一种甲醇 / 汽油双燃料发动机系统的控制方法 【技术领域】
本发明涉及发动机系统控制技术领域， 尤其涉及一种甲醇 / 汽油双燃料发动机系 统的控制方法。背景技术
随着社会经济的快速发展和城市化进程的加快， 城市环境污染日趋严重。由于城 市汽车保有量的快速增长， 加速有限石油能源的消耗， 因其不可再生的特点已日渐枯竭。 尤 其近几年由于石油竞争不断发生国际争端， 而燃油价格也逐年飙升， 为解决能源危机， 作为 替代燃料的甲醇燃料逐渐被得到应用。甲醇燃料具有热效率高、 比功率高、 排放较低等优 点。它的高汽化潜热能使充气密度提高， 从而提高充气效率， 增强发动机的动力性。
目前， 使用甲醇 / 汽油双燃料驱动的发动机已有一定的发展， 一般是将甲醇燃料 与汽油以一定比例或任意比例混合作为燃料， 但甲醇与汽油在一定温度条件下存在互溶性 不足问题， 造成燃料分层， 对发动机的经济性和动力性能都有较大的影响。
中国专利 CN 101629533 A 公开了一种甲醇发动机燃料供给系统及其控制方法， 该系统设置甲醇燃料油箱和汽油燃料油箱， 分别单独供给甲醇燃料和汽油燃料， 并通过电 控单元 ECU 对燃料供给进行控制， 电控单元 ECU 通过水温传感器监测水温或通过环境温度 传感器监测环境温度， 判断水温或环境温度是否低于 10℃， 如果水温或环境温度低于 10℃ 时， 则发动机进入低温汽油燃料启动， 启动成功后将低温汽油启动模式切换为甲醇燃料驱 动模式， 如果水温或环境温度高于 10℃， 则发动机进入甲醇燃料启动模式， 启动成功后保持 甲醇燃料模式下工作。该控制系统及其方法解决了甲醇发动机在低温环境下启动难的问 题， 但尚有不足之处 ：
一、 该系统在 10℃以下的低温环境下以汽油燃料模式启动， 启动成功后即切换为 甲醇燃料驱动模式， 然而冷机在低温启动成功后的暖机过程中， 发动机各部件如气缸等可 能尚未达到甲醇正常完全燃烧所需要的温度， 在此温度下， 如果强行将汽油燃料模式切换 为甲醇燃料， 将会使甲醇燃烧不完全， 出现以下问题 ：
1、 甲醇在低温下燃烧不完全， 其不完全燃烧产物为甲醛， 甲醛非常易于聚合， 其聚 合产物聚甲醛沸点高、 难于从发动机内跑出。 聚甲醛被进一步氧化而生成有机酸， 有机酸在 高温下腐蚀性甚至于接近室温下的硫酸， 严重腐蚀发动机 ；
2、 未燃甲醇之排放， 对环境产生较大的污染， 甲醇是典型的神经毒物， 可经呼吸 道、 胃肠道和皮肤吸收， 主要损害人的神经和视觉系统， 具有显著的麻醉作用 ；
3、 油耗偏高 ： 在发动机在冷机条件下， 进入暖机加浓工况， 会增加甲醇的消耗量 ；
4、 发动机寿命缩短 ： 甲醇燃料不具备润滑性， 而汽油具有一定的润滑性， 所以， 发 动机在冷机条件下使用甲醇燃料进行暖机加浓， 会加剧发动机的磨损， 缩短发动机寿命。
二、 系统在某一燃料供应出现问题或燃料液位传感器接插件出现故障， 或燃料油 泵继电器电路出现故障时， 无法自动切换到另一种燃料模式以保证发动机正常工作。发明内容 本发明提供了一种甲醇 / 汽油双燃料发动机系统的控制方法， 目的是解决甲醇 / 汽油发动机在低温环境下启动难、 排放不良、 油耗偏高和某种燃料供给出现问题后的燃料 模式切换问题。
为实现上述目的， 本发明提供了以下技术方案 ： 一种甲醇 / 汽油双燃料发动机系 统的控制方法， 包括以下步骤 ：
1) 甲醇燃料和汽油燃料分别单独装于相应的油箱 ；
2) 甲醇燃料和汽油燃料的供给由同一电控单元 ECU 控制， 并以甲醇燃料模式或汽 油燃料模式独立供给燃料 ；
3) 启动发动机 ；
还包括以下步骤 ：
发动机启动后， 冷却液温度传感器监测发动机冷却水温度， 并将温度信号传送至 发动机电控单元 ECU， 当冷却液温度达到设定值， 并且发动机运转时间达到设定值时， 系统 切换至甲醇燃料模式驱动发动机正常工作。
所述的发动机运转时间为从发动机启动成功时开始计时， 发动机运转所经历的时 间。
优选地， 还包括， 甲醇燃料液位传感器测定甲醇燃料的液位， 当所述的甲醇燃料液 位低于设定值时， 传感器发送所述的液位信号至电控单元 ECU， 电控单元 ECU 发送指令， 将 甲醇燃料驱动模式自动切换至汽油燃料驱动模式， 以保证发动机正常工作， 并发出警报。
优选地， 还包括， 监测甲醇燃料液位传感器的接插件， 当所述甲醇燃料液位传感器 的接插件出现故障时， 电控单元 ECU 认定电控系统发生故障， 并发送指令将甲醇燃料驱动 模式自动切换至汽油燃料驱动模式， 以保证发动机正常工作， 并发出警报。
优选地， 还包括， 监测甲醇燃料油泵继电器的电路， 当所述甲醇燃料油泵继电器的 电路出现问题， 无法为发动机正常提供甲醇燃料时， 电控单元 ECU 认定电控系统发生故障， 并发送指令将甲醇燃料驱动模式自动切换至汽油燃料驱动模式， 以保证发动机正常工作， 并发出警报。
与现有技术相比， 本发明具有以下优点 ：
本发明的双燃料燃油供给装置由同一电子控制单元 ECU 控制， 发动机在低温下也 能正常启动并适时切换到甲醇燃料模式驱动 ； 同时， 发动机能在异常条件下自动切换到另 一种燃料驱动模式以保证发动机正常工作并发出警报。本发明综合解决了甲醇 / 汽油双燃 料发动机低温启动难、 排放不良、 油耗偏高、 异常条件下发动机不能正常工作的问题， 自动 化操作， 效果明显， 是一种值得推广的双燃料发动机系统控制方法。
附图说明 图 1 是本发明甲醇 / 汽油双燃料系统的供给装置结构图 ；
图 2 是本发明电控单元 ECU 的组成原理图， 箭头表示数据信号传递方向 ；
图 3 是本发明实施例一种甲醇 / 汽油双燃料发动机系统控制方法的流程图。
图中标记为 ： 101 甲醇油箱， 102 汽油油箱， 103 发动机， 104 冷却液温度传感器， 105 电控单元 ECU， 106 甲醇液位传感器， 107 汽油液位传感器， 108 甲醇液位信号， 109 甲醇油箱
故障诊断信号， 110 甲醇燃料输出控制信号， 111 甲醇燃料输出， 112 冷却液温度信号， 113 汽 油燃料输出控制信号， 114 汽油燃料输出， 115 汽油液位信号， 116 汽油油箱故障诊断信号。 具体实施方式
为使本发明的上述目的、 特征、 优点更加清楚易懂， 下面结合附图对本发明的具体 实施方式做详细说明。
参见图 1， 该图为本发明甲醇 / 汽油双燃料供给装置结构图。
甲醇油箱 101 和汽油油箱 102 在结构上相互独立地布置， 其燃料的供给由同一电 控单元 ECU 105 控制。该电控单元 ECU 105 为燃料供给控制装置的核心， 分析和处理各传 感器发送来的数据信息信号， 根据这些数据信息作出相应的判断， 并将结果指令发送至各 种执行部件， 实现对燃料供给的控制。
所述传感器包括甲醇液位传感器 106， 汽油液位传感器 107， 冷却液温度传感器 104 等。 所述数据信息信号包括甲醇液位信号 108， 汽油液位信号 115， 冷却液温度信号 112， 甲醇油箱故障诊断信号 109， 汽油油箱故障诊断信号 116 等， 所述数据信息信号包括模拟信 号和数字信号两种。
参见图 2， 该图为本发明电控单元 ECU 的组成原理图。
所述数据信息信号通过输入回路进入所述电控单元 ECU 后， 如果是模拟信号， 将 进入 A/D 端口将模拟信号转换为数字信号， 再通过 I/O 端口进入微机 ； 如果是数字信号， 将 直接通过 I/O 端口进入微机。信号在微机内经过处理， 获得结果指令信号并通过 I/O 端口 到输出回路， 将该结果指令信号发送到相应的执行机构执行该指令， 从而实现对燃料供给 的控制。
由于甲醇燃料存在低温启动难的问题， 现有技术中， 对于发动机的启动， 一种方法 是默认以汽油模式启动， 这样无论在何种温度条件下， 均统一采用汽油模式启动， 避免了低 温下甲醇启动难的问题， 并且在成功启动后将系统切换至甲醇燃料驱动模式 ； 另外一种方 法是， 在发动机启动时， 通过检测冷却液温度， 判断该温度条件下是否适合采用甲醇燃料启 动， 是则采用甲醇燃料启动， 否则采用汽油燃料启动。但这两种方法在发动机启动成功后， 很难准确地找到适时点切换燃料模式， 从而造成不良后果。
下面结合图 3 说明本发明的双燃料供给控制系统的工作过程， 参见图 3， 该图为本 发明一种甲醇 / 汽油双燃料发动机系统控制方法的流程图。
发动机启动后， 发动机冷却液温度信号、 燃料液位信号、 故障诊断信号将随时发送 至电控单元 ECU， 所述燃料液位信号包括甲醇燃料液位信号和汽油燃料液位信号， 所述故障 诊断信号包括甲醇燃料液位传感器的接插件故障诊断信号、 甲醇燃料油泵继电器电路故障 诊断信号等。任何情况下， 为保证燃料能在系统无故障下工作， 电控单元 ECU 将优先进行故 障诊断， 当甲醇燃料液位传感器的接插件出现故障， 或者甲醇燃料油泵继电器电路出现故 障时， 电控单元 ECU 将以汽油模式方式驱动发动机工作， 同时发出故障诊断警报， 通知驾驶 人员及时修复故障 ； 当甲醇燃料液位传感器的接插件无故障， 以及， 甲醇燃料油泵继电器电 路无故障时， 电控单元 ECU 将进一步诊断甲醇燃料液位。
甲醇燃料液位信号由甲醇燃料液位传感器提供， 液位设定值在事先做好标定并输 入于电控单元 ECU。 当检测到甲醇液位低于设定值时， 甲醇燃料液位传感器将液位信号发送到电控单元 ECU， 电控单元 ECU 根据该信号进行处理并将处理结果发送指令到执行机构， 发 动机系统保持汽油驱动模式， 同时发出警报， 以警示驾驶人员加油。
例如能正常供应甲醇的液位设定值为 H ≥ 20mm， 如果液位低于 20mm， 说明甲醇燃 料余量不足， 再使用甲醇燃料驱动发动机， 将会导致发动机不能正常工作， 此时， 电控单元 ECU 根据甲醇燃料液位传感器将液位信号进行判断并将处理结果发送指令到执行机构， 发 动机系统保持汽油驱动模式， 同时发出警报， 以警示驾驶人员加油。
如果甲醇的液位正常， 即液位值高于设定值， 电控单元 ECU 将进入冷却液温度检 测。
甲醇燃料在低温条件下会出现不完全燃烧现象， 导致发动机启动困难。为避免这 一现象的出现， 甲醇燃料应该在大于一定的温度条件下燃烧， 该温度是根据经验值在发动 机电控单元 ECU 做匹配标定时设定， 并输入电控单元 ECU。
冷机条件下， 发动机温度通常以发动机冷却液温度表示， 发动机冷却液温度由冷 却液温度传感器检测， 并将该温度信号传送给电控单元 ECU。 当检测到的冷却液温度低于设 定值时， 电控单元 ECU 将处理判断结果发送指令到执行结构， 发动机系统保持汽油驱动模 式。当检测到的温度高于设定值时， 电控单元 ECU 将进一步判断发动机启动时间。 例如， 发动机电控单元 ECU 做匹配标定时， 温度设定值设为 60℃， 发动机启动后， 当冷却液温度传感器检测到冷却液温度低于该设定值 60 ℃时， 电控单元 ECU 将处理判断 结果发送指令到执行结构， 发动机系统保持汽油驱动模式。当检测到的温度高于该设定值 60℃时， 电控单元 ECU 将进一步判断发动机启动时间。
需要说明的是， 发动机成功启动后， 虽然冷却液温度达到了设定值， 但并不意味着 发动机整体达到最佳的暖机效果， 因为暖机是一个渐进的过程， 才能使发动机各部件达到 一定的温度， 而冷却液温度与发动机各部件如气缸内部温度并不完全一致， 此时如果将系 统切换到甲醇燃料模式， 势必造成甲醇燃料的不完全燃烧 ； 同时， 短暂的汽油模式启动时 间， 使得汽油喷射形成的油膜有限， 而甲醇又不具有润滑性， 此时切换为甲醇燃料模式将加 大对发动机的磨损， 缩短发动机寿命。
从发动机成功启动开始， 随着发动机的运转， 发动机温度将逐渐上升， 上升的温度 与启动时间和初始冷却液温度相关。 具体地， 在发动机匹配标定时， 按照不同的初始冷却液 温度值， 标定出相应的时间设定值， 从发动机成功启动开始， 经过该设定时间值后， 发动机 整体将达到良好的暖机效果， 发动机缸壁油膜足够厚， 此时正是将系统切换至甲醇燃料的 最佳时间。
例如， 发动机做匹配标定时， 初始冷却液温度 10 ℃所对应的发动机暖机时间为 150 秒， 则当发动机冷却液传感器检测到初始冷却液温度为 10℃时， 则电控单元 ECU 选定发 动机暖机时间应该为 150 秒， 从发动机成功启动时开始， 在检测到冷却液温度到达设定值， 并且发动机经过 150 秒运转后， 发动机系统关闭汽油燃料模式， 切换到甲醇燃料模式驱动 发动机。
本发明的控制方法， 还包括， 发动机在正常工作时， 甲醇燃料液位传感器随时测定 甲醇燃料的液位， 当所述的甲醇燃料液位低于设定值时， 传感器发送所述的液位信号至电 控单元 ECU， 电控单元 ECU 发送指令， 将甲醇燃料驱动模式自动切换至汽油燃料驱动模式， 以保证发动机正常工作， 并发出警报。
本发明的控制方法， 还包括， 发动机在正常工作时， 随时监测甲醇燃料液位传感器 的接插件， 当所述甲醇燃料液位传感器的接插件出现故障时， 电控单元 ECU 认定电控系统 发生故障， 并发送指令将甲醇燃料驱动模式自动切换至汽油燃料驱动模式， 以保证发动机 正常工作， 并发出警报。
本发明的控制方法， 还包括， 发动机在正常工作时， 随时监测甲醇燃料油泵继电器 的电路， 当所述甲醇燃料油泵继电器的电路出现问题， 无法为发动机正常提供甲醇燃料时， 电控单元 ECU 认定电控系统发生故障， 并发送指令将甲醇燃料驱动模式自动切换至汽油燃 料驱动模式， 以保证发动机正常工作， 并发出警报。
以上所述， 只是本发明的较佳实施例而已， 并不意味着对本发明做任何限定。 应当 指出， 对于本领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明的技术原理前提下做出的任何修 饰， 都应视为本发明的保护范围。