CN110925107B - 一种燃气发电发动机燃料闭环控制方法 - Google Patents

一种燃气发电发动机燃料闭环控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃气发电发动机燃料闭环控制方法，涉及发动机领域，通过获取发动机运行负荷和每缸排气温度，并根据运行负荷和每缸排气温度查找台架标定的排气温度map表，获取基础燃气浓度；再根据发动机运行工况查找燃气浓度修正因子，再将基础燃气浓度与燃气浓度修正因子相乘，计算出燃气浓度；让实时燃气浓度以预设定燃气浓度为目标，通过控制进入混合器的燃气量，实现燃气量的闭环控制。可见，本发明的燃气发电发动机燃料闭环控制方法，以发动机可靠控制指标排气温度为采集对象，有效增强发动机可靠性的控制准确性，在未增加硬件结构的基础之上，实现了发动机高效燃料控制，加强了发动机燃烧状态监控，提高发动机可靠性降低维护成本。

Description

一种燃气发电发动机燃料闭环控制方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种燃气发电发动机燃料闭环控制方法。
背景技术
燃气发电发动机运行转速恒定，主要应用于气源充足的区域，气源差异大，目前发动机的燃料控制方式主要是基于排气氧浓度的闭环控制，然而由于氧传感器本身特性的局限，在沼气、生物质气等劣质气的应用中故障率非常高，造成维护保养成本高，若故障未及时发现易造成发动机爆震、拉缸等严重后果。
发明内容
针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种燃气发电发动机燃料闭环控制方法，实现了发动机高效燃料控制，加强了发动机燃烧状态监控，提高发动机可靠性降低维护成本。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种燃气发电发动机燃料闭环控制方法，包括以下步骤：
步骤一、获取发动机运行负荷、每缸排气温度；
步骤二、根据运行负荷和每缸排气温度查找台架标定的排气温度map表，获取基础燃气浓度；
步骤三、根据发动机运行工况查找燃气浓度修正因子；
步骤四、将基础燃气浓度与燃气浓度修正因子相乘，积为实时燃气浓度；
步骤五、实时燃气浓度以预设定燃气浓度为目标，通过控制进入混合器的燃气量，实现燃气量的闭环控制。
优选方式为，所述步骤三，具体包括以下步骤：
获取点火提前角；
根据运行负荷和点火提前角查找点火角修正map表，得到第一修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子。
优选方式为，所述步骤三，还包括以下步骤：
获取发动机水温；
根据发动机水温查找水台架标定的水温修正曲线，得到第二修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子与第二修正因子的积。
优选方式为，所述步骤三，还包括以下步骤：
获取排气背压；
根据排气背压查找台架标定的排气背压修正曲线，得到第三修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子、第二修正因子及第三修正因子的积。
优选方式为，所述步骤三，还包括以下步骤：
获取进气温度；
根据进气温度查找台架标定的进气温度修正曲线，得到第四修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子、第二修正因子、第三修正因子及第四修正因子的积。
优选方式为，所述步骤三，还包括以下步骤：
获取燃料热值；
根据燃料热值查找台架标定的燃料热值修正曲线，得到第五修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子、第二修正因子、第三修正因子、第四修正因子及第五修正因子的积。
优选方式为，所述步骤一，还包括以下步骤：
判断每缸排气温度是否在对应的预设定温度范围内；
如果是，则排气温度为排气温度平均值；
如果否，则排气温度为对应的预设定排气温度。
优选方式为，如果排气温度不在对应的预设定排气温度范围内；
则，置气缸温度故障标志位为1，启动计时；
计时时间到后，再判断排气温度是否在对应的预设定排气温度范围内，如果否，则报错。
优选方式为，还包括步骤六：
获取涡轮后总排气温度；
判断涡轮后总排气温度是否在预设定温度范围内；
如果否，置总排气温度故障标志位为1，并启动计时；
计时时间到后，再判断涡轮后总排气温度是否在预设定温度范围内；
如果否，则报错。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：
由于本发明的燃气发电发动机燃料闭环控制方法，通过获取发动机运行负荷和每缸排气温度，并根据运行负荷和每缸排气温度查找台架标定的排气温度map表，获取基础燃气浓度；根据发动机运行工况查找燃气浓度修正因子，再将基础燃气浓度与燃气浓度修正因子相乘，计算出实时燃气浓度；让实时燃气浓度以预设定燃气浓度为目标，通过控制进入混合器的燃气量，实现燃气量的闭环控制。可见，本发明的燃气发电发动机燃料闭环控制方法，以发动机可靠控制指标排气温度为采集对象，有效增强发动机可靠性的控制准确性，在未增加硬件结构的基础之上，实现了发动机高效燃料控制，加强了发动机燃烧状态监控，提高发动机可靠性降低维护成本。
由于如果排气温度不在对应的预设定气缸温度范围内；则，置气缸温度故障标志位为1，启动计时；计时时间到后，再判断排气温度是否在对应的预设定温度范围内，如果否，则报错；通过此步骤实现了单缸排气温度的监控，提高了发动机运行的可靠性。
由于还包括步骤六：获取涡轮后总排气温度；判断涡轮后总排气温度是否在预设定温度范围内；如果否，置总排气温度故障标志位为1，并启动计时；计时时间到后，再判断涡轮后总排气温度是否在预设定温度范围内；如果否，则报错；通过此步骤实现了排气总温度的监控，进一步提高了发动机运行的可靠性。
附图说明
图1是本发明燃气发电发动机燃料闭环控制方法的原理结构示意图；
图2是本发明的燃气浓度修正的逻辑关系图；
图3是每缸排气温度监控的流程图；
图4是涡轮总排气温度监控的流程图；
图中：1-空气滤清器，2-燃气混合器，3-废气涡轮增压器，4-中冷器，5-节气门前压力温度传感器，6-节气门，7-节气门后压力温度传器，8-进气管，9-点火线圈，10-火花塞，11-燃烧室，12-排气歧管温度传感器，13-排气管，14-排气总管温度传感器，15-催化器前氧传感器，16-催化器，17-催化器后氧传感器，18-电控单元。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，一种燃气发电发动机燃料闭环控制方法，包括以下步骤：
步骤一、获取发动机运行负荷pA_M、每缸排气温度T1；
步骤二、根据运行负荷pA_M和每缸排气温度T1查找台架标定的排气温度map表（T1_map），获取基础燃气浓度ph_B；
步骤三、根据发动机运行工况查找燃气浓度修正因子；
步骤四、将基础燃气浓度ph_B与燃气浓度修正因子相乘，积为实时燃气浓度ph_C；
步骤五、实时燃气浓度ph_C以预设定燃气浓度为目标，通过控制进入混合器的燃气量，实现燃气量的闭环控制。
本发明在同一基准状况下，燃气发动机在同一转速、负荷、燃气浓度、点火角度工况下，发动机排温恒定，通过台架试验可测得不同燃气浓度、不同工况下排气温度T1，建立排气温度map表（T1_map），通过实时测量的发动机每缸排气温度T1和运行负荷pA_M，查找排气温度map表（T1_map），获取基础燃气浓度ph_B，再根据发动机运行工况获取燃气浓度修正因子，最终计算处实时燃气浓度ph_C，以预设定燃气浓度为目标，通过控制燃气进入混合器的量实现对燃气量的闭环控制。同时排气温度T1作为发动机运转可靠性的重要指标，以排温为控制目标，实现基于排温的发动机可靠性保护控制。
如图1所示，本发明的系统构造为：空气经过空气滤清器1过滤后，在燃气混合器2中与定量的燃气混合行程均匀的燃气混合气，燃气混合气经过废气涡轮增压器3的增压后温度变高，经过中冷器4冷却，通过节气门6的控制，适量的混合气经过进气管8进入到11中，在电控单元18控制下点过线圈9、火花塞10完成点火做功，燃烧废气通过排气管13、废气涡轮增压器3、催化器16后排出。工作过程中，安装到排气管13上的排气歧管温度传感器12、排气总管温度传感器14能够实时的测量经过其的排气温度T1，节气门前压力温度传感器5、节气门后压力温度传感器7分别测量节气门前后的混合气压力跟温度，经过内部标定数据及控制逻辑的计算，得到实时燃气浓度ph_C，与目标设定值进行对比，通过控制进入燃气混合器2的燃气量实现发动机燃料的闭环控制，在排放要求不高的地区，本控系统消除了对催化器前氧传感器15、催化器后氧传感器17的依赖作用，增加发动机可靠性同时降低维护保养成本。
如图2所示，本发明的步骤三，具体包括以下步骤：
获取点火提前角spk；
根据运行负荷pA_M和点火提前角spk查找点火角修正map表（spk_map），得到第一修正因子，
则燃气浓度修正因子为第一修正因子。
如图2所示，步骤三，还包括以下步骤：
获取发动机水温T2；
根据发动机水温T2查找水台架标定的水温修正曲线（T2_cur），得到第二修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子与第二修正因子的积。
如图2所示，步骤三，还包括以下步骤：
获取排气背压P1；
根据排气背压P1查找台架标定的排气背压修正曲线P1_cur，得到第三修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子、第二修正因子及第三修正因子的积。
如图2所示，所述步骤三，还包括以下步骤：
获取进气温度T3；
根据进气温度T3查找台架标定的进气温度修正曲线T3_cur，得到第四修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子、第二修正因子、第三修正因子及第四修正因子的积。
如图2所示，所述步骤三，还包括以下步骤：
获取燃料热值F_C；
根据燃料热值F_C查找台架标定的燃料热值修正曲线F_C_cur，得到第五修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子、第二修正因子、第三修正因子、第四修正因子及第五修正因子的积。
本实施例中，在同一基准状况下，燃气发动机在同一转速、负荷、燃气浓度、点火角度工况下，发动机排温恒定，通过台架试验可测得不同燃气浓度、排气背压修正曲线、不同工况下排气温度T1，点火角修正map表（spk_map）、水水温修正曲线（T2_cur）、排气背压修正曲线（P1_cur）、进气温度修正曲线（T3_cur）和燃料热值修正曲线（F_C_cur）。
发动机在实际运行过程，通过实时测量的发动机每缸排气温度T1、运行负荷pA_M、查找上述标定的map表和各修正曲线，获取影响燃气浓度因子的修正，计算出与发动机运行工况相对应的实时燃气浓度。
如图3所示，所述步骤一，还包括以下步骤：
判断排气温度T1是否在对应的预设定温度范围内；具体的：预设定温度范围包括排气温度最大值和排气温度最小值；
如果是，则排气温度T1为排气温度平均值；即排气温度T1大于等于排气温度最小值，小于等于排气温度最大值；
如果否，则排气温度T1为对应的预设定排气温度，即排气温度T1小于排气温度最小值或大于排气温度最大值。
通过此步骤，使本方法获取可靠的排气温度T1，以便对燃气量进行可靠的闭环控制。
如果排气温度T1不在对应的预设定范围内；
则，置气缸故障标志位为1，启动计时；
计时时间到后，再判断排气温度T1是否在对应的预设定温度范围内，如果否，则报错。
通过对每缸排气温度T1的监控，在发生故障时及时报警，提高了发动机可靠性降低了维护成本。
如图4所示，还包括步骤六：
获取涡轮后总排气温度T4；
判断涡轮后总排气温度T4是否在预设定温度范围内；具体的：预设定温度范围包括涡轮后总排气温度最大值和涡轮后总排气温度最小值；
如果否，置总排气故障标志位为1，并启动计时；即涡轮后总排气温度T4小于涡轮后总排气温度最小值或大于涡轮后总排气温度最大值。
计时时间到后，再判断涡轮后总排气温度是否在预设定温度范围内；
如果否，则报错。
通过对涡轮户总的排气温度的监控，在发生故障时及时报警，提高了发动机可靠性降低了维护成本。
以上所述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、等同一种燃气发电发动机燃料闭环控制方法及设有该燃气发电发动机燃料闭环控制方法的改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种燃气发电发动机燃料闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、获取发动机运行负荷、每缸排气温度；
步骤二、根据运行负荷和每缸排气温度查找台架标定的排气温度map表，获取基础燃气浓度；
步骤三、根据发动机运行工况查找燃气浓度修正因子；
步骤四、将基础燃气浓度与燃气浓度修正因子相乘，积为实时燃气浓度；
步骤五、实时燃气浓度以预设定燃气浓度为目标，通过控制进入混合器的燃气量，实现燃气量的闭环控制。
2.根据权利要求1所述的燃气发电发动机燃料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤三，具体包括以下步骤：
获取点火提前角；
根据运行负荷和点火提前角查找点火角修正map表，得到第一修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子。
3.根据权利要求2所述的燃气发电发动机燃料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤三，还包括以下步骤：
获取发动机水温；
根据发动机水温查找水台架标定的水温修正曲线，得到第二修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子与第二修正因子的积。
4.根据权利要求3所述的燃气发电发动机燃料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤三，还包括以下步骤：
获取排气背压；
根据排气背压查找台架标定的排气背压修正曲线，得到第三修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子、第二修正因子及第三修正因子的积。
5.根据权利要求4所述的燃气发电发动机燃料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤三，还包括以下步骤：
获取进气温度；
根据进气温度查找台架标定的进气温度修正曲线，得到第四修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子、第二修正因子、第三修正因子及第四修正因子的积。
6.根据权利要求5所述的燃气发电发动机燃料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤三，还包括以下步骤：
获取燃料热值；
根据燃料热值查找台架标定的燃料热值修正曲线，得到第五修正因子，
则，燃气浓度修正因子为第一修正因子、第二修正因子、第三修正因子、第四修正因子及第五修正因子的积。
7.根据权利要求1至6任一项所述的燃气发电发动机燃料闭环控制方法，其特征在于，所述步骤一，还包括以下步骤：
判断每缸排气温度是否在对应的预设定温度范围内；
如果是，则排气温度为排气温度平均值；
如果否，则排气温度为对应的预设定排气温度。
8.根据权利要求7所述的燃气发电发动机燃料闭环控制方法，其特征在于，
如果排气温度不在对应的预设定排气温度范围内；
则，置气缸温度故障标志位为1，启动计时；
计时时间到后，再判断排气温度是否在对应的预设定排气温度范围内，如果否，则报错。
9.根据权利要求7所述的燃气发电发动机燃料闭环控制方法，其特征在于，还包括步骤六：
获取涡轮后总排气温度；
判断涡轮后总排气温度是否在预设定温度范围内；
如果否，置总排气温度故障标志位为1，并启动计时；
计时时间到后，再判断涡轮后总排气温度是否在预设定温度范围内；
如果否，则报错。
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