CN117249009A - 一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，通过节气门节流控制进气空气量而对空燃比进行调节；采用发动机排气端氧传感器采集空燃比λactual信号，通过PI算法控制的策略实现空燃比实际值空燃比λactual与目标值λtarget的一致性控制；为了准确区别不同工况，通过燃气喷射时长t、有效面积、燃气喷射压力、燃气喷射温度等参数计算燃气喷射量。本发明提供了在无燃气流量计的情况下确定燃气喷射量的方法，从而简单有效的通过调整空气量实现空燃比调节，空燃比调节过程不会对输出动力产生影响。
Description
技术领域
本发明属于发动机控制技术领域，具体是一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法。
背景技术
气体发动机空燃比控制对排放、热效率、热负荷、可靠性等性能有着重要影响，因此空燃比控制成为气体机控制系统的重要内容。
目前某些专利所提供的空燃比控制的手段，如专利CN202210523292.1一种对整车空燃比进行控制的修正方法、系统、电子设备和存储介质，采用多区域分别设定加权系数，求各区域燃油自学习波动值、动态调整加权系数、计算第二燃油自适应值、计算出燃油特性学习值、最终通过燃油特性学习值与自适应学习值共同对燃油量进行修正。
又如专利CN202210682813.8发动机短期燃油修正方法，该方法包括：S1、获取短期燃油修正系数基本值；其由实际空燃比除以目标空燃比并进行一阶低通滤波得到；S2、根据短期燃油修正误差模糊修正系数获取短期燃油修正系数；其中短期燃油修正误差模糊修正系数由模糊控制器得到；该模糊控制器的输入量为短期燃油修正误差以及短期燃油修正误差变化率，模糊控制器的输出为短期燃油修正误差模糊修正系数。
又如专利CN202210249313.5基于两点式氧传感器的GPF再生控制方法，该方法包括：当发动机运行至GPF可再生区域时，利用预控喷油量模型对实际空燃比进行闭环控制，并对所述预控喷油量模型输出的闭环喷油修正因子的平均值进行自学习，直至所述闭环喷油修正因子的平均值达到目标值；利用自学习结束时保存的自学习值对所述预控喷油量模型进行修正；以及，向修正后的所述预控喷油量模型输入空燃比测试信号，判断两点式传感器输出的电压信号是否满足要求，若是，则开始进行GPF再生控制。
问题是，以上专利均是通过对燃油(燃气)系统操作进行空燃比控制，但是在很多应用环境，对燃油(燃气)进行操作意味着动力的改变，与需求不一致。并且以上专利采用以自学习为主的智能控制手段，控制方法较为复杂。其次，进气歧管多点喷射气体机是一种典型的燃气喷射结构气体机，以上专利没有进行针对性的空燃比技术策略。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法。目的在于，针对进气歧管多点喷射的燃气发动机，通过节气门节流控制进气空气量而对空燃比进行调节；采用发动机排气端氧传感器采集空燃比λactual信号，通过PI算法控制的策略实现空燃比实际值空燃比λactual与目标值λtarget的一致性控制；为了准确区别不同工况，通过燃气喷射时长t、有效面积、燃气喷射压力、燃气喷射温度等参数计算燃气喷射量。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，关键在于：通过在所述发动机控制器ECU中植入PI算法程序进行节气门位置调节而控制所述空燃比；具体的，由所述PI算法确定的节气门位置调整量为Delta_λ*delta_coef_P+ΣDelta_λ*delta_coef_I；其中，增益项P由Delta_λ*delta_coef_P确定，积分项I由ΣDelta_λ*delta_coef_I确定；其中，Delta_λ为目标空燃比λtarget与实际的空燃比λactual的差值；delta_coef_P为在发动机控制器ECU中输入性的建立所述Delta_λ与节气门开度变化量delta_throttle的一一对应关系，组成增益曲线delta_coef_P；则增益项P为Delta_λ*delta_coef_P；在发动机控制器ECU中输入性的建立所述Delta_λ与节气门开度变化量delta_throttle的一一对应关系，组成积分曲线delta_coef_I，则积分项I为ΣDelta_λ*delta_coef_I；其中，实际的空燃比λactual通过尾气氧传感器采集获得；其中，目标空燃比λtarget以燃气喷射量Qf和发动机转速n为纵横坐标轴的三维map标定每个工况的空燃比目标值λtarget。
作为进一步优化，为获取更加精确的发动机转速，所述发动机转速n由发动机转速传感器采集获得。
作为进一步优化，为获取更加精确的燃气喷射量，所述燃气喷射量Qf由公式确定；其中，t为喷射阀喷射时长，由发动机控制器ECU确定；num为发动机的气缸数；Af为喷射阀有效面积，是发动机控制器ECU的输入性参数；k为燃气绝热指数k，是发动机控制器ECU输入性参数；Pf为喷射阀前压力，由喷射阀压力传感器采集获得；ρf为燃气喷射阀前燃气密度。
作为进一步优化，为更加精确的确定燃气喷射阀前燃气密度，所述燃气喷射阀前燃气密度ρf由公式ρf＝273.15*ρ0*Pf/Tf确定；其中，ρ0为燃气在标准状态下的密度；Tf为喷射阀前燃气温度，通过喷射阀温度传感器采集获得。
作为进一步优化，为了确保燃气喷射效果，所述喷射阀前压力Pf大于进气总管压力的1.86倍。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，提供了在无燃气流量计的情况下确定燃气喷射量的方法，从而简单有效的通过调整空气量实现空燃比调节，空燃比调节过程不会对输出动力产生影响。
附图说明
图1是本发明的实施例1的系统结构示意图；
图2是本发明的实施例1的空燃比目标值λtarget的参数表；
图3是本发明的实施例1的增益曲线参数表；
图4是本发明的实施例1的积分曲线参数表；
图5是本发明的实施例1的燃气喷射阀前燃气密度计算公式；
图6是本发明的实施例1的燃气喷射量计算公式。
图1中：1表示尾气氧传感器；2表示转速传感器；3.1表示燃气喷射阀1#；3.2表示燃气喷射阀2#；3.3表示燃气喷射阀3#；3.4表示燃气喷射阀4#；4表示喷射阀前压力传感器；5表示喷射阀前温度传感器；6表示节气门；7表示发动机控制器ECU；8表示节气门开度aperture；9表示实际的空燃比λactual；10表示转速n；11表示节气门位置调整增益系数delta_coef_P；12表示节气门6位置调整积分系数delta_coef_I；13表示燃气标准密度ρ0；14表示燃气绝热指数K；15表示喷射阀有效面积Af；16表示气缸数num；17表示空燃比目标值λtarget；18表示喷射阀前温度Tf；19表示喷射阀前压力Pf；20表示喷射阀开启时长t。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行清楚；完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分优选实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
实施例1：请参阅图1-2；
一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，以应用天然气为燃料的四缸发动机为示例。发动机控制器ECU7接受尾气氧传感器1采集的实际空燃比λactual；转速传感器2采集的发动机转速n；喷射阀前压力传感器4采集的喷射阀前压力Pf；喷射阀前温度传感器5采集的喷射阀前温度Tf；节气门6发出的节气门位置aperture，向发动机控制器ECU7输入标准燃气密度ρ0；燃气绝热指数k；喷射阀有效面积Af；气缸数num；空燃比目标值λtarget；节气门位置调整积分系数delta_coef_I；节气门位置调整增益系数delta_coef_P，并采集向燃气喷射阀发出的开启时长t。
进一步，本发明所述一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，燃气喷射阀前燃气密度如图5公式计算，式中Pf单位为barA，Tf为绝对温度。对于标准状态的天然气，标准密度ρ0为0.7174kg/m3，在燃气喷射阀前压力Pf为6bar；燃气喷射阀前温度Tf为300K时，则密度ρf为0.3919kg/m3。
进一步，本发明所述一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，燃气喷射量如图6所示，本发明所述进气歧管多点喷射气体机燃气阀前压力应大于进气总管压力的1.86倍。对于喷射时长t在0.01s；气缸数为4；燃气喷射阀有效面积为28mm2；燃气喷射阀前压力Pf为6bar；密度ρf为0.3919kg/m3；对于天然气绝热指数为1.33，则燃气喷射量Qf为3.03g。
进一步，本发明所述一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，建立以燃气喷射量Qf和发动机转速n为纵横坐标轴的三维map标定每个工况的空燃比目标值λtarget，如图1所述。发动机控制器ECU7计算出Delta_λ＝λtarget-λactual。
进一步，本发明所述一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，采用节气门6节流的方法实现对空气量的调节，当Delta_λ大于0时，通过增大节气门6开度aperature减小空气节流量增加空气量增加实际空燃比，使二者保持一致；当Delta_λ小于0时，通过减小节气门6开度aperature增大空气节流量减小空气量减小实际空燃比，使二者保持一致。
进一步，本发明所述的一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，建立以Delta_λ为横坐标，节气门6位置调整量delta_coef_P为纵坐标的增益曲线，如图3；建立以Delta_λ为横坐标，节气门6位置调整量delta_coef_I为纵坐标的积分曲线，如图4；
进一步，本发明所述的一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，通过PI算法实现节气门6位置aperature调节，其中增益项P由Delta_λ*delta_coef_P确定，积分项I由ΣDelta_λ*delta_coef_I确定，则由PI算法确定的节气门6位置aperature调整量为Delta_λ*delta_coef_P+ΣDelta_λ*delta_coef_I。
需要说明的是，本发明主要通过发动机控制器ECU、排气端氧传感器、节气门位置开度传感器、喷射阀压力温度传感器、喷射阀喷射时长、转速传感器等组成控制系统，以实现上述的方法。其中，通过建立发动机转速n、燃气喷射量Qf、空燃比目标值λtarget三维map实现以发动机转速n、燃气喷射量Qf为输入工况，空燃比目标值λtarget为输出值的对应关系。其中发动机转速n通过发动机转速传感器采集。通过喷射阀压力、温度传感器采集喷射阀前压力Pf和温度信号Tf，喷射阀喷射时长t为发动机控制器ECU确认信号、燃气喷射阀有效面积Af为发动机控制器ECU输入性参数、燃气喷射阀数量num为发动机控制器ECU输入性参数，燃气绝热系指数k为发动机控制器ECU输入性参数，燃气喷射阀前燃气密度ρf为发动机控制器ECU计算值，燃气在标准状态下的密度ρ0为发动机控制器ECU输入性参数。其中，节气门开度变化量delta_throttle，可根据图3、图4查表计算P和I，二者相加就是。
采用上述方案，具有以下效果：
本发明所述的一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，提供了在无燃气流量计的情况下计算燃气喷射量的方法，从而简单有效的通过调整空气量实现空燃比调节，空燃比调节过程不会对输出动力产生影响。
本发明未详述部分为现有技术；对于本领域的普通技术人员而言，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
Claims (5)
1.一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，其特征在于：
通过在发动机控制器ECU中植入PI算法程序进行节气门位置调节而控制所述空燃比；具体的，由所述PI算法确定的节气门位置调整量为Delta_λ*delta_coef_P+ΣDelta_λ*delta_coef_I；
其中，增益项P由Delta_λ*delta_coef_P确定，积分项I由ΣDelta_λ*delta_coef_I确定；
其中，Delta_λ为目标空燃比λtarget与实际的空燃比λactual的差值；delta_coef_P为在发动机控制器ECU中输入性的建立所述Delta_λ与节气门开度变化量delta_throttle的一一对应关系，组成增益曲线delta_coef_P；则增益项P为Delta_λ*delta_coef_P；在发动机控制器ECU中输入性的建立所述Delta_λ与节气门开度变化量delta_throttle的一一对应关系，组成积分曲线delta_coef_I，则积分项I为ΣDelta_λ*delta_coef_I；
其中，实际的空燃比λactual通过尾气氧传感器采集获得；
其中，目标空燃比λtarget以燃气喷射量Qf和发动机转速n为纵横坐标轴的三维map标定每个工况的空燃比目标值λtarget。
2.根据权利要求1所述的一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，其特征在于：发动机转速n由发动机转速传感器采集获得。
3.根据权利要求1所述的一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，其特征在于：
所述燃气喷射量Qf由公式确定；
其中，t为喷射阀喷射时长，由发动机控制器ECU确定；num为发动机的气缸数；Af为喷射阀有效面积，是发动机控制器ECU的输入性参数；k为燃气绝热指数k，是发动机控制器ECU输入性参数；Pf为喷射阀前压力，由喷射阀压力传感器采集获得；ρf为燃气喷射阀前燃气密度。
4.根据权利要求3所述的一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，其特征在于：
所述燃气喷射阀前燃气密度ρf由公式ρf＝273.15*ρ0*Pf/Tf确定；
其中，ρ0为燃气在标准状态下的密度；Tf为喷射阀前燃气温度，通过喷射阀温度传感器采集获得。
5.根据权利要求1所述的一种进气歧管多点喷射气体机空燃比闭环控制方法，其特征在于：
所述喷射阀前压力Pf大于进气总管压力的1.86倍。
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| CN117889007A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种控制方法、控制装置、氨发动机系统及电子设备 |
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2023
- 2023-09-15 CN CN202311206050.0A patent/CN117249009A/zh active Pending
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