CN106121843B - 一种天然气发动机环境补偿闭环控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气发动机环境补偿闭环控制方法，通过发动机进气口的环境参数与预设定的标定环境参数进行比较，得出发动机处于非标定的环境下时，电控单元根据缸内温度获取增压进气量和空燃比的前馈修正系数，同时混合进气量也通过缸内温度获取反馈修正系数，最终得到相当功率输出，使发动机在任何环境下均正常工作。最终使本发明的发动机在任何环境下，均可快速的、精确的控制并修正进入气缸的混合进气量，达到相当功率输出的目的。

Description

一种天然气发动机环境补偿闭环控制方法

技术领域

本发明涉及天然气发动机技术领域，尤其涉及一种天然气发动机环境补偿闭环控制方法。

背景技术

由于世界石油资源逐年短缺、城市汽车排放污染日益严重，天然气发动机作为燃用新型燃料及清洁能源的绿色动力，得到了前所未有的迅速发展。

现阶段，天然气发动机均采用电控技术，分别调控新鲜空气量、天燃气喷射量，通过混合装置形成混合气，经进气歧管分配到气缸内燃烧做功。其中，新鲜空气通过增压器增压，经进气歧管温度与大气湿度修正后，得到增压进气量；天然气通过燃料喷射阀按照预标定理论空燃比进行喷射，经废气中氧浓度修正后，得到实际喷气量。

但是，目前的控制系统仅能在实验室环境或者标定的可控环境下控制并修正混合进气量以达到发动机标定性能，随着发动机工作环境逐渐恶劣(相对于可控的标定环境)，即环境温度较高或较低、海拔较高或较低、环境湿度较高或较低等，现有控制系统的调节及修正已不能满足发动机正常工作的要求，例如在环境温度较高的情况下，进入气缸的混合进气量会因空气密度的降低而减少，最终导致发动机输出功率降低。更进一步的问题及不足还包括：在一般情况下，不同工况下的发动机排气管中废气传输的时间长短不一，会使氧传感器反馈信号发生变化，当节气门开度变化较大时，空燃比会因前馈值与实际进气量偏差较大而出现瞬间波动，从而使控制系统很难对混合进气量进行精确调节，严重时会导致发动机转速或功率输出不稳，甚至熄火。

发明内容

针对上述不足，本发明第一所要解决问题的是：提供一种天然气发动机环境补偿闭环控制方法，该方法使天然气发动机在任何环境下，均能够快速的、精确的修正进入气缸的混合进气量，达到相当功率输出。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种天然气发动机环境补偿闭环控制方法包括以下步骤：电控单元在发电机运行正常时，调整节气门的开度；获取进气口的环境参数、增压进气量、空燃比、缸内温度和氧浓度；判断所述环境参数与预设定的标定环境参数是否符合；若所述环境参数与所述标定环境参数相符，所述增压进气量和所述空燃比按预设定的修正系数进行修正，输出修正后的混合进气量，功率输出；否则判断所述增压进气量是否充足；若所述增压进气量充足时，所述电控单元根据所述缸内温度信号获取所述空燃比的前馈修正系数，同时所述电控单元根据所述氧浓度获取所述空燃比的反馈修正系数，使所述空燃比同时进行前馈和反馈修正；同时所述电控单元根据所述缸内温度信号获取所述混合进气量的反馈修正系数，输出修正后的所述混合进气量，功率输出；若所述增压进气量不充足时，所述电控单元调节所述空燃比加浓燃料，功率输出。

优选方式为，所述电控单元在调节所述空燃比加浓燃料后，判断所述混合进气量，若所述混合进气量不足，则增大点火提前角，再功率输出。

优选方式为，若所述环境参数与所述标定环境参数相符时，所述电控单元根据预设定的修正参数修正点火提前角。

优选方式为，所述环境参数包括进气口的环境温度、环境湿度和/或大气压力，所述环境参数与所述标定环境参数不符包括：所述环境温度大于预设定的标定温度，所述环境湿度大于预设定的标定湿度和/或所述大气压力大于预设的标定大气压力。

优选方式为，所述电控单元获取进气歧管温度，并根据所述进气歧管温度获取反馈修正系数去修正所述增压进气量。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：由于本发明的天然气发动机环境补偿闭环控制方法，具有以下优点：1、在进气口布置用以监测大气压力信号、环境温度信号、环境湿度信号的大气环境传感器，在预设的大气压力、环境温度、环境湿度范围内，分别列表标定对增压进气量及空燃比的修正系数，在必要时，亦可列表标定对点火提前角的修正系数，由电控单元选择设置并输出综合修正后的混合进气量。2、增加空燃比前馈控制，通过合理标定，可以有效防止当节气门变化较大时，引起的空燃比剧烈波动。3、在气缸内布置用以监测燃烧室内温度信号的缸内温度传感器，标定缸内的正常温度范围与允许差值，并列表标定对空燃比及增压进气量的前馈修正，最终实现对混合进气量的闭环精确控制。

由于还包括与电控单元电连接的用于调节点火提前角的点火提前角模块；该点火提前角模块使电控单元在进行了各种调节后，输出功率仍旧不相当时采取的措施，进一步保证发动机正常工作。

由于还包括用于采集进气歧管温度的进气歧管温度传感器，进气歧管温度传感器与电控单元电连接；该进气歧管温度传感器将采集到的进气歧管的温度传输给电控单元，使电控单元根据该信号获取增压进气量的反馈修正系数，使实际进气量满足需求。

综上所述，本发明的天然气发动机环境补偿闭环控制方法，与现有技术相比，解决了天然发动机在恶劣的环境下，不能依靠自身的控制方法和系统输出相当的功率的技术问题，而本发明的天然气发动机环境补偿闭环控制方法及控制系统，在预设的大气环境下，本发明能够对混合进气量进行综合调节并修正后，使发动机始终保持相当的功率输出，也就是本发明能够使发动机在正常工作的同时，将其动力性及经济性最优化。

附图说明

图1是本发明天然气发动机环境补偿闭环控制方法的示意图；

图2是实施例中关于温度的流程图；

图3是实施例中关于湿度的流程图；

图4是实施例中关于大气压力的流程图；

图5是本发明的天然气发动机环境补偿闭环控制系统的示意图；

图6是本发明的天然气发动机环境补偿闭环控制系统的原理框图；

图中：1—电控单元、2—增压进气量、3—进气歧管温度信号、4—实际进气量、5—混合进气量、6—功率输出、7—实际喷气量、8—氧浓度、9—空燃比、10—环境参数、11—缸内温度。

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。

如图1所示，一种天然气发动机环境补偿闭环控制方法包括以下步骤：

步骤S100：电控单元在发电机运行正常时，负荷变化，调整节气门的开度。

步骤S101:电控单元获取进气口的环境参数、增压进气量、空燃比、缸内温度和氧浓度，此处通过各处设置的传感器获取。

步骤S102：电控单元判断环境参数与预设定的标定环境参数是否符合；若环境参数与标定环境参数相符，增压进气量和空燃比按预设定的修正系数进行修正，输出修正后的混合进气量，功率输出；否则判断所述增压进气量是否充足。此步骤中的标定环境参数是指发动机在实验室工作时的环境，或者在标准大气压下的环境。

步骤S103：若增压进气量充足时，电控单元根据缸内温度信号获取空燃比的前馈修正系数，同时电控单元根据氧浓度获取空燃比的反馈修正系数，使空燃比同时进行前馈和反馈修正；同时电控单元根据所述缸内温度信号获取混合进气量的反馈修正系数，输出修正后的所述混合进气量，功率输出。

步骤S104：若增压进气量不充足时，电控单元调节所述空燃比加浓燃料，功率输出。

本实施例在步骤S104中，电控单元在调节空燃比加浓燃料后，还要判断混合进气量，若混合进气量不足，则增大点火提前角，再功率输出。

在步骤S102中，若环境参数与标定环境参数相符时，电控单元根据预设定的修正参数修正点火提前角。

本实施例还包括步骤：电控单元获取进气歧管温度，并根据进气歧管温度获取反馈修正系数去修正增压进气量。

如图2、图3和图4所示，上述的环境参数包括进气口的环境温度、环境湿度和/或大气压力，步骤S102中，判断环境参数与标定环境参数是否相符时，不符的情况包括：环境温度大于预设定的标定温度，环境湿度大于预设定的标定湿度和/或大气压力大于预设的标定大气压力。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的天然气发动机环境补偿闭环控制方法，具体是指：发动机起动运行后，需判断发动机运行是否正常，当发动机运行不正常时，需要排除发动机故障后进入下一步；当发动机运行正常时，直接进行下一步，即负荷变化，节气门开度调整。

下一步判断环境参数，本实施例是指判断环境温度是否大于预设定的标定温度，也可以是判断环境湿度是否大于预设定的标定湿度，或者判断大气压力与预设定的标定大气压力。以下描述以环境温度为例，但是上述三个参数为或的逻辑关系。

当环境温度不大于标定时的标定温度时，即天然气发动机处于可控的标定环境下，则电控单元控制发动机直接进行功率输出。当环境温度大于标定时的标定温度时，电控单元需要判断增压进气量是否充足，当进气增压进气量能力充足时，电控单元会在空燃比闭环及PID调节下，相应增大混合进气量，混合进气量亦会在缸温信号反馈及前馈的控制下，得到调整后进入发动机气缸内燃烧，功率输出；

当增压进气量能力不足时，电控单元会调节空燃比使燃料加浓，进一步判断是否满足相当功率输出，如果满足，则进行功率输出；如果不满足，电控单元会相应增大点火提前角，最终使发动机具有相当功率输出。

由上述可知，本发明的天然气发动机环境补偿闭环控制方法，使天然气发动机除了在可控的标定环境下正常工作外，在恶劣的环境中，依靠本控制方法亦能快速、精确的控制并修正进入气缸的混合进气量，达到相当功率输出的目的，使发动机正常工作。

图5和图6所示，一种天然气发动机环境补偿闭环控制系统包括电控单元，以及分别与所述电控单元电连接的节气门模块、增压进气量模块、空燃比模块和混合进气量模块。

还包括设在进气口的大气环境传感器、设在气缸燃烧室内的缸内温度传感器和采集废气氧气浓度的氧传感器，各传感器分别与电控单元电连接，将采集到的各信号转换成电压信号传输给电控单元。

还包括分别与电控单元电连接的增压进气量前馈调节模块、增压进气量反馈调节模块、空燃比前馈调节模块、空燃比反馈调节模块、混合进气量反馈调节模块，其中增压进气量前馈调节模块和增压进气量反馈调节模块还分别与增压进气量电连接；其中空燃比前馈调节模块和空燃比反馈调节模块还分别与空燃比模块电连接；其中混合进气量调节模块还与混合进气量模块电连接。

本发明的天然气发动机环境补偿闭环控制系统，其中大气环境传感器能够采集进气口的环境处的环境温度、环境湿度以及大气压力等环境参数，该环境参数被转换成电信号传输给电控单元后，电控单元将该环境参数与内部存储的标定环境参数进行比较。

当得出进气口的环境与标定环境相符，则电控单元按照预先设定的增压进气量和空燃比的修正系数进行修正，最后输出相当功率，此时本发明的控制系统与现有技术中的相同。

当得出进气口的环境与标定环境不相符时，则电控单元根据缸内温度传感器采集到的缸内温度，通过增压进气量前馈调节模块和空燃比前馈调节模块对增压进气量和空燃比进气前馈修正，实现了空燃比前馈加反馈的精确控制，有效防止了当节气门变化较大时，引起的空燃比剧烈波动。电控单元还根据缸内温度，通过混合进气量反馈调节模块对混合进气量进行反馈修正，实现混合进气量的闭环精确控制。

氧传感器将采集的氧浓度信号传输给电控单元，电控单元通过空燃比反馈调节模块对空燃比进行反馈修正，因此本控制系统的空燃比具有双重调节。

由上述可知，本发明的天然气发动机环境补偿闭环控制系统有效的对混合进气量进行了精确的调节，有效防止了发动机转速不稳或熄火等异常发生。

本实施例还包括与电控单元电连接的用于调节点火提前角的点火提前角模块，在进气量不足的情况下，还可以由电控单元通过点火提前角模块增大点火提前角，最终使发动机具有相当功率输出。

本实施例还设置了用于采集进气歧管温度的进气歧管温度传感器，该进气歧管温度传感器与电控单元电连接，其将采集的进气歧管的温度转换成电压信号传输给电控单元，使电控单元根据该信号通过增压进气量反馈调节模块控制增压进气量去修正。

上述大气环境传感器包括环境温度传感器、环境湿度传感器和/或大气压力传感器。

以上所述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、等同一种天然气发动机环境补偿闭环控制方法与装置结构的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种天然气发动机环境补偿闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

电控单元在发电机运行正常时，调整节气门的开度；

获取进气口的环境参数、增压进气量、空燃比、缸内温度和氧浓度；

判断所述环境参数与预设定的标定环境参数是否符合；

若所述环境参数与所述标定环境参数相符，所述增压进气量和所述空燃比按预设定的修正系数进行修正，输出修正后的混合进气量，功率输出；否则判断所述增压进气量是否充足；

若所述增压进气量充足时，所述电控单元根据所述缸内温度信号获取所述空燃比的前馈修正系数，同时所述电控单元根据所述氧浓度获取所述空燃比的反馈修正系数，使所述空燃比同时进行前馈和反馈修正；同时所述电控单元根据所述缸内温度信号获取所述混合进气量的反馈修正系数，输出修正后的所述混合进气量，功率输出；

若所述增压进气量不充足时，所述电控单元调节所述空燃比加浓燃料，功率输出。

2.根据权利要求1所述的天然气发动机环境补偿闭环控制方法，其特征在于，所述电控单元在调节所述空燃比加浓燃料后，判断所述混合进气量，若所述混合进气量不足，则增大点火提前角，再功率输出。

3.根据权利要求1所述的天然气发动机环境补偿闭环控制方法，其特征在于，若所述环境参数与所述标定环境参数相符时，所述电控单元根据预设定的修正参数修正点火提前角。

4.根据权利要求1至3任一项所述的天然气发动机环境补偿闭环控制方法，其特征在于，所述环境参数包括进气口的环境温度、环境湿度和/或大气压力，所述环境参数与所述标定环境参数不符包括：所述环境温度大于预设定的标定温度，所述环境湿度大于预设定的标定湿度和/或所述大气压力大于预设的标定大气压力。

5.根据权利要求1所述的天然气发动机环境补偿闭环控制方法，其特征在于，所述电控单元获取进气歧管温度，并根据所述进气歧管温度获取反馈修正系数去修正所述增压进气量。

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