CN113250834B - 发动机的控制方法及设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种发动机的控制方法及设备，包括：获取发动机的实时转速、目标转速以及当前负载，根据实时转速和目标转速确定发动机的混合气的目标进气量和燃气的目标进气量，当实时转速满足瞬态控制条件时，根据发动机的当前负载和实时转速的变化数据对燃气的目标进气量进行修正获得修正后的燃气的目标进气量，根据修正后的燃气的目标进气量和混合气的目标进气量控制进气模块，以适应转速瞬态变化的工况，稳定发动机的转速，避免转速在瞬间出现上冲或下跌严重的情况。

Description

发动机的控制方法及设备

技术领域

本申请涉及发动机技术领域，尤其涉及一种发动机的控制方法及设备。

背景技术

发电用气体发动机一般采用增压前预混的技术，也就是在发动机内设有进气模块，用于将燃气和空气进行混合增压后输入发动机气缸内。

由于发电用气体发动机采用预混的技术，进气存在延迟，而进气量控制会影响到发动机转速，因此，对于预混型发动机的进气量控制至关重要。

发明内容

本申请提供一种发动机的控制方法及设备，旨在提供一种在转速急剧变化时仍可以快速将转速稳定到目标转速的瞬态控制方案。

第一方面，本申请一种发动机的控制方法，包括：

获取发动机的实时转速、目标转速以及当前负载；

根据实时转速和目标转速确定发动机的混合气的目标进气量和燃气的目标进气量；

当实时转速满足瞬态控制条件时，根据发动机的当前负载和实时转速的变化数据对燃气的目标进气量进行修正，获得修正后的燃气的目标进气量；

根据修正后的燃气的目标进气量和混合气的目标进气量控制发动机的进气模块。

在一实施例中，根据发动机的当前负载和实时转速对燃气的目标进气量进行修正，获得修正后的燃气的目标进气量，具体包括：

根据第一映射表、当前负载以及实时转速和目标转速之间差值确定燃气的目标进气量的第一修正值；

根据第二映射表、当前负载以及实时转速的变化率确定燃气的目标进气量的第二修正值；

根据第一修正值、第二修正值以及燃气的目标进气量获得修正后的燃气的目标进气量；

其中，第一映射表表示发动机的负载、转速差值以及修正值三者之间对应关系，第二映射表表示发动机的负载、转速变化率以及修正值三者之间对应关系。

在一实施例中，在根据第二映射表、当前负载以及实时转速的变化率确定燃气的目标进气量的第二修正值之前，方法包括：

计算第一时刻的实时转速和第二时刻的实时转速之间的差值，以获得转速变化量，其中，第一时刻和第二时刻之间相差若干个传感器的采集步长；

根据转速变化量和第一时刻和第二时刻之间时间段计算获得转速变化率。

在一实施例中，根据第一修正值、第二修正值以及燃气的目标进气量获得修正后的燃气的目标进气量，具体包括：

将第一修正值、第二修正值以及燃气的目标进气量相加后，获得修正后的燃气的目标进气量。

在一实施例中，

在第一映射表中，相同负载下转速差值越大，修正值越大；

在第二映射表中，相同负载下转速变化率越大，修正值越大。

在一实施例中，实时转速满足瞬态控制条件具体包括：

转速变化率的绝对值大于第一预设阈值；和/或

实时转速和目标转速之间差值的绝对值大于第二预设阈值。

在一实施例中，进气模块包括与气缸连接的节气门和燃气阀；根据修正后的燃气的目标进气量和混合气的目标进气量控制发动机的进气模块，具体包括：

根据修正后的燃气的目标进气量调节燃气阀的开口大小；

根据混合气的目标进气量调节节气门的开口大小。

第二方面，本申请提供一种发动机的控制装置，包括：

获取模块，用于获取发动机的实时转速、目标转速以及当前负载；

处理模块，用于根据实时转速和目标转速确定发动机的混合气的目标进气量和燃气的目标进气量；

处理模块还用于当实时转速满足瞬态控制条件时，根据发动机的当前负载和实时转速的变化数据对燃气的目标进气量进行修正，获得修正后的燃气的目标进气量；

处理模块还用于根据修正后的燃气的目标进气量和混合气的目标进气量控制进气模块。

第三方面，本申请提供一种控制器，存储器，处理器；

存储器；用于存储处理器可执行的计算机指令；

其中，处理器在计算机指令执行用于实现第一方面及可选方案所涉及的发动机的控制方法。

第四方面，本申请提供一种发动机，包括进气模块、与进气模块连接的气缸以及第二方面所涉及的控制器。

第五方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机指令，计算机指令被处理器执行时用于实现第一方面及可选方案所涉及的发动机的控制方法。

第六方面，本申请提供一种计算机程序产品，包括计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现第一方面及可选方案所涉及的发动机的控制方法。

本申请提供的发动机的控制方法及设备，先根据发动机的实时转速和目标转速确定混合气的目标进气量和燃气的目标进气量，在实时转速满足瞬态控制条件时，根据发动机的当前负载和实时转速的变化数据修正燃气的目标进气量，以使燃气的目标进气量适应转速瞬态变化的工况，从而保证混合气进气量适应转速瞬态变化的工况，以稳定发动机的转速，避免转速在瞬间出现上冲或下跌严重的情况。无需增加传感器和执行器，可以有效解决发动机瞬态加载工况下因管路延迟引起的响应慢的问题，同时可以有效缓解瞬态卸载工况转速超调情况。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请一实施例提供的发动机的结构框图；

图2为本申请一实施例提供的发动机的控制方法的流程图；

图3为本申请另一实施例提供的发动机的控制方法的流程图；

图4为本申请一实施例提供的发动机的控制装置的结构框图；

图5为本申请另一实施例提供的控制器的结构框图。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

发电用气体发动机一般采用增压前预混的技术路线，如图1所示，发电用气体发动机包括进气模块10、气缸20、传感器30以及控制设备40。其中，进气模块10用于调节进入气缸20的混合气，混合气是指燃气和空气的混合物。

其中，进气模块10包括零压阀101、燃气阀102、混合器103、增压器104以及节气门105。零压阀101的输入端用于连接气源，零压阀101的输出端连接燃气阀102的输入端，燃气阀102的输出端连接混合器103的输入端，混合器103的输出端连接增压器104的输入端，增压器104的输出端连接节气门105。

零压阀101用于调节进入混合器的燃气压力，燃气阀102用于调节进入混合器的燃气的目标进气量，混合器103用于将空气和燃气进行混合，通过燃气阀102可以调节空气和燃气的混合比例，增压器104用于调节混合气的压力，节气门用于调节混合气的流量，从而调节进入气缸的混合气的进气量。

传感器用于采集发动机的输出转速、输出功率、节气门后进气压力等参数，控制设备40接收传感器采集的数据，并根据传感器采集到的数据控制进气模块中燃气的目标进气量和混合气的目标进气量。

对增压前预混型的发电用天然气发动机，在发电工况激活状态置位后，也就是进入到发电工况后，一般是通过发电工况的目标转速和实时转速进行闭环控制来控制发动机的功率输出，以此满足发电负荷需求的。

当瞬态加载时实时转速下跌，根据PID控制原理此时会通过增大节气门来增加混合气进气量，当节气门后进气压力增大后需求的燃气量增加，根据需求的燃气量控制燃气阀来增加实际燃气量，以此实现将实时转速拉高趋近于目标转速，同理当瞬态卸载时实时转速上冲，根据PID控制原理此时会减小节气门和燃气量来将实时转速降低趋近于目标转速，但实际应用中因为燃气管路太长造成气路延迟，单纯的PID控制很难满足发动机瞬态控制需求。

本申请提供一种发动机的控制方法及设备，旨在提供一种在转速急剧变化时仍可以快速将转速稳定到目标转速的瞬态控制方案，本申请的技术构思是：当发动机转速因为瞬态加载引起发动机转速下跌，或当发动机转速因为瞬态卸载引起发动机转速上冲时，通过当前发动机的负荷和转速差值的变化数据查找映射表得燃气进气量的修正值，再根据混合气进气量和修正后的燃气进气量控制节气门和燃气阀的开口大小，以此实现快速响应发动机转速的变化。

如图2所示，本申请另一实施例提供一种发动机的控制方法，该方法应用于上述发动机。该方法具体包括如下步骤：

S201、控制设备获取发动机的实时转速、目标转速以及当前负载。

在该步骤中，控制设备接收传感器采集的发动机的实时转速，并获取预先加载的发动机的目标转速。

由传感器采集发动机的输出转速、输出功率、节气门后进气压力等参数，并根据采集发动机的输出转速、输出功率、节气门后进气压力等参数计算出当前负载。

S202、控制设备根据实时转速和目标转速确定发动机的混合气的目标进气量和燃气的目标进气量。

在该步骤中，在获得实时转速和目标转速后，使用积分控制、比例积分控制、比例积分微分控制等控制策略确定发动机的混合气的目标进气量和燃气的目标进气量。

S203、当实时转速满足瞬态控制条件时，控制设备根据发动机的当前负载和实时转速的变化数据对燃气的目标进气量进行修正获得修正后的燃气的目标进气量。

在该步骤中，瞬态控制条件是指实时转速变化迅速时，此时仅根据实时转速和目标转速确定发动机的混合气的目标进气量和燃气的目标进气量，在根据发动机的混合气的目标进气量和燃气的目标进气量控制进气模块已经无法稳定发动机的转速。

控制设备在获得发动机的当前负载后，根据发动机的当前负载和实时转速的变化数据对燃气的目标进气量进行修正。

当实时转速的变化数据指示实时转速急剧变化时，修正后的燃气的目标进气量和修正前的燃气的目标进气量之间差值比较大。当实时转速的变化数据指示实时转速变化平缓时，修正后的燃气的目标进气量和修正前的燃气的目标进气量之间差值比较小，以实现适应转速变换情况，从而实现稳定预混型发送机的转速。

S204、控制设备根据修正后的燃气的目标进气量和混合气的目标进气量控制发动机的进气模块。

在该步骤中，控制设备获取进气模块在当前时刻的燃气进气量和混合气进气量，根据修正后的燃气的目标进气量和当前时刻的燃气进气量控制进气模块中燃气阀，以将进气模块中燃气量调整到修正后的燃气的目标进气量，根据混合气的目标进气量和当前时刻的混合气进气量控制进气模块中的节气门，以将进气模块中混合气的流量调整到混合气的目标进气量。

在一实施例中，控制设备获取进气模块在当前时刻的燃气的目标进气量和混合气的目标进气量时，可以通过传感器采集，也可以将上一时刻的燃气的目标进气量和混合气的目标进气量作为当前时刻的燃气的目标进气量和混合气的目标进气量。

在上述技术方案中，根据目标转速和实时转速确定发动机的燃气的目标进气量和混合气的目标进气量，在发动机的实时转速满足瞬态控制条件时，根据实时转速的变化数据和发动机的负载修正燃气的目标进气量，以适应转速变化急剧的工况，从而实现稳定发动机转速。

如图3所示，本申请另一实施例提供一种发动机的控制方法，该方法应用于上述发动机。该方法具体包括如下步骤：

S301、控制设备获取发动机的实时转速、发电工况下的目标转速、发动机的当前负载以及当前工况。

在该步骤，通过传感器获得发动机的实时转速和当前负载，获取当前负载的方式已经在上述实施例中详细说明，此处不在赘述。

在一实施例中，控制设备可以接收用户输入的发电工况下的目标转速，也可以直接读取存储在本地的发电工况下的目标转速。

在一实施例中，控制设备读取存储在本地的工况字段，并根据工况字段确定当前工况。发动机的工况包括发电工况等。

S302、控制设备判断当前工况是否为发电工况，若是，进入S303，若否，进入S304。

在该步骤，发动机在处于发电工况时，对于转速稳定性的要求比较高，若由于负载变化而引起发动机转速变化急剧，会导致所输出的交流电的频率不稳定，会造成用电设备的损坏。因此，在确定发动机处于发电工况后，进入瞬态控制策略。

S303、控制设备根据实时转速和目标转速确定发动机的混合气的目标进气量和燃气的目标进气量。

在该步骤中，在获得实时转速和目标转速后，使用积分控制、比例积分控制、比例积分微分控制等控制策略确定发动机的混合气的目标进气量和燃气的目标进气量。

S304控制设备计算发动机实时转速的变化率绝对值和/或目标转速与实时转速之间的差值。

在该步骤中，控制设备获取传感器以采集步长采集的多个时刻的实时转速，并计算第一时刻的实时转速和第二时刻的实时转速之间的差值，以获得转速变化量，其中，第一时刻和第二时刻之间相差若干个传感器的采集步长。再根据转速变化量和第一时刻和第二时刻之间时间段计算获得转速变化率。

控制设备获取传感器以采集步长采集的多个时刻的实时转速，并计算当前时刻的实时转速与目标转速之间差值。

S305、控制设备判断实时转速是否满足瞬态控制条件，若是，进入S307，否则，进入S306。

在该步骤中，实时转速满足瞬态控制条件具体包括：转速变化率的绝对值大于第一预设阈值，和/或目标转速与实时转速之间差值的绝对值大于第二预设阈值。

实时转速不满足瞬态控制条件具体包括：转速变化率的绝对值小于或等于第一预设阈值，和/或目标转速与实时转速之间差值的绝对值小于或等于第二预设阈值。

转速变化率的绝对值和目标转速与实时转速之间差值的绝对均可以反应转速变化情况，当转速变化急剧时则需要对燃气进气量进行修正。

S306、控制设备根据燃气的目标进气量调节燃气阀的开口大小，并根据混合气的目标进气量调节节气门的开口大小。

在该步骤中，当实时转速不满足瞬态控制条件时，根据修正前的燃气的目标进气量和混合气的目标进气量控制进气模块。

更具体地，控制设备获取燃气阀的当前开口大小和当前流量，根据燃气阀的当前流量、燃气的目标进气量以及燃气阀的当前开口确定燃气阀的目标开口大小，根据目标开口大小调整燃气阀的开口。

S307、控制设备根据第一映射表、当前负载以及实时转速和目标转速之间的差值确定燃气的目标进气量的第一修正值。

在该步骤中，第一映射表表示发动机的负载、转速差值以及修正值三者之间对应关系，在第一映射表中，相同负载下转速差值越大，修正值越大。

使用当前负载和实时转速与目标转速之间的差值查找第一映射表确定燃气的目标进气量的第一修正值。当转速差值越大，查找得到的第一修正值越大。

S308、控制设备根据第二映射表、当前负载以及实时转速的变化率确定燃气的目标进气量的第二修正值。

在该步骤中，其中，第二映射表表示发动机的负载、转速变化率以及修正值三者之间对应关系。在第二映射表中，相同负载下转速变化率越大，修正值越大。

使用当前负载及实时转速的变化率查找第二映射表确定燃气的目标进气量的第二修正值。当实时转速的变化率越大，查找得到的第二修正值越大。

S309、控制设备根据第一修正值、第二修正值以及燃气的目标进气量获得修正后的燃气的目标进气量。

在该步骤中，在获得燃气的目标进气量的第一修正值和第二修正值后，将第一修正值、第二修正值以及燃气的目标进气量相加后，获得修正后的燃气的目标进气量。

S310、控制设备根据修正后的燃气的目标进气量调节燃气阀的开口大小，并根据混合气的目标进气量调节节气门的开口大小。

在该步骤中，控制设备获取燃气阀的当前开口大小和当前流量，根据燃气阀的当前流量、修正后的燃气的目标进气量以及燃气阀的当前开口确定燃气阀的目标开口大小，根据目标开口大小调整燃气阀的开口。

控制设备获取节气门的当前开口大小和当前流量，根据节气门的当前流量、混合气的目标进气量以及节气门的当前开口确定节气门的目标开口大小，根据目标开口大小调整节气门的开口。

在上述技术方案中，实时监控发动机的转速，当发动机的实时转速满足瞬态控制条件时，根据目标转速和实时转速通过比例控制、比例积分控制或者比例积分微分环节进行控制已经无法稳定发动机转速，基于此，对燃气的目标进气量进行修正，并使用修正后的燃气的目标进气量和混合气的目标进气量控制进气模块，以适应转速急剧变化的工况，从而将发动机转速稳定在目标转速。

如图4所示，本申请一实施例提供发动机的控制装置400，该装置400具体包括：

获取模块401，用于获取发动机的实时转速和目标转速；

处理模块402，用于根据实时转速和目标转速确定发动机的混合气的目标进气量和燃气的目标进气量；

处理模块402还用于当实时转速满足瞬态控制条件时，获取发动机的当前负载；

处理模块402还用于根据发动机的当前负载和实时转速对燃气的目标进气量进行修正，获得修正后的燃气的目标进气量；

处理模块402还用于根据修正后的燃气的目标进气量和混合气的目标进气量控制发动机的进气模块。

在一实施例中，处理模块402具体用于：

根据第一映射表、当前负载以及实时转速和目标转速之间的差值确定燃气的目标进气量的第一修正值；

根据第二映射表、当前负载以及实时转速的变化率确定燃气的目标进气量的第二修正值；

根据第一修正值、第二修正值以及燃气的目标进气量获得修正后的燃气的目标进气量；

其中，第一映射表表示发动机的负载、转速差值以及修正值三者之间对应关系，第二映射表表示发动机的负载、转速变化率以及修正值三者之间对应关系。

在一实施例中，处理模块402具体用于：

计算第一时刻的实时转速和第二时刻的实时转速之间的差值，获得转速变化量，其中，第一时刻和第二时刻之间相差若干个传感器的采集步长；

根据转速变化量和第一时刻和第二时刻之间时间段计算获得转速变化率。

在一实施例中，处理模块402具体用于：

将第一修正值、第二修正值以及燃气的目标进气量相加后，获得修正后的燃气的目标进气量。

在一实施例中，

在第一映射表中，相同负载下转速差值越大，修正值越大；

在第二映射表中，相同负载下转速变化率越大，修正值越大。

在一实施例中，实时转速满足瞬态控制条件具体包括：

转速变化率的绝对值大于第一预设阈值；和/或

实时转速和目标转速之间差值的绝对值大于第二预设阈值。

在一实施例中，进气模块包括与气缸连接的节气门和燃气阀；处理模块402具体用于：根据修正后的燃气的目标进气量调节燃气阀的开口大小；

根据混合气的目标进气量调节节气门的开口大小。

如图5所示，本申请一实施例提供一种控制设备500，控制设备500包括存储器501和处理器502。

其中，存储器501用于存储处理器可执行的计算机指令；

处理器502在执行计算机指令时实现上述实施例中发动机的控制方法中的各个步骤。具体可以参见前述发动机的控制方法实施例中的相关描述。

可选地，上述存储器501既可以是独立的，也可以跟处理器502集成在一起。当存储器501独立设置时，该控制设备还包括总线，用于连接存储器501和处理器502。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机指令，当处理器执行计算机指令时，实现上述实施例中发动机的控制方法中的各个步骤。

本申请实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现上述实施例中发动机的控制方法中的各个步骤。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (8)

1.一种发动机的控制方法，其特征在于，所述发动机包括进气模块，所述方法包括：

获取所述发动机的实时转速、目标转速以及当前负载；

根据所述实时转速和所述目标转速确定所述发动机的混合气的目标进气量和燃气的目标进气量；

当所述实时转速满足瞬态控制条件时，根据所述实时转速的变化数据和发动机的当前负载对所述燃气的目标进气量进行修正，获得修正后的燃气的目标进气量；

根据所述修正后的燃气的目标进气量和所述混合气的目标进气量控制所述进气模块；

根据所述实时转速的变化数据和发动机的当前负载对所述燃气的目标进气量进行修正，获得修正后的燃气的目标进气量，具体包括：

根据第一映射表、所述当前负载以及所述实时转速与所述目标转速的差值确定燃气的目标进气量的第一修正值；

根据第二映射表、所述实时转速的变化率以及所述当前负载确定燃气的目标进气量的第二修正值；

将所述第一修正值、所述第二修正值以及所述燃气的目标进气量相加后，获得所述修正后的燃气的目标进气量；

其中，所述第一映射表表示所述发动机的负载、转速差值以及修正值三者之间对应关系，所述第二映射表表示所述发动机的负载、转速变化率以及修正值三者之间对应关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据第二映射表、所述实时转速的变化率以及所述当前负载确定燃气的目标进气量的第二修正值之前，所述方法还包括：

计算第一时刻的实时转速和第二时刻的实时转速之间的差值，以获得转速变化量，其中，所述第一时刻和所述第二时刻之间相差若干个传感器的采集步长；

根据所述转速变化量和第一时刻和所述第二时刻之间时间段计算获得所述转速变化率。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于；

在所述第一映射表中，相同负载下转速差值越大，修正值越大；

在所述第二映射表中，相同负载下转速变化率越大，修正值越大。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述实时转速满足瞬态控制条件具体包括：

所述转速变化率的绝对值大于第一预设阈值；和/或

所述实时转速和所述目标转速之间差值的绝对值大于第二预设阈值。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述进气模块包括与气缸连接的节气门和燃气阀；根据所述修正后的燃气的目标进气量和所述混合气的目标进气量控制所述进气模块，具体包括：

根据所述修正后的燃气的目标进气量调节所述燃气阀的开口大小；

根据所述混合气的目标进气量调节所述节气门的开口大小。

6.一种发动机的控制装置，所述发动机包括进气模块；其特征在于，包括：

获取模块，用于获取所述发动机的实时转速、目标转速以及当前负载；

处理模块，用于根据所述实时转速和所述目标转速确定所述发动机的混合气的目标进气量和燃气的目标进气量；

处理模块还用于当所述实时转速满足瞬态控制条件时，根据所述实时转速的变化数据和发动机的当前负载对所述燃气的目标进气量进行修正，获得修正后的燃气的目标进气量；

处理模块还用于根据所述修正后的燃气的目标进气量和所述混合气的目标进气量控制所述进气模块；

所述处理模块，具体用于：根据第一映射表、所述当前负载以及所述实时转速与所述目标转速的差值确定燃气的目标进气量的第一修正值；

根据第二映射表、所述实时转速的变化率以及所述当前负载确定燃气的目标进气量的第二修正值；

将所述第一修正值、所述第二修正值以及所述燃气的目标进气量相加后，获得所述修正后的燃气的目标进气量；

其中，所述第一映射表表示所述发动机的负载、转速差值以及修正值三者之间对应关系，所述第二映射表表示所述发动机的负载、转速变化率以及修正值三者之间对应关系。

7.一种控制器，其特征在于，存储器，处理器；

存储器；用于存储所述处理器可执行的指令；

其中，所述处理器在执行所述指令时用于实现如权利要求1至5中任意一项所述的发动机的控制方法。

8.一种发动机，其特征在于，包括进气模块、与所述进气模块连接的气缸以及如权利要求7所述的控制器。

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