一種天然氣發動機氣質自學習裝置及其使用方法與流程
2023-05-02 18:18:41
本發明屬於汽車發動機性能控制領域，具體涉及一種天然氣發動機氣質自學習裝置及其使用方法，適用於校正燃氣閉環系統的目標過量空氣係數。
背景技術：
天然氣作為汽車代用燃料具有眾所周知的諸多優點，它是一種蘊藏在地下的碳氫化合物可燃氣體，其來源主要有四種：從氣井開採出來的氣田氣；伴隨石油一起開採出來的油田伴生氣；含石油輕質餾分的凝析氣田氣；從礦井下煤層中抽出的煤礦礦井氣。天然氣的成分相當複雜，組分差別很大，不同地區、不同礦井開採出來的天然氣，成分及其熱值均不相同。經過多年的研究發現，其成分的差別對一般工業行業影響不大，但對於車用天然氣發動機的性能還是有相當大的影響，特別是當車輛進行長途運輸時，可能會更換好幾種氣源，會導致發動機性能不佳。
目前的電控天然氣發動機大多通過閉環控制系統來修正燃氣噴射脈寬，以期達到理想的發動機性能狀態。通過把寬域氧傳感器安裝在發動機排氣管上測量氧濃度來反饋實測的過量空氣係數，由ecu接收後對比實測值和目標值差距來對噴氣量進行補償(增加或減少)，這就是目前普遍使用的燃氣閉環控制方法。該方法的前提是以標定的不變目標過量空氣係數作為閉環反饋的指導方向，而氣質的變化會導致目標過量空氣係數發生變化，當氣質成分變化較大時，發動機性能會嚴重下降，進而影響用戶使用。因此這種燃氣閉環控制方法無法解決由於氣質的變化導致發動機性能不佳的問題。
中國專利申請公布號為cn103047035a，申請公布日為2013年4月17日的發明專利公開了一種基於uego的焦爐氣發動機自適應空燃比控制方法，該方法在uego的基礎上，根據發動機進氣量、燃料供氣量與測得的過量空氣係數計算燃料理論化學計量空燃比，當理論化學計量空燃比與作用於前饋控制的化學計量空燃比差值滿足一定條件時，通過增量式pid控制器對作用於前饋控制的化學計量空燃比進行修正，並通過自學習模塊，當發動機停止工作時將修正後的化學計量空燃比寫入eeprom存儲器，在發動機重新起動時可快速讀取並寫入ram，作用於空燃比前饋控制。雖然其可實現焦爐氣發動機空燃比快速而準確的自適應控制，但並未實現燃氣閉環系統目標過量空氣係數的校正。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有技術存在的無法校正燃氣閉環系統的目標過量空氣係數的問題，提供一種用於校正燃氣閉環系統目標過量空氣係數的天然氣發動機氣質自學習裝置及其使用方法。
為實現以上目的，本發明的技術方案如下：
一種天然氣發動機氣質自學習裝置，包括自學習啟動條件判斷模塊、自學習模塊，所述自學習模塊用於校正目標過量空氣係數，其輸入端與自學習啟動條件判斷模塊、發動機閉環系統的修正值和偏移係數計算模塊、氧傳感器的輸出端電連。
所述裝置還包括氣瓶壓力值和液位值檢測模塊、發動機低速小負荷工況判斷模塊，所述氣瓶壓力值和液位值檢測模塊、發動機低速小負荷工況判斷模塊的輸出端均與自學習啟動條件判斷模塊的輸入端電連。
一種天然氣發動機氣質自學習裝置的使用方法，依次包括以下步驟：
s1、所述自學習啟動條件判斷模塊實時判斷是否滿足自學習啟動條件，若是，執行s2；
s2、所述自學習模塊先接收來自發動機閉環系統的修正值和偏移係數計算模塊的信號以及氧傳感器實測的當前目標過量空氣係數，然後根據以下公式計算出校正後的目標過量空氣係數：
其中，fac_1為修正值，fac_2為偏移係數，lamda_desire為當前目標過量空氣係數，lamada_desire_new為校正後的目標過量空氣係數。
所述裝置還包括氣瓶壓力值和液位值檢測模塊、發動機低速小負荷工況判斷模塊，所述氣瓶壓力值和液位值檢測模塊、發動機低速小負荷工況判斷模塊的輸出端均與自學習啟動條件判斷模塊的輸入端電連；
步驟s2中，所述自學習啟動條件為：氣瓶壓力值或液位值上升且發動機在連續的設定時間t內處於低速小負荷工況。
與現有技術相比，本發明的有益效果為：
本發明一種天然氣發動機氣質自學習裝置包括自學習啟動條件判斷模塊、自學習模塊，自學習模塊用於校正目標過量空氣係數，其輸入端與自學習啟動條件判斷模塊、發動機閉環系統的修正值和偏移係數計算模塊、氧傳感器的輸出端電連，使用時，自學習啟動條件判斷模塊控制激活自學習模塊，自學習模塊則根據接收到的來自發動機閉環系統的修正值和偏移係數計算模塊的信號以及氧傳感器實測的當前目標過量空氣係數計算出校正後的過量空氣係數，閉環系統就會以校正後的過量空氣係數作為目標值來進行閉環反饋控制，該設計實現了氣質變化後對目標過量空氣係數及時、有效的校正，使得發動機能夠有效發揮其性能特性。因此，本發明實現了氣質變化後對目標過量空氣係數及時、有效的校正。
附圖說明
圖1為本發明的結構框圖。
圖中：自學習啟動條件判斷模塊1、自學習模塊2、發動機閉環系統的修正值和偏移係數計算模塊3、氧傳感器4、氣瓶壓力值和液位值檢測模塊5、發動機低速小負荷工況判斷模塊6。
具體實施方式
下面結合附圖說明和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
參見圖1，一種天然氣發動機氣質自學習裝置，包括自學習啟動條件判斷模塊1、自學習模塊2，所述自學習模塊2用於校正目標過量空氣係數，其輸入端與自學習啟動條件判斷模塊1、發動機閉環系統的修正值和偏移係數計算模塊3、氧傳感器4的輸出端電連。
所述裝置還包括氣瓶壓力值和液位值檢測模塊5、發動機低速小負荷工況判斷模塊6，所述氣瓶壓力值和液位值檢測模塊5、發動機低速小負荷工況判斷模塊6的輸出端均與自學習啟動條件判斷模塊1的輸入端電連。
一種天然氣發動機氣質自學習裝置的使用方法，依次包括以下步驟：
s1、所述自學習啟動條件判斷模塊1實時判斷是否滿足自學習啟動條件，若是，執行s2；
s2、所述自學習模塊2先接收來自發動機閉環系統的修正值和偏移係數計算模塊3的信號以及氧傳感器4實測的當前目標過量空氣係數，然後根據以下公式計算出校正後的目標過量空氣係數：
其中，fac_1為修正值，fac_2為偏移係數，lamda_desire為當前目標過量空氣係數，lamada_desire_new為校正後的目標過量空氣係數。
所述裝置還包括氣瓶壓力值和液位值檢測模塊5、發動機低速小負荷工況判斷模塊6，所述氣瓶壓力值和液位值檢測模塊5、發動機低速小負荷工況判斷模塊6的輸出端均與自學習啟動條件判斷模塊1的輸入端電連；
步驟s2中，所述自學習啟動條件為：氣瓶壓力值或液位值上升且發動機在連續的設定時間t內處於低速小負荷工況。
本發明的原理說明如下：
自學習啟動條件：當車輛在加氣站進行燃氣加注後，若使用的燃氣為cng，則氣瓶的壓力表會升高；若使用的是lng，則氣瓶的液位表會升高。當ecu再次上電後，對氣瓶壓力值和氣瓶液位值進行檢測，若氣瓶壓力值或氣瓶液位值高於上次下電時的值一定範圍，則認為當前車輛已進行了燃氣的加注，即滿足激活氣質自學習的條件一；當車輛運行後，如果發動機在連續的設定時間t內處於低速小負荷工況(可使用相對進氣充量和空氣流量兩個參數來作為閾值)，則認為滿足激活氣質自學習的條件二。當條件一、二都滿足就會激活自學習模塊2。
本發明所述修正值fac_1是指閉環控制中通過氧傳感器反饋實測過量空氣係數和目標過量空氣係數的差別去修正燃料噴射量的一個係數，所述fac_2是fac_1經過一定條件的學習後的學習值。
實施例1：
參見圖1，一種天然氣發動機氣質自學習裝置，包括自學習啟動條件判斷模塊1、自學習模塊2、氣瓶壓力值和液位值檢測模塊5、發動機低速小負荷工況判斷模塊6，所述自學習啟動條件判斷模塊1的輸入端與氣瓶壓力值和液位值檢測模塊5、發動機低速小負荷工況判斷模塊6的輸出端電連，所述自學習模塊2用於校正目標過量空氣係數，其輸入端與自學習啟動條件判斷模塊1、發動機閉環系統的修正值和偏移係數計算模塊3、氧傳感器4的輸出端電連。
一種天然氣發動機氣質自學習裝置的使用方法，依次包括以下步驟：
s1、所述自學習啟動條件判斷模塊1實時判斷是否滿足自學習啟動條件，若是，執行s2，其中，所述自學習啟動條件為：氣瓶壓力值或液位值上升且發動機在連續的設定時間t內處於低速小負荷工況；
s2、所述自學習模塊2先接收來自發動機閉環系統的修正值和偏移係數計算模塊3的信號以及氧傳感器4實測的當前目標過量空氣係數，然後根據以下公式計算出校正後的目標過量空氣係數：
其中，fac_1為修正值，fac_2為偏移係數，lamda_desire為當前目標過量空氣係數，lamada_desire_new為校正後的目標過量空氣係數。
為考察本發明方法的有效性，進行了以下試驗：更換熱值較低的氣質後，若不採用本發明所述自學習方法，發動機的動力下降了15％；若使用本發明自學習方法校正目標過量空氣係數，發動機的動力馬上恢復。因此，本發明方法能夠實現對目標過量空氣係數及時、有效的校正。