CN101970836B - 燃气发动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是提供一种能够在短时间内精度良好地进行降低NOx用的燃料气体供应量调整阀的开度修正的燃气发动机控制装置。本发明的燃气发动机控制装置(1)包括开度调整机构，所述开度调整机构以将基于在一个燃烧循环中各个气缸的燃烧行程中的瞬时发动机转速与发动机转速的发动机转速差的燃烧变动值(PIV)收敛到基于发动机负荷的目标燃烧变动值(PIVm)的方式，调整燃料气体供应量调整阀(35)，在所述燃气发动机控制装置(1)中，配备有开度修正机构，所述开度修正机构，在规定的时期(t_int)中，强制性地使燃料气体供应量调整阀(35)的开度(GVM)增加或减少，根据在向目标燃烧变动值(PIVm)的收敛过程中的开度(GVM)的极大值(GVMmax1、GVMmax2)及极小值(GVMmin1、GVMmin2)，计算出开度修正值(GVM_rv)。

Description

燃气发动机控制装置
技术领域
本发明涉及燃气发动机控制装置，更详细地说，涉及开度修正控制的技术，所述开度修正控制的技术用于降低设置在向进气路径汇流的燃料气体供应路径上的燃料气体供应量调整机构的NOx。
背景技术
过去，作为将空气和燃料气体的混合气供应给燃烧室的发动机，燃气发动机是公知的。另外，稀薄燃烧控制也是公知的，所述稀薄燃烧控制通过将燃气发动机的空燃比控制在稀薄界限，实现NOx的降低。燃料气体供应量调整阀是为了控制空燃比而设置在燃料气体供应路径上的燃料气体供应量调整机构。
日本特开平10-131795号公报揭示的稀薄燃烧控制方法，基于设置在排气路径中的排气压力传感器，以成为不缺火的程度的稀薄燃烧的方式，设定燃料气体供应量调整阀的开度。
但是，在日本特开平10-131795号公报所揭示的稀薄燃烧控制方法中，由于需要高价的排气压力传感器，所以在制品的成本提高这一点上是不利的。
另外，燃气发动机的进气路径，例如由于空气滤清器的堵塞等随着时间推移的恶化，进气流量下降。因此，燃料气体供应量调整阀有必要伴随着进气流量的降低而进行燃料气体供应量的开度修正。
进而，例如，搭载于发动机驱动式热泵的燃气发动机的开度修正，即使在现场设置后也适合于进行。因此，优选地，燃料气体供应量的开度修正在短时间内进行。
发明内容
本发明的课题是提供一种燃气发动机控制装置，所述燃气发动机控制装置能够在短时间内精度良好地进行用于降低NOx的燃料气体供应量调整阀的开度修正。
本发明的燃气发动机控制装置，具有：发动机负荷检测机构，所述发动机负荷检测机构检测发动机负荷；发动机转速检测机构，所述发动机转速检测机构检测发动机转速；燃料气体供应量调整机构，所述燃料气体供应量调整机构设置在向进气路径汇流的燃料气体供应路径上，调整向该进气路径的燃料气体供应量；开度调整机构，所述开度调整机构调整所述燃料气体供应量调整机构，以便将基于在一个燃烧循环中的各个气缸的燃烧行程中的瞬时发动机转速与发动机转速的发动机转速差的燃烧变动值收敛于基于所述发动机负荷的目标燃烧变动值，在所述燃气发动机控制装置中，配备有开度修正机构，所述开度修正机构，在规定的时期，强制性地使所述燃料气体供应量调整机构的开度增加或减少，根据向所述目标燃烧变动值收敛的过程中的所述开度的极大值及极小值，计算出开度修正值。
优选地，在本发明的燃气发动机控制装置中，所述开度修正机构，根据对于向目标燃烧变动值的收敛过程的开度的极大值及极小值乘以加权系数而得到的插值，计算出开度修正值。
优选地，在本发明的燃气发动机控制装置中，所述开度修正机构，对于向目标燃烧变动值的收敛过程的开度的极大值及极小值各检测两次，根据这两个极大值及两个极小值，计算出开度修正值。
根据本发明的燃气发动机控制装置，可以短时间并且精度良好地进行用于降低NOx的燃料气体供应量调整阀的开度修正。
附图说明
图1是表示本发明的燃气发动机控制装置及燃气发动机的结构的结构图。
图2是表示本发明的燃气发动机控制装置的结构的框图。
图3是表示本发明的PIV设定表的曲线图。
图4是表示本发明的开度调整控制的框图。
图5是表示本发明的开度修正控制的流程图。
图6是表示本发明的开度修正控制的时间序列变化的时间图。
具体实施方式
利用图1对于作为燃气发动机控制装置1的控制对象的发动机2进行说明。
在本实施形式中，发动机2是搭载于发动机驱动式热泵的发动机。
发动机2是采用天然气等气体状的燃料气体的三缸的燃气发动机，包含图中所示的气缸配备有三个气缸。
发动机2配备有进气路径、燃料气体供应路径、发动机本体、排气路径。
进气路径由进气配管11及空气滤清器12构成，所述进气配管11供应利用后面描述的混合器3将从外部引入的空气和燃料气体混合生成的混合气体，所述空气滤清器12除去包含在空气中的尘埃等。
发动机本体包括：作为用于使混合气体燃烧的空间的燃烧室21a；在气缸盖21中通过进行开闭动作将进气配管11和燃烧室21a连通或者隔断的进气阀23；为了使供应给燃烧室21a的混合气体燃烧而产生火花的火花塞22；通过供应给燃烧室21a的混合气体燃烧、膨胀而在上下方向上滑动的活塞25；借助活塞25的往复运动而进行旋转运动的曲轴26；以及通过在气缸盖21中进行开闭动作将排气配管13与燃烧室21a连通或隔断的排气阀24。
排气路径由排气配管13构成，所述排气配管13将通过在燃烧室21a中混合气体的燃烧生成的排气排出到发动机2的外部。
作为燃料气体供应路径的混合器3配备有：将燃料气体供应给进气配管11的内部的第一燃料气体供应配管31；进行来自于第一燃料气体供应配管31的燃料气体的暂时的增量的开闭式燃料阀32；绕过开闭式燃料阀32连接到第一燃料供应配管31的第二燃料供应配管34；燃料气体供应量调整阀35，所述燃料气体供应量调整阀35作为调整通过第二燃料供应配管34的燃料气体量、即包含在混合气体中的燃料气体量的燃料气体供应量调整机构；喉管33，所述喉管33使第一燃料供应配管31内的燃料气体与进气空气之间产生压力差，将该燃料气体从第一燃料供应配管31供应给进气配管11；以及调整混合气体的供应量的节流阀36。另外，在不加入暂时使燃料气体增量的控制的情况下，省略开闭式燃料阀32。
利用图1及图2对于燃气发动机控制装置1进行说明。
燃气发动机控制装置1主要包括：燃料气体供应量调整阀35、发动机转速传感器132、高压传感器131、进行各种运算的电子控制单元(Electronic Control Unit，下面称之为ECU)150等。作为发动机转速检测机构的发动机转速传感器132是能够计测与曲轴26同步旋转的齿轮的每规定角度的脉冲信号的传感器。在本实施形式中，根据相当于一个燃烧循环(曲轴26转两圈)的脉冲数计测时间，计算出发动机转速N。另一方面，根据相当于每个气缸的燃烧行程的脉冲数计测时间，计算出该气缸的瞬时发动机转速n1、n2、n3。
作为发动机负荷检测机构的高压传感器131，检测出发动机驱动式热泵的压缩机的排出压力(高压压力HP)。并且，计算出由图中未示出的压缩机产生的制冷剂的绝热压缩功。作为发动机负荷检测机构，除此之外，也可以检测发动机冷却水温度或发动机润滑油温度、压力，从它们与负荷的相关关系算出。
ECU150包括具有作为后面描述的开度调整机构200及开度修正机构300的功能的控制器100、以及存储部120。
利用图3，对于表示燃烧变动值的PIV设定表50进行说明。
PIV设定表50是将与对应于发动机转速N和发动机负荷L的目标稀薄燃烧区域相当的目标燃烧变动值PIVm绘制而成的图表。这里，PIV设定表50是预先存储在包含在ECU150中的存储部120中的设定表。
这里，存在这样的相关性：各气缸的燃料供应量越接近于理论空燃比，则发动机转速N和其气缸的燃烧行程的瞬时发动机转速n1、n2、n3的转速差越小，在稀薄燃烧区域，转速差变得越大；将基于该转速差的函数作为燃烧变动值。
即，燃烧变动值越大，则在稀薄燃烧区域越能够降低NOx发生量(但是，越容易缺火)，燃烧变动值越小，则越接近理论空燃比，NOx发生量越增加(但是，越不容易缺火)。以相当于不缺火界限附近的稀薄燃烧区域的方式选定目标燃烧变动值PIVm。
利用图4，对于开度调整控制进行说明。
控制器100作为开度调整机构200，具有进行燃料气体供应量调整阀35的开度调整控制的功能。
目标发动机转速设定部(Nm运算部)102、目标燃烧变动值计算部(PIVm计算部)103、开度运算部(GVM运算部)101及燃烧变动值运算部(PIV运算部)105分别为作为开度调整机构200的控制器100的各种功能。
首先，Nm运算部102根据发动机负荷L计算出目标发动机转速Nm，所述发动机负荷L是根据高压压力HP计算出的压缩机中的制冷剂的绝热压缩功。其次，PIVm计算部103根据目标发动机转速Nm及发动机负荷L，由存储部120的PIV设定表50计算出目标燃烧变动值PIVm。另一方面，PIV运算部105对基于发动机转速N与各气缸的燃烧行程中的瞬时发动机转速n1·n2·n3的发动机转速差的实际燃烧变动值PIV进行计算。这里，GVM运算部101具有由偏差ΔPIV计算燃料气体供应量调整阀开度GVM(下面称为GVM)的功能。这里，所谓偏差ΔPIV是目标燃烧变动值PIVm与实际燃烧变动值PIV的偏差。
利用图5及图6，对于开度修正控制进行说明。
控制器100具有作为开度修正机构300进行燃料气体供应量调整阀35的开度修正控制的功能。
利用图5说明S110～S150。另外，在下面的开度修正控制中，发动机转速N固定成规定的转速。
首先，控制器100判断发动机2的累计运转时间sum_t是否达到规定时期t_int(S110)。这里，累计运转时间sum_t是现场设置后或者从维修之后算起的累计运转时间。
其次，如果累计运转时间sum_t达到规定时期t_int，则控制器100使开度GVM在由GVM运算部101产生的开度指令值上强制性地增加规定的量d(S120)，使取样数n及极值数m的设定为1(S130)。这里，取样数n表示从开度修正控制开始起对开度GVM取样的次数。即，GVM(n)是控制器100在第n次取样的开度GVM。另外，极值数m表示当将极大值及极小值一并作为极值时、当前要检测的极值是从开度修正控制开始起第几次的极值。如本实施形式那样，在控制的开始，强制性地增加开度GVM，即，增加燃料气体，在使极值数m的初始值为1的情况下，当极值数m为奇数时出现开度GVM的极小值，当极值数m为偶数时出现开度GVM的极大值。
另外，在使开度GVM强制性地减少规定量d，即减少燃料气体、使极值数m的初始值为1的情况下，当极值数m为奇数时出现开度GVM的极大值，当极值数m为偶数时出现开度GVM的极小值。
其次，控制器100如上所述借助开度调整机构200计算出实际燃烧变动值PIV(S140)，以收敛到目标燃烧变动值PIVm的方式计算开度GVM(n)。
利用图6，对于在开度修正控制中的开度GVM及实际燃烧变动值PIV的时间序列的变化进行说明。
图6以横轴作为时间t(s)，以纵轴下侧作为实际燃烧变动值PIV，以纵轴上侧作为开度GVM进行表示。另外，在图6中，实线表示开度GVM的时间序列变化，虚线表示实际燃烧变动值PIV的时间序列变化及目标燃烧变动值PIVm。在S120中，由于强制性地使开度GVM增加规定的量d，所以实际燃烧变动值PIV急剧减少。控制器100以使急剧减少的实际燃烧变动值PIV恢复到目标燃烧变动值PIVm的方式工作，使开度GVM减少。
这样，开度GVM及实际燃烧变动值PIV彼此反复增加及减少，向目标燃烧变动值PIVm收敛。开度修正控制是根据这时的开度GVM的极大值及极小值进行开度修正的控制。
其次，利用图5详细说明S210～S360。
在S210～S360中，控制器100对于强制性地使开度GVM增加规定量d之后的开度GVM(n)，分别计算出两个极大值GVMmax1·GVMmax2及极小值GVMmin1·GVMmin2(参照图6)。
S210是判断要由此决定的GVM(n)是向极小值接近的过程，还是向极大值接近的过程。如上所述，如果极值数m是奇数，则要由此决定的GVM(n)是极小值，如果极值数m是偶数，则为极大值。
S220是判定GVM(n)是否比GVM(n-1)大、即是否为极小值的步骤。S250是判定GVM(n)是否比GVM(n-1)小、即是否为极大值的步骤。
S240、S270是用于增加取样数n、再次返回到S140，直到GVM(n)达到极小值、极大值为止的步骤。
S230及260是判断极大值(或极小值)分别是从开度修正控制开始起的第一个还是第二个的步骤。
S310、320是使当前的GVM(n)为第一个极小值GVMmin1、第二个极小值GVMmin2的步骤。另一方面，S330、340是使当前的GVM(n)为第一个极大值GVMmax1、第二个极大值GVMmax2的步骤。
S350是如果检测出极大值(或极小值)则将极值数m增加1的步骤。S360是判定极值数m是否大于4、如果大于4则结束极值的检测并向S410转移的步骤。即，在分别各检测两次极小值、极大值的阶段，结束从S130开始的极值检测步骤。
利用图3对S410～S430进行说明。
首先，控制器100由极大值GVMmax1·GVMmax2的平均计算出平均极大值GVMmax(S410)。同时，控制器100由极小GVMmin1·GVMmin2的平均计算出平均极小值GVMmin(S410)。
其次，控制器100利用加权系数W，作为开度更新值GVM_rn，计算出平均极小值GVMmin和平均极大值GVMmax的W：1-W的插值(S420)。
其次，控制器100计算出从开度更新值GVM_rn中减去在前一次的开度修正控制中计算出的开度更新值GVM_rn得到的开度修正值GVM_rv(S430)。开度更新值GVM_rn是绝对量，将其与前一次的更新值的差分作为这一次的更新值。
这样，通过强制性地使燃料气体供应量调整阀35的开度GVM增加或减少，在短时间内进行开度GVM的极大值GVMmax1·GVMmax2和极小值GVMmin1·GVMmin2的鉴别，并且可以提高开度修正值GVM_rv的计算精度。即，不用排气压力传感器等，就能够在短时间内精度良好地进行燃料气体供应量调整阀35的保持稀薄燃烧用的开度修正。
另外，由于和进气路径随时间推移而恶化所引起进气流量的降低无关，能够将实际燃烧变动值PIV收敛到目标燃烧变动值PIVm，所以，可以降低NOx的发生量。
进而，通过注意分别各检测两次用于修正值计算的极大值及极小值，可以进行兼顾缩短时间和提高精度的最佳控制。
进而，通过对平均极小值GVMmin或平均极大值GVMmax加权，可以选择注重平均极小值GVMmin加权的稀薄燃烧、或者注重平均极大值GVMmax加权的防止缺火。
工业上的利用可能性
本发明可以应用于燃气发动机。

Claims (3)

1.燃气发动机控制装置，具有：
发动机负荷检测机构，所述发动机负荷检测机构检测发动机负荷，
发动机转速检测机构，所述发动机转速检测机构检测发动机转速，
燃料气体供应量调整机构，所述燃料气体供应量调整机构设置在向进气路径汇流的燃料气体供应路径上，调整向该进气路径的燃料气体供应量，
开度调整机构，所述开度调整机构调整所述燃料气体供应量调整机构，以便将基于在一个燃烧循环中的各个气缸的燃烧行程中的瞬时发动机转速与一个燃烧循环的平均发动机转速的发动机转速差的燃烧变动值收敛于基于所述发动机负荷的目标燃烧变动值，
其特征在于，在所述燃气发动机控制装置中，配备有开度修正机构，所述开度修正机构，在规定的时期，强制性地使所述燃料气体供应量调整机构的开度增加或减少，根据向所述目标燃烧变动值收敛的过程中的所述开度的极大值及极小值，计算出所述燃料气体供应量调整机构的开度修正值。
2.如权利要求1所述的燃气发动机控制装置，其特征在于，所述开度修正机构，根据对于向目标燃烧变动值收敛的过程的开度的极大值及极小值乘以加权系数得到的插值，计算出开度修正值。
3.如权利要求1或2所述的燃气发动机控制装置，其特征在于，所述开度修正机构对于向目标燃烧变动值收敛的过程的开度的极大值及极小值各检测两次，根据这两个极大值及两个极小值，计算出开度修正值。
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