一種lng/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種LNG(液化天然氣)/柴油的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)重，車輛尾氣排放已成為主要污染源。雖然柴油機(jī)電控技術(shù)中的傳感器，微處理器，執(zhí)行器及專用集成電路日趨成熟，但是日益加劇的空氣污染問(wèn)題，迫使各國(guó)都開(kāi)始研究更加清潔的替代能源。
[0003]天然氣作為一種清潔能源，與傳統(tǒng)的石油燃料相比，幾乎沒(méi)有顆粒物的排放。然而目前大多數(shù)的LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)對(duì)于引燃油量和天然氣噴射時(shí)間的控制都是采用開(kāi)環(huán)控制的方法，缺乏對(duì)天然氣噴射量進(jìn)行閉環(huán)實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)在雙燃料運(yùn)行模式下的性能無(wú)法得到進(jìn)一步提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)開(kāi)環(huán)控制無(wú)法對(duì)天然氣噴射量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致可能的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定、性能下降。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題:一種LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:包括電子控制單元及依次與電子控制單元連接的轉(zhuǎn)速傳感器、油門位置傳感器、水溫傳感器、排氣溫度傳感器、氧傳感器、天然氣供給系統(tǒng)及柴油供給系統(tǒng);所述轉(zhuǎn)速傳感器用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速;所述油門位置傳感器用于測(cè)量油門開(kāi)度;所述水溫傳感器用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水溫;所述排氣溫度傳感器、氧傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管前段，準(zhǔn)確檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的空燃比反饋信號(hào)并傳送給電子控制單元，使電子控制單元能判別氣缸內(nèi)混合氣濃度和燃燒情況，并對(duì)柴油引燃油量、天然氣噴射時(shí)間和噴射量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié);所述柴油供給系統(tǒng)包括油箱、燃油濾清器、輸油栗、噴油栗、噴油嘴、步進(jìn)電機(jī)及噴油壓力傳感器;所述油箱存儲(chǔ)柴油;燃油濾清器安裝于油箱與輸油栗之間，用于濾除柴油雜質(zhì)；噴油栗連接噴油嘴;步進(jìn)電機(jī)分別控制輸油栗、噴油栗;噴油壓力傳感器安裝在噴油栗與噴油嘴間，并與電子控制單元連接;所述天然氣供給系統(tǒng)包括LNG儲(chǔ)罐、液化器、調(diào)壓閥、電磁閥、天然氣噴嘴、混合器及天然氣壓力傳感器;LNG儲(chǔ)罐用于存儲(chǔ)天然氣;天然氣經(jīng)液化器液化依次流經(jīng)調(diào)壓閥、電磁閥、天然氣噴嘴、混合器;天然氣壓力傳感器安裝在調(diào)壓閥與電磁閥之間，并與電子控制單元連接;噴油壓力傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器，油門位置傳感器，水溫傳感器和排氣溫度傳感器的信號(hào)同時(shí)傳送給電子控制單元，根據(jù)傳入信號(hào)，電子控制單元輸出信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)和天然氣噴嘴;其中步進(jìn)電機(jī)用于控制LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的引燃量，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)速信號(hào)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電磁閥開(kāi)關(guān)時(shí)間；電子控制單元根據(jù)噴油壓力傳感器產(chǎn)生的信號(hào)確定天然氣噴氣時(shí)刻。
[0006]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述混合器為柱塞式雙排孔混合器，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓與進(jìn)氣歧管之間，縮短天然氣和空氣的混合氣到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的距離，減少控制系統(tǒng)對(duì)天然氣噴射量的控制發(fā)生變化到實(shí)際進(jìn)入氣缸的混合氣發(fā)生變化的時(shí)間差，提高響應(yīng)速度。
[0007]在本發(fā)明一實(shí)施例中，LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比的控制采用開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的方式，根據(jù)氧傳感器所測(cè)量的空燃比與目標(biāo)空燃比的閉環(huán)調(diào)節(jié)油量和燃?xì)饬渴箤?shí)測(cè)空燃比和目標(biāo)空燃比一致。
[0008]在本發(fā)明一實(shí)施例中，該系統(tǒng)將雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況主要?jiǎng)澐譃閱?dòng)和怠速工況、過(guò)渡工況、限速工況、常規(guī)工況和瞬態(tài)工況，發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式分為停止模式、啟動(dòng)-怠速模式、常規(guī)模式、過(guò)渡模式、限速模式和瞬態(tài)模式，不同工況采用不同的工作模式;雙燃料下各工作模式的判斷是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前的油門開(kāi)度和轉(zhuǎn)速來(lái)確定切換的;所述各模式的定義如下:停止模式:發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止工作；啟動(dòng)-怠速模式:發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，但是油門踏板未被踩下這段時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)；限速模式:雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)2800r/min時(shí)的工作狀態(tài);常規(guī)模式:雙燃料模式正常運(yùn)行時(shí)的工作狀態(tài);瞬態(tài)模式:包括有急加速模式和減速模式，急加速模式是指油門踏板未被踩下的工作狀態(tài)，急減速模式是指駕駛員油門踏板被松開(kāi)的工作狀態(tài);過(guò)渡模式:發(fā)動(dòng)機(jī)從純柴油工作模式向雙燃料工作模式切換時(shí)的工作狀態(tài)；同時(shí)，判定天然氣模式狀態(tài)必須滿足以下兩個(gè)個(gè)條件:LNG儲(chǔ)罐的儲(chǔ)氣壓力不低于設(shè)定值，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度應(yīng)不低于最低溫度閾值，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)高于設(shè)定值，即發(fā)動(dòng)機(jī)必須運(yùn)行一段時(shí)。
[0009]在本發(fā)明一實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電子控制單元首先進(jìn)入自檢模式，在自檢模式下主繼電器關(guān)閉后，步進(jìn)回到初始位置，步進(jìn)電機(jī)到位后，管路高壓電磁閥打開(kāi)，2S后關(guān)閉檢查這些執(zhí)行器是否能正常工作;若系統(tǒng)正常則根據(jù)傳感器信號(hào)確定各個(gè)模式之間的相互轉(zhuǎn)換，各模式間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下:啟動(dòng)-怠速模式:發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)成功后，轉(zhuǎn)速逐漸增加，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，并且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于100r/min且低于900r/min時(shí)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)-怠速工況，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于100r/min時(shí)，則進(jìn)入停止模式；常規(guī)模式:雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)處于啟動(dòng)-怠速工況時(shí)，踩下油門踏板，若油門開(kāi)度大于25%，轉(zhuǎn)速超過(guò)I lOOr/min且冷卻水溫度超過(guò)最低溫度閾值，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入常規(guī)模式;若松開(kāi)油門踏板，當(dāng)油門開(kāi)度小于25%且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于llOOr/min，控制模式從常規(guī)模式回到啟動(dòng)-怠速模式;最低溫度閾值為60 0C ;過(guò)渡模式:雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)由純柴油模式向雙燃料模式轉(zhuǎn)換時(shí)的工作狀態(tài)，若檢測(cè)到天然氣噴射量突然從零增加到一個(gè)較大值，則發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入過(guò)渡模式;瞬態(tài)模式:當(dāng)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入常規(guī)工況時(shí)，若油門開(kāi)度變化率大于設(shè)定的最大值，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入急加速模式，若油門開(kāi)度變化率小于設(shè)定的最小值，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入急減速模式;限速模式:當(dāng)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)2800r/min，考慮到轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成損壞，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入限速模式，若雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于2800r/min，發(fā)動(dòng)機(jī)由限速模式退回常規(guī)模式。
[0010]在本發(fā)明一實(shí)施例中，排氣溫度傳感器，水溫傳感器，油門位置傳感器為發(fā)動(dòng)機(jī)的部分負(fù)荷和熱機(jī)怠速工況實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制提供一個(gè)反饋信號(hào)，通過(guò)增量型PID閉環(huán)控制算法對(duì)天然氣噴射量進(jìn)行進(jìn)一步控制得出修正的噴油量數(shù)值。
[0011]在本發(fā)明一實(shí)施例中，當(dāng)冷卻水溫度、油門開(kāi)度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速均大于設(shè)定值，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入常規(guī)工況，以雙燃料工作模式運(yùn)行，電子控制單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸當(dāng)前轉(zhuǎn)速和油門位置，氧傳感器信號(hào)查詢標(biāo)定好的天然氣噴射脈寬MAP圖計(jì)算噴嘴的基本噴射脈寬，即當(dāng)前狀態(tài)下的天然氣噴射量，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況點(diǎn)、不同負(fù)載下的工作特性和排放性能，采用不同的替代率，計(jì)算出引燃柴油量;電子控制單元根據(jù)柴油機(jī)噴油管中的噴油壓力信號(hào)，最終確定天然氣的噴射時(shí)刻；同時(shí)，在控制過(guò)程中，通過(guò)排氣溫度傳感器和水溫傳感器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)熱負(fù)荷超標(biāo)時(shí)，通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)饬?，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出或者切換到純?nèi)加湍Ｊ奖Ｗo(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0012]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述氧傳感器為一寬頻氧傳感器;所述電子控制單元包括主控制器及與其相連接的輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、電源模塊;所述輸入模塊為傳感器信號(hào)采集及處理模塊，包括轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路、冷卻水溫度信號(hào)采集及處理電路、氧傳感器模擬信號(hào)采集及處理電路、噴油壓力模擬信號(hào)采集及處理電路、排氣溫度采集及處理電路、模擬量信號(hào)采集及處理電路、氣體溫度壓力信號(hào)采集及處理電路;所述輸出模塊包括天然氣噴嘴驅(qū)動(dòng)模塊及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；電源模塊向主控制器、輸入模塊、通信模塊、天然氣噴嘴、步進(jìn)電機(jī)供電。
[0013]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述主控制器包括一MC9S12XET256單片機(jī)最小工作系統(tǒng)；所述轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路包括NCV1124芯片及一階濾波電路;所述冷卻水溫度信號(hào)采集及處理電路包括一二階低通濾波電路;所述氧傳感器模擬信號(hào)采集及處理電路包括一 CJ125芯片;所述噴油壓力模擬信號(hào)采集及處理電路包括一二階低通濾波電路及一限壓電路;所述排氣溫度采集及處理電路包括MAX6675芯片;所述模擬量信號(hào)采集及處理電路為A/D轉(zhuǎn)換電路;所述氣體溫度壓力信號(hào)采集及處理電路包括一電壓跟隨器及一二階低通濾波器。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用一種開(kāi)環(huán)和閉環(huán)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)引燃油量、天然氣噴射時(shí)間和噴射量的實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)，使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，提升發(fā)動(dòng)機(jī)在雙燃料運(yùn)行模式下的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)總體方案。
[0016]圖2各工況之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
[0017]圖3工作模式控制策略。
【具體實(shí)施