一种液化石油气电喷舷外机的燃气供给方法与流程

1.本发明涉及一种燃气供给领域，尤其涉及一种液化石油气电喷舷外机的燃气供给方法。


背景技术：

2.目前市场上燃气舷外机的液化石油气（lpg）供给系统，多为传统的文丘里式和比例式混合，即机械控制阀+混合器的燃气供给方式，此种机械供气方式比较粗放，对燃料喷射供给和供气量的多少不能实现精确控制，造成燃气耗气量比较高，燃烧不充分，气体与空气的混合比控制非常粗放，过多燃气无法有效燃烧，造成燃料燃烧不充分而白白浪费掉，形成经济损失。同时由于无法有效控制空燃比，造成机器在各个运行工况不能有效兼顾，会出现怠速不稳，高速动力不足，加速缓慢，提速滞缓等等故障现象发生。例如，一种在中国专利文献上公开的“燃气发电机组用4102g燃气发动机lpg燃料供给控制系统”，其公告号cn212272399u，将4102g/lpg燃气发动机从进气、lpg燃料供给、点火正时、燃烧情况和燃烧所产生的排放，全部用电控系统进行监控，使燃气发电机组达到最佳工作状态。
3.上述舷外机的液化石油气（lpg）燃气供给系统的文丘里式和比例式混合，即机械控制阀+混合器的燃气供给方式，其缺点在于：1、燃气量和吸入的空气量只能按照固定的比例进行混合，不能实现舷外机的转速功率段从800-6000rpm转范围内实现精确有效的混合，造成燃气燃烧不充分，大量的多余燃气未参与充分燃烧而白白的浪费掉，排放尾气超标严重。
4.2、不充分的燃气燃烧，导致机器异常高温，导致发动机的使用寿命大大降低。
5.3、由于燃气燃烧控制不精确，导致驾驶性、操控适应性较差。会形成怠速难启动、挂档加速无力、提速缓慢、换挡熄火、高速回到低速后转速不稳等现象。造成驾驶体验感很差。难以达到舷外机特有的使用工况要求。
6.4、结合国内液化石油气（lpg）的燃气存在各地纯度和含量成分的差异，在各地使用存在偏差较大，传统的机械控制阀+混合器的燃气供给方式难以适应燃气成分变化带来整机性能的差异，市场出现动力不足、启动困难及怠速游车的现象。


技术实现要素：

7.本发明主要解决现有技术的机械供气方式比较粗放，无法有效控制空燃比，动力性能较差，造成能源浪费的问题；提供一种液化石油气电喷舷外机的燃气供给方法，对发动机工作时的进气量、喷气量和点火提前角进行控制，从而达到理想的驾驶性、动力性和经济性。
8.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种液化石油气电喷舷外机的燃气供给方法，包括以下步骤：构建燃气供给控制系统，各位置的传感器分别监测燃气供给数据；根据监测得到的燃气供给数据分别进行空气进气量控制、燃气喷射控制、液化石
油气气化控制以及点火正时控制；燃气供给系统中对应的执行器执行控制命令；对燃气供给系统中的各传感器和执行器进行故障自诊断，故障时对对应位置的设备告警。
9.能够精准控制燃气喷射量和参入燃烧所需的空气量，电控系统基于扭矩模型，简化了各功能模块、标定匹配的同时，获得了良好的动力性、驾驶性和经济性，根据舷外机运行使用的特殊工况，能够在全功率范围内实现最优化的功率输出，达到最佳的驾乘体验和良好的耐久使用性能。
10.作为优选，所述的空气进气量控制根据传感器监测得到的进气压力、温度以及节气门位置计算所需的气体流量。
11.作为优选，反馈排气部位的氧传感监控尾气的含氧量，形成闭环控制，修正计算空气进气量。采用闭环控制，能适应不同温度环境、不同海波差异、不同地区燃气的成分差异，达到燃气和空气比例的精确混合控制，优化工作性能和优化排放性能。
12.作为优选，根据标定固化的map图，控制燃气喷轨。使其在最佳时刻进行燃气喷射，降低排放，提高性能。
13.作为优选，根据大气压力、控制系统的电压和发动机的温度参数修正燃气的喷射量。能够满足舷外机在整个运行工况所需的燃气量。
14.作为优选，通过控制蒸发器上的电磁阀来控制蒸发器的开启；通过喷轨总成上的传感器来控制喷入燃烧室内的燃气喷入量。
15.作为优选，通过对曲轴位置传感器信号及进气歧管绝对压力传感器信号, 确定各汽缸的喷油和点火次序及点火时刻。
16.本发明的有益效果是：电控管理系统ecu采用微型计算机控制，高性能、高可靠性、清洁燃烧动，态响应性好，可靠性高；采用闭环控制，能适应不同地区燃气的成分差异，达到燃气和空气比例的精确混合控制，优化工作性能和优化排放性能；采用电控系统后，能够精准控制燃气喷射量和参入燃烧所需的空气量，电控系统基于扭矩模型，简化了各功能模块、标定匹配的同时，获得了良好的动力性、驾驶性和经济性，根据舷外机运行使用的特殊工况，能够在全功率范围内实现最优化的功率输出，达到最佳的驾乘体验和良好的耐久使用性能。具有超速限制、过热报警、低油压报警等预警报警方式，具有很高的高可靠性。
附图说明
17.图1是本发明的lpg控制系统原理图。
18.图中1.发动机，2.电子控制单元，3.蒸发器，4.过滤器，5.喷轨总成，6.温度压力传感器，7.空气滤清器，8.怠速控制阀，9.节气门位置传感器，10.点火线圈，11.水温传感器，12.转速传感器，13.机油压力传感，14.爆震传感器，15.氧传感器，16手持诊断仪，17.lpg气瓶。
具体实施方式
19.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
20.实施例：本实施例的一种液化石油气电喷舷外机的燃气供给方法，包括以下过程：构建燃气供给控制系统，各位置的传感器分别监测燃气供给数据。
21.如图1所示，燃气供给控制系统包括电气回路、燃气回路和空气回路。
22.空气回路将外部空气经过空气滤清器7后通过怠速控制阀8后进入到发动机1中。
23.在怠速控制阀8后方的管道上设置有温度压力传感器6，用于检测进入空气的进气压力和进气温度；怠速控制阀8上设置有节气门位置传感器9，用于监测节气门的位置。
24.燃气回路将液化石油气（lgp）气瓶17中的液化石油气通过蒸发器3气化，经过过滤器4后通过喷轨总成5分别输出到发动机1的进气歧管。
25.电气回路包括电子控制单元（ecu）2和设置在各个位置与电子控制单元2电连接的传感器与执行器。
26.电气回路的任务是将预先设定好的频率采集发动机1中各传感器信号(模拟量)，将其转化为ecu能够识别的参数（数字量），并送到ecu中，ecu再根据运行的工况，按照设定好的map或控制策略（在闭环控制的条件下用氧传感器15进行调整）进行计算，得到该工况及试验条件下的适合的喷油脉宽和点火正时时刻，发出指令，经过通道送到执行器，对发动机1进行精确控制。
27.传感器包括曲轴位置传感器 （cps）、设置在怠速控制阀上的节气门位置传感器9、设置在节气门后方管道上的发动机集成式温度压力传感器（map、mat）6、设置在发动机排气口的氧传感器（o2）15以及设置在发动机上的水温传感器（cts）11、机油压力传感器13、爆震传感器（knock）14和转速传感器12。
28.执行器包括燃气喷轨总成（inj）5、点火线圈（ign）10、蒸发器3和怠速空气控制阀（iacv）8等元件。
29.在本实施例中的电子控制单元（ecu）2采用微型计算机控制。32位处理器，运算能力大大提高，动态响应性好。
30.根据监测得到的燃气供给数据分别进行空气进气量控制、燃气喷射控制、液化石油气气化控制以及点火正时控制。通过手持诊断仪16或pc诊断对燃气供给系统中的各传感器和执行器进行故障诊断。
31.1）新鲜空气的进气量计算控制包括：通过进气温度压力传感器6、节气门位置传感器9，对进气的压力、温度及节气门位置进行检测，将监测数据传输给ecu管理系统进行计算所需的气体流量。
32.同时考虑到小型发动机进气压力的波动特性，进行进气量修正学习，有效地对发动机由于进气系统的制造差异、耐久老化差异及燃气因地域不同形成的纯度和成分差异进行自动补偿和修正，通过排气部位的氧传感器15监控尾气的含氧量，反馈给ecu管理系统进行闭环控制，显著提高进气量的计算精度，从而提高燃气喷入量的控制准确度。
33.2）燃气喷射控制包括：判别整个燃烧过程，通过系统管理计算，根据标定固化的map图，控制燃气喷轨，使其在最佳时刻进行燃气喷射，降低排放，提高性能。
34.燃气的喷射量根据大气压力、控制系统的电压和发动机的温度等参数进行修正燃气的喷射量 ，满足舷外机在整个运行工况所需的燃气量。
35.3）液化石油气的气化控制包括：液化石油气通过专用特制的储气罐进行储存，液态的气体是不能直接参入舷外机发动机的燃烧，需要通过气化装置进行气化后才能参与燃烧。液态气体通过蒸发器吸收大量热量进行气化，蒸发器3所需的热量来自于发动机1的冷却水被加热后引入蒸发器加热，蒸发器3吸收了发动机的热水传递的热量，迅速将液态的液化石油气气化，变为气体通过喷轨喷入发动机的燃烧室内参与燃烧；ecu管理系统通过控制蒸发器上的电磁阀来控制蒸发器的开启，从而实现对燃气的控制。通过喷轨总成上的传感器来控制喷入燃烧室内的燃气喷入量 。
36.4）点火正时控制包括：飞轮齿圈采用60-2齿的信号发生装置，曲轴位置目标轮精确控制点火充磁和放电时间，尤其在转速突变时显著提高了电火控制的精确度，改善了加速动力性。
37.本实施例通过ecu调整舷外机发动机燃烧参数，优化燃烧过程，从而降低排放，发挥整机性能。ecu根据舷外机的工况信号进行判断、计算，最后控制喷轨（喷油器）和点火线圈工作。
38.采用闭环控制方式。通过检测氧传感器信号和空燃比，进行标定数据的调整。预先通过发动机台架试验，测定发动机各个工况点的最佳喷油脉宽，将测定的喷油脉宽刷写存入ecu中形成喷油脉宽map图，将依据舷外机运行工况在map图中查的对应的喷油脉宽值（非节点处采用插值算法得到相应的喷油脉宽）作为该工况点的基本喷油脉宽。
39.氧传感器通过监测到排气中氧气的含量，反馈给ecu控制器进行计算，经过比较器与设定的数值进行比较，如果存在差异，ecu及时进行修正计算，输送给执行器进行修正调节，如此循环往复，无限接近给定的喷油脉宽进行输出，使得执行器输出的值都是无限接近给定值。如此往复进行修正循环计算，不断和标准值进行修正。
40.在本实施例中，飞轮齿圈采用60-2矩形齿的信号发生装置，与曲轴位置传感器形成舷外机的点火正时系统。曲轴位置传感器选用磁电式传感器，磁电式曲轴位置传感器件系根据电磁感应原理，由一个永久磁铁作铁芯元件，外部绕有多匝数线圈构成其核心元件。
41.曲轴位置传感器需要与一个铁磁性目标轮，也叫信号轮（飞轮齿圈），一起工作来产生曲轴速度位置信号。曲轴目标轮（飞轮齿圈）采用60
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2矩形齿均布的齿轮结构，曲轴目标轮上的缺齿信号（缺2齿）可帮助系统判定曲轴的相对位置。
42.当曲轴旋转时，装配在曲轴上的目标轮随之旋转，其矩形目标齿切割由曲轴位置传感器永久磁铁形成的磁力线，即磁路中的磁阻发生变化，从而引起磁场变化。变化的磁场将在线圈中产生变化的电压信号输出。曲轴位置传感器输出信号的波形为正弦波形。曲轴旋转速度愈高，输出信号的电压峰值就愈高；输出信号的频率也越高。
43.发动机ecu则通过对曲轴位置传感器信号及进气歧管绝对压力传感器信号, 来确定各汽缸的喷油和点火次序及点火时刻。
44.本实施例中的发动机为四缸发动机，将发动机盘至1缸排气上止点位置，并使活塞处于上死点处；四缸机的曲轴位置传感器中心线刚好位于顺应曲轴旋转方向的第20齿的下边缘（即1缸活塞位于排气上止点时，曲轴目标轮第一颗齿已经转过了传感器20个齿的角度, 即120度曲轴转角）。
45.点火系统的功能就是在精确的曲轴转角位置，点火线圈通过火花塞释放高压火花
击穿可燃混合气体，从而点燃燃油混合气，推动活塞做功。
46.点火控制原理:点火线圈通过ecu来控制点火信号。不需要点火时，ecu给控制端一个高电平，此时没有电流通过点火线圈，点火线圈不工作；当需要点火时，ecu根据舷外机运行不同工况所计算出的充电时间来提前拉低该控制信号，使点火线圈充电，当到达点火时刻时，ecu将控制信号重新拉高，导致初级线圈电流骤降为0，而次级线圈产生感应电流及数万伏的感应电压，通过火花塞击穿空气，产生火花击穿可燃混合气体，从而点燃燃气混合气，推动活塞做功。
47.充电时间就是指ecu控制点火线圈初级线圈的通电时间。充电时间根据不同的发动机机转速和电瓶电压来确定。
48.在发动机的每个转速和负荷点，都有一个特定的点火提前角能得到最大的扭距和最佳的燃油经济性。采集进气压力信号后，每个活塞运行到上止点前都进行点火提前角的计算。点火提前角为一个与冷却冷却液温度度、进气量及发动机转速有关的值。
49.考虑包括启动后修正、怠速稳定性修正、温度修正断油修正、爆震修正和负荷变化修正等修正需求。
50.燃气供给系统中对应的执行器执行控制命令。
51.对燃气供给系统中的各传感器和执行器进行故障自诊断，故障时对对应位置的设备告警。
52.ecu通过对各传感器和执行器进行故障自诊断, 并通过点亮故障指示灯来提示故障，达到故障预警和警示的目的，能够快速精确判定故障位置和故障原因，及早进行修复和处理。
53.通过水温保护、机油压力保护及转速超速保护等功能，保证基本的发动机“跛行”功能。故障诊断标准完全采用国际统一标准、obd 接口及故障定义，产品维护简单便利。
54.本实施例的方案能够精准控制燃气喷射量和参入燃烧所需的空气量，电控系统基于扭矩模型，简化了各功能模块、标定匹配的同时，获得了良好的动力性、驾驶性和经济性，根据舷外机运行使用的特殊工况，能够在全功率范围内实现最优化的功率输出，达到最佳的驾乘体验和良好的耐久使用性能。
55.应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。

技术特征：
1.一种液化石油气电喷舷外机的燃气供给方法，其特征在于，包括以下步骤：构建燃气供给控制系统，各位置的传感器分别监测燃气供给数据；根据监测得到的燃气供给数据分别进行空气进气量控制、燃气喷射控制、液化石油气气化控制以及点火正时控制；燃气供给系统中对应的执行器执行控制命令；对燃气供给系统中的各传感器和执行器进行故障自诊断，故障时对对应位置的设备告警。2.根据权利要求1所述的一种液化石油气电喷舷外机的燃气供给方法，其特征在于，所述的空气进气量控制根据传感器监测得到的进气压力、温度以及节气门位置计算所需的气体流量。3.根据权利要求1或2所述的一种液化石油气电喷舷外机的燃气供给方法，其特征在于，反馈排气部位的氧传感监控尾气的含氧量，形成闭环控制，修正计算空气进气量。4.根据权利要求1所述的一种液化石油气电喷舷外机的燃气供给方法，其特征在于，根据标定固化的map图，控制燃气喷轨。5.根据权利要求1或4所述的一种液化石油气电喷舷外机的燃气供给方法，其特征在于，根据大气压力、控制系统的电压和发动机的温度参数修正燃气的喷射量。6.根据权利要求1所述的一种液化石油气电喷舷外机的燃气供给方法，其特征在于，通过控制蒸发器上的电磁阀来控制蒸发器的开启；通过喷轨总成上的传感器来控制喷入燃烧室内的燃气喷入量。7.根据权利要求1所述的一种液化石油气电喷舷外机的燃气供给方法，其特征在于，通过对曲轴位置传感器信号及进气歧管绝对压力传感器信号, 确定各汽缸的喷油和点火次序及点火时刻。

技术总结
本发明公开了一种液化石油气电喷舷外机的燃气供给方法。本发明包括以下步骤：构建燃气供给控制系统，各位置的传感器分别监测燃气供给数据；根据监测得到的燃气供给数据分别进行空气进气量控制、燃气喷射控制、液化石油气气化控制以及点火正时控制；燃气供给系统中对应的执行器执行控制命令；对燃气供给系统中的各传感器和执行器进行故障自诊断，故障时对对应位置的设备告警。对发动机工作时的进气量、喷气量和点火提前角进行控制，从而达到理想的驾驶性、动力性和经济性。动力性和经济性。动力性和经济性。


技术研发人员：周天明 刘健勇 贾磊
受保护的技术使用者：杭州海的动力机械股份有限公司
技术研发日：2022.11.25
技术公布日：2023/6/16