一种天然气发动机控制及燃料供给系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种天然气发动机控制及燃料供给系统及 方法。
【背景技术】
[0002] 目前由于车辆尾气排放带来环境空气质量恶化的趋势越来越明显。诸如北京上海 等汽车保有量巨大的城市相继出现空气PM2. 5数值过高，严重雾霾的天气。降低汽车尾气 对环境的污染，成为摆在人们面前一个不得不解决的重要问题。燃气发动机的诞生和应用 在很大程度上缓解了汽车排放带来的环境压力。近年来出现了燃气轿车，燃气轻卡，燃气重 卡，燃气轮船等以燃气作为燃料的交通工具。而在农业装备上，比如拖拉机、收割机等使用 天然气作为燃料却还没有被大量普及。虽然天然气要比汽油和柴油的经济性好，排放性能 优越，但是还没有以液化天然气为燃料的发动机有效应用于拖拉机这类农业装备上。这是 由于燃气发动机在拖拉机等农业装备方面的应用存在以下缺陷：
[0003] (1)拖拉机使用的工况比较复杂，有的甚至是在恶劣的情况下实施作业，因此稳定 和可靠性能对拖拉机而言显得至关重要。以液态天然气作为燃料的拖拉机，其稳定和可靠 性相对于柴油发动机更低。
[0004] (2)拖拉机对车速要求不高，但是对输出扭矩要求很高，以天然气作为燃料的拖拉 机的动力性要普遍要比柴油发动机差。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0006] 为此，本发明的目的在于提出一种天然气发动机控制及燃料供给系统及方法，可 以实现采用有效的控制算法实现点火和天然气供给的最优化，并在发动机E⑶模块中实 现，能够合理配置燃气和空气的比例，使其达到最佳配比状态。
[0007] 为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供了一种天然气发动机控制及燃料 供给系统，包括：天然气供给装置，用于向发动机提供天然气，所述天然气供给装置包括: 依次相连的LNG储液罐、蒸发器、减压器、用于调节压力和流量的电子调节阀和用于混合空 气和天然气的机械混合器，所述机械混合器进一步连接至发动机；发动机电控装置，与所述 天然气供给装置和发动机相连，用于采集所述发动机的多个运行状态信息，并根据所述运 行状态信息配置向所述发动机供给的空气和燃气的比例，以及根据所述的空气和燃气的比 例生成对应的控制命令，由所述天然气供给装置和点火执行单元根据所述控制命令执行相 应调节动作，以及在调节过程后，检测所述发动机输出的实际扭矩值与预设的目标扭矩值 的差值是否在预设合理区间内，如果是则控制所述发动机以该空气和燃气的比例运行，否 则由所述发动机电控装置重新配置新的空气和燃气的比例，直至所述发动机输出的实际扭 矩值达到预设的目标扭矩值。
[0008] 其中，所述发动机电控装置包括：状态信息采集模块、发动机ECU模块和点火执行 4 CN 104696085 A 说明书 2/7页 单元，其中，所述状态信息采集模块与所述发动机相连，用于采集所述发动机的多个运行状 态信息，其中，所述多个运行状态信息包括：发动机转速、发动机冷却水温度、发动机的进 气压力信息、发动机的排放空燃比信息和发动机扭矩值；所述发动机ECU模块与所述状态 信息采集模块相连，用于根据所述运行状态信息配置向所述发动机供给的空气和燃气的比 例，以及根据所述的空气和燃气的比例生成对应的控制命令，包括：所述发动机E⑶模块 根据所述发动机转速和进气压力信息计算目标点火时刻和目标蓄能时间，以及根据所述发 动机的排放空燃比计算目标电子控制阀开度值，进而根据所述目标点火时刻和目标蓄能时 间、目标电子控制阀开度值生成对应的控制命令；所述点火执行单元与所述发动机ECU模 块相连，用于根据所述目标点火时刻执行对应动作，所述电子调节阀根据目标电子控制阀 开度值执行对应动作，所述减压器根据所述目标蓄能时间执行对应动作。
[0009] 并且，所述状态信息采集模块包括：转速传感器，用于采集所述发动机的发动机转 速；水温传感器，用于采集所述发动机冷却水温度；氧传感器，用于采集所述发动机排放空 燃比；进气压力传感器，用于采集所述发动机进气压力；扭矩传感器，用于采集所述发动机 输出扭矩值。
[0010] 其中，所述发动机E⑶模块包括：控制算法单元，与所述状态信息采集模块相连， 用于接收所述多个运行状态信息，根据所述发动机转速计算目标点火时刻和目标蓄能时 间，以及根据所述发动机的排放空燃比计算目标电子控制阀开度值，进而根据所述目标点 火时刻和目标蓄能时间、目标电子控制阀开度值生成对应的控制命令，其中，所述控制命令 包括调节阀控制命令和点火控制命令；调节阀控制单元，与所述电子调节阀相连，用于根据 所述调节阀控制命令控制所述电子调节阀调节阀门的开度值；点火控制单元，与所述点火 执行单元相连，用于根据所述点火控制命令控制所述点火执行单元调节点火提前角。
[0011] 其中，所述发动机输出的实际扭矩值与目标扭矩值的差值的预设合理区间为 10 ~30N*m。
[0012] 根据本发明实施例的天然气发动机控制及燃料供给系统，采用机械混合器和电子 调节阀相结合的方法实现天然气的供给，采用有效的控制算法实现点火和天然气供给的最 优化，并在发动机ECU模块中实现，能够合理配置燃气和空气的比例，使其达到最佳配比状 态，从而在保证发动机动力性的前提下，降低有害废气的排放，节能环保。本发明提供了一 套高效的电控方法和供气设备，为燃气发动机在农业装备广泛普及提供了有力技术支持。
[0013] 本发明另一方面的实施例提供了 一种天然气发动机控制及燃料供给方法，包括如 下步骤：
[0014] 步骤S1，多个传感器采集所述发动机的多个运行状态信息，并发送至发动机E⑶ 丰旲块；
[0015] 步骤S2,所述发动机E⑶模块根据所述运行状态信息配置向所述发动机供给的空 气和燃气的比例，以及根据所述的空气和燃气的比例生成对应的控制命令；
[0016] 步骤S3,所述发动机ECU模块将所述控制命令发送至发动机的天然气供给装置和 点火执行单元，由所述天然气供给装置和点火执行单元根据所述控制命令执行相应调节动 作；
[0017] 步骤S4,在调节过程后，所述发动机ECU模块检测所述发动机输出的实际扭矩值 与预设的目标扭矩值的差值是否在预设合理区间内，如果是则控制所述发动机以该空