一种用于GDI增压汽油机双燃料控制系统的制作方法

技术领域

本发明属于双燃料发动机控制技术领域，特别涉及一种用于GDI增压汽油机双燃料控制系统。

背景技术：

在双燃料发动机上一般都安装相应的天然气喷射系统和控制单元实现油气混合燃烧。现有很多关于双燃料喷射系统的专利，但大多都存在一些不足之处，未全面考虑到双燃料的控制难点。例如在公告号CN207093214U的专利中公布了一种汽油天燃气双燃料发动机电控系统，但该系统仅仅在原机的基础上加入了一套供气系统，没有考虑到天然气本生为气体且燃烧速度低，这样直接将天然气引入将会造成功率下降排放变差。在公开号CN104879226A的专利中提出了一种用于汽车的双燃料控制系统，在该系统中加入了一个燃气ECU与原机ECU相互通讯用于控制进气、点火和燃气的喷射；但该系统没考虑到加入燃气ECU后会导致原机的故障诊断系统频繁报错导致发动机不能正常的运行。在公开号CN104806352A的专利中公开了一套天然气汽油喷射系统实现同时使用汽油和天然气，但是它是在一个循环内顺序喷射两种燃料，并没有把油和气充分混合达到最佳效率。

在现有技术中，直喷技术拥有燃油消耗低和功率输出高的特点。因此，GDI发动机（汽油直接喷射式发动机）是近年来国内外内燃机研究和开发的热点。本发明尝试将GDI技术应用在双燃料发动机中。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于GDI增压汽油机的双燃料控制系统，考虑到GDI增压汽油机改成双燃料后的控制难点，全面考虑到引入天然气后缸内燃烧状况的变化导致GDI增压发动机性能和排放的恶化，从而使得发动机在双燃料下高效低排的运行。

本发明是这样实现的，提供一种用于GDI增压汽油机双燃料控制系统，包括原机电控单元、附加电控单元、空气滤清器、电子节气门、空气流量计、混合器、天然气喷射器、电子油门、GDI喷油器、双燃料发动机和故障诊断系统，外部空气依次经过空气滤清器、电子节气门和空气流量计后进入混合器，与从天然气喷射器喷射的天然气在混合器内混合，混合后的气体进入双燃料发动机中被火花塞点燃燃烧，GDI喷油器设置在双燃料发动机中，原机电控单元控制电子节气门而调节双燃料发动机的总进气量，附加电控单元控制双燃料发动机的汽油的喷射量和天然气的喷射量，原机电控单元与附加电控单元通过can线通讯，所述附加电控单元包括进气流量传感器信号采集模块、天然气喷射器驱动模块、电子油门信号采集模块、爆震传感器信号采集模块、喷油器驱动控制模块和点火模块，所述原机电控单元和附加电控单元根据双燃料发动机因引入天然气使缸内燃烧状况发生变化而重新标定的燃烧边界来控制双燃料发动机。

进一步地，所述重新标定的燃烧边界包括失火与爆震极限、燃烧温度限度和点火能量限度。

进一步地，所述失火与爆震极限采取如下方法确定：首先测试出原发动机在不同工况下混合气浓度、发动机功率和排放，然后，在某工况下测试双燃料发动机在引入天然气后的对应参数进行对比；调整双燃料发动机的电子节气门改变进气量和调整GDI喷油器驱动信号改变喷油量，找到一个最稀的混合气浓度，并且在2分钟内记录下每50个缸压和放热率数据；若该组数据均值与原发动机对比下降在50%以内，则该混合气浓度为失火极限；相同地，逐渐改变双燃料发动机的进气量和喷油量，通过爆震传感器信号采集模块来监测双燃料发动机是否发生爆炸，找到该工况下的爆震极限。

进一步地，所述燃烧温度限度采取如下方法确定：首先测试出原发动机在不同工况下的平均燃烧温度，然后，在某工况下测试双燃料发动机在引入天然气后的对应参数进行对比；在不同工况下通过控制双燃料发动机的天然气喷射器驱动模块引入不同的天然气，同时调整点火信号的时刻，并且在2分钟内记录下每50个缸内平均温度的数据；若该组数据均值与原发动机对比上升在10%以内，则该燃烧温度为安全温度，也为燃烧温度限度。

进一步地，所述点火能量限度采取如下方法确定：首先测试出原发动机在不同工况下发动机的扭矩和排放数据，然后，在某工况下测试双燃料发动机在引入天然气后的对应参数进行对比；逐渐调整双燃料发动机的点火模块来增加点火所需要的电压，并且在2分钟内记录下每50个双燃料发动机的扭矩和排放数据，若该组数据均值与原发动机对比下降在5%以内，则为点火能量限度。

进一步地，所述附加电控单元还包括发动机转速采集模块和氧传感器信号采集模块，所述发动机转速采集模块采集双燃料发动机曲轴的输出转速，其采集的转速信号反馈到附加电控单元，所述氧传感器信号采集模块用于采集双燃料发动机缸内的氧气浓度，其采集的氧传感器信号反馈到附加电控单元。

进一步地，所述GDI增压汽油机双燃料控制系统还包括喷油器模拟器，由于真正的汽油喷射量是由附加电控单元控制的，为了不让故障诊断系统报错，原机电控单元的喷油驱动信号将给到喷油器模拟器。

进一步地，所述原机电控单元除了直接接收电子油门信号和电子节气门位置传感器信号外，还将接收由附加电控单元通过can线复制过来的转速信号、氧传感器信号、进气流量传感器信号用于计算总进气量和汽油喷射量。

进一步地，所述附加电控单元通过转速信号和电子油门信号判断出双燃料发动机工况从而计算出一个汽油替代率，然后，根据进气流量传感器信号计算出天然气和汽油分别的喷射量。

与现有技术相比，本发明的用于GDI增压汽油机双燃料控制系统，全面考虑了GDI增压汽油机改成双燃料后的控制难点，采用改装后的天然气汽油发动机既能解决传统内燃机排放高的问题，又能解决天然气发动机加速性能不佳的问题，通过台架标定使天然气-汽油双燃料发动机在电控单元的控制下按一定比例混合天然气和汽油两种燃料燃烧实现节约能源减少排放的目的。本发明还具有以下特点：

1.在加入附加电控单元时考虑到了会引起原发动机故障诊断系统报错，提高该方案的可行度；

2.考虑到天然气代替汽油后，废气能量变化导致涡轮焓差变化，进而引起进气流量的变化，避免引入天然气后燃烧效率的降低；

3.燃气替代汽油后，火焰传播速度降低，需增加点火能量提高火焰传播速度；

4.考虑了在双燃料模式下发动机机体所受的热强度与热负荷增加，控制缸内燃烧使发动机可靠运行。

附图说明

图1为本发明用于GDI增压汽油机双燃料控制系统一较佳实施例的控制原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1所示，本发明用于GDI增压汽油机双燃料控制系统的较佳实施例，包括原机电控单元1、附加电控单元2、空气滤清器3、电子节气门4、空气流量计5、混合器6、天然气喷射器7、电子油门8、GDI喷油器9、双燃料发动机10、喷油器模拟器11和故障诊断系统（图中未示出）。

所述附加电控单元2包括发动机转速采集模块、氧传感器信号采集模块、进气流量传感器信号采集模块、天然气喷射器驱动模块、电子油门信号采集模块、爆震传感器信号采集模块、喷油器驱动控制模块和点火模块。上述模块均未在图1中示出。所述发动机转速采集模块采集双燃料发动机曲轴的输出转速，其采集的转速信号反馈到附加电控单元2。所述氧传感器信号采集模块用于采集双燃料发动机缸内的氧气浓度，其采集的氧传感器信号反馈到附加电控单元2。进气流量传感器信号采集模块负责采集空气流量计5的进气流量信号，其采集的进气流量传感器信号反馈到附加电控单元2。天然气喷射器驱动模块用于驱动天然气喷射器7。电子油门信号采集模块用于采集电子油门8的开闭位置信号，其采集的电子油门信号分别反馈到原机电控单元1和附加电控单元2。所述爆震传感器信号采集模块用于采集双燃料发动机10的爆震信号，其采集的爆震传感器信号反馈到附加电控单元2。所述喷油器驱动控制模块用于驱动GDI喷油器9。所述点火模块给双燃料发动机10发出点火信号。各模块的反馈信号按照图1中的虚线及箭头方向所示进行。

所述附加电控单元2负责接收上述各模块的控制信号，并通过can线通讯对原机电控单元1进行控制。原机电控单元1控制电子节气门4而调节双燃料发动机10的总进气量。附加电控单元2控制双燃料发动机10的汽油的喷射量和天然气的喷射量。

外部空气依次经过空气滤清器3、电子节气门4和空气流量计5后进入混合器6，与从天然气喷射器7喷射的天然气在混合器6内混合，如图中实心箭头所示，混合后的气体进入双燃料发动机10中被火花塞12点燃燃烧。GDI喷油器9设置在双燃料发动机10中。

所述原机电控单元1发出电子节气门驱动来控制电子节气门4的开闭，电子节气门4通过节气门位置传感器将其位置信号反馈到原机电控单元1。

在所述双燃料发动机10上还设置了曲轴传感器13、氧气传感器14和爆震传感器15。所述曲轴传感器13将双燃料发动机10的曲轴的输出转速信号反馈给附加电控单元2。所述氧气传感器14将双燃料发动机10缸内的氧气浓度信号反馈给附加电控单元2。所述爆震传感器15将双燃料发动机10缸内爆震信号反馈给附加电控单元2。

由于真正的汽油喷射量是由附加电控单元2控制的，为了不让故障诊断系统报错，原机电控单元1的喷油驱动信号将给到喷油器模拟器11。

所述原机电控单元1除了直接接收电子油门8的电子油门信号和电子节气门4的节气门位置传感器信号外，还将接收由附加电控单元2通过can线复制过来的转速信号、氧传感器信号、进气流量传感器信号用于计算总进气量和汽油喷射量。

所述附加电控单元2通过转速信号和电子油门信号判断出双燃料发动机10的工况从而计算出一个汽油替代率，然后，根据进气流量传感器信号计算出天然气和汽油分别的喷射量。由于GDI喷油器9需要冷却，该汽油替代率有上限。

另一方面，所述原机电控单元1和附加电控单元2根据双燃料发动机10因引入天然气使缸内燃烧状况发生变化而重新标定的燃烧边界来控制双燃料发动机10。

所述重新标定的燃烧边界包括失火与爆震极限、燃烧温度限度和点火能量限度。

在本发明中，所述失火与爆震极限采取如下方法确定：首先测试出原发动机在不同工况下混合气浓度、发动机功率和排放，然后，在某工况下测试双燃料发动机在引入天然气后的对应参数进行对比。调整双燃料发动机10的电子节气门4改变进气量和调整GDI喷油器9驱动信号改变喷油量，找到一个最稀的混合气浓度，并且在2分钟内记录下每50个缸压和放热率数据；若该组数据均值与原发动机对比下降在50%以内，则该混合气浓度为失火极限。相同地，逐渐改变双燃料发动机10的进气量和喷油量，通过爆震传感器信号采集模块来监测双燃料发动机10是否发生爆炸，找到该工况下的爆震极限。

在本发明中，所述燃烧温度限度采取如下方法确定：首先测试出原发动机在不同工况下的平均燃烧温度，然后，在某工况下测试双燃料发动机在引入天然气后的对应参数进行对比。在不同工况下通过控制双燃料发动机10的天然气喷射器驱动模块引入不同的天然气，同时调整点火信号的时刻，并且在2分钟内记录下每50个缸内平均温度的数据；若该组数据均值与原发动机对比上升在10%以内，则该燃烧温度为安全温度，也为燃烧温度限度。

在本发明中，所述点火能量限度采取如下方法确定：首先测试出原发动机在不同工况下发动机的扭矩和排放数据，然后，在某工况下测试双燃料发动机在引入天然气后的对应参数进行对比。逐渐调整双燃料发动机10的点火模块来增加点火所需要的电压，并且在2分钟内记录下每50个双燃料发动机的扭矩和排放数据，若该组数据均值与原发动机对比下降在5%以内，则为点火能量限度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。