CN105156217A - 一种车用智能油/醇双燃料控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种车用智能油/醇双燃料控制系统，包括传感器，原始脉冲输入模块，继电器控制板，MCU控制器，FPGA，驱动模块，其中，传感器均与MCU控制器信号连接，MCU控制器与FPGA信号连接；原始脉冲输入模块的脉冲信号输入端与FPGA的脉冲信号接收端连接，FPGA脉冲调整后喷油量或喷出量信号输出端与驱动模块信号连接；驱动模块与汽车喷油头信号连接；MCU、FPGA、驱动模块、喷油头、以及继电器控制板均与汽车电池连接；继电器控制板与油燃料泵、甲醇燃料泵信号连接。本发明在不改变原车发动机的前提下，在汽车喷油嘴和原车ECU之间加装一个甲醇控制器，与原车ECU系统匹配，起到智能调节喷油量的作用，使汽油发动机燃用M85以上的甲醇燃料，达到节油减排的目的。
Description
技术领域
本发明属于发动机燃料供给领域，尤其涉及一种车用智能油/醇双燃料控制系统。
背景技术
随着社会飞速发展，汽车消耗石油总量迅速递增，废气排放成为大气污染的主要来源之一。甲醇燃烧后主要形成H2O和CO2，排放远低于汽油；甲醇又不含苯、烯烃和硫，因此，甲醇燃烧性能优良。用甲醇取代汽油燃料，不但缓解石油供需矛盾，还显著降低有害物质的排放，具有良好的经济效益和社会效益。因此，汽油车改装甲醇燃料行业迅速崛起，各类油醇双燃料控制系统应运而生。
目前，普通油/醇双燃料控制器多采用固定喷比或者多档可调喷比，控制精度低于原车ECU，导致控制性能差、运行动力不足、性能不稳定等。此外，普通油/醇双燃料控制器，解决冷启动一般采用双喷系统或进气管喷射燃料。双喷系统由于车型多样改装费时费力，不利于推广应用，进气管喷射燃料结构简单，但容易引起回火，安全性能不能保证。最后，普通油/醇双燃料控制器忽略原车氧传感器信号，由于燃料切换，原车ECU会或多或少修改对应的数据库，导致油耗随行驶公里数的增加而增加，出现油耗不稳定现象，并且影响原车数据库的经验数据。
总之，现有油/醇双燃料控制系统普遍存在系统性能不稳定、控制精度低、冷启动效果差等弊端。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车用智能油/醇双燃料控制系统，旨在解决现有油醇双燃料控制系统性能不稳定、控制精度低、冷启动效果差等问题。
本发明是这样实现的，一种车用智能油/醇双燃料控制系统，包括压力传感器、氧传感器，用于发送原始脉冲的原始脉冲输入模块，以及，
继电器控制板，用于控制汽车上油燃料泵、甲醇燃料泵的工作切换；
MCU控制器，用于在油燃料泵工作状态下，根据压力传感器和氧传感器感应信号计算油燃料的喷油量；
FPGA，用于在油燃料泵工作状态切换到甲醇燃料泵工作状态后，根据油燃料的喷油量换算出甲醇燃料的喷出量；
驱动模块，用于将所述喷油量或喷出量信号经所述原始脉冲的脉冲调整后驱动并控制汽车上的喷油头的打开时间；其中，
所述压力传感器设于汽车进气管中，用于检测进气管中空气的压力；所述氧传感器设于汽车尾气管中，用于检测尾气中氧气的含量；所述压力传感器、氧传感器均与MCU控制器信号连接，所述MCU控制器与FPGA信号连接；所述原始脉冲输入模块的脉冲信号输入端与FPGA的脉冲信号接收端连接，所述FPGA脉冲调整后喷油量或喷出量信号输出端与驱动模块信号连接；所述驱动模块与汽车喷油头信号连接；
所述MCU、FPGA、驱动模块、喷油头、以及继电器控制板均与汽车电池连接；所述继电器控制板与油燃料泵、甲醇燃料泵信号连接。
优选地，所述控制系统还包括水温传感器以及甲醇油量传感器；
所述MCU控制器，还用于根据水温传感器、甲醇油量传感器的感应信号判断是否能切换到甲醇燃料泵工作状态；其中，
所述水温传感器设于发动机外壳上，用于感知发动机的温度；所述甲醇油量传感器设于甲醇油箱中，用于感应甲醇液面的高低；所述水温传感器、甲醇油量传感器与MCU控制器信号连接。
优选地，所述控制系统还包括控制显示模块，所述控制显示模块与MCU控制器通信连接。
优选地，所述脉冲调整具体为：在FPGA内部设计多个硬件乘法器，使得喷比值从1.000～1.999随意调整变化，精度达到0.001；通过MCU控制器控制喷比系数，该系数送到FPGA，由FPGA内部的硬件乘法器执行，输出精细的喷比宽度。
优选地，所述氧传感器的输出端加入修正算法，让燃烧甲醇时的氧传感器输出量等于燃烧汽油时的输出量，所述修正算法通过程序控制增益放大器完成。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明系统采用MCU+FPGA控制喷比精度可达到20ns～40ns之间，高于原车ECU的控制精度，执行结果更精确，车辆运行更稳定、性能更可靠。
(2)本发明系统采用双油路单喷系统，通过MCU控制双燃料的切换，根据发动机温度的不同切换不同的燃料，切换过程无缝对接，安全性能和安装工艺都得到了保证，便于安装和推广应用。
(3)本发明系统可以实时采集氧传感器数据，并对氧传感器数据进行修正，保证使用甲醇燃料时氧传感器信号的幅度和频率等同于汽油时的信号，保证油耗的稳定性。
附图说明
图1是本发明车用智能油/醇双燃料控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种车用智能油/醇双燃料控制系统，如图1所示，包括：
1、传感器部分，包括压力传感器和氧传感器。
压力传感器和氧传感器是辅助MCU控制器计算喷油量的，水温传感器采集的水温信号和甲醇油量传感器采集的油量信号是控制器能否切换燃料的根据。当水温达到一定温度并且甲醇油量足够的时候才可以把汽车从汽油状态切换到甲醇状态。更具体，所述压力传感器设于汽车进气管中，是进气压力传感器，用于检测进气管中空气的压力，进而计算空燃比(空气和燃料的质量比，该比例为理想的比例时，效率最高)；所述氧传感器设于汽车尾气管中，主要用于检测尾气中氧气的含量，进而确定燃料在发动机中是否燃烧完全；所述压力传感器、氧传感器均与MCU控制器信号连接。
2、FPGA
FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。设计者可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。
本发明FPGA，用于在油燃料泵工作状态切换到甲醇燃料泵工作状态后，根据油燃料的喷油量换算出甲醇燃料的喷出量。当汽车使用甲醇燃料时，喷油量与使用汽油时的不同(比汽油的喷油量大)，需要精确计算甲醇的喷出量，FPGA使用硬件能够快速精确计算出甲醇的喷出量。
3、驱动模块
驱动模块，用于将所述喷油量或喷出量信号经所述原始脉冲的脉冲调整后驱动并控制汽车上的喷油头的打开时间。其中，MCU控制器计算好喷出量后(喷油脉冲宽窄，脉宽大喷油量多，脉冲窄喷油量少)，该喷油量脉冲放大后驱动汽车上的喷油头的打开时间从而控制甲醇喷出量。
在本发明实施例中，上述脉冲调整的方案具体为：在FPGA内部设计多个硬件乘法器，使得喷比值从1.000～1.999随意调整变化，精度达到0.001；通过MCU控制器控制喷比系数，该系数送到FPGA，由FPGA内部的硬件乘法器执行，输出精细的喷比宽度。
4、继电器控制板
在本发明实施例中，继电器控制板，用于控制汽车上油燃料泵、甲醇燃料泵的工作切换。
在本发明中，汽车既能使用甲醇也能使用汽油，所以供油系统有2套。使用不同的燃料时，对应的供油系统要来回切换，继电器板就是控制不同的油泵切换工作。
5、MCU控制器
用于在油燃料泵工作状态下，根据压力传感器和氧传感器感应信号计算油燃料的喷油量。
在本发明中，MCU相当于计算机的CPU，可以根据具体情况发出各种指令，FPGA相当于执行单元，在收到MCU的操作命令后，立即执行并完成命令，一块FPGA中含有成千上万个指令执行子单元。
6、控制显示部分
可以显示出当前的温度，燃料类型，也可以利用上面的按键手动控制燃料切换。
在本发明中，所述MCU控制器与FPGA信号连接；所述原始脉冲输入模块的脉冲信号输入端与FPGA的脉冲信号接收端连接，所述FPGA脉冲调整后喷油量或喷出量信号输出端与驱动模块信号连接；所述驱动模块与汽车喷油头信号连接；所述MCU、FPGA、驱动模块、喷油头、以及继电器控制板均与汽车电池连接；所述继电器控制板与油燃料泵、甲醇燃料泵信号连接。所述控制系统还包括控制显示模块，所述控制显示模块与MCU控制器通信连接。
以上所给实施例中，主要给出了油料转换方案，在进一步的实施过程中，尤其涉及油料与乙醇之间的转换时，如图1所示，本发明传感器部分还包括水温传感器以及甲醇油量传感器；其中，水温传感器位于发动机外壳上，因为发动机上的导热物质是水，水温传感器感应水的温度，即得到发动机温度；甲醇油量传感器漂浮于乙醇液面上，乙醇液面变化会使甲醇油量传感器浮子的上下移动变化，传感器就会输出不同的阻值，MCU控制器根据此阻值计算出对应的甲醇油量。相应的，在本发明实施例中，所述MCU控制器，还用于根据水温传感器、甲醇油量传感器的感应信号判断是否能切换到甲醇燃料泵工作状态；其中，所述水温传感器、甲醇油量传感器与MCU控制器信号连接。
在进一步的实施过程中，考虑到汽车上的氧传感器是针对汽油燃料设计的，传感器的输出值是对应于汽油燃料的，对于甲醇燃料，其输出的值并不适合，所以在使用甲醇燃料的时候，氧传感器的输出跟汽油燃料时的输出不一样，原车ECU控制器仍然按照汽油燃料的规律去调整，就会认为当前燃料过稀，进而调整喷油量，为了避免这种现象，需要在氧传感器输出端，加入修正算法，让燃烧甲醇时的氧传感器输出量，等于燃烧汽油时的输出量，这样，原车ECU就认为当前的喷量合适，不改变喷油量参数了。该修正算法是通过程序控制增益放大器实现的。
本发明系统的工作步骤具体为：汽车打开钥匙后，系统开始工作，首先判断上次停车时使用的是什么燃料，再判断本次需要使用什么燃料(判断依据是：如果在自动状态，则根据水温和甲醇油量，满足条件时使用甲醇，否则使用汽油。如果在手动状态下，则根据按键输入的燃料状态)，如果上次和当前的燃料不同，则需要切换燃料，控制器会根据设定好的切换过程进行燃料切换，不是简单的切换，需要一系列的复杂运算和控制。在切换过程中，首先需要继电器控制电路，切换对应的油泵，喷油量的调节也是自动计算完成的。当完成了燃料切换后，燃料喷出量稳定，汽车即工作于该燃料。当需要自动或手动切换燃料时重复上述过程。因为喷油量的多少计算需要很快的速度，所以使用FPGA构成硬件乘法器来满足快速准确的计算。
在本发明系统的控制方案中，包括有双喷系统和单喷系统两种控制方案。其中，双喷即两套喷油系统，成本高改装难，燃料切换的时候速度快一些。单喷系统简单，但是切换燃料时汽车喷量变化是突然变化的，所以切换时汽车会发抖甚至熄火，单喷系统在冬季时容易造成打火困难。
本系统是单喷系统，但燃料切换时动态的切换，不会出现喷油量突变，行车切换平稳。同时会自动排泄剩余燃料，温度过低启动时，系统自动切换为汽油模式，避免了冬天大火困难的问题。
此外，在本发明的脉宽调整方案中，不论单喷还是双喷系统，只要使用甲醇燃料，都需要调整喷油量的大小，即喷比调整，也叫做脉宽调整。喷比调整的越精确，就会越省油，行车越平稳。目前市场上一般调整的喷量档位10个档位左右，喷量调整粗略，本系统使用了硬件算法，可以使喷量调整档位达到1024个，所以喷量非常精确快速。
最后，本发明的控制原理，即对原车的性能影响，由于喷量的改动，原车的行车电脑会侦测到该变化，就会修改电脑中的喷比数据表，时间长了，再使用汽油燃料的时候，行车电脑会调出受影响的喷比表，就会出现烧汽油时的喷比不合适，影响原车性能。
本系统在调节喷比的同时，修改了氧传感器信号，让原车的行车电脑感觉不到燃料的变化，也就不会修改原车的燃料数据表，所以使用了不同燃料，不会影响原车性能。
总结来讲，本发明在不改变原车发动机的前提下，在汽车喷油嘴和原车ECU之间加装一个甲醇控制器，与原车ECU系统匹配，起到智能调节喷油量的作用，使汽油发动机燃用M85以上的甲醇燃料，达到节油减排的目的。
本发明成功解决的技术问题包括：1、普通油/醇双燃料控制器多采用固定喷比或者多档可调喷比，控制精度低于原车ECU，导致控制性能差、运行动力不足、性能不稳定等；2、普通油/醇双燃料控制器，解决冷启动一般采用双喷系统或进气管喷射燃料。双喷系统由于车型多样改装费时费力，不利于推广应用，进气管喷射燃料结构简单，但容易引起回火，安全性能不能保证；3、普通油/醇双燃料控制器忽略原车氧传感器信号，由于燃料切换，原车ECU会或多或少修改对应的数据库，导致油耗随行驶公里数的增加而增加，出现油耗不稳定现象，并且影响原车数据库的经验数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种车用智能油/醇双燃料控制系统，其特征在于，包括压力传感器、氧传感器，用于发送原始脉冲的原始脉冲输入模块，以及，
继电器控制板，用于控制汽车上油燃料泵、甲醇燃料泵的工作切换；
MCU控制器，用于在油燃料泵工作状态下，根据压力传感器和氧传感器感应信号计算油燃料的喷油量；
FPGA，用于在油燃料泵工作状态切换到甲醇燃料泵工作状态后，根据油燃料的喷油量换算出甲醇燃料的喷出量；
驱动模块，用于将所述喷油量或喷出量信号经所述原始脉冲的脉冲调整后驱动并控制汽车上的喷油头的打开时间；其中，
所述压力传感器设于汽车进气管中，用于检测进气管中空气的压力；所述氧传感器设于汽车尾气管中，用于检测尾气中氧气的含量；所述压力传感器、氧传感器均与MCU控制器信号连接，所述MCU控制器与FPGA信号连接；所述原始脉冲输入模块的脉冲信号输入端与FPGA的脉冲信号接收端连接，所述FPGA脉冲调整后喷油量或喷出量信号输出端与驱动模块信号连接；所述驱动模块与汽车喷油头信号连接；
所述MCU、FPGA、驱动模块、喷油头、以及继电器控制板均与汽车电池连接；所述继电器控制板与油燃料泵、甲醇燃料泵信号连接。
2.如权利要求1所述的车用智能油/醇双燃料控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括水温传感器以及甲醇油量传感器；
所述MCU控制器，还用于根据水温传感器、甲醇油量传感器的感应信号判断是否能切换到甲醇燃料泵工作状态；其中，
所述水温传感器设于发动机外壳上，用于感知发动机的温度；所述甲醇油量传感器设于甲醇油箱中，用于感应甲醇液面的高低；所述水温传感器、甲醇油量传感器与MCU控制器信号连接。
3.如权利要求2所述的车用智能油/醇双燃料控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括控制显示模块，所述控制显示模块与MCU控制器通信连接。
4.如权利要求1所述的车用智能油/醇双燃料控制系统，其特征在于，所述脉冲调整具体为：在FPGA内部设计多个硬件乘法器，使得喷比值从1.000～1.999随意调整变化，精度达到0.001；通过MCU控制器控制喷比系数，该系数送到FPGA，由FPGA内部的硬件乘法器执行，输出精细的喷比宽度。
5.如权利要求3所述的车用智能油/醇双燃料控制系统，其特征在于，所述氧传感器的输出端加入修正算法，让燃烧甲醇时的氧传感器输出量等于燃烧汽油时的输出量，所述修正算法通过程序控制增益放大器完成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151216 |