CN111502841A - 一种内燃发电机组燃料自适应控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种内燃发电机组燃料自适应控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种内燃发电机组燃料自适应控制系统及其控制方法，属于发动机控制技术领域。所述系统包括MCU、参数存储模块、CAN通信模块、功率驱动、两段电流采样模块、喷嘴驱动、燃料适应手动开关、氧传感器信号处理电路、氧传感器加热驱动和氧传感器。本发明根据发电机组燃料的差异，自动调整燃料喷射量，实现了发动机燃料组分的调整，提高内燃发电机组燃料控制系统对不同燃料类型的自适应性，并确保内燃发电机组燃料系统工作的可靠性。在功率驱动上采用基于两段电流采样的技术方案，根据不同的燃料喷射执行器特性要求,自由切换燃料喷射执行器驱动模式，可用一种驱动电路,实现不同硬件型号、不同功率发动机的喷射执行器驱动。

Description

一种内燃发电机组燃料自适应控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于发动机控制技术领域，涉及一种内燃发电机组燃料自适应控制系统及其控制方法。
背景技术
随着汽车普及程度的提高和内燃机技术的进步，车用燃料呈多元化发展。内燃机也不再局限于汽油机和柴油机，天然气、甲醇燃料甚至混合燃料的发动机也逐渐成为业界研究的重点。这些类型的发动机主要在汽油或柴油发动机基础机型上，重新匹配燃料系统。
以燃气内燃发电机组用发动机为例，天然气的主要成分为甲烷，此外还含有乙烷、丙烷、丁烷等烃类气体以及氮、CO22、H2S等非烃类气体，一般气藏天然气的甲烷含量在90％以上。油田伴生气中甲烷含量占65％～80％。不同地区的天然气成分差异较大，导致燃料的热值差异很大。现有的燃料控制系统主要针对当前燃料类型，根据空气量和目标空燃比计算燃料量，并通过空燃比修正的方法对燃料量进行调整，在燃料成分差异很大时，空燃比控制很难达到理想效果。实际空燃比与目标值经常会有较大偏差。
燃料控制是内燃发电机组控制的核心，现有的燃料控制系统只能适应一种燃料类型，主要存在以下缺陷：
1.当前的控制系统很难实现燃料量的精确控制，实际空燃比与目标值经常会有较大偏差，导致发动机排放恶化，严重影响发动机的动力性和经济性。
2.在燃料成分变化较大的时候，发动机启动困难，很多时候需要采用辅助的方式发动机才能运转。
3.无法兼顾不同的燃料类型，针对不同的燃料类型需要开发单独的控制器，并重新进行标定匹配，系统供应商的采购成本较高，系统的开发时间也会增加。
4.控制系统的参数很难调整，后续的管理和维护成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种内燃发电机组燃料自适应控制系统及其控制方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种内燃发电机组燃料自适应控制系统，包括MCU、参数存储模块、CAN通信模块、功率驱动、两段电流采样模块、喷嘴驱动、燃料适应手动开关、氧传感器信号处理电路、氧传感器加热驱动和氧传感器；
所述氧传感器信号处理电路采集内燃发电机组工作过程中的氧含量，判断内燃发电机组的空燃比是否合适，实现空燃比闭环修正；
所述氧传感器加热驱动在启动阶段对氧传感器进行加热，确保氧信号尽快正常；
所述燃料适应手动开关用于切换自适应参数，与自动切换算法相互补充，确保在燃料组分变化较大时发动机工作正常，以加快启动速度；
所述功率驱动和两段电流采样模块结合，分别采集喷嘴驱动工作过程中的峰值和保持电流，实现两段电流的闭环控制，覆盖不同喷嘴类型的驱动要求；
所述参数存储模块将燃料自适应参数、喷嘴驱动目标电流以及其它控制参数固化到MCU的FLASH中，并通过CAN通信模块调整相关参数。
基于所述系统的内燃发电机组燃料自适应控制方法，首先根据手动开关判断燃料类型是否发生改变，如果燃料类型发生改变，则更换燃料类型的自适应参数，让发动机启动；
如果燃料类型未调整或未识别到相关信号，则通过预置的一组燃料自适应参数启动发动机，在一定时间内如果未监测到转速提升，则认为参数不合适，更换一组自适应参数；
待发电机组启动成功且空燃比稳定闭环后，则根据空燃比闭环的燃料修正系数，结合当前发动机转速和节气门开度变化情况，更新当前燃料类型的自适应参数组，不断学习燃料自适应控制参数组；
最后在发电机组停机阶段，将参数固化到MCU的FLASH中，以便下次使用。
可选的，所述系统采用两段电流采样，首先计算喷嘴实时的工作电流，包括峰值电流值和保持电流值，然后将这两个电流值与目标电流值进行比较，采用PID控制算法进行计算，分别将计算得出的闭环控制量去控制PWM占空比，最后将两个PWM整合，输出功率驱动模块的使能信号，驱动执行器。
本发明的有益效果在于：本发明设计了内燃发电机组燃料自适应控制方法，在空燃比闭环修正基础上，可根据发动机燃料的差异，自动调整燃料喷射量，实现了发动机燃料组分的调整，提高内燃发电机组燃料控制系统对不同燃料类型的自适应性，并确保发动机燃料系统工作的可靠性。在功率驱动上采用基于两段电流采样的技术方案，根据不同的燃料喷射执行器特性要求,自由切换燃料喷射执行器驱动模式，可用一种驱动电路,实现不同硬件型号、不同功率发动机的喷射执行器驱动，在电路复杂度、实时性、可靠性、适应性上均比先有产品有显著提升，能满足不同燃料发动机的要求，适应不同型号的燃料喷射系统，降低燃料系统的匹配时间，缩短系统开发周期。
此外，还采用了燃料适应手动开关与自动识别相结合的方式，在燃料组分变化很大的情况下，既可自动切换自适应参数，确保发动机正常工作，又可通过手动开关快速切换自适应参数，缩短启动时间。提高了产品的适应性，降低了系统标定与维护成本。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为控制系统结构图；
图2为燃料自适应控制流程图；
图3为喷嘴驱动控制流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
图1描述控制系统的整体结构：氧传感器信号处理电路采集内燃发电机组工作过程中的氧含量，判断发动机的空燃比是否合适，实现空燃比闭环修正；氧传感器加热驱动可在启动阶段对氧传感器进行加热，确保氧信号尽快正常；燃料适应手动开关可快速切换自适应参数，与自动切换算法相互补充，确保在燃料组分变化较大时发电机组工作正常，加快启动速度；功率驱动和两段电流采样模块结合，分别采集喷嘴驱动工作过程中的峰值和保持电流，实现两段电流的闭环控制，覆盖不同喷嘴类型的驱动要求；参数存储模块将燃料自适应参数、喷嘴驱动目标电流以及其它控制参数固化到MCU的FLASH中，并通过CAN通信模块调整相关参数。
图2为燃料自适应控制流程图。在系统上电以后，首先根据手动开关判断燃料类型是否发生改变，如果燃料类型发生改变，则更换燃料类型的自适应参数，让发电机组迅速启动。如果燃料类型未调整或未识别到相关信号，则通过预置的一组燃料自适应参数启动发电机组，在很短的时间内如果未监测到转速提升，则认为参数不合适，更换一组自适应参数。待发动机启动成功且空燃比稳定闭环后，则根据空燃比闭环的燃料修正系数，结合当前发动机转速和节气门开度变化情况，更新当前燃料类型的自适应参数组，不断学习燃料自适应控制参数组。最后在发动机停机阶段，将这些参数固化到MCU的FLASH中，以便下次使用。
图3详细介绍了喷嘴驱动模块的控制流程图，采用两段电流采样，首先计算喷嘴实时的工作电流，包括峰值电流和保持电流值，然后将这两个电流值与目标电流值进行比较，并采用PID控制算法进行计算，分别将计算得出的闭环控制量去控制PWM占空比，最后将两个PWM整合，输出功率驱动模块的使能信号，驱动执行器。
本发明正提供了一种基于氧传感器信号的燃料自适应控制方法，属于发动机控制技术领域；包含氧传感器信号处理与加热模块、两段喷嘴驱动电流采样与功率驱动电路，以及数据存储与通讯模块。在发电机组的启动阶段，首先自动选择一组合适的自适应控制参数，确保发动机正常工作，并通过氧传感器加热模块，使氧传感器快速工作，尽快实现空燃比闭环。待空燃比闭环稳定后，根据燃料修正系数，结合当前发动机转速和节气门开度变化情况，自动学习当前燃料类型的自适应参数组，实现燃料量的精确控制。燃料自适应手动开关可在燃料热值变化很大的情况下，灵活切换自适应参数组，加速自学习过程。
在功率驱动控制方式上，采用两段式电流采样电路，实时采集喷嘴的工作电流，包括峰值电流与保持电路，并与目标值做比较，通过PWM占空比闭环调整喷嘴工作电流使其与目标值逼近，并将两段PWM控制信号整合，保证喷嘴每次可靠地打开与关闭。
数据存储与通讯模块将自适应控制参数组、喷嘴工作电流目标值固化在MCU的FLASH中，还可以通过CAN总线进行标定，以适应不同燃料类型以及喷嘴驱动方式。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种内燃发电机组燃料自适应控制系统，其特征在于：包括MCU、参数存储模块、CAN通信模块、功率驱动、两段电流采样模块、喷嘴驱动、燃料适应手动开关、氧传感器信号处理电路、氧传感器加热驱动和氧传感器；
所述氧传感器信号处理电路采集发动机工作过程中的氧含量，判断发动机的空燃比是否合适，实现空燃比闭环修正；
所述氧传感器加热驱动在启动阶段对氧传感器进行加热，确保氧信号尽快正常；
所述燃料适应手动开关用于切换自适应参数，与自动切换算法相互补充，确保在燃料组分变化较大时发动机工作正常，以加快启动速度；
所述功率驱动和两段电流采样模块结合，分别采集喷嘴驱动工作过程中的峰值和保持电流，实现两段电流的闭环控制，覆盖不同喷嘴类型的驱动要求；
所述参数存储模块将燃料自适应参数、喷嘴驱动目标电流以及其它控制参数固化到MCU的FLASH中，并通过CAN通信模块调整相关参数。
2.基于权利要求1所述系统的内燃发电机组燃料自适应控制方法，其特征在于：首先根据手动开关判断燃料类型是否发生改变，如果燃料类型发生改变，则更换燃料类型的自适应参数，让发动机启动；
如果燃料类型未调整或未识别到相关信号，则通过预置的一组燃料自适应参数启动发动机，在一定时间内如果未监测到转速提升，则认为参数不合适，更换一组自适应参数；
待发动机启动成功且空燃比稳定闭环后，则根据空燃比闭环的燃料修正系数，结合当前发动机转速和节气门开度变化情况，更新当前燃料类型的自适应参数组，不断学习燃料自适应控制参数组；
最后在发动机停机阶段，将参数固化到MCU的FLASH中，以便下次使用。
3.根据权利要求2所述的内燃发电机组燃料自适应控制方法，其特征在于：所述系统采用两段电流采样，首先计算喷嘴实时的工作电流，包括峰值电流值和保持电流值，然后将这两个电流值与目标电流值进行比较，采用PID控制算法进行计算，分别将计算得出的闭环控制量去控制PWM占空比，最后将两个PWM整合，输出功率驱动模块的使能信号，驱动执行器。
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