天然气发动机用涡轮增压器保护控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及天然气发动机用涡轮增压器保护控制系统，还涉及该保护控制系统的具体控制方法。

背景技术

插电式混合动力公交车匹配的天然气发动机具有自动启停功能，即在满足发动机停机条件时，发动机会自动停机，公交车以纯电模式运行；当不再满足发动机停机条件时，发动机重新启动，参与驱动公交车前进，其优点在于：

1、与传统燃油公交车相比，由于发动机总是工作在最佳工况，气耗非常低。

2、发动机主要工作在最佳工况点附近，燃烧充分，排放气体较干净，起步无怠速。

3、电池组的小型化使成本和重量低于电动汽车。

4、发动机和电机动力可互补；低速时可用电机驱动行驶。

但目前发动机停机过程是发动机转速从当前运行工况直接降为零，发动机启动过程是发动机转速从零直接提升至发动机需求工况。因此发动机在停机过程中，涡轮增压器的润滑冷却系统由正常工作状态直接停止，造成涡轮增压器缺油过热，冷却不完全；而发动机启动过程中，由于涡轮增压器油压建立滞后，造成无法及时润滑和冷却，长期如此循环工作，会使涡轮增压器内部产生积碳，严重时还存在损坏涡轮增压器的风险，特别是当公交车运行在频繁启停的工况中，上述风险会骤增，最终致使涡轮增压器使用寿命变短，增加了涡轮增压器的更换频率，提高了公交车的维护成本。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现天然气发动机自动启停功能时，涡轮增压器润滑冷却系统正常停止工作或正常建立油压，保证涡轮增压器及时润滑和冷却的天然气发动机用涡轮增压器保护控制系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：天然气发动机用涡轮增压器保护控制系统，安装于插电式混合动力机动车上，用于天然气发动机自动启停过程中保护涡轮增压器，包括混合动力控制器，所述混合动力控制器的信号输出端连接有发动机控制器ecu，所述发动机控制器ecu内设有用于接收停机或启动报文指令的报文信号接收模块，所述报文信号接收模块信号输出端连接有怠速控制器，所述怠速控制器连接有熄火和启动控制器，所述熄火和启动控制器的信号输出端连接有熄火和启动执行器。

作为优选的技术方案，所述混合动力控制器包括安装于混合动力机动车上的微处理器，所述微处理器连接有用于接收或发出控制信号的总线通讯接口，所述总线通讯接口上连接有can总线，所述can总线分别连接至混合动力机动车的各电机控制模块和电池管理模块。

作为优选的技术方案，所述报文信号接收模块包括can收发模块，所述can收发模块连接至所述can总线，所述can收发模块的信号输入端和输出端分别连接有光电隔离模块。

作为优选的技术方案，所述怠速控制器包括存储有目标值的主控芯片，所述主控芯片的信号输入端连接至用于检测发动机转速信号的转速传感器，所述主控芯片还连接有比较器、运算器和驱动电路，所述驱动电路连接至所述熄火和启动控制器，还包括怠速工况检测器，所述怠速工况检测器的信号输入端连接有车速传感器和节气门位置传感器，所述怠速工况检测器的信号输出端连接至所述运算器。

作为优选的技术方案，所述熄火和启动执行器包括与所述驱动电路连接的点火线圈，所述点火线圈通过高压线连接有火花塞；与所述点火线圈并列设有燃气喷射阀，所述燃气喷射阀信号连接至所述驱动电路。

本发明还涉及一种上述保护控制系统的控制方法，包括以下步骤。

步骤一、发动机停机

插电式混合动力机动车利用发动机参与驱动行驶前进过程中，所述混合动力控制器实时判断机动车的发动机是否满足停机条件，当发动机停机条件满足时，所述混合动力控制器向所述发动机控制器ecu中的所述报文信号接收模块发送停机报文指令，所述停机报文指令值为true，所述停机报文指令由所述报文信号接收模块传送至所述怠速控制器内，所述怠速控制器控制发动机从当前运行工况先降到怠速状态，并保持怠速运行至少三秒，由所述熄火和启动控制器控制所述熄火和启动执行器断电、断气，发动机自然熄火，发动机怠速和自然熄火过程中，涡轮增压器得到润滑和冷却，插电式混合动力机动车进入纯电驱动模式运行；

步骤二、发动机重新启动

所述混合动力控制器判断发动机是否满足停机条件，当发动机停机条件不再满足时，所述混合动力控制器向所述发动机控制器ecu中的所述报文信号接收模块发送停机报文指令，停机报文指令值为false，isg电机或发动机起动机拖动发动机启动，同时所述熄火和启动控制器控制所述熄火和启动执行器通电、通气，发动机启动，发动机启动后由所述怠速控制器控制发动机先怠速运行至少两秒，然后再提升至需求工况继续运行，发动机在怠速运行和提升至需求工况过程中，涡轮增压器建立油压，发动机参与驱动机动车前进。

作为优选的技术方案，所述发动机停机条件包括条件a1、条件a2、条件a3、条件a4和条件a5；

条件a1、发动机水温大于t时，条件a1＝1，否则条件a1＝0；

条件a2、混合动力机动车的动力电池soc剩余电量大于n时，条件a2＝1，否则条件a2＝0；

条件a3、混合动力机动车的24v蓄电池的电压大于f时，条件a3＝1，否则条件a3＝0；

条件a4、混合动力机动车储气筒的气压大于p时，条件a4＝1，否则条件a4＝0；

条件a5、混合动力机动车空调未开启时，条件a5＝1，否则条件a5＝0。

当条件a1、条件a2、条件a3、条件a4和条件a5同时等于1时，则满足发动机停机条件；

当条件a1、条件a2、条件a3、条件a4和条件a5中的任意一项等于0时，则不满足发动机停机条件；

t、n、f和p均为设定值。

作为优选的技术方案，所述t为60℃，所述n为55％，所述f为22v，所述p为6bar。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：在发动机的停机或启动过程中，发动机都需要先在怠速工况中运行一段时间，然后再停机或启动，同时在发动机停机过程中，不再使用传统的isg电机将发动机强制拖熄火，而是使发动机通过切断点火系统和燃气供给系统自然熄火，从而在发动机的停机过程中，使涡轮增压器得到足够的润滑和冷却，而在发动机的启动过程中，使涡轮增压器快速建立油压，进而使涡轮增压器各阶段都能够及时润滑和冷却，从而起到保护涡轮增压器的作用，还具有控制简单、效果明显和无需改动涡轮增压器本体等优点。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的结构框图；

图2是本发明实施例的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，天然气发动机用涡轮增压器保护控制系统，安装于插电式混合动力机动车上，用于天然气发动机自动启停过程中保护涡轮增压器。包括混合动力控制器，具体地，所述混合动力控制器包括安装于混合动力机动车上的微处理器，所述微处理器连接有用于接收或发出控制信号的总线通讯接口，所述总线通讯接口上连接有can总线，所述can总线分别连接至混合动力机动车的各电机控制模块和电池管理模块。所述混合动力控制器用于整车各控制部件的整体控制，保证插电式混合动力机动车的安全稳定运行。

所述混合动力控制器的信号输出端连接有发动机控制器ecu，所述发动机控制器ecu内设有用于接收停机或启动报文指令的报文信号接收模块，所述报文信号接收模块信号输出端连接有怠速控制器，所述怠速控制器连接有熄火和启动控制器。所述报文信号接收模块包括can收发模块，所述can收发模块连接至所述can总线，所述can收发模块的信号输入端和输出端分别连接有光电隔离模块，用于接收所述混合动力控制器传送来的发动机停机或启动指令，所述怠速控制器根据具体指令与所述熄火和启动控制器配合完成发动机停机或启动信号的生成与驱动。

具体地，所述怠速控制器包括存储有目标值的主控芯片，所述主控芯片的信号输入端连接至用于检测发动机转速信号的转速传感器，所述主控芯片还连接有比较器、运算器和驱动电路，所述驱动电路连接至所述熄火和启动控制器，还包括怠速工况检测器，所述怠速工况检测器的信号输入端连接有车速传感器和节气门位置传感器，所述怠速工况检测器的信号输出端连接至所述运算器。所述主控芯片可以使用stm32f4/f7，对发动机怠速进行控制时，首先根据节气门位置传感器检测的信号来判断发动机是否处于怠速运行状态，然后根据发动机冷却液温度传感器、空调开关、动力方向开关以及空档启动开关信号，按照存储器内存储的参考数据，确定相应的目标转速，上述信号的获取为本技术领域普通技术人员所熟知的内容，在此不再详细描述。一般情况下，怠速控制常采用发动机转速信号作为反馈信号，实现怠速转速的闭环控制，即发动机的实际转速与目标转速进行比较，根据比较得出的差值，确定相应目标转速控制量去驱动发动机，使其实际转速趋近于目标转速。所述熄火和启动控制器为通用模块，在此不再详细说明。

所述熄火和启动控制器的信号输出端连接有熄火和启动执行器，所述熄火和启动执行器包括与所述驱动电路连接的点火线圈，所述点火线圈通过高压线连接有火花塞；与所述点火线圈并列设有燃气喷射阀，所述燃气喷射阀信号连接至所述驱动电路。所述熄火和启动执行器执行停机命令时，控制所述点火线圈断电，所述燃气喷射阀关闭，停止输送天然气；所述熄火和启动执行器执行启动命令时，控制所述点火线圈通电，所述燃气喷射阀开启，实现天然气输送。

如图2所示，本实施例以插电式混合动力公交车为例，详细介绍上述控制系统的具体控制方法，包括以下步骤。

步骤一、发动机停机

插电式混合动力公交车利用发动机参与驱动行驶前进过程中，所述混合动力控制器实时判断公交车的发动机是否满足停机条件，当发动机停机条件满足时，所述混合动力控制器向所述发动机控制器ecu中的所述报文信号接收模块发送停机报文指令，所述停机报文指令值为true，所述停机报文指令由所述报文信号接收模块传送至所述怠速控制器内，所述怠速控制器控制发动机从当前运行工况先降到怠速状态，并保持怠速运行至少三秒，由所述熄火和启动控制器控制所述熄火和启动执行器断电、断气，即控制所述点火线圈断电，点火能量无法通过所述高压线传输至所述火花塞，所述火花塞停止点火，所述燃气喷射阀关闭，燃气通道关闭，发动机自然熄火，发动机怠速和自然熄火过程中，涡轮增压器得到润滑和冷却，在这个过程中不再使用传统的isg电机将发动机强制拖熄火，插电式混合动力公交车进入纯电驱动模式运行。

步骤二、发动机重新启动

所述混合动力控制器判断发动机是否满足停机条件，当发动机停机条件不再满足时，所述混合动力控制器向所述发动机控制器ecu中的所述报文信号接收模块发送停机报文指令，停机报文指令值为false，isg电机或发动机起动机拖动发动机启动，同时所述熄火和启动控制器控制所述熄火和启动执行器通电、通气，即控制所述点火线圈通电，点火能量通过所述高压线传输至所述火花塞，所述火花塞恢复点火，所述燃气喷射阀打开，燃气通道接通，发动机启动，发动机启动后由所述怠速控制器控制发动机先怠速运行至少两秒，然后再提升至需求工况继续运行，发动机在怠速运行和提升至需求工况过程中，涡轮增压器建立油压，发动机参与驱动公交车前进。

上述步骤中所述发动机停机条件包括条件a1、条件a2、条件a3、条件a4和条件a5；

条件a1、发动机水温大于t时，条件a1＝1，否则条件a1＝0；

条件a2、混合动力机动车的动力电池soc剩余电量大于n时，条件a2＝1，否则条件a2＝0；

条件a3、混合动力机动车的24v蓄电池的电压大于f时，条件a3＝1，否则条件a3＝0；

条件a4、混合动力机动车储气筒的气压大于p时，条件a4＝1，否则条件a4＝0；

条件a5、混合动力机动车空调未开启时，条件a5＝1，否则条件a5＝0。

当条件a1、条件a2、条件a3、条件a4和条件a5同时等于1时，则满足发动机停机条件；

当条件a1、条件a2、条件a3、条件a4和条件a5中的任意一项等于0时，则不满足发动机停机条件；

t、n、f和p均为设定值。

本实施例中，所述t为60℃，所述n为55％，所述f为22v，所述p为6bar，即当发动机水温大于60℃、混合动力系统的动力电池soc(剩余电量)大于55％、整车24v蓄电池的电压大于22v、整车储气筒的气压大于6bar、整车空调未开启时，则满足发动机停机条件；而当其中的任意一项条件不能满足时，则不再满足发动机停机条件。

本发明在发动机的停机或启动过程中，发动机都需要先在怠速工况中运行一段时间，然后再停机或启动。同时在发动机停机过程中，不再使用传统的isg电机将发动机强制拖熄火，而是使发动机通过切断点火系统和燃气供给系统自然熄火，从而在发动机的停机过程中，使涡轮增压器得到足够的润滑和冷却。而在发动机的启动过程中，使涡轮增压器快速建立油压，进而使涡轮增压器各阶段都能够及时润滑和冷却，从而起到保护涡轮增压器的作用，还具有控制简单、效果明显和无需改动涡轮增压器本体等优点。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。