專利名稱：一種發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角的調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是調(diào)整沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火提前角的方法，屬于發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
沼氣(或天然氣)作為一種清潔能源越來越受到人們的重視，將其作為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料而研發(fā)出來的沼氣(或天然氣)發(fā)動(dòng)機(jī)深受人們喜愛。但是，與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)具有充足的汽油供應(yīng)量所不同的是，沼氣(或天然氣)的供應(yīng)量往往難以得到保證，在沼氣(或天然氣)供應(yīng)量不足時(shí)，人們期望可以采用汽油作為燃料，因此，人們開始研究汽油、沼氣(或天然氣)兩用發(fā)動(dòng)機(jī)。目前很多專家學(xué)者和技術(shù)人員對(duì)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)改裝為沼氣(或天然氣)、汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了探索。沼氣是多種氣體的混合物，一般含甲烷50 70%，其余為二氧化碳和少量的氮、氫和硫化氫等，其特性與天然氣相似。但是沼氣池產(chǎn)生的沼氣中甲烷的含量往往并不穩(wěn)定，受天氣條件的影響較為嚴(yán)重，比如陰天時(shí)沼氣中甲烷含量最高，達(dá)70%左右，雨后晴天沼氣的成分最差，其中甲烷含量?jī)H為50%左右，甚至不到45%。另外，沼氣中甲烷的燃燒速度較慢(約為37.3cm/s)，再加上沼氣中存在的二氧化碳和氮?dú)鈱?duì)燃燒有抑制作用，沼氣的燃燒速度更慢(約為23cm/s)。沼氣成分不穩(wěn)定和燃燒速度慢的兩個(gè)特性在一定程度上制約了沼氣、汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用，而天然氣與沼氣類似。CN201874701U公開了一種沼氣、汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)，包括機(jī)體、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)，在配氣系統(tǒng)的空氣濾清器與進(jìn)氣管之間裝有沼氣空氣混合裝置，管狀的混氣室側(cè)壁上至少裝有兩根相互垂直的沼氣管，所述的沼氣管在靠近混氣室2-10mm處設(shè)有成圓周分布的空氣進(jìn)氣孔，混氣室的沼氣管前端密封，其管壁上分布著氣體出孔，各沼氣管匯總后與沼氣開關(guān)相連接。由于沼氣的燃燒速度23cm/s比汽油的燃燒速度慢，所以需要更大的點(diǎn)火提前角，該技術(shù)在沼氣與汽油互換時(shí)，沒有進(jìn)行點(diǎn)火提前角的調(diào)整，這樣使用沼氣作為燃料時(shí)，由于點(diǎn)火角較小，沼氣不能充分燃燒，從而產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)功率降低、排溫高的問題。CN102619666A公開了一種沼氣、汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火提前角的調(diào)節(jié)裝置，其采用了無觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)，包括飛輪、點(diǎn)火線圈，在所述飛輪的外緣上設(shè)有飛輪磁鋼，還包括固定設(shè)置的點(diǎn)火提前角調(diào)整支架，所述點(diǎn)火線圈設(shè)置在所述點(diǎn)火提前角調(diào)整支架上，所述點(diǎn)火提前角調(diào)整支架能夠沿飛輪外緣的圓周方向調(diào)整點(diǎn)火線圈至針對(duì)當(dāng)前選擇燃料的對(duì)應(yīng)位置并固定。該提前角調(diào)節(jié)裝置通過弧形槽與連接裝置配合固定點(diǎn)火線圈，更換燃料時(shí)，只需要將連接裝置松開，調(diào)整點(diǎn)火線圈到相應(yīng)位置后再固定既可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火提前角的調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)便。該文件公開的沼氣、汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)僅在更改燃料時(shí)，對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行調(diào)節(jié)，針對(duì)不同成分的沼氣點(diǎn)火提前角的調(diào)節(jié)量是固定的，難以針對(duì)不同的沼氣分別調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角。另外，現(xiàn)有技術(shù)中均沒有為沼氣(或天然氣)、汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)配設(shè)電子控制單元(EOT)的技術(shù)內(nèi)容。E⑶能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)并控制發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作的功能，并且能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的自動(dòng)優(yōu)化。采用ECU技術(shù)控制沼氣(或天然氣)、汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)能夠顯著改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的技術(shù)問題，本法采用的技術(shù)方案是:一種調(diào)整沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火提前角的方法，所述的沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)包括汽油供應(yīng)單元、沼氣(或天然氣)供應(yīng)單元、缸體和ECU控制單元，所述的ECU控制單元由CPU、存儲(chǔ)模塊、輸入接口電路模塊、輸出接口電路模塊、設(shè)定單元、顯示模塊和兩套獨(dú)立的儲(chǔ)能點(diǎn)火模塊構(gòu)成，該方法包括以下步驟:(I)設(shè)定步驟，在ECU的設(shè)定單元中設(shè)定供應(yīng)的燃料類別是汽油或者甲烷含量分別為50%、60%或70%的沼氣(或天然氣)；(2)分配啟動(dòng)點(diǎn)火提前角步驟，在啟動(dòng)工況下，根據(jù)所述設(shè)定步驟中設(shè)定的燃料類另IJ，為汽油或者甲烷含量分別為50%、60%、70%的沼氣(或天然氣)分別分配5°、24°、22°和20°的啟動(dòng)點(diǎn)火提前角；(3)查找步驟，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ECU根據(jù)所設(shè)定的燃料類別以及進(jìn)氣壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)值，從存儲(chǔ)在所述RAM中的數(shù)據(jù)表中查找最佳的點(diǎn)火提前角數(shù)值，所述的數(shù)據(jù)表包括針對(duì)汽油和分別為50%、60%或70%的沼氣(或天然氣)的點(diǎn)火提前角最佳數(shù)據(jù)；(4)計(jì)算步驟， ECU根據(jù)所述查找步驟中獲取的點(diǎn)火提前角數(shù)據(jù)按照下式計(jì)算得出延時(shí)時(shí)長(zhǎng)，Td(us) = -60'^ XlO6L J v ' 360.7V式中:Td_軟件延時(shí)時(shí)長(zhǎng)，單位μ S ；Θ-點(diǎn)火提前角；N-發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,單位r/min ；(5)發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)步驟，ECU經(jīng)過對(duì)應(yīng)于計(jì)算步驟中得出的延時(shí)時(shí)長(zhǎng)的延時(shí)后，發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)。本發(fā)明的沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠采用ECU電控單元軟件延時(shí)的方式實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火提前角的調(diào)節(jié)，顯著的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)?yīng)于不同甲烷含量的沼氣(或天然氣)自主選擇最佳的點(diǎn)火提前角。


圖1本發(fā)明沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU控制系統(tǒng)原理框圖；圖2本發(fā)明的沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸剖視圖；圖3高能點(diǎn)火系統(tǒng)電源驅(qū)動(dòng)電路圖；圖4經(jīng)過標(biāo)定和優(yōu)化后的點(diǎn)火提前角數(shù)據(jù)；圖5沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角的軟件調(diào)節(jié)程序框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，僅作舉例。同時(shí)通過說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。本發(fā)明所采用的沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)，具有氣缸體、汽油供應(yīng)單元和沼氣(或天然氣)供應(yīng)單元以及ECU電子控制單元。如圖1所示，汽油供應(yīng)單元包括油箱、油泵、輸油管和噴射器；沼氣(或天然氣)供應(yīng)單元包括沼氣(或天然氣)儲(chǔ)氣室、電控調(diào)壓器、空氣過濾器、混合器、電子節(jié)氣門。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元ECU是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它采集安裝在沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳感器所傳送的模擬信號(hào)或者數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過處理后根據(jù)軟件中的控制模型，輸出各個(gè)信號(hào)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。ECU由CPU、R0M、RAM、輸入接口電路模塊、輸出接口電路模塊、設(shè)定單元和顯示模塊構(gòu)成。進(jìn)氣壓力傳感器11、進(jìn)氣溫度傳感器12、節(jié)氣門位置傳感器13、冷卻液溫度傳感器14、轉(zhuǎn)速傳感器15、凸輪位置傳感器16、曲軸位置傳感器17、爆震傳感器18、氧傳感器19、檢測(cè)得到的數(shù)字信號(hào)或者模擬信號(hào)經(jīng)過相應(yīng)的調(diào)整電路后經(jīng)輸入接口電路輸入CPU中。E⑶收集到各傳感器發(fā)送的信號(hào)后，經(jīng)過處理后輸出相應(yīng)的控制信號(hào)至沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)，比如點(diǎn)火信號(hào)、沼氣(或天然氣)電控調(diào)壓信號(hào)、噴油器控制信號(hào)等，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。設(shè)定模塊用于設(shè)定燃料類別以及初始參數(shù)，比如設(shè)定燃料類別為:1#汽油；2#甲烷含量為50%的沼氣(或天然氣);3#甲烷含量為60%的沼氣(或天然氣)；4#甲烷含量為70%的沼氣(或天然氣)。設(shè)定模塊還可以設(shè)定對(duì)應(yīng)于不同燃料的啟動(dòng)工況下點(diǎn)火提前角的數(shù)值。本發(fā)明采用當(dāng)量氧傳感器19檢測(cè)燃燒后廢氣中的氧含量，從而可以檢測(cè)混合氣體實(shí)際的空燃比與預(yù)設(shè)的空燃比是否一致。如果不一致，電控調(diào)壓器則根據(jù)這個(gè)監(jiān)測(cè)值進(jìn)一步修正進(jìn)入混合器中的沼氣(或天然氣)壓力的命令值，使實(shí)際的空燃比與目標(biāo)值一致，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)獾拈]環(huán)控制。當(dāng)ECU接收的氧傳感器19的信號(hào)電壓高于閾值電壓時(shí),表明混合氣體濃度高，空燃比偏小，ECU將控制電控調(diào)壓器使混合氣體中沼氣(或天然氣)的含量降低。如圖2所示的沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體的缸頭部分剖視圖，本發(fā)明的沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙火化塞點(diǎn)火系統(tǒng)，它包括與ECU上的兩套獨(dú)立的儲(chǔ)能點(diǎn)火模塊相連接的兩套高能點(diǎn)火線圈21，兩個(gè)火花塞22以及雙火花塞氣缸頭23，所述的兩個(gè)火花塞隔開一定間距地設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭上。獨(dú)立的儲(chǔ)能點(diǎn)火模塊可以是雙電容放電式也可以是電容放電式和電感放電式,也可以是雙電感放電式?？梢酝ㄟ^改變高能點(diǎn)火線圈次級(jí)線圈和初級(jí)線圈的匝數(shù)比的方式或者提高點(diǎn)火線圈初級(jí)電壓的方式獲得較高的點(diǎn)火能量，優(yōu)選地初級(jí)線圈的點(diǎn)火能量為120 160mJ。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ECU控制兩套獨(dú)立的儲(chǔ)能點(diǎn)火模塊同時(shí)發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)兩個(gè)火花塞同時(shí)點(diǎn)火。這對(duì)于沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)來說是難能可貴的，由于沼氣(或天然氣)火焰燃燒速度慢，在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的左右兩側(cè)同時(shí)產(chǎn)生火核，可以調(diào)節(jié)火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，利于沼氣(或天然氣)充分快速地燃燒，能夠顯著地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和排放性能。圖3是點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路圖，E⑶發(fā)出的點(diǎn)火信號(hào)經(jīng)過光電耦合器件到達(dá)三極管的基極，由三極管的開關(guān)驅(qū)動(dòng)MOS管的開關(guān)控制變壓器初級(jí)線圈中電流的開斷，感應(yīng)出的高壓加到點(diǎn)火線圈的初級(jí)線圈，再次升壓后使火化塞跳火。經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的點(diǎn)火信號(hào)非觸發(fā)時(shí)為高電平，此時(shí)三極管導(dǎo)通，MOS管基極為低電平，處于截至狀態(tài)，隔離變壓器的初級(jí)線圈中無電流通過，次級(jí)線圈和點(diǎn)火線圈都無電流不點(diǎn)火；當(dāng)接收到一個(gè)瞬間的點(diǎn)火信號(hào)(低電平)，三極管截至，MOS管導(dǎo)通，隔離變壓器的初級(jí)線圈通電，次級(jí)線圈的高壓經(jīng)過點(diǎn)火線圈再次升壓后使火化塞跳電。本發(fā)明的沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火提前角控制采用軟件延時(shí)的方式進(jìn)行調(diào)整，提前角數(shù)據(jù)表MAP存儲(chǔ)于ECU的RAM中，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，根據(jù)燃料類別、工況和進(jìn)氣壓力傳感器11、溫度傳感器12采集的數(shù)據(jù)確定點(diǎn)火提前角。當(dāng)沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)采用汽油作為燃料時(shí)，通過ECU上的設(shè)定單元設(shè)定燃料類別為汽油，啟動(dòng)工況下設(shè)定點(diǎn)火提前角為5°。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力和溫度通過提前角數(shù)據(jù)表MAP查表得到點(diǎn)火提前角數(shù)值。ECU根據(jù)選定的點(diǎn)火提前角確定點(diǎn)火延時(shí)量，并進(jìn)行延時(shí)后發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)。當(dāng)沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)采用沼氣(或天然氣)作為燃料時(shí)，通過ECU上的設(shè)定單元將燃料類別設(shè)定為沼氣(或天然氣)，并按照沼氣(或天然氣)池輸送的沼氣(或天然氣)中甲烷含量設(shè)定沼氣(或天然氣)成分含量的類別。根據(jù)沼氣(或天然氣)中甲烷含量的測(cè)量值將輸入沼氣(或天然氣)的甲烷含量分別設(shè)定為50%、60%、70%三檔，ECU根據(jù)設(shè)定單元選擇的輸入的甲烷含量選擇分別確定啟動(dòng)點(diǎn)火提前角，在啟動(dòng)工況下，設(shè)定點(diǎn)火提前角為20° (對(duì)應(yīng)甲烷含量70%的沼氣(或天然氣))或者設(shè)定點(diǎn)火提前角為20+2° (對(duì)應(yīng)甲烷含量60%的沼氣(或天然氣))，抑或設(shè)定點(diǎn)火提前角為20+4° (對(duì)應(yīng)甲烷含量50%的沼氣(或天然氣))。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，同樣E⑶根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力和溫度通過提前角數(shù)據(jù)表MAP查表得到點(diǎn)火提前角數(shù)值。ECU根據(jù)選定的點(diǎn)火提前角確定點(diǎn)火延時(shí)量，并進(jìn)行延時(shí)后發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)。爆震傳感器18檢測(cè)沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)是否產(chǎn)生爆震，如果爆震傳感器18檢測(cè)到爆震，將發(fā)出信號(hào)輸送到ECU，ECU會(huì)相應(yīng)的減小點(diǎn)火提前角。下表是經(jīng)過標(biāo)定后的沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)最佳點(diǎn)火提前角。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)整沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火提前角的方法，所述的沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)包括汽油供應(yīng)單元、沼氣(或天然氣)供應(yīng)單元、缸體和ECU控制單元，所述的ECU控制單元由CPU、存儲(chǔ)模塊、輸入接口電路模塊、輸出接口電路模塊、設(shè)定單元、顯示模塊和兩套獨(dú)立的儲(chǔ)能點(diǎn)火模塊構(gòu)成，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)設(shè)定步驟，在ECU的設(shè)定單元中設(shè)定供應(yīng)的燃料類別是汽油或者甲烷含量分別為50%、60%或70%的沼氣(或天然氣)； (2)分配啟動(dòng)點(diǎn)火提前角步驟，在啟動(dòng)工況下，根據(jù)所述設(shè)定步驟中設(shè)定的燃料類別，為汽油或者甲烷含量分別為50%、60%、70%的沼氣(或天然氣)分別分配5°、24°、22°和20°的啟動(dòng)點(diǎn)火提前角； (3)查找步驟，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ECU根據(jù)所設(shè)定的燃料類別以及進(jìn)氣壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)值，從存儲(chǔ)在所述RAM中的數(shù)據(jù)表中查找最佳的點(diǎn)火提前角數(shù)值，所述的數(shù)據(jù)表包括針對(duì)汽油和分別為50%、60%或70%的沼氣(或天然氣)的點(diǎn)火提前角最佳數(shù)據(jù)； (4)計(jì)算步驟，ECU根據(jù)所述查找步驟中獲取的點(diǎn)火提前角數(shù)據(jù)按照下式計(jì)算得出延時(shí)時(shí)長(zhǎng)，
全文摘要
一種具有ECU控制單元的沼氣(或天然氣)/汽油兩用發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角的調(diào)整方法，步驟(1)設(shè)定步驟，在ECU的設(shè)定單元中設(shè)定供應(yīng)的燃料類別是汽油或者甲烷含量分別為50％、60％或70％的沼氣(或天然氣)；(2)分配啟動(dòng)點(diǎn)火提前角步驟，在啟動(dòng)工況下，根據(jù)所述設(shè)定步驟中設(shè)定的燃料類別，分別分配不同的啟動(dòng)點(diǎn)火提前角；(3)查找步驟，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ECU根據(jù)所設(shè)定的燃料類別以及進(jìn)氣壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)值，從存儲(chǔ)在所述RAM中的數(shù)據(jù)表中查找最佳的點(diǎn)火提前角數(shù)值；(4)計(jì)算步驟，ECU根據(jù)所述查找步驟中獲取的點(diǎn)火提前角數(shù)據(jù)按照下式計(jì)算得出延時(shí)時(shí)長(zhǎng)。
文檔編號(hào)F02P5/145GK103195636SQ20131010327
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者朱洪春, 殷愛軍, 陳光亮, 曹政坤, 侯躍艷, 程晶晶, 魯曉燕 申請(qǐng)人:濰坊賽馬力發(fā)電設(shè)備有限公司