CN100516485C - 重型增压稀燃天然气发动机燃料供给控制器 - Google Patents

重型增压稀燃天然气发动机燃料供给控制器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及重型增压稀燃天然气发动机，特别是涉及一种重型增压稀燃天然气发动机燃料供给控制器，包括有用以提供发动机转速、发动机进气管压力、氧传感器参数测量、氧传感器延迟、氧传感器参数设定点、踏板位置测量及节气门当前位置的发动机参数测量模块，一个燃料供给PID调节器和一个节气门位置PID调节器，以及用以向燃料供给执行器提供控制输出信号的燃料供给信号输出模块和用以向电子节气门提供控制输出信号的节气门位置控制信号输出模块，其特征是在前述的燃料供给PID调节器中还设有用于对控制量输出进行延时的传感器传输延时补偿模块，在前述的节气门位置PID调节器中还设有节气门运动速度限制模块。

Description

重型增压稀燃天然气发动机燃料供给控制器
技术领域
本发明涉及重型增压稀燃天然气发动机，特别是涉及一种重型增压稀燃天然气发动机燃料供给控制器。
背景技术
重型增压稀燃天然气发动机的工作过程中需要控制燃料的供给量，采用燃料供给控制器来控制发动机的燃料供给量，使发动机处于稀薄燃烧状态，减小发动机的热负荷，并减小发动机的燃料消耗。
目前，重型增压稀燃天然气发动机燃料供给控制器的控制方式采用燃料供给控制和电子节气门控制。燃料供给控制用于调节发动机的燃料供给量，其输出供燃料供给信号输出模块，控制燃料供给执行器向发动机提供燃料，电子节气门控制用于调节发动机节气门位置，其输出信号供节气门位置控制信号输出模块，控制电子节气门位置。其燃料供给控制采用一个增益-积分-微分(PID)控制模块闭环控制，将发动机参数测量模块获取的氧传感器参数测量、氧传感器参数设定点、发动机转速及发动机进气管压力信号提供给PID控制模块，根据氧传感器参数设定点之间的误差信号实施PID闭环控制，其输出信号使燃料供给信号输出模块输出控制信号，控制燃料供给执行器。发动机燃料供给调节以固定的周期输出控制量，但是发动机工作过程是一个具有滞后环节的过程，由于氧传感器本身的反应时间，以及传感器安装位置到气缸内有一段距离，所以控制量的输出到氧传感器的反馈输出需经过一定的时间，无论控制作用如何，在滞后时间阶段，控制作用对过程变量的影响是不可测的，尤其是，时间滞后导致了氧传感器信号不能迅速地响应控制信号，使控制的精度和效果差甚至失效。电子节气门控制采用一个增益-积分-微分(PID)控制模块，发动机参数测量模块提供脚踏板位置测量和节气门当前位置，根据脚踏板运动的位置和当前节气门位置之间的误差输入该PID控制模块，PID控制模块再通过控制量的输出试图消除误差，使得脚踏板运动的位置和当前节气门位置尽可能一致，这样的控制方法虽然节气门的响应速度可以很快，但是对于增压发动机来说，过快的节气门运动速度会使进气量的急剧变化，导致发动机在瞬态运行工况下的燃料供给精度下降，发动机有害排放物增加，不利于环保。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种重型增压稀燃天然气发动机燃料供给控制器，它使氧传感器信号能迅速地响应控制信号，避免电子节气门过快的运动速度，提高控制的精度和效果，以及提高发动机在瞬态运行工况下的燃料供给控制的精度，减少发动机的有害排防物。
本发明采用这样的技术方案：一种重型增压稀燃天然气发动机燃料供给控制器，包括有用以提供发动机转速、发动机进气管压力、氧传感器参数测量、氧传感器延迟、氧传感器参数设定点、踏板位置测量及节气门当前位置的发动机参数测量模块，一个燃料供给PID调节器和一个节气门位置PID调节器，以及用以向燃料供给执行器提供控制输出信号的燃料供给信号输出模块和用以向电子节气门提供控制输出信号的节气门位置控制信号输出模块，其特征是在前述的燃料供给PID调节器中还设有用于对控制量输出进行延时的传感器传输延时补偿模块，在前述的节气门位置PID调节器中还设有节气门运动速度限制模块。
本发明由于在燃料供给PID调节器中还设有用于对控制量输出进行延时的传感器传输延时补偿模块，它对发动机工作过程(发动机转速、发动机进气管压力)和传感器安装位置以及传感器本身的延迟所引起的延迟进行计算，对氧传感器传输延迟补偿进行闭环反馈控制，实现对控制量输出进行延时补偿，使氧传感器信号能够迅速地响应控制信号，从而提高了燃料供给控制的精度和效果；又由于节气门位置PID调节器中还设有节气门运动速度限制模块，对节气门运动速度进行限制，避免了节气门过快的运动速度，发动机燃料供给的精度得到提高，提高了发动机在瞬态运行工况下的燃料供给控制的精度，减少了发动机的有害排防物。
附图说明
图1是本发明实施例示意图；
图2是燃料供给PID调节器控制模块示意图；
图3是电子节气门PID控制模块示意图；
图4是本发明实施例的软件流程图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方案。如图1所示的一种重型增压稀燃天然气发动机燃料供给控制器，它包括有用以提供发动机转速21、发动机进气管压力23、氧传感器参数测量24、氧传感器延迟20、氧传感器参数设定点29、踏板位置测量40及节气门当前位置47的发动机参数测量模块10，一个燃料供给PID调节器11和一个节气门位置PID调节器15，以及用以向燃料供给执行器13提供控制输出信号的燃料供给信号输出模块12和用以向电子节气门16提供控制输出信号的节气门位置控制信号输出模块15，在前述的燃料供给PID调节器11中还设有用于对控制量输出进行延时的传感器传输延时补偿模块，在前述的节气门位置PID调节器15中还设有节气门运动速度限制模块。燃料供给PID调节器11中传感器传输延时补偿模块，用于计算传感器本身的延迟以及由于氧传感器安装位置和发动机工况(发动机转速、进气管压力)引起的延迟，对氧传感器传输延迟补偿进行闭环反馈控制，补偿发动机工作过程和传感器带来的延迟。节气门位置PID调节器15中的节气门运动速度限制模块，用以限制节气门的最大运动速度，提高发动机的瞬态排放性能。
如图2所示的实施例中，燃料供给PID调节器11由增益-积分-微分控制模块25、30、31和传感器传输延时补偿模块组成，传感器传输延时补偿模块包括有传感器延迟计算模块22和延时模块26，发动机参数测量模块10中的发动机转速21、发动机进气管压力23及氧传感器延迟20的输出信号端与传感器延迟计算模块22的输入端口连接，传感器延迟计算模块22的输出与延时模块26连接，延时模块26的输入端与增益-积分-微分控制模块输出端连接，该增益-积分-微分控制模块输入端与发动机参数测量模块10中的氧传感器参数测量24及氧传感器参数设定点29的输出端连接，延时模块26的输出端与燃料供给信号输出模块12的输入端连接。发动机参数测量模块10中提供的氧传感器参数测量24减去氧传感器参数设定点29，作为控制量输入到增益模块25、积分模块30、微分模块31构成的增益-积分-微分PID控制模块，计算出燃料供给控制量。发动机转速21、发动机进气管压力23及氧传感器延迟20的输出信号输入传感器延迟计算模块22中，通过以下方法进行延迟量计算：
Td＝KI+F(MAP，RPM)
式中，KI是传感器的响应时间和传感器安装位置引起的延迟，F(MAP，RPM)是和发动机运转状况相关的延迟量，它是发动机进气管压力(MAP)和转速(RPM)的函数，KI取值可在8-12ms，F(MAP，RPM)典型值可取400ms，RPM越高F(MAP，RPM)越小，MAP越大F(MAP，RPM)越小，F(MAP，RPM)根据具体的发动机机型进行标定。完成了前述的延迟量计算后，增益-积分-微分PID控制模块计算出的燃料供给控制量通过延时模块26延时，补偿发动机工作过程中的延迟，然后经过燃料供给信号输出模块12，输出信号控制燃料供给执行器13用以控制发动机的燃料供给量，燃料供给执行器通常采用燃气喷嘴，完成发动机的燃料供给。
如图3所示的实施例，节气门位置PID调节器15由增益-积分-微分控制模块42、44、48和节气门运动速度限制模块组成，节气门运动速度限制模块由微分模块41和节气门目标位置计算模块43构成，微分模块41的输入与发动机参数测量模块10中踏板位置测量40的输出信号端连接，微分模块41的输出端与节气门目标位置计算模块43的输入端连接，节气门目标位置计算模块43和节气门当前位置47的输出端与增益-积分-微分控制模块的输入端连接，该增益-积分-微分控制模块的输出端与节气门位置控制信号输出模块15的输入端连接。踏板位置测量40测量脚踏板位置，测量值输入到微分模块41，微分模块41经过对脚踏板位置进行微分运算，得到脚踏板的运动速度，微分模块41计算结果输出到节气门目标位置计算模块43，计算出节气门目标位置与节气门当前位置47相减得到控制量，该控制量输入到由增益模块42、积分模块44、微分模块48构成的增益-积分-微分PID控制模块，其计算结果输出给节气门位置控制信号输出模抉15，控制电子节气门16运动到目标位置。通过节气门目标位置计算模块43对节气门运动速度进行限制，节气门运动速度限制采用如下方式，将节气门的位置从小到大转换成百分比表示，例如，节气门在关闭时，以0％表示其位置，当节气门完全打开时，以100％表示其位置，节气门位置由踏板位置测量40提供，对脚踏板位置信号经微分模块41微分，得到脚踏板的运动速度，设定节气门最大的运动速度为0.5％/ms，即每毫秒移动0.5％位置。如果脚踏板运动速度小于0.5％/ms时，则根据脚踏板运动的位置和当前节气门位置之间的差输入到PID控制模块控制电子节气门的位置。如果脚踏板运动速度大于0.5％/ms时，则节气门的目标位置不再是脚踏板的位置信号，而是通过最大的运动速度和当前位置来计算节气门的目标位置，这样就避免了节气门过快的运动速度，使发动机燃料供给的精度得到提高。
以下结合图4所示的软件流程图说明本发明的方法。首先步60测量发动机的过程状态，在步62燃料供给PID调节器11根据发动机的状态参数计算发动机工作过程延迟量Td，燃料供给PID调节器11在步61读取燃料供给闭环设定值，输入步64，根据变量反馈进行燃料供给PID控制，在步66，燃料供给PID调节器11延迟一段时间Td，然后在步68控制量输出控制燃气喷嘴。在步63节气门位置PID调节器14计算踏板运动速度，在步65，节气门位置PID调节器14根据踏板位置和运动速度计算节气门目标位置，其中，如果踏板运动速度超过限定值，则电子节气门只能按照最大的设定速度，在步67，根据节气门目标位置与当前位置的偏差进行节气门PID控制，然后通过步69输出信号控制节气门。

Claims (3)

1、一种重型增压稀燃天然气发动机燃料供给控制器，包括有用以提供发动机转速、发动机进气管压力、氧传感器参数测量、氧传感器延迟、氧传感器参数设定点、踏板位置测量及节气门当前位置的发动机参数测量模块，一个燃料供给PID调节器和一个节气门位置PID调节器，以及用以向燃料供给执行器提供控制输出信号的燃料供给信号输出模块和用以向电子节气门提供控制输出信号的节气门位置控制信号输出模块，其特征是在前述的燃料供给PID调节器中还设有用于对控制量输出进行延时的传感器传输延时补偿模块，在前述的节气门位置PID调节器中还设有节气门运动速度限制模块。
2、按权利要求1所述的重型增压稀燃天然气发动机燃料供给控制器，其特征是前述的燃料供给PID调节器由增益-积分-微分控制模块和传感器传输延时补偿模块组成，传感器传输延时补偿模块包括有传感器延迟计算模块和延时模块，发动机参数测量模块中的发动机转速、发动机进气管压力及氧传感器延迟的输出信号端与传感器延迟计算模块的输入端口连接，传感器延迟计算模块的输出与延时模块连接，延时模块的输入端与增益-积分-微分控制模块输出端连接，该增益-积分-微分控制模块输入端与发动机参数测量模块中的氧传感器参数测量及氧传感器参数设定点的输出端连接，延时模块的输出端与燃料供给信号输出模块的输入端连接。
3、按权利要求1所述的重型增压稀燃天然气发动机燃料供给控制器，其特征是前述的节气门位置PID调节器由增益-积分-微分控制模块和节气门运动速度限制模块组成，节气门运动速度限制模块由微分模块和节气门目标位置计算模块构成，微分模块的输入与发动机参数测量模块中踏板位置测量的输出信号端连接，微分模块的输出端与节气门目标位置计算模块的输入端连接，节气门目标位置计算模块和节气门当前位置的输出端与增益-积分-微分控制模块的输入端连接，该增益-积分-微分控制模块的输出端与节气门位置控制信号输出模块的输入端连接。
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