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一种天然气发动机气质自学习装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种天然气发动机气质自学习装置，包括自学习启动条件判断模块、自学习模块，所述自学习模块用于校正目标过量空气系数，其输入端与自学习启动条件判断模块、发动机闭环系统的修正值和偏移系数计算模块、氧传感器的输出端电连，使用时，自学习启动条件判断模块控制激活自学习模块，自学习模块则根据接收到的来自发动机闭环系统的修正值和偏移系数计算模块的信号以及氧传感器实测的当前目标过量空气系数计算出校正后的过量空气系数，闭环系统就会以校正后的过量空气系数作为目标值来进行闭环反馈控制。该设计实现了气质变化后对目标过量空气系数及时、有效的校正。

Description

一种天然气发动机气质自学习装置及其使用方法
技术领域
本发明属于汽车发动机性能控制领域，具体涉及一种天然气发动机气质自学习装置及其使用方法，适用于校正燃气闭环系统的目标过量空气系数。
背景技术
天然气作为汽车代用燃料具有众所周知的诸多优点，它是一种蕴藏在地下的碳氢化合物可燃气体，其来源主要有四种：从气井开采出来的气田气；伴随石油一起开采出来的油田伴生气；含石油轻质馏分的凝析气田气；从矿井下煤层中抽出的煤矿矿井气。天然气的成分相当复杂，组分差别很大，不同地区、不同矿井开采出来的天然气，成分及其热值均不相同。经过多年的研究发现，其成分的差别对一般工业行业影响不大，但对于车用天然气发动机的性能还是有相当大的影响，特别是当车辆进行长途运输时，可能会更换好几种气源，会导致发动机性能不佳。
目前的电控天然气发动机大多通过闭环控制系统来修正燃气喷射脉宽，以期达到理想的发动机性能状态。通过把宽域氧传感器安装在发动机排气管上测量氧浓度来反馈实测的过量空气系数，由ECU接收后对比实测值和目标值差距来对喷气量进行补偿(增加或减少)，这就是目前普遍使用的燃气闭环控制方法。该方法的前提是以标定的不变目标过量空气系数作为闭环反馈的指导方向，而气质的变化会导致目标过量空气系数发生变化，当气质成分变化较大时，发动机性能会严重下降，进而影响用户使用。因此这种燃气闭环控制方法无法解决由于气质的变化导致发动机性能不佳的问题。
中国专利申请公布号为CN103047035A，申请公布日为2013年4月17日的发明专利公开了一种基于UEGO的焦炉气发动机自适应空燃比控制方法，该方法在UEGO的基础上，根据发动机进气量、燃料供气量与测得的过量空气系数计算燃料理论化学计量空燃比，当理论化学计量空燃比与作用于前馈控制的化学计量空燃比差值满足一定条件时，通过增量式PID控制器对作用于前馈控制的化学计量空燃比进行修正，并通过自学习模块，当发动机停止工作时将修正后的化学计量空燃比写入EEPROM存储器，在发动机重新起动时可快速读取并写入RAM，作用于空燃比前馈控制。虽然其可实现焦炉气发动机空燃比快速而准确的自适应控制，但并未实现燃气闭环系统目标过量空气系数的校正。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的无法校正燃气闭环系统的目标过量空气系数的问题，提供一种用于校正燃气闭环系统目标过量空气系数的天然气发动机气质自学习装置及其使用方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种天然气发动机气质自学习装置，包括自学习启动条件判断模块、自学习模块，所述自学习模块用于校正目标过量空气系数，其输入端与自学习启动条件判断模块、发动机闭环系统的修正值和偏移系数计算模块、氧传感器的输出端电连。
所述装置还包括气瓶压力值和液位值检测模块、发动机低速小负荷工况判断模块，所述气瓶压力值和液位值检测模块、发动机低速小负荷工况判断模块的输出端均与自学习启动条件判断模块的输入端电连。
一种天然气发动机气质自学习装置的使用方法，依次包括以下步骤：
S1、所述自学习启动条件判断模块实时判断是否满足自学习启动条件，若是，执行S2；
S2、所述自学习模块先接收来自发动机闭环系统的修正值和偏移系数计算模块的信号以及氧传感器实测的当前目标过量空气系数，然后根据以下公式计算出校正后的目标过量空气系数：
Figure BDA0001269417480000021
其中，fac_1为修正值，fac_2为偏移系数，Lamda_desire为当前目标过量空气系数，Lamada_desire_new为校正后的目标过量空气系数。
所述装置还包括气瓶压力值和液位值检测模块、发动机低速小负荷工况判断模块，所述气瓶压力值和液位值检测模块、发动机低速小负荷工况判断模块的输出端均与自学习启动条件判断模块的输入端电连；
步骤S2中，所述自学习启动条件为：气瓶压力值或液位值上升且发动机在连续的设定时间T内处于低速小负荷工况。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种天然气发动机气质自学习装置包括自学习启动条件判断模块、自学习模块，自学习模块用于校正目标过量空气系数，其输入端与自学习启动条件判断模块、发动机闭环系统的修正值和偏移系数计算模块、氧传感器的输出端电连，使用时，自学习启动条件判断模块控制激活自学习模块，自学习模块则根据接收到的来自发动机闭环系统的修正值和偏移系数计算模块的信号以及氧传感器实测的当前目标过量空气系数计算出校正后的过量空气系数，闭环系统就会以校正后的过量空气系数作为目标值来进行闭环反馈控制，该设计实现了气质变化后对目标过量空气系数及时、有效的校正，使得发动机能够有效发挥其性能特性。因此，本发明实现了气质变化后对目标过量空气系数及时、有效的校正。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图中：自学习启动条件判断模块1、自学习模块2、发动机闭环系统的修正值和偏移系数计算模块3、氧传感器4、气瓶压力值和液位值检测模块5、发动机低速小负荷工况判断模块6。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，一种天然气发动机气质自学习装置，包括自学习启动条件判断模块1、自学习模块2，所述自学习模块2用于校正目标过量空气系数，其输入端与自学习启动条件判断模块1、发动机闭环系统的修正值和偏移系数计算模块3、氧传感器4的输出端电连。
所述装置还包括气瓶压力值和液位值检测模块5、发动机低速小负荷工况判断模块6，所述气瓶压力值和液位值检测模块5、发动机低速小负荷工况判断模块6的输出端均与自学习启动条件判断模块1的输入端电连。
一种天然气发动机气质自学习装置的使用方法，依次包括以下步骤：
S1、所述自学习启动条件判断模块1实时判断是否满足自学习启动条件，若是，执行S2；
S2、所述自学习模块2先接收来自发动机闭环系统的修正值和偏移系数计算模块3的信号以及氧传感器4实测的当前目标过量空气系数，然后根据以下公式计算出校正后的目标过量空气系数：
Figure BDA0001269417480000041
其中，fac_1为修正值，fac_2为偏移系数，Lamda_desire为当前目标过量空气系数，Lamada_desire_new为校正后的目标过量空气系数。
所述装置还包括气瓶压力值和液位值检测模块5、发动机低速小负荷工况判断模块6，所述气瓶压力值和液位值检测模块5、发动机低速小负荷工况判断模块6的输出端均与自学习启动条件判断模块1的输入端电连；
步骤S2中，所述自学习启动条件为：气瓶压力值或液位值上升且发动机在连续的设定时间T内处于低速小负荷工况。
本发明的原理说明如下：
自学习启动条件：当车辆在加气站进行燃气加注后，若使用的燃气为CNG，则气瓶的压力表会升高；若使用的是LNG，则气瓶的液位表会升高。当ECU再次上电后，对气瓶压力值和气瓶液位值进行检测，若气瓶压力值或气瓶液位值高于上次下电时的值一定范围，则认为当前车辆已进行了燃气的加注，即满足激活气质自学习的条件一；当车辆运行后，如果发动机在连续的设定时间T内处于低速小负荷工况(可使用相对进气充量和空气流量两个参数来作为阈值)，则认为满足激活气质自学习的条件二。当条件一、二都满足就会激活自学习模块2。
本发明所述修正值fac_1是指闭环控制中通过氧传感器反馈实测过量空气系数和目标过量空气系数的差别去修正燃料喷射量的一个系数，所述fac_2是fac_1经过一定条件的学习后的学习值。
实施例1：
参见图1，一种天然气发动机气质自学习装置，包括自学习启动条件判断模块1、自学习模块2、气瓶压力值和液位值检测模块5、发动机低速小负荷工况判断模块6，所述自学习启动条件判断模块1的输入端与气瓶压力值和液位值检测模块5、发动机低速小负荷工况判断模块6的输出端电连，所述自学习模块2用于校正目标过量空气系数，其输入端与自学习启动条件判断模块1、发动机闭环系统的修正值和偏移系数计算模块3、氧传感器4的输出端电连。
一种天然气发动机气质自学习装置的使用方法，依次包括以下步骤：
S1、所述自学习启动条件判断模块1实时判断是否满足自学习启动条件，若是，执行S2，其中，所述自学习启动条件为：气瓶压力值或液位值上升且发动机在连续的设定时间T内处于低速小负荷工况；
S2、所述自学习模块2先接收来自发动机闭环系统的修正值和偏移系数计算模块3的信号以及氧传感器4实测的当前目标过量空气系数，然后根据以下公式计算出校正后的目标过量空气系数：
Figure BDA0001269417480000051
其中，fac_1为修正值，fac_2为偏移系数，Lamda_desire为当前目标过量空气系数，Lamada_desire_new为校正后的目标过量空气系数。
为考察本发明方法的有效性，进行了以下试验：更换热值较低的气质后，若不采用本发明所述自学习方法，发动机的动力下降了15％；若使用本发明自学习方法校正目标过量空气系数，发动机的动力马上恢复。因此，本发明方法能够实现对目标过量空气系数及时、有效的校正。

Claims (2)

1.一种天然气发动机气质自学习装置的使用方法，其特征在于：
所述装置包括自学习启动条件判断模块（1）、自学习模块（2），所述自学习模块（2）用于校正目标过量空气系数，其输入端与自学习启动条件判断模块（1）、发动机闭环系统的修正值和偏移系数计算模块（3）、氧传感器（4）的输出端电连；
所述使用方法依次包括以下步骤：
S1、所述自学习启动条件判断模块（1）实时判断是否满足自学习启动条件，若是，执行S2；
S2、所述自学习模块（2）先接收来自发动机闭环系统的修正值和偏移系数计算模块（3）的信号以及氧传感器（4）实测的当前目标过量空气系数，然后根据以下公式计算出校正后的目标过量空气系数：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 447729DEST_PATH_IMAGE002
为修正值，是闭环控制中通过氧传感器反馈实测过量空气系数和目标过 量空气系数的差别去修正燃料喷射量的一个系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为偏移系数，
Figure 980341DEST_PATH_IMAGE004
为 当前目标过量空气系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为校正后的目标过量空气系数。
2.根据权利要求1所述的一种天然气发动机气质自学习装置的使用方法，其特征在于：
所述装置还包括气瓶压力值和液位值检测模块（5）、发动机低速小负荷工况判断模块（6），所述气瓶压力值和液位值检测模块（5）、发动机低速小负荷工况判断模块（6）的输出端均与自学习启动条件判断模块（1）的输入端电连；
步骤S1中，所述自学习启动条件为：气瓶压力值或液位值上升且发动机在连续的设定时间T内处于低速小负荷工况。
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