汽油醇类灵活燃料发动机控制方法和装置.pdf

1.  一种汽油醇类灵活燃料发动机控制方法，包括汽油供给及喷射和醇类供给及喷射，其特征在于：灵活燃料的工作模式是：
(1)用原车汽油模式启动，原车汽油控制器根据工况向汽油喷嘴传送喷油脉冲信号，保持发动机正常工作；
(2)当醇类燃料选择开关闭合时，醇类控制器检测发动机冷却液温度和机油温度：
(2.1)若冷却液温度和机油温度低于醇类的汽化点时，则汽油控制器继续控制汽油喷嘴工作；
(2.2)当发动机冷却液温度和机油温度达到醇类的汽化点时，醇类控制器开始接收汽油控制器发出的喷油脉冲；
(2.3)醇类控制器将喷油脉冲转换成醇类喷射脉冲，控制醇类喷嘴工作；
(3)汽油控制器控制汽油喷射与醇类控制器控制喷醇类是按比例切换交替进行；醇类喷嘴连续喷射完成发动机8～10秒的工作循环后，由汽油喷嘴喷射完成1～2秒的工作循环，如此反复交替。

2.  根据权利要求1所述的汽油醇类灵活燃料发动机控制方法，其特征在于：步骤(2.3)将喷油脉冲转换醇类燃料喷射脉宽的计算公式为：T＝K*(T1-T2)+T3；其中：T代表醇类燃料喷射脉宽，T1代表汽油燃料喷射脉宽，T2代表汽油喷嘴打开延时，T3代表醇类喷嘴打开延时；K为代用燃料的总转换系数。

3.  根据权利要求1或2所述的汽油醇类灵活燃料发动机控制方法，其特征在于：步骤3)醇类喷嘴连续喷射完成发动机9秒的工作循环后，由汽油喷嘴喷射完成1秒的工作循环，如此反复交替。

4.  用于1所述控制方法的双燃料控制装置，其特征在于：包括两套独立燃料供给系统、喷射系统和控制器，汽油控制器(11)与醇类控制器(12)用数据线相连；发动机冷却液温度传感器(13)和机油温度传感器(14)与醇类控制器(12)连接，作为醇类控制模式识别；两套燃料供给系统的汽油液位传感器(2)和醇类液位传感器(6)都与燃料选择开关(9)连接，燃料选择开关(9)与一个液位显示器连接；燃料选择开关(9)与醇类控制器(12)连接。

5.  根据权利要求4所述的双燃料控制装置，其特征在于：醇类控制器包括依次连接的输入信号转换电路、模/数转换器、微处理器、输出信号转换电路四部分；输入转换电路的输入端与冷却液温度传感器、机油温度传感器、燃料选择开关连接，输入转换电路与汽油控制器的喷油脉冲输出端连接；输入转换电路对各个传感器输入的信号进行滤波、放大，经模/数转换器至微处理器；微处理器对信号进行运算、存储后，将信号传到输出信号转换电路，输出信号转换电路包括放大电路和转换电路，将输出信号转换成可执行的脉冲信号后送到执行部件——醇类喷嘴。

6.  根据权利要求4或5所述的双燃料控制装置，其特征在于：喷射系统采用燃料共轨结构，燃料共轨法兰(19)固定在发动机缸体和进气歧管(16)之间，共轨法兰(19)上安装多组喷嘴；每组两个喷嘴，分别为汽油喷嘴(18)和醇类喷嘴(17)，即醇类喷嘴和汽油喷油共同布置在进气歧管和发动机缸体之间。

汽油醇类灵活燃料发动机控制方法和装置
技术领域
本发明涉及一种汽油醇类灵活燃料发动机控制方法和装置，属于汽油和醇类燃料混合燃烧技术。
背景技术
随着环境污染和能源紧张的问题日益严重，世界各国都在积极寻找清洁的替代能源，而醇类作为一种含氧且具有可再生性的生物能源，被认为是一种较理想的清洁代用燃料。目前醇类作为替代燃料主要是将无水醇类和汽油按一定的比例，加入助溶的添加剂后制成醇类汽油。这种方法醇类掺烧的比例比较少，替代汽油量有限。且添加剂成本较高，发动机工作时不能根据工况的变化选择合适的醇类替代比例，使两种燃料的综合性能无法发挥到最佳。当前，汽油醇类混合燃料技术有所发展，中国专利CN1766296A“一种实现醇类燃料与燃油双燃料的内燃机的实现方法及装置”给出了一种在汽车运行各阶段通过控制燃油喷嘴和醇类喷嘴的喷射量的比例实现汽油醇类混合燃烧的方法。已有中国专利申请200810046604.4是将65％的含水酒精利用发动机的排气余热蒸发成气体，然后用催化剂重整为富氢混合气后供给发动机。该发动机燃烧的是汽油或是富氢气体。控制系统包括在发动机排气管后面加了一个重整器，利用发动机的排气余热制氢，其气体料的供给系统和CNG发动机的类似。而汽油醇类掺烧发动机没有重整气，且醇类燃料供给系统和汽油供给系统的相同。
中国专利CN1766296A“一种实现醇类燃料与燃油双燃料的内燃机的实现方法及装置”的要点是：
1.当发动机启动后处于怠速状态，此时控制燃油的喷嘴以减少燃油的喷射量，同时控制醇类液体燃料喷嘴以增加醇类液体的喷射量。
2.当发动机处于增负荷工作状态，此时控制燃油喷嘴以增加燃油的喷射量，同时控制醇类液体燃料喷嘴以减少醇类液体燃料的喷射量。
发明内容
本发明采用汽油和醇类两套独立的控制器和燃料供给系统，通过切换开关选择发动机燃用汽油或是燃用汽油、醇类混合燃料。解决了醇类燃料和汽油难溶的问题，且发动机在灵活燃料模式时醇类燃料替代汽油的比例可达到90％以上。
本发明的技术方案：一种汽油醇类灵活燃料发动机控制方法，包括汽油供给及喷射和醇类供给及喷射，灵活燃料的工作模式是：
(1)用原车汽油模式启动，原车汽油控制器根据工况向汽油喷嘴传送喷油脉冲信号，保持发动机正常工作；
(2)当醇类燃料选择开关闭合时，醇类控制器检测发动机冷却液温度和机油温度：
(2.1)若冷却液温度和机油温度低于醇类的汽化点时，则汽油控制器继续控制汽油喷嘴工作；
(2.2)当发动机冷却液温度和机油温度达到醇类的汽化点时，醇类控制器开始接收汽油控制器发出的喷油脉冲；
(2.3)醇类控制器将喷油脉冲转换成醇类喷射脉冲，控制醇类喷嘴工作；
(3)汽油控制器控制汽油喷射与醇类控制器控制喷醇类是按比例切换交替进行；醇类喷嘴连续喷射完成发动机8～10秒的工作循环后，由汽油喷嘴喷射完成1～2秒内工作循环，如此反复交替。
所述的汽步骤2.3)将喷油脉冲转换醇类燃料喷射脉宽的计算公式为：T＝K*(T1-T2)+T3；其中：T代表醇类燃料喷射脉宽，T1代表汽油燃料喷射脉宽，T2代表汽油喷嘴打开延时，T3代表醇类喷嘴打开延时；K为代用燃料的总转换系数。
所述的步骤3)醇类喷嘴连续喷射完成发动机9秒的工作循环后，由汽油喷嘴喷射完成1秒工作循环，如此反复交替。
用于所述控制方法的双燃料控制装置，包括两套独立燃料供给系统、喷射系统和控制器，汽油控制器与醇类控制器用数据线相连；发动机冷却液温度传感器和机油温度传感器与醇类控制器连接，作为醇类控制模式识别；两套燃料供给系统的汽油液位传感器和醇类液位传感器都与燃料选择开关连接，燃料选择开关与一个液位显示器连接；燃料选择开关与醇类控制器连接。
所述的双燃料控制装置，其醇类控制器包括依次连接的输入信号转换电路、模/数转换器、微处理器、输出信号转换电路四部分；输入转换电路的输入端与冷却液温度传感器、机油温度传感器、燃料选择开关连接，输入转换电路与汽油控制器的喷油脉冲输出端连接；输入转换电路对各个传感器输入的信号进行滤波、放大，经模/数转换器至微处理器；微处理器对信号进行运算、存储后，将信号传到输出信号转换电路，输出信号转换电路包括放大电路和转换电路，将输出信号转换成可执行的脉冲信号后送到执行部件——醇类喷嘴。
所述的双燃料控制装置喷射系统采用燃料共轨结构，燃料共轨法兰固定在发动机缸体和进气歧管之间，共轨法兰上安装多组喷嘴；每组两个喷嘴，分别为汽油喷嘴和醇类喷嘴，即醇类喷嘴和汽油喷油共同布置在进气歧管和发动机缸体之间。
本发明的优点是：
1、可以用其它燃料替代汽油，改善能源消耗结构。当使用可再生燃料时还可实现能源供应的可持续发展。
2、使用某些燃料时(如醇类)可有效降低某些有害排放物的排放量。
3、实际上这种发动机的推广还可在总体上减少汽油的消耗。因为这种发动机是可以在许多应用领域替代汽油的。
4、可灵活采用汽油或醇类作为燃料。具有改动成本低，性能稳定的优点，可适用于汽油燃料新车或在用车的改造。
5、汽油与醇类均采用喷射模式供油。使用醇类时，分时掺烧汽油，其优点是：醇类系统是在原机未作任何改动的情况下添加的，若长期使用，其中的酸性物质会对气缸、气门、润滑油产生影响。分时掺烧汽油燃料，能将缸内醇类燃烧后残留的腐蚀性物质“洗”掉95％以上，延长了发动机的使用寿命。
6、汽油与醇类在进气歧管同一位置(从发动机的角度看，相当于同一位置)喷射，其优点是：在同一横截面上布置2个喷嘴安装孔可有效降低法兰厚度，在总体上降低发动机的宽度，使发动机在整车上的布置更加容易。
7、喷射醇类时，将喷油脉冲转换醇类燃料喷射脉宽，其优点是：根据发动机实时工况，供给与所需喷射汽油等热值的醇类燃料，保证了发动机的动力性不受影响。
8、采用发动机冷却液温度和机油温度作为醇类控制模式识别，其优点是：醇类喷入到进气歧管后能快速的气化，和空气混合均匀后进入气缸，使燃料充分燃烧，保证发动机的动力性和经济性，同时排气污染物也明显降低。
9、控制汽油和醇类间歇喷射，其优点是：使醇类燃料最大限度的替代了汽油，且不会影响到发动机的使用寿命，达到了节约能源的目的。
附图说明
图1是电控系统原理图。
图2是灵活燃料发动机燃料供给系统和电控系统原理图。
图3是汽油控制器和醇类控制器的软件流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施方式：
本发明的特点是在原电控汽油机的基础上增加了一套醇类燃料电控喷射系统，或在点燃式发动机(CNG)的基础上降低压缩比后分别增加一套汽油喷射系统和醇类喷射系统；两套系统分别由两个控制器控制，由安装在驾驶室内控制面板上的燃料选择开关控制燃料的种类，燃料使用模式可以是原车纯汽油，或者汽油与醇类按一定比例分时燃烧。具有改动成本低，性能稳定的优点，可适用于汽油燃料新车或在用车的改造。
图2是灵活燃料发动机燃料供给系统和电控系统原理图：包括两套独立燃料供给系统、喷射系统和控制器。
汽油控制器11与醇类控制器12的(用)数据线相连；在发动机处设冷却液温度传感器13和机油温度传感器14，作为控制模式识别的冷却液温度传感器13和机油温度传感器14与醇类控制器12连接；两套燃料供给系统的汽油液位传感器2和醇类液位传感器6都与燃料选择开关9连接，燃料选择开关9与醇类控制器12连接和液位显示表10连接。其中醇类燃料喷射系统包括醇类油箱5、醇类泵(自带调压器)7、醇类液位传感器6、醇类滤清器8、燃料共轨法兰19和醇类喷嘴17、燃料选择开关9和作为控制模式识别的冷却液温度传感器13，机油温度传感器14。汽油箱1和醇类箱5分别固定在底盘空置处，醇类泵7和醇类液位传感器6固定在醇类箱5内，醇类滤清器8固定在车架上，醇类泵7以耐压快插油管连接；燃料共轨法兰19固定在发动机缸体和进气歧管16之间，醇类油轨和醇类滤清器8以耐压快插油管连接；汽油液位传感器2和醇类液位传感器6由燃料选择开关9控制与液位显示表10连接，两套系统共用一个油量表，燃料选择开关9切到汽油位置时，液位显示表10指示的是汽油液位；燃料选择开关9切换到醇类位置时，液位显示表10指示的是醇类液位。
本发明使用两套独立燃料供给系统和喷射系统，包括原车汽油燃料喷射系统和汽油控制器11；醇类燃料喷射系统和醇类控制器12，其中醇类燃料喷射系统包括醇类油箱5、醇类泵(自带调压器)7、醇类液位传感器6、醇类滤清器8、燃料共轨法兰19和醇类喷嘴17、燃料选择开关9和作为控制模式识别的冷却液温度传感器13，机油温度传感器14。汽油箱1和醇类箱5分别固定在底盘空置处，醇类泵7和醇类液位传感器6固定在醇类箱5内，醇类滤清器8固定在车架上，醇类泵7以耐压快插油管连接；燃料共轨法兰19固定在发动机缸体和进气歧管16之间，醇类油轨和醇类滤清器8以耐压快插油管连接；汽油液位传感器2和醇类液位传感器6由燃料选择开关9控制和液位显示表10连接，两套系统共用一个油量表，燃料选择开关9切到汽油位置时液位显示表10指示的是汽油液位，燃料选择开关9切换到醇类位置时液位显示表10指示的是醇类液位。
图1是电控系统原理图：
如图1：汽油控制器与醇类控制器用数据线相连；作为控制模式识别的冷却液温度传感器13和机油温度传感器14与醇类控制器连接；醇类控制器包括输入信号转换电路、模/数转换器、微处理器、输出信号转换电路四部分。输入转换电路与冷却液温度传感器和机油温度传感器、燃料选择开关连接，输入转换电路是对各个传感器输入的信号进行滤波、放大，数字模拟转换器再对放大信号进行模拟转换；微处理器按预设程序对模拟转换信号进行运算、存储后，将输出信号传到输出信号转换电路，预设程序是利用与系统相对应的开发软件对车辆各种工况进行标定后得到的控制数据MAP图。输出信号转换电路包括放大电路和转换电路，在将输出信号转换成可执行的脉冲信号后送到执行部件——醇类喷嘴。
图3是汽油控制器和醇类控制器的软件流程图。
汽油醇类灵活燃料发动机的工作特点是：用原车汽油模式启动，原车汽油控制器根据不同的工况向汽油喷嘴传送不同的喷油脉冲信号，保持发动机正常工作。当燃料选择开关置于醇类位置时，作为控制模式识别的发动机冷却液温度传感器13、机油温度传感器14检测到的信号通过醇类控制器内的输入信号处理电路和模拟转换后被传送到微处理器。当检测到的温度均达到醇类的汽化点时，原车汽油控制器11输送到汽油喷嘴18的喷射脉冲信号输送到醇类控制器12的输入信号转换电路进行放大、滤波处理，处理的数据进入模/数转换器，再到输送到微处理器。微处理器按预设的程序计算出醇类燃料喷嘴流量系数与汽油控制器控制的汽油喷嘴流量系数之比，进而计算出醇类燃料的喷射脉宽，然后通过输出信号转换电路将信号转化为电信号输送到执行部件——醇类喷嘴17。
原车汽油控制器11检测到醇类喷射信号后就会关闭汽油喷嘴18，但汽油控制器会根据工况的变化不断的输出汽油喷射脉宽并被醇类控制器接收，进而转换成醇类喷射脉宽，实现了醇类燃料的实时控制喷射。为了减小长时间燃用醇类燃料引起的气阀磨损和喷嘴结焦，采用两种喷嘴交替工作的方式，醇类喷嘴连续喷射一段时间后，(一般是8～10秒)，再关闭醇类喷嘴，由汽油喷嘴喷射一段时间，(一般是1～2秒)。如此反复交替。其间产生的小量误差可由原汽油控制器通过闭环控制和自适应控制算法进行校正，从而实现了两种燃料的全闭环控制。
醇类燃料喷射脉宽的计算公式为：
T＝K*(T1-T2)+T3；其中：T代表醇类燃料喷射脉宽，T1代表汽油燃料喷射脉宽，T2代表汽油喷嘴打开延时，T3代表醇类喷嘴打开延时；K为代用燃料的总转换系数。
醇类燃料包括：
汽油、醇类灵活燃料发动机。
汽油、甲醇灵活燃料发动机。
本发明采用燃料共轨法兰实现双喷嘴在进气歧管同一位置控制。
以乙醇为例过程如下：
1、开始用原车汽油模式启动，原车汽油控制器根据不同的工况向汽油喷嘴传送不同的喷油脉冲信号，保持发动机正常工作。
2、当燃料选择开关置于醇类位置时，醇类控制器检测发动机冷却液温度和机油温度是否均达到70℃以上。
2.1、若冷却液温度和机油温度没达到70℃，则汽油控制器继续控制汽油喷嘴工作。
2.2、当冷却液温度和机油温度均达到70℃后，醇类控制器开始接收汽油控制器发出的喷油脉冲；
2.3、醇类控制器将喷油脉冲转换成醇类喷射脉冲，控制醇类喷嘴工作；醇类喷嘴工作，同时关闭汽油喷嘴；
3、汽油控制器控制汽油喷射与醇类控制器控制喷醇类是按比例切换交替进行；醇类喷嘴连续喷射完成发动机8～10秒的工作循环后，由汽油喷嘴喷射完成1～2秒内工作循环，如此反复交替。
两套系统分别由两个控制器控制，由安装在驾驶室内控制面板上的燃料选择开关控制燃料的种类，燃料使用模式可以是原车纯汽油，或者汽油、醇类按一定比例分时混合燃烧。
本发明除了冷机起动用汽油外，其余时间可任意选择燃用汽油或是汽油和醇类混合燃料。在选择混合燃料时，汽油和醇类不同时喷射，属于分时掺烧，就单个气缸来说，汽油喷嘴连续喷射完成1秒内的工作循环后，就停止喷射，在接下来9秒的工作循环中，都由醇类喷嘴喷射醇类来完成。醇类的掺烧比例可达90％以上。
电控系统控制方式，本发明的控制器包括发动机汽油控制器和醇类控制器，根据采集到的各种信号，通过处理、共享后，两套控制器协调工作，控制汽油和醇类间歇喷射。
该系统设定的切换模式为醇类喷嘴连续喷射完成10秒的工作循环后，再由汽油喷嘴喷射完成1秒的工作循环时，醇类的掺烧比例可达92％以上。如此反复。
该系统设定的切换模式为醇类喷嘴连续喷射完成8秒的工作循环后，再由汽油喷嘴喷射完成1秒的工作循环时，醇类的掺烧比例可达85％以上。如此反复。
该系统设定的切换模式为醇类喷嘴连续喷射完成10秒的工作循环后，再由汽油喷嘴喷射完成2秒的工作循环时，醇类的掺烧比例可达83％以上。如此反复。
该系统设定的切换模式为醇类喷嘴连续喷射完成8秒的工作循环后，再由汽油喷嘴喷射完成2秒的工作循环时，醇类的掺烧比例可达80％以上。如此反复。
本发明的醇类喷嘴和汽油喷油共同布置在进气歧管和发动机缸体之间。
本发明是在原电控汽油机的基础上增加了一套醇类燃料电控喷射系统，或在点燃式发动机(CNG)的基础上降低压缩比后分别增加一套汽油喷射系统和醇类喷射系统；两套系统分别由两个ECU控制，由安装在驾驶室内控制面板上的燃料选择开关控制燃料的种类，燃料使用模式可以是纯汽油，或者汽油、醇类按一定比例分时混合燃烧。
本发明的核心是根据检测到的发动机冷却液温度和机油温度作为醇类喷射启动条件和汽油和醇类间歇喷射交替喷射，即控制两种燃料分时掺烧。因此，凡是采用发动机冷却液温度和机油温度作为醇类喷射启动条件和汽油和醇类两种燃料分时掺烧的，均属于本发明的保护范围。