阅读说明：本技术 一种具备多重冗余功能的电控燃油系统 (Electric control fuel system with multiple redundancy functions ) 是由 王萧 陈瑞 杨晓 王毅博 匡鹏 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及发动机电控燃油系统技术领域,具体公开了一种具备多重冗余功能的电控燃油系统,包括高压供油泵、高压油轨、单向阀、限压阀、喷油器、限流阀,还包括电控系统,电控系统包括电控单元、传感器、执行器以及切换模块,其中,电控单元包括主ECU和从ECU,主ECU和从ECU均连接多个传感器,执行器包括燃油计量阀、PCV阀和多个喷油器电磁阀,多个执行器连接至切换模块,切换模块分别与主ECU和从ECU对应连接；执行器与主ECU的连接为导通状态,主ECU控制执行器工作,此时执行器与从ECU的连接为断开状态；执行器与主ECU的连接为断开状态时,通过切换模块切换成从ECU控制执行器工作,此时执行器与从ECU的连接为导通状态。(The invention relates to the technical field of engine electric control fuel systems, and particularly discloses an electric control fuel system with multiple redundancy functions, which comprises a high-pressure fuel supply pump, a high-pressure fuel rail, a one-way valve, a pressure limiting valve, a fuel injector, a flow limiting valve and an electric control system, wherein the electric control system comprises an electric control unit, sensors, an actuator and a switching module, the electric control unit comprises a master ECU (electronic control unit) and a slave ECU, the master ECU and the slave ECU are respectively connected with the sensors, the actuator comprises a fuel metering valve, a PCV (positive pressure control) valve and a plurality of fuel injector electromagnetic valves, the actuators are connected to the switching module, and the switching module is respectively correspondingly connected with the master ECU; the connection between the actuator and the master ECU is in a conducting state, the master ECU controls the actuator to work, and the connection between the actuator and the slave ECU is in a disconnecting state; when the connection between the actuator and the master ECU is in a disconnection state, the switching module switches the connection between the actuator and the slave ECU into a conduction state, and the slave ECU controls the actuator to work.)

一种具备多重冗余功能的电控燃油系统

技术领域

本发明涉及发动机电控燃油系统技术领域，尤其涉及一种具备多重冗余功能的电控燃油系统。

背景技术

随着科技水平的日益提高，人们对于发动机的使用提出了更高的要求，发动机的冗余控制就是其中之一。

目前提出的发动机冗余控制方法主要有两种。其一是燃油（机械）系统的冗余，燃油系统的冗余只是简单增加了一套燃油系统，通过两套燃油系统分别控制发动机的部分气缸工作，当其中的一套燃油系统或者电控系统发生故障时，发动机只能执行跛行、停机或者部分缸工作的降级使用，无法达到70%功率。其二是专利《一种发动机电控控制冗余系统》（CN108999712A）中提出的可以监控V型柴油机左右两侧的发动机参数的一种冗余控制系统，该冗余控制系统最大的不足是未对曲轴转速传感器、凸轮转速传感器和轨压传感器这三个最关键的传感器进行冗余设计，一旦其中之一损坏，发动机同样只能执行跛行或者停机。

综上所述，上述两种发动机冗余控制方法都有较大的缺陷和不足，很难真正推广到市场进行应用，这也是目前市场上未见具有冗余控制功能发动机的原因之一。因此，针对现有技术的不足，亟待开发一种设计合理、冗余功能完善的电控燃油系统来推动具备冗余功能发动机的应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供一种具备多重冗余功能的电控燃油系统，在电控系统及燃油系统上均具有冗余功能，即使单套燃油系统或单套电控系统出现故障，系统仍然能满足发动机70%以上功率需求，并保证发动机安全可靠的连续工作。

作为本发明的第一个方面，提供一种具备多重冗余功能的电控燃油系统，包括：供油系统、蓄压系统、喷油系统和电控系统；

所述供油系统包括高压供油泵A和高压供油泵B，两者并联在燃油管路上；

所述蓄压系统包括高压油轨A、高压油轨B、单向阀以及限压阀，其中，所述高压油轨A通过高压油管与所述高压供油泵A相连，所述高压油轨B通过所述高压油管与所述高压供油泵B相连，所述高压油轨A和所述高压油轨B之间通过所述高压油管相连通，所述单向阀分别设置在所述高压油轨A和高压油轨B的燃油入口，所述限压阀设置在所述高压油轨B的一端；

所述喷油系统包括多个喷油器和防止所述喷油器常开持续喷射的多个限流阀，所述喷油器的个数与所述限流阀的个数相等，每一所述限流阀对应设置在每一所述喷油器一端的管路上，所述高压油轨A和所述高压油轨B均通过所述高压油管与所述喷油器相连，所述高压油轨A和所述高压油轨B的出油口阀座上均安装多个所述限流阀；

所述电控系统包括电控单元、多个传感器、多个执行器以及切换模块，其中，所述电控单元包括主ECU和从ECU，所述主ECU和从ECU之间采用双路CAN总线进行通讯和信息交互；所述主ECU连接多个所述传感器，所述从ECU连接多个所述传感器；多个所述执行器包括燃油计量阀A、燃油计量阀B、PCV阀和多个喷油器电磁阀，其中，所述燃油计量阀A设置在所述高压供油泵A上，所述燃油计量阀B设置在所述高压供油泵B上，所述PCV阀设置在所述高压油轨A上，每一所述喷油器电磁阀对应设置在每一所述喷油器上；多个所述执行器均通过线束连接至所述切换模块，所述切换模块分别与所述主ECU和从ECU对应连接；

所述执行器与所述主ECU的连接为导通状态，所述主ECU根据其获取的传感器信号控制所述执行器工作，此时所述执行器与所述从ECU的连接为断开状态；

所述执行器与所述主ECU的连接为断开状态时，通过切换模块切换成所述从ECU根据其获取的传感器信号控制所述执行器工作，此时所述执行器与所述从ECU的连接为导通状态。

进一步地，多个所述传感器包括轨压传感器A、轨压传感器B、曲轴转速传感器A、曲轴转速传感器B、凸轮转速传感器A、凸轮转速传感器B、压力温度传感器A和压力温度传感器B，其中，所述轨压传感器A、曲轴转速传感器A、凸轮转速传感器A和压力温度传感器A均通过线束与所述主ECU相连；所述轨压传感器B、曲轴转速传感器B、凸轮转速传感器B和压力温度传感器B均通过所述线束与所述从ECU相连。

进一步地，所述压力温度传感器A和压力温度传感器B均包括：机油压力温度传感器、冷却液温度传感器、增压压力温度传感器、燃油压力温度传感器中的一种或多种。

进一步地，所述轨压传感器A设置在所述高压油轨A上，所述轨压传感器B设置在所述高压油轨B上。

进一步地，所述切换模块包括常闭接口、常开接口、输出接口和控制接口，多个所述执行器均通过线束连接至所述输出接口，所述常闭接口通过所述线束与所述主ECU连接，所述常开接口和所述控制接口均通过所述线束与所述从ECU连接。

进一步地，所述切换模块的数量等于所有执行器的数量之和，每一所述执行器对应连接每一所述切换模块，其中，每一所述执行器通过线束对应连接每一所述切换模块的输出接口，多个所述常闭接口均通过所述线束与所述主ECU连接，多个所述常开接口和控制接口均通过所述线束与所述从ECU连接。

进一步地，所述切换模块为继电器或者三极管，当所述主ECU损坏或所述主ECU与传感器、执行器的连接出现故障时，所述从ECU输出高电平控制信号至所述控制接口，此时所述输出接口与所述常闭接口之间的连接断开，切换为与所述常开接口连接，所有执行器与所述从ECU之间的连接变为导通状态，而所有执行器与所述主ECU之间的连接则变为断开状态，所述电控燃油系统切换为所述从ECU控制所有执行器工作，实现所述电控燃油系统的冗余控制。

进一步地，还包括外部控制器或单片机，所述外部控制器或单片机通过两路CAN总线分别与所述主ECU和从ECU进行通讯和信息交互，同时所述切换模块由所述外部控制器或单片机进行控制。

进一步地，所有的控制接口均通过线束与所述外部控制器或单片机连接，所述外部控制器或单片机通过通讯获得所述主ECU和所述从ECU的相关参数以及故障报警信息，并依据所述相关参数以及故障报警信息决定是否对执行器的控制权进行切换。

进一步地，所述燃油计量阀A和燃油计量阀B同为常开式燃油计量阀，并由同一ECU输出同一占空比进行控制；所述PCV阀为常开式压力控制阀。

所述ECU即电子控制单元。

本发明提供的具备多重冗余功能的电控燃油系统，具有以下优点：

（1）本发明巧妙的将燃油系统和电控系统的冗余结合在一起，即使单套燃油系统或单套电控系统失效，系统仍然能够保证发动机可达70%以上功率；

（2）本发明在高压油轨上集成了常开式压力控制阀（PCV阀），不仅加强了系统在紧急情况下对轨压（油轨内燃油压力）燃油压力的控制能力（包括发动机紧急停油时快速泄压），还可以在电控系统切换瞬间防止轨压过高而导致系统失效或能力降级，系统安全性和稳定性大大提高；

（3）本发明中即使两台高压供油泵和两根高压油轨之间的高压油管中任一个损坏，由于系统设置的单向阀可以阻止该高压油轨内的燃油向外泄漏，因此系统仍然能提供至少满足发动机70%功率需求的燃油流量。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的

具体实施方式

一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明第一实施例提供的具备多重冗余功能的电控燃油系统的结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的主ECU、从ECU、切换模块以及执行器之间的接线原理图。

图3为本发明第二实施例提供的具备多重冗余功能的电控燃油系统的结构示意图。

图中：11-高压供油泵A；12-高压供油泵B；21-高压油管；31-单向阀；41-高压油轨A；42-高压油轨B；51-喷油器；61-限压阀；71-限流阀；81-主ECU；82-从ECU；91-燃油计量阀A；92-燃油计量阀B；101-PCV阀；111-线束；121-切换模块；1211-常闭接口；1212-常开接口；1213-输出接口；1214-控制接口；131-轨压传感器A；132-轨压传感器B；141-曲轴转速传感器A；142-曲轴转速传感器B；151-凸轮转速传感器A；152-凸轮转速传感器B；161-压力温度传感器A；162-压力温度传感器B；171-CAN总线；181-外部控制器或单片机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，图1为本发明第一实施例提供的具备多重冗余功能的电控燃油系统的结构示意图，在本实施例中提供的一种具备多重冗余功能的电控燃油系统，包括：供油系统、蓄压系统、喷油系统和电控系统；

所述供油系统包括高压供油泵A11和高压供油泵B12，两者并联在燃油管路上，高压供油泵A11和高压供油泵B12均可提供至少满足发动机70%功率需求的燃油流量；

所述蓄压系统包括高压油轨A41、高压油轨B42、单向阀31以及限压阀61，其中，所述高压油轨A41通过高压油管21与所述高压供油泵A11相连，所述高压油轨B42通过所述高压油管21与所述高压供油泵B12相连，所述高压油轨A41和所述高压油轨B42之间通过所述高压油管21相连通，所述单向阀31分别设置在所述高压油轨A41和高压油轨B42的燃油入口，所述限压阀61设置在所述高压油轨B42的一端；

所述喷油系统包括多个喷油器51和防止所述喷油器51常开持续喷射的多个限流阀71，所述喷油器51的个数与所述限流阀71的个数相等，每一所述限流阀71对应设置在每一所述喷油器51一端的管路上，所述高压油轨A41和所述高压油轨B42均通过所述高压油管21与所述喷油器51相连，所述高压油轨A41和所述高压油轨B42的出油口阀座上均安装多个所述限流阀71；

所述电控系统包括电控单元、多个传感器、多个执行器以及切换模块121，其中，所述电控单元包括主ECU81和从ECU82，所述主ECU81和从ECU82之间采用双路CAN总线171进行通讯和信息交互；所述主ECU81连接多个所述传感器，所述从ECU82连接多个所述传感器；多个所述执行器包括燃油计量阀A91、燃油计量阀B92、PCV阀101和多个喷油器电磁阀510，其中，所述燃油计量阀A91设置在所述高压供油泵A11上，所述燃油计量阀B92设置在所述高压供油泵B12上，所述PCV阀101设置在所述高压油轨A41上，每一所述喷油器电磁阀510对应设置在每一所述喷油器51上；多个所述执行器均通过线束111连接至所述切换模块121，所述切换模块121分别与所述主ECU81和从ECU82对应连接；

所述执行器与所述主ECU81的连接为导通状态，所述主ECU81根据其获取的传感器信号控制所述执行器工作，此时所述执行器与所述从ECU82的连接为断开状态；

所述执行器与所述主ECU81的连接为断开状态时，通过切换模块121切换成所述从ECU82根据其获取的传感器信号控制所述执行器工作，此时所述执行器与所述从ECU82的连接为导通状态。

通过上述布置，两台高压供油泵通过独立的燃油管路向互通的两根高压油轨供油，高压供油泵A和高压供油泵B为相同型号的高压供油泵，因此即使任一台高压供油泵或者连接高压供油泵与高压油轨的高压油管失效，另一台高压供油泵提供的燃油流量仍然至少能满足发动机70%功率需求，实现了燃油系统的冗余。

应当理解的是，所述单向阀31所允许的燃油流向是从高压供油泵至高压油轨，所以当连接高压供油泵A和高压油轨A的高压油管，和连接高压供油泵B和高压轨压B的高压油管中任一个损坏时，其对应高压油轨的入口处设置的单向阀可以阻止该高压油轨内的燃油向外泄漏，因此系统仍然可以通过另一油路提供的燃油流量来满足发动机至少70%的功率需求。

优选地，所述高压油轨A和高压油轨B可同为1根油轨，也可同为2根及以上油轨；当高压油轨A和高压油轨B为2根及以上油轨时，其各自包含的油轨通过高压油管串联连接。

优选地，所述喷油器可为无泄漏式，也可为有泄漏式，喷油器的数量等于其匹配的发动机气缸数量。

优选地，多个所述传感器包括轨压传感器A131、轨压传感器B132、曲轴转速传感器A141、曲轴转速传感器B142、凸轮转速传感器A151、凸轮转速传感器B152、压力温度传感器A161和压力温度传感器B162，其中，所述轨压传感器A131、曲轴转速传感器A141、凸轮转速传感器A151和压力温度传感器A161均通过线束111与所述主ECU81相连；所述轨压传感器B132、曲轴转速传感器B142、凸轮转速传感器B152和压力温度传感器B162均通过所述线束111与所述从ECU82相连；所述轨压传感器A用于测量高压油轨A内的轨压，所述轨压传感器B用于测量高压油轨B内的轨压，所述曲轴转速传感器用于采集曲轴转速信号，所述凸轮转速传感器用于采集凸轮转速信号。

优选地，所述主ECU采集曲轴转速传感器A、凸轮转速传感器A、轨压传感器A以及其他压力温度传感器A的信号，而所述从ECU则采集曲轴转速传感器B、凸轮转速传感器B、轨压传感器B以及其他压力温度传感器B的信号，所述主ECU和所述从ECU通过通讯进行参数信息的实时传递。

优选地，所述限流阀设置在高压油轨A和高压油轨B与各支喷油器之间的管路上或集成在高压油轨A和B的出油口阀座上，数量等于喷油器数量。

优选地，所述压力温度传感器A161和压力温度传感器B162均包括：机油压力温度传感器、冷却液温度传感器、增压压力温度传感器、燃油压力温度传感器中的一种或多种。

优选地，所述轨压传感器A131设置在所述高压油轨A41上，所述轨压传感器B132设置在所述高压油轨B42上。

优选地，所述切换模块121包括常闭接口1211、常开接口1212、输出接口1213和控制接口1214，多个所述执行器均通过线束111连接至所述输出接口1213，所述常闭接口1211通过所述线束111与所述主ECU81连接，所述常开接口1212和所述控制接口1214均通过所述线束111与所述从ECU82连接。

图2为本发明第一实施例提供的主ECU、从ECU、切换模块以及执行器之间的接线原理图,图中的切换模块以继电器示例。

如图2所示，所述切换模块121的数量等于所有执行器的数量之和，每一所述执行器对应连接每一所述切换模块121，其中，每一所述执行器通过线束111对应连接每一所述切换模块121的输出接口1213，多个所述常闭接口1211均通过所述线束111与所述主ECU81连接，多个所述常开接口1212和控制接口1214均通过所述线束111与所述从ECU82连接；

当系统在初始状态、主ECU工作正常或者主ECU与相关传感器、执行器的连接正常时，所有执行器与主ECU81的连接为导通状态，由主ECU根据其获取的传感器信号控制所有执行器工作；当主ECU81损坏或主ECU与相关传感器、执行器的连接出现故障时，由从ECU82输出高电平控制信号至切换模块的控制接口1214，此时输出接口1213与常闭接口1211之间的连接断开，切换为与常开接口1212相连接，这样所有执行器与从ECU82之间的连接变为导通状态，而与主ECU81之间的连接则变为断开状态，系统切换为从ECU82控制所有执行器工作，实现电控系统的冗余控制。

需要说明的是，所述主ECU和从ECU之中，只有其中一个ECU与所述执行器之间的线束连接为导通状态，并由该ECU控制执行器工作，另一个ECU则与所述执行器之间的线束连接为断开状态；而系统可使用所述切换模块对所述执行器与主ECU和从ECU之间的连接状态进行切换，切换后另一个ECU与所述执行器之间的线束连接为导通状态，而前一具有执行器控制权的ECU则与所述执行器之间的线束连接则变为断开状态。

当然，图2只是接线方法的一种，也可多设置1个总切换模块来控制其他切换模块工作，总切换模块由从ECU控制，这视为上述接线方法的一种变型。

优选地，所述切换模块121为继电器或者三极管。

优选地，所述燃油计量阀A91和燃油计量阀B92同为常开式燃油计量阀，并由同一ECU输出同一占空比进行控制；所述PCV阀101为常开式压力控制阀。 由于燃油计量阀A91、燃油计量阀B92、PCV阀101均为常开阀，在执行器切换的瞬间都是开启状态，这样既可以保证切换瞬间燃油系统继续供油，还能通过PCV阀泄油来防止轨压过高。

作为本发明的另一实施例，如图3所述，图3为本发明第二实施例提供的具备多重冗余功能的电控燃油系统的结构示意图，其与第一实施例仅有2个不同点，其中，

第一个不同点为：第二实施例中的电控燃油系统还包括外部控制器或单片机181，所述外部控制器或单片机181通过两路CAN总线171分别与所述主ECU81和从ECU82进行通讯和信息交互，同时所述切换模块121由所述外部控制器或单片机181进行控制。

第二个不同点：接线方法不同，即所有切换模块的控制接口1214均通过线束111与所述外部控制器或单片机181连接，所述外部控制器或单片机181通过通讯获得所述主ECU81和所述从ECU82的相关参数以及故障报警信息，并依据所述相关参数以及故障报警信息决定是否对执行器的控制权进行切换。

优选地，所述主ECU和从ECU之间采用2路独立的CAN总线进行通讯，2路CAN总线互为备份。

本发明实施例提供的具备多重冗余功能的电控燃油系统，在电控系统及燃油系统上均具有冗余功能，即使单套燃油系统或单套电控系统出现故障，系统仍然能满足发动机70%以上功率需求，并保证发动机安全可靠的连续工作。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。