CN102767430A - 一种发电机组及其运行控制方法 - Google Patents

Abstract

一种发电机组及其运行控制方法，包括一个发电机和一个内燃机及其控制装置，其特征在于：所述控制装置包括电控单元ECU，所述内燃机包括脉冲式燃油喷射装置和点火装置，所述电控单元ECU及其内部控制程序控制喷油、点火和转速，包括根据输出功率的不同设定不同目标转速的逻辑、系统故障诊断逻辑和故障诊断结果显示逻辑、以及自检运行功能的实现逻辑。所述内燃机还包括一个进气量调节装置，所述电控单元ECU通过控制所述进气量调节装置和点火提前角来控制所述发电机组围绕目标转速运行。本发明能够改善发电机组的油耗、排放、功率和噪声，并提高发电机组的使用方便性和维修方便性。

Description

一种发电机组及其运行控制方法

技术领域

   本发明涉及发电机组，主要涉及以电控燃油喷射式内燃发动机为动力的小型汽油发电机组，尤其是电控发电机组的运行控制方法。

背景技术

   电控燃油喷射技术在汽车摩托车等领域已经广泛应用，成为了提高汽车摩托车性能并达到愈来愈严格的各种排放标准的重要技术。

然而，在汽油发电机组领域，特别是功率小于等于19kW的小型汽油发电机组领域，基本上还使用化油器供油和机械调速器控制转速。化油器由于制造散差较大，导致在发动机运行时的进气空燃比有较大散差，因此多数发电机组实际使用时的排放高，油耗高。另外机械调速器的转速控制精度也较低，导致发电频率变动较大。特别是因为离心调速器的特性所限，在低负荷时的稳定转速比额定转速高，而高负荷时的稳定转速比额定转速低，从而导致最大负荷发动机的输出功率出现一定的损失，而在空载负荷时发动机燃油消耗率偏高、噪音大。

发明内容

针对上述问题提出本发明。

本发明之目的在于提供一种采用电喷内燃发动机和电控调速装置来改进汽油发电机组的性能的技术，特别是改善发电机组的油耗、排放、功率和噪声等性能的技术，包括改进发电机组的结构和发电机组的运行控制方法。

本发明的另一个目的在于提供一种发电机组待机自检运行模式，定期或在自检系统状态达到预设标准时自动启动运行发电机组一定时间，防止因为系统故障或放置过长时间而导致发电机组在需要运行时不能够运行。

本发明的再一个目的在于提供方便清晰的发电机组系统的状态和故障诊断结果提示，以及维修指示。

本发明之目的通过下列技术方案达到，即：

一种发电机组，包括一个发电机和一个内燃机及其控制装置，其特征在于：所述控制装置包括电控单元ECU，所述内燃机包括脉冲式燃油喷射装置和点火装置，所述电控单元ECU控制喷油和点火。所述内燃机还包括一个进气量调节装置，电控单元ECU通过控制所述进气量调节装置和点火提前角来控制所述发电机组围绕目标转速运行。

一种上述发电机组的运行控制方法，以内燃机提供动力的发电机组的运行由电控单元ECU及其内部控制程序控制，包括根据输出功率的不同设定不同目标转速的逻辑，例如，在发电频率允许的范围内，空载负荷设定最低的目标转速，而在要求大输出功率的大负荷工况，则设定最高的目标转速。

根据这个技术方案，电喷内燃发动机可以更为精确地控制发动机混合气的燃烧空燃比，可以更加自由地控制点火提前角，因此能够获得更低的排放和燃油消耗率，另外，在空载工况以较低转速运转能够进一步降低油耗，同时降低运行噪音，而在大负荷工况，可以以更高的转速运转从而能够实现尽可能大的功率输出。

下列技术方案可对本发明进行进一步改进完善。

本发明之发电机组，还包括一个输出功率反馈装置，所述输出功率反馈装置包括一个测量发电机组输出电流的传感器，所述电控单元ECU通过所述电流传感器快速感知发电机输出负载的变化，从而能够在负载突变时尽可能提早调节所述进气量调节装置，使转速不因负载突变而出现过大波动，并尽可能快地收敛到目标转速。

本发明之发电机组，还可包括一个进行故障诊断结果显示的故障诊断灯（MIL），或一个进行故障诊断结果显示的液晶屏幕，也可包括一个故障诊断语音播报装置。

本发明之发电机组运行控制方法，所述电控单元ECU的内部控制程序包括恒转速控制逻辑、与负载相关的变转速控制逻辑、通过提高转速增加最大输出功率的逻辑、通过改变点火提前角增加最大输出功率的逻辑、空载低转速运行逻辑。

例如在中等负荷范围内可以将目标转速设定为恒转速，在小负荷到空载逐渐降低目标转速，而在大负荷逐渐增加目标转速，并逐渐将点火提前角调到最大扭矩点火角（MBT）。在负荷突变时，目标转速改变，同时通过输出功率传感器的信号快速调节进气量和/或点火提前角，反馈控制转速尽快收敛到目标转速。

本发明之发电机组运行控制方法，还可在电控单元ECU控制逻辑中包括自检运行功能（STAND-BY）的实现逻辑，从而定期或在自检系统状态达到预设标准时自动启动运行一定时间。这有利于防止因为放置时间过长而损坏发电机组，导致在要使用时不能够使用，也方便了使用者。

本发明之发电机组运行控制方法，还可以在电控单元ECU中包括系统故障诊断逻辑和故障诊断结果显示逻辑，而故障诊断结果显示可以通过故障指示灯（MIL）或者液晶屏幕，或者同时再加上语音播报装置来进行，以方便使用者及时了解系统出现的故障或问题。

本发明的益处在于改善发电机组的油耗、排放、功率和噪声，并提高发电机组的使用方便性和维修方便性。

附图说明

图1为本发明之发电机组的实施例构成简图。

图2为发电机组发动机运行曲线在功率转速平面图上的示意图。

图3为本发明之发电机组实施例的操控装置的构成简图。

图4为本发明之发电机组的ECU运行主要过程逻辑框图。

图5为本发明之发电机组的ECU中的待机过程控制逻辑框图。

图中编号说明如下，同一个编号表示同一部件或步骤：

1-电控单元ECU     2-回油管      3-燃油箱   4-进油管      

5-脉冲式燃油喷射器   6-进气调节装置（电动节气门体）  

7-节气门位置传感器（TPS）   8-内燃发动机      9-点火装置    

10-其他传感器（温度等）  11-发电机     12-电流传感器     

13-变电装置       14-用电负载   15-操控面板   16-操控装置   

17-启动电机       18-燃油喷射装置

101-点火钥匙开关及启动按钮  102-故障指示灯（MIL）       

103-发动机参数指示仪表   104-发电参数指示仪表 105-语音播报器       

106-蓄电池    107-启动继电器       108-主线缆    109-启动电机线缆

31-操纵点火钥匙开关使其闭合并按下启动按钮的预备步骤

32-测量温度、TPS、电源电压等的步骤     33-ECU自检诊断的步骤     

34-ECU指示诊断结果的步骤    35-判断是否有角标（TDC）信号的步骤

36-测量转速和负载电流的步骤     37-计算目标转速的步骤

38-计算节气门调节量的步骤       39-输出节气门调节信号的步骤

40-计算喷油量、点火时刻的步骤   41-输出喷油脉冲的步骤    

42-输出点火脉冲的步骤              43-判断钥匙开关使其闭合的步骤   

44-判断是否点火钥匙开关闭合或自检正在运行的步骤

45-判断是否要进行自检运行的步骤

46-ECU自动闭合点火钥匙开关并使启动继电器闭合的步骤

47-在自检运行过程中进行计时的步骤

48-判断是否结束运行的步骤       49-自动断开点火钥匙的步骤       

50-ECU进行启动准备处理的步骤

201-进入待机状态后先不进行自检运行的逻辑赋值步骤

202-检测电池电量的步骤      203-计算连续待机累计时间的步骤

204-判断待机累计时间是否还没有达到预设的最大值的步骤

205-判断电池电量是否OK还不需要充电的步骤

206-启动自检运行过程并使待机累计时间复零的步骤

图中符号说明如下：

P-功率     N-转速     Nt0-额定交流电频率对应的转速

C1-发动机外特性功率曲线     C2-本发明之调速目标转速曲线

C3-传统机械调速器的调速特性曲线

A点-本发明之发电机组空载运行工况点 

B点-传统机械调速器的空载运行工况点

C点-传统机械调速器的最大功率运行工况点

D点-本发明之发电机组的最大功率运行工况点

dPm-最大功率提高量

下面借助这些附图来详细说明本发明。

具体实施方式

在图1所示的本发明之发电机组实施例的构成简图中，发电机11由内燃发动机8驱动，内燃发动机8采用电控燃油喷射方式供油，其中电控单元（ECU）1通过安装于发动机8上的节气门位置传感器7和其他传感器10，检测发动机的运行工况及状态，并按照内部的程序控制燃油喷射装置18、点火装置9和进气调节装置（电动节气门体）6工作。其中的其他传感器10包括角标（转速）传感器及温度传感器（图中未分别示出）等各种传感器；其中的燃油喷射装置18为电动脉冲式燃油喷射装置，如已经由中国发明专利01103954.X和200510075607.7所公开的燃油喷射装置，直接由发动机电子控制单元ECU驱动以产生脉冲压力喷射，包括燃油喷射器5、燃油箱3、供油管4和回油管2，燃油通过供油管4从燃油箱3流入燃油喷射器5，燃油喷射器5工作时也可能产生回油，回油经过回油管2又回到燃油箱3。

如图1所示的本发明之发电机组，还包括一个主要由变电装置13和操控面板15构成的操控装置16，用于调节发电电压、显示有关状态参数、提供操作装置和对外输出接口等，用电负载14通过操控装置16获取电力。操控装置16还包括一个测量发电机负载电流的电流传感器12，作为功率传感装置，反馈输入到电控单元ECU 1以快速感知发电机负载的突然变化并采取调节对策。

在图3所示的操控装置16的构成简图中，还包括了给发动机运行提供直流电的蓄电池106，变电装置13中包括有给蓄电池106充电的电路（图中未示出），以及控制发动机启动的启动继电器107和发动机点火钥匙开关及启动按钮101，以及故障指示灯（故障诊断灯）MIL 102、发动机参数指示仪表103、发电参数指示仪表104、语音播报器105、主电缆108等。主电缆108将操控装置16和ECU 1连接起来。电流传感器12设置在发电机输出电路中，以测量发电机输出电流的变化。蓄电池106通过启动电机线缆109连接到发动机启动电机17（图1中）上。当然，也可以包括一个液晶屏（图中未示出），用来代替故障指示灯MIL 102显示故障诊断结果。 

如图2所示，在发电机组的发动机功率转速平面即P-N平面上，发动机能够提供的各种转速下的最大功率如C1曲线所示，而要发出的交流电频率决定了发动机的额定转速Nt0，例如50Hz交流电要求Nt0=3000rpm，60Hz交流电要求Nt0=3600rpm。当然实际运行是允许频率有一些误差的，例如一般允许发电机转速可以有±5%以内的误差（即公差±5%）。传统的这类发电机组常用离心式调速装置来控制发动机的运行转速，但由于离心式调速装置的固有特性所限，其调速特性曲线一般如C3曲线所示，即随着负载的增加（功率的增加），稳定转速会变小，在空载运行时处于B点，在满载运行时处于C点，按照发电机转速公差如±5%要求，B点转速要高于Nt0约5%， C点转速要低于Nt0约5%，即Nb=1.05*Nt0，Nc=0.95* Nt0，这样，实际能够得到的最大功率，即C点的功率Pc将小于Nt0对应的发动机最大功率，而空载的高转速不仅会造成燃油消耗率变高，还会产生较大的噪声。

本发明之发电机组，发动机电控单元通过实测转速反馈调节发动机进气量来控制发电机运行转速，是一种电子调速，因此可以灵活设计控制目标转速。如图2中的C2曲线所示，可以设计目标转速为与C3特性近似相反的特性，即随着负载的增加（功率的增加），转速或者增加或者不变：在中等的大部分负载范围内，可以按照恒转速目标控制发动机（发电机）转速；在很小功率到空载的范围内，随着负载的减小，让目标转速在发电频率公差允许的范围内变到最小，如在空载运行在A点；在大负载的区域，让目标转速在发电频率公差允许的范围内随着负载的增大变到最大，如在最大负载运行在D点。这样，与机械调速的发电机组相比，就能够将最大功率提高dPm，一般可达8-10%，空载转速降低10%，相应地燃油消耗率和噪声水平也将明显降低。

本实施例中，还可以在转速低于目标转速的过渡过程中将点火提前角立即调节到当前工况的最佳点火角（MBT），而在转速高于目标转速的过渡过程中将点火提前角推迟，以减小转速收敛时间。在接近最大负荷工况，将点火提前角始终保持在大扭矩最佳点火角（MBT）而不是排放较低的推迟了的点火提前角，从而可以得到更大的最大功率。

在具体实施中，负载的计量参数可以取节气门位置传感器信号，也可以取负载电流传感器信号。调速目标转速C2曲线可以以表格的方式存储在ECU中，也可以采用某个公式来计算。可以采用各种已知的控制算法例如PID算法来反馈调节节气门开度和/或点火提前角来控制发动机运行转速始终围绕目标转速，并且设计合适的PID参数和负载电流传感器信号突变修正调节策略，来尽可能抑制负载突变时的转速波动幅度，并使转速尽快收敛到目标转速。

在图4所示的本发明之发电机组实施例的ECU运行主要过程逻辑框图中，预备步骤31是操作人员启动发动机的步骤，点火钥匙被闭合后，ECU首先进行启动准备处理（步骤50），包括调节节气门到预设开度，接着测量温度、TPS、电源电压等参数（步骤32），然后进行故障诊断（步骤33）、指示诊断结果（步骤34），如果是自检运行还进行自检运行时间计量（步骤47），然后等待角标信号。在启动按钮被按以后，发动机开始运转，在步骤35检测发动机是否运转到了基准相位（如上止点TDC），判断结果如果为“是”，那么就进入步骤36，测量转速、负载电流等，在步骤37到步骤42，计算目标转速和进气调节量、喷油量、点火时刻等，并输出相应的节气门调节信号、喷油脉冲和点火脉冲，然后判断是否需要自动结束运行（步骤48），如果不结束运行，则返回到步骤32完成一个正常运转循环。如果在步骤35判断没有运转到基准相位，那么进入步骤43判断点火钥匙是否仍处于闭合状态，如果判断结果为“是”，那么返回步骤32继续循环。如果步骤43判断结果为“否”，那么得知点火钥匙已经断开，运转需要结束，将进入步骤44开始待机。在步骤48的结束运行判断，包括依据本次自检运行运转的时间是否已经达到预设值来判断，也包括判断点火钥匙是否已经处于断开状态。在发电机组运行过程中，外界随时可以通过断开点火钥匙来停止发动机运转而进入停机状态。待机过程中一直在步骤44和步骤45之间循环，一旦自检运行条件得到满足，即在步骤45判断结果为“是”，那么就进入步骤46，由ECU自动控制启动继电器和点火钥匙闭合，然后返回到步骤50继续。

在图5所示的本发明之发电机组的ECU中的待机过程控制逻辑中，步骤201首先将自检运行控制逻辑参数赋值“FALSE”，然后检测蓄电池电量（步骤202）、计算累计时间Tstandby（步骤203），在步骤204判断待机累计时间是否还没有达到最大允许值STmax，即判断Tstandby是否小于STmax，如果判断结果为“是”，那么再判断电池电量是否还不需要充电，即判断电池电量是否OK（步骤205），如果判断结果也为“是”，那么就继续待机。如果在步骤204或者步骤205判断结果为“否”，那么进入步骤206，准备结束待机状态开始自检运行，即将自检运行控制逻辑参数赋值“TRUE”，并将待机累计时间复零。

图4和图5中的许多过程的前后顺序并不是惟一的，例如步骤37和38、步骤39和40、步骤202和203就可以互换。另外步骤202检测蓄电池电量可以采用已知的任何方法进行，例如测量蓄电池电压等。

本发明上述实施例中设置的待机过程逻辑，包含了待机时间达到STmax时要进行自检运行的过程，也包括了蓄电池电量过小时要进行自检运行以给蓄电池充电的过程。这些设计都是为了保证发电机组始终保持良好状态，随时能够正常使用，避免因为放置时间过长而损坏机器或损坏电池。

上述实施例的一般工作过程大致如下：

在不使用发电机组的情况下，发电机组一般处于待机状态，ECU进行待机循环（步骤44和45）。

当操作人员操纵点火钥匙开关使其关闭并按下启动按钮后，发动机启动，发电机组进入使用状态。在操作人员将点火钥匙关断后，发动机就熄火，ECU又进入待机状态。

在待机期间，如果ECU发现蓄电池电量小于预先设定的可使用最小值，或者发现连续待机时间超过了允许连续放置的最长时间，那么ECU自动启动发动机运转一定时间，然后又自动关停发动机开始新的待机循环。

在发动机点火钥匙开关闭合后，ECU随时对发电机组进行故障诊断，发现问题及时通过MIL/液晶屏和语音播报器给用户以提示或指示。

在发动机启动、发电机组进入使用状态后，ECU根据实测的转速、功率负载（通过TPS信号或负载电流信号）及其变化，控制转速始终在目标转速附近，保证输出交流电的频率在公差允许范围之内。

上述实施例的目的是为了说明本发明，但并不限定本发明。凡利用本发明之构思和精神实质进行的、对于本领域普通专业技术人员而言显而易见的改变设计，仍然属于本发明之权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种发电机组，包括一个发电机和一个内燃机及其控制装置，其特征在于：所述控制装置包括电控单元ECU，所述内燃机包括脉冲式燃油喷射装置和点火装置，所述电控单元ECU控制喷油和点火。

2.如权利要求1所述的发电机组，其特征在于：包括一个输出功率反馈装置。

3.如权利要求2所述的发电机组，其特征在于：包括一个进气量调节装置，所述电控单元ECU控制该进气量调节装置，实现目标转速。

4.如权利要求3所述的发电机组，其特征在于：包括一个进行故障诊断结果显示的故障诊断灯（MIL）。

5.如权利要求3所述的发电机组，其特征在于：包括一个进行故障诊断结果显示的液晶屏幕。

6.如权利要求1-5之一项所述的发电机组，其特征在于：包括一个故障诊断语音播报装置。

7.一种发电机组控制方法，包括一个发电机和一个内燃机及其控制装置，所述控制装置包括电控单元ECU，所述内燃机包括脉冲式燃油喷射装置和点火装置，一个进气量调节装置，所述电控单元ECU控制喷油和点火，并控制发动机进气量，其特征在于，电控单元ECU包括根据输出功率的不同设定不同目标转速的逻辑。

8.如权利要求7所述的发电机组控制方法，其特征在于：电控单元ECU包括通过提高转速增加最大输出功率的逻辑。

9.如权利要求7或者8所述的发电机组控制方法，其特征在于：电控单元ECU包括通过改变点火提前角增加最大输出功率的逻辑。

10.如权利要求7-9之一项所述的发电机组控制方法，包括一个输出功率反馈装置，其特征在于：电控单元ECU包括通过输出功率反馈控制发动机转数快速收敛到目标转速的逻辑。

11.如权利要求7-9之一项所述的发电机组控制方法，其特征在于：电控单元ECU包括空载低转速运行逻辑。

12.如权利要求7-9之一项所述的发电机组运行控制方法，其特征在于：电控单元ECU控制逻辑包括自检运行功能（STAND-BY）的实现逻辑。

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