CN213807876U - 一种发电用燃气发动机的瞬态燃料控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发电用燃气发动机的瞬态燃料控制装置，用于提高发动机在不同工况下的稳定性，本实用新型包括：控制芯片、存储器、节气门位置传感器、节气门第一传感器、节气门第二传感器以及喷气嘴控制器；当所述节气门位置传感器向所述控制芯片反馈第一信号时，所述控制芯片从所述存储器中读取第一数据，并根据所述第一数据控制喷气嘴控制器；当所述节气门位置传感器向所述控制芯片反馈第二信号时，所述控制芯片从所述存储器中读取第二数据，从所述节气门第一传感器读取节气门前气体压力参数，从所述节气门第二传感器读取进气总管气体压力参数，并根据所述第二数据、节气门前气体压力参数以及进气总管气体压力参数控制喷气嘴控制器。

Description

一种发电用燃气发动机的瞬态燃料控制装置

技术领域

本实用新型涉及发动机领域，尤其涉及一种发电用燃气发动机的瞬态燃料控制装置。

背景技术

在现有技术中，目前发电用的中压燃气发动机对发动机燃料的控制是采用进气总管空气流量模型，即根据发动机进气总管的进气绝对压力(MAP，Manifold AbsolutePressure)、进气总管温度(MAT，Manifold Absolute Temperature)、发动机排量、充气系数计算出发动机空气流量，再根据此空气流量和预先设定的空燃比计算出发动机运行所需的燃料喷射量，因此空气流量的计算精度直接影响到空燃比的控制精度，从而影响到缸内燃烧，最终影响发动机响应性能。

但是当发动机负荷发生瞬变时，发动机节气门会突然开大或开小以控制进气量，此时进气量会突然增大或减小，导致发动机实际空气流量突然变化，MAP的实际数据也随之突然变化，但进气总管压力MAP传感器采集信号滞后，使得进气总管空气流量模型中MAP数据不准确，因此使用该模型所计算得出的燃料喷射量数据也随之产生误差，最终导致发动机的可燃混合气过浓或过稀，影响发动机正常运行，引起发动机的运行波动。

发明内容

本实用新型提供了一种发电用燃气发动机的瞬态燃料控制装置，用于优化发动机在瞬态工况下的燃料供给，提高发动机在不同工况下的稳定性，优化发动机的响应性能。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种发电用燃气发动机的瞬态燃料控制装置，包括：控制芯片、存储器、节气门位置传感器、节气门第一传感器、节气门第二传感器以及喷气嘴控制器；

所述控制芯片与所述存储器、节气门位置传感器、节气门第一传感器、节气门第二传感器以及喷气嘴控制器电连接；

所述节气门位置传感器与发动机的节气门相连，所述节气门位置传感器用于监测节气门的实际开度；

所述节气门第一传感器和所述节气门第二传感器分别布置在与节气门前、后相连的管路上，所述节气门第一传感器用于采集节气门前气体压力参数，所述节气门第二传感器用于采集进气总管气体压力参数；

所述喷气嘴控制器与所述发动机的喷气嘴相连；

当所述节气门位置传感器向所述控制芯片反馈第一信号时，所述控制芯片从所述存储器中读取第一数据，并根据所述第一数据控制所述喷气嘴控制器；

当所述节气门位置传感器向所述控制芯片反馈第二信号时，所述控制芯片从所述存储器中读取第二数据，从所述节气门第一传感器读取所述节气门前气体压力参数，从所述节气门第二传感器读取所述进气总管气体压力参数，并根据所述第二数据、节气门前气体压力参数以及进气总管气体压力参数控制所述喷气嘴控制器。

可选的，所述第二数据包括节气门有效流通面积参数和修正系数参数，所述修正系数参数根据发动机台架标定。

可选的，所述控制芯片具体用于从所述节气门位置传感器中读取节气门开度变化率的绝对值，并将所述节气门开度变化率的绝对值与预设值比较；

当所述控制芯片读取到的节气门开度变化率绝对值小于预设值时，所述控制芯片从所述存储器中读取第一数据，并根据所述第一数据控制所述喷气嘴控制器；

当所述控制芯片读取到的节气门开度变化率绝对值大于预设值时，所述控制芯片从所述存储器中读取第二数据，从所述节气门第一传感器读取所述节气门前气体压力参数，从所述节气门第二传感器读取所述进气总管气体压力参数，并根据所述第二数据、节气门前气体压力参数以及所述进气总管气体压力参数控制所述喷气嘴控制器。

可选的，所述预设值根据发动机实际运行参数进行标定。

可选的，所述喷气嘴控制器包括：喷射量调节阀，所述喷射量调节阀与所述控制芯片连接。

可选的，所述控制芯片具体用于：在所述控制芯片接收到所述节气门位置传感器反馈的第一信号后，所述控制芯片根据所述第一数据计算第一空气流量，所述控制芯片根据所述第一空气流量与预设空燃比计算得出燃料喷射量，并根据所述燃料喷射量控制所述喷射量调节阀。

可选的，所述控制芯片具体还用于：

在所述控制芯片接收到所述节气门位置传感器反馈的第二信号后，所述控制芯片根据所述第二数据、节气门前气体压力参数以及进气总管气体压力参数计算第二空气流量，所述控制芯片根据所述第二空气流量与预设空燃比计算得出燃料喷射量，并根据所述燃料喷射量控制所述喷射量调节阀。

可选的，其特征在于，所述第一数据包括进气总管的进气绝对压力参数、进气总管温度参数、发动机排量参数和充气系数参数。

可选的，所述装置还包括：发动机工况显示模块，所述发动机工况显示模块与所述控制芯片连接。

可选的，所述装置还包括：燃料喷射状态显示模块，所述燃料喷射状态显示模块与所述喷气嘴控制器连接。

从以上技术方案可以看出，本实用新型具有如下优点：

在本实用新型中，当节气门位置传感器向所述控制芯片反馈第一信号时(该第一信号为表示当前发动机处于稳态工况下的信号)，此时控制芯片根据第一数据(进气总管空气流量模型)计算出燃料喷射量并控制喷气嘴控制器，而当节气门位置传感器向所述控制芯片反馈第二信号时(该第二信号为表示当前发动机处于瞬态工况下的信号)，此时控制芯片不仅需要参考MAP数据，还需要结合节气门前气体压力来计算，使得计算所得的燃料喷射量更符合瞬态工况下的实际空气流量，以满足预设空燃比。

本实用新型改善了在瞬态工况下MAP数据不准确所导致计算所得出的燃料喷射量数据偏差较大的问题，优化了发动机在瞬态工况下的燃料供给，由此提高了发动机在不同工况下的稳定性，优化了发动机的响应性能。

附图说明

图1为本实用新型提供的发电用燃气发动机的瞬态燃料控制装置一种结构示意图；

图2为本实用新型提供的发电用燃气发动机的瞬态燃料控制装置另一结构示意图。

具体实施方式

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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，仅用于说明各部件或组成部分之间的相对位置关系，并不特别限定各部件或组成部分的具体安装方位。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请中所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用于限定本申请可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本申请所揭示的技术内容涵盖的范围内。

下面将结合本申请中的附图，对申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本实用新型提供了一种发电用燃气发动机的瞬态燃料控制装置，用于优化发动机在瞬态工况下的燃料供给，提高发动机在不同工况下的稳定性，优化发动机的响应性能，下面将结合附图进行详细描述。

请参阅图1至图2，本申请提供一种技术方案：一种发电用燃气发动机的瞬态燃料控制装置，包括：

控制芯片1、存储器2、节气门位置传感器3、节气门第一传感器4、节气门第二传感器5以及喷气嘴控制器6；

该控制芯片1与该存储器2、节气门位置传感器3、节气门第一传感器4、节气门第二传感器5以及喷气嘴控制器6电连接；

所述节气门位置传感器3与发动机的节气门相连，所述节气门位置传感器3用于监测节气门的实际开度；

所述节气门第一传感器4和所述节气门第二传感器5分别布置在与节气门前、后相连的管路上，所述节气门第一传感器用于采集节气门前气体压力参数，所述节气门第二传感器用于采集进气总管气体压力参数；

该喷气嘴控制器6与该发动机的喷气嘴相连；

当该节气门位置传感器3向该控制芯片1反馈第一信号时，该控制芯片1从该存储器2中读取第一数据，并根据该第一数据控制该喷气嘴控制器6；

当该节气门位置传感器3向该控制芯片1反馈第二信号时，该控制芯片1从该存储器2中读取第二数据，从该节气门第一传感器4读取所述节气门前气体压力参数，从该节气门第二传感器5读取所述进气总管气体压力参数，并根据该第二数据、节气门前气体压力参数以及进气总管气体压力参数控制该喷气嘴控制器6。

本实施例中，控制芯片1可以通过通讯接口对各个模块及机构进行识别与控制，还可以对数据进行存储和调用。控制芯片1中还集成有控制系统、操作软件及数据处理系统以及计算机控制系统。节气门的作用是控制发动机的进气流量，决定发动机的运行工况。

具体工作原理如下：当节气门位置传感器3向控制芯片1反馈第一信号时，该第一信号为表示发动机当前处于稳态工况下的信号，此时控制芯片1根据第一数据，即采用进气总管空气流量模型来计算空气流量以及燃料喷射量，控制芯片1再根据计算结果控制喷气嘴控制器6，即控制发动机的喷气嘴工作；而当节气门位置传感器3向控制芯片1反馈第二信号时，该第二信号为表示发动机当前处于瞬态工况下的信号，此时控制芯片1根据第二数据并结合节气门第一传感器4反馈的节气门前气体压力参数，和节气门第二传感器5所反馈的进气总管气体压力参数来计算计算空气流量以及燃料喷射量，再根据计算结果控制喷气嘴控制器6。

需要说明的是，节气门前气体压力参数为节气门前方的气体压力值。稳态工况是指发动机运行在负载不变化，或变化较小的状态；瞬态工况是指发动机负载突然变化时的运行状态。

与稳态工况不同，发动机在瞬态工况下运行时，由于节气门突开或突闭，空气流量也会随之发生突变，使用同一模型计算会导致发动机性能受到影响，例如：当节气门突开时，实际进入气缸内的空气量大于计算所得的空气量，此时计算所得的燃料喷射量不变，导致气缸内空燃比过大，可能会导致发动机失火；而当节气门突闭时，实际进入气缸内的空气量小于计算所得的空气量，此时气缸内空燃比过小，可能会引起发动机爆震等故障。因此，在控制喷气嘴控制器6之前，需要先确定发动机当前处于稳态工况下运行还是处于瞬态工况下运行，目的是为了得到更加符合实际情况的空气流量以达到燃料的精准控制。

在本实施例中，通过在瞬态工况下控制芯片1结合进气总管气体压力参数以及节气门前气体压力参数来控制喷气嘴控制器6，从而改善了在瞬态工况下MAP数据不准确所导致计算所得出的燃料喷射量数据偏差较大的问题，优化了发动机在瞬态工况下的燃料供给，由此提高了发动机在不同工况下的稳定性，优化了发动机的响应性能。

可选的，该第二数据包括节气门有效流通面积参数和修正系数参数，该修正系数参数根据发动机台架标定。

在瞬态工况下计算燃料喷射量之前，不仅需要读取进气总管气体压力参数和节气门前气体压力参数，还需要结合节气门有效流通面积参数和修正系数参数来计算，即使用节气门空气流量模型来计算空气流量以及燃料喷射量。需要说明的是，节气门有效流通面积参数为可供空气流通的截面有效面积，该参数根据节气门的结构尺寸而决定，储存在发动机的电子控制单元中。

节气门空气流量模型为根据节气门有效流通面积参数、节气门前气体压力参数、进气总管气体压力参数和修正系数参数建立的模型，根据上述参数所建立的节气门空气流量模型，不仅需要参考MAP数据，还结合了节气门有效流通面积和节气门前气体压力来计算，再根据修正系数对瞬态工况下进入气缸内的空气流量进行补偿，因此使用此模型计算所得出的空气流量与瞬态工况下实际进入气缸的空气量相近，计算所得的燃料喷射量也更合适。

需要说明的是，进气总管气体压力参数可由进气总管气体压力传感器测得，而修正系数参数是为了对空气流量进行瞬态补偿，其取值根据发动机台架实际运行标定，与节气门开度变化率呈正相关。

可选的，该控制芯片1具体用于从该节气门位置传感器3中读取节气门开度变化率的绝对值，并将该节气门开度变化率的绝对值与预设值比较；

当该控制芯片1读取到的节气门开度变化率绝对值小于预设值时，该控制芯片1从该存储器2中读取第一数据，并根据该第一数据控制该喷气嘴控制器6；

当该控制芯片1读取到的节气门开度变化率绝对值大于预设值时，该控制芯片1从该存储器2中读取第二数据，从该节气门第一传感器4读取节气门前气体压力参数，从该节气门第二传感器5读取进气总管气体压力参数，并根据该第二数据、节气门前气体压力参数以及进气总管气体压力参数控制该喷气嘴控制器6。

在本实施例中，通过节气门开度变化率的绝对值来确定发动机是否进入瞬态工况下。节气门开度(％)是指节气门的开启角度，节气门开度变化时发动机的进气量也随之改变，不同的节气门开度标志着发动机的不同运转工况。节气门开度可以由节气门位置传感器，即节气门位置传感器3测得，当节气门开度发生变化时，节气门位置传感器3产生相应的电压信号，该电压信号能够反映节气门开度大小和变化速率。而节气门开度变化率是指每秒内节气门开度的变化值，单位为％/s。因为发动机进入瞬态工况下时，节气门会突然开大或开小，此时节气门开度的值随之增大或减小，因此通过判断短时间内节气门开度的变化率的绝对值能够反映出发动机是否已进入瞬态工况。

可选的，所述预设值根据发动机实际运行参数进行标定。

需要说明的是，该预设值由台架实验中根据发动机的实际性能所标定，当前节气门开度变化率小于该值时，就能够判定发动机处于稳态工况下运行，此时根据进气总管空气流量模型计算空气流量。而当节气门开度变化率大于该值时，就能够判定发动机处于瞬态工况下运行，此时根据节气门空气流量模型计算空气流量。

例如，在本实用新型的实际应用中，当该预设值为200％/s时，即当节气门位置传感器3所反馈的发动机节气门开度变化率的绝对值小于200％/s时，控制芯片1即可判定发动机正处于稳态工况下运行。而当节气门位置传感器3所反馈的发动机节气门开度变化率的绝对值大于200％/s时，控制芯片1即可判定发动机正处于瞬态工况下运行。

可选的，该喷气嘴控制器6包括：喷射量调节阀61，该喷射量调节阀61与该控制芯片1连接。

喷气嘴控制器6不仅控制发动机喷气嘴的开启和关闭，还需要根据计算得出的燃料喷射量来控制发动机喷气嘴的喷射量，以满足预设空燃比，以达到充分的缸内燃烧。在本实施例中，控制芯片1通过控制该喷射量调节阀61来控制发动机喷气嘴的喷射量。需要说明的是，该喷射量调节阀61可以为电磁阀或其他阀体，具体此处不做限定。

可选的，该控制芯片1具体用于：

在该控制芯片1接收到该节气门位置传感器3反馈的第一信号后，该控制芯片1根据该第一数据计算第一空气流量，该控制芯片1根据该第一空气流量与预设空燃比计算得出燃料喷射量，并根据该燃料喷射量控制该喷射量调节阀61。

在本实施例中，控制芯片1先根据第一数据计算得出第一空气流量，即稳态工况下的空气流量，再根据第一空气流量与预设空燃比计算得出燃料喷射量，再根据此燃料喷射量来控制喷射量调节阀61，以满足预设空燃比。

可选的，该控制芯片1具体还用于：

在该控制芯片1接收到该节气门位置传感器3反馈的第二信号后，该控制芯片1根据该第二数据、节气门前气体压力参数以及进气总管气体压力参数计算第二空气流量，该控制芯片1根据该第二空气流量与预设空燃比计算得出燃料喷射量，并根据该燃料喷射量控制该喷射量调节阀61。

在本实施例中，控制芯片1先根据第二数据计算得出第二空气流量，即瞬态工况下的空气流量，再根据第二空气流量与预设空燃比计算得出燃料喷射量，再根据此燃料喷射量来控制喷射量调节阀61，以满足预设空燃比。

可选的，该第一数据包括进气总管的进气绝对压力参数、进气总管温度参数、发动机排量参数和充气系数参数。

可选的，该装置还包括：发动机工况显示模块7，该发动机工况显示模块7与该控制芯片1连接。

发动机工况显示模块7用于显示发动机当前运行工况，需要说明的是，该运行工况可以为提示稳态工况运行中或瞬态工况运行中字样，或显示发动机当前运行负载与发动机所标定的负载，具体此处不做限定

可选的，该装置还包括：燃料喷射状态显示模块8，该燃料喷射状态显示模块8与该喷气嘴控制器6连接。

燃料喷射状态显示模块8用于显示当前发动机喷气嘴状态为开启或关闭，或显示当前发动机喷气嘴的喷射量，具体此处不做限定。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种发电用燃气发动机的瞬态燃料控制装置，其特征在于，包括：

控制芯片、存储器、节气门位置传感器、节气门第一传感器、节气门第二传感器以及喷气嘴控制器；

所述控制芯片与所述存储器、节气门位置传感器、节气门第一传感器、节气门第二传感器以及喷气嘴控制器电连接；

所述节气门位置传感器与发动机的节气门相连，所述节气门位置传感器用于监测节气门的实际开度；

所述节气门第一传感器和所述节气门第二传感器分别布置在与节气门前、后相连的管路上，所述节气门第一传感器用于采集节气门前气体压力参数，所述节气门第二传感器用于采集进气总管气体压力参数；

所述喷气嘴控制器与所述发动机的喷气嘴相连；

当所述节气门位置传感器向所述控制芯片反馈第一信号时，所述控制芯片从所述存储器中读取第一数据，并根据所述第一数据控制所述喷气嘴控制器；

当所述节气门位置传感器向所述控制芯片反馈第二信号时，所述控制芯片从所述存储器中读取第二数据，从所述节气门第一传感器读取所述节气门前气体压力参数，从所述节气门第二传感器读取所述进气总管气体压力参数，并根据所述第二数据、节气门前气体压力参数以及进气总管气体压力参数控制所述喷气嘴控制器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二数据包括节气门有效流通面积参数和修正系数参数，所述修正系数参数根据发动机台架标定。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制芯片具体用于从所述节气门位置传感器中读取节气门开度变化率的绝对值，并将所述节气门开度变化率的绝对值与预设值比较；

当所述控制芯片读取到的节气门开度变化率绝对值小于预设值时，所述控制芯片从所述存储器中读取第一数据，并根据所述第一数据控制所述喷气嘴控制器；

当所述控制芯片读取到的节气门开度变化率绝对值大于预设值时，所述控制芯片从所述存储器中读取第二数据，从所述节气门第一传感器读取所述节气门前气体压力参数，从所述节气门第二传感器读取所述进气总管气体压力参数，并根据所述第二数据、节气门前气体压力参数以及所述进气总管气体压力参数控制所述喷气嘴控制器。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述预设值根据发动机实际运行参数进行标定。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷气嘴控制器包括：喷射量调节阀，所述喷射量调节阀与所述控制芯片连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制芯片具体用于：在所述控制芯片接收到所述节气门位置传感器反馈的第一信号后，所述控制芯片根据所述第一数据计算第一空气流量，所述控制芯片根据所述第一空气流量与预设空燃比计算得出燃料喷射量，并根据所述燃料喷射量控制所述喷射量调节阀。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制芯片具体还用于：

在所述控制芯片接收到所述节气门位置传感器反馈的第二信号后，所述控制芯片根据所述第二数据、节气门前气体压力参数以及进气总管气体压力参数计算第二空气流量，所述控制芯片根据所述第二空气流量与预设空燃比计算得出燃料喷射量，并根据所述燃料喷射量控制所述喷射量调节阀。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一数据包括进气总管的进气绝对压力参数、进气总管温度参数、发动机排量参数和充气系数参数。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：发动机工况显示模块，所述发动机工况显示模块与所述控制芯片连接。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：燃料喷射状态显示模块，所述燃料喷射状态显示模块与所述喷气嘴控制器连接。

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