CN108317015A - 一种天然气发动机瞬态补偿控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气发动机瞬态补偿控制系统及控制方法，控制系统包括与发动机ECU电连接的节气门位置传感器和进气歧管压力传感器，发动机ECU包括TPS微分补偿模块，MAP微分补偿模块和补偿量确定模块；控制方法为TPS微分补偿模块和MAP微分补偿模块分别基于预先设定的参数和节气门位置传感器和进气歧管压力传感器传送的信号，对增压空气量进行补偿获得TPS增压空气补偿流量和MAP增压空气补偿流量，补偿量确定模块对二者进行核对，确定最终增压空气补偿流量和燃料喷射量。本发明通过瞬态补偿功能来满足瞬态时发动机负荷变化对燃料或增压空气量的需求，提高发动机性能，改善了瞬态响应性和尾气排放性能。

Description

一种天然气发动机瞬态补偿控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于天然气发动机控制技术领域，尤其是涉及一种能满足瞬态时发动机负荷变化对燃料或增压空气流量需求的天然气发动机瞬态补偿控制系统及控制方法。

背景技术

天然气发动机通过电子节气门控制增压空气，增压空气与燃料控制阀喷射的天燃气，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。当发动机工作于稳态工况时，流经电子节气门的空气流量与流入进气门的空气流量相等，然而，当发动机工作于瞬态(急加速和急减速)工况时，此时的电子节气门开度急速变化，通过进气歧管进入气缸内的增压空气流量会突增或者突减，且因电子节气门的节流作用会使进气歧管内的增压空气流量正向减少或反向增大更严重，导致发动机在急加速时燃料浓度会过稀，不能满足瞬态工况时的发动机正常负荷对燃料的需求，最终使发动机出现动力不足和瞬态响应差等问题；在急减速时燃料浓度会过浓，不能满足瞬态工况时的发动机正常负荷对燃料的需求，最终使发动机瞬态响应变差且尾气排放变差。

目前，大多数的天然气发动机通过修正空燃比和氧化还原处理尾气来满足发动机正常负荷对燃料的需求及改善尾气的排放，但是控制逻辑较为复杂且精确度不高，导致瞬态工况时的响应效果不佳。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明解决的技术问题是，提供一种天然气发动机瞬态补偿控制系统，以满足瞬态工况时发动机负荷变化对燃料或增压空气流量的需求，提高瞬态响应性及改善尾气排放。

作为同一个技术构思，本发明所解决的另一个技术问题是，提供一种天然气发动机瞬态补偿控制方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种天然气发动机瞬态补偿控制系统，包括：与发动机ECU电连接的节气门位置传感器和进气歧管压力传感器，所述发动机ECU包括，TPS微分补偿模块，其根据所述节气门位置传感器传送的节气门开度变化率和与之相对应的节气门变化率修正因子确定TPS增压空气补偿流量；

MAP微分补偿模块，其根据所述进气歧管压力传感器传送的进气歧管内增压压力变化率和与之相对应的增压压力变化率修正因子确定MAP增压空气补偿流量；

补偿量确定模块，其通过核对选择所述TPS增压空气补偿流量和所述MAP增压空气补偿流量确定最终增压空气补偿流量。

进一步，所述补偿量确定模块，与所述MAP微分补偿模块和所述TPS微分补偿模块均电连接，其基于所述最终增压空气补偿流量和标定的空燃比确定出实际燃料喷射量。

为解决上述第二个技术问题，本发明所采用的技术方案是：

利用上述天然气发动机瞬态补偿控制系统实现的控制方法，包括：

在发动机ECU中预先设定无补偿时增压压力变化率、增压压力变化率修正因子、无补偿时节气门开度变化率、节气门变化率修正因子以及空燃比；

获取节气门位置传感器传送的节气门开度变化率和进气歧管压力传感器传送的进气歧管内增压压力变化率；

判断发动机工作状态是否处于瞬态工况，当处于瞬态工况时：

MAP微分补偿模块将所述进气歧管内增压压力变化率与所述无补偿时增压压力变化率进行核对，核对后的增压压力变化率与所述增压压力变化率修正因子相乘得到MAP增压空气补偿流量；

TPS微分补偿模块将所述节气门开度变化率与所述无补偿时节气门开度变化率进行核对，核对后的开度变化率、所述节气门变化率修正因子、大气压力与进气歧管内增压压力的差，三者相乘，得到TPS增压空气补偿流量；

补偿量确定模块通过核对选择所述MAP增压空气补偿流量和所述TPS增压空气补偿流量，得到最终增压空气补偿流量；

补偿量确定模块根据所述空燃比和所述最终增压空气补偿流量可以得到实际燃料喷射量。

进一步，若所述进气歧管内增压压力变化率不等于所述无补偿时增压压力变化率时，所述核对后的增压压力变化率为所述进气歧管内增压压力变化率；否则，若所述进气歧管内增压压力变化率等于所述无补偿时增压压力变化率时，所述核对后的增压压力变化率为0。

进一步，若所述节气门开度变化率大于所述无补偿时节气门开度变化率时，所述核对后的开度变化率为所述节气门开度变化率；否则，若所述节气门开度变化率小于或等于所述无补偿时节气门开度变化率时，所述核对后的开度变化率为0。

进一步，若所述MAP增压空气补偿流量大于等于0时，所述最终增压空气补偿流量为所述MAP增压空气补偿流量和所述TPS增压空气补偿流量二者中的大值；否则，若所述MAP增压空气补偿流量小于0时，所述最终增压空气补偿流量为所述MAP增压空气补偿流量。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

瞬态工况下，电子节气门先动作，进气歧管内增压压力跟随动作，TPS微分补偿模块和MAP微分补偿模块基于节气门位置传感器和进气歧管压力传感器传送的信号，按照相应的补偿策略对急剧增大或急剧减小的进气增压压力提供迅速的燃料加浓或燃料减稀补偿，即对增压空气流量或燃料喷射量补偿，在不改变预先设定的空燃比的前提下使最终修正的实际燃料喷射量或增压空气流量更精确，且能够快速且更有效地响应发动机负荷变化，提高发动机性能，改善了瞬态响应性及尾气排放性能。

相对于修正空燃比和氧化还原处理尾气的控制方法而言，本发明的控制逻辑简单、精确度高，瞬态响应好。

附图说明

图1是本发明天然气发动机瞬态补偿控制系统的结构框图；

图2是本发明天然气发动机瞬态补偿控制逻辑示意图；

图中：1-进气歧管内增压压力变化率，2-无补偿时增压压力变化率，3-节气门开度变化率，4-无补偿时节气门开度变化率，5-增压压力变化率修正因子，6-MAP增压空气补偿流量，7-节气门变化率修正因子；8-TPS增压空气补偿流量；9-最终增压空气补偿流量；10-大气压力；11-进气歧管内增压压力。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细的说明。

如图1结合图2所示，天然气发动机瞬态补偿控制系统，包括与发动机ECU电连接的节气门位置传感器(简称TPS)和进气歧管压力传感器(简称MAP)，节气门位置传感器即TPS安装在电子节气门上，进气歧管压力传感器即MAP安装在进气歧管上，具体安装位置与现有技术相同，在此不做赘述。

发动机ECU包括TPS微分补偿模块，MAP微分补偿模块和补偿量确定模块。

TPS微分补偿模块根据节气门位置传感器传送的节气门开度变化率3和与此时节气门开度变化率3相对应的节气门变化率修正因子7确定出TPS增压空气补偿流量8。

MAP微分补偿模块根据进气歧管压力传感器传送的进气歧管内增压压力变化率1和与此时进气歧管内增压压力变化率1相对应的增压压力变化率修正因子5确定MAP增压空气补偿流量6。

补偿量确定模块，补偿量确定模块与TPS微分补偿模块和MAP微分补偿模块均电连接，即补偿量确定模块，通过核对选择TPS增压空气补偿流量8和MAP增压空气补偿流量6确定出最终增压空气补偿流量9，再基于最终增压空气补偿流量9和标定的空燃比确定出实际燃料喷射量。

发动机ECU根据接收到的补偿量确定模块传送的数据，进而控制电子节气门和燃料喷射阀按照相应的数据执行对进气量和燃料喷射量的管控。

具体如图2所示，基于上述的天然气发动机瞬态补偿控制系统的控制方法，具体步骤如下：

在发动机ECU中预先设定无补偿时增压压力变化率2、增压压力变化率修正因子5、无补偿时节气门开度变化率4、节气门变化率修正因子7以及空燃比；(该预先设定的参数都是通过发动机台架试验获得，直接输入存储于发动机ECU中，便于调用)。

发动机ECU获取节气门位置传感器传送的节气门开度变化率3和进气歧管压力传感器传送的进气歧管内增压压力变化率1；

判断发动机工作状态是否处于瞬态工况(可以根据节气门的开度，发动机的转速或其他传感器传送的信号来判断发动机工作状态)，当处于瞬态工况时：

发动机ECU基于MAP微分补偿策略进行补偿，将进气歧管内增压压力变化率1与预先设定的无补偿时增压压力变化率2进行核对，核对后的增压压力变化率与增压压力变化率修正因子5相乘得到MAP增压空气补偿流量6；若进气歧管内增压压力变化率1大于或小于无补偿时增压压力变化率2时，进气歧管内增压压力变化率2为核对后的增压压力变化率，则MAP增压空气补偿流量6＝进气歧管内增压压力变化率1×增压压力变化率修正因子5；否则进气歧管内增压压力变化率1等于无补偿时增压压力变化率2时，则核对后的增压压力变化率为0(数值)，则MAP增压空气补偿流量6＝0；

发动机ECU基于TPS微分补偿策略进行补偿，将节气门开度变化率3与预先设定的无补偿时节气门开度变化率4进行核对，核对后的开度变化率与节气门变化率修正因子7、大气压力10与进气歧管内增压压力11的差，三者相乘得到TPS增压空气补偿流量8；若节气门开度变化率3大于无补偿时节气门开度变化率4时，节气门开度变化率3为核对后的开度变化率，则TPS增压空气补偿流量8＝节气门开度变化率3×节气门变化率修正因子7×(大气压力10-进气歧管内增压压力11)；否则节气门开度变化率3小于或等于无补偿时节气门开度变化率4时，则核对后的开度变化率为0(数值)，则TPS增压空气补偿流量8＝0；

发动机ECU通过核对选择MAP增压空气补偿流量6和TPS增压空气补偿流量8，得到最终增压空气补偿流量9；若MAP增压空气补偿流量6大于等于0时，MAP增压空气补偿流量6和TPS增压空气补偿流量8中的最大值为最终增压空气补偿流量9；否则MAP增压空气补偿流量6小于0时，MAP增压空气补偿流量6为最终增压空气补偿流量9；

发动机ECU根据预先设定的空燃比和最终增压空气补偿流量9可以得到实际燃料喷射量；将最终增压空气补偿流量9加上正常进气量(稳态工况下的进气量)得到补偿后的进气量，在通过预先设定的空燃比和补偿后的进气量得到实际燃料喷射量。

发动机ECU根据补偿后的进气量和实际燃料喷射量的数值，控制电子节气门和燃料喷射阀执行对进气量和燃料喷射量的管控。

综上所述，本发明是通过瞬态补偿功能来满足瞬态时发动机负荷变化对燃料或增压空气量的需求，提高发动机性能，特别是改善瞬态响应性及改善尾气排放性能。

以上所述为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瞬态补偿控制系统及控制方法的改进，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种天然气发动机瞬态补偿控制系统，包括：与发动机ECU电连接的节气门位置传感器和进气歧管压力传感器，其特征在于，所述发动机ECU包括，

TPS微分补偿模块，其根据所述节气门位置传感器传送的节气门开度变化率和与之相对应的节气门变化率修正因子确定TPS增压空气补偿流量；

MAP微分补偿模块，其根据所述进气歧管压力传感器传送的进气歧管内增压压力变化率和与之相对应的增压压力变化率修正因子确定MAP增压空气补偿流量；

补偿量确定模块，与所述MAP微分补偿模块和所述TPS微分补偿模块均电连接，其通过核对选择所述TPS增压空气补偿流量和所述MAP增压空气补偿流量确定最终增压空气补偿流量。

2.如权利要求1所述的天然气发动机瞬态补偿控制系统，其特征在于，所述补偿量确定模块，其基于所述最终增压空气补偿流量和标定的空燃比确定出实际燃料喷射量。

3.一种天然气发动机瞬态补偿控制方法，其特征在于，包括：

在发动机ECU中预先设定无补偿时增压压力变化率、增压压力变化率修正因子、无补偿时节气门开度变化率、节气门变化率修正因子以及空燃比；

获取节气门位置传感器传送的节气门开度变化率和进气歧管压力传感器传送的进气歧管内增压压力变化率；

判断发动机工作状态是否处于瞬态工况，当处于瞬态工况时：

MAP微分补偿模块将所述进气歧管内增压压力变化率与所述无补偿时增压压力变化率进行核对，核对后的增压压力变化率与所述增压压力变化率修正因子相乘得到MAP增压空气补偿流量；

TPS微分补偿模块将所述节气门开度变化率与所述无补偿时节气门开度变化率进行核对，核对后的开度变化率、所述节气门变化率修正因子、大气压力与进气歧管内增压压力的差，三者相乘，得到TPS增压空气补偿流量；

补偿量确定模块通过核对选择所述MAP增压空气补偿流量和所述TPS增压空气补偿流量，得到最终增压空气补偿流量；

补偿量确定模块根据所述空燃比和所述最终增压空气补偿流量可以得到实际燃料喷射量。

4.如权利要求3所述的天然气发动机瞬态补偿控制方法，其特征在于，

若所述进气歧管内增压压力变化率不等于所述无补偿时增压压力变化率时，所述核对后的增压压力变化率为所述进气歧管内增压压力变化率；

否则，若所述进气歧管内增压压力变化率等于所述无补偿时增压压力变化率时，所述核对后的增压压力变化率为0。

5.如权利要求3所述的天然气发动机瞬态补偿控制方法，其特征在于，

若所述节气门开度变化率大于所述无补偿时节气门开度变化率时，所述核对后的开度变化率为所述节气门开度变化率；

否则，若所述节气门开度变化率小于或等于所述无补偿时节气门开度变化率时，所述核对后的开度变化率为0。

6.如权利要求3所述的天然气发动机瞬态补偿控制方法，其特征在于，

若所述MAP增压空气补偿流量大于等于0时，所述最终增压空气补偿流量为所述MAP增压空气补偿流量和所述TPS增压空气补偿流量二者中的大值；

否则，若所述MAP增压空气补偿流量小于0时，所述最终增压空气补偿流量为所述MAP增压空气补偿流量。