一种组合燃料发动机燃油品质检测调节装置及方法

摘要

本发明一种组合燃料发动机燃油品质检测调节装置及方法，该装置包括信号采集模块，燃料分配模块，性能比较模块，燃料品质调整模块，以及控制模块；该方法包括：信号采集模块采集发动机当前的各种状态；燃料分配模块确定柴油和天然气两种燃料在当前发动机工况时的标准分配策略、标准喷射结构以及柴油和天然气的标准喷射参数；性能比较模块根据偏差值进行燃料品质等级划分；燃料品质修正模块用于修正由于燃料品质的变化导致相同工况下发动机状态参数或者排放参数产生变化的情况；控制模块最终驱动输出修正后的喷射参数和修正后的节气门开度。本发明能够根据不同燃油品质采用不同控制策略，控制方案简单有效，使组合燃料发动机处于最优的工作状态。

说明书

技术领域

本发明涉及一种组合燃料发动机燃油品质检测调节装置及方法，属于双燃料发动机控制策略领域。

背景技术

由于近年来化石能源的减少以及污染排放量的增加，汽车行业内在不断寻找更加清洁和储量丰富的能源作为化石能源的替代品，天然气相对于传统燃料来说具有储量量丰富，价格低廉，燃烧清洁，效率高等优点，目前已经广泛应用于船舶，城市公交以及重型卡车。柴油引燃天然气双燃料发动机是以天然气为主燃料，少量柴油作为引燃燃料的发动机。这种组合燃料发动机能够采用单柴油和双燃料的运行模式，具有节能、环保、经济的优势。

但是不同省份和地区的柴油、天然气品质参差不齐，甚至有的加油站、加气站燃料不达标。如果加注到了不合标准的柴油，会导致柴油的着火能量不足够引燃喷入的天然气导致发动机失火，排放超标。如果所加的天然气品质不达标，则不能满足发动机动力性能的要求，导致爬坡无力，动力性能下降。因此，在新加入柴油或天然气之后需要对燃料品质进行判断，采取相应的燃料品质调整策略，使发动机达到最佳的动力性能和排放性能。

目前对燃料品质检测有以下几种方式：

中国专利CN111396193 A申请公开了一种燃油品质的检测方法及装置，该专利申请采取的技术手段和达成效果是：通过计算得到燃油箱加液前的非燃油品质变化因子，再利用非燃油品质变化因子和给定的稳态工况下的实际喷油量、实际进气量计算得到燃料品质变化因子，此燃料品质变化因子和预设值进行比较判断燃料品质是否符合要求。该专利存在以下不足之处及原因：该专利仅通过燃料品质变化因子和预设值进行比较判断燃料品质是否满足要求。并没有针对不同品质的燃料进行燃料品质修正。

中国专利CN202010857974.7申请了一种燃料热值确定方法装置车辆及存储介质，该专利达成效果是：通过接收到热值检测触发操作后控制车辆中的发动机以单燃料模式和设定转速工作,如果车辆中发动机状态满足热值检测条件，控制器控制所述发动机以双燃料模式在设定工况下工作；获取设定时间内驱动发动机工作的替代燃料的各喷射脉宽；根据各所述喷射脉宽和预存的标准替代燃料对应的标准脉宽和标准热值确定燃料热值，解决了现有技术中车辆中加注了天然气后无法确定热值，无法对发动机的控制参数进行调整的问题。该专利存在以下不足之处及原因：本专利仅仅说明了双燃料发动机天然气燃料热值的在线确定方法，此方法用于新加入的天然气热值的确定，用于天然气热值改变后双燃料发动机控制策略参数的调整，但是天然气燃料热值只是燃料品质的一个方面，燃料品质还包括燃料中的其他成分对于发动机动力及排放性能的影响。另外，此专利也没有阐述柴油品质的改变对于双燃料发动机的影响。

中国专利CN201911210644.2申请了一种燃油品质检测方法装置可读存储介质及电子控制单元，该专利申请采取的技术手段和达成效果是：加注燃油前的实际SCR转化效率均值与理想SCR转化效率值之差小于预设的差异阈值，再判断当前实际SCR转化效率值与加注燃油前的实际SCR转化效率均值的关系，确定加注的燃油品质是否达标。该专利存在以下不足之处及原因：该专利仅用于表征燃料中硫含量对发动机排放后处理的影响，没有考虑燃料热值和燃料其他成分的改变对发动机的影响。该专利也没有说明由于燃料品质不同如何修正相应的控制策略，使得发动机处于最优工作状态。

现有技术中还存在下列缺点：

1、现有技术中只针对单燃料品质检测，不包含对两种燃料分别检测的内容。

2、现有方案中燃料品质检测的结果只有达标和不达标之分，没有将燃料品质划分等级，根据不同的燃料品质等级选择不同的控制参数修正。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种组合燃料发动机燃油品质检测调节装置及方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种组合燃料发动机燃油品质检测调节装置，包括信号采集模块，燃料分配模块，性能比较模块，燃料品质调整模块，以及控制模块；

所述信号采集模块，用于采集发动机当前的各种状态，包括转速，水温，油温，轨压、节气门开度、天然气液位，以及柴油液位信号；

所述燃料分配模块，用于根据信号采集模块采集到的发动机当前的各种状态参数确定柴油和天然气两种燃料在当前发动机工况时的标准分配策略、标准喷射结构以及柴油和天然气的标准喷射参数，其中喷射参数包括喷射时刻及喷射脉宽；

所述性能比较模块，用于将特定工况下新加入燃料后发动机状态参数、排放性能参数与同一特定工况下的标准值进行对比，并根据偏差值进行燃料品质等级划分；

所述燃料品质修正模块，是根据性能比较模块划分后的燃料品质对燃料分配模块确定的标准喷射参数以及节气门开度进行修正的模块，用于修正由于燃料品质的变化导致相同工况下发动机状态参数或者排放参数产生变化的情况；

所述控制模块，是通过信号采集模块采集到信号确定发动机当前工况，并根据天然气液位，以及柴油液位信号的变化进行燃油加注判断，通过燃料分配模块、性能比较模块和燃料品质修正模块的计算，最终驱动输出修正后的喷射参数和修正后的节气门开度，实现对柴油天然气发动机燃料系统及进气系统的有效控制。

本发明进一步的改进在于，燃料分配模块根据发动机采集到的发动机转速，油门位置，水温油温信号，确定发动机当前工况，根据发动机工况选择对应的燃料分配策略；

发动机运行是单柴油模式或者柴油引燃天然气的双燃料运行模式；

当是处于单柴油控制模式时，燃料分配模块确定柴油的喷射结构，确定喷射次数，喷射时刻，以及喷射脉宽，同时确定对应工况下节气门控制参数；

当发动机处于双燃料模式时，燃料分配模块根据发动机工况确定天然气的替代率，喷射结构，柴油喷射时刻，柴油喷射脉宽，天然气的喷射时刻，天然气喷射脉宽，同时确定对应发动机工况下节气门开度。

本发明进一步的改进在于，发动机性能比较模块中存入某一特定工况下的单柴油和双燃料发动机运行模式下的发动机状态标准值以及排放性能参数标准值；

所述特定工况指发动机按照预设的单柴油或者双燃料模式运行，并且发动机转速和负荷处于特定状态；

根据发动机的液位传感器信号判断是否有新燃料加入，当新加入的燃料量大于某一阈值时，确定有新的燃料加入；

当新加入的燃料为柴油时，按照设定的特定工况进行单柴油运行并将当前发动机状态参数和排放参数和单柴油模式下的标准参数进行比较，并得到发动机状态参数和排放参数的偏差值；

当新加入的燃料为天然气时，按照设定的特定工况进行双燃料模式运行并将当前的发动机状态参数和排放参数与双燃料模式下的标准参数进行比较，并得到发动机状态参数和排放参数的偏差值；

其中，发动机状态参数指发动机转速、冷却水温能够反映发动机状态的值；排放参数以指NO

本发明进一步的改进在于，燃料品质调整模块根据得到的发动机状态参数的偏差值，进行燃料喷射参数的修正和节气门开度的修正。

本发明进一步的改进在于，燃料品质调整模块根据发动机状态参数的偏差值将燃料品质分为G1,G2,G3,G4四个等级；

其中，G1表示燃油品质可接受，不需要进行参数修正；

G2表示燃油品质可接受，进行参数修正可以达到原机性能；

G3表示燃油品质降低，进行参数修正后达到原机部分性能，报黄色警示灯；

G4表示燃油品质低劣，无法启动或者发动机限扭，红色报警灯亮，发动机进入停机操作；

燃料喷射参数调整规则是使调整后的发动机的状态和标准发动机状态在可接受范围内；

燃料喷射参数调整第一步是根据燃油品质选择不同的控制参数，对比标准发动机状态选取燃料品质修正系数范围[A1...An]；

再根据排放参数和标准排放参数对比后选取燃料修正系数范围[A1...An]内最优的燃料品质修正系数Ak。

本发明进一步的改进在于，发动机控制模块按照单柴油模式运行或柴油引燃天然气的双燃料模式运行；

发动机控制模块判断有新的柴油加注，选择单柴油运行进行燃料品质检测；若控制系统判断有新的天然气加注，选择双燃料运行模式进行燃料品质检测；

发动机控制模块按照燃料品质修正模块修正后的参数进行燃油和进气量的控制。

一种组合燃料发动机燃油品质检测调节方法，包括：

信号采集模块采集发动机当前的各种状态，包括转速，水温，油温，轨压、节气门开度、天然气液位，以及柴油液位信号；

燃料分配模块根据信号采集模块采集到的发动机当前的各种状态参数确定柴油和天然气两种燃料在当前发动机工况时的标准分配策略、标准喷射结构以及柴油和天然气的标准喷射参数，其中喷射参数包括喷射时刻及喷射脉宽；

性能比较模块将特定工况下新加入燃料后发动机状态参数、排放性能参数与同一特定工况下的标准值进行对比，并根据偏差值进行燃料品质等级划分；

燃料品质修正模块根据性能比较模块划分后的燃料品质对燃料分配模块确定的标准喷射参数以及节气门开度进行修正的模块，用于修正由于燃料品质的变化导致相同工况下发动机状态参数或者排放参数产生变化的情况；

控制模块通过信号采集模块采集到信号确定发动机当前工况，并根据天然气液位，以及柴油液位信号的变化进行燃油加注判断，通过燃料分配模块、性能比较模块和燃料品质修正模块的计算，最终驱动输出修正后的喷射参数和修正后的节气门开度，实现对柴油天然气发动机燃料系统及进气系统的有效控制。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行所述的一种组合燃料发动机燃油品质检测调节方法。

本发明至少具有以下有益的技术效果：

(1)本发明能够在线检测燃油品质变化对发动机状态及排放性能的影响，降低发动机因燃料品质变化带来的损害。

(2)本发明对原有发动机本体改动少，没有增加过多的传感器及执行器，系统简单，成本低。

(3)本发明的一种组合燃料发动机燃油品质控制调节装置适用除柴油和天然气之外的其他两种组合燃料发动机的燃料品质控制策略修正方案，有较强的拓展性。

(4)本发明将新加注燃料后的发动机和标准燃料下的发动机动力性能状态和排放性能进行比较，进行燃料品质的不同等级划分，根据不同燃油品质采用不同控制策略，控制方案简单有效，使组合燃料发动机处于最优的工作状态。

附图说明

图1为本发明中一种组合燃料发动机燃料品质修正控制方法流程图；

图2为本发明一中种组合燃料发动机车辆布置图；

图3为本发明中控制器进行燃料品质判断的方法流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一：

本发明实施例一提供了一种组合燃料发动机燃油品质检测调节方法，参考图1。一种组合燃料发动机燃油品质控制调节方法包括步骤S101～S111。

步骤S101、发动机液位传感器无故障时，采集柴油油箱、天然气气罐等燃料液位信号。

步骤S102、控制器判断柴油液位或者天然气气罐液位升高是否超过某一标定阈值，若超过阈值，则认为有新的燃料加入。

柴油、天然气液位升高阈值不同，分别储存在不同的阈值变量内。

步骤S103、如果判断有新的柴油加入，发动机进入单柴油模式运行；如果判断有新的天然气加入，发动机进入双燃料模式运行。

步骤S104、发动机在加入了新的燃油之后进入怠速启动状态，如果不能正常启动则认为新加的燃油品质不可接受。

步骤S105、发动机怠速一段时间之后，发动机处于稳定状态。

步骤S106、在设定工况下，按照原发动机的控制参数进行喷油和进气等控制，对比在加入燃料前后发动动机状态参数的变化以及排放参数的变化。

将发动机状态参数的变化量和排放参数的变化量存储。

发动机状态参数指发动机当前转速、冷却水温度等能够反应发动机状态的参数。发动机排放参数可以指NO

步骤S107、根据发动机状态参数和排放参数的变化量和阈值的比较，确定燃料品质变化的程度。

如果偏差超过某一标定阈值，认为燃料品质变化不可接受。

偏差在阈值范围内，则认为燃料品质可接受，进入的燃料品质修正。

步骤S108、在可接受的燃料品质范围内，按照发动机状态和排放偏差的大小将燃料品质改变进行等级分类。根据不同等级进行控制参数修正。

步骤S109、调整燃料品质修正系数，使得发动机状态参数在可接受的范围内。得到燃料品质修正系数的范围[A1...An]。

步骤S110、在燃料品质修正系数范围[A1...An]内，再根据排放参数的对比，选出满足排放要求的最优燃料品质修正系数Ak。

步骤S111、根据步骤S110优化好了的燃料喷射参数以及发动机对过量空气系数的要求进行进气量的修正。

进气量的修正主要是对节气门开度的修正。

步骤S112、根据以上步骤对喷油和进气进行修正后，完成燃料品质修正。控制器按照修正后的燃料喷射参数和节气门开度值对发动机进行控制。

步骤S113、在步骤S107中如果判断燃料品质不可接受，发动机进入停机操作。

实施例二：

图2所示为一种双燃料发动机车辆系统配置图。图中包括：节气门M101、控制柴油喷射电磁阀M102、控制天然气喷射电磁阀M103、双燃料喷油器M104、发动机控制单元ECUM105、发动机气缸M106、天然气液位传感器M108、柴油液位传感器M109、发动机转速、水温、轨压等传感器M107、以及用于排放监测的NOx传感器M110和氧传感器M111。

节气门M101用于根据发动机的燃料喷射量，调节进入气缸内的空气充量。用于发动机进气量的控制。

控制柴油喷射电磁阀M103接收发动机控制单元ECU M106的指令，进行单燃料模式工作或者双燃料模式工作。单燃料模式时，属于柴油发动机工作模式。双燃料工作时，属于柴油引燃发动机的双燃料工作模式。

控制天然气喷射电磁阀M104接收发动机控制单元ECU M105的指令，用于双燃料发动机模式天然气燃料的喷射。

进一步的，柴油和天然气喷射可以不按本实例集中在一个喷射器上，可以分开作为两个喷射器布置在气缸内；或者天然气喷射器布置在发动机的进气歧管处，柴油喷射器布置在气缸内。

进一步的，两种燃料不仅限于天然气和柴油，也可以是另外两种可以用于发动机工作的燃料。

发动机控制单元ECU M105，具备高速数据处理能力，对发动机各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断、然后输出控制命令、驱动有关执行器快速、准确的执行相关动作。

进一步的，控制单元ECU M105具备发动机标定参数的存储、查询以及控制程序的存储调度能力。

进一步的，控制单元ECU M105通过线束的链接连接采集发动机转速，水温，轨压、天然气液位，柴油液位信息，通过控制策略对比运算，得到控制信号，再将控制信号分别输出到控制燃料喷射的电磁阀和控制进气的电磁阀上，用于对燃油和进气量的控制，使发动机处于最优的工作状态。

实施例三：

如图3说明了燃料品质修正系数的获取方式。主要步骤包括以下几个方面：

步骤11，发动机控制器内存入特定工况下的发动机标准状态参数。

进一步的，特定工况指设定一个发动机状态，例如：给定油门10％的位置信号，发动机处于空挡，发动机处于不带负载状态。

进一步的，发动机状态参数指能够反应发动机状态的量，比如发动机当前转速，发动机冷却水温度等。

步骤12、发动机控制器记录并存储在和步骤11相同工况下发动机的状态参数值。

步骤13、将步骤12和步骤11得到的发动机状态参数进行对比，得到参数偏差值。例如，发动机转速偏差和发动机冷却水温偏差。并根据状态偏差值得到燃料品质等级。

进一步的，转速偏差超过n2、n3、n4分别判断为燃料品质为G2、G3、G4.

其中，n2、n3、n4为标定值。

步骤21～24分别按照划分的燃料等级进行发动机燃料品质修正。

进一步的，步骤21认为燃料品质可接受不需要做修正；步骤24认为燃料品质劣质会对发动机产生损害，进行发动机停机报警操作。

进一步的，步骤23、24根据发动机状态偏差的严重程度进行发动机燃料品质修正，品质修正的程度不同。

步骤31～34是将步骤21～24计算得到的燃油品质劣化系数存储到发动机控制器内部固定的存储空间。此存储空间可擦写。

控制器根据计算得到的劣化系数对燃油品质进行修正，根据燃料品质劣化程度得到不同的燃料品质修正系数1和燃料品质修正系数2。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行所述的一种组合燃料发动机燃油品质检测调节方法。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。