燃氣發動機控制裝置的製作方法

2023-05-02 11:13:21 1

專利名稱：燃氣發動機控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃氣發動機控制裝置，更詳細地說，涉及開度修正控制的技術，所述開 度修正控制的技術用於降低設置在向進氣路徑匯流的燃料氣體供應路徑上的燃料氣體供 應量調整機構的NOx
背景技術：
過去，作為將空氣和燃料氣體的混合氣供應給燃燒室的發動機，燃氣發動機是公 知的。另外，稀薄燃燒控制也是公知的，所述稀薄燃燒控制通過將燃氣發動機的空燃比控制 在稀薄界限，實現NOx的降低。燃料氣體供應量調整閥是為了控制空燃比而設置在燃料氣 體供應路徑上的燃料氣體供應量調整機構。日本特開平10-131795號公報揭示的稀薄燃燒控制方法，基於設置在排氣路徑中 的排氣壓力傳感器，以成為不缺火的程度的稀薄燃燒的方式，設定燃料氣體供應量調整閥 的開度。但是，在日本特開平10-131795號公報所揭示的稀薄燃燒控制方法中，由於需要 高價的排氣壓力傳感器，所以在制品的成本提高這一點上是不利的。另外，燃氣發動機的進氣路徑，例如由於空氣濾清器的堵塞等隨著時間推移的惡 化，進氣流量下降。因此，燃料氣體供應量調整閥有必要伴隨著進氣流量的降低而進行燃料 氣體供應量的開度修正。進而，例如，搭載於發動機驅動式熱泵的燃氣發動機的開度修正，即使在現場設置 後也適合於進行。因此，優選地，燃料氣體供應量的開度修正在短時間內進行。

發明內容
本發明的課題是提供一種燃氣發動機控制裝置，所述燃氣發動機控制裝置能夠在 短時間內精度良好地進行用於降低NOx的燃料氣體供應量調整閥的開度修正。本發明的燃氣發動機控制裝置，具有發動機負荷檢測機構，所述發動機負荷檢測 機構檢測發動機負荷；發動機轉速檢測機構，所述發動機轉速檢測機構檢測發動機轉速； 燃料氣體供應量調整機構，所述燃料氣體供應量調整機構設置在向進氣路徑匯流的燃料氣 體供應路徑上，調整向該進氣路徑的燃料氣體供應量；開度調整機構，所述開度調整機構調 整所述燃料氣體供應量調整機構，以便將基於在一個燃燒循環中的各個氣缸的燃燒行程中 的瞬時發動機轉速與發動機轉速的發動機轉速差的燃燒變動值收斂於基於所述發動機負 荷的目標燃燒變動值，在所述燃氣發動機控制裝置中，配備有開度修正機構，所述開度修正 機構，在規定的時期，強制性地使所述燃料氣體供應量調整機構的開度增加或減少，根據向 所述目標燃燒變動值收斂的過程中的所述開度的極大值及極小值，計算出開度修正值。優選地，在本發明的燃氣發動機控制裝置中，所述開度修正機構，根據對於向目標 燃燒變動值的收斂過程的開度的極大值及極小值乘以加權係數而得到的插值，計算出開度 修正值。
優選地，在本發明的燃氣發動機控制裝置中，所述開度修正機構，對於向目標燃燒 變動值的收斂過程的開度的極大值及極小值各檢測兩次，根據這兩個極大值及兩個極小 值，計算出開度修正值。根據本發明的燃氣發動機控制裝置，可以短時間並且精度良好地進行用於降低 NOx的燃料氣體供應量調整閥的開度修正。



圖1是表示本發明的燃氣發動機控制裝置及燃氣發動機的結構的結構圖。圖2是表示本發明的燃氣發動機控制裝置的結構的框圖。圖3是表示本發明的PIV設定表的曲線圖。圖4是表示本發明的開度調整控制的框圖。圖5是表示本發明的開度修正控制的流程圖。圖6是表示本發明的開度修正控制的時間序列變化的時間圖。
具體實施例方式利用圖1對於作為燃氣發動機控制裝置1的控制對象的發動機2進行說明。在本實施形式中，發動機2是搭載於發動機驅動式熱泵的發動機。發動機2是採用天然氣等氣體狀的燃料氣體的三缸的燃氣發動機，包含圖中所示 的氣缸配備有三個氣缸。發動機2配備有進氣路徑、燃料氣體供應路徑、發動機本體、排氣路徑。進氣路徑由進氣配管11及空氣濾清器12構成，所述進氣配管11供應利用後面描 述的混合器3將從外部引入的空氣和燃料氣體混合生成的混合氣體，所述空氣濾清器12除 去包含在空氣中的塵埃等。發動機本體包括作為用於使混合氣體燃燒的空間的燃燒室21a ；在氣缸蓋21中 通過進行開閉動作將進氣配管11和燃燒室21a連通或者隔斷的進氣閥23 ；為了使供應給 燃燒室21a的混合氣體燃燒而產生火花的火花塞22 ；通過供應給燃燒室21a的混合氣體燃 燒、膨脹而在上下方向上滑動的活塞25 ；藉助活塞25的往復運動而進行旋轉運動的曲軸 26 ；以及通過在氣缸蓋21中進行開閉動作將排氣配管13與燃燒室21a連通或隔斷的排氣 閥24。排氣路徑由排氣配管13構成，所述排氣配管13將通過在燃燒室21a中混合氣體 的燃燒生成的排氣排出到發動機2的外部。作為燃料氣體供應路徑的混合器3配備有將燃料氣體供應給進氣配管11的內部 的第一燃料氣體供應配管31 ；進行來自於第一燃料氣體供應配管31的燃料氣體的暫時的 增量的開閉式燃料閥32 ；繞過開閉式燃料閥32連接到第一燃料供應配管31的第二燃料供 應配管34 ；燃料氣體供應量調整閥35，所述燃料氣體供應量調整閥35作為調整通過第二燃 料供應配管34的燃料氣體量、即包含在混合氣體中的燃料氣體量的燃料氣體供應量調整 機構；喉管33，所述喉管33使第一燃料供應配管31內的燃料氣體與進氣空氣之間產生壓 力差，將該燃料氣體從第一燃料供應配管31供應給進氣配管11 ；以及調整混合氣體的供應 量的節流閥36。另外，在不加入暫時使燃料氣體增量的控制的情況下，省略開閉式燃料閥320利用圖1及圖2對於燃氣發動機控制裝置1進行說明。燃氣發動機控制裝置1主要包括燃料氣體供應量調整閥35、發動機轉速傳感器132、高壓傳感器131、進行各種運算的電子控制單元(Electronic Control Unit，下面稱之 為ECU) 150等。作為發動機轉速檢測機構的發動機轉速傳感器132是能夠計測與曲軸26 同步旋轉的齒輪的每規定角度的脈衝信號的傳感器。在本實施形式中，根據相當於一個燃 燒循環(曲軸26轉兩圈)的脈衝數計測時間，計算出發動機轉速N。另一方面，根據相當於 每個氣缸的燃燒行程的脈衝數計測時間，計算出該氣缸的瞬時發動機轉速η 、π2、π3。作為發動機負荷檢測機構的高壓傳感器131，檢測出發動機驅動式熱泵的壓縮機 的排出壓力(高壓壓力HP)。並且，計算出由圖中未示出的壓縮機產生的製冷劑的絕熱壓縮 功。作為發動機負荷檢測機構，除此之外，也可以檢測發動機冷卻水溫度或發動機潤滑油溫 度、壓力，從它們與負荷的相關關係算出。E⑶150包括具有作為後面描述的開度調整機構200及開度修正機構300的功能的 控制器100、以及存儲部120。利用圖3，對於表示燃燒變動值的PIV設定表50進行說明。PIV設定表50是將與對應於發動機轉速N和發動機負荷L的目標稀薄燃燒區域 相當的目標燃燒變動值PIVm繪製而成的圖表。這裡，PIV設定表50是預先存儲在包含在 E⑶150中的存儲部120中的設定表。這裡，存在這樣的相關性各氣缸的燃料供應量越接近於理論空燃比，則發動機轉 速N和其氣缸的燃燒行程的瞬時發動機轉速η 、π2、η3的轉速差越小，在稀薄燃燒區域，轉 速差變得越大；將基於該轉速差的函數作為燃燒變動值。S卩，燃燒變動值越大，則在稀薄燃燒區域越能夠降低NOx發生量(但是，越容易缺 火)，燃燒變動值越小，則越接近理論空燃比，NOx發生量越增加(但是，越不容易缺火)。以 相當於不缺火界限附近的稀薄燃燒區域的方式選定目標燃燒變動值PIVm。利用圖4，對於開度調整控制進行說明。控制器100作為開度調整機構200，具有進行燃料氣體供應量調整閥35的開度調 整控制的功能。目標發動機轉速設定部(Nm運算部)102、目標燃燒變動值計算部(PIVm計算 部)103、開度運算部(GVM運算部)101及燃燒變動值運算部(PIV運算部)105分別為作為 開度調整機構200的控制器100的各種功能。首先，Nm運算部102根據發動機負荷L計算出目標發動機轉速Nm，所述發動機負 荷L是根據高壓壓力HP計算出的壓縮機中的製冷劑的絕熱壓縮功。其次，PIVm計算部103 根據目標發動機轉速Nm及發動機負荷L，由存儲部120的PIV設定表50計算出目標燃燒變 動值PIVm。另一方面，PIV運算部105對基於發動機轉速N與各氣缸的燃燒行程中的瞬時 發動機轉速η · n2 · η3的發動機轉速差的實際燃燒變動值PIV進行計算。這裡，GVM運算 部101具有由偏差ΔΡ ν計算燃料氣體供應量調整閥開度GVM(下面稱為GVM)的功能。這 裡，所謂偏差ΔPIV是目標燃燒變動值PIVm與實際燃燒變動值PIV的偏差。利用圖5及圖6，對於開度修正控制進行說明。控制器100具有作為開度修正機構300進行燃料氣體供應量調整閥35的開度修正控制的功能。利用圖5說明SllO S 150。另外，在下面的開度修正控制中，發動機轉速N固定 成規定的轉速。首先，控制器100判斷發動機2的累計運轉時間sum_t是否達到規定時期t_ Int(SllO)0這裡，累計運轉時間sum_t是現場設置後或者從維修之後算起的累計運轉時 間。其次，如果累計運轉時間sum_t達到規定時期t_int，則控制器100使開度GVM在 由GVM運算部101產生的開度指令值上強制性地增加規定的量d (S120)，使取樣數η及極值 數m的設定為1(S130)。這裡，取樣數η表示從開度修正控制開始起對開度GVM取樣的次 數。即，GVM(n)是控制器100在第η次取樣的開度GVM。另外，極值數m表示當將極大值及 極小值一併作為極值時、當前要檢測的極值是從開度修正控制開始起第幾次的極值。如本 實施形式那樣，在控制的開始，強制性地增加開度GVM，即，增加燃料氣體，在使極值數m的 初始值為1的情況下，當極值數m為奇數時出現開度GVM的極小值，當極值數m為偶數時出 現開度GVM的極大值。另外，在使開度GVM強制性地減少規定量d，即減少燃料氣體、使極值數m的初始值 為1的情況下，當極值數m為奇數時出現開度GVM的極大值，當極值數m為偶數時出現開度 GVM的極小值。其次，控制器100如上所述藉助開度調整機構200計算出實際燃燒變動值 PIV(SHO)，以收斂到目標燃燒變動值PIVm的方式計算開度GVM(η)。利用圖6，對於在開度修正控制中的開度GVM及實際燃燒變動值PIV的時間序列的 變化進行說明。圖6以橫軸作為時間t (S)，以縱軸下側作為實際燃燒變動值PIV，以縱軸上側作為 開度GVM進行表示。另外，在圖6中，實線表示開度GVM的時間序列變化，虛線表示實際燃 燒變動值PIV的時間序列變化及目標燃燒變動值PIVm。在S120中，由於強制性地使開度 GVM增加規定的量d，所以實際燃燒變動值PIV急劇減少。控制器100以使急劇減少的實際 燃燒變動值PIV恢復到目標燃燒變動值PIVm的方式工作，使開度GVM減少。這樣，開度GVM及實際燃燒變動值PIV彼此反覆增加及減少，向目標燃燒變動值 PIVm收斂。開度修正控制是根據這時的開度GVM的極大值及極小值進行開度修正的控制。其次，利用圖5詳細說明S210 S360。在S210 S360中，控制器100對於強制性地使開度GVM增加規定量d之後的開 度GVM (η)，分別計算出兩個極大值GVMmaxl 'GVMmax2及極小值GVMminl 'GVMmin2 (參照圖 6)。S210是判斷要由此決定的GVM(n)是向極小值接近的過程，還是向極大值接近的 過程。如上所述，如果極值數m是奇數，則要由此決定的GVM(n)是極小值，如果極值數m是 偶數，則為極大值。S220是判定GVM(η)是否比GVM(η_1)大、即是否為極小值的步驟。S250是判定 GVM(η)是否比GVM(n-l)小、即是否為極大值的步驟。S240、S270是用於增加取樣數η、再次返回到S140，直到GVM(η)達到極小值、極大 值為止的步驟。
S230及260是判斷極大值(或極小值)分別是從開度修正控制開始起的第一個還
是第二個的步驟。 S310、320是使當前的GVM(n)為第一個極小值GVMminl、第二個極小值GVMmin2 的步驟。另一方面，S330、340是使當前的GVM(n)為第一個極大值GVMmaxl、第二個極大值 GVMmax2的步驟。S350是如果檢測出極大值(或極小值)則將極值數m增加1的步驟。S360是判 定極值數m是否大於4、如果大於4則結束極值的檢測並向S410轉移的步驟。即，在分別各 檢測兩次極小值、極大值的階段，結束從S130開始的極值檢測步驟。利用圖3對S410 S430進行說明。首先，控制器100由極大值GVMmaxl · GVMmax2的平均計算出平均極大值 GVMmax (S410)。同時，控制器100由極小GVMminl · GVMmin2的平均計算出平均極小值 GVMmin(S410)。其次，控制器100利用加權係數W，作為開度更新值GVM_rn，計算出平均極小值 GVMmin和平均極大值GVMmax的W :1_W的插值(S420)。其次，控制器100計算出從開度更新值GVM_rn中減去在前一次的開度修正控制中 計算出的開度更新值GVM_rn得到的開度修正值GVM_rv (S430)。開度更新值GVM_rn是絕對 量，將其與前一次的更新值的差分作為這一次的更新值。這樣，通過強制性地使燃料氣體供應量調整閥35的開度GVM增加或減少，在短時 間內進行開度GVM的極大值GVMmaxl · GVMmax2和極小值GVMminl · GVMmin2的鑑別，並且 可以提高開度修正值GVM_rv的計算精度。即，不用排氣壓力傳感器等，就能夠在短時間內 精度良好地進行燃料氣體供應量調整閥35的保持稀薄燃燒用的開度修正。另外，由於和進氣路徑隨時間推移而惡化所引起進氣流量的降低無關，能夠將實 際燃燒變動值PIV收斂到目標燃燒變動值PIVm，所以，可以降低NOx的發生量。進而，通過注意分別各檢測兩次用於修正值計算的極大值及極小值，可以進行兼 顧縮短時間和提高精度的最佳控制。進而，通過對平均極小值GVMmin或平均極大值GVMmax加權，可以選擇注重平均極 小值GVMmin加權的稀薄燃燒、或者注重平均極大值GVMmax加權的防止缺火。工業上的利用可能性本發明可以應用於燃氣發動機。
權利要求
燃氣發動機控制裝置，具有發動機負荷檢測機構，所述發動機負荷檢測機構檢測發動機負荷，發動機轉速檢測機構，所述發動機轉速檢測機構檢測發動機轉速，燃料氣體供應量調整機構，所述燃料氣體供應量調整機構設置在向進氣路徑匯流的燃料氣體供應路徑上，調整向該進氣路徑的燃料氣體供應量，開度調整機構，所述開度調整機構調整所述燃料氣體供應量調整機構，以便將基於在一個燃燒循環中的各個氣缸的燃燒行程中的瞬時發動機轉速與發動機轉速的發動機轉速差的燃燒變動值收斂於基於所述發動機負荷的目標燃燒變動值，其特徵在於，所述燃氣發動機控制裝置中，配備有開度修正機構，所述開度修正機構，在規定的時期，強制性地使所述燃料氣體供應量調整機構的開度增加或減少，根據向所述目標燃燒變動值收斂的過程中的所述開度的極大值及極小值，計算出開度修正值。
2.如權利要求1所述的燃氣發動機控制裝置，其特徵在於，所述開度修正機構，根據對 於向目標燃燒變動值收斂的過程的開度的極大值及極小值乘以加權係數得到的插值，計算 出開度修正值。
3.如權利要求1或2所述的燃氣發動機控制裝置，其特徵在於，所述開度修正機構對於 向目標燃燒變動值收斂的過程的開度的極大值及極小值各檢測兩次，根據這兩個極大值及 兩個極小值，計算出開度修正值。
全文摘要
本發明的課題是提供一種能夠在短時間內精度良好地進行降低NOx用的燃料氣體供應量調整閥的開度修正的燃氣發動機控制裝置。本發明的燃氣發動機控制裝置(1)包括開度調整機構，所述開度調整機構以將基於在一個燃燒循環中各個氣缸的燃燒行程中的瞬時發動機轉速與發動機轉速的發動機轉速差的燃燒變動值(PIV)收斂到基於發動機負荷的目標燃燒變動值(PIVm)的方式，調整燃料氣體供應量調整閥(35)，在所述燃氣發動機控制裝置(1)中，配備有開度修正機構，所述開度修正機構，在規定的時期(t_int)中，強制性地使燃料氣體供應量調整閥(35)的開度(GVM)增加或減少，根據在向目標燃燒變動值(PIVm)的收斂過程中的開度(GVM)的極大值(GVMmax1、GVMmax2)及極小值(GVMmin1、GVMmin2)，計算出開度修正值(GVM_rv)。
文檔編號F02M21/04GK101970836SQ200980109108
公開日2011年2月9日 申請日期2009年3月23日 優先權日2008年3月24日
發明者中村哉, 杉森啟二, 福田健一, 米倉真吾, 谷原志郎 申請人:洋馬株式會社