一種新型cng油氣混合動力節(jié)能控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為了克服現(xiàn)有混合動力汽車存在的不足，提出了一種新型壓縮天然氣油氣混合動力節(jié)能控制系統(tǒng)，以降低天然氣或混合動力汽車的能耗，提高CNG汽車產(chǎn)業(yè)競爭力。本發(fā)明改進了CNG汽車的電子控制技術(shù)，在保證安全的前提下適當提高發(fā)動機的壓縮比，增加發(fā)動機的功率，彌補了現(xiàn)行CNG汽車功率不足的缺陷；其次采取進氣增壓、增濃措施，優(yōu)化燃氣和空氣混合器的設(shè)計，提高充氣系數(shù)來增強發(fā)動機的功率。本發(fā)明采用獨特的技術(shù)方案及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用ECU軟件分段對各缸噴氣量進行修正，燃氣電控系統(tǒng)采用燃氣多點順序噴射結(jié)合點火提前角可變的方式設(shè)計，有效地改善了混合動力汽車的各項性能，提高了天然氣或油料燃燒的效率，降低了能源消耗。
【專利說明】一種新型CNG油氣混合動力節(jié)能控制系統(tǒng)
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車發(fā)動機、傳熱學、自動控制理論、有機化學、汽車電子控制等【技術(shù)領(lǐng)域】。
技術(shù)背景
[0002]近年來，混合動力汽車在全球發(fā)展很快，取得了顯著進步。根據(jù)統(tǒng)計，截至2008年底，全世界已有80多個國家總計擁有混合動力汽車約960萬輛，占世界汽車總保有量的1.16%。亞太地區(qū)的混合動力汽車發(fā)展迅速，2000-2008年年均增長達到53.4%，巴基斯坦、伊朗、印度的混合動力汽車保有量分別達到200萬輛、100萬輛和65萬輛。
[0003]中國的混合動力汽車產(chǎn)業(yè)在國家大力支持下已初具規(guī)模，天然氣或混合動力汽車產(chǎn)業(yè)體系初步形成。截至2008年底，中國已在近30個省、市、自治區(qū)的80多個城市推廣了天然氣或混合動力汽車，擁有CNG汽車約40萬輛，加氣站1000余座。
[0004]推廣天然氣或混合動力汽車是實現(xiàn)節(jié)能減排，解決能源和環(huán)境問題的重要途徑。目前，中國汽車的主要燃料是汽油、柴油等石油的提取物，油類汽車廢氣排放已成為城市空氣污染的主要來源，以天然氣代替汽油和柴油等作為汽車新燃料，是有效降低汽車尾氣污染的重要方式。CNG汽車的排放比汽油車和柴油車的綜合排放污染低約85%，其中碳氧減少約97%，碳氫減少70% -80%,氮氧化物減少30% -40%,顆粒懸浮物減少40%，噪音減少約40%，而且CNG汽車不會產(chǎn)生硫、鉛、苯等有害有毒物質(zhì)。目前，中國正處在工業(yè)化進程中，大氣污染和環(huán)保壓力尤其大，推廣天然氣或混合動力汽車不僅是改善城市大氣質(zhì)量和人們生活條件的迫切需要，更是發(fā)展低碳經(jīng)濟、保護生態(tài)環(huán)境、追求可持續(xù)發(fā)展的需要。
[0005]天然氣的辛烷值高于110，抗爆性能優(yōu)于汽油，發(fā)動機燃用天然氣時可以采用較高的壓縮比，機油更換時間大大延長，不必經(jīng)常更換火花塞，與燃用柴油(汽油)相比，可節(jié)約50%以上的維修費用。此外，發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小(比汽油機低40%)，發(fā)動機使用壽命為汽油車的3倍。
[0006]此外，相對于石油來說，中國天然氣資源相對豐富，天然氣探明儲量3萬億立方米，探明程度僅為18%。2008年中國天然氣產(chǎn)量775億立方米，預計到2010年，中國天然氣產(chǎn)量將超過900億立方米，2020年將達到1500億立方米，2030年達到2000億立方米，2035年達到2500億立方米。豐富的天然氣資源為中國發(fā)展CNG汽車奠定了堅實的基礎(chǔ)。隨著中國城市天然氣管網(wǎng)的建設(shè)和私家車的快速發(fā)展，為適應市場多元化需求，優(yōu)化配置能源結(jié)構(gòu)，大力推廣天然氣或混合動力汽車成為政府節(jié)能減排的重要工作。在世界范圍內(nèi)，石油資源正日益枯竭，原油價格更是節(jié)節(jié)攀升，而全球天然氣的探明儲量和開采量每年都在增加，天然氣價格-直比較穩(wěn)定，甚至略有下降。在國內(nèi)，天然氣價格與汽油價格存在較大差價，目前中國車用天然氣平均價格不到汽油價格的50%，天然氣或混合動力汽車的發(fā)展具有經(jīng)濟基礎(chǔ)和發(fā)展動力。
[0007]從技術(shù)方面，中國的天然氣或混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和成果推廣取得了顯著成效，一些骨干汽車企業(yè)已陸續(xù)開發(fā)出單一燃料或雙燃料的CNG汽車發(fā)動機，并已具備了批量生產(chǎn)能力，排放達到歐洲新標準、具備第三代多點電控噴射技術(shù)的單燃料燃氣汽車產(chǎn)品也已開發(fā)成功，CNG汽車關(guān)鍵零部件的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化能力也明顯提高，不僅能滿足國內(nèi)市場的需求，同時還出口到東南亞-些國家和地區(qū)。
[0008]但是，還需要進一步加快CNG汽車及車用CNG相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，降低天然氣或混合動力汽車的能耗，提高CNG汽車產(chǎn)業(yè)競爭力。首先要改進CNG汽車的電子控制技術(shù)，在保證安全的前提下適當提高發(fā)動機的壓縮比，以增加發(fā)動機的功率，彌補現(xiàn)行CNG汽車功率不足的缺陷；其次要可以采取進氣增壓、增濃措施，優(yōu)化燃氣和空氣混合器的設(shè)計，提高充氣系數(shù)來增強發(fā)動機的功率，以開發(fā)出更加高效的新型壓縮天然氣油氣混合動力節(jié)能控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]天然氣汽車的一個問題是發(fā)動機的功率比使用汽油時有明顯下降，功率下降主要原因在于燃料本身的特性和發(fā)動機的構(gòu)造。在燃料性質(zhì)方面，使用天然氣作燃料時，燃料本身的體積在整個進氣中占有較大比例，導致進入氣缸的空氣量減少，充氣系數(shù)下降，從而導致發(fā)動機功率下降；在發(fā)動機構(gòu)造方面，決定發(fā)動機功率的主要因素是發(fā)動機的壓縮比，壓縮比越大，熱效率越高，有效功率就越大。但壓縮比越大，發(fā)動機爆震的傾向也越大，另外發(fā)動機壓縮比還必須與燃料的抗爆性相適應，這就決定了汽油機的壓縮比不可能太大。
[0010]充氣系數(shù)下降是導致天然氣汽車功率下降的重要原因，提高充氣系數(shù)是提高功率的一種途徑，但充氣系數(shù)下降是由天然氣本身的性質(zhì)所決定的，唯一的解決辦法是采取進氣增壓措施，但進氣增壓會加大發(fā)動機的體積和質(zhì)量，在實施中存在一定難度。
[0011]本發(fā)明采用獨特的技術(shù)方案及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有效地改善了混合動力汽車的各項性能，提高了天然氣或油料燃燒的效率，降低了能源消耗，具體方案如下。
[0012](一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
[0013]本項目產(chǎn)品由鋼瓶、輕觸開關(guān)、減壓閥、混合器、加氣閥、點火提前角、二和一仿真器、CNG多點順序噴射系統(tǒng)、Ecu、電腦板、減壓器、蒸發(fā)器、噴軌、觸摸開關(guān)、高壓電磁閥、高壓管、線束、溫度傳感器、濾芯等部件構(gòu)成，采用電控多點順序氣口噴射，以精確控制各缸噴氣量和噴氣時刻。
[0014]電控多點順序噴射裝置由電子控制單元和安裝在發(fā)動機上的冷卻液溫度傳感器、進氣壓力傳感器、曲軸轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、進氣溫度傳感器組成，各個傳感器均與電子控制單元的不同輸入端連接，電子控制單元和電磁閥的工作電源與控制開關(guān)連接，電子控制單元的控制輸出端與燃氣噴嘴的控制端連接。電子控制單元通過各個傳感器直接從發(fā)動機采集的各種運行參數(shù)信息，電控單元根據(jù)輸入的信息和通過相應程序，計算出正確的點火正時和精確的燃氣噴射量及噴射時刻，實現(xiàn)閉環(huán)自動控制，實現(xiàn)對每個缸定時定量供氣，并根據(jù)當前工況的轉(zhuǎn)速和負荷調(diào)節(jié)噴氣正時和噴氣量，更準確的控制空燃比，提高汽車的經(jīng)濟性和排放性。
[0015]為了保證各缸噴氣量的一致性，利用ECU軟件分段對各缸噴氣量進行修正。燃氣電控系統(tǒng)采用燃氣多點順序噴射結(jié)合點火提前角可變的方式設(shè)計，在原車系統(tǒng)上加裝一套車用CNG供氣系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括燃氣ECU、CNG儲氣瓶、減壓閥和高速噴氣嘴等，與原車燃油系統(tǒng)協(xié)調(diào)結(jié)合在一起，形成燃油和CNG2個獨立的系統(tǒng)。系統(tǒng)通過安裝在駕駛室內(nèi)的切換開關(guān)能自動實現(xiàn)燃料種類強制切換或者根據(jù)工況改變自動切換，并利用原車的氧化傳感器實現(xiàn)閉環(huán)控制。
[0016]本發(fā)明的燃氣ECU分為2大模塊:噴氣模塊和點火系統(tǒng)。噴氣系統(tǒng)是在燃氣狀態(tài)下打開燃氣噴嘴，接收汽油ECU產(chǎn)生的噴油脈寬信號，加上修正脈寬的長度，輸出相應的噴氣脈寬信號到燃氣噴嘴。在燃油狀態(tài)下關(guān)閉燃氣噴嘴，由汽油ECU控制噴油脈寬。點火系統(tǒng)是在燃氣狀態(tài)下將曲軸信號根據(jù)工況變化整體提前一定角度后輸出給汽油ECU，由汽油ECU驅(qū)動點火執(zhí)行機構(gòu)，在燃油狀態(tài)下直接把曲軸信號送至汽油ECU處，由汽油ECU控制點火。
[0017]( 二 )本發(fā)明的特點及創(chuàng)新
[0018]本發(fā)明采用全電控系統(tǒng)，可精確控制天然氣的噴射量、空燃比及點火時間，實現(xiàn)復雜的工況控制，提高了整機性能及工作穩(wěn)定性；系統(tǒng)采用噴射進氣方式，稀薄燃燒技術(shù)，通過最優(yōu)點提前角控制，降低了燃氣消耗率，并提供與原柴油機相等的功率和扭矩；系統(tǒng)采用精確控制氧傳感器對空燃比進行全閉環(huán)控制，具有OBD故障診斷空能。系統(tǒng)具有如下創(chuàng)新
占-
^ \\\.[0019]1、技術(shù)創(chuàng)新
[0020](I)采用多點順序氣口噴射，為避免燃料在進氣歧管中分層或堆積，加裝了專門設(shè)計的噴氣引導裝置。
[0021](2)為保證各缸噴氣量的一致性，利用E⑶軟件分段對各缸噴氣量進行修正。
[0022](3)為解決我國各地天然氣氣質(zhì)不一的狀況，采用了稀燃及當量比燃燒控制切換，發(fā)動機稀燃工作區(qū)域精確標定(失火和爆震界限標定)，實現(xiàn)工作過程λ實時檢測，使發(fā)動機工作在允許范圍內(nèi)?！?br> [0023](4)系統(tǒng)的E⑶具有故障診斷功能、OBD端口、安全運行模式。
[0024]2、應用創(chuàng)新
[0025](I)使用本項目產(chǎn)品可改善發(fā)動機的工況，增強發(fā)動機動力，提高發(fā)動機工作性能。與現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比提高動力的30-35%。由于增強了發(fā)動機的工作動力，提高了發(fā)動機的工作性能，節(jié)約了燃料。
[0026](2)使用本項目產(chǎn)品可減少汽車尾氣排放量，減少環(huán)境污染，是綠色環(huán)保的產(chǎn)品?！緦＠綀D】

【附圖說明】:
[0027]圖1是系統(tǒng)工作原理圖。
[0028]圖2是系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖3是系統(tǒng)節(jié)能控制設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖4是發(fā)動機進氣系及點火系構(gòu)成圖。
[0031]圖5是供氣系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述，但不應將此理解為本發(fā)明應用的范圍僅限于以下的實例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0033]本發(fā)明提出的的新一代CNG動力節(jié)能控制系統(tǒng)集成應用了多種發(fā)動機先進節(jié)油技術(shù)，包括雙可變氣門正時(DVVT)、兩級可變氣門升程(VVL)、內(nèi)部和外部廢氣再循環(huán)(1-EGR和e-EGR)、燃油缸內(nèi)直噴(GDI)、稀薄燃燒、CAI燃燒及低摩擦技術(shù)等，該系統(tǒng)應用到汽車發(fā)動機的天然氣動力改裝上，其怠速油耗相對基礎(chǔ)機可降低30%以上，部分負荷油耗相對降低20%以上，低端扭矩(2000rpm)可提升10%，最大功率與該發(fā)動機的基礎(chǔ)機型相當。搭載該系統(tǒng)的整車(整備質(zhì)量1.3噸左右)油耗相對基礎(chǔ)車降低20%，低于國家油耗標準中對應的油耗限值。同時，整車還滿足國四排放標準，且具有升級到滿足國五排放法規(guī)的潛力。
[0034]本發(fā)明采用氣體燃料多點順序噴射閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)不同工況對燃氣燃料進行定時、定量噴射，電控單元的氧傳感器將數(shù)據(jù)與目標值比較，然后通過自我修正和反饋修正調(diào)整提高空燃比控制的精度。定時定量供氣消除了由于氣門疊加角存在造成的燃氣回火和燃料浪費，提高了各缸混合氣的一致性及各缸工作的均勻性，改善發(fā)動機在各種工況下混合氣控制的精度，減少尾氣排放。從而提高了動力性和經(jīng)濟性改善了排放性。
[0035]本發(fā)明的電腦控制燃料噴射系統(tǒng)噴射的霧狀燃料與均質(zhì)易燃混合氣供給發(fā)動機，經(jīng)過實驗表明:比傳統(tǒng)化油器節(jié)油高達50.2-66.1 %，降低排氣污染85-98% ;比傳統(tǒng)的電腦控制燃料噴射系統(tǒng)裝置節(jié)油40.2-56.3%，降低排氣污染50-63%。
[0036]本發(fā)明同時利用ECU軟件分段對各缸噴氣量進行修正，使得廢氣排放更少，可提升大約5% -10%的功率和扭矩，換檔時更平順，動力銜接更棒，解決了很多汽車存在的問題,如:怠速過低易熄火，變速箱換檔震動等。
[0037]利用本發(fā)明改裝后不會影響汽車的使用壽命和安全性，因為系統(tǒng)只是優(yōu)化了汽車發(fā)動機和ECU的參數(shù)，而優(yōu)化是建立在保證使用壽命和安全性的基礎(chǔ)上進行的。
[0038]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明:
[0039]圖1、圖2分別是系統(tǒng)工作原理圖及電控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)采用燃氣多點順序噴射結(jié)合點火提前角可變的方式設(shè)計，在原車系統(tǒng)上加裝一套車用CNG供氣系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括燃氣ECU、CNG儲氣瓶、減壓閥和高速噴氣嘴等，與原車燃油系統(tǒng)協(xié)調(diào)結(jié)合在一起，形成燃油和CNG2個獨立的系統(tǒng)，系統(tǒng)可手工或根據(jù)工況改變自動切換，并利用原車的氧化傳感器實現(xiàn)閉環(huán)控制。燃氣ECU接收噴油脈寬信號，加上修正脈寬的長度，輸出相應的噴氣脈寬信號到燃氣噴嘴，點火系統(tǒng)則在汽油ECU控制下驅(qū)動點火機構(gòu)。
[0040]圖3是系統(tǒng)節(jié)能控制設(shè)備結(jié)構(gòu)圖，CNG發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)主要由高壓單元、機械減壓調(diào)節(jié)器、低壓調(diào)節(jié)器及燃氣噴射閥等組成。
[0041]圖4、圖5分別是發(fā)動機進氣系及點火系構(gòu)成圖，以及供氣系統(tǒng)示意圖。CNG發(fā)動機的進氣系統(tǒng)有進氣濾清器、增壓器、中冷器、節(jié)流閥、進氣溫度壓力傳感器以及進氣歧管組成；排氣系由排氣歧管、排溫傳感器、氧傳感器及三兀催化劑組成；CNG發(fā)動機的點火系統(tǒng)由功率放大器、高壓線、火花塞和震爆傳感器組成。從結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)非常簡潔。
[0042]以上所述僅為本發(fā)明的應用及測試的一個實例，但并不限于此，凡在本發(fā)明的框架、原則之內(nèi)所作的修改、替換或改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明提出的電控多點順序噴射裝置由電子控制單元和安裝在發(fā)動機上的冷卻液溫度傳感器、進氣壓力傳感器、曲軸轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、進氣溫度傳感器組成，各個傳感器均與電子控制單元的不同輸入端連接，電子控制單元和電磁閥的工作電源與控制開關(guān)連接，電子控制單元的控制輸出端與燃氣噴嘴的控制端連接。電子控制單元通過各個傳感器直接從發(fā)動機采集的各種運行參數(shù)信息，電控單元根據(jù)輸入的信息和通過相應程序，計算出正確的點火正時和精確的燃氣噴射量及噴射時刻，實現(xiàn)閉環(huán)自動控制，實現(xiàn)對每個缸定時定量供氣，并根據(jù)當前工況的轉(zhuǎn)速和負荷調(diào)節(jié)噴氣正時和噴氣量，更準確的控制空燃比，提高汽車的經(jīng)濟性和排放性。
2.本發(fā)明為了保證各缸噴氣量的一致性，利用ECU軟件分段對各缸噴氣量進行修正。燃氣電控系統(tǒng)采用燃氣多點順序噴射結(jié)合點火提前角可變的方式設(shè)計，在原車系統(tǒng)上加裝一套車用CNG供氣系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括燃氣ECU、CNG儲氣瓶、減壓閥和高速噴氣嘴等，與原車燃油系統(tǒng)協(xié)調(diào)結(jié)合在一起，形成燃油和CNG2個獨立的系統(tǒng)。系統(tǒng)通過安裝在駕駛室內(nèi)的切換開關(guān)能自動實現(xiàn)燃料種類強制切換或者根據(jù)工況改變自動切換，并利用原車的氧化傳感器實現(xiàn)閉環(huán)控制。
3.本發(fā)明提出的燃氣ECU分為2大模塊:噴氣模塊和點火系統(tǒng)。噴氣系統(tǒng)是在燃氣狀態(tài)下打開燃氣噴嘴，接收汽油ECU產(chǎn)生的噴油脈寬信號，加上修正脈寬的長度，輸出相應的噴氣脈寬信號到燃氣噴嘴。在燃油狀態(tài)下關(guān)閉燃氣噴嘴，由汽油ECU控制噴油脈寬。點火系統(tǒng)是在燃氣狀態(tài)下將曲軸信號根據(jù)工況變化整體提前一定角度后輸出給汽油ECU，由汽油ECU驅(qū)動點火執(zhí)行機構(gòu)在燃。
【文檔編號】F02D19/00GK103541827SQ201310560219
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】王權(quán)利 申請人:廣西南寧權(quán)桂能源科技有限公司