一种消除cog组分不稳定性对发动机影响的方法
【专利摘要】本发明提出了一种消除COG组分不稳定性对发动机影响的方法。本发明采用一种组分固定的COG作为标准气，通过实验，对发动机各个控制参数进行标定，实现最优控制。外接小罐、与标准气，当COG组分改变时，通过安装在COG车用气罐内的温度、压力、气体密度传感器测量当前气体的温度、压力与密度，通过、与传感器检测实际COG各组分的体积分数，并通过计算得到实际COG各组分的质量分数，通过与标准COG的各组分质量分数相对比，选择控制策略。根据发动机工况，分别控制实际COG、、与的喷射量。本发明通过COG组分修正算法，对各组分进行修正，提高了COG组分改变时发动机自适应控制的速度。
【专利说明】 一种消除COG组分不稳定性对发动机影响的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发动机工程【技术领域】，涉及一种用于消除COG组分不稳定性对发动机影响的方法。适用于目前由汽油机改装的COG发动机，可以实现当COG组分变化时，发动机通过调整燃气喷射，实现快速而准确的最优控制。
【背景技术】
[0002]随着汽车工业的快速发展，其巨大的能源消耗已威胁到国家的能源供应安全，同时，排放的大量尾气也直接威胁到了生态环境和人类健康。清洁车用代用燃料已成为各国研究的重要课题，其中醇类燃料和气体燃料是应用最广的代用燃料，但相比于醇类燃料，气体燃料在资源、经济、排放、安全等诸多方面占有巨大优势，是目前汽车的首选代用燃料。结合我国国情，COG是一种理想的清洁代用燃料。
[0003]目前，COG发动机是在汽油机的基础上直接改进的，保留了汽油机的控制策略，SP根据节气门开度、进气压力及发动机转速等工况参数查找MAP图，决定燃料的喷射脉宽与点火提前角。在该控制策略中，空燃比、点火提前角等参数可通过闭环反馈控制，实现在较小范围内的精确控制，但其控制速度有限，不适用于参数变化巨大的情况。在实际情况中，COG各组分含量与炼焦用煤质量和焦化过程条件密切相关，具有很大的企业、地域和生产批次差异性。COG组分的不稳定性，将导致实际空燃比与燃烧特性的巨大变化，使内燃机控制系统目标空燃比与点火提前角不始终具有最优性，从而严重影响了发动机的动力性、经济性、运行性等各项性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种消除COG组分不稳定性对发动机影响的方法。采用一种组分固定的COG作为标准气，通过实验，对发动机各个控制参数进行标定，实现最优控制。外接小罐H2、CH4与CO标准气，当COG组分改变时，通过安装在COG车用气罐内的温度、压力、气体密度传感器测量当前气体的温度、压力与密度，通过H2、CH4与CO传感器检测实际COG各组分的体积分数，并通过计算得到实际COG各组分的质量分数，通过与标准COG的各组分质量分数相对比，选择控制策略。根据发动机工况，分别控制实际COG、H2, CH4与CO的喷射量，使燃气混合气尽可能接近标准C0G，实现COG发动机燃烧的最优控制。
[0005]本发明的技术方案:本发明是一种消除COG组分不稳定性对发动机影响的方法，其步骤是:
[0006]第一步:选取一种组分固定的COG作为标准气，其H2、CH4与CO的质量分数分别为massfract1nHz、massfract1n€Ht与massfract1n。。，通过实验等方法，对发动机各控制参数进行标定，实现最优控制。
[0007]第二步:通过安装在COG气罐内的H2、CH4与CO传感器，测量实际COG上述三种组分的体积分数腳離細1?循、Wmkfrmikmah 与molefract1n’ co,并通过温度、压力、气体密度计测量当前气体的温度T、压力P和密度P。
[0008]第三步:根据上述参数，计算实际COG各组分的质量分数massfract1nH:、 massfracticmVHi 与 massfract1n’ c。，根据当前工况的进气量 ma、空燃比
α，以及标准COG与实际COG的各组分质量分数，通过COG组分修正算法，计算实际C0G、H2、CH4与CO的喷射量，实现COG发动机燃烧的最优控制。
[0009]本发明的有益效果在于:
[0010](I)本发明通过COG组分修正算法，对各组分进行修正，而不是通过闭环反馈控制对空燃比、点火提前角等参数进行修正，提高了 COG组分改变时发动机自适应控制的速度。
[0011](2)本发明通过修正组分，尽可能模拟标准C0G，消除了组分变化对空燃比、燃烧特性等的影响，可实现最优控制。
[0012](3)本发明提出的控制方法在所有工况下都能执行，时刻保证发动机的最优控制，进而保证发动机运行的各项性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是采用本发明的COG发动机控制框图。
[0014]图2是一种消除COG组分不稳定性对发动机影响的方法中组分修正算法的主流程图。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0016]图1是采用本发明的COG发动机控制框图。
[0017]COG发动机是在汽油机的基础上改进而来的，其采用了汽油机原有的控制策略，即通过信号采集单元采集发动机工况数据，并传输给ECU控制单元，通过查找MAP图得到发动机进气量等参数，进而控制燃料喷射等参数。本控制框图即在原控制策略的基础上增加了COG组分修正控制算法模块，通过模拟标准COG组分的方法，提高了燃气组分改变时发动机的控制速度，并实现了发动机运行的最优控制。
[0018]图2是一种消除COG组分不稳定性对发动机影响的方法中组分修正算法的主流程图。
[0019]第一步:根据COG气罐内各传感器测量的实际COG的参数，计算实际COG各组分的质量分数，其公式如下。上述三种组分的体积分数1?:、molefract1nau与molefract1n’ω，并通过温度、压力、气体密度计测量当前气体的温度T、压力P和密度P，其中R为理想气体常数，Μη:表示H2摩尔质量，Maii表示CH4摩尔质量,Mcm表示CO摩尔质量。
[0020]pV = nRT = RT =
M M
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P
, M Η X molefractkm
massfract1n u^-=-L-
'4fyf
[0021 ], M VH X molefractkmCH
massfrmtkmCH' =---=--
严 , Mm X molefract1n?.n
mmsjracttonv()=h-=-上
M
[0022]第二步:根据发动机运行工况，通过进气状态观测器计算每缸每循环进气量ma，并确定当前工况所需标准COG空燃比α，计算所需标准C0G的质量其公式如下所示。
卿
[0023]mcoa =_￡*
a
[0024]同时，根据标准COG各组分的质量分数massfract1n th、massfract1n au与massfract1n。。,计算H2、CH4与CO的质量wH2、mCH4与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:根据上文计算得到的实际COG中各组分的质量分数mmsfmcikm'H:、mmsfracI1nait 与 massfract1n，co,计算 H2、CH4 与 CO 的比较参数
ω-- 与，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:根据最大比较参数值，确定喷射策略。
爾
[0033]当最大时，则当前COG的喷射量为■'議=.....，H2的喷射量为
mI2 = 0, CH4的喷射量为卿_ =職CHi —繼cog X massfraci1nCIfi?⑶的喷射量为m，c。=mco_m’ C0GXmassfract1n’ co。
m*mCii4
[0034]当,?最大时，则当前COG的喷射量为爾-=^―—:^-，H2的喷射量为 < =mH2 - “cm x massfractmnlh，CH4 的喷射量为觀_ = ◎，CO 的喷射量为 m，co =mco_m’ C0GXmassfract1n’ co。
[_]当ω。。最大时，则当前COG的喷射量:为=忑為謂:，
H2 的喷射量为 m n: = m — Inmc X massfmctkm lh ，Ql4 的喷射量为mCffi = mOi4 ^mvoc Xmassfract1nati ? CO 的喷射量为 m，c。= O。
【权利要求】
1.一种消除COG组分不稳定性对发动机影响的方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 第一步:选取一种组分固定的COG作为标准气，其H2、CH4与CO的质量分数分别为massfructhnlt；、Inassfmct1naii与massfract1n。。，通过实验法，对发动机各控制参数进行标定，实现最优控制； 第二步:通过安装在COG气罐内的H2、CH4与CO传感器，测量实际COG上述三种组分的体积分数服火斤说汝、mokfmctkmai)与molefract1n’ co,并通过温度、压力、气体密度计测量当前气体的温度T、压力P和密度P ；第三步:根据上述参数，计算实际COG各组分的质量分数massfract1n]h、massfract1n{:Hi与massfract1n’ co,其中R为理想气体常数，Mlh表示H2摩尔质量，Mnu表示CH4摩尔质量，Mco表示CO摩尔质量；
, Mh K molefraci1Br,
massfraci1nH "M.., Mcil X molejmct1na, massfracii(mr? =-=--
復.M maSSfract1nm = ^^■■■■.M =匕 RT'Mp 根据当前工况的进气量％、空燃比α，计算所需标准COG的质量mra;
ma
mCOG =
a 同时，根据标准COG各组分的质量分数mmsfmctkmH1、massfract1nai^与massfract1n。。,计算H2、CH4与CO的质量_馬、mCnlt与Iiico,其公式如下所示；
mm = mcoa X Massfmcf1ii1^
舰ο?4 = mcm x Mmsfmcfmnm^
mco = mC0G X mas sfract1nC0 根据实际COG的各组分质量分数，确定实际COG、H2、CH4与CO的喷射量，实现COG发动机燃烧的最优控制，具体是: 计算H2、CH4与CO的比较参数％:、i0Vlll与ω c。:
_ massfract1n Hi_ massfract1n cth— massfract1n e() €?Η =-二 I ^CH =-， 猶CO =-；-r
2massfract1n 仏4 massfract1n (massfract1n co 根据最大比较参数，确定喷射策略；
m 当6^最大时，则当前COG的喷射量为......’ H2的喷射量为“?2 = O ? CH4 的喷射量为 Mrfti = mCfi4 — m€(JG x mmsfractkmaf4 ? ⑶的喷射量为 m，⑶=mco_m’ C0GXmassfract1n’ co ；当ftU最大时，则当前COG的喷射量为循；,H2的喷射量为m?2 =爾H2 -mcm; ^massfractkmlii ? CH4 的喷射量为= ◎，CO 的喷射量为 m’ ⑶=mco_m’ C0GXmassfract1n’ co ； g ?CQ最大时，则g前COG白勺喷射量；为、=:‘“:■，H2白勺喷射量为 tnH; = — nhxKx _ssfract1nfh , CH4 的喷射量为气K, = mCits ^maxiXmmsfractkmais , CO 的喷射量为 m，c。= O。
【文档编号】F02D19/02GK104165100SQ201410356212
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】何海斌, 吴锋, 姚栋伟, 陈科平, 刘晓晨 申请人:浙江大学