[发明专利]天然气发动机ECU喷射装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种天然气发动机ECU喷射装置及控制方法，其包括天然气发动机ECU、喷射电磁阀、车载电源和熔断器；每个喷射电磁阀的第一端通过熔断器连接车载电源，第二端连接天然气发动机ECU；所述天然气发动机ECU根据发动机的输入条件，判断是否为冷启动工况；如果判定为冷启动工况，则将喷射电磁阀驱动波形从正常波形模式切换到冷启动波形模式；如果判定为不是冷启动工况，则将喷射电磁阀驱动波形保持正常波形模式；在冷启动波形模式下，通过提升喷射电磁阀驱动波形的峰值电流，提高喷射电磁阀开启性能。当冷启动结束后，喷射电磁阀驱动波形由冷启动波形模式切换回正常波形模式，以保证不会因过大的驱动电流长时间流经喷射电磁阀而降低喷射电磁阀的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种天然气发动机ECU喷射装置及控制方法，属于天然气发动机电子控制技术领域。

背景技术

在电控天然气发动机喷射系统中，对喷射电磁阀的驱动和控制是实现天然气发动机燃料喷射精确控制的基础。喷射电磁阀承担着燃气的喷射控制功能，是发动机正常工作最核心的器件。喷射电磁阀的开启和关闭动作是通过控制电磁阀驱动电流波形产生的电磁力实现的。这个过程涉及机、电、磁等因素相互作用的过程，使电磁阀衔铁运动的机械能是由电磁力提供的，电磁力受控于驱动电流，而驱动电流又是由喷射模块控制产生的。喷射电磁阀驱动电流波形分为2个阶段，分别是开启阶段和保持阶段，开启阶段以大电流使喷射电磁阀快速开启，喷射电磁阀的开启电流应保持在一个恒定的范围内；保持阶段以较小的电流保持电磁阀的开度，喷油器电磁阀的保持电流也保持在一个恒定的范围内。

目前，为了实现喷射电磁阀驱动电流波形的靴型结构，国外厂商的天然气发动机ECU喷射装置多数采用专用芯片(简称ASIC)和外围电路构建，例如罗伯特·博世有限公司使用的喷射专用芯片30520，采用硬件斩波方式实现上述驱动波形。国内厂商和高校多采用复杂可编程逻辑器件(简称CPLD，是一种通用的芯片)和外围电路来构建，例如阿尔特拉公司的复杂可编程逻辑器件EPM1270T144A5。

对设计人员而言，两种技术方案都存在一定的优缺点，采用专用芯片和外围电路构建喷射模块的方案其优点是：集成度高、保护功能比较完善，应用简单方便、价格相对比较有优势；其缺点是：这些专用芯片很少对外开放，对外开放的极少数专用芯片也是比较落后的，国外厂商已经应用很少、甚至淘汰的产品，与国外厂商正在量产的产品有较大的技术差距。除此之外，国内厂商在采购此类专用芯片时还会受采购数量的限制，导致国内设计人员不敢轻易使用此类专用芯片。采用复杂可编程逻辑器件和外围电路来构建喷射模块的方案，没有了采购数量和应用条件的限制，但是其集成度低、模块电路比较复杂、硬件设计成本高、电路的可靠性相对较低。

随着天然气发动机电控技术的发展，对天然气发动机ECU喷射装置提出了更高的需求，尤其是通过电控系统可以提升车辆的性能方面。天然气发动机与汽油和柴油发动机相比不同的是：天然气发动机的燃料是天然气，天然气内有水分存在，在天气温度较低时，车辆在停止状态下，未进入气缸的天然气会残留在发动机进气道内，天然气中的水分会在喷射电磁阀内形成冰阻现象，降低了喷射电磁阀开启性能，导致在正常的喷射电磁阀驱动波形情况下，喷射电磁阀开启困难甚至不能打开，具体表现为车辆冷启动困难。所述的冷启动困难是指天然气汽车冷机启动不容易启动，而热机启动正常的现象。

为了提高在车辆冷启动阶段的喷射电磁阀开启性能，需要在冷启动阶段，提升喷射电磁阀驱动波形的峰值电流，提高驱动力，从而提高喷射电磁阀的开启性能。当车辆启动结束后，喷射电磁阀驱动波形的峰值电流恢复到正常值，以保证不会因过大的驱动电流流经喷射电磁阀而降低喷射电磁阀的使用寿命。对于这样的需求，基于专用芯片的喷射模块技术方案，由于专用芯片具有驱动波形电流值可编程功能，所以微控制器可以通过串行外设接口(SPI)与专用芯片通信，调节驱动电流波形的峰值电流值。基于复杂可编程逻辑器件的喷射模块，由于驱动电流比较判断功能通过外部硬件电路实现，且只有一个固定的电路阈值，不具有驱动波形的峰值电流值可编程功能，所以不能实现此功能。

发明内容