CN110067684B - 一种双燃料发动机高负荷工况燃烧稳定性的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双燃料发动机高负荷工况燃烧稳定性的控制方法，当达到触发条件，实施油门调控策略，通过该调控燃气油门齿条和燃油油门齿条的比例或数量进行调节，并根据需要增加负荷限制的调控策略。通过该控制方法，可以有效改善双燃料发动机的燃烧稳定性，确保主机即使在工作环境和天然气品质不佳时，也可以稳定保持高负荷运转。

Description

一种双燃料发动机高负荷工况燃烧稳定性的控制方法
技术领域
本发明涉及双燃料发动机，尤其涉及一种双燃料发动机高负荷工况燃烧稳定性的控制方法。
背景技术
随着国际贸易和船舶运输的发展，以石油产品为燃料的船舶柴油机的废气排放对当前环境的污染越来越严重，为了实现节能减排，船用双燃料发动机技术获得了越来越多的关注。船舶低速双燃料发动机是指不仅可以使用燃油(柴油/重油)作为燃料，同时也能采用燃气(天然气)作为燃料的船舶主机。
对于采用Otto循环的双燃料发动机，其工作原理是低压天然气(1.6MPa以下)在发动机压缩行程直接进入缸套和扫气空气进行预混合，当压缩行程到达上止点附近后，通过点燃混合气体并燃烧做功。由于采用Otto循环，发动机的燃烧稳定性受到了工作环境和天然气品质等的制约。当环境空气湿热时，进入到缸套的扫气量将显著减少，空燃比降低，混合气体爆燃倾向在发动机高负荷运转时将显著增加；而当天然气品质不佳，甲烷值偏低时，混合气体的爆燃倾向在发动机高负荷运转时也将显著增加，最终将导致发动机出现爆震，油耗增加等情况，迫使发动机必须降低负荷运转。
公开于该背景技术部分的信息仅仅指在增加对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双燃料发动机高负荷工况燃烧稳定性的控制方法。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种双燃料发动机高负荷工况燃烧稳定性的控制方法，包括：
步骤一，绘制气缸压力限制曲线，通过气缸压力传感器采集双燃料发动机在标态下各负荷的气缸压力曲线，并以此作为基础在控制系统内标定双燃料发动机各负荷的气缸压力限值曲线；
步骤二，气缸燃烧动态监测，通过气缸压力触感器动态监测双燃料发动机的气缸实时压力值，并将气缸实时压力值输送给控制系统，控制系统判定气缸实时压力值是否达到触发条件，若未达到触发条件，则保持当前运行状态并持续动态监测，若达到触发条件，则进入下一步；
步骤三，判定是否开启动态油门控制，当判定执行动态油门控制时，通过动态调节燃气油门齿条与燃油油门齿条的比例数以稳定气缸燃烧稳定性，并持续对气缸持续动态监测。
优选的，在步骤一中，在标态下各负荷的气缸压力曲线的基础上，增加一定裕度值后作为气缸压力限值曲线。
优选的，步骤二中的触发条件为气缸实时压力值短时触发气缸压力限值曲线多次或持续超过气缸压力限制曲线对应限值一定时间。
优选的，当双燃料发动机处于稳定运转工况时达到触发条件，则燃气油门齿条按照百分比自动减少，同时燃油油门齿条按照百分比自动增加，以使得双燃料发动机总的燃料消耗量保持稳定，发动机保持稳定负荷进行功率输出。
优选的，当发动机当前转速小于控制指令转速时，实施相应的动态油门调控。
优选的，当双燃料发动机处于负荷提升工况时达到触发条件，则燃气油门齿条按照当前状态锁定，燃油油门齿条随着发动机负荷增加相应增加，以保证双燃料发动机的升功率响应；若发动机升功率结束后仍达到触发条件，则燃气油门齿条按照百分比自动减少，同时燃油油门齿条按照百分比自动增加。
优选的，当发动机当前转速大于控制指令转速时，实施相应的动态油门调控。
优选的，在双燃料发动机上增设气缸爆震传感器作为辅助的信号采集点，当爆震传感器触发时控制方法达到触发条件。
优选的，当达到触发条件但选择关闭油门动态控制时，对应当前气缸压力限值曲线增加发动机的负荷限制，根据需要选择关闭负荷限制或保持现状。
优选的，当选择为关闭负荷限制时，增加燃气油门齿条；当选择开启负荷限制即保持现状时，保持燃气油门齿条。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过该控制方法，可以有效改善双燃料发动机的燃烧稳定性，确保主机即使在工作环境和天然气品质不佳时，也可以稳定保持高负荷运转。
附图说明
图1为本发明控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种双燃料发动机高负荷工况燃烧稳定性的控制方法，包括：
步骤一，绘制气缸压力限制曲线，通过气缸压力传感器采集双燃料发动机在标态下各负荷的气缸压力曲线，并以此作为基础在控制系统内标定双燃料发动机各负荷的气缸压力限值曲线。
在气缸压力限制曲线时，在标态下各负荷的气缸压力曲线的基础上，可增加一定裕度值后作为气缸压力限值曲线，以提高控制的稳定性。
步骤二，气缸燃烧动态监测，通过气缸压力触感器动态监测双燃料发动机的气缸实时压力值，并将气缸实时压力值输送给控制系统，控制系统判定气缸实时压力值是否达到触发条件，若未达到触发条件，则保持当前运行状态并持续动态监测，若达到触发条件，则进入下一步。
其中，触发条件为：气缸实时压力值短时触发气缸压力限值曲线多次，或气缸实时压力值持续超过气缸压力限制曲线对应限值一定时间。该一定时间可为单位时间秒，分钟，也可为发动机所有气缸按照燃烧做功顺序依次完成一个周期的时间。
步骤三，判定是否开启动态油门控制，当判定执行动态油门控制时，通过动态调节燃气油门齿条与燃油油门齿条的比例数以稳定气缸燃烧稳定性，并持续对气缸持续动态监测。
动态油门控制策略如下。
当双燃料发动机处于稳定运转工况时达到触发条件，则燃气油门齿条按照百分比自动减少，同时燃油油门齿条按照百分比自动增加，以使得双燃料发动机总的燃料消耗量保持稳定，发动机保持稳定负荷进行功率输出。
同时，若当发动机当前转速小于控制指令转速时，实施相应的动态油门调控。
当双燃料发动机处于负荷提升工况时达到触发条件，则燃气油门齿条按照当前状态锁定，燃油油门齿条随着发动机负荷增加相应增加，以保证双燃料发动机的升功率响应；若发动机升功率结束后仍达到触发条件，则燃气油门齿条按照百分比自动减少，同时燃油油门齿条按照百分比自动增加。
同时，若当发动机当前转速大于控制指令转速时，实施相应的动态油门调控。
进一步的，在双燃料发动机上增设气缸爆震传感器作为辅助的信号采集点，当爆震传感器触发时控制方法达到触发条件。
根据气缸压力限值曲线，可增加相应发动机负荷限制，也即在本控制方法关闭的情况下，当发动机提升负荷过程中监测到气缸压力触发气缸压力限值曲线时，在控制界面弹出表述内容为负荷限制的提示框，发动机拒绝进一步提升功率，使用者可以根据需要选择关闭负荷限制或保持现状。
即在控制策略上体现为：当达到触发条件但选择关闭油门动态控制时，对应当前气缸压力限值曲线增加发动机的负荷限制，根据需要选择关闭负荷限制或保持现状。具体的，当选择为关闭负荷限制时，增加燃气油门齿条；当选择开启负荷限制即保持现状时，保持燃气油门齿条。
与其他改善燃烧稳定性的控制方法相比，本发明具有下列优点：
1、有效改善双燃料发动机燃烧稳定性，通过直接补充燃油减少燃气，避免混合气体的爆燃倾向加剧，确保发动机的稳定输出或功率响应，改变采用Otto循环双燃料发动机在恶劣工况下必须降功率使用的情况。
2、无需额外增加硬件设备，采用发动机现有的气缸压力传感器和控制模块即可实现本控制方法；控制程序简单，不涉及更改主机控制系统，可以作为发动机控制系统插件功能实现。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双燃料发动机高负荷工况燃烧稳定性的控制方法，包括：
步骤一，绘制气缸压力限值曲线，通过气缸压力传感器采集双燃料发动机在标态下各负荷的气缸压力曲线，并以此作为基础在控制系统内标定双燃料发动机各负荷的气缸压力限值曲线；其中，在标态下各负荷的气缸压力曲线的基础上，增加一定裕度值后作为气缸压力限值曲线；
步骤二，气缸燃烧动态监测，通过气缸压力传感器动态监测双燃料发动机的气缸实时压力值，并将气缸实时压力值输送给控制系统，控制系统判定气缸实时压力值是否达到触发条件，若未达到触发条件，则保持当前运行状态并持续动态监测，若达到触发条件，则进入下一步；
步骤三，判定是否开启动态油门控制，当判定执行动态油门控制时，通过动态调节燃气油门齿条与燃油油门齿条的比例数以稳定气缸燃烧稳定性，并持续对气缸持续动态监测。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：步骤二中的触发条件为气缸实时压力值短时触发气缸压力限值曲线多次或持续超过气缸压力限值曲线对应限值一定时间。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：当双燃料发动机处于稳定运转工况时达到触发条件，则燃气油门齿条按照百分比自动减少，同时燃油油门齿条按照百分比自动增加，以使得双燃料发动机总的燃料消耗量保持稳定，发动机保持稳定负荷进行功率输出。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：当发动机当前转速小于控制指令转速时，实施相应的动态油门调控。
5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：当双燃料发动机处于负荷提升工况时达到触发条件，则燃气油门齿条按照当前状态锁定，燃油油门齿条随着发动机负荷增加相应增加，以保证双燃料发动机的升功率响应；若发动机升功率结束后仍达到触发条件，则燃气油门齿条按照百分比自动减少，同时燃油油门齿条按照百分比自动增加。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：当发动机当前转速大于控制指令转速时，实施相应的动态油门调控。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：在双燃料发动机上增设气缸爆震传感器作为辅助的信号采集点，当爆震传感器触发时控制方法达到触发条件。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：当达到触发条件但选择关闭油门动态控制时，对应当前气缸压力限值曲线增加发动机的负荷限制，根据需要选择关闭负荷限制或保持现状。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：当选择为关闭负荷限制时，增加燃气油门齿条；当选择开启负荷限制即保持现状时，保持燃气油门齿条。
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