CN109209660A - 一种天然气发动机空燃比控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天然气发动机技术领域，尤其是一种天然气发动机空燃比控制系统，包括微控制器，所述微控制器通过导线连接有熄火器、点火执行单元、状态采集单元、电源、人机界面、故障诊断模块、存储器；所述故障诊断模块包括空燃比计算模块、气流量计算模块、扭矩计算模块，所述空燃比计算模块、气流量计算模块、扭矩计算模块通过导线共同连接有风机、节气门控制模块、电子调节阀、燃气控制阀、空气控制阀。本发明采用实时监控的方式对天然气发动机的运行进行监控，然后通过故障分析模块对其进行诊断，并且能够自动根据扭矩计算空燃比并进行自动控制，具有自动化程度高的优点。

Description

一种天然气发动机空燃比控制系统
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空燃比控制系统。
背景技术
自上世纪年代初期天然气发动机问世以来，经过八十年的发展，天然气发动机技术已日趋成熟，目前来看，大部分天然气发动机都是由现有的柴油机或者汽油机机型基础上改型而来的，另外由于目前天然气发动机应用领域广泛，技术水平上差距较大。虽然我国天然气发动机的发展较快，但在总体技术上与国外先进水平仍有不小的差距，这阻碍了我国天然气发动机的自主研发和更广泛的推广。
天然气的优点包括资源丰富、排放污染低、价格低廉等，日益受到重视，被认为是一种非常具有发展前景的燃料，大部分人都将天然气作为继煤、石油之后的世界上第三大能源，发挥着越来越重要的角色。其主要成分为甲烷，是一种气态燃料，能够与空气充分混合，因此其燃烧后基本没有微粒排放，燃烧后的CO生成量也很少；与其他化石类燃料相比较而言，在开采、生产、储藏、运输、使用等全生命周期内产生的污染物排放量最少，因此天然气又被人们称之为“清洁燃料”。
近年来，各发动机知名生产厂家、咨询公司及研究机构都针对天然气发动机的燃烧和排放特性、供给系统及控制、稀薄燃烧技术、天然气喷射技术以及天然气柴油双燃料发动机技术等展开了大量的理论和试验研究。现有技术中缺乏对天然气发动机工作状态进行监测的装置，不能根据实际的运行情况控制其空燃比。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在不能控制空燃比的缺点，而提出的一种天然气发动机空燃比控制系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种天然气发动机空燃比控制系统，包括微控制器，所述微控制器通过导线连接有熄火器、点火执行单元、状态采集单元、电源、人机界面、故障诊断模块、存储器，状态采集模块用于对天然气发动机的运行状况进行检测，采集到的数据传输给微控制器，然后通过故障诊断模块判断天然气发动机的运行是否存在故障，同时通过存储器对采集到的数据进行存储，判断的结果通过人机界面进行显示，熄火器和点火执行单元控制天然气发动机的启动和停止，从而在天然气发动机运行异常或者恢复正常的状况下，微控制器判断发出熄火和启动的指令；
所述故障诊断模块包括空燃比计算模块、气流量计算模块、扭矩计算模块，空燃比计算模块、气流量计算模块、扭矩计算模块分别用于计算当前工作状态下天然气发动机的空燃比、燃气流量、空气流量、扭矩大小，从而辅助判断是否存在故障的问题，所述空燃比计算模块、气流量计算模块、扭矩计算模块通过导线共同连接有风机、节气门控制模块、电子调节阀、燃气控制阀、空气控制阀，在判断天然气发动机运行正常的前提下，通过扭矩值推算所需要的空燃比，然后在根据理论空燃比的大小与实际测得值的大小进行比较，如果不一致则通过调节节气门控制模块、电子调节阀、燃气控制阀、空气控制阀来进行调整，风机用于调整进气量。
优选的，所述状态采集模块包括扭矩传感器、转速传感器、氧浓度传感器、进气压力传感器、爆震传感器，扭矩传感器、转速传感器、氧浓度传感器、进气压力传感器、爆震传感器分别对天然气发动机运行过程中的扭矩、转速、氧浓度进气压力、爆震值进行监测，进气压力传感器分别对空气的进气压力和燃气的进气压力进行监测，从而方便故障诊断模块判断天然气发动机运行是否存在异常。
优选的，所述状态采集模块还包括排气温度传感器、冷却水温传感器、油温传感器，所述微控制器通过导线与水冷却模块连接，水冷却模块采用循环冷却水对天然气发动机进行降温，当排气温度传感器、冷却水温传感器、油温传感器用于对排气温度、冷却水温度、油温进行检测，当温度较高时开启水冷却模块进行降温，当冷却水温度过高时进行报警，并关闭发动机。
优选的，所述微控制器通过导线连接有USB接口，通过USB数据线能够下载存储器中存储的发动机运行数据，从而便于通过其他设备进行观看。
本发明提出的一种天然气发动机空燃比控制系统，有益效果在于：本发明采用实时监控的方式对天然气发动机的运行进行监控，然后通过故障分析模块对其进行诊断，并且能够自动根据扭矩计算空燃比并进行自动控制，具有自动化程度高的优点。
附图说明
图1为本发明提出的一种天然气发动机空燃比控制系统的系统框图；
图2为本发明提出的一种天然气发动机空燃比控制系统的状态采集模块的系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-2，一种天然气发动机空燃比控制系统，包括微控制器，微控制器通过导线连接有熄火器、点火执行单元、状态采集单元、电源、人机界面、故障诊断模块、存储器，状态采集模块用于对天然气发动机的运行状况进行检测，采集到的数据传输给微控制器，然后通过故障诊断模块判断天然气发动机的运行是否存在故障，同时通过存储器对采集到的数据进行存储，判断的结果通过人机界面进行显示，熄火器和点火执行单元控制天然气发动机的启动和停止，从而在天然气发动机运行异常或者恢复正常的状况下，微控制器判断发出熄火和启动的指令；
故障诊断模块包括空燃比计算模块、气流量计算模块、扭矩计算模块，空燃比计算模块、气流量计算模块、扭矩计算模块分别用于计算当前工作状态下天然气发动机的空燃比、燃气流量、空气流量、扭矩大小，从而辅助判断是否存在故障的问题，空燃比计算模块、气流量计算模块、扭矩计算模块通过导线共同连接有风机、节气门控制模块、电子调节阀、燃气控制阀、空气控制阀，在判断天然气发动机运行正常的前提下，通过扭矩值推算所需要的空燃比，然后在根据理论空燃比的大小与实际测得值的大小进行比较，如果不一致则通过调节节气门控制模块、电子调节阀、燃气控制阀、空气控制阀来进行调整，风机用于调整进气量。
状态采集模块包括扭矩传感器、转速传感器、氧浓度传感器、进气压力传感器、爆震传感器，扭矩传感器、转速传感器、氧浓度传感器、进气压力传感器、爆震传感器分别对天然气发动机运行过程中的扭矩、转速、氧浓度进气压力、爆震值进行监测，进气压力传感器分别对空气的进气压力和燃气的进气压力进行监测，从而方便故障诊断模块判断天然气发动机运行是否存在异常。
状态采集模块还包括排气温度传感器、冷却水温传感器、油温传感器，微控制器通过导线与水冷却模块连接，水冷却模块采用循环冷却水对天然气发动机进行降温，当排气温度传感器、冷却水温传感器、油温传感器用于对排气温度、冷却水温度、油温进行检测，当温度较高时开启水冷却模块进行降温，当冷却水温度过高时进行报警，并关闭发动机。
微控制器通过导线连接有USB接口，通过USB数据线能够下载存储器中存储的发动机运行数据，从而便于通过其他设备进行观看。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种天然气发动机空燃比控制系统，包括微控制器，其特征在于：所述微控制器通过导线连接有熄火器、点火执行单元、状态采集单元、电源、人机界面、故障诊断模块、存储器，状态采集模块用于对天然气发动机的运行状况进行检测，采集到的数据传输给微控制器，然后通过故障诊断模块判断天然气发动机的运行是否存在故障，同时通过存储器对采集到的数据进行存储，判断的结果通过人机界面进行显示，熄火器和点火执行单元控制天然气发动机的启动和停止，从而在天然气发动机运行异常或者恢复正常的状况下，微控制器判断发出熄火和启动的指令；
所述故障诊断模块包括空燃比计算模块、气流量计算模块、扭矩计算模块，空燃比计算模块、气流量计算模块、扭矩计算模块分别用于计算当前工作状态下天然气发动机的空燃比、燃气流量、空气流量、扭矩大小，从而辅助判断是否存在故障的问题，所述空燃比计算模块、气流量计算模块、扭矩计算模块通过导线共同连接有风机、节气门控制模块、电子调节阀、燃气控制阀、空气控制阀，在判断天然气发动机运行正常的前提下，通过扭矩值推算所需要的空燃比，然后在根据理论空燃比的大小与实际测得值的大小进行比较，如果不一致则通过调节节气门控制模块、电子调节阀、燃气控制阀、空气控制阀来进行调整，风机用于调整进气量。
2.根据权利要求1所述的一种天然气发动机空燃比控制系统，其特征在于：所述状态采集模块包括扭矩传感器、转速传感器、氧浓度传感器、进气压力传感器、爆震传感器，扭矩传感器、转速传感器、氧浓度传感器、进气压力传感器、爆震传感器分别对天然气发动机运行过程中的扭矩、转速、氧浓度进气压力、爆震值进行监测，进气压力传感器分别对空气的进气压力和燃气的进气压力进行监测，从而方便故障诊断模块判断天然气发动机运行是否存在异常。
3.根据权利要求2所述的一种天然气发动机空燃比控制系统，其特征在于：所述状态采集模块还包括排气温度传感器、冷却水温传感器、油温传感器，所述微控制器通过导线与水冷却模块连接，水冷却模块采用循环冷却水对天然气发动机进行降温，当排气温度传感器、冷却水温传感器、油温传感器用于对排气温度、冷却水温度、油温进行检测，当温度较高时开启水冷却模块进行降温，当冷却水温度过高时进行报警，并关闭发动机。
4.根据权利要求1所述的一种天然气发动机空燃比控制系统，其特征在于：所述微控制器通过导线连接有USB接口，通过USB数据线能够下载存储器中存储的发动机运行数据，从而便于通过其他设备进行观看。
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