CN101054926A - 多种燃料综合内燃机电子控制单元 - Google Patents

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Abstract

本发明设计一种用于内燃机燃用多种气体和液体燃料的综合电子控制单元，由微控制器模块电路，燃料供给驱动电路模块，火花点火驱动电路模块，功率驱动电路模块，通讯接口电路模块，基本发动机传感器输入电路模块，扩展的特殊传感器输入电路模块，通用模拟、开关量和离散信号输入电路模块组成，这些模块的不同组合适用于进气总管燃料喷射+气缸内火花点火、进气总管燃料喷射+气缸内燃料喷射压燃点火、进气歧管进气口燃料喷射+气缸内火花点火、进气歧管进气口燃料喷射+气缸内燃料喷射压燃点火、气缸内燃料喷射压燃点火、气缸内燃料喷射+火花点火和进气管燃料喷射+气缸内燃料喷射+气缸内火花点火等多种形式的内燃发动机。

Description

多种燃料综合内燃机电子控制单元
技术领域
内燃机是车辆船舶的动力源。本发明系适用于燃用多种燃料内燃机的电子控制***的核心部件电子控制单元。
背景技术
基于法规对于车船有害气体排放的日趋严格、节能降耗的压力不断加大以及对动力装置动力性指标的要求提高，现代内燃机(以下称发动机)普遍采用了电子控制***，以实现对发动机各种运行工况的优化控制，进而满足对排放特性、经济性和动力性的要求。由于发动机能源的多元化是应对日渐枯竭的石油基燃料的必然趋势，目前发动机除采用传统的石油基的汽油和柴油外，天然气、氢气、甲醇、乙醇、二甲醚等代用燃料发动机也在不断扩大应用或开发之中。对于所有发动机的控制而言，可归结为燃料与空气混合气形成的控制及混合气点燃的控制两个基本问题，加之一些为发动机应用对象实现特殊功能的输入输出接口信号采集与控制。本发明基于上述需求提出一种可用于多种燃料***的综合发动机电子控制单元，通过适当的设置和软件的编程，可实现对各种传感器信号和状态的采集、对混合器形成的控制、对混合气点燃以及对发动机其它特殊功能与状态的控制。
发明内容
本发明为从事多种燃料发动机研制的工程师们提供了一种用于快速开发多种燃料发动控制***的综合电子控制单元，该控制单元综合各种不同燃料发动机的共性与特殊性设计了电控单元的结构。对于以往复式内燃机为母型的多种燃料发动机，其电控单元的共性在于基本的采集的信号：发动机曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、冷却***温度传感器、进气温度传感器等。当往复式内燃机用于不同燃料(通指气体或液体燃料，下同)时，可燃混合气形成的方式和混合气点燃方式有多种组合方式，本发明设计的电控单元可适应的组合方式为：进气总管燃料喷射+气缸内火花点火、进气总管燃料喷射+气缸内燃料喷射压燃点火、进气歧管进气口燃料喷射+气缸内火花点火、进气歧管进气口燃料喷射+气缸内燃料喷射压燃点火、气缸内燃料喷射压燃点火、气缸内燃料喷射+火花点火、进气管燃料喷射+气缸内燃料喷射+气缸内火花点火等。本发明除上述基本采集信号外，还设计了适用于各种氧传感器(线性或阶跃式)信号采集接口，排气管高温热电偶或热电阻接口，同时预留多路模拟量(适用于有源和无源模拟量传感器)和开关量(离散量)信号输入。本发明电控单元的燃料供给驱动电路模块可驱动不多于6个(含6个)电感阻抗0.1欧姆以上的任何液体和气体燃料喷射器并带有两级电压可控分时驱动，其中一个电压被提升至电系供电电压的2-6倍，提供的火花点火驱动模块可支持不多于6个(含6个)一次线圈电感阻抗0.1欧姆以上的点火线圈并可实现以电流大小为基础的点火能量控制。本发明提供了电子节气门正反向开关控制接口、废气涡轮增压器增压压力控制接口，还预留多路可驱动感性或阻性执行器的大电流功率驱动接口。由此，本电子控制单元不需进行任何硬件的变更也不需任何外加电路模块就可适用迄今为止已知的各种燃料发动机的控制需求，只需对电子控制单元的软件进行相应的编程或参数设置。本发明的所有输入输出端口都设计有故障在线诊断功能(OBD)，为电子控制单元各种故障的诊断提供极大的方便。本发明还设有多个功能各异的涵盖各种车船用控制器通讯方式的通讯接口。本发明各功能电路采用模块化设计。本发明所设计的电控单元可适用于6缸(含)以下的各种燃料发动机控制***，对于6缸以上的发动机，可根据发动机的气缸数用若干个本电控单元通过通讯接口驳接后使用。
本发明的优点在于：
针对使用不同燃料的发动机，在发动机设计时不必设计专用的电子控制单元，发动机工程师们只需专注于发动机本身的性能需求选择燃料供给方式和气缸内混合气引燃方式，以获得最佳的性能设计。特别对于新型燃料发动机，可能要尝试不同燃料供给方式和气缸内混合气引燃方式，本发明则可充分发挥快速变更的优势，节省重新设计试制电子控制单元的时间和成本。通过设计通用化的软件，本发明用于不同燃料发动机时只需通过界面及通讯接口对参数进行设定即可满足可能的需求，大大方便了发动机工程师研制新型燃料发动机。
附图说明
1微控制器及***电路模块，2燃料供给驱动电路模块(可驱动6支各种阻抗的燃料喷射器)，3火花点火驱动电路模块(可驱动6支火花点火线圈，驱动电流可控)，4功率驱动电路模块(可驱动10A电流以下的感性或阻性执行器，包括执行电机正反向控制)，5通讯接口电路模块(可外接各种车用控制器实现信息交换和控制信息通讯)，6基本发动机传感器输入电路模块，7扩展的特殊传感器输入电路模块，8通用模拟、开关量和离散信号输入电路模块
实施方式
以6缸车用天然气发动机控制***为例说明本发明的应用。所应用的天然气发动机采用进气歧管进气口燃料喷射+气缸内火花点火方式工作。其基本传感器为：发动机曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、冷却***温度传感器、进气温度传感器等，这些传感器从附图中“6”  基本发动机传感器输入电路模块输入；线形氧传感器用于控制空然比、热电偶型排气温度传感器用于控制排气温度，可从附图中“7”扩展的特殊传感器输入电路模块输入；天然气压力、温度传感器，增压器增压压力传感器，加速踏板(油门)位置传感器，电子节气门位置传感器等模拟量传感器及机油压力开关、空调开关、车门锁止怠速开关、刹车开关、远程油门取代开关等开关量通过附图“8”通用模拟、开关量和离散信号输入电路模块输入；6个天然气电磁喷射器通过附图中“2”燃料供给驱动电路模块输出驱动电流；6个电子点火线圈通过附图中“3”火花点火驱动电路模块输出可变的一次线圈电流；可逆电子节气门、增压器废气涡轮控制电磁阀、天然气通断开关、电子风扇、曲轴箱放气阀等通过附图中“4”功率驱动电路模块输出驱动电流；故障诊断信号、与车辆其它控制器的通讯通过附图中“5”通讯接口电路模块输出或交换。上述全部输入输出均在附图中“1”微控制器及***电路模块控制下按既定的程序运行。对于超过6缸的发动机，例如8缸发动机，可用两个本电控单元通过通讯接口连接后使用。
其它燃料发动机根据其工作模式类比上例使用本电控单元。

Claims (4)

1.多种燃料综合发动机电子控制单元，其特征在电子控制单元由微控制器及***电路模块，燃料供给驱动电路模块，火花点火驱动电路模块，功率驱动电路模块，通讯接口电路模块，基本发动机传感器输入电路模块，扩展的特殊传感器输入电路模块，通用模拟、开关量和离散信号输入电路模块组成。
2.根据权力要求1所述的多种燃料综合发动机电子控制单元，其特征在于微控制器及***电路模块可由任何汽车级16位或32位微控制器(MCU)构成，燃料供给驱动电路模块可驱动不多于6个(含6个)电感阻抗0.1欧姆以上的任何液体和气体燃料喷射器并带有两级电压可控分时驱动，其中一个电压被提升至电系供电电压的2-6倍，火花点火驱动模块可支持不多于6个(含6个)一次线圈电感阻抗0.1欧姆以上的点火线圈并可实现以电流大小为基础的点火能量控制，通用模拟量、开关量和离散信号输入电路模块可输入有源和无源信号而不需外接信号调理电路。
3.根据权力要求1所述的多种燃料综合发动机电子控制单元，其特征在于通过不同的输入输出接口的组合，可用于多种气体或液体燃料发动机可燃混合气形成的方式和混合气点燃方式的多种组合模式，包括进气总管燃料喷射+气缸内火花点火、进气总管燃料喷射+气缸内燃料喷射压燃点火、进气歧管进气口燃料喷射+气缸内火花点火、进气歧管进气口燃料喷射+气缸内燃料喷射压燃点火、气缸内燃料喷射压燃点火、气缸内燃料喷射+火花点火和进气管燃料喷射+气缸内燃料喷射+气缸内火花点火。
4.根据权力要求1所述的多种燃料综合发动机电子控制单元，其特征在于适用于任何6缸以下(含6缸)气体或液体燃料发动机电子控制***，对于6缸以上发动机，可按发动机气缸数配置两个以上的权力要求1所述的多种燃料综合发动机电子控制单元，通过通讯接口电路模块将其连接后运行。
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