一種天然氣發動機控制及燃料供給系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及發動機技術領域，特別涉及一種天然氣發動機控制及燃料供給系統及 方法。
【背景技術】
[0002] 目前由于車輛尾氣排放帶來環境空氣質量惡化的趨勢越來越明顯。諸如北京上海 等汽車保有量巨大的城市相繼出現空氣PM2. 5數值過高，嚴重霧霾的天氣。降低汽車尾氣 對環境的污染，成為擺在人們面前一個不得不解決的重要問題。燃氣發動機的誕生和應用 在很大程度上緩解了汽車排放帶來的環境壓力。近年來出現了燃氣轎車，燃氣輕卡，燃氣重 卡，燃氣輪船等以燃氣作為燃料的交通工具。而在農業裝備上，比如拖拉機、收割機等使用 天然氣作為燃料卻還沒有被大量普及。雖然天然氣要比汽油和柴油的經濟性好，排放性能 優越，但是還沒有以液化天然氣為燃料的發動機有效應用于拖拉機這類農業裝備上。這是 由于燃氣發動機在拖拉機等農業裝備方面的應用存在以下缺陷：
[0003] (1)拖拉機使用的工況比較復雜，有的甚至是在惡劣的情況下實施作業，因此穩定 和可靠性能對拖拉機而言顯得至關重要。以液態天然氣作為燃料的拖拉機，其穩定和可靠 性相對于柴油發動機更低。
[0004] (2)拖拉機對車速要求不高，但是對輸出扭矩要求很高，以天然氣作為燃料的拖拉 機的動力性要普遍要比柴油發動機差。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。
[0006] 為此，本發明的目的在于提出一種天然氣發動機控制及燃料供給系統及方法，可 以實現采用有效的控制算法實現點火和天然氣供給的最優化，并在發動機E⑶模塊中實 現，能夠合理配置燃氣和空氣的比例，使其達到最佳配比狀態。
[0007] 為了實現上述目的，本發明一方面的實施例提供了一種天然氣發動機控制及燃料 供給系統，包括：天然氣供給裝置，用于向發動機提供天然氣，所述天然氣供給裝置包括: 依次相連的LNG儲液罐、蒸發器、減壓器、用于調節壓力和流量的電子調節閥和用于混合空 氣和天然氣的機械混合器，所述機械混合器進一步連接至發動機；發動機電控裝置，與所述 天然氣供給裝置和發動機相連，用于采集所述發動機的多個運行狀態信息，并根據所述運 行狀態信息配置向所述發動機供給的空氣和燃氣的比例，以及根據所述的空氣和燃氣的比 例生成對應的控制命令，由所述天然氣供給裝置和點火執行單元根據所述控制命令執行相 應調節動作，以及在調節過程后，檢測所述發動機輸出的實際扭矩值與預設的目標扭矩值 的差值是否在預設合理區間內，如果是則控制所述發動機以該空氣和燃氣的比例運行，否 則由所述發動機電控裝置重新配置新的空氣和燃氣的比例，直至所述發動機輸出的實際扭 矩值達到預設的目標扭矩值。
[0008] 其中，所述發動機電控裝置包括：狀態信息采集模塊、發動機ECU模塊和點火執行 4 CN 104696085 A 說明書 2/7頁 單元，其中，所述狀態信息采集模塊與所述發動機相連，用于采集所述發動機的多個運行狀 態信息，其中，所述多個運行狀態信息包括：發動機轉速、發動機冷卻水溫度、發動機的進 氣壓力信息、發動機的排放空燃比信息和發動機扭矩值；所述發動機ECU模塊與所述狀態 信息采集模塊相連，用于根據所述運行狀態信息配置向所述發動機供給的空氣和燃氣的比 例，以及根據所述的空氣和燃氣的比例生成對應的控制命令，包括：所述發動機E⑶模塊 根據所述發動機轉速和進氣壓力信息計算目標點火時刻和目標蓄能時間，以及根據所述發 動機的排放空燃比計算目標電子控制閥開度值，進而根據所述目標點火時刻和目標蓄能時 間、目標電子控制閥開度值生成對應的控制命令；所述點火執行單元與所述發動機ECU模 塊相連，用于根據所述目標點火時刻執行對應動作，所述電子調節閥根據目標電子控制閥 開度值執行對應動作，所述減壓器根據所述目標蓄能時間執行對應動作。
[0009] 并且，所述狀態信息采集模塊包括：轉速傳感器，用于采集所述發動機的發動機轉 速；水溫傳感器，用于采集所述發動機冷卻水溫度；氧傳感器，用于采集所述發動機排放空 燃比；進氣壓力傳感器，用于采集所述發動機進氣壓力；扭矩傳感器，用于采集所述發動機 輸出扭矩值。
[0010] 其中，所述發動機E⑶模塊包括：控制算法單元，與所述狀態信息采集模塊相連， 用于接收所述多個運行狀態信息，根據所述發動機轉速計算目標點火時刻和目標蓄能時 間，以及根據所述發動機的排放空燃比計算目標電子控制閥開度值，進而根據所述目標點 火時刻和目標蓄能時間、目標電子控制閥開度值生成對應的控制命令，其中，所述控制命令 包括調節閥控制命令和點火控制命令；調節閥控制單元，與所述電子調節閥相連，用于根據 所述調節閥控制命令控制所述電子調節閥調節閥門的開度值；點火控制單元，與所述點火 執行單元相連，用于根據所述點火控制命令控制所述點火執行單元調節點火提前角。
[0011] 其中，所述發動機輸出的實際扭矩值與目標扭矩值的差值的預設合理區間為 10 ~30N*m。
[0012] 根據本發明實施例的天然氣發動機控制及燃料供給系統，采用機械混合器和電子 調節閥相結合的方法實現天然氣的供給，采用有效的控制算法實現點火和天然氣供給的最 優化，并在發動機ECU模塊中實現，能夠合理配置燃氣和空氣的比例，使其達到最佳配比狀 態，從而在保證發動機動力性的前提下，降低有害廢氣的排放，節能環保。本發明提供了一 套高效的電控方法和供氣設備，為燃氣發動機在農業裝備廣泛普及提供了有力技術支持。
[0013] 本發明另一方面的實施例提供了 一種天然氣發動機控制及燃料供給方法，包括如 下步驟：
[0014] 步驟S1，多個傳感器采集所述發動機的多個運行狀態信息，并發送至發動機E⑶ 豐旲塊；
[0015] 步驟S2,所述發動機E⑶模塊根據所述運行狀態信息配置向所述發動機供給的空 氣和燃氣的比例，以及根據所述的空氣和燃氣的比例生成對應的控制命令；
[0016] 步驟S3,所述發動機ECU模塊將所述控制命令發送至發動機的天然氣供給裝置和 點火執行單元，由所述天然氣供給裝置和點火執行單元根據所述控制命令執行相應調節動 作；
[0017] 步驟S4,在調節過程后，所述發動機ECU模塊檢測所述發動機輸出的實際扭矩值 與預設的目標扭矩值的差值是否在預設合理區間內，如果是則控制所述發動機以該空