CN114635785A - 一种气体机、控制方法及装置、气体机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气体机、控制方法及装置、气体机系统，该方法包括获取当前进气管压力和发动机转速；获取当前进气管压力和发电机转速对应的目标空燃比；获取空滤与混合器之间管路内气体的负压、混合器与增压器之间管路内气体的温度及大气压；根据获取的负压、温度及大气压及目标空燃比结合预设的增压器转速和空燃比的修正后的关系模型得到理论增压器转速；基于理论增压器转速和获取的当前增压器的转速的比较结果控制燃气计量阀的工作，采用本发明的方法无需设置氧传感器，避免了使用氧传感器带来的缺陷。

Description

一种气体机、控制方法及装置、气体机系统
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体涉及发电用气体机、控制方法及装置、发电用气体机系统。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
气体机是指能够燃烧天然气、沼气、工业废气等可燃气体，产生动能的系统，属于发动机的一种,应用于发电等。
针对大功率稀薄燃烧气体机，燃气阀的开度需要根据空燃比来确定，即需要确定空气和燃气的比例，然后根据测定的空燃比来控制燃气阀的开度，以达到设定的空燃比要求，目前测量空燃比通常使用的安装在排气系统的氧传感器，测量高温燃烧后氧气含量的方法，但是发明人发现，氧传感器存在漂移的问题，影响大功率气体机的控制运行，此外，在高温环境使用的传感器往往寿命较短，维护费用较高。
发明人还发现，在气体机车机应用中，主要是在发动机断气过程中，需要氧传感器进行大气标定，然后恢复测量，采用此种断气就必须停机，尤其是应用于发电用气体机时，会影响发动机运行效率。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种气体机、控制方法及装置、气体机系统以解决采用氧传感器测定空燃比所存在的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
第一方面，本发明的实施例提供了一种气体机，包括依次连接的空滤、混合器和增压器，增压器安装有转速传感器，混合器的燃气进口设置有燃气计量阀，空滤与混合器之间的管路安装有负压传感器，混合器与增压器之间的管路安装有温度传感器，还包括大气压力传感器。
第二方面，本发明的实施例提供了一种第一方面所述的气体机的控制方法，包括：
获取当前进气管压力和发动机转速；
获取当前进气管压力和发电机转速对应的目标空燃比；
获取空滤与混合器之间管路内气体的负压、混合器与增压器之间管路内气体的温度及大气压；
根据获取的负压、温度、大气压及目标空燃比结合修正后的增压器转速和空燃比的关系模型得到理论增压器转速；
基于理论增压器转速和获取的当前增压器的转速的比较结果控制燃气计量阀的开度。
可选的，当获取的当前增压器转速大于理论增压器转速时，增加燃气计量阀的开度，当获取的当前增压器的转速小于理论增压器转速时，减小燃气计量阀的开度，当获取的当前增压器的转速等于理论增压器转速时，燃气计量阀的开度不变。
可选的，预先获取进气管压力、发动机转速和空燃比的映射关系，根据获取的当前进气管压力、发动机转速结合映射关系得到当前进气管压力、发动机转速对应的目标空燃比。
可选的，预先获取进气温度与增压器转速的第一修正函数、进气负压对增压器转速的第二修正函数、大气压力对增压器转速的第三修正函数，基于空燃比与增压器转速的线性关系模型结合第一修正函数、第二修正函数及第三修正函数得到空燃比与增压器转速的修正后的关系模型。
第三方面，本发明的实施例提供了一种气体机系统，其特征在于，包括：
第一方面所述的气体机；
控制器，分别与气体机中的负压传感器、温度传感器、大气压力传感器及燃气计量阀通信连接，所述控制器用于执行第二方面所述的气体机的控制方法。
可选的，所述控制器为ECU。
第四方面，本发明的实施例提供了一种气体机的控制装置，包括：
第一获取模块：用于获取当前进气管压力和发动机转速；
目标空燃比获取模块：用于根据得到当前进气管压力和发电机转速对应的目标空燃比；
第二获取模块：用于获取空滤与混合器之间管路内气体的负压、混合器与增压器之间管路内气体的温度及大气压；
理论增压器转速获取模块：用于根据获取的负压、温度及大气压及目标空燃比结合预设的增压器转速和空燃比的修正后的关系模型得到理论增压器转速；
控制模块：基于理论增压器转速和获取的当前增压器的转速的比较结果控制燃气计量阀的工作。
第五方面，本发明的实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第二方面方法所述的步骤。
第六方面，本发明的实施例提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第二方面方法所述的步骤。
本发明的有益效果：
1.本发明的气体机及控制方法，通过获取的进气管压力和发动机转速得到目标的空燃比，然后根据利用负压、温度及大气压力修正后的空燃比与增压器转速的关系模型得到理论的增压器转速，然后根据当前获取的增压器转速和理论增压器转速的比较结果来控制燃气计量阀的开度，进而实现了空燃比的调控，控制时只需要采集进气管压力、发动机转速、进气负压、温度及大气压力即可，无需设置氧传感器，避免了使用氧传感器带来的维护费高、影响气体机运行效率的缺陷。
2.本发明的控制方法，采用修正函数对空燃比和增压器转速之间的关系模型进行修正，考虑到了进气温度、进气负压以及大气压力对增压器转速影响，保证了增压器转速的变化仅与空燃比有关。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例1整体结构主视图；
图2为本发明实施例2控制方法流程图；
图3为本发明实施例2中增压器转速与空燃比的关系图；
图4为本发明实施例气体机控制装置示意图；
其中，1.空滤，2.混合器，3.燃气计量阀,4.增压器，5.中冷器，6.电子节气门，7.排气管，8.负压传感器，9.温度传感器，10.转速传感器，11.大气压力传感器，12.ECU。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种气体机，如图1所示，包括空滤1，空滤1的出气端通过管路与混合器2的进气端连接，混合器2的出气端与增压器4的进气端连接，增压器4的出气端与中冷器5连接，中冷器5通过电子节气门6与进气管13连接。
空滤1与混合器4之间的管路安装有负压传感器8，用于检测进气负压，混合器2与增压器4之间的管路上安装有温度传感器9，用于检测进气温度。
增压器4安装有转速传感器10，用于检测增压器4的转速。
混合器2的燃气进口处安装有燃气计量阀3，用于调节混合器2中燃气进气量的大小，进而控制空燃比。
气体机可采用多缸气体机，气体机的缸体进气端与进气管13连接，排气端与排气管7连接，上述结构为现有结构，在此不进行详细叙述。
气体机还包括大气压力传感器11，用于检测大气压力，大气压力传感器11根据实际需要安装在设定位置即可。
实施例2：
本实施例提供了一种实施例1所述的气体机的控制方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤1：获取当前进气管压力和发动机转速，进气管压力为气体机进气管内部的气压，发动机转速为气体机输出轴的转速，
具体的，进气管压力可通过设置在进气管的压力传感器获取，发动机转速可通过设置在发动机输出轴的转速传感器获得。
步骤2：根据步骤1得到当前进气管压力和发电机转速对应的目标空燃比。
具体的，预先获取进气管压力、发动机转速和空燃比的映射关系，根据获取的当前进气管压力、发动机转速结合映射关系得到当前进气管压力、发动机转速对应的目标空燃比。
本实施例中，采集多个进气管压力、发动机转速下的空燃比，然后建立进气管压力、发动机转速与空燃比之间关系的目标空燃比map表，如下表所示：
表1：目标空燃比map表
Figure BDA0003532428210000061
上表中，MAP代表进气管压力，rpm代表发动机转速。
根据预先获取的进气管压力和发动机转速，得到对应的目标空燃比，如果获取的当前的进气管压力和发动机转速不在表中，则采用插值法进行计算，获取目标空燃比。
步骤3：获取空滤与混合器之间管路内气体的进气负压、混合器与增压器之间管路内气体的进气温度及大气压力。
具体的，采用空滤和混合器管路之间的负压传感器采集进气负压，采用混合器与增压器之间管路的温度传感器采集进气温度，采用大气压力传感器采集大气压力。
步骤4：根据步骤2获取的目标空燃比和获取的进气负压、进气温度及大气压力结合预设的增压器转速和空燃比的修正后的关系模型得到理论增压器转速。
具体的，包括以下步骤：
步骤(1)预先进行试验，获取多个增压器转速及其对应的空燃比，得到空燃比与增压器转速的线性关系模型，如图3所示，横轴代表空燃比，纵轴代表增压器转速。
R＝f(λ)+R0
R代表增压器转速，λ代表空燃比，R0代表增压器基准转速。
采用插值法可得到任何增压器转速对应的空燃比。
步骤(2)对空燃比与增压器转速的线性关系模型进行修正，包括以下步骤：
步骤(2.1)由于进气温度会影响空气密度，进而会影响增压器转速，因此获取不同进气温度下的增压器转速，建立不同进气温度对增压器转速的第一修正函数g0(T)，采用第一修正函数g0(T)对空燃比与增压器转速的线性关系模型进行修正：
R＝f(λ)+R0+g0(T)
步骤(2.2)获取不同进气负压下的增压器转速，建立不同进气负压对增压器转速的第二修正函数h(S)，利用第二修正函数对空燃比与增压器转速的线性关系模型进行修正。
R＝f(λ)+R0+g0(T)+h(S)
步骤(2.3)获取不同大气压力下的增压器转速，建立不同大气压力对增压器转速的第三修正函数w(P)，利用第三修正函数对空燃比与增压器转速的线性关系模型进行修正，得到修正后的空燃比与增压器转速的关系模型：
R＝f(λ)+R0+g0(T)+h(S)+w(P)
通过修正后的空燃比与增压器转速的关系模型将目标空燃比map表转化为理论增压器转速map表，如下表所示：
Figure BDA0003532428210000081
进而可以获取不同进气管压力、发动机转速对应的目标空燃比所对应的理论增压器转速Ra。
步骤5：基于理论增压器转速和获取的当前增压器的转速的比较结果控制燃气计量阀的工作。
采用安装在增压器的转速传感器获取当前的增压器转速R，对得到的理论增压器转速Ra和R进行比较。
具体的，建立闭环修正系数φ
φ＝R/Ra
当φ＝1即获取的当前增压器转速等于步骤4获得的理论增压器转速，则视为控制达到闭环系数，无需调整燃气计量阀开度，当φ>1即获取的当前增压器转速大于步骤4获取的理论增压器转速，则认为空燃比过大，则需要增加燃气量加浓燃气，增加燃气计量阀开度，直到φ＝1达到闭环状态；当φ<1即获取的当前增压器转速小于步骤4获取的理论增压器转速,则认为空燃比过小，则需要减小燃气量加浓燃气，减小燃气计量阀开度，直到φ＝1达到闭环状态。
本实施例的方法，通过转速传感器、温度传感器、大气压力传感器及负压传感器即可实现燃气计量阀开度的调节，进而调节空燃比，保证气体机的空气和燃气比例，上述传感器成本低，寿命长，运行稳定，无需采用氧传感器，避免了采用氧传感器带来的维护费高、影响气体机运行效率的缺陷。
同时，考虑到进气温度、进气负压以及大气压力对增压器转速影响，空燃比与增压器转速的关系模型利用第一修正函数、第二修正函数及第三修正函数进行了修正，保证增压器转速的变化仅与空燃比有关。
实施例3
本实施例提供了一种气体机系统，该系统包括实施例1所述的气体机，还包括控制器，控制器与转速传感器、负压传感器、温度传感器、大气压力传感器及燃气计量阀通信连接，控制器用于执行上述实施例2所述的气体机控制方法。
控制器采用ECU12，ECU12还与安装在进气管的压力传感器及安装在发动机输出轴的转速传感器连接。
具体的，气体机中的转速传感器、负压传感器、温度传感器及大气压力传感器实时检测增压器的转速、进气负压、进气温度及大气压力并发送给ECU，同时进气管的压力传感器和发动机输出轴的转速传感器实时检测进气管压力和发动机转速并发送给ECU12，ECU12采用第二方面所述的方法得到获取的增压器转速和理论增压器转速的比较结果，然后控制燃气计量阀工作，调节开度，使得空燃比达到设定要求。
实施例4：
本实施例提供了一种气体机控制装置，如图4所示，能够执行实施例2所述的控制方法，包括：
第一获取模块：用于获取当前进气管压力和发动机转速；
目标空燃比获取模块：用于根据得到当前进气管压力和发电机转速对应的目标空燃比；
第二获取模块：用于获取空滤与混合器之间管路内气体的负压、混合器与增压器之间管路内气体的温度及大气压；
理论增压器转速获取模块：用于根据获取的负压、温度及大气压及目标空燃比结合预设的增压器转速和空燃比的修正后的关系模型得到理论增压器转速；
控制模块：基于理论增压器转速和获取的当前增压器的转速的比较结果控制燃气计量阀的工作。
本实施例的控制装置，无需使用氧传感器，避免了使用氧传感器所带来的缺陷。
其中，目标空燃比获取模块中预先存入进气管压力、发电机转速与空燃比的映射关系，理论增压器转速获取模块中预先存入利用负压、温度及大气压修正后的增压器转速和空燃比的关系模型。
控制模块包括比较模块和调整模块，比较模块用于将获取的当前增压器转速与理论增压器转速获取模块获取的理论增压器转速进行比较，比较方法为取当前获取的增压器转速与理论增压器转速的比值。
调整模块用于当比值大于1时，控制燃气计量阀增加开度，当比值小于1时，控制燃气计量阀减小开度，当比值等于1时，控制燃气计量阀的开度不变。
实施例5：
本实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例2所述的气体机控制方法。
实施例6：
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例2所述的气体机控制方法。
以上实施例4-6中涉及的各步骤与方法实施例2相对应，具体实施方式可参见实施例2的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种气体机，包括依次连接的空滤、混合器和增压器，其特征在于，增压器安装有转速传感器，混合器的燃气进口设置有燃气计量阀，空滤与混合器之间的管路安装有负压传感器，混合器与增压器之间的管路安装有温度传感器，还包括大气压力传感器。
2.一种权利要求1所述的气体机的控制方法，包括：
获取当前进气管压力和发动机转速；
获取当前进气管压力和发电机转速对应的目标空燃比；
获取空滤与混合器之间管路内气体的负压、混合器与增压器之间管路内气体的温度及大气压；
根据获取的负压、温度、大气压及目标空燃比结合修正后的增压器转速和空燃比的关系模型得到理论增压器转速；
基于理论增压器转速和获取的当前增压器的转速的比较结果控制燃气计量阀的开度。
3.如权利要求2所述的气体机控制方法，其特征在于，当获取的当前增压器转速大于理论增压器转速时，增加燃气计量阀的开度，当获取的当前增压器的转速小于理论增压器转速时，减小燃气计量阀的开度，当获取的当前增压器的转速等于理论增压器转速时，燃气计量阀的开度不变。
4.如权利要求2所述的气体机控制方法，其特征在于，预先建立进气管压力、发动机转速和空燃比的映射关系，根据获取的当前进气管压力、发动机转速结合映射关系得到当前进气管压力、发动机转速对应的目标空燃比。
5.如权利要求2所述的气体机控制方法，其特征在于，预先获取进气温度与增压器转速的第一修正函数、进气负压对增压器转速的第二修正函数，大气压力对增压器转速的第三修正函数，基于空燃比与增压器转速的线性关系模型结合第一修正函数、第二修正函数及第三修正函数得到空燃比与增压器转速的修正后的关系模型。
6.一种气体机系统，其特征在于，包括：
权利要求1所述的气体机；
控制器，分别与气体机中的负压传感器、温度传感器、大气压力传感器及燃气计量阀通信连接，所述控制器用于执行权利要求2-5任一项所述的气体机的控制方法。
7.如权利要求6所述的一种气体机系统，其特征在于，所述控制器为ECU。
8.一种权利要求1所述的气体机的控制装置，其特征在于，包括：
第一获取模块：用于获取当前进气管压力和发动机转速；
目标空燃比获取模块：用于根据得到当前进气管压力和发电机转速对应的目标空燃比；
第二获取模块：用于获取空滤与混合器之间管路内气体的负压、混合器与增压器之间管路内气体的温度及大气压；
理论增压器转速获取模块：用于根据获取的负压、温度及大气压及目标空燃比结合预设的增压器转速和空燃比的修正后的关系模型得到理论增压器转速；
控制模块：基于理论增压器转速和获取的当前增压器的转速的比较结果控制燃气计量阀的工作。
9.一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求2-5任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求2-5任一项所述的方法。
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