自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法与流程

本发明是关于发动机领域，特别是关于一种自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法。

背景技术：

随着国家对环保的重视，地方政府对养殖场排污监管力度日益加强，加上国家对分布式能源的倡导，越来越多的养殖厂开始大量建造沼气池以对禽畜的粪便进行发酵处理并最终变成电能利用，这种分布式能源应用方式非常适合在远离市区并无法提供市电的养殖场。因此，以沼气为燃烧介质的沼气发动机越来越受养殖场的青睐。其工作过程如图1示：动物或生活水的排污经过沼气池发酵产生沼气，沼气通过沼气预处理(脱硫、除水)后进入稳压阀组件进行压力调节，然后再进入混合器(控制沼气与新鲜空气的混合比例)，最终进入发动机缸内燃烧产生动力进行发电。

然而这种靠发酵产生的混合气(沼气)其成份相当复杂并且比例很不稳定，其中主要为甲烷(ch4体积含量约占50％～70％)；其次是二氧化碳(co2，体积含量约占20％～40％)；另外还有少量硫化氢(h2s)、氮气(n2)、氧气(o2)、一氧化碳(co)、水蒸气等等约占10％左右。甲烷(ch4)是主要的燃烧介质，其浓度极易受到环境因素影响，并且甲烷浓度的变化对发动机性能的影响非常敏感，特别是启动过程，如果浓度变化较大会导致发动机无法起动，所以对沼气发动机启动阶段而言对浓度的控制方法很关键。

目前行业沼气发动机控制系统中对于点火控制、空气量控制等均大致相同，唯一区别在于混合器上即机械式或电控式：

1、机械式混合器为定比例混合方式(一般为膜片式)，根据当前燃气中甲烷的含量通过调整混合器入口阀门的开度来定某个甲烷浓度下的混合气比例。而当沼气中甲烷浓度变化后，原定的比例不能适应，需要在启动阶段再次手动调整混合器燃气阀开度，以适应新的沼气成份。

优点：操作方便，不需要很高的操作技能。

缺点：每当燃气成份变化时都需要重新手动调整，而且无法确认调整后比例是否已经调整到最佳状态，所以操作人员需要有一定的操作经验，靠人为(听声音)感觉，判断比较主观。另外，机械式混合器燃料控制精度差。

2、电控混合器，这种电控混合器在启动阶段与机械式的控制方式相同，即根据调试时固化在ecu内部的燃气阀开度值，在下一次启动时系统将自动按预定的开度值执行。

优点：虽然启动阶段控制方式也同样存在缺陷，但在正常运行工况下，系统可以通过传感器监控的发动机参数对燃气进行精确控制与调整。还可以通过辅助手段进行闭环修正，控制精确。

缺点：启动阶段为开环控制，所以同样存在因甲烷浓度变化无法启动而需要重新调整参数的缺陷。而且一般用户还无法对ecu内部参数进行调整，需要发动机厂商专业技术人员现场调整，服务成本非常大。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种步骤简单合理的自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法，该自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法实现了沼气中甲烷浓度变化检测自动化，自适应甲烷浓度变化程序化，沼气发动机启动快速,有效解决因沼气中甲烷农化变化导致的启动困难问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法，包括以下步骤：首先，发动机启动前，甲烷浓度传感器测量出管道内沼气中的甲烷浓度信号；其次，控制单元通过监控甲烷浓度传感器反馈值，判断甲烷浓度值是否适合燃气发动机要求范围内，合适时，ecu依据甲烷浓度值、沼气与新鲜空气混合比例的目标值查询电控混合器的目标开度值；最后，控制单元调用电控混合器的目标开度值调整电控混合器入口阀门的开度进行启动。

在一优选的实施方式中，控制单元通过监控甲烷浓度传感器反馈值判断甲烷浓度值不适合燃气发动机要求范围时，控制单元输出报警信号并提示甲烷浓度超高/超低。

在一优选的实施方式中，甲烷浓度传感器测量出稳压阀组件输出管道内沼气中的甲烷浓度信号。

在一优选的实施方式中，沼气经过稳压阀组件稳压及除去气体中颗粒粉尘。

在一优选的实施方式中，电控混合器具有50％以下、50％～60％和60％～70％三个沼气与新鲜空气混合比例的开度档。

与现有技术相比，根据本发明的自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法具有如下有益效果：该自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法根据沼气中甲烷浓度与混合器开度编程为对应的脉谱数据，起动过程中通过甲烷浓度传感器监测到当前的沼气中甲烷浓度，查询并调用对应的启动混合器开度值进行启动，实现沼气中甲烷浓度变化检测自动化，自适应甲烷浓度变化程序化，沼气发动机启动快速,有效解决因沼气中甲烷农化变化导致的启动困难问题。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法的示意图。

图2是根据本发明一实施方式的自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法的控制逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本发明优选实施方式的自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法实现了沼气中甲烷浓度变化检测自动化，自适应甲烷浓度变化程序化，沼气发动机启动快速，有效解决因沼气中甲烷浓度变化导致的启动困难问题。该自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法包括以下步骤：

首先，发动机启动前，甲烷浓度传感器测量出稳压阀组件输出管道内沼气中的甲烷浓度信号；

其次，控制单元通过监控甲烷浓度传感器反馈值，判断甲烷浓度值是否适合燃气发动机要求范围内，不合适时，控制单元输出报警信号并提示甲烷浓度超高/超低；合适时，ecu依据甲烷浓度值、沼气与新鲜空气混合比例的目标值查询电控混合器的目标开度值；

最后，控制单元调用电控混合器的目标开度值调整电控混合器入口阀门的开度进行启动。

如图2示，在沼气经过稳压阀组件5稳压及除去气体中颗粒粉尘，发动机启动前，控制单元(ecu)3上电，甲烷浓度传感器2得电工作并测量出管道沼气中的甲烷浓度信号。ecu通过监控甲烷浓度传感器反馈值，由ecu判断甲烷浓度值是否适合燃气发动机要求范围内，不合适时，ecu输出报警信号并提示甲烷浓度超高/超低；合适时，ecu依据甲烷浓度值、沼气与新鲜空气混合比例的目标值(lambda值)查询电控混合器4的目标开度值，启动阶段沼气与新鲜空气混合比例的目标值(lambda值)不变情况下，若甲烷浓度降低，ecu查询电控混合器脉谱得到混合器目标开度值加大，则启动发动机1时电控混合器开度加大，若甲烷浓度提高，ecu查询电控混合器脉谱得到混合器目标开度值减小，则启动发动机时电控混合器开度减小。由此可以保证发动机在启动阶段混合气浓度维持在良好可燃的范围内，使得发动机启动性能良好。

优选的，根据甲烷浓度的变化，将变化范围进行区间细分，通过试验研究甲烷浓度在10％内变化对启动影响很小(能保证启动成功)。而正常情况下沼气中甲烷浓度变化在45％～70％之间，所以通过设置三个电控混合器4的开度档如50％以下，50％～60％，60％～70％(或更多档)，根据沼气中甲烷浓度与混合器开度编程为对应的脉谱数据，起动过程中通过甲烷浓度传感器监测到当前的沼气中甲烷浓度，查询并调用对应的启动混合器开度值进行启动。该自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法的控制策略与程序可内嵌集成于发动机ecu内，硬件成本低。启动发动机时无需人工干预，安全性高。适应沼气成份变化范围宽，启动成功率高、可靠性高、降低服务成本。所使用的甲烷传感器探头在密闭管内不易受油污及灰尘污染，寿命长、降低使用维护成本。由控制逻辑及策略可知，发动机在每次起动之前均自动进行检测甲烷浓度值，能及时发现甲烷浓度范围是否过大并及时报警进行处理。

综上，该自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法根据沼气中甲烷浓度与混合器开度编程为对应的脉谱数据，起动过程中通过甲烷浓度传感器监测到当前的沼气中甲烷浓度，查询并调用对应的启动混合器开度值进行启动，实现沼气中甲烷浓度变化检测自动化，自适应甲烷浓度变化程序化，沼气发动机启动快速,有效解决因沼气中甲烷农化变化导致的启动困难问题。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。