集原理示意图，信号处理后变成0-+5V方波信号，进入双燃料ECU，ECU对 采集到的该柴油喷油时间进行分析处理，确定柴油发动机处在何种工作状态，根据该状态 信息来确定柴油喷射时间与天然气喷射时间；转速传感器413，为柴油发动机上设置的已有器件，实时采集柴油发动机转速信 号，发送给数据转换单元421;水温传感器414，为本发明装置的新增器件，设置在柴油发动机上，实时采集柴油 发动机冷却水温信号，发送给数据转换单元421 ；天然气压力温度传感器415，为本发明装置的新增器件，设置在天然气控制系统 中，实时检查减压器出口天然气压力的值及天然气温度值，发送给数据转换单元421 ；油门位置传感器416，为柴油发动机上设置的已有器件，实时采集司机对发动机的 操作状态，发送到数据转换单元421 ；电源电压传感器417，为本发明装置的新增器件，设置在天然气控制系统中，实时 采集整车电源电压信号，发送给数据转换单元421。所述数据转换单元421，接收信号采集模块410的所有模拟信号或数字信号，转换成运算控制器423能参与运算的可识别信号；运算控制器423，处于柴油/天然气双燃料时，接收数据转换单元421转换的油门 位置传感器信号、柴油发动机的水温传感器信号及天然气压力温度传感器信号，判定柴油 发动机的工作状态，并根据接收的数据转换单元421转换的柴油发动机的转速信号和原始 喷油脉宽信号，按照标定的柴油发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷油脉宽 的比例(该比例优选为5%至80% )，计算双燃料发动机需要的柴油量与天然气量，然后把 相应的天然气量的喷射时间与喷射周期输出到天然气喷嘴控制子模块425，同时对柴油控 制子模块424限制相应的柴油喷射量，如果运算结果不满足双燃料条件，则通知柴油喷嘴 控制子模块4M不对原柴油喷嘴431做任何控制，并停止天然气喷嘴控制子模块425的工 作；所述故障诊断单元422，根据数据转换单元421采集到的柴油发动机的运行状态 信息，判断该柴油发动机是否处于故障状态，是，则发送相应的故障指令到运算控制器423， 同时把相应的故障代码变换成周期可变、占空比时间可变的故障驱动信号；所述柴油喷嘴控制子模块424，接收运算控制器423的指令，对柴油喷嘴431的工 作进行驱动和限制；图6为本发明控制装置的柴油喷嘴控制子模块的结构示意图。在原车 的柴油控制系统中，M0SFET_A管601与M0SFET_B管606组成高低位驱动柴油喷嘴602 (即 为图4中的柴油喷嘴431)，双燃料ECU中的柴油喷嘴控制子模块在柴油喷嘴602的低位加 入开关MOSFET管603，通过控制MOSFET管603的开与关，进而控制整个柴油控制系统的 通与断，达到精确控制喷油量的目的，同时对柴油控制系统进行故障诊断，电流取样传感器 604在整个诊断过程中要求精确到0. 1 %，采集整个柴油控制系统中的电流信号，再将该信 号发送到电流采集芯片605，经过电流采集芯片605运算处理后进入双燃料E⑶的故障诊断 单元；所述天然气喷嘴控制子模块425，接收运算控制器423的指令，对天然气喷嘴432 的工作进行驱动和停止。所述柴油控制系统中的柴油喷嘴431，接收双燃料ECU中柴油喷嘴控制子模块4 的指令，控制柴油喷射量；所述天然气控制系统中的天然气喷嘴432，接收双燃料ECU中天然气喷嘴控制子 模块425的指令，控制天然气喷射量；所述故障指示灯433，接收故障诊断单元422的指令，控制故障指示灯433闪烁的 频率，明确反映柴油发动机的故障点。需要说明的是，本发明控制装置的该实施例可以应用于电控泵喷嘴、电控单体泵 及电控高压共轨结构的发动机，可加入的天然气类型包括CNG(压缩天然气)和LNG(液化 天然气)。由上述可见，本发明实施例中的电控单体泵、泵喷嘴、共轨技术下的柴油/天然气 双燃料发动机油气比例控制的方法和装置，在原车柴油发动机及柴油控制系统的基础上加 装天然气控制系统，精确控制柴油发动机在不同工作状态下的柴油和天然气比例，从而保 证双燃料发动机工作状态安全平稳，降低燃料消耗量，减少尾气排放。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。
权利要求
1.一种双燃料发动机油气比例控制的方法，双燃料发动机包括柴油发动机、柴油控制 系统和天然气控制系统，所述柴油发动机上设置有油门位置采集部件、喷油脉冲采集部件 及转速采集部件，其特征在于，该方法包括采集柴油发动机的水温信号和天然气控制系统 中的天然气压力温度信号，由双燃料发动机电子控制单元(双燃料ECU)根据采集到的油门 位置信号、柴油发动机的水温信号及天然气压力温度信号，判定柴油发动机的工作状态及 进行故障诊断，并根据转速采集部件和喷油脉冲采集部件采集到的柴油发动机的转速信号 和原始喷油脉宽信号，按照标定的柴油发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷 油脉宽的比例对柴油控制系统和天然气控制系统分别控制的柴油与天然气比例进行精确 控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在柴油发动机上设置水温传感器采 集水温信号，在天然气控制系统中设置天然气压力温度传感器采集天然气压力温度信号； 所述油门位置采集部件为油门位置传感器，喷油脉冲采集部件为喷油脉冲传感器，转速采 集部件为转速传感器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在天然气控制系统中设置采集电源电压 信号的电源电压传感器，由双燃料发动机电子控制单元(双燃料ECU)根据采集到的电源电 压信号、油门位置传感器信号、水温传感器信号及天然气压力温度传感器信号，判定柴油发 动机的工作状态及进行故障诊断，所述工作状态包括柴油发动机的待机、暖机、常温、高温、 勻速、加速、减速、怠速、缺缸及电池馈电。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，双燃料发动机电子控制单元(双燃 料ECU)还根据转速传感器和喷油脉冲传感器实时采集到的柴油发动机的转速信号和原始 喷油脉宽信号，按照标定的柴油发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷油脉宽 的比例对柴油与天然气比例进行修正，所述修正包括当柴油发动机在过渡工况且柴油和天 然气同时存在时，双燃料ECU修正柴油喷油量按照标定比例增加，天然气量相应的减少；当 柴油发动机到了稳定工况时，双燃料ECU按照标定比例将柴油喷油量减少到基本喷射量， 天然气量则成比例增加；当柴油发动机状态异常时，则故障指示灯开启，并直接转换成纯柴 油模式。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过在天然气控制系统中设置双燃料转 换开关进行柴油/天然气双燃料模式与纯柴油模式的切换；和/或所述标定的柴油发动机 在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷油脉宽的比例为5%至80%。
6.一种双燃料发动机油气比例控制装置，所述双燃料发动机包括柴油发动机、柴油控 制系统和天然气控制系统，所述柴油发动机上设置有油门位置采集部件、喷油脉冲采集部 件及转速采集部件，其特征在于，该装置包括互相连接的信号采集模块和双燃料发动机电 子控制单元(双燃料ECU)，所述双燃料ECU分别与柴油控制系统和天然气控制系统相连，所 述信号采集模块包括油门位置采集部件、喷油脉冲采集部件及转速采集部件、柴油发动机 的水温采集部件和天然气压力温度采集部件，所述信号采集模块将各采集部件采集的信号 传输至双燃料ECU ；所述双燃料ECU根据接收的油门位置信号、柴油发动机的水温信号及天 然气压力温度信号，判定柴油发动机的工作状态及进行故障诊断，并根据转速采集部件和 喷油脉冲采集部件采集到的柴油发动机的转速信号和原始喷油脉宽信号，按照标定的柴油 发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷油脉宽的比例，将柴油与天然气的比例控制信号分别传输至柴油控制系统和天然气控制系统。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述柴油发动机的水温采集部件为水温 传感器，所述水温传感器设置于柴油发动机上，所述天然气压力温度采集部件为天然气压 力温度传感器，所述天然气压力温度传感器设置于天然气控制系统中；所述油门位置采集 部件为油门位置传感器，喷油脉冲采集部件为喷油脉冲传感器，转速采集部件为转速传感ο
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信号采集模块还包括均设置在天然 气控制系统中的双燃料转换开关和电源电压传感器，所述双燃料转换开关输出双燃料运行 的手动控制指令信号并传输至双燃料ECU ；所述双燃料ECU根据接收的电源电压信号、油门 位置传感器信号、柴油发动机的水温传感器信号、天然气压力温度传感器信号及双燃料运 行的手动控制指令信号，判定柴油发动机的工作状态及进行故障诊断，所述工作状态包括 柴油发动机的待机、暖机、常温、高温、勻速、加速、减速、怠速、缺缸及电池馈电。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述双燃料ECU包括互相连接的数据 转换单元、故障诊断单元及运算控制器，还包括均与运算控制器相连的柴油喷嘴控制子模 块和天然气喷嘴控制子模块，所述数据转换单元与信号采集模块相连，所述柴油喷嘴控制 子模块与柴油控制系统中的柴油喷嘴相连，所述天然气喷嘴控制子模块与天然气控制系统 中的天然气喷嘴相连；所述数据转换单元接收信号采集模块输出的信号，并将所述信号转换成运算控制器能 识别并参与运算的信号；所述运算控制器接收数据转换单元转换的油门位置传感器信号、柴油发动机的水温传 感器信号及天然气压力温度传感器信号，判定柴油发动机的工作状态，并根据接收的数据 转换单元转换的柴油发动机的转速信号和原始喷油脉宽信号，按照标定的柴油发动机在各 工作状态下的有效喷油脉宽所占原始喷油脉宽的比例，计算双燃料发动机需要的柴油量与 天然气量，并将相应的天然气量喷射的时间与喷射周期输出到天然气喷嘴控制子模块，同 时对柴油喷嘴控制子模块限制相应的柴油喷射量；所述故障诊断单元，根据数据转换单元接收到的各传感器信息判断柴油发动机是否处 于故障状态，并发送相应的故障指令到运算控制器，同时把相应的故障代码变换成周期可 变、占空比时间可变的故障驱动信号；所述柴油喷嘴控制子模块，接收运算控制器的指令，并对柴油喷嘴的工进行驱动和限制；所述天然气喷嘴控制子模块，接收运算控制器的指令，并对天然气喷嘴的工作进行驱 动和停止。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，该装置还包括故障指示灯，所述故障指 示灯与双燃料ECU中的故障诊断单元相连，所述故障指示灯接收故障诊断单元的指令，控 制故障指示灯闪烁的频率；和/或所述标定的柴油发动机在各工作状态下的有效喷油脉宽 所占原始喷油脉宽的比例为5%至80%。
全文摘要
本发明公开了一种双燃料发动机油气比例控制的方法和装置，该方法包括由双燃料发动机电子控制单元(双燃料ECU)根据采集到的油门位置信号、柴油发动机的水温信号及天然气压力温度信号，判定柴油发动机的工作状态及进行故障诊断，并根据采集到的柴油发动机的转速信号和原始喷油脉宽信号对柴油与天然气比例进行精确控制。该控制方法和装置能够根据柴油发动机不同的工作状态精确控制柴油与天然气比例，从而保证双燃料发动机运行安全平稳，降低燃料消耗量，减少尾气排放。
文档编号F02D41/38GK102072036SQ201110009820
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月17日 优先权日2011年1月17日
发明者吕国怀, 吴光耀, 李健, 陈德岭, 陈长建 申请人:吕国怀, 李健