本實(shí)用新型涉及天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于世界石油資源逐年短缺、城市汽車(chē)排放污染日益嚴(yán)重，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)作為燃用新型燃料及清潔能源的綠色動(dòng)力，得到了前所未有的迅速發(fā)展。

現(xiàn)階段，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)均采用電控技術(shù)，分別調(diào)控新鮮空氣量、天燃?xì)鈬娚淞?，通過(guò)混合裝置形成混合氣，經(jīng)進(jìn)氣歧管分配到氣缸內(nèi)燃燒做功。其中，新鮮空氣通過(guò)增壓器增壓，經(jīng)進(jìn)氣歧管溫度與大氣濕度修正后，得到增壓進(jìn)氣量；天然氣通過(guò)燃料噴射閥按照預(yù)標(biāo)定理論空燃比進(jìn)行噴射，經(jīng)廢氣中氧濃度修正后，得到實(shí)際噴氣量。

但是，目前的控制系統(tǒng)僅能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境或者標(biāo)定的可控環(huán)境下控制并修正混合進(jìn)氣量以達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定性能，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境逐漸惡劣(相對(duì)于可控的標(biāo)定環(huán)境)，即環(huán)境溫度較高或較低、海拔較高或較低、環(huán)境濕度較高或較低等，現(xiàn)有控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及修正已不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的要求，例如在環(huán)境溫度較高的情況下，進(jìn)入氣缸的混合進(jìn)氣量會(huì)因空氣密度的降低而減少，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率降低。更進(jìn)一步的問(wèn)題及不足還包括：在一般情況下，不同工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中廢氣傳輸?shù)臅r(shí)間長(zhǎng)短不一，會(huì)使氧傳感器反饋信號(hào)發(fā)生變化，當(dāng)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度變化較大時(shí)，空燃比會(huì)因前饋值與實(shí)際進(jìn)氣量偏差較大而出現(xiàn)瞬間波動(dòng)，從而使控制系統(tǒng)很難對(duì)混合進(jìn)氣量進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或功率輸出不穩(wěn)，甚至熄火。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述不足，本實(shí)用新型所要解決問(wèn)題的是：提供一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的實(shí)際環(huán)境參數(shù)，對(duì)混合進(jìn)氣量進(jìn)行了實(shí)時(shí)的修正，始終輸出相當(dāng)功率，從而保證了發(fā)動(dòng)機(jī)在各種環(huán)境下均能夠正常工作。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制系統(tǒng)包括電控單元，以及分別與所述電控單元電連接的：用于調(diào)節(jié)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的節(jié)氣門(mén)模塊；用于調(diào)節(jié)增壓進(jìn)氣量的增壓進(jìn)氣量模塊；用于調(diào)節(jié)空燃比的空燃比模塊；用于調(diào)節(jié)混合進(jìn)氣量的混合進(jìn)氣量模塊；用于采集進(jìn)氣口處環(huán)境參數(shù)的大氣環(huán)境傳感器；用于采集氣缸燃燒室內(nèi)溫度的缸內(nèi)溫度傳感器；用于采集氧氣濃度的氧傳感器；還包括增壓進(jìn)氣量前饋調(diào)節(jié)模塊、增壓進(jìn)氣量反饋調(diào)節(jié)模塊、空燃比前饋調(diào)節(jié)模塊、空燃比反饋調(diào)節(jié)模塊、混合進(jìn)氣量反饋調(diào)節(jié)模塊，所述增壓進(jìn)氣量前饋調(diào)節(jié)模塊同時(shí)與所述電控單元和所述增壓進(jìn)氣量模塊電連接，所述增壓進(jìn)氣量反饋調(diào)節(jié)模塊同時(shí)與所述電控單元和所述增壓進(jìn)氣量模塊電連接，所述空燃比前饋調(diào)節(jié)模塊同時(shí)與所述電控單元和所述空燃比模塊電連接，所述空燃比反饋調(diào)節(jié)模塊同時(shí)與所述電控單元和所述空燃比模塊電連接，所述混合進(jìn)氣量反饋調(diào)節(jié)模塊同時(shí)與所述電控單元和所述混合進(jìn)氣量模塊電連接。

優(yōu)選方式為，還包括與所述電控單元電連接的用于調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角的點(diǎn)火提前角模塊。

優(yōu)選方式為，還包括用于采集進(jìn)氣岐管溫度的進(jìn)氣岐管溫度傳感器，所述進(jìn)氣岐管溫度傳感器與所述電控單元電連接。

優(yōu)選方式為，所述大氣環(huán)境傳感器包括環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器和/或大氣壓力傳感器。

采用上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型的有益效果是：由于本實(shí)用新型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、在進(jìn)氣口布置用以監(jiān)測(cè)大氣壓力信號(hào)、環(huán)境溫度信號(hào)、環(huán)境濕度信號(hào)的大氣環(huán)境傳感器，在預(yù)設(shè)的大氣壓力、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度范圍內(nèi)，分別列表標(biāo)定對(duì)增壓進(jìn)氣量及空燃比的修正系數(shù)，在必要時(shí)，亦可列表標(biāo)定對(duì)點(diǎn)火提前角的修正系數(shù)，由電控單元選擇設(shè)置并輸出綜合修正后的混合進(jìn)氣量。2、增加空燃比前饋控制，通過(guò)合理標(biāo)定，可以有效防止當(dāng)節(jié)氣門(mén)變化較大時(shí)，引起的空燃比劇烈波動(dòng)。3、在氣缸內(nèi)布置用以監(jiān)測(cè)燃燒室內(nèi)溫度信號(hào)的缸內(nèi)溫度傳感器，標(biāo)定缸內(nèi)的正常溫度范圍與允許差值，并列表標(biāo)定對(duì)空燃比及增壓進(jìn)氣量的前饋修正，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)混合進(jìn)氣量的閉環(huán)精確控制。

由于還包括與電控單元電連接的用于調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角的點(diǎn)火提前角模塊；該點(diǎn)火提前角模塊使電控單元在進(jìn)行了各種調(diào)節(jié)后，輸出功率仍舊不相當(dāng)時(shí)采取的措施，進(jìn)一步保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。

由于還包括用于采集進(jìn)氣岐管溫度的進(jìn)氣岐管溫度傳感器，進(jìn)氣岐管溫度傳感器與電控單元電連接；該進(jìn)氣岐管溫度傳感器將采集到的進(jìn)氣岐管的溫度傳輸給電控單元，使電控單元根據(jù)該信號(hào)獲取增壓進(jìn)氣量的反饋修正系數(shù)，使實(shí)際進(jìn)氣量滿足需求。

綜上所述，本實(shí)用新型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，解決了天然發(fā)動(dòng)機(jī)在惡劣的環(huán)境下，不能依靠自身的控制方法和系統(tǒng)輸出相當(dāng)?shù)墓β实募夹g(shù)問(wèn)題，而本實(shí)用新型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制方法及控制系統(tǒng)，在預(yù)設(shè)的大氣環(huán)境下，本實(shí)用新型能夠?qū)旌线M(jìn)氣量進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)并修正后，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持相當(dāng)?shù)墓β瘦敵?，也就是本?shí)用新型能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作的同時(shí)，將其動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)化。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制方法的示意圖；

圖2是實(shí)施例中關(guān)于溫度的流程圖；

圖3是實(shí)施例中關(guān)于濕度的流程圖；

圖4是實(shí)施例中關(guān)于大氣壓力的流程圖；

圖5是本實(shí)用新型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制系統(tǒng)的示意圖；

圖6是本實(shí)用新型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理框圖；

圖中：1—電控單元、2—增壓進(jìn)氣量、3—進(jìn)氣歧管溫度信號(hào)、4—實(shí)際進(jìn)氣量、5—混合進(jìn)氣量、6—功率輸出、7—實(shí)際噴氣量、8—氧濃度、9—空燃比、10—環(huán)境參數(shù)、11—缸內(nèi)溫度。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

如圖1所示，一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制方法包括以下步驟：

步驟S100：電控單元在發(fā)電機(jī)運(yùn)行正常時(shí)，負(fù)荷變化，調(diào)整節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度。

步驟S101:電控單元獲取進(jìn)氣口的環(huán)境參數(shù)、增壓進(jìn)氣量、空燃比、缸內(nèi)溫度和氧濃度，此處通過(guò)各處設(shè)置的傳感器獲取。

步驟S102：電控單元判斷環(huán)境參數(shù)與預(yù)設(shè)定的標(biāo)定環(huán)境參數(shù)是否符合；若環(huán)境參數(shù)與標(biāo)定環(huán)境參數(shù)相符，增壓進(jìn)氣量和空燃比按預(yù)設(shè)定的修正系數(shù)進(jìn)行修正，輸出修正后的混合進(jìn)氣量，功率輸出；否則判斷所述增壓進(jìn)氣量是否充足。此步驟中的標(biāo)定環(huán)境參數(shù)是指發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)的環(huán)境，或者在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的環(huán)境。

步驟S103：若增壓進(jìn)氣量充足時(shí)，電控單元根據(jù)缸內(nèi)溫度信號(hào)獲取空燃比的前饋修正系數(shù)，同時(shí)電控單元根據(jù)氧濃度獲取空燃比的反饋修正系數(shù)，使空燃比同時(shí)進(jìn)行前饋和反饋修正；同時(shí)電控單元根據(jù)所述缸內(nèi)溫度信號(hào)獲取混合進(jìn)氣量的反饋修正系數(shù)，輸出修正后的所述混合進(jìn)氣量，功率輸出。

步驟S104：若增壓進(jìn)氣量不充足時(shí)，電控單元調(diào)節(jié)所述空燃比加濃燃料，功率輸出。

本實(shí)施例在步驟S104中，電控單元在調(diào)節(jié)空燃比加濃燃料后，還要判斷混合進(jìn)氣量，若混合進(jìn)氣量不足，則增大點(diǎn)火提前角，再功率輸出。

在步驟S102中，若環(huán)境參數(shù)與標(biāo)定環(huán)境參數(shù)相符時(shí)，電控單元根據(jù)預(yù)設(shè)定的修正參數(shù)修正點(diǎn)火提前角。

本實(shí)施例還包括步驟：電控單元獲取進(jìn)氣歧管溫度，并根據(jù)進(jìn)氣岐管溫度獲取反饋修正系數(shù)去修正增壓進(jìn)氣量。

如圖2、圖3和圖4所示，上述的環(huán)境參數(shù)包括進(jìn)氣口的環(huán)境溫度、環(huán)境濕度和/或大氣壓力，步驟S102中，判斷環(huán)境參數(shù)與標(biāo)定環(huán)境參數(shù)是否相符時(shí)，不符的情況包括：環(huán)境溫度大于預(yù)設(shè)定的標(biāo)定溫度，環(huán)境濕度大于預(yù)設(shè)定的標(biāo)定濕度和/或大氣壓力大于預(yù)設(shè)的標(biāo)定大氣壓力。

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實(shí)用新型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制方法，具體是指：發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行后，需判斷發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行是否正常，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不正常時(shí)，需要排除發(fā)動(dòng)機(jī)故障后進(jìn)入下一步；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行正常時(shí)，直接進(jìn)行下一步，即負(fù)荷變化，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度調(diào)整。

下一步判斷環(huán)境參數(shù)，本實(shí)施例是指判斷環(huán)境溫度是否大于預(yù)設(shè)定的標(biāo)定溫度，也可以是判斷環(huán)境濕度是否大于預(yù)設(shè)定的標(biāo)定濕度，或者判斷大氣壓力與預(yù)設(shè)定的標(biāo)定大氣壓力。以下描述以環(huán)境溫度為例，但是上述三個(gè)參數(shù)為或的邏輯關(guān)系。

當(dāng)環(huán)境溫度不大于標(biāo)定時(shí)的標(biāo)定溫度時(shí)，即天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)處于可控的標(biāo)定環(huán)境下，則電控單元控制發(fā)動(dòng)機(jī)直接進(jìn)行功率輸出。當(dāng)環(huán)境溫度大于標(biāo)定時(shí)的標(biāo)定溫度時(shí)，電控單元需要判斷增壓進(jìn)氣量是否充足，當(dāng)進(jìn)氣增壓進(jìn)氣量能力充足時(shí)，電控單元會(huì)在空燃比閉環(huán)及PID調(diào)節(jié)下，相應(yīng)增大混合進(jìn)氣量，混合進(jìn)氣量亦會(huì)在缸溫信號(hào)反饋及前饋的控制下，得到調(diào)整后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒，功率輸出；

當(dāng)增壓進(jìn)氣量能力不足時(shí)，電控單元會(huì)調(diào)節(jié)空燃比使燃料加濃，進(jìn)一步判斷是否滿足相當(dāng)功率輸出，如果滿足，則進(jìn)行功率輸出；如果不滿足，電控單元會(huì)相應(yīng)增大點(diǎn)火提前角，最終使發(fā)動(dòng)機(jī)具有相當(dāng)功率輸出。

由上述可知，本實(shí)用新型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制方法，使天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)除了在可控的標(biāo)定環(huán)境下正常工作外，在惡劣的環(huán)境中，依靠本控制方法亦能快速、精確的控制并修正進(jìn)入氣缸的混合進(jìn)氣量，達(dá)到相當(dāng)功率輸出的目的，使發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。

圖5和圖6所示，一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制系統(tǒng)包括電控單元，以及分別與所述電控單元電連接的節(jié)氣門(mén)模塊、增壓進(jìn)氣量模塊、空燃比模塊和混合進(jìn)氣量模塊。

還包括設(shè)在進(jìn)氣口的大氣環(huán)境傳感器、設(shè)在氣缸燃燒室內(nèi)的缸內(nèi)溫度傳感器和采集廢氣氧氣濃度的氧傳感器，各傳感器分別與電控單元電連接，將采集到的各信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳輸給電控單元。

還包括分別與電控單元電連接的增壓進(jìn)氣量前饋調(diào)節(jié)模塊、增壓進(jìn)氣量反饋調(diào)節(jié)模塊、空燃比前饋調(diào)節(jié)模塊、空燃比反饋調(diào)節(jié)模塊、混合進(jìn)氣量反饋調(diào)節(jié)模塊，其中增壓進(jìn)氣量前饋調(diào)節(jié)模塊和增壓進(jìn)氣量反饋調(diào)節(jié)模塊還分別與增壓進(jìn)氣量電連接；其中空燃比前饋調(diào)節(jié)模塊和空燃比反饋調(diào)節(jié)模塊還分別與空燃比模塊電連接；其中混合進(jìn)氣量調(diào)節(jié)模塊還與混合進(jìn)氣量模塊電連接。

本實(shí)用新型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中大氣環(huán)境傳感器能夠采集進(jìn)氣口的環(huán)境處的環(huán)境溫度、環(huán)境濕度以及大氣壓力等環(huán)境參數(shù)，該環(huán)境參數(shù)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給電控單元后，電控單元將該環(huán)境參數(shù)與內(nèi)部存儲(chǔ)的標(biāo)定環(huán)境參數(shù)進(jìn)行比較。

當(dāng)?shù)贸鲞M(jìn)氣口的環(huán)境與標(biāo)定環(huán)境相符，則電控單元按照預(yù)先設(shè)定的增壓進(jìn)氣量和空燃比的修正系數(shù)進(jìn)行修正，最后輸出相當(dāng)功率，此時(shí)本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)中的相同。

當(dāng)?shù)贸鲞M(jìn)氣口的環(huán)境與標(biāo)定環(huán)境不相符時(shí)，則電控單元根據(jù)缸內(nèi)溫度傳感器采集到的缸內(nèi)溫度，通過(guò)增壓進(jìn)氣量前饋調(diào)節(jié)模塊和空燃比前饋調(diào)節(jié)模塊對(duì)增壓進(jìn)氣量和空燃比進(jìn)氣前饋修正，實(shí)現(xiàn)了空燃比前饋加反饋的精確控制，有效防止了當(dāng)節(jié)氣門(mén)變化較大時(shí)，引起的空燃比劇烈波動(dòng)。電控單元還根據(jù)缸內(nèi)溫度，通過(guò)混合進(jìn)氣量反饋調(diào)節(jié)模塊對(duì)混合進(jìn)氣量進(jìn)行反饋修正，實(shí)現(xiàn)混合進(jìn)氣量的閉環(huán)精確控制。

氧傳感器將采集的氧濃度信號(hào)傳輸給電控單元，電控單元通過(guò)空燃比反饋調(diào)節(jié)模塊對(duì)空燃比進(jìn)行反饋修正，因此本控制系統(tǒng)的空燃比具有雙重調(diào)節(jié)。

由上述可知，本實(shí)用新型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制系統(tǒng)有效的對(duì)混合進(jìn)氣量進(jìn)行了精確的調(diào)節(jié)，有效防止了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或熄火等異常發(fā)生。

本實(shí)施例還包括與電控單元電連接的用于調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角的點(diǎn)火提前角模塊，在進(jìn)氣量不足的情況下，還可以由電控單元通過(guò)點(diǎn)火提前角模塊增大點(diǎn)火提前角，最終使發(fā)動(dòng)機(jī)具有相當(dāng)功率輸出。

本實(shí)施例還設(shè)置了用于采集進(jìn)氣岐管溫度的進(jìn)氣岐管溫度傳感器，該進(jìn)氣岐管溫度傳感器與電控單元電連接，其將采集的進(jìn)氣岐管的溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳輸給電控單元，使電控單元根據(jù)該信號(hào)通過(guò)增壓進(jìn)氣量反饋調(diào)節(jié)模塊控制增壓進(jìn)氣量去修正。

上述大氣環(huán)境傳感器包括環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器和/或大氣壓力傳感器。

以上所述本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境補(bǔ)償閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法與裝置結(jié)構(gòu)的改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。