CN114991969B - 一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正的方法、车辆和存储介质 - Google Patents

一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正的方法、车辆和存储介质 Download PDF

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Abstract

一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正的方法和装置，该方法包括：发动机在同一工况实际空气环境和标定时的空气环境进入缸内的干空气量相等；存储发动机各个工况的标定空气环境和标定节气门开度；对发动机进气量进行空气环境自适应修正；计算标定干空气流量和标定水蒸气流量以及实际干空气流量和实际水蒸气流量；计算空气流量修正值；使得调整后实际进入气缸内的干空气质量流量和标定干空气质量流量相等；最终节气门的开度等于节气门开度标定值和节气门开度修正值之和，控制器进行驱动输出。该装置包括数据存储模块、数据采集模块、差值计算模块、修正值计算模块和控制输出模块。本发明能够减少空气环境变化对天然气发动机进气量产生的影响。

Description

一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正的方法、车辆 和存储介质
技术领域
本发明属于天然气发动机控制领域，具体涉及一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正的方法和装置。
背景技术
天然气作为化石能源向非化石能源过渡的最优选择之一，具有储量量丰富，价格低廉，燃烧清洁等优点，目前已经广泛应用于船舶，城市公交以及重型卡车。为达到国六排放标准，天然气发动机从稀燃变为当量比燃烧策略，必须对进入发动机气缸内的空气量进行精确的控制。实际中发现发动机在不同空气环境同一工况下输出功率不同，造成驾驶性存在差异。这种现象的产生是由于在不同空气环境下实际进入气缸内参与燃烧的空气量不同。因此如何消除或降低不同空气环境对天然气发动机进气量的影响是一个有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正的方法和装置，以减少空气环境变化对天然气发动机进气量产生的影响。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法，包括以下步骤：
1)将空气环境中的空气分为干空气和水蒸气两部分，进入发动机气缸内参与燃烧的是空气中的干空气部分，通过调节节气门的开度使得发动机在同一工况实际空气环境和标定时的空气环境进入发动机缸内的干空气量相等；
2)在发动机控制器内存储发动机各个工况的标定空气环境和标定节气门开度；
3)采集节气门前实际空气温度、湿度和空气流量，将实际空气流量值假设分为实际干空气流量和实际水蒸气流量两部分；
4)当实际空气湿度和标定空气湿度的差值大于设定阈值或者实际空气温度和标定空气温度的差值大于设定阈值时，对发动机进气量进行空气环境自适应修正；
5)用当前空气流量值计算标定空气环境下的标定干空气流量和标定水蒸气流量以及实际空气环境下的实际干空气流量和实际水蒸气流量；
6)根据实际干空气流量和标定干空气流量的差值计算空气流量修正值；
7)根据空气流量修值查空气流量和节气门开度map表格得到节气门开度修正值，使得节气门开度调整之后实际进入气缸内的干空气质量流量和标定干空气质量流量相等；
8)通过调节节气门开度，降低空气环境对天然气发动机进气量的影响，改善缸内燃烧，最终节气门的开度等于节气门开度标定值和节气门开度修正值之和；
9)控制器按照最终的节气门开度进行驱动输出。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，所述标定空气环境是指发动机在标定参数时对应的空气温度，空气压力以及空气湿度，标定参数时对应的空气温度，空气压力以及空气湿度存储在控制器内部。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，所述标定节气门开度，指在发动机标定时预存在控制器内部的节气门开度，节气门开度和工况对应。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，所述实际空气温度、湿度和空气流量是指发动机运行时空气环境参数。
本发明进一步的改进在于，步骤5)中，所述当前空气流量值是指节气门前空气流量计在发动机运行时采集到的空气流量值。
本发明进一步的改进在于，步骤6)中，所述空气流量修正值是指在相同的发动机工况下，实际流经节气门的空气流量和标定的节气门空气流量之差。
一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正装置，包括：
数据存储模块，用于存储发动机标定时的温度和湿度以及各个工况下的标定节气门开度；
数据采集模块，用于采集节气门前实际空气温度、实际空气湿度和实际空气流量；
差值计算模块，用于根据数据采集模块的数据计算相同工况下标定干空流量和实际干空流量差值；
修正值计算模块，用于根据差值计算模块计算得到的标定干空气流量和实际干空气流量的流量差值计算节气门开度修正值；
控制输出模块，用于根据数据存储模块存储的标定节气门开度和节气门修正值计算得到的最终节气门开度的需求值，并驱动输出。
一种车辆，所述车辆包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现所述的天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法。
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所述的天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法的步骤。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
(1)本发明能够在线计算当前环境下发动机实际干空气流量，通过和数据存储模块中的标定干空气流量进行差值计算，进行节气门调节，降低因环境湿度的变化对天然气进气充量的影响。
(2)本发明对原有发动机本体改动少，没有增加过多的传感器及执行器，系统简单，成本低。
(3)本发明提供的一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法和装置，也可以应用于对空气充量计算精度要求较高的气体发动机，具有较强的拓展性。
(4)本发明提供的一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法和装置，可以精确控制发动机的进气量，使发动机缸内燃烧控制在目标过量空气系数下，能有效减少排放。
附图说明
图1为本发明中一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法流程图；
图2为本发明中一种空气流量的假设示意图；
图3为本发明中一种天然气发动机进气量空气环境自适的修正方法流程图；
图4为本发明中一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正装置结构图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一：
本发明实施例一提供了一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法流程图，参考图1。一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法包括步骤S101～S105。
步骤S101，通过安装在节气门前的空气温度计、湿度计、流量计采集当前空气温度、湿度和流量。
步骤S102，计算流经节气门的实际干空气流量和实际水蒸气流量。
进一步的，通过采集到的节气门前空气流量，计算在实际空气环境下的实际干空气流量。
进一步的，通过采集到的节气门前空气流量，计算在标定空气环境下的标定干空气流量。
进一步的，为了保证发动机气缸内参与燃烧的干空气量相等，需要使得实际干空气流量等于标定干空气流量。
步骤S103，通过实际干空气流量和标定干空气流量的差值计算流经节气门空气量的修正值。
将实际干空气流量和标定干空气流量相减，如果得到的结果大于零，那么进入的气缸内干空气量较多，需要减小流经节气门的空气量；如果得到的结果小于零，那么进入的气缸内干空气量较少，需要增大流经节气门的空气量。
所述流经节气门空气量的改变值作为空气流量的修正值。
步骤S104，根据空气流量的修正值调节节气门开度，使在同一发动机工况下，实际流经节气门后的干空气流量和标定干空气流量相等。
由空气流量和节气门开度map表查询空气流量修正值对应的节气门开度，将此
节气门开度作为节气门开度的修正值。
步骤S105，调节节气门开度降低空气环境对天然气发动机缸内燃烧的影响。
调节后的节气门开度等于节气门开度标定值和节气门开度修正值之和。
实施例二：
本发明实施例二提供了一种空气流量的假设理论，如图2所示。将大气中的空气流量假设分为两个部分：水蒸气流量和干空气流量。将节气门前空气质量流量为Q的标定空气可以分为：质量流量为Q1的标定水蒸气以及质量流量为Q2的标定干空气。当空气环境发生变化时，空气中的水蒸气和干空气比例发生变化，则节气门前质量流量为Q的实际空气可以分为：质量流量为Q3的水蒸气流量以及质量流量为Q4的干空气流量。
对于不同的空气环境，虽然流经节气门的空气流量相等，但流经节气门的干空气量和水蒸气量不同。为了使相同工况下实际流经节气门的干空气流量和和标定干空气流量相等，需要对节气门开度标定值进行修正。
图2中节气门前的空气流量为Q，由于节气门的节流作用，流经节气门的标准干空气量为KQ2，实际干空气量为KQ4，K为和节气门开度相关的因子，可以由空气流量和节气门开度的map表查询。
基于实际干空气量KQ4和标准干空气量KQ2之差，计算实际需要流经节气门的空气流量之差，即为空气流量的修正值。根据空气流量和节气门开度的map表查询得到节气门开度的修正值。
实施例三：
本发明实施例三提供了一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法，参考图3。一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法包括步骤M11～M19。
步骤M11,采集实际空气湿度值和实际空气温度值。
步骤M12，计算实际空气湿度和标定空气湿度的差值，计算实际空气温度和标定空气温度的差值。
所述标定空气温度和标定空气湿度是指发动机标定参数时对应的环境温度及环境湿度。
步骤M13，当实际空气湿度和标定空气湿度差值大于设定阈值或者实际空气温度和标定空气温度差值大于设定阈值，进入空气环境自适应调节。
进一步的，当步骤M12计算到的湿度差和温度差均小于设定阈值时，认为空气环境对发动机缸内燃烧不产生明显的影响，不对进气量进行空气环境修正，进入步骤M19。
步骤M14，计算实际干空气流量和标定干空气流量。
将流经节气门的空气分为两个部分：干空气和水蒸气。
以下说明单位质量流量的空气中干空气和水蒸气质量流量的计算过程。
水蒸气压力Pv＝Psat×H 公式(1)
干空气压力Pa＝1-Pv＝1-Psat×H 公式(2)
饱和蒸气压Psat＝f(T) 公式(3)
水蒸气质量流率与干空气质量流率之比
Figure SMS_1
公式(4)
水蒸气质量流率与干空气质量流率之和mv+ma＝m公式(5)
以上公式中各个变量的含义分别为：
Pv：空气中的水蒸气分压，Pa：空气中的干空气分压，Psat：当前空气的饱和蒸气压，T：环境温度，H：环境湿度，mv：流经节气门的水蒸气质量流率，ma：流经节气门的干空气质量流率，m：流经节气门的空气质量流率，Mv：水蒸气摩尔质量，Ma：干空气摩尔质量。
进一步的，流经节气门的空气质量流率m是根据节气门前的质量流率和节气门开度得到。
由公式(1)～公式(5)可以计算得到流经节气门的干空气质量流率mv
mv＝f(T、H、Mv、Ma)
干空气是实际参与缸内燃烧的气体，干空气流量与空气环境温度和湿度有关。
不同地区不同季节实际环境和标准环境有一定差别，当实际空气环境和标定空气环境差别较大时，需要对标定的进气量进行空气环境修正。使得在同样发动机工况下，实际进入气缸内的干空气和标定干空气量相同。
通过调节节气门开度进行进气量的空气环境修正。
步骤M15，计算空气流量修正值。
由步骤14计算得到实际干空气量和标准干空气量的差值，再通过干空气量的差值反算得到需要流经节气门空气流量差值。
步骤M16，基于空气流量和节气门的对应关系，得到步骤15计算得到的空气流量差值对应的节气门开度修正值。
步骤M17，最终节气门开度等于节气门开度标定值和节气门开度修正值之和。
步骤M18，发动机控制器最终输出步骤M17计算得到的节气门开度。
步骤M19，当发动机运行时空气湿度和标定空气湿度差值均小于设定阈值时，节气门开度等于节气门开度标定值。
步骤M20，发动机控制器按照节气门开度标定值驱动输出。
实施例四：
本发明实施例四提供了一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正装置，参考图4。
通过比较实际空气环境和标定空气环境的温度和湿度差确定是否进行空气环境修正，如果实际空气温度和标定空气温度之差或者实际空气湿度和标定空气湿度之差大于设定阈值，则进行天然气发动机进气量的空气环境修正。在发动机控制器中预先存入发动机各工况对应的节气门开度标定值。当实际空气环境和标定空气环境的湿度或者温度相差较大时，空气量如果还按照原先预设的节气门开度进行控制，则实际进入发动机气缸内参与燃烧的干空气量和标定干空气量相差较大。为了消除空气环境温度和湿度的变化对进入缸内的干空气量的影响，需要对节气门的开度进行修正，使得在同一发动机工况时，实际进入气缸内的干空气量和标定环境下进入的干空气量相等，降低了空气环境变化对发动机缸内燃烧的影响。
进一步的，该装置还包括数据采集模块，用于采集节气门前的空气温度、湿度、流量、节气门开度。
进一步的，该装置还包括数据存储模块，用于存储标定空气温度，标定空气湿度以及不同工况下的节气门开度标定值。
进一步的，该装置还包括差值计算模块，用于通过数据采集模块采集到的空气温度、湿度、流量值计算实际流经节气门的干空气质量流量。实际干空气流量和标定干空气流量的差值是需要经过节气门开度调节的干空气量。
进一步的，该装置还包括修正值计算模块。用于根据差值计算模块中计算得到的干空气流量的差值计算对应的流经节气门的空气量差值。并基于空气流量和节气门开度关系查MAP表得到空气量差值对应的节气门开度修正值。
进一步的，该装置还包括控制输出模块。用于输出最终的节气门目标值。
所述最终节气门目标值等于数据存储模块存储的节气开度标定值和修正值计算模块计算的节气门的修正值之和。
一种车辆，所述车辆包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现所述的天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法。
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所述的天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将空气环境中的空气分为干空气和水蒸气两部分，进入发动机气缸内参与燃烧的是空气中的干空气部分，通过调节节气门的开度使得发动机在同一工况实际空气环境和标定时的空气环境进入发动机缸内的干空气量相等；
2)在发动机控制器内存储发动机各个工况的标定空气环境和标定节气门开度；所述标定空气环境是指发动机在标定参数时对应的空气温度，空气压力以及空气湿度，标定参数时对应的空气温度，空气压力以及空气湿度存储在控制器内部；所述标定节气门开度，指在发动机标定时预存在控制器内部的节气门开度，节气门开度和工况对应；
3)采集节气门前实际空气温度、湿度和空气流量，将实际空气流量值假设分为实际干空气流量和实际水蒸气流量两部分；所述实际空气温度、湿度和空气流量是指发动机运行时空气环境参数；
4)当实际空气湿度和标定空气湿度的差值大于设定阈值或者实际空气温度和标定空气温度的差值大于设定阈值时，对发动机进气量进行空气环境自适应修正；
5)用当前空气流量值计算标定空气环境下的标定干空气流量和标定水蒸气流量以及实际空气环境下的实际干空气流量和实际水蒸气流量；所述当前空气流量值是指节气门前空气流量计在发动机运行时采集到的空气流量值；
6)根据实际干空气流量和标定干空气流量的差值计算空气流量修正值；所述空气流量修正值是指在相同的发动机工况下，实际流经节气门的空气流量和标定的节气门空气流量之差；
7)根据空气流量修值查空气流量和节气门开度map表格得到节气门开度修正值，使得节气门开度调整之后实际进入气缸内的干空气质量流量和标定干空气质量流量相等；
8)通过调节节气门开度，降低空气环境对天然气发动机进气量的影响，改善缸内燃烧，最终节气门的开度等于节气门开度标定值和节气门开度修正值之和；
9)控制器按照最终的节气门开度进行驱动输出。
2.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1所述的天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法。
3.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1所述的天然气发动机进气量空气环境自适应修正方法的步骤。
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