[实用新型]天然气CNG－汽油双燃料发动机控制系统

说明书

技术领域

天然气CNG-汽油双燃料发动机控制系统，属于汽车发动机控制领域。

背景技术

车用天然气CNG-汽油双燃料发动机的控制主要分为点火控制和喷油/喷气器控制。

对于点火控制有三个基本要求，即(1)要有能产生足以击穿火花塞电极间隙的电压；(2)火花要具有足够的能量；(3)要有合理的点火正时。其中，点火正时与发动机燃油/燃气/经济性、动力性、排放密切相关，在控制时综合考虑这三方面的因素进行开环控制和闭环控制。开环控制是以预存最佳点火提前角对发动机进行控制，即预存三维点火脉谱MAP参数；发动机中央控制器ECU在查表确认脉谱MAP参数时有三个基本信号输入，即进气流量信号和节气门信号确定的发动机负荷信号、发动机转速信号和曲轴位置信号。闭环控制是利用爆震传感器的信号反馈对点火系统进行控制与调节。即通过点火正时控制发动机在爆燃界限的附近区域内工作。

对于喷油/喷气器控制主要是检测进气流量，通过进气流量信号和其它传感器信号按不同的工况，计算喷油/喷气时间来决定喷油/喷气量。对喷油/喷气量的控制实际上就是控制空燃比。对空燃比的控制也分开环控制和闭环控制。在控制时也是综合考虑经济性和动力性、以及排放性。为了使发动机性能得到最佳应用，传统的做法是利用发动机台架制取喷油/喷气脉谱MAP参数；开环控制时，发动机中央控制器ECU根据相关传感器的输入信号判断工况，利用工况参数变化通过查脉谱MAP参数表对系统空燃比进行控制。空燃比开环控制的精度取决于既合理又精确的脉谱MAP参数，否则再先进的执行器和传感器也归于无用。闭环控制是通过氧传感器检测排气中的氧含量，由此而测出发动机燃烧室内混合气空燃比的稀浓，将其信号反馈到中央控制器ECU中与设定的目标空燃比进行比较后得出误差信号，确定喷油/气脉宽，使空燃比保持在设定目标值附近。

现用的空燃比闭环控制大多是把空燃比控制在理论空燃比14.7附近的一个很窄范围内；而且气体燃料一般是要求偏向稀燃，即大于空燃比要求，这种原因是为满足排放要求以牺牲部分经济性和动力性为代价的。而在大多数工况下都要解除闭环控制而进入开环控制(如发动机起动、嗳机、怠速、大负荷、加减速)。

发动机的其它控制有怠速控制、EGR控制(废气再循环系统)、VTEC控制(可变气门正时系统)等。发动机怠速控制是进气量闭环控制，其目标值至少有2个转速级，即分为正常怠速和接入空调、方向助力转向、自动挡等设备时的怠速两级。有些发动机对怠速进气量的目标值分的更细。废气再循环系统EGR控制是引一部分排气进入发动机进气系统，其目的是抑制燃烧过程中NO_X的生成。废气再循环系统EGR控制是开环控制，参与控制的量是发动机水温、进气温度、转速和节气门开度。VTEC控制是机械控制系统，其作用是将固定的气门行程改成随发动机转速改变而改变的可变行程；其机械机构由同步活塞对不同凸轮进行结合和分离，而同步活塞的控制油压由发动机中央控制器ECU控制。

上述控制方法虽然得到了较好的利用，但也看出，不论是点火脉谱MAP参数还是喷油/喷气脉谱MAP参数，都对发动机的控制精度有着极大的影响。脉谱MAP参数一经台架试验确定将控制发动机终身，其使用环境、使用条件、操作条件均采用折中方案；无法与各种条件改变的特殊情况相适应。还存在下列问题：

(1)根据测量进气量和氧传感器的回馈信号来控制燃油/燃气喷射量。控制的难点在于因燃料物性不同，换用燃料后要求发动机的空燃比不同，压缩比也不一样，点火正时和能量要求也不同，难以兼顾，并无法进行大幅度更改修正。

(2)基于经典控制理论的PID控制，其难点在于有滤波延时和传感器响应延时，传感器信号提取延时，需要大量时间来制作脉谱MAP参数；且脉谱MAP参数的取舍以经济性、动力性和排放性折中方案为主，一经写入无法更改，不能自适应于工作条件改变；

(3)不同的发动机都有各自不同的点火脉谱MAP参数，同一型号发动机也不尽相同；按工况要求写入的点火脉谱MAP参数预存不变，仅按规定模型进行修正无法满足特定发动机的控制精度；

(4)采用点火提前角预控制时保留一定爆燃安全阈值的方法无法满足发动机工作的实时性，尤其工况频繁变化时，响应速度滞后导致误控或影响发动机性能发挥。

(5)开环控制区域空燃比的控制目标模糊，跨度太大(在经济空燃比目标和功率空燃比目标之间过渡)，过渡阶段受使用条件和人为影响太大(驾驶习惯)；使发动机未能达到合理、经济性地使用。