[发明专利]改善气体发动机瞬态响应性的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善气体发动机瞬态响应性的控制系统及方法，属于气体发动机控制技术领域。

背景技术

气体燃料包括天然气、液化石油气、煤层气、生物质气等，气体作为发动机的燃料具有来源广泛，部分可再生、可合成的优点，在排放方面具有有害气体及碳排放低的优点，已经被广泛的应用到汽车、工程机械、钻井动力等车辆和动力设备中，对缓解能源危机和环境污染具有重要意义。

天然气等气体燃料发动机目前采用的燃气喷射量的控制策略为将空气流量作为每循环燃气喷射量的主控制参数，即通过传感器所采集的空气流量和设定的空燃比计算每循环的燃气喷射量。采用这种燃气喷射控制测量的发动机由于受增压器响应性、气体在进排气管路中流动过程的可压缩性等因素的限制，在发动机的负荷突变时，燃气喷射量的变化反映滞后，导致发动机的瞬态响应性低于柴油机等液体燃料发动机，影响到装备气体发动机的动力装置的操作灵敏性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种改善气体发动机瞬态响应性的控制系统及方法，不仅能够改善燃气发动机的瞬态响应性，而且能够提高以气体发动机为动力源的动力装置的操作灵敏性。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：改善气体发动机瞬态响应性的控制系统，包括气体发动机、燃料供给系统、点火控制系统和工作状态监控反馈系统，其特征是，所述燃料供给系统包括燃料存储装置、燃气管路、燃气轨和燃气喷射阀，所述燃料存储装置通过燃气管路与燃气轨连通，所述燃气喷射阀设置在气体发动机的进气管上并与燃气轨连通；所述点火控制系统包括点火模块和电子控制器，所述点火模块与火花塞连接，点火模块的控制端与电子控制器的输出端相连；所述工作状态监控反馈系统包括分别与电子控制器相连的发动机转速传感器、发动机水温传感器、燃气轨压传感器、空气流量传感器、排气温度传感器和排气氧传感器，所述发动机转速传感器设置在气体发动机的飞轮壳上，所述发动机水温传感器设置在气体发动机的机体水腔内，所述燃气轨压传感器设置在燃气轨上，所述空气流量传感器设置在气体发动机的进气管上，所述的排气温度传感器和排气氧传感器设置在气体发动机的排气管上。

所述燃料存储装置包括燃气罐、燃气截止阀、燃气减压器和稳压储气罐，所述燃气罐通过燃气减压器与稳压储气罐连通，所述燃气截止阀设置在燃气罐和燃气减压器之间管路中。燃气罐存储高压燃气用以增大燃气的存储量，稳压储气罐用以保证燃气供给过程中压力的稳定性。

所述燃气轨包括中空管，中空管的顶部设有与燃料存储装置连通的进气口，中空管一端设有燃气轨压传感器，中空管的底部设有与燃气喷射阀连通的出气口，本发明的燃气轨结构合理，响应速度快，安装简便及成本低廉。

所述进气口为外螺纹结构，可与燃气管路完美连接。

所述点火模块包括具有开口的壳体、设置在所述壳体内的多个线圈以及与每一个所述线圈电连接的接线板，所述线圈为单火花线圈。本发明的点火模块通过将线圈与接线板电连接，线圈根据电子控制器进行触发，从而实现点火，不仅结构简单可靠而且制造成本低。

所述壳体的内壁具有安装所述线圈的定位凹槽，以将所述线圈定位在所述定位凹槽内。

本发明还提供了一种改善气体发动机瞬态响应性的控制方法，其特征是，包括以下过程：

气体发动机稳定运行时的控制过程：气体发动机在稳定运行状态时采用稀薄燃烧方式，电子控制器利用空气流量作为主要控制参数计算燃气喷射量；

气体发动机发生负荷突变时的控制过程：气体发动机遇到负荷突变导致发动机转速降低或降低时，首先电子控制器发出增加或减少燃气喷射量的指令，进行加浓或变稀混合气来缩短发动机的瞬态响应时间，改善响应性，然后电子控制器再根据空气流量、发动机转速和排气氧含量信息进行修正燃气喷射量。

所述气体发动机稳定运行时的控制过程包括以下步骤：

S201、气体发动机起动运行；

S202、电子控制器根据空气流量传感器所采集的空气流量及设定的空燃比计算燃气基本喷射量，并将燃气喷入气体发动机的气缸内进行燃烧做功；

S203、排气氧传感器采集排气中的氧含量作为反馈信号，修正燃气喷射量使实际空燃比和设定空燃比一致，气体发动机在这一工况点实现稀薄燃烧，稳定运行。

所述气体发动机发生负荷突变时的控制过程包括以下步骤：

S204、气体发动机负荷发生变化时，发动机转速偏离设定转速；

S205、根据发动机转速的变化改变燃气喷射量，发动机转速如果降低则增加燃气喷射量，如果升高则减少燃气喷射量；