CN110318868A - 一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制系统及其控制方法，包括甲醇供油喷射系统、天然气供气喷射系统和甲醇/天然气灵活燃料电控系统，电控系统包括传感器、执行器和元ECU，该控制系统通过甲醇喷油器控制甲醇量，燃气喷嘴控制燃气量，电子节气门体控制进气空气量，宽域氧传感器检测和闭环反馈控制发动机工作的空燃比，该控制方法能够使发动机在纯甲醇工作模式、纯天然气工作模式和甲醇/燃气双燃料工作模式，并控制发动机分别在不同工作模式下能够根据发动机的不同工作状态精确控制甲醇喷射量、天然气喷射量，同时能够控制气体燃料的喷射时刻及喷射持续期、进气空气量和空燃比，从而保证发动机安全平稳运行，减低燃料消耗，减少尾气排放。
Description
技术领域
本发明属于发动机控制技术领域，具体涉及一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制系统及其控制方法。
背景技术
能源短缺和环境问题已成为世界各国面临的共同问题。能耗大、污染重的汽车行业寻求新的替代能源已成为必然的发展趋势。现有技术中甲醇和天然气是汽车的新的替代燃料，单纯的甲醇、天然气替代汽油或者柴油作为发动机的燃料已经在内燃机上得到了一定的应用，这两种替代燃料均具有比汽油和柴油环保的优势，也具有比汽油和柴油廉价的优势。
目前发动机可以使用纯甲醇作为燃料(简称M100)，或者甲醇与汽油按一定的比例混合成为甲醇汽油，通常有15％的甲醇加85％的汽油这个比例混合的甲醇汽油，称为M15，等。使用纯甲醇作为燃料时存在的问题是：1、甲醇的气化潜热大，造成发动机冷起动困难，因此目前的甲醇发动机在温度较低时通常使用汽油起动，在起动、暖机运行发动机至较高温度后切换到甲醇工作方式。2、目前甲醇的供应链还不够完善，甲醇燃料的加注还存在一定的问题，所以对于以甲醇发动机为动力的汽车在行驶到无甲醇供应的地区就无法长时间运行，汽车的使用区域受到限制。
目前以天然气为燃料的天然气发动机在乘用车或者商用车上都得到了较好的运用。但目前天然气的供应链也还不够完善，天然气燃料的加注不少地区还存在一定的问题，尤其是冬天因采暖消耗导致供应车用的天然气供应紧张。因此以天然气发动机为动力的汽车在行驶到无天然气供应的地区就无法长时间运行，汽车的使用区域也受到限制。
甲醇和天然气作的着火温度都比较高，适合作为火花点火发动机的燃料；甲醇的辛烷值为114，天然气的辛烷值为127，均具有较高的辛烷值的特点。虽然甲醇的辛烷值比天然气略低，但甲醇具有更大的蒸发气化潜热导致进气终了气缸内的混合气温度比天然气发动机温度低，而且甲醇的火焰传播速度比天然气快，所以目前压缩比为10-13的天然气发动机，此压缩比也适合甲醇发动机，因此目前的甲醇发动机也基本上是在天然气发动机的基础上针对甲醇的特点做了适应性开发，使其兼顾适合使用两种燃料。
因此可以将甲醇和天然气同时为一种火花点火发动机作为燃料，使其工作在单一甲醇、单一天然气和甲醇/天然气混合燃料3种燃料模式下。在发动机处于低温状态下可以用天然气起动发动机和进行暖车，而无须像现有技术一样使用汽油起动，这样也可以解决甲醇发动机低温起动的问题。所以甲醇可以作为天然气发动机的一种新的燃料选择，同时天然气也可以作为甲醇发动机的一种新的燃料选择，这样就可以扩大发动机的燃料选择范围，使以这种发动机为动力的车辆具有更好的区域适应性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制系统及其控制方法，将单一燃料的甲醇发动机或者天然气发动机在经过燃料适应性设计的前提下使用此系统后可以成为适合甲醇和天然气两种燃料的发动机，发动机运行更加安全可靠、经济和环保。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制系统，包括甲醇燃料供油喷射系统、天然气供气喷射系统和甲醇/天然气灵活燃料电控系统；其中，
甲醇供油喷射系统包括依次相连的甲醇燃油箱、甲醇泵、甲醇滤清器、甲醇共轨喷嘴组件和甲醇喷嘴；
天然气供气喷射系统包括天然气储存罐，以及设置在天然气储存罐与燃气分配管的天然气连接管路上的燃气控制喷嘴、燃气开关电磁阀、燃气滤清器和燃气压力调节阀；
甲醇/天然气灵活燃料电控系统包括传感器部分、执行器以及采集传感器部分的信号并控制执行器运作的甲醇/天然气灵活燃料电子控制单元ECU；
其中ECU包括用于接收传感器部分采集的信号的输入信号处理模块、与执行器相连的ECU内部驱动电路模块以及与输入信号处理模块和ECU内部驱动电路模块相连的微处理器；
执行器包括与ECU相连的甲醇泵、甲醇喷嘴、燃气开关电磁阀和燃气控制喷嘴，以及用于对发动机进气空气流量进行控制的电子节气门体和涡轮增压器控制阀；传感器部分包括与ECU相连的位于发动机机体上的水温传感器、位于进气总管上的进气歧管压力温度传感器/进气流量传感器、发动机的曲轴位置传感器、位于油泵凸轮轴或进排气门凸轮轴处的凸轮轴位置传感器和用于检测油门踏板位置的油门踏板位置传感器，以及用于测量燃气控制喷嘴进口处燃气压力和温度的天然气压力和温度传感器和设置在天然气储存罐内的天然气液位或压力传感器，传感器部分还包括位于电子节气门体上的节气门位置传感器，所有传感器的输出端分别与输入信号处理模块相连。
本发明进一步的改进在于，传感器部分还包括用于测量发动机工作空气燃料混合比的氧传感器，氧传感器安装于排气歧管或排气管上。
本发明进一步的改进在于，发动机还包括废气涡轮增压器，所述传感器还包括设置在废气涡轮增压器上的增压压力温度传感器，该增压压力温度传感器的输出端与输入信号处理模块相连。
本发明进一步的改进在于，控制系统还包括连接于ECU的甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端，其用于提供选择发动机工作燃料模式的信息。
一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制方法，该控制方法基于上述一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制系统，该控制方法通过甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端中模式选择开关提供的信息，检测用户要求发动机工作的燃料模式，所述燃料模式包括三种：
纯甲醇工作模式：ECU根据其所在模式下对应的控制模型策略、所存储的MAP计算得到甲醇喷嘴喷射量，控制甲醇喷嘴喷射，并控制天然气控制喷嘴停止喷射燃气；
纯天然气工作模式：ECU根据其所在模式下对应的控制模型策略、所存储的MAP，计算得到天然气喷射量，控制天然气喷嘴喷射，并控制甲醇喷嘴停止喷射甲醇；
甲醇油/天然气双燃料工作模式：ECU根据其所在模式下对应的控制模型策略，所存储的MAP，和甲醇/天然气比例MAP，分别计算得到天然气量和甲醇量，实施对甲醇喷嘴和天然气喷嘴的控制。
本发明进一步的改进在于，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)检测发动机控制系统的各传感器信号，根据甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端中模式选择开关状态提供的燃料模式信息，判断发动机工作的燃料模式，若是纯甲醇工作模式，则进入步骤3)，若是选择纯天然气工作模式，则进入步骤4)，若选择甲醇/天然气双燃料工作模式，则进入步骤2)；
2)发动机进入甲醇/天然气双燃料工作模式，ECU根据其控制模型策略、所存储MAP计算得到的总燃料量、甲醇/天然气比例量Xmeth，分别计算得到天然气量mNG和甲醇量mmeth，之后进入步骤5)；
3)发动机进入纯甲醇工作模式，ECU根据其控制策略、所存储的MAP计算得到甲醇喷射量mmeth，控制甲醇喷嘴喷射，并控制天然气喷嘴停止喷射天然气；然后进行步骤5)；
4)发动机进入纯天然气工作模式，ECU根据其控制策略、所存储的MAP计算得到天然气喷射量mNG，控制天然气喷嘴喷射，并控制甲醇喷嘴停止喷射甲醇；然后进行步骤5)；
5)进行发动机工作模式选择开关状态检测和信息显示，ECU检测工作模式选择开关状态确定发动机工作模式，并将ECU将需要显示的数据信息发给甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端，然后整个控制进程返回到步骤1)重复开始进行，直至发动机停止工作为止。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制系统，甲醇发动机原来要使用汽油进行低温起动和暖车，现在使用天然气起动和暖车，解决了甲醇发动机的低温起动和暖车问题，不再需要用原来的汽油供油系统。由于天然气的燃烧速度慢，甲醇的燃烧速度快，使用甲醇和天然气双燃料模式可以比原天然气发动机具有更好的燃烧性能，改善发动机的动力性和燃料经济性。
本发明提供的甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制方法，为单一燃料的甲醇发动机提供了多了一种天然气燃料选择，也为单一燃料的天然气发动机多了一种甲醇燃料选择，并且为这两种单燃料发动机增加了甲醇/天然气双燃料工作模式，使得原来单一燃料工作模式的发动机增加到了三种工作模式，从而使发动机的燃料适应性更好，使用条件更宽泛。
附图说明
附图1为本发明提供的发动机控制系统的结构示意图；
附图2为本发明提供的发动机控制系统的结构示意框图；
附图3为本发明提供的发动机控制方法的流程图；
附图4发动机进气系统示意图
附图标记说明：
10为传感器部分、11为废气涡轮增压器、14为水温传感器、15为进气歧管压力温度传感器、17为凸轮轴位置传感器、18为曲轴位置传感器、19为油门踏板位置传感器、20为增压压力温度传感器、21为电控系统蓄电池电压信号、22为天然气液位或压力传感器、23为燃气开关电磁阀、24为燃气压力和温度传感器、25为节气门位置传感器、26为氧传感器、28为天然气储存罐、30为ECU内部驱动电路模块、32为输入信号处理模块、33为微处理器、35为ECU、40为执行器、42为增压器控制阀、43为废气再循环控制阀、44为甲醇喷嘴、45为点火线圈、46为燃气控制喷嘴、47为氧传感器加热器、48为电子节气门体、49、甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端、50为燃气压力调节阀、54为进气总管、55为发动机机体、56为天然气连接管路、57为排气歧管、58为甲醇燃油箱、59为进气流量传感器、60为甲醇泵、61为甲醇滤清器、63为排气管、64为甲醇共轨喷嘴组件、65为燃气喷嘴组件、66为电缆线束、67为电子油门踏板、68为进气歧管、69为节气门前进气总管、70为排气消声器和尾气后处理器、71为蓄电池、72为甲醇油管、73为燃气滤清器、74为甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照附图1和附图2，本发明提供的甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制系统，包括发动机机体55、实施甲醇供给与喷射的甲醇系统、天然气供给喷射系统和甲醇/天然气灵活燃料电控系统。
所述的甲醇供给与喷射系统包括甲醇燃油箱58、甲醇泵60、甲醇滤清器61、甲醇共轨喷嘴组件64及甲醇油管72，位于甲醇燃油箱58中的甲醇经过甲醇泵60加压后，再经过甲醇滤清器61送到甲醇共轨喷嘴组件64后被分配到各个甲醇喷嘴44，由甲醇喷嘴44实施计量和和将甲醇喷入发动机各气缸的进气岐管68中。
所述天然气供给喷射系统包括天然气储存罐28，天然气储存罐28上安装有天然气液位或压力传感器22，天然气经过燃气开关电磁阀23、燃气滤清器73到达燃气压力调节阀50，将燃料压力降至常用的喷射压力范围(4～8bar)，然后经燃气喷嘴组件65到达燃气控制喷嘴46，由燃气控制喷嘴46喷射进入发动机机体55的进气管，燃气分配管上还有燃气压力和温度传感器24，所述燃气控制喷嘴46以一组多个的形式安装于发动机的电子节气门体前的节气门进气总管69上，或者电子节气门体后的进气总管54上，称为单点喷射；或者燃气控制喷嘴以单个的形式安装于发动机的进气歧管68上时，称为多点喷射；燃气控制喷嘴46由ECU35控制，燃气控制喷嘴46的喷气量由燃气压力和喷气时间(喷气控制脉宽)决定。
所述的甲醇/天然气灵活燃料电控系统包括传感器部分10、执行器40以及ECU 35所述传感器部分10包括连接于ECU 35的位于发动机机体55上的水温传感器14、进气总管54上的进气歧管压力温度传感器15/进气流量传感器59、曲轴位置传感器18、凸轮轴位置传感器17以及油门踏板位置传感器19，所述传感器部分10还包括连接于ECU 35的燃气压力和温度传感器24、天然气液位或压力传感器22、排气管上的氧传感器26、节气门位置传感器25，甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端74也为ECU 35提供甲醇/天然气燃料模式选择信息。
根据发动机进气流量的测量方法的不同，所述传感器部分10中若采用进气歧管压力温度传感器15，则速度密度法按照发动机的充气模型计算得到发动机各缸的充气量，计算模型在后面详细说明；若采用位于废气涡轮增压器11之前的进气流量传感器59，则直接测量发动机进气流量计算各缸充气量，两种方法使用其中之一即可。
所述ECU 35包括与各传感器相连的输入信号处理模块32、微处理器33和ECU内部驱动电路模块30，各个传感器的信号经过输入信号处理模块32处理转变为微处理器33所能接受的数字量，微处理器33经过运算、判断处理和产生的输出量通过相应的ECU内部驱动电路模块30，使执行器40工作。
所述执行器40包括连接于ECU 35的增压器控制阀42、废气再循环控制阀43，所述执行器还包括连接于ECU 35的甲醇喷嘴44、点火线圈45、天然气喷嘴46、控制发动机进气空气量的电子节气门体48、连接于ECU 35的氧传感器加热器47，连接于ECU 35的甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端49。其中甲醇喷嘴驱动模块可以采用以专门的低边驱动集成电路如TLE6244为核心组成的电路，电子节气门驱动模块可以采用专门的驱动集成电路如TLE6209，氧传感器接口模块可采用如CJ125，微处理器可采用32位SPC564。甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端74与ECU采用双向通信的方式将燃料模式选择开关的信息发给ECU 35，同时ECU 35将需要显示的数据信息发给甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端74，根据通信方式的不同，其接口电路也不同，可以采用汽车上常用的通信方式如K线方式、CAN总线方式和LIN总线方式等实现，电控系统各部件通过电缆线束66相连。
所述ECU 35控制天然气喷射量、喷射正时，控制电子节气门体来控制进气空气量，控制甲醇喷射量及喷油时刻，控制废气涡轮增压器，控制废气再循环等；所述ECU 35通过甲醇/天然气选择开关的信息和发动机的工作条件判断发动机工作在纯甲醇模式、天然气模式或者双燃料模式，当发动机工作在纯甲醇模式时，ECU 35根据其控制模型策略和所存储的甲醇MAP计算出甲醇喷射量和喷射时刻(喷射正时)，并输出控制甲醇喷嘴工作，停止天然气喷嘴工作；同理当发动机工作在纯天然气模式时，ECU 35根据其控制模型策略和所存储的各天然气MAP计算出天然气喷射量和喷射时刻(喷射正时)，并输出控制天然气喷嘴工作，停止甲醇喷嘴工作；双燃料工作模式时，ECU 35根据其控制策略和所存储的与双燃料有关的MAP分别计算甲醇喷射量、甲醇喷射时刻、天然气喷射量和天然气喷射时刻，并控制甲醇喷嘴、天然气喷嘴工作；在三种模式下ECU 35均通过电子节气门体对进气流量进行控制，并利用氧传感器对发动机运行的空燃比进行闭环控制，从而保证发动机安全平稳运行，减低燃料消耗，减少尾气排放。
通常将进气管绝对压力传感器和进气温度传感器集成为一体，成为进气歧管压力温度传感器15，但分开放置也不影响传感器和系统的功能。
通常将燃气压力传感器和燃气温度传感器集成为一体，成为燃气压力温度传感器24，但分开放置也不影响传感器和系统的功能。
本发明提供的甲醇/天然气灵活燃料电控系统控制方法，该控制方法通过甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端49提供的信息检测用户要求发动机工作的燃料模式，纯甲醇工作模式下ECU35根据其所在模式下对应的控制策略、所存储的MAP计算得到控制甲醇喷嘴44喷油，并控制天然气喷嘴46停止喷射燃气；纯天然气工作模式下ECU35根据其所在模式下对应的控制模型策略、所存储的MAP计算得到天然气喷射量，控制天然气喷嘴46喷射，并控制甲醇喷嘴45停止喷射甲醇；甲醇油/天然气双燃料工作模式：ECU根据其所在模式下对应的控制策略、所存储和计算得到的总燃料量MAP，和甲醇/天然气比例MAP，分别计算得到天然气量和甲醇量，并根据甲醇喷油器流量特性MAP和天然气喷嘴流量特性MAP、甲醇喷射正时MAP和天然气气喷射正时MAP、发动机参数修正MAP和天然气气参数修正MAP，计算甲醇喷射量和燃气喷射量，并产生和输出甲醇喷嘴和燃气喷嘴驱动信号，实施对甲醇喷嘴和天然气喷嘴的控制。
所述ECU 35还通过安装于发动机进气总管上的电子节气门体48控制发动机进气量，ECU 35根据所供发动机油门踏板位置、发动机转速和设定的空燃比MAP计算对应工况下所需空气量，通过电子节气门体调节其节气门开度实现对目标空气量的控制。空气量的测量方法可以进气流量传感器59直接测量，或者通过安装于电子节气门体下游进气总管54上的进气歧管压力温度传感器15，由发动机的进气量模型计算得到。
所述控制方法还包括采用安装于排气管63上的氧传感器26测量和控制发动机工作空燃比(空气燃料混合比)，发动机空燃比的控制采用开环控制与闭环控制相结合的方法。发动机空燃比的控制首先是建立在开环控制的基础上，所述的开环控制过程是：ECU 35根据所供发动机油门踏板位置、发动机转速和设定的空燃比MAP计算对应工况下所需空气量，并以此为基础，根据所存储的MAP、发动机的工作状态参数和工况参数来计算甲醇量和天然气量。
然而由于实际控制的甲醇量和天然气量与计算甲醇量和天然气量存在误差、计算空气量与实际空气量也存在误差等多方面误差的存在使得发动机工作的实际工作空燃比与目标空燃比存在差异，为了减小这种差异，需要根据宽域氧传感器所测量的实际空燃比与目标空燃比的差异闭环调节燃料量，使实测空燃比与目标空燃比一致。通常闭环控制的方法采用比例-积分-微分(PID)方法进行。
下面结合附图3来详细描述控制方法的具体步骤：
步骤101：采集发动机各传感器的信号，包括水温传感器信号、天然气液位或压力传感器信号、甲醇燃油箱液位信号、油门踏板位置传感器信号、系统供电电源电压信号、曲轴位置传感器信号、凸轮轴位置传感器信号、甲醇/天然气灵活燃料工作模式切换开关信号或信息、进气歧管压力温度传感器信号或者进气流量传感器信号、增压后空气压力温度信号、氧传感器信号、节气门位置传感器信号，将上述采集到的信号送到ECU的输入信号处理模块32，模数转换成双燃料ECU的微处理器33能识别的数据，得到相关的物理参数，进行下一步骤102。
步骤102：根据油门踏板信号，发动机转速计算发动机目标扭矩。发动机控制模型有扭矩模型和非扭矩模型两种，若采用非扭矩模型方式，此步骤可以省略。
步骤103：根据所采集到的物理参数，根据所存两种燃料的量、工作模式选择开关信息、低温和暖车信息等确定发动机工作的燃料模式。一般发动机的燃料模式由选择开关决定，但发动机处于低温起动和暖车状态时应工作在燃气模式，直到暖车结束。
步骤104：若选择甲醇燃料模式，则进入步骤110，否则进入步骤105。
步骤105：判断是否天然气工作模式，若是则进入步骤112，否则进入步骤106。进入天然气工作模式的条件如：①天然气储存罐内的现存燃料量满足要求，②发动机处在起动或者暖车过程，等。
步骤106：此时是双燃料模式。满足在双燃料工作的条件是：①用户选择双燃料工作方式，②天然气内储存的燃料量满足要求。进入步骤107
步骤107：ECU根据目标空燃比(一般用过量空气系数λtarget)的MAP、进气量模型、目标扭矩MAP、甲醇/天然气比例MAP，分别计算得到天然气量和甲醇量，并根据模型计算目标节气门开度、点火提前角和目标增压压力，等。进入步骤108。
步骤108：根据甲醇喷嘴流量特性MAP和天然气喷嘴流量特性MAP、甲醇喷射正时MAP和天然气气喷射正时MAP、发动机参数修正MAP和天然气气参数修正MAP，计算甲醇喷嘴和天然气控制喷嘴喷射时间，实施对甲醇喷嘴和天然气喷嘴的控制。进入步骤109。
步骤109：ECU和检测甲醇/天然气模式选择开关状态信息，并将控制系统信息如剩余燃料量、系统工作状态等信息发送给显示终端进行显示。然后程序返回到步骤101。
步骤110：甲醇工作模式，ECU根据目标λtarget的MAP、进气量模型、目标扭矩MAP、甲醇燃烧效率MAP等，计算目标充气量、目标节气门开度、目标增压压力、甲醇喷射量、点火提前角等。进入步骤111。
步骤111：将甲醇喷射量转换成甲醇喷射时间和甲醇喷射提前角。进入步骤109。
步骤112：天然气工作模式，ECU根据目标λtarget的MAP、进气量模型、目标扭矩MAP、天然气燃烧效率MAP等，计算目标充气量、目标节气门开度、目标增压压力、甲醇喷射量、点火提前角等。进入步骤113。
步骤113：将天然气喷射量转换成天然气喷射时间和天然气喷射提前角。进入步骤109。
各燃料模式下天然气喷射量和甲醇喷射量的计算可以统一为如下计算过程：
(1)利用充气模型计算发动机每循环进入的新鲜空气充气量mair
充气模型用于计算发动机每个工作循环吸入发动机缸内的空气质量mair，在发动机工作的目标空燃比(用过量空气系数λtarget来表示)确定后，发动机每气缸每循环需要的喷油量就可以根据空气质量计算得到，所以发动机每循环进气空气量mair是计算发动机每循环喷油量的基础和关键，直接影响空燃比的精确控制。
如附图4示为发动机进气歧管示意图，节气门的节流阀打开角度为αth，节气门前的压力和温度分别为pa和Ta，节气门后压力和温度为pm和Tm，发动机冷却水温度Tcoolant和发动机转速n都可实时测量。
理论上一个气缸吸入的新鲜充量约等于进气门关闭时刻缸内气体总质量减去缸内残余废气量，满足以下关系：
上式中mfresh为充入缸内的新鲜充量，进气压力pm可由进气歧管绝对压力压力传感器测得，缸内温度Tcyl由进气温升模型估计得出，进气门关闭时刻缸内容积VIVC由发动机几何参数和气门相位决定，对于不含VVT(可变气门正时)功能的发动机可认为是一个常数，缸内残余废气的分压力pres主要由气门叠开与排气管压力决定，因此上式也可写为如下简化形式：
mfresh＝f(pm,n)＝s(n)·(pm-y(n))
式中的s和y通常与转速相关，可由标定试验得到数据，以MAP形式存储在ECU中。
根据以上标定数据，就可以估计出每循环的新鲜充量，当进气温度偏离较大时要进行适当修正。
进入缸内的新鲜充量mfresh包含新鲜空气量mair和天然气量mNG，计算新鲜充气量mfresh应减掉天然气的部分后为新鲜空气量mair。
mair＝mfresh-mNG
(2)根据空气充气量mair计算燃料的喷射量
燃料包括天然气量和甲醇量的确定，最终燃料的喷射量还要根据氧传感器的信息进行反馈修正，使之达到要求的目标值λtarget，目标λtarget值的确定由试验确定，并以MAP形式存储在ECU中。
燃料的前馈量由新鲜空气充量mair、目标λtarget和目标Xmeth三个参数共同决定，由以下公式计算得到：
在上述算法公式中，天然气和甲醇的质量必须符合目标Xmeth的需求，同时天然气和甲醇总量要符合当前主充量和目标过量空气系统。式中的Xmeth是甲醇/天然气比例Xmeth，用甲醇热值在总燃料热值中的占比来定义，通过发动机试验优化得到，以MAP的形式存储于ECU中；式中λtarget为目标过量空气系数，也通过发动机试验优化得到，以MAP的形式存储于ECU中；αNG和αmeth分别是天然气和甲醇的化学计量空燃比，以常数的形式存储于ECU中，hNG和hmeth分别是天然气和甲醇的低热值，燃料的参数可以根据相关燃料技术文档可以查得，以常数的形式存储于ECU中。
以上得到的燃料量就是前馈量，为了更精确的空燃比控制，就要根据氧传感器实际测得的过量空气系数对天然气和甲醇量进行反馈修正，天然气和甲醇共享等量的反馈倍数，反馈修正系数可以用下式描述：
通过将过量空气系数与燃油的量实现线性化映射，从而设计的闭环控制器为线性PID控制器。
最终的燃料喷射量由前馈部分与反馈修正系数相乘而得：
有了发动机每缸每循环的喷射mmeth的甲醇和天然气质量mNG，就可以分别根据甲醇喷嘴和天然气喷嘴的流量特性MAP计算得到喷嘴每次的喷射时间，有了喷射时间，就可以对喷嘴进行控制。
无论发动机工作在纯甲醇模式还是工作在天然气模式，都可以统一根据上述计算过程得到甲醇喷射量和天然气喷射量，当Xmeth＝0时，发动机工作在纯天然气模式，当Xmeth＝1时发动机工作在纯甲醇模式。
发动机在各模式下的甲醇喷射提前角、天然气喷射提前角等数据均通过标定试验确定，以MAP的形式存贮于ECU中。
以上所述仅为本发明的基本实施例，并非用于限定本发明的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员所做出的等同变化或替换，都应视为涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制系统，其特征在于，包括甲醇燃料供油喷射系统、天然气供气喷射系统和甲醇/天然气灵活燃料电控系统；其中，
甲醇供油喷射系统包括依次相连的甲醇燃油箱(58)、甲醇泵(60)、甲醇滤清器(61)、甲醇共轨喷嘴组件(64)和甲醇喷嘴(44)；
天然气供气喷射系统包括天然气储存罐(28)，以及设置在天然气储存罐(28)与燃气分配管(65)的天然气连接管路(56)上的燃气控制喷嘴(46)、燃气开关电磁阀(23)、燃气滤清器(73)和燃气压力调节阀(50)；
甲醇/天然气灵活燃料电控系统包括传感器部分(10)、执行器(40)以及采集传感器部分(10)的信号并控制执行器(40)运作的甲醇/天然气灵活燃料电子控制单元ECU(35)；
其中ECU(35)包括用于接收传感器部分(10)采集的信号的输入信号处理模块(32)、与执行器(40)相连的ECU内部驱动电路模块(30)以及与输入信号处理模块(32)和ECU内部驱动电路模块(30)相连的微处理器(33)；
执行器(40)包括与ECU(35)相连的甲醇泵(60)、甲醇喷嘴(44)、燃气开关电磁阀(23)和燃气控制喷嘴(46)，以及用于对发动机进气空气流量进行控制的电子节气门体(48)和涡轮增压器控制阀(42)；传感器部分(10)包括与ECU(35)相连的位于发动机机体(55)上的水温传感器(14)、位于进气总管(54)上的进气歧管压力温度传感器(15)/进气流量传感器(59)、发动机的曲轴位置传感器(18)、位于油泵凸轮轴或进排气门凸轮轴处的凸轮轴位置传感器(17)和用于检测油门踏板位置的油门踏板位置传感器(19)，以及用于测量燃气控制喷嘴进口处燃气压力和温度的天然气压力和温度传感器(24)和设置在天然气储存罐(28)内的天然气液位或压力传感器(22)，传感器部分(10)还包括位于电子节气门体(48)上的节气门位置传感器(25)，所有传感器的输出端分别与输入信号处理模块(32)相连。
2.根据权利要求1所述的一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制系统，其特征在于，传感器部分(10)还包括用于测量发动机工作空气燃料混合比的氧传感器(26)，氧传感器(26)安装于排气歧管(57)或排气管(63)上。
3.根据权利要求1所述的一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制系统，其特征在于，发动机还包括废气涡轮增压器(11)，所述传感器(10)还包括设置在废气涡轮增压器(11)上的增压压力温度传感器(20)，该增压压力温度传感器(20)的输出端与输入信号处理模块(32)相连。
4.根据权利要求1所述的一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制系统，其特征在于，控制系统还包括连接于ECU(35)的甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端(74)，其用于提供选择发动机工作燃料模式的信息。
5.一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制方法，其特征在于，该控制方法基于权利要求4所述的一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制系统，该控制方法通过甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端(74)中模式选择开关提供的信息，检测用户要求发动机工作的燃料模式，所述燃料模式包括三种：
纯甲醇工作模式：ECU(35)根据其所在模式下对应的控制模型策略、所存储的MAP计算得到甲醇喷嘴喷射量，控制甲醇喷嘴(44)喷射，并控制天然气控制喷嘴(46)停止喷射燃气；
纯天然气工作模式：ECU(35)根据其所在模式下对应的控制模型策略、所存储的MAP，计算得到天然气喷射量，控制天然气喷嘴(46)喷射，并控制甲醇喷嘴(44)停止喷射甲醇；
甲醇油/天然气双燃料工作模式：ECU根据其所在模式下对应的控制模型策略，所存储的MAP，和甲醇/天然气比例MAP，分别计算得到天然气量和甲醇量，实施对甲醇喷嘴(44)和天然气喷嘴(46)的控制。
6.根据权利要求5所述的一种甲醇/天然气灵活燃料发动机的控制方法，其特征在于，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)检测发动机控制系统的各传感器信号，根据甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端(74)中模式选择开关状态提供的燃料模式信息，判断发动机工作的燃料模式，若是纯甲醇工作模式，则进入步骤3)，若是选择纯天然气工作模式，则进入步骤4)，若选择甲醇/天然气双燃料工作模式，则进入步骤2)；
2)发动机进入甲醇/天然气双燃料工作模式，ECU(35)根据其控制模型策略、所存储MAP计算得到的总燃料量、甲醇/天然气比例量Xmeth，分别计算得到天然气量mNG和甲醇量mmeth，之后进入步骤5)；
3)发动机进入纯甲醇工作模式，ECU(35)根据其控制策略、所存储的MAP计算得到甲醇喷射量mmeth，控制甲醇喷嘴(44)喷射，并控制天然气喷嘴(46)停止喷射天然气；然后进行步骤5)；
4)发动机进入纯天然气工作模式，ECU(35)根据其控制策略、所存储的MAP计算得到天然气喷射量mNG，控制天然气喷嘴(46)喷射，并控制甲醇喷嘴(44)停止喷射甲醇；然后进行步骤5)；
5)进行发动机工作模式选择开关状态检测和信息显示，ECU检测工作模式选择开关状态确定发动机工作模式，并将ECU将需要显示的数据信息发给甲醇/天然气模式选择开关与控制系统信息显示组合终端(74)，然后整个控制进程返回到步骤1)重复开始进行，直至发动机停止工作为止。
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