一种汽车双燃料掺烧方法及控制系统

摘要

本发明涉及新能源汽车领域，公开了一种汽车双燃料掺烧方法及控制系统。该汽车双燃料掺烧方法可根据发动机转速在发动机燃料的一个喷射周期内实现汽油和代用燃料的掺烧，同时公开了一种汽车双燃料控制系统，包括控制器、模式选择开关和传感器，模式选择开关和传感器均与控制器以电缆进行电连接，模式选择开关供驾驶员选择当前工作模式，共有汽油模式和代用燃料模式可供选择，当汽车工作在代用燃料模式下，控制器能控制汽车发动机燃料喷嘴一个喷射周期内，分别喷射一段时间的汽油和代用燃料。本发明能实现汽油和代用燃料共同使用，解决了在使用代用燃料时负载较大的情况下动力不足的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，更具体涉及一种汽车双燃料掺烧方 法及控制系统。

背景技术

在当前能源危机和环境污染日益严重的情况下，新能源汽车应运 而生，这其中可使用两种或两种以上燃料的汽车是开发的热点，在双 燃料汽车中都设置有控制器，用于选择汽车使用燃料的种类，如选择 使用汽油或者代用燃料作为发动机的燃料，但在双燃料汽车的实际运 行中，由于某些代用燃料的燃烧热值比较低，如果负载较大，在汽车 行驶中发动机使用代用燃料的时候往往出现动力不足的情况，现有的 双燃料控制系统能够在汽油和代用燃料之间进行切换，但还不能解决 使用代用燃料时动力不足的情况。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种汽车双燃料掺烧方 法和一种汽车双燃料控制系统，实现在发动机的一个喷射周期内掺杂 使用汽油和代用燃料，从而解决使用代用燃料时动力不足的问题。

本发明是这样得以实现的：

一种汽车双燃料掺烧方法，用在使用汽油和代用燃料作为双燃料 的汽车上，包括以下步骤：

S1、通过一个控制器接收转速传感器采集的汽车发动机转速信号 n和进气压力传感器采集的的进气压力信号P；

S2、控制器将发动机的燃料一个喷射周期T分为两段，分别为第 一段时间T1和第二段时间T2，两段时间的比例基于一种算法由控制 器计算得出，该算法与转速信号n和进气压力信号P相关；

S3、第一段时间T1控制器控制汽油喷嘴喷射汽油，第二段时间 T2控制器控制代用燃料喷嘴喷射代用燃料，从而实现两种燃料的掺 烧。

所述的算法为：控制器根据采集到的进气压力信号P利用函数 n1＝f1(P)、n2＝f2(P)计算出作为转换条件的转速值n1和n2，其 中函数f1和f2均为预先设定的单调递减的分段函数，并满足对于相 同的P值使n2大于n1；

将发动机转速n与数值n1、n2进行比较，其中n1＜n2，

当n≤n1时，第一段时间T1为0，第二段时间T2等于燃料的整 个喷射周期T，即整个喷射周期内全部使用代用燃料；

当n1＜n＜n2时，第一段时间T1与第二段时间T2均大于0，即 在一个喷射周期内使用汽油和代用燃料掺烧，其中T1＝f3(p，n)， T2＝T-T1，函数f3预先设定；

当n≥n2时，第一段时间T1等于燃料的整个喷射周期T，第二 段时间T2为0，即整个喷射周期内全部使用汽油。

一种汽车双燃料控制系统，包括模式选择开关、传感器和控制器， 模式选择开关和传感器均与控制器实现电连接；

所述的模式选择开关有两种工作模式，分别是汽油模式和代用燃料 模式；

所述的控制器接收模式选择开关的命令，控制汽车工作于不同的 工作模式下：

在汽油模式下，汽车发动机单独使用汽油作为燃料，控制器控制 汽车的汽油喷嘴正常工作；

在代用燃料模式下，

通过一个控制器接收转速传感器采集的汽车发动机转速信号n 和进气压力传感器采集的的进气压力信号P；

控制器将发动机的燃料一个喷射周期T分为两段，分别为第一段 时间T1和第二段时间T2，两段时间的比例基于一种算法由控制器计 算得出，该算法与转速信号n和进气压力信号P相关；

第一段时间T1控制器控制汽油喷嘴喷射汽油，第二段时间T2控 制器控制代用燃料喷嘴喷射代用燃料，从而实现两种燃料的掺烧。

所述的算法为：控制器根据采集到的进气压力信号P利用函数 n1＝f1(P)、n2＝f2(P)计算出作为转换条件的转速值n1和n2，其 中函数f1和f2均为预先设定的单调递减的分段函数，并满足对于相 同的P值使n2大于n1；

将发动机转速n与数值n1、n2进行比较，其中n1＜n2，

当n≤n1时，第一段时间T1为0，第二段时间T2等于燃料的整 个喷射周期T，即整个喷射周期内全部使用代用燃料；

当n1＜n＜n2时，第一段时间T1与第二段时间T2均大于0，即 在一个喷射周期内使用汽油和代用燃料掺烧，其中T1＝f3(p，n)， T2＝T-T1，函数f3预先设定；

当n≥n2时，第一段时间T1等于燃料的整个喷射周期T，第二 段时间T2为0，即整个喷射周期内全部使用汽油。

所述的模式选择开关包括第二单片机、第二电路板和控制面板 (201)。

所述的控制面板包括用于供驾驶员选择当前工作模式的模式选 择按键、用于供信号输入输出的接插件、用于处理模式选择信号并将 模式选择命令发送至控制器的第二单片机、用于指示当前工作模式和 燃料剩余量的指示灯组。

所述的指示灯组包括用于指示当前工作模式的汽油指示灯、代用 燃料指示灯和用于指示当前工作燃料剩余量的液位指示灯，均为LED 指示灯。

所述的传感器包括用于测量进气压力和燃气压力的双压力传感 器、用于测量剩余燃料量的液位传感器、用于采集水温信号的水温传 感器、用于采集空燃比信号的氧传感器和用于采集发动机转速信号的 转速传感器。

所述的控制器包括外壳、安装在外壳内的第一电路板、第一单片 机、安装在外壳上的用于信号输入控制输出的电路接插件、安装孔。

有益效果

本发明的有益效果：本发明提供一种汽车双燃料掺烧方法及控制 系统，该掺烧方法可实现在汽车发动机燃料的一个喷射周期内掺烧汽 油和代用燃料，提升汽车的动力性能；该控制系统与传统的汽车双燃 料控制系统相比，能在汽车发动机燃料一个喷射周期内掺杂使用汽油 和代用燃料，解决了负载较大时使用代用燃料动力不足的问题，提升 汽车动力性能和驾驶者的使用感受，该控制系统结构简单，易于实现， 可靠性高。

附图说明

图1是本发明的实施例中汽车双燃料掺烧方法的流程示意框图；

图2是本发明实施例中汽车双燃料控制系统中控制器的结构示 意图；

图3是本发明实施例中汽车双燃料控制系统中控制器的控制面 板结构示意图；

图4是本发明实施例中汽车双燃料控制系统各部件连接示意图；

图5是本发明实施例中汽车双燃料控制系统工作模式控制示意 图；

图6是本发明实施例中汽车双燃料控制系统单独使用汽油与两 种燃料掺烧时各喷嘴驱动信号时序对比图。

具体实施方式

图中标号统一说明如下：

100 控制器                            101 外壳

102 安装孔                            103 电路接插件

104 第一电路板                        105 第一单片机

201 控制面板                          202 接插件

203 汽油指示灯                        204 代用燃料指示 灯

205 液位指示灯                        206 模式选择按键

下面结合附图和较佳实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示的是本发明一较佳实施例的一种汽车双燃料掺烧方 法，用在使用汽油和代用燃料作为双燃料的汽车上，该方法包括以下 步骤：

步骤S1中，通过一个控制器接收转速传感器采集的汽车发动机 转速信号n和进气压力传感器采集的的进气压力信号P；

步骤S2中，控制器将发动机的燃料一个喷射周期T分为两段， 分别为第一段时间T1和第二段时间T2，两段时间的比例基于一种算 法由控制器计算得出，该算法与转速信号n和进气压力信号P相关；

步骤S3中，第一段时间T1控制器控制汽油喷嘴喷射汽油，第二 段时间T2控制器控制代用燃料喷嘴喷射代用燃料，从而实现两种燃 料的掺烧。

所述的算法为：控制器根据采集到的进气压力信号P利用函数 n1＝f1(P)、n2＝f2(P)计算出作为转换条件的转速值n1和n2，其 中函数f1和f2均为预先设定的单调递减的分段函数，并满足对于相 同的P值使n2大于n1；

将发动机转速n与数值n1、n2进行比较，其中n1＜n2，

当n≤n1时，第一段时间T1为0，第二段时间T2等于燃料的整 个喷射周期T，即整个喷射周期内全部使用代用燃料；

当n1＜n＜n2时，第一段时间T1与第二段时间T2均大于0，即 在一个喷射周期内使用汽油和代用燃料掺烧，其中T1＝f3(p，n)， T2＝T-T1，函数f3预先设定；

当n≥n2时，第一段时间T1等于燃料的整个喷射周期T，第二 段时间T2为0，即整个喷射周期内全部使用汽油。

本实施例中，将函数f1和f2设置为两个分段函数，以如下的方 式进行设定：

在发动机运转的情况下，发动机进气压力P约为20-100Kpa， 将P值分为10个节点，按照从小到大的顺序设为P1、P2、……P9、 P10，每一个节点的P值均对应一个相应的N1和N2的值，如下表 所示：

  P(Kpa)   P1   P2   P3   P4   P5   P6   P7   P8   P9   P10   N1(rpm)   A₁  A₂  A₃  A₄  A₅  A₆  A₇  A₈  A₉  A₁₀  N2(rpm)   B₁  B₂  B₃  B₄  B₅  B₆  B₇  B₈  B₉  B₁₀

若P_i≤P≤P_i+1，则N1＝f1(P)＝A_i-(A_i-A_i+1)*(P_i-P)/(P_i-P_i+1)；

N2＝f2(P)＝B_i-(B_i-B_i+1)*(P_i-P)/(P_i-P_i+1)。

如P₃≤P≤P₄，则N1＝f1(P)＝A₃-(A₃-A₄)*(P₃-P)/(P₃-P₄)；

N2＝f2(P)＝B₃-(B₃-B₄)*(P₃-p)/(P₃-P₄)。

上表中的P1、P2……P10及A₁……A₁₀和B₁……B₁₀的值均根据 实际汽车发动机和燃料的参数预先设定，例如可以如下表的方式设 定：

  P(Kpa)   P   20   25   32   39   46   54   62   70   85   100   N1(rpm)   N1   2500   2300   2150   2020   1900   1800   1770   1700   1620   1550   N2(rpm)   N2   4000   3850   3670   3510   3360   3220   3090   2970   2860   2750

如P＝38Kpa，则N1＝2150-(2150-2020)*(32-38)/(32-39)＝2039 rpm；

N2＝3670-(3670-3510)*

(32-38)/(32-39)＝3533rpm。

以上是本发明的较佳实施例中对函数f1和f2的设定，函数f1和 f2还可以是其他形式，如可令：

N1＝f1(P)＝2500-0.05p*p-0.08p；N2＝f2(P)

＝4000-0.06p*p-0.09p。

本领域的技术人员应当明白，函数f1和f2还可以根据汽车发动 机和燃料的参数设定为其他合适的形式，以上所提到的函数f1和f2 的形式是本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明。

本实施例中将f3设置T1＝f3(p，n)＝T*(n-n1)/(n2-n1)，本领域的 技术人员应当明白，函数f3不限于上述形式，也可以设置成其他合 适的形式，如T1＝f3(p，n)＝T*(n²-n1²)/(n2²-n1²)

本发明提供的一种汽车双燃料控制系统包括控制器、模式选择开 关和传感器，其中模式选择开关和传感器均通过电缆与控制器进行电 连接。

如图2所示，控制器100包括：外壳101，安装孔102，电路接 插件103，第一电路板104和第一单片机105。其中安装孔安装设置 在外壳上，用于将控制器100安装在车体上，电路接插件用于提供电 缆接入的接口。

如图4所示，控制器100通过电缆与模式选择开关、传感器以 及燃料喷嘴电连接，第一电路板104和第一单片机105作为控制器 的核心部分，接收模式选择开关和传感器发送的信号，并根据输入信 号控制燃料喷嘴进行工作。

模式选择开关包括第二单片机(图上未画出)、第二电路板(图 上未画出)和控制面板201，如图3所示，在控制面板201上设置有 接插件202、汽油指示灯203、代用燃料指示灯204、液位指示灯205 和模式选择按键206。

所述的液位指示灯205用于指示目前所使用的燃料的剩余量。

汽油指示灯203和代用燃料指示灯204用于指示当前的工作模 式。

接插件202用于提供电缆连接的接口，供信号输入和输出。

模式选择按键206供驾驶员选择当前工作模式。当驾驶员按动模 式选择按键206，处理电路会采集到输入信号的变化，并输入第二单 片机的端口，第二单片机据此判断当前工作模式并将工作模式信号发 送至控制器100。模式选择按键206可供选择的工作模式包括汽油模 式和代用燃料模式。

参考图4至图6：

传感器包括用于测量进气压力和燃气压力的双压力传感器、用于 测量剩余燃料量的液位传感器、用于采集水温信号的水温传感器和用 于采集空燃比信号的氧传感器。

当汽车发动机启动时，汽车发动机水温较低，控制器接收水温传 感器采集的水温信号判断汽车刚启动。当水温较低，此时控制器强制 发动机使用汽油作为燃料，此时模式选择开关的选择不起作用，当汽 车水温上升到一定值时，控制器开始根据模式选择开关的选择的工作 模式控制汽车发动机进行工作：

图6中低电平表示喷嘴工作(即喷射燃料)，最上方的折线为汽 油模式下汽油喷嘴的驱动时序图，中间和下方的折线这分别表示代用 燃料模式下汽油喷嘴和代用燃料喷嘴的驱动时序图。

驾驶员选择汽油模式时，此时车辆的能量来源为汽油。控制器第 一单片机105采集到输入信号，判断当前工作模式为汽油模式，同时 点亮汽油指示灯203，并根据液位传感器的信号点亮相应个数的液位 指示灯205，驾驶员可以根据液位指示灯205的指示了解当前燃料 (汽油)的剩余量。汽油模式下，控制器驱动汽油喷嘴正常工作，其 工作方式与普通燃烧汽油的汽车工作方式相同，在此不再赘述。

当驾驶员选择代用燃料模式时，此时车辆的能量来源为代用燃 料。控制器100采集到输入信号，判断当前的工作模式为代用燃料模 式，同时点亮代用燃料指示灯204，并根据液位传感器204的信号点 亮相应个数的液位指示灯205，驾驶员可以根据液位指示灯205的指 示了解当前燃料(代用燃料)的剩余量。当根据模式选择开关的选择 切换到代用燃料模式后，控制器接收双压力传感器采集的反映发动机 载荷的进气压力信号和反映代用燃料密度的燃气压力信号，控制器采 集到这两个信号结合汽油喷射脉宽计算出总的燃料喷射时间T，因汽 油热值一般都大于代用燃料，因此代用燃料模式下的总的燃料喷射时 间T一般都大于汽油的喷射脉宽，如图5所示。氧传感器用于采集尾 气中的氧气成分信号，并将此信号发送至控制器，控制器接收到氧传 感器采集的信号后将它作为一个反馈信号，对其分析处理之后对喷射 时间作反馈调整。

代用燃料模式下，控制器100接收转速传感器采集的汽车发动机 转速信号n和进气压力传感器采集的的进气压力信号P；控制器100 将发动机的燃料一个喷射周期T分为两段，分别为第一段时间T1和 第二段时间T2，控制器100根据采集到的进气压力信号P利用函数 n1＝f1(P)、n2＝f2(P)计算出作为转换条件的转速值n1和n2，其 中函数f1和f2均为预先设定的单调递减的分段函数，并满足对于相 同的P值使n2大于n1；

控制器100将发动机转速n与数值n1、n2进行比较，其中 n1＜n2，

当n≤n1时，第一段时间T1为0，第二段时间T2等于燃料的整 个喷射周期T，这种情况下控制器100控制代用燃料喷嘴在整个喷射 周期内喷射代用燃料，即全部使用代用燃料，不使用汽油；

当n1＜n＜n2时，第一段时间T1与第二段时间T2均大于0，其 中T1＝f3(p，n)，T2＝T-T1，函数f3预先设定，；如图5、6所示，在第 一段时间T1内控制器100控制汽油喷嘴喷射汽油，在第二段时间T2 内控制器100控制代用燃料喷嘴喷射代用燃料，即在一个喷射周期内 使用汽油和代用燃料掺烧；

当n≥n2时，第一段时间T1等于燃料的整个喷射周期T，第二 段时间T2为0，这种情况下控制器控制汽油喷嘴在整个喷射周期内 喷射汽油，即全部使用汽油，不使用代用燃料。

本实施例中，将函数f1和f2设置为两个分段函数，以如下的方 式进行设定：

在发动机运转的情况下，发动机进气压力P约为20-100Kpa， 将P值分为10个节点，按照从小到大的顺序设为P1、P2、……P9、 P10，每一个节点的P值均对应一个相应的N1和N2的值，如下表 所示：

  P(Kpa)   P1   P2   P3   P4   P5   P6   P7   P8   P9   P10   N1(rpm)   A₁  A₂  A₃  A₄  A₅  A₆  A₇  A₈  A₉  A₁₀  N2(rpm)   B₁  B₂  B₃  B₄  B₅  B₆  B₇  B₈  B₉  B₁₀

若P_i≤P≤P_i+1，则N1＝f1(P)＝A_i-(A_i-A_i+1)*(P_i-P)/(P_i-P_i+1)；

N2＝f2(P)＝B_i-(B_i-B_i+1)*(P_i-P)/(P_i-P_i+1)。

如P₃≤P≤P₄，则N1＝f1(P)＝A₃-(A₃-A₄)*(P₃-P)/(P₃-P₄)；

N2＝f2(P)＝B₃-(B₃-B₄)*(P₃-p)/(P₃-P₄)。

上表中的P1、P2……P10及A₁……A₁₀和B₁……B₁₀的值均根据 实际汽车发动机和燃料的参数预先设定，例如可以如下表的方式设 定：

  P(Kpa)   P   20   25   32   39   46   54   62   70   85   100   N1(rpm)   N1   2500   2300   2150   2020   1900   1800   1770   1700   1620   1550

  N2(rpm)   N2   4000   3850   3670   3510   3360   3220   3090   2970   2860   2750

如P＝38Kpa，则N1＝2150-(2150-2020)*(32-38)/(32-39)＝2039rpm；

N2＝3670-(3670-3510)*(32-38)/(32-39)＝3533rpm

以上是本发明的较佳实施例中对函数f1和f2的设定，函数f1 和f2还可以是其他形式，如可令：

N1＝f1(P)＝2500-0.05p*p-0.08p，

N2＝f2(P)＝4000-0.06p*p-0.09p；

本领域的技术人员应当明白，函数f1和f2还可以根据汽车发动 机和燃料的参数设定为其他的形式，以上所提到的函数f1和f2的形 式是本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明。

本实施例中将f3设置T1＝f3(p，n)＝T*(n-n1)/(n2-n1)，本领域的 技术人员应当明白，函数f3不限于上述形式，也可以设置成其他合 适的形式，如T1＝f3(p，n)＝T*(n²-n1²)/(n2²-n1²)。

以上比较过程依据需要可以设为燃料的每个喷射周期比较一次 并及时进行两种燃料喷射时间的调整，也可以是多个周期比较一次， 一次比较之后即按比较结果控制汽油和代用燃料的喷射时间，直到下 一次比较之后再进行两种燃料喷射时间的调整。

本领域的技术人员应当知道，以上实施例是本发明的较佳实施 例，用以说明本发明，但本发明的实施方式不受上述实施例的限制， 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理的情况下所作的改变、修 饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的 保护范围之内。如上述实施例中采用的控制两种燃料掺烧时间比例的 方法也可以采用其他的方法，如时间比例仅与汽车发动机转速n相关 或仅与发动机进气压力有关，或者其他合适的方式；并且两种燃料掺 烧的情况下，汽油喷嘴和代用燃料喷嘴的工作顺序也可以调整，如先 控制代用燃料喷嘴工作，再控制汽油喷嘴工作。

本发明能够实现在代用燃料模式下掺烧汽油和代用燃料，并能够 根据发动机进气压力和发动机转速调整两种燃料的掺烧比例，解决了 双燃料汽车在使用代用燃料下负载较大时出现的动力不足的问题，提 升双燃料汽车的动力性能和驾驶者的使用感受。