CN106150724A - 天然气发动机燃料成分差异性自适应修正方法 - Google Patents

天然气发动机燃料成分差异性自适应修正方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种天然气发动机燃料成分差异性自适应方法。本方法是在混合气浓度闭环控制基础上，根据混合气浓度闭环控制反馈参数作为自适应功能的输入，将长时间存在的单方向控制偏差通过自适应的方式作为独立的修正量对目标燃气量进气调整，最终保证在闭环控制参数始终基本维持在初始值水平。首先，按照发动机转速和负荷情况划分激活自适应算法的工况区域，然后按照不同工况区域所选择的混合气体浓度Lambda闭环控制反馈参数进行自学习；最后，对天然气发动机燃料成分差异性自适应修正。能够根据混合气浓度产生偏差的机理合理选择合适的发动机使用工况，扩大了天然气车辆运行范围，提高了车辆的运行质量。

Description

天然气发动机燃料成分差异性自适应修正方法
技术领域
本发明属于发动机控制方法开发领域。
背景技术
国内公路车用重型天然气发动机采用稀薄燃烧技术，为了满足更好的经济性和排放水平，一般混合气浓度的设定点临近失火边缘。但天然气能源的成分由于产地不同差异较大，这种成分差异性增加了发动机失火的风险，且发动机的额定功率难以保证，从而限制了天然气车辆运行范围和运行质量。
发明内容
为了能够根据混合气浓度产生偏差的机理合理选择合适的发动机使用工况，本发明提供了一种天然气发动机燃料成分差异性自适应方法，该方法具体包括如下步骤：
一、按照发动机转速和负荷情况划分激活自适应算法的工况区域：
A、当转速低于发动机怠速转速×110％，且负荷低于最大扭矩的20％时，划分为低转速低负荷工况区域(ArLk)，记为工况区域1；
B、当转速高于或等于发动机额定转速×90％，且负荷低于最大扭矩的20％时，划分为高转速低负荷区域(IjLk)，记为工况区域2；
C、当转速在额定转速的30％～45％的范围之内，负荷在最大扭矩的30％-45％的范围之内，且空气流量低于额定功率点空气流量的50％时，划分为中转速、中负荷工况区域(FacL)，记为工况区域3；
D、当转速在额定转速的65％-85％的范围之内，负荷在最大扭矩的65％-85％的范围之内，且空气流量高于或等于额定功率点空气流量的65％时，划分为高转速高负荷工况区域(FacH)，记为工况区域4。
二、按照不同工况区域所选择的混合气体浓度Lambda闭环控制反馈参数进行自学习，具体如下：
a、工况区域1进行节气门漏气量变化引起的偏移参数(ArLk_LamAd)的自学习；
b、工况区域2进行由喷嘴特性偏移量变化引起的偏移参数(IjLk_LamAd)的自学习；
c、工况区域3进行斜率参数(FacL_LamAd)自学习；
d、工况区域4进行斜率参数(FacH_LamAd)自学习。
三、对天然气发动机燃料成分差异性自适应修正，采用线性的修正方式，则修正前的燃气量(RelFulMs)和修正后的燃气量(RelFulMs_AftAd)关系为：
RelFulMs_AftAd＝Fac_LamAd×(RelFulMs+Ofs_LamAd)；
上式中，Ofs_LamAd表示偏移量自适应参数，Fac_LamAd表示斜率自适应参数。
其中，偏移量自适应参数Ofs_LamAd由插值算法得到，具体如下：
①当转速低于工况区域1(ArLk)规定的转速上限值(C_SEDSPD_ARLK)，即发动机怠速转速×110％时：
Ofs_LamAd＝ArLk_LamAd+IjLk_LamAd；
②当转速高于或等于C_SEDSPD_ARLK时：
O f s _ L a m A d = A r L k _ L a m A d × C _ S E D S P D _ A R L K E n g S p d + I j L k _ L a m A d ;
其中，EngSpd代表发动机转速；
斜率自适应参数(Fac_LamAd)的差值算法：
①当空气流量大于工况区域4(Fac_H)的空气流量下限C_LWTHD4_MSFLW，即额定功率点空气流量的65％时：
Fac_LamAd＝FacH_LamAd；
②当空气流量小于工况区域3(Fac_L)的空气流量上限C_UPTHD2_MSFLW，即额定功率点空气流量的50％时：
Fac_LamAd＝FacL_LamAd；
③当空气流量在C_LWTHD4_MSFLW和C_UPTHD2_MSFL之间，即额定功率点空气流量的50～65％时，采用线性差值算法：
F a c _ L a m A d = ( M s F l o w - C _ U P T H D 2 _ M S F ) × ( F a c H _ L a m A d - F a c L _ L a m A d ) C _ L W T H D 4 _ M S F L W - C _ U P T H D 2 _ M S F L W + F a c L _ L a m A d .
各个参数的意义如表1所示。
表1
本发明的有益效果：
自学习算法选取已经广泛应用的Lambda闭环控制的反馈参数作为自学习的输入参数。如果燃气量成分变化，Lambda闭环控制参数必然会长时间存在的单方向偏差。如果闭环控制反馈参数与初始值的偏差不为0，将这种偏差做积分得到自适应的修正系数并将这种偏差记忆起来，保证Lambda闭环控制的输出始终在初始值附近。
本发明通过自适应算法将发生的单方向偏差记忆起来，消除天然气成分差异变化对发动机空燃比控制的影响。提高发动机控制水平。并且根据混合气浓度产生偏差的机理选取不同的发动机工况分别进行处理，因此，用较少的自适应参数可同时兼顾节气门漏气量变化、喷嘴泄漏量变化等问题。
附图说明
图1本发明方法的结构图；
图2本发明中自适应算法与Lambda闭环控制算法和油量计算的关系；
图3自适应算法激活区域的划分、偏移量自适应参数算法以及斜率自适应参数算法的示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例中一种天然气发动机燃料成分差异性自适应方法，依赖于由用于气体燃料喷射的喷嘴1、用于混合气比例反馈控制的宽域氧传感器2和发动机控制单元(ECU)3组成的硬件设备，该方法具体包括如下步骤(如图3所示)：
一、按照发动机转速和负荷情况划分激活自适应算法的工况区域：
A、当转速低于发动机怠速转速×110％，且负荷低于最大扭矩的20％时，划分为低转速低负荷工矿区域(ArLk)，记为工况区域1；
B、当转速高于或等于发动机额定转速×90％，且负荷低于最大扭矩的20％时，划分为高转速低负荷区域(IjLk)，记为工况区域2；
C、当转速在额定转速的30％～45％的范围之内，负荷在最大扭矩的30％-45％的范围之内，且空气流量低于额定功率点空气流量的50％时，划分为中转速、中负荷工况区域(FacL)，记为工况区域3；
D、当转速在额定转速的65％-85％的范围之内，负荷在最大扭矩的65％-85％的范围之内，且空气流量高于或等于额定功率点空气流量的65％时，划分为高转速高负荷工况区域(FacH)，记为工况区域4。
二、按照不同工况区域所选择的混合气体浓度Lambda闭环控制反馈参数进行自学习(如图2)，具体如下：
a、工况区域1空气流量小，喷嘴频率低，节气门的漏气量是主导因素，进行节气门漏气量变化引起的偏移参数(ArLk_LamAd)的自学习；
b、工况区域2空气流量大，喷嘴喷射脉宽小，喷射频率高，喷嘴特性偏移量为主导因素，进行由喷嘴特性偏移量变化引起的偏移参数(IjLk_LamAd)的自学习；
c、工况区域3空气流量和喷嘴流量都在中等区域，斜率参数为主导因素，进行斜率参数(FacL_LamAd)自学习；
d、工况区域4空气流量和喷嘴流量都在大量区域，斜率参数为主导因素，进行斜率参数(FacH_LamAd)自学习。
三、对天然气发动机燃料成分差异性自适应修正，采用线性的修正方式，则修正前的燃气量(RelFulMs)和修正后的燃气量(RelFulMs_AftAd)关系为：
RelFulMs_AftAd＝Fac_LamAd×(RelFulMs+Ofs_LamAd)；
上式中，Ofs_LamAd表示偏移量自适应参数，Fac_LamAd表示斜率自适应参数。
其中，偏移量自适应参数Ofs_LamAd由插值算法得到，具体如下：
①当转速低于工况区域1(ArLk)规定的转速上限值(C_SEDSPD_ARLK)，即发动机怠速转速×110％时：
Ofs_LamAd＝ArLk_LamAd+IjLk_LamAd；
②当转速高于或等于C_SEDSPD_ARLK时：
O f s _ L a m A d = A r L k _ L a m A d × C _ S E D S P D _ A R L K E n g S p d + I j L k _ L a m A d ;
其中，EngSpd代表发动机转速；
斜率自适应参数(Fac_LamAd)的差值算法：
①当空气流量大于工况区域4(Fac_H)的空气流量下限C_LWTHD4_MSFLW，即额定功率点空气流量的65％时：
Fac_LamAd＝FacH_LamAd；
②当空气流量小于工况区域3(Fac_L)的空气流量上限C_UPTHD2_MSFLW，即额定功率点空气流量的50％时：
Fac_LamAd＝FacL_LamAd；
③当空气流量在C_LWTHD4_MSFLW和C_UPTHD2_MSFL之间，即额定功率点空气流量的50～65％时，采用线性差值算法：
F a c _ L a m A d = ( M s F l o w - C _ U P T H D 2 _ M S F ) × ( F a c H _ L a m A d - F a c L _ L a m A d ) C _ L W T H D 4 _ M S F L W - C _ U P T H D 2 _ M S F L W + F a c L _ L a m A d .
如图2所示，本实施例步骤三中根据偏移量自适应参数Ofs_LamAd和斜率自适应参数Fac_LamAd对现有的油量算法进行修正。
本发明实施例中各种参数的意义如下表所示：

Claims (1)

1.一种天然气发动机燃料成分差异性自适应方法，该方法具体包括如下步骤：
一、按照发动机转速和负荷情况划分激活自适应算法的工况区域：
A、当转速低于发动机怠速转速×110％，且负荷低于最大扭矩的20％时，划分为低转速低负荷工况区域，记为工况区域1；
B、当转速高于或等于发动机额定转速×90％，且负荷低于最大扭矩的20％时，划分为高转速低负荷区域，记为工况区域2；
C、当转速在额定转速的30％～45％的范围之内，负荷在最大扭矩的30％-45％的范围之内，且空气流量低于额定功率点空气流量的50％时，划分为中转速、中负荷工况区域，记为工况区域3；
D、当转速在额定转速的65％-85％的范围之内，负荷在最大扭矩的65％-85％的范围之内，且空气流量高于或等于额定功率点空气流量的65％时，划分为高转速高负荷工况区域，记为工况区域4；
二、按照不同工况区域所选择的Lambda闭环控制反馈参数进行自学习，具体如下：
a、工况区域1进行节气门漏气量变化引起的偏移参数ArLk_LamAd的自学习；
b、工况区域2进行由喷嘴特性偏移量变化引起的偏移参数IjLk_LamAd的自学习；
c、工况区域3进行斜率参数FacL_LamAd自学习；
d、工况区域4进行斜率参数FacH_LamAd自学习；
三、对天然气发动机燃料成分差异性自适应修正，采用线性的修正方式，则修正前的燃气量RelFulMs和修正后的燃气量RelFulMs_AftAd关系为：
RelFulMs_AftAd＝Fac_LamAd×(RelFulMs+Ofs_LamAd)；
上式中，Ofs_LamAd表示偏移量自适应参数，Fac_LamAd表示斜率自适应参数；
其中，偏移量自适应参数Ofs_LamAd由插值算法得到，具体如下：
①当转速低于工况区域1规定的转速上限值C_SEDSPD_ARLK，即发动机怠速转速×110％时：
Ofs_LamAd＝ArLk_LamAd+IjLk_LamAd；
②当转速高于或等于C_SEDSPD_ARLK时：
O f s _ L a m A d = A r L k _ L a m A d × C _ S E D S P D _ A R L K E n g S p d + I j L k _ L a m A d ;
其中，EngSpd代表发动机转速；
斜率自适应参数Fac_LamAd的差值算法：
①当空气流量大于工况区域4的空气流量下限C_LWTHD4_MSFLW，即额定功率点空气流量的65％时：
Fac_LamAd＝FacH_LamAd；
②当空气流量小于工况区域3的空气流量上限C_UPTHD2_MSFLW，即额定功率点空气流量的50％时：
Fac_LamAd＝FacL_LamAd；
③当空气流量在C_LWTHD4_MSFLW和C_UPTHD2_MSFL之间，即额定功率点空气流量的50～65％时，采用线性差值算法：
式中MsFlw代表实际空气流量，C_UPTHD2_MSFLW代表工况区域3情况下的进气流量上限限值，C_LWTHD4_MSFLW工况区域4情况下的进气流量下限限值。
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