本實用新型涉及天然氣發動機技術領域，尤其涉及一種天然氣發動機環境補償閉環控制系統。

背景技術：

由于世界石油資源逐年短缺、城市汽車排放污染日益嚴重，天然氣發動機作為燃用新型燃料及清潔能源的綠色動力，得到了前所未有的迅速發展。

現階段，天然氣發動機均采用電控技術，分別調控新鮮空氣量、天燃氣噴射量，通過混合裝置形成混合氣，經進氣歧管分配到氣缸內燃燒做功。其中，新鮮空氣通過增壓器增壓，經進氣歧管溫度與大氣濕度修正后，得到增壓進氣量；天然氣通過燃料噴射閥按照預標定理論空燃比進行噴射，經廢氣中氧濃度修正后，得到實際噴氣量。

但是，目前的控制系統僅能在實驗室環境或者標定的可控環境下控制并修正混合進氣量以達到發動機標定性能，隨著發動機工作環境逐漸惡劣(相對于可控的標定環境)，即環境溫度較高或較低、海拔較高或較低、環境濕度較高或較低等，現有控制系統的調節及修正已不能滿足發動機正常工作的要求，例如在環境溫度較高的情況下，進入氣缸的混合進氣量會因空氣密度的降低而減少，最終導致發動機輸出功率降低。更進一步的問題及不足還包括：在一般情況下，不同工況下的發動機排氣管中廢氣傳輸的時間長短不一，會使氧傳感器反饋信號發生變化，當節氣門開度變化較大時，空燃比會因前饋值與實際進氣量偏差較大而出現瞬間波動，從而使控制系統很難對混合進氣量進行精確調節，嚴重時會導致發動機轉速或功率輸出不穩，甚至熄火。

技術實現要素：

針對上述不足，本實用新型所要解決問題的是：提供一種天然氣發動機環境補償閉環控制系統，該系統根據發動機運行的實際環境參數，對混合進氣量進行了實時的修正，始終輸出相當功率，從而保證了發動機在各種環境下均能夠正常工作。

為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是：

一種天然氣發動機環境補償閉環控制系統包括電控單元，以及分別與所述電控單元電連接的：用于調節節氣門開度的節氣門模塊；用于調節增壓進氣量的增壓進氣量模塊；用于調節空燃比的空燃比模塊；用于調節混合進氣量的混合進氣量模塊；用于采集進氣口處環境參數的大氣環境傳感器；用于采集氣缸燃燒室內溫度的缸內溫度傳感器；用于采集氧氣濃度的氧傳感器；還包括增壓進氣量前饋調節模塊、增壓進氣量反饋調節模塊、空燃比前饋調節模塊、空燃比反饋調節模塊、混合進氣量反饋調節模塊，所述增壓進氣量前饋調節模塊同時與所述電控單元和所述增壓進氣量模塊電連接，所述增壓進氣量反饋調節模塊同時與所述電控單元和所述增壓進氣量模塊電連接，所述空燃比前饋調節模塊同時與所述電控單元和所述空燃比模塊電連接，所述空燃比反饋調節模塊同時與所述電控單元和所述空燃比模塊電連接，所述混合進氣量反饋調節模塊同時與所述電控單元和所述混合進氣量模塊電連接。

優選方式為，還包括與所述電控單元電連接的用于調節點火提前角的點火提前角模塊。

優選方式為，還包括用于采集進氣岐管溫度的進氣岐管溫度傳感器，所述進氣岐管溫度傳感器與所述電控單元電連接。

優選方式為，所述大氣環境傳感器包括環境溫度傳感器、環境濕度傳感器和/或大氣壓力傳感器。

采用上述技術方案后，本實用新型的有益效果是：由于本實用新型的天然氣發動機環境補償閉環控制系統，具有以下優點：1、在進氣口布置用以監測大氣壓力信號、環境溫度信號、環境濕度信號的大氣環境傳感器，在預設的大氣壓力、環境溫度、環境濕度范圍內，分別列表標定對增壓進氣量及空燃比的修正系數，在必要時，亦可列表標定對點火提前角的修正系數，由電控單元選擇設置并輸出綜合修正后的混合進氣量。2、增加空燃比前饋控制，通過合理標定，可以有效防止當節氣門變化較大時，引起的空燃比劇烈波動。3、在氣缸內布置用以監測燃燒室內溫度信號的缸內溫度傳感器，標定缸內的正常溫度范圍與允許差值，并列表標定對空燃比及增壓進氣量的前饋修正，最終實現對混合進氣量的閉環精確控制。

由于還包括與電控單元電連接的用于調節點火提前角的點火提前角模塊；該點火提前角模塊使電控單元在進行了各種調節后，輸出功率仍舊不相當時采取的措施，進一步保證發動機正常工作。

由于還包括用于采集進氣岐管溫度的進氣岐管溫度傳感器，進氣岐管溫度傳感器與電控單元電連接；該進氣岐管溫度傳感器將采集到的進氣岐管的溫度傳輸給電控單元，使電控單元根據該信號獲取增壓進氣量的反饋修正系數，使實際進氣量滿足需求。

綜上所述，本實用新型的天然氣發動機環境補償閉環控制系統，與現有技術相比，解決了天然發動機在惡劣的環境下，不能依靠自身的控制方法和系統輸出相當的功率的技術問題，而本實用新型的天然氣發動機環境補償閉環控制方法及控制系統，在預設的大氣環境下，本實用新型能夠對混合進氣量進行綜合調節并修正后，使發動機始終保持相當的功率輸出，也就是本實用新型能夠使發動機在正常工作的同時，將其動力性及經濟性最優化。

附圖說明

圖1是本實用新型天然氣發動機環境補償閉環控制方法的示意圖；

圖2是實施例中關于溫度的流程圖；

圖3是實施例中關于濕度的流程圖；

圖4是實施例中關于大氣壓力的流程圖；

圖5是本實用新型的天然氣發動機環境補償閉環控制系統的示意圖；

圖6是本實用新型的天然氣發動機環境補償閉環控制系統的原理框圖；

圖中：1—電控單元、2—增壓進氣量、3—進氣歧管溫度信號、4—實際進氣量、5—混合進氣量、6—功率輸出、7—實際噴氣量、8—氧濃度、9—空燃比、10—環境參數、11—缸內溫度。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

如圖1所示，一種天然氣發動機環境補償閉環控制方法包括以下步驟：

步驟S100：電控單元在發電機運行正常時，負荷變化，調整節氣門的開度。

步驟S101:電控單元獲取進氣口的環境參數、增壓進氣量、空燃比、缸內溫度和氧濃度，此處通過各處設置的傳感器獲取。

步驟S102：電控單元判斷環境參數與預設定的標定環境參數是否符合；若環境參數與標定環境參數相符，增壓進氣量和空燃比按預設定的修正系數進行修正，輸出修正后的混合進氣量，功率輸出；否則判斷所述增壓進氣量是否充足。此步驟中的標定環境參數是指發動機在實驗室工作時的環境，或者在標準大氣壓下的環境。

步驟S103：若增壓進氣量充足時，電控單元根據缸內溫度信號獲取空燃比的前饋修正系數，同時電控單元根據氧濃度獲取空燃比的反饋修正系數，使空燃比同時進行前饋和反饋修正；同時電控單元根據所述缸內溫度信號獲取混合進氣量的反饋修正系數，輸出修正后的所述混合進氣量，功率輸出。

步驟S104：若增壓進氣量不充足時，電控單元調節所述空燃比加濃燃料，功率輸出。

本實施例在步驟S104中，電控單元在調節空燃比加濃燃料后，還要判斷混合進氣量，若混合進氣量不足，則增大點火提前角，再功率輸出。

在步驟S102中，若環境參數與標定環境參數相符時，電控單元根據預設定的修正參數修正點火提前角。

本實施例還包括步驟：電控單元獲取進氣歧管溫度，并根據進氣岐管溫度獲取反饋修正系數去修正增壓進氣量。

如圖2、圖3和圖4所示，上述的環境參數包括進氣口的環境溫度、環境濕度和/或大氣壓力，步驟S102中，判斷環境參數與標定環境參數是否相符時，不符的情況包括：環境溫度大于預設定的標定溫度，環境濕度大于預設定的標定濕度和/或大氣壓力大于預設的標定大氣壓力。

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實用新型的天然氣發動機環境補償閉環控制方法，具體是指：發動機起動運行后，需判斷發動機運行是否正常，當發動機運行不正常時，需要排除發動機故障后進入下一步；當發動機運行正常時，直接進行下一步，即負荷變化，節氣門開度調整。

下一步判斷環境參數，本實施例是指判斷環境溫度是否大于預設定的標定溫度，也可以是判斷環境濕度是否大于預設定的標定濕度，或者判斷大氣壓力與預設定的標定大氣壓力。以下描述以環境溫度為例，但是上述三個參數為或的邏輯關系。

當環境溫度不大于標定時的標定溫度時，即天然氣發動機處于可控的標定環境下，則電控單元控制發動機直接進行功率輸出。當環境溫度大于標定時的標定溫度時，電控單元需要判斷增壓進氣量是否充足，當進氣增壓進氣量能力充足時，電控單元會在空燃比閉環及PID調節下，相應增大混合進氣量，混合進氣量亦會在缸溫信號反饋及前饋的控制下，得到調整后進入發動機氣缸內燃燒，功率輸出；

當增壓進氣量能力不足時，電控單元會調節空燃比使燃料加濃，進一步判斷是否滿足相當功率輸出，如果滿足，則進行功率輸出；如果不滿足，電控單元會相應增大點火提前角，最終使發動機具有相當功率輸出。

由上述可知，本實用新型的天然氣發動機環境補償閉環控制方法，使天然氣發動機除了在可控的標定環境下正常工作外，在惡劣的環境中，依靠本控制方法亦能快速、精確的控制并修正進入氣缸的混合進氣量，達到相當功率輸出的目的，使發動機正常工作。

圖5和圖6所示，一種天然氣發動機環境補償閉環控制系統包括電控單元，以及分別與所述電控單元電連接的節氣門模塊、增壓進氣量模塊、空燃比模塊和混合進氣量模塊。

還包括設在進氣口的大氣環境傳感器、設在氣缸燃燒室內的缸內溫度傳感器和采集廢氣氧氣濃度的氧傳感器，各傳感器分別與電控單元電連接，將采集到的各信號轉換成電壓信號傳輸給電控單元。

還包括分別與電控單元電連接的增壓進氣量前饋調節模塊、增壓進氣量反饋調節模塊、空燃比前饋調節模塊、空燃比反饋調節模塊、混合進氣量反饋調節模塊，其中增壓進氣量前饋調節模塊和增壓進氣量反饋調節模塊還分別與增壓進氣量電連接；其中空燃比前饋調節模塊和空燃比反饋調節模塊還分別與空燃比模塊電連接；其中混合進氣量調節模塊還與混合進氣量模塊電連接。

本實用新型的天然氣發動機環境補償閉環控制系統，其中大氣環境傳感器能夠采集進氣口的環境處的環境溫度、環境濕度以及大氣壓力等環境參數，該環境參數被轉換成電信號傳輸給電控單元后，電控單元將該環境參數與內部存儲的標定環境參數進行比較。

當得出進氣口的環境與標定環境相符，則電控單元按照預先設定的增壓進氣量和空燃比的修正系數進行修正，最后輸出相當功率，此時本實用新型的控制系統與現有技術中的相同。

當得出進氣口的環境與標定環境不相符時，則電控單元根據缸內溫度傳感器采集到的缸內溫度，通過增壓進氣量前饋調節模塊和空燃比前饋調節模塊對增壓進氣量和空燃比進氣前饋修正，實現了空燃比前饋加反饋的精確控制，有效防止了當節氣門變化較大時，引起的空燃比劇烈波動。電控單元還根據缸內溫度，通過混合進氣量反饋調節模塊對混合進氣量進行反饋修正，實現混合進氣量的閉環精確控制。

氧傳感器將采集的氧濃度信號傳輸給電控單元，電控單元通過空燃比反饋調節模塊對空燃比進行反饋修正，因此本控制系統的空燃比具有雙重調節。

由上述可知，本實用新型的天然氣發動機環境補償閉環控制系統有效的對混合進氣量進行了精確的調節，有效防止了發動機轉速不穩或熄火等異常發生。

本實施例還包括與電控單元電連接的用于調節點火提前角的點火提前角模塊，在進氣量不足的情況下，還可以由電控單元通過點火提前角模塊增大點火提前角，最終使發動機具有相當功率輸出。

本實施例還設置了用于采集進氣岐管溫度的進氣岐管溫度傳感器，該進氣岐管溫度傳感器與電控單元電連接，其將采集的進氣岐管的溫度轉換成電壓信號傳輸給電控單元，使電控單元根據該信號通過增壓進氣量反饋調節模塊控制增壓進氣量去修正。

上述大氣環境傳感器包括環境溫度傳感器、環境濕度傳感器和/或大氣壓力傳感器。

以上所述本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同一種天然氣發動機環境補償閉環控制系統及控制方法與裝置結構的改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。