气体燃料发动机通用ECU的匹配研究.pdf

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汽车工程
2010年(第32卷)第5期
Automotive Engineering
2010(Vol,32)No.5
2010079
气体燃料发动机通用ECU的匹配研究
肖兵,胡静,肖宁杰
(1.华南理工大学自动化学院,广州510640;2.清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084)
[摘要]介绍了适用于不同型号、不同配置气体燃料发动机的通用电子控制单元(ECU)。通过它与6150中冷
增压和4D47涡轮增压CNG发动机以及4102自然吸气LPG发动机匹配的研究,验证了通用ECU的可靠性和实用性。
关键词:气体燃料发动机;通用ECU;匹配研究
Matching and Application Research of the Universal ECU for Gas Fuel Engine
Xiao Bing Au Jing &Xiao Ningjie
1. College ofautomation Science and Engineering, South Chin Univers y f Technology, Guangzhou 510640
2. T nghua University, State Key Laboratory of Automotive Satefy and Energy, Beijing 100084
Abstract] A universal electronic control unit(ECU) suitable for gaseous fuel engines with different types
and configurations is presented. Through the study on its matching with 6150 supercharged inter-cooled CNG en
gine, 4 D47 turbocharged CNG engine and 4102 natural aspirated LPG engine, the reliability and practicability of
the universal ECU are validated
Keywords: gaseous fuel engine; universal ECU; matching study
1.1硬件方面
前言
ECU采用55针插头,有如下特点:(1)能同时
兼容+12V与+24V电池电压2;(2)同时支持燃料
基于环保与减少燃料成本的需要,国内在压缩正压顺序喷射与负压预混合喷射,当与带废气涡轮
天然气(CNG)供应较充沛的地区,有把在用柴油车增压的气体燃料发动机配套时,一般采用正压喷射
改造为CNG单燃料发动机的需求,但是在用柴油车方式,当与非増压发动机配套时,出于成本与维修简
的改造面临一次改装数量少、发动机型号多和系统便性考虑,一般采用负压预混合方式,前者采用电流
配置要求不同的问题,如果针对不同发动机配置开型燃气喷嘴控制燃料,后者采用双极性步进电机控
发不同的发动机电子控制单元(ECU),则会造成型制燃气量,在ECU上既有用于喷嘴的峰值恒流驱动
号众多、成本高和无法批量生产的问题。因此,开发电路,也有步进电机驱动电路;(3)自动适应电压变
了一款通用ECUリ,该通用ECU已批量生产,并匹化的点火驱动电路,且既可以采用逐缸点火方式也
配了十几款发动机(LPG与CNG发动机、四缸或六可采用对偶点火方式;(4)自动适应磁阻变化的曲
缸、废气涡轮中冷增压与非増压、燃料正压喷射或负轴位置传感器接口电路,曲轴位置信号是发动机电
压吸入),在四川、山东、内蒙古、新疆、重庆和广州市控系统的主信号,整个电控系统的控制建立在该信
等省市投入实际运行,通过实际应用证明了所开发号基础上。
的ECU的性能和可靠性。
在用柴油车改造大致有两种信号提取方式
种是在发动机飞轮上提取信号(一般采用60-2齿
ECU的通用性
信号盘);另一种是在发动机原油泵轴上安装信号盘
(有24-1齿、6+1齿等不同形式的信号盘),不同
原稿收到日期为2009年6月30日,修改稿收到日期为2009年8月27日。
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形式导致曲轴信号的幅值与频率变化范围迥异,能城市工況为主的城市公交车。
自动适应不问的曲轴位置信号,这是ECU通用性的
采用单点喷射电控系统、逐缸独立点火的配置,
关键之
纯机械式涡轮增压器。
1.2软件方面
燃气喷射控制采用前馈+反馈的控制方案,即
开发了通用ECU标定平台,ECU的存储器保存基本喷气量+修正喷气量的稀薄燃烧控制策略,在
了不同发动机的台架匹配脉谱图数据与道路试验数保证发动机动力要求的前提下,降低系统的燃气消
据,能根据发动机型号选择合适的数据,另外ECU耗量,同时使废气排放降低。其系统框图如图2所
能根据输人信号特点,自动调用不同的硬件驱动程示。图中:下标i为气缸数,=1,2,3,4,5,6;为节
序,以适应不同的硬件外设。
气门的开度;A为根据发动机工作负荷区域判断所
设定的不同空燃比;n为发动机转速;OX为氧传感
2具体匹配试验研究
器信号;F:为各缸喷油量;为曲轴转角;7im为预
估转矩;m;为各缸进行流量。
2.16150CNG燃料发动机的匹配
二加速加浓、减速
所匹配的6150发动机是直列六缸发动机,排量
减浓校正补偿
为9.6L,带中冷涡轮増压器。系统标定时,通过控
Pm?喷气脉宽し」、燃气温度、。ャるパ、?8-发动机
7
脉谱图压力补偿
制发动机外特性时的空燃比来确定其外特性曲线。
当仍采用原柴油机的废气涡轮増压器,柴油机改为
发动机
增量P
,?
负荷判断
控制
转矩预估
CNG燃料发动机后,若外特性附近采用理想空燃
比,则高速时功率与转矩偏大,超出发动机能允许的
。叫燃气量计算
机械负荷与热负荷范。有3种方法控制发动机外
特性曲线:(1)采用电子节气门;(2)涡轮增压废气
图26150CNG发动机燃气喷射控制系统
旁通控制;(3)稀薄燃烧控制。第3种方案无须额
?3为系统标定点火提前角、喷气脉宽脉谱图,
外的控制执行机构,硬件最简单,且燃料经济性好
它被嵌人到通用ECU与发动机匹配。
不足之处是NO、排放高,难以满足严格排放标准,
但在用车改造往往以经济性为首要目标,况且普通
柴油机改为CNG发动机后,排放已有明显改善,所
50
以采用通过外特性时稀薄燃烧来抑制过大的功率是
可行的。
温30
采用通用ECU的好处就在于用户能修改脉谱
く
20
图使发动机满足其特殊需求。如图1中,标定的外
特性追求低速时转矩尽可能大,转速增大时功率并
不需要特别大,当在理想空燃比、2000r/min时功率
进气歧管压力/
そ。0-80124068c3bさS6o300
是250kW,采用稀薄燃烧控制把功率降至180kW。
转速rm
而在转速]400r/min时则设为理想空燃比,使该点
最大转矩达到1000N·m。所匹配的发动机用于以<