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1、(10)授权公告号 CN 202033658 U(45)授权公告日 2011.11.09CN202033658U*CN202033658U*(21)申请号 201020696941.0(22)申请日 2010.12.24G05B 23/02(2006.01)E21B 43/00(2006.01)(73)专利权人宁波市金榜汽车电子有限公司地址 315040 浙江省宁波市科高新区凌云路1177号凌云产业园2号楼1楼(72)发明人孙强 姚峰 王红琴 尹大湖孙维 吴黎辉 洪流(74)专利代理机构宁波市天晟知识产权代理有限公司 33219代理人张文忠(54) 实用新型名称一种以油田、煤田伴生气为动力的抽。
2、油机、抽气机测控系统(57) 摘要本实用新型公开了一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统，包括发动机控制单元ECU，其发动机控制单元ECU线束连接有配设在发动机上用以采集发动机工况的传感器组件，发动机设有由点火系统和供气系统组成的执行机构，所述发动机控制单元ECU模块式线路插接、信号控制执行机构动作，并且发动机控制单元ECU连接有远程监控的监控系统，监控系统配设有发动机监控面板、GPRS发射和GPRS接收机构及监控平台；发动机监控面板将发动机控制单元ECU搜集的发动机各种工作信号通过GPRS发射机构、GPRS接收机构传送到监控平台，并对发动机进行监控和远程控制。该系统能使发动机保。
3、持合适的空燃比和点火时刻，控制精度高，发动机动力性好，经济性高，具有节能减排效果。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页CN 202033670 U 1/1页21.一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统，包括发动机控制单元ECU，其特征是：所述的发动机控制单元ECU线束连接有配设在发动机上用以采集发动机工况的传感器组件，发动机设有由点火系统和供气系统组成的执行机构，所述发动机控制单元ECU模块式线路插接信号控制执行机构，并且发动机控制单元ECU连接有远程监控的监控系统，所述监控系统配设有发动机。
4、监控面板、GPRS发射和GPRS接收机构及监控平台；所述发动机监控面板将发动机控制单元ECU搜集的发动机各种工作信号通过GPRS发射机构、GPRS接收机构传送到监控平台，并对发动机进行监控和远程控制。2.根据权利要求1所述的一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统，其特征是：所述的发动机控制单元ECU包括有相配装的外壳、控制电路板和接插件；控制电路板上配设有控制芯片和相应的电子元器件，所述控制芯片上存储有系统控制软件。3.根据权利要求2所述的一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统，其特征是：所述的发动机控制单元ECU线路连接有蓄电池，并且发动机控制单元ECU设置有故障。
5、诊断接口。4.根据权利要求3所述的一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统，其特征是：所述的供气系统包括管道连接的为发动机提供燃料的伴生气气管接口、燃料电磁阀、减压器、过滤器、步进电机和电子节气门，所述点火系统包括点火线圈和通过分火高压线连接的火花塞。5.根据权利要求4所述的一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统，其特征是：所述的步进电机能与减压器相配合，并且步进电机与电子节气门之间配接有能均匀混合的混合器。6.根据权利要求5所述的一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统，其特征是：所述的传感器组件包括发动机转速传感器、进气管压力温度传感器、氧传感器、水温。
6、传感器、机油压力传感器、机油温度传感器；所述的传感器将对应感应出电压信号传给发动机控制单元ECU。7.根据权利要求6所述的一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统，其特征是：所述的点火线圈为直接点火线圈，采用分组点火方式，所述发动机的每个缸体共用一只点火线圈，点火线圈通过高压线为配装在每个缸体上的火花塞点火。8.根据权利要求6所述的一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统，其特征是：所述的点火线圈采用高能顺序点火的工作方式，所述发动机的每个缸体均配装有点火线圈，点火线圈通过高压线为配装在每个缸体上的火花塞顺序点火，所述传感器组件增配有凸轮轴位置传感器，凸轮轴位置传感器为。
7、磁电式传感器。9.根据权利要求7或8任一权利要求所述的一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统，其特征是：所述的转速传感器为磁电式传感器，进气管压力温度传感器为一体式传感器。权 利 要 求 书CN 202033658 UCN 202033670 U 1/5页3一种以油田、 煤田伴生气为动力的抽油机、 抽气机测控系统技术领域0001 本实用新型涉及利用发动机控制的核心技术领域，特别是结合油田、煤田应用开发，利用油田、煤田伴生废气进行抽气、抽油应用的综合性测控系统，具体地说是一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统。背景技术0002 煤层气开发利用是国家发展清洁替代燃料的重。
8、要课题之一，当前利用油田、煤田伴生气进行抽油机、抽气机用以燃气发动机的开发是很好的实现途径。0003 目前掌握有以煤田、油田伴生气为燃料的发动机控制系统技术的公司较少，美国Woodward公司的产品主要应用于大型发动机；车用燃气发动机控制系统供应商，如AEC、Econtrol等为数不多的公司具有开发类似产品的潜力，但目前没有此类产品。0004 抽油机、抽气机目前主要以电力作为动力源，以此拖动电机工作，也有部分应用柴油机作为动力源，带动抽油机、抽气机工作。但是应用油田、煤田自身产生的伴生气作为发动机能源，并满足调速控制、远程通讯要求的技术在国内很少应用，而利用此技术可以省掉例如在山区铺设电缆的大。
9、笔费用，节省用电机带动抽油机、抽气机工作的大量电能，同时还可以减少由于伴生气排入大气或烧掉带来的空气污染，因此对节能减排、降低碳排放具有重要意义。0005 油田、煤田用伴生气发动机的核心技术与车用发动机有很多相似之处，工况相对简单，但需要综合运用发动机控制技术、化学分析技术、调速控制技术和远程通讯技术等多种技术的综合应用，其复杂程度高，目前还没有十分成熟的技术。如何开发利用这一技术，是本实用新型所要研究的课题。发明内容0006 本实用新型所要解决的技术问题是针对当前现有技术现状，提供一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统，其能将发动机工况通过信息采集、控制和执行，使发动机保持合适。
10、的空燃比和点火时刻，并把发动机的工作状态通过无线通信，传递到统一的监控平台，起到显著的节能减排目的。0007 本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统，包括发动机控制单元ECU，其发动机控制单元ECU线束连接有配设在发动机上用以采集发动机工况的传感器组件，发动机设有由点火系统和供气系统组成的执行机构，所述发动机控制单元ECU模块式线路插接、信号控制执行机构动作，并且发动机控制单元ECU连接有远程监控的监控系统，所述监控系统配设有发动机监控面板、GPRS发射和GPRS接收机构及监控平台；所述发动机监控面板将发动机控制单元ECU搜集的发动机。
11、各种工作信号通过GPRS发射机构、GPRS接收机构传送到监控平台，并对发动机进行监控和远程控制。0008 为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：说 明 书CN 202033658 UCN 202033670 U 2/5页40009 上述的发动机控制单元ECU包括有相配装的外壳、控制电路板和接插件；控制电路板上配设有控制芯片和相应的电子元器件，所述控制芯片上存储有系统控制软件。0010 上述的发动机控制单元ECU线路连接有蓄电池，并且发动机控制单元ECU设置有故障诊断接口。0011 上述的供气系统包括管道连接的为发动机提供燃料的伴生气气管接口、燃料电磁阀、减压器、过滤器、步进电机和电子节气门。
12、，所述点火系统包括点火线圈和通过分火高压线连接的火花塞。0012 上述的步进电机能与减压器相配合，并且步进电机与电子节气门之间配接有能均匀混合的混合器。0013 上述的传感器组件包括发动机转速传感器、进气管压力温度传感器、氧传感器、水温传感器、机油压力传感器、机油温度传感器；所述的传感器将对应感应出电压信号传给发动机控制单元ECU。0014 上述的点火线圈为直接点火线圈，采用分组点火方式，所述发动机的每个缸体共用一只点火线圈，点火线圈通过高压线为配装在每个缸体上的火花塞点火。0015 上述的点火线圈采用高能顺序点火的工作方式，所述发动机的每个缸体均配装有点火线圈，点火线圈通过高压线为配装在每个。
13、缸体上的火花塞顺序点火，所述传感器组件增配有凸轮轴位置传感器，凸轮轴位置传感器为磁电式传感器。0016 上述的转速传感器为磁电式传感器，进气管压力温度传感器为一体式传感器。0017 与现有技术相比，本实用新型开创性的将发动机控制技术与远程通讯技术进行了融合，极大的方便了对油田、煤田抽油、抽气的生产管理。系统首先将发动机控制单元ECU搜集到的信息通过485接口传送到发射装置，运用GPRS模块，成功的将发动机的工作信息传送到统一的监控平台，对发动机进行监控和远程控制。0018 本实用新型所解决的关键技术和创新点为：0019 1.对于供气量等具有连续取值空间的参数采用基于人工神经网络的智能控制技术和。
14、非均布隶属函数分布后的模糊逻辑控制技术对系统进行优化，采用电子节气门作为执行器，开发基于扭矩输出的动力控制系统，解决伴生气成份、压力变化时发动机的工作可靠性和平顺性。0020 2.对于点火时刻进行基于实例的推理(Case-BasedReasoning，CBR)和专家控制系统方法进行优化，实现点火时刻及点火能量的优化，以提高点火能量，提高发动机的热效率。0021 3.开发了发动机智能调速系统，根据抽气机、抽油机要求的抽气、抽油频率控制发动机工作转速，保证抽气机、抽油机工作频率稳定。0022 4.开发了抽气机、抽油机远程测控系统，发动机工作状况通过485接口，利用GPRS远程监控发动机，当发动机出。
15、现故障时能自动报警和保护。附图说明0023 图1是本实用新型的系统工作原理示意图；图中：100发动机、1发动机控制单元ECU、2故障诊断接口、3为监控系统、4蓄电池、5凸轮轴位置传感器、6氧传感器、7伴生气气管接口、8燃料电磁阀、9减压器、10过滤器、11步进电机、12混合器、13电子节气门、14火线说 明 书CN 202033658 UCN 202033670 U 3/5页5圈、15火花塞、16进气管压力温度传感器、17水温传感器、18发动机转速传感器、19机油温度传感器、20机油温度传感器、21发动机飞轮盘；0024 图2是本实用新型实施例的结构示意图之一；0025 图3是本实用新型实施例。
16、的结构示意图之二。具体实施方式0026 以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。0027 实施例一，本实用新型的一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统，包括发动机控制单元ECU，其特征是：所述的发动机控制单元ECU线束连接有配设在发动机上用以采集发动机工况的传感器组件，发动机设有由点火系统和供气系统组成的执行机构，所述发动机控制单元ECU模块式线路插接信号控制执行机构动作，并且发动机控制单元ECU连接有远程监控的监控系统，所述监控系统配设有发动机监控面板、GPRS发射和GPRS接收机构及监控平台；所述发动机监控面板将发动机控制单元ECU搜集的发动机各种工作信号通过GPRS。
17、发射机构、GPRS接收机构传送到监控平台，并对发动机进行监控和远程控制。发动机控制单元ECU是系统的核心，发动机控制单元ECU包括有相配装的外壳、控制电路板和接插件；控制电路板上配设有控制芯片和相应的电子元器件，控制芯片上存储有系统控制软件。控制电路板采用6层PCB设计，SMD技术，通过80针脚接口与线束相连。所有器件全部采用汽车级器件，应用温度范围为-40125。由于使用了大量具有特殊功能的定制电路，集成芯片，保证了整个ECU结构紧凑、性能可靠、抗干扰能力强，能够通过严酷的可靠性测试，高低温、湿热、震动、盐雾、电磁干扰和抗静电测试均能顺利通过。实施例中，发动机控制单元ECU配设有蓄电池，并且。
18、发动机控制单元ECU设置有故障诊断接口。0028 实施例中，供气系统包括管道连接的为发动机提供燃料的伴生气气管接口、燃料电磁阀、减压器、过滤器、步进电机和电子节气门；所述点火系统包括点火线圈和通过分火高压线连接的火花塞。供气系统和点火系统组成执行机构，执行机构执行发动机控制单元ECU的指令，进行发动机的控制。其中步进电机阀用于调节燃气的流量，控制混合气的浓度；点火系统用于控制发动机的点火提前角和闭合角；燃料电磁阀用于发动机停机、超速及过量减速时切断燃料的供应，保证运行安全；电子节气门则用于混合气总量的控制，以达到需要的控制转速，由于发动机的工作气质会发生变化，发动机的工作负荷也要经常变化，所以。
19、对发动机的转速自适应控制要求很高，对电子节气门的控制也就要求很高。本实用新型步进电机能与减压器相配合，并且步进电机与电子节气门之间配合接有能均匀混合的混合器。混合器为文丘里混合器，文丘里混合器中特定的结构可以使混合器按照燃气进气量调节空气进气量，进行合理均匀的混合。0029 实施例中，传感器组件包括发动机转速传感器、进气管压力温度传感器、氧传感器、水温传感器、机油压力传感器、机油温度传感器；所述的传感器将对应感应出电压信号传给发动机控制单元ECU。传感器组件负责对发动机的各种信息进行采集，是系统工作的基础，只有传感器输入了准确的工作信号，控制系统才能够对发动机进行精确的控制。本实用新型的发动机。
20、转速传感器采用磁电式传感器，安装在发动机飞轮盘附近，飞轮盘为六十齿缺二齿；进气管压力温度传感器为一体式传感器，安装在节气门后总进气管上；水温传感器安装在发动机循环水水道的出口处；氧传感器安装在排气管上，发动机油温和油压传感说 明 书CN 202033658 UCN 202033670 U 4/5页6器安装在发动机油底壳上。0030 实施例中，监控系统是负责把发动机的转速、水温、油温、油压、抽气频率等工作状态通过无线通信，传递到统一的监控平台。0031 实施例二，如图2所示，实施例中，与实施例一相同，只是系统采用的是自然吸气、点火线圈为直接点火线圈，采用分组点火方式，发动机的每个缸体共用一只点火。
21、线圈，点火线圈通过高压线为配装在每个缸体上的火花塞点火。其系统配置最简单，成本最低。实施例中，伴生管道气气管接口或其它储气设备、燃料电磁阀、减压器、过滤器、步进电机、混合器和电子节气门及燃气系统专用进气管路等组成供气系统。发动机启动时电磁阀打开，燃料通过它流经减压器，减压器将伴生管道气提供的压力经过减压，为供气步进电机提供一个大气压左右的压力，发动机控制单元ECU控制步进电机阀的开度，保证适量的燃料供应给混合器，混合器为文丘里混合器，文丘里混合器中特定的结构可以使混合器按照燃气进气量调节空气进气量，进行合理均匀的混合，混合后的混合气进入电子节气门，再进入发动机的进气总管中，完成进气。0032 。
22、发动机控制单元ECU是整个控制系统的核心，发动机的各种工作状况要首先通过传感器送到发动机控制单元ECU中，发动机控制单元ECU根据其芯片中存储的有关程序和数据作出判断，并给各种执行机构和监控系统下达执行指令，由执行器和监控系统完成相应的动作。0033 实施例中，发动机转速传感器为磁电式转速传感器，此传感器输入曲轴转速信号，安装在发动机飞轮盘附近，飞轮盘为六十齿缺二齿，当发动机转动时带动飞轮盘转动，转速传感器感应出电压变化传给发动机控制单元ECU。0034 实施例中，进气管压力温度为一体式传感器，安装在节气门后总进气管上，直接感应进气管内大气压力和大气温度的变化，分别将大气压力和大气温度的变化转。
23、化为电压的变化传给发动机控制单元ECU。0035 实施例中，水温传感器安装在发动机循环水水道的出口处，感应循环水的温度，转化为相应的电阻值传给发动机控制单元ECU。0036 实施例中，点火线圈为分组式点火线圈，发动机有四缸，四缸共用一只点火线圈，高压头通过高压线直接连接每个缸的火花塞，发动机控制单元ECU控制其充电时间和点火角度。0037 实施例中，氧传感器安装在排气管上，氧传感器可以用于检测发动机排气中的残留氧浓度，判定发动机的瞬间状态空燃比和理论空燃比相比较是“浓”还是“稀”。ECU根据氧传感器的信号向步进电机发出“增”或“减”的指令，是发动机保持理论空燃比的工作状态。形成供气的闭环控制。。
24、0038 实施例中，电子节气门安装在发动机进气歧管总管上。电子节气门的工作原理如下：发动机的实际转速由装在飞轮齿圈上部的磁电式转速传感器所感受，其输出为频率和电压与发动机转速成正比的电信号。ECU对其进行滤波和计算，并与给定转速进行比较后形成转速偏差量，转速偏差量由速度调节器PID校正调节后得出最佳节气门位置，进而驱动电子节气门，节气门位置传感器则把节气门的开度信号反馈给节气门控制单元，形成闭环的位置控制。0039 实施例中，监控系统包括发动机监控面板、GPRS发射和接受机构及监控平台等，发说 明 书CN 202033658 UCN 202033670 U 5/5页7动机监控面板通过CAN与E。
25、CU通讯，搜集发动机的各种工作信号，通过485接口传送到GPRS发射机构，GPRS接收机构接收后传送到监控平台。0040 系统工作过程如下：电子控制单元接受点火钥匙开关、转速、压力等传感器的信息，经过整形、分析、运算、查表后，控制供气步进电机、点火线圈等按要求工作，使发动机工作在最佳状态。具体为：当点火开关打开时，供气步进电机复位等待启动，气路电磁阀打开，如果3秒钟内发动机没有工作，就关闭燃料电磁阀。发动机何时启动，气路电磁阀就随时打开，且发动机控制单元ECU按启动模式控制燃料电磁阀、点火线圈工作；启动成功后就根据发动机转速、进气压力和节气门位置来精确控制进气步进电机和点火线圈工作。当混合气偏。
26、浓或偏稀时，氧传感器将此信息传递给发动机控制单元ECU，发动机控制单元ECU再控制供气步进电机适当增加或减小供气量使空燃比接近理想状态。启动时发动机控制单元ECU还根据水温和气温信息来控制电子节气门、供气步进电机和点火线圈，执行冷启动模式或热启动模式。本实施例与实施例一相同，只是其点火方式为分组点火。0041 实施例三，如图1、图3所示，实施例中，点火线圈采用高能顺序点火的工作方式，发动机的每个缸体均配装有点火线圈，点火线圈通过高压线为配装在每个缸体上的火花塞顺序点火，所述传感器组件增配有凸轮轴位置传感器，凸轮轴位置传感器为磁电式传感器。这种方式系统配置比分组点火稍微复杂，但控制精度高，发动机。
27、动力性，经济性和排放明显提高。0042 本实施案例与实施例二在控制方式上基本一致，但在以下方面存在差异：0043 1、凸轮轴位置传感器安装在凸轮轴信号齿盘附近，采用的是磁电式传感器，凸轮轴位置传感器的功用是采集发动机凸轮轴的位置信号，并输入ECU，以便ECU计算发动机转速并识别一缸压缩上止点，从而控制发动机的顺序点火。实施例一由于采用分组点火，不需要此传感器。0044 2、点火线圈独立点火，每缸都有一组独立的点火线圈，通过适当减少点火线圈低压绕组的匝数和低压电路电阻，增大初级电流的断开值，从而提高点火电压，增加点火能量。发动机控制单元ECU通过发动机转速/上止点传感器和凸轮轴位置传感器的判断，。
28、来识别需要工作的汽缸，并根据发动机运行工况，计算出最佳的各缸点火时刻，并可按不同工况进行修正，因此，可使发动机在任何工况下均能提供最佳点火时刻并保证初级线圈的导通时间，以实现顺序高能点火。采用电控顺序点火可以有效的避免回火现象的发生，对提高点火能量和系统的维修成本也有好处。0045 本实用新型系统工作时，系统所用到发动机的调速控制技术是传统的车用发动机控制系统中没有需求的，本产品在应用过程中需要根据油气田中伴生气的多少进行冲刺频率的设定，而冲刺频率是要由发动机的转速和变速器的速比来控制。精确的控制抽气机的冲刺频率对抽气机的效率和使用安全性至关重要，本实用新型通过开发使发动机的转速控制能够得到精确的控制。0046 本实用新型的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本实用新型的范围。说 明 书CN 202033658 UCN 202033670 U 1/3页8图1说 明 书 附 图CN 202033658 UCN 202033670 U 2/3页9图2说 明 书 附 图CN 202033658 UCN 202033670 U 3/3页10图3说 明 书 附 图CN 202033658 U。