一種消除cog組分不穩定性對發動機影響的方法
【專利摘要】本發明提出了一種消除COG組分不穩定性對發動機影響的方法。本發明采用一種組分固定的COG作為標準氣，通過實驗，對發動機各個控制參數進行標定，實現最優控制。外接小罐、與標準氣，當COG組分改變時，通過安裝在COG車用氣罐內的溫度、壓力、氣體密度傳感器測量當前氣體的溫度、壓力與密度，通過、與傳感器檢測實際COG各組分的體積分數，并通過計算得到實際COG各組分的質量分數，通過與標準COG的各組分質量分數相對比，選擇控制策略。根據發動機工況，分別控制實際COG、、與的噴射量。本發明通過COG組分修正算法，對各組分進行修正，提高了COG組分改變時發動機自適應控制的速度。
【專利說明】 一種消除COG組分不穩定性對發動機影響的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于發動機工程【技術領域】，涉及一種用于消除COG組分不穩定性對發動機影響的方法。適用于目前由汽油機改裝的COG發動機，可以實現當COG組分變化時，發動機通過調整燃氣噴射，實現快速而準確的最優控制。
【背景技術】
[0002]隨著汽車工業的快速發展，其巨大的能源消耗已威脅到國家的能源供應安全，同時，排放的大量尾氣也直接威脅到了生態環境和人類健康。清潔車用代用燃料已成為各國研究的重要課題，其中醇類燃料和氣體燃料是應用最廣的代用燃料，但相比于醇類燃料，氣體燃料在資源、經濟、排放、安全等諸多方面占有巨大優勢，是目前汽車的首選代用燃料。結合我國國情，COG是一種理想的清潔代用燃料。
[0003]目前，COG發動機是在汽油機的基礎上直接改進的，保留了汽油機的控制策略，SP根據節氣門開度、進氣壓力及發動機轉速等工況參數查找MAP圖，決定燃料的噴射脈寬與點火提前角。在該控制策略中，空燃比、點火提前角等參數可通過閉環反饋控制，實現在較小范圍內的精確控制，但其控制速度有限，不適用于參數變化巨大的情況。在實際情況中，COG各組分含量與煉焦用煤質量和焦化過程條件密切相關，具有很大的企業、地域和生產批次差異性。COG組分的不穩定性，將導致實際空燃比與燃燒特性的巨大變化，使內燃機控制系統目標空燃比與點火提前角不始終具有最優性，從而嚴重影響了發動機的動力性、經濟性、運行性等各項性能。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提出一種消除COG組分不穩定性對發動機影響的方法。采用一種組分固定的COG作為標準氣，通過實驗，對發動機各個控制參數進行標定，實現最優控制。外接小罐H2、CH4與CO標準氣，當COG組分改變時，通過安裝在COG車用氣罐內的溫度、壓力、氣體密度傳感器測量當前氣體的溫度、壓力與密度，通過H2、CH4與CO傳感器檢測實際COG各組分的體積分數，并通過計算得到實際COG各組分的質量分數，通過與標準COG的各組分質量分數相對比，選擇控制策略。根據發動機工況，分別控制實際COG、H2, CH4與CO的噴射量，使燃氣混合氣盡可能接近標準C0G，實現COG發動機燃燒的最優控制。
[0005]本發明的技術方案:本發明是一種消除COG組分不穩定性對發動機影響的方法，其步驟是:
[0006]第一步:選取一種組分固定的COG作為標準氣，其H2、CH4與CO的質量分數分別為massfract1nHz、massfract1n€Ht與massfract1n。。，通過實驗等方法，對發動機各控制參數進行標定，實現最優控制。
[0007]第二步:通過安裝在COG氣罐內的H2、CH4與CO傳感器，測量實際COG上述三種組分的體積分數腳離細1?循、Wmkfrmikmah 與molefract1n’ co,并通過溫度、壓力、氣體密度計測量當前氣體的溫度T、壓力P和密度P。
[0008]第三步:根據上述參數，計算實際COG各組分的質量分數massfract1nH:、 massfracticmVHi 與 massfract1n’ c。，根據當前工況的進氣量 ma、空燃比
α，以及標準COG與實際COG的各組分質量分數，通過COG組分修正算法，計算實際C0G、H2、CH4與CO的噴射量，實現COG發動機燃燒的最優控制。
[0009]本發明的有益效果在于:
[0010](I)本發明通過COG組分修正算法，對各組分進行修正，而不是通過閉環反饋控制對空燃比、點火提前角等參數進行修正，提高了 COG組分改變時發動機自適應控制的速度。
[0011](2)本發明通過修正組分，盡可能模擬標準C0G，消除了組分變化對空燃比、燃燒特性等的影響，可實現最優控制。
[0012](3)本發明提出的控制方法在所有工況下都能執行，時刻保證發動機的最優控制，進而保證發動機運行的各項性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是采用本發明的COG發動機控制框圖。
[0014]圖2是一種消除COG組分不穩定性對發動機影響的方法中組分修正算法的主流程圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖對本發明作進一步說明。
[0016]圖1是采用本發明的COG發動機控制框圖。
[0017]COG發動機是在汽油機的基礎上改進而來的，其采用了汽油機原有的控制策略，即通過信號采集單元采集發動機工況數據，并傳輸給ECU控制單元，通過查找MAP圖得到發動機進氣量等參數，進而控制燃料噴射等參數。本控制框圖即在原控制策略的基礎上增加了COG組分修正控制算法模塊，通過模擬標準COG組分的方法，提高了燃氣組分改變時發動機的控制速度，并實現了發動機運行的最優控制。
[0018]圖2是一種消除COG組分不穩定性對發動機影響的方法中組分修正算法的主流程圖。
[0019]第一步:根據COG氣罐內各傳感器測量的實際COG的參數，計算實際COG各組分的質量分數，其公式如下。上述三種組分的體積分數1?:、molefract1nau與molefract1n’ω，并通過溫度、壓力、氣體密度計測量當前氣體的溫度T、壓力P和密度P，其中R為理想氣體常數，Μη:表示H2摩爾質量，Maii表示CH4摩爾質量,Mcm表示CO摩爾質量。
[0020]pV = nRT = RT =
M M
?=Irt
P
, M Η X molefractkm
massfract1n u^-=-L-
'4fyf
[0021 ], M VH X molefractkmCH
massfrmtkmCH' =---=--
嚴 , Mm X molefract1n?.n
mmsjracttonv()=h-=-上
M
[0022]第二步:根據發動機運行工況，通過進氣狀態觀測器計算每缸每循環進氣量ma，并確定當前工況所需標準COG空燃比α，計算所需標準C0G的質量其公式如下所示。
卿
[0023]mcoa =_￡*
a
[0024]同時，根據標準COG各組分的質量分數massfract1n th、massfract1n au與massfract1n。。,計算H2、CH4與CO的質量wH2、mCH4與mc。,其公式如下所示。
[0025]nh-1, = mCOV x massfract1n
[0026]爾Of4 = mcoG x massfract1naii
[0027]mco = mC0G Xmassfract1nco
[0028]第三步:根據上文計算得到的實際COG中各組分的質量分數mmsfmcikm'H:、mmsfracI1nait 與 massfract1n，co,計算 H2、CH4 與 CO 的比較參數
ω-- 與，其公式如下所示。
mmsfmctixm H
[0029]?仏=.......................7■■■■■■■—::...................* massfract1n π'
massfract1n (?
[0030]^cii ? J:: ^
massjract1nCIIi
massfract1n r Y,
[0031 ] ω( ’0 =--
massjract1n t x)
[0032]第四步:根據最大比較參數值，確定噴射策略。
爾
[0033]當最大時，則當前COG的噴射量為■'議=.....，H2的噴射量為
mI2 = 0, CH4的噴射量為卿_ =職CHi —繼cog X massfraci1nCIfi?⑶的噴射量為m，c。=mco_m’ C0GXmassfract1n’ co。
m*mCii4
[0034]當,?最大時，則當前COG的噴射量為爾-=^―—:^-，H2的噴射量為 < =mH2 - “cm x massfractmnlh，CH4 的噴射量為觀_ = ◎，CO 的噴射量為 m，co =mco_m’ C0GXmassfract1n’ co。
[_]當ω。。最大時，則當前COG的噴射量:為=忑為謂:，
H2 的噴射量為 m n: = m — Inmc X massfmctkm lh ，Ql4 的噴射量為mCffi = mOi4 ^mvoc Xmassfract1nati ? CO 的噴射量為 m，c。= O。
【權利要求】
1.一種消除COG組分不穩定性對發動機影響的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 第一步:選取一種組分固定的COG作為標準氣，其H2、CH4與CO的質量分數分別為massfructhnlt；、Inassfmct1naii與massfract1n。。，通過實驗法，對發動機各控制參數進行標定，實現最優控制； 第二步:通過安裝在COG氣罐內的H2、CH4與CO傳感器，測量實際COG上述三種組分的體積分數服火斤說汝、mokfmctkmai)與molefract1n’ co,并通過溫度、壓力、氣體密度計測量當前氣體的溫度T、壓力P和密度P ；第三步:根據上述參數，計算實際COG各組分的質量分數massfract1n]h、massfract1n{:Hi與massfract1n’ co,其中R為理想氣體常數，Mlh表示H2摩爾質量，Mnu表示CH4摩爾質量，Mco表示CO摩爾質量；
, Mh K molefraci1Br,
massfraci1nH "M.., Mcil X molejmct1na, massfracii(mr? =-=--
復.M maSSfract1nm = ^^■■■■.M =匕 RT'Mp 根據當前工況的進氣量％、空燃比α，計算所需標準COG的質量mra;
ma
mCOG =
a 同時，根據標準COG各組分的質量分數mmsfmctkmH1、massfract1nai^與massfract1n。。,計算H2、CH4與CO的質量_馬、mCnlt與Iiico,其公式如下所示；
mm = mcoa X Massfmcf1ii1^
艦ο?4 = mcm x Mmsfmcfmnm^
mco = mC0G X mas sfract1nC0 根據實際COG的各組分質量分數，確定實際COG、H2、CH4與CO的噴射量，實現COG發動機燃燒的最優控制，具體是: 計算H2、CH4與CO的比較參數％:、i0Vlll與ω c。:
_ massfract1n Hi_ massfract1n cth— massfract1n e() €?Η =-二 I ^CH =-， 猶CO =-；-r
2massfract1n 仏4 massfract1n (massfract1n co 根據最大比較參數，確定噴射策略；
m 當6^最大時，則當前COG的噴射量為......’ H2的噴射量為“?2 = O ? CH4 的噴射量為 Mrfti = mCfi4 — m€(JG x mmsfractkmaf4 ? ⑶的噴射量為 m，⑶=mco_m’ C0GXmassfract1n’ co ；當ftU最大時，則當前COG的噴射量為循；,H2的噴射量為m?2 =爾H2 -mcm; ^massfractkmlii ? CH4 的噴射量為= ◎，CO 的噴射量為 m’ ⑶=mco_m’ C0GXmassfract1n’ co ； g ?CQ最大時，則g前COG白勺噴射量；為、=:‘“:■，H2白勺噴射量為 tnH; = — nhxKx _ssfract1nfh , CH4 的噴射量為氣K, = mCits ^maxiXmmsfractkmais , CO 的噴射量為 m，c。= O。
【文檔編號】F02D19/02GK104165100SQ201410356212
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】何海斌, 吳鋒, 姚棟偉, 陳科平, 劉曉晨 申請人:浙江大學