提供一种预混式大功率气体发动机的进气控制系统及其方法，在混合器两个进气端分别与连接有空气滤器的空气进气管和安装有燃气流量阀的燃气进气管连接，燃气流量阀和安装于废气蜗轮增压器转速检测位置上的转速传感器均与控制单元连接，控制单元以转速传感器检测的废气蜗轮增压器转速为输入变量，控制燃气流量阀的开度实现进入气体发动机内混合气体空燃比的控制；中冷器排气管上安装有与控制单元连接的电动节气门，与中冷器排气管和废气涡轮增压器进气管连通的旁通单元通过控制线与控制单元连接。本发明专利技术提高预混式气体发动机过渡工况空燃比控制的准确性，提高气体发动机运行的经济性和排放性，满足气体发动机不同运行工况下混合气体流量的自动调节。下混合气体流量的自动调节。下混合气体流量的自动调节。
【技术实现步骤摘要】
预混式大功率气体发动机的进气控制系统及其方法
[0001]本专利技术属于发动机
，具体涉及一种预混式大功率气体发动机的进气控制系统及其方法。
技术介绍
[0002]目前，气体发动机进气方式可分为预混式、单点喷射式、多点喷射式和缸内直喷式，预混式通过混合器将燃气与空气在进增压器前按照预设空燃比进行混合，然后经废气涡轮增压器增压，中冷器冷却后，再进入气缸点火燃烧，因其系统简单、成本低，控制相对简单，稳定性高而备受关注；对于废气涡轮增压气体发动机，在发动机过渡工况下，基本都采用空燃比开环控制，而气体发动机由于动态响应性较差，加载、减载等过度工况持续时间较长，这一过程中空燃比并不能被精确控制，将直接影响气体发动机的经济性和排放性，尤其是日益严苛的环保法规对发动机排放也有了更高的要求；而且，由于废气涡轮惯性作用，均存在“涡轮迟滞”现象，即当发动机负载工况发生变化时，进气量不能及时跟随改变，采用速度—密度法或燃气质量流量控制算法都一定程度上存在不能准确控制空燃比的问题；对于预混式气体发动机而言，是通过燃气流量阀使燃气和空气在进入废气涡轮增压器之前就已经在混合器中完成混合，而节气门+进气旁通阀主要是用于调节进气总管压力，即控制进入气缸的混合气的流量而实现发动机转速和负荷控制，即空燃比的控制和转速负荷控制是相对独立的，此时所测得的进气总管压力温度为混合气的压力温度，速度—密度法计算出的气体流量也是混合气的流量，并不能准确反映空燃比；燃气质量流量法是通过实际测得的发动机功率来修正燃气流量以达到控制空燃比的目的，但是对于预混式气体发动机，节气门和进气旁通阀的开度是影响发动机功率的主要因素，也并不能准确控制空燃比，而影响空燃比的主要因素是进入增压器的空气流量，大功率气体发动机测量增压器进气流量的难度和成本非常高，预混式气体发动机的空燃比控制难度较大，因此，针对上述问题，有必要提出改进。
技术实现思路
[0003]本专利技术解决的技术问题：提供一种预混式大功率气体发动机的进气控制系统及其方法，以转速传感器检测的废气蜗轮增压器的转速为输入变量，通过控制燃气流量阀的开度实现进入气体发动机内混合气体空燃比的控制，以实现对预混式气体发动机空燃比的直接控制，控制简单，简化了计算过程，省去了空气流量计，节约了成本，提高预混式气体发动机过渡工况空燃比控制的准确性，提高气体发动机运行的经济性和排放性；旁通单元的设置，在空燃比实时调整的前提下，根据气体发动机运行工况完成混合气体用量的实时调控，满足气体发动机不同运行工况下混合气体流量的自动调节。
[0004]本专利技术采用的技术方案：预混式大功率气体发动机的进气控制系统，包括废气涡轮增压器和进气端与废气涡轮增压器的排气管连接的中冷器，所述废气涡轮增压器的进气管与混合器的排气端连接，所述混合器的两个进气端分别与连接有空气滤器的空气进气管
和安装有燃气流量阀的燃气进气管连接，所述中冷器的排气管与气体发动机的进气总管连接，且气体发动机的排气总管与废气蜗轮增压器的进气管连接，所述燃气流量阀和安装于废气蜗轮增压器转速检测位置上的转速传感器均与控制单元连接，所述控制单元以转速传感器检测的废气蜗轮增压器的转速为输入变量，通过控制燃气流量阀的开度实现进入气体发动机内混合气体空燃比的控制；所述中冷器排气管上安装有与控制单元连接的电动节气门，与中冷器排气管和废气涡轮增压器的进气管连通的旁通单元通过控制线与控制单元连接，并由控制单元根据气体发动机的运行工况调控电动节气门和旁通单元后，实现进入气体发动机内混合气体流量的调节。
[0005]其中，所述旁通单元包括旁通管和进气旁通阀，所述旁通管一端与中冷器排气管连通，而旁通管另一端与废气涡轮增压器的进气管连通，所述进气旁通阀安装于旁通管上，且进气旁通阀的输入端通过控制线与控制单元输出端连接，并由控制单元根据气体发动机的运行工况协调进气旁通阀和电动节气门的开度。
[0006]进一步地，所述转速传感器的输出端与控制单元的第一输入端连接；所述废气蜗轮增压器的进气管上安装有用于测量气体发动机废气中氧含量的氧传感器，且氧传感器的输出端与控制单元的第二输入端连接；所述气体发动机的进气总管上安装有用于测量进气总管中混合气体压力和温度的压力温度传感器，且压力温度传感器的输出端与控制单元的第三输入端连接。
[0007]预混式大功率气体发动机的进气控制方法，包括以下步骤：
[0008]1)检测气体发动机的转速n、气体发动机的负荷P，当气体发动机的转速n≥气体发动机的额定转速ne，且气体发动机的负荷P≥气体发动机的并网基础负荷P0时，则认为气体发动机已经并网运行，进入空燃比控制模式；
[0009]2)通过转速传感器检测废气涡轮增压器的转速nT，根据废气涡轮增压器的转速—流量MAP图获得混合气质量流量Qc；
[0010]3)根据检测的气体发动机的负荷P以及气体发动机的负荷—过量空气系数MAP图，获得理论过量空气系数λ0，并根据氧传感器测得的气体发动机废气中氧含量确定实际过量空气系数λ1，由理论过量空气系数λ0和实际过量空气系数λ1计算得到目标过量空气系数λ，目标过量空气系数λ的计算式如下：
[0011]λ＝|λ0
‑
λ1|；
[0012]4)根据步骤2)中获得的混合气质量流量Qc和目标过量空气系数λ，计算目标燃气质量流量Qg0，并由控制单元向燃气流量阀发出控制指令，控制燃气流量阀至与目标燃气质量流量Qg0对应的流量开度，燃气流量阀向控制单元反馈实际燃气质量流量Qg实现闭环控制，其中，目标燃气质量流量Qg0的计算步骤如下：
[0013]根据气体发动机(12)内天然气燃烧化学反应方程式：CH4+2O2＝CO2+2H2O，计算天然气在空气中完全燃烧的化学当量比＝QaL/Qg0＝2
×
29
÷
21％/16＝17.2，混合气质量流量Qc与实际空气质量流量Qa和目标燃气质量流量Qg0的关系式为Qa＝Qc
‑
Qg0，而目标过量空气系数λ＝Qa/QaL，由上可知：
[0014]Qa＝QaL
×
λ
[0015]即QaL
×
λ＝Qc
‑
Qg0
[0016]而QaL/Qg0＝17.2
[0017]QaL＝17.2
×
Qg0
[0018]则Qc
‑
Qg0＝17.2
×
λ
×
Qg0
[0019][0020]由λ＝|λ0
‑
λ1|可知：
[0021][0022]其中：Qg0—目标燃气质量流量；
[0023]Qc—混合气质量流量；
[0024]Qa—实际空气质量流量；
[0025]QaL—理论空气质量流量；
[0026]λ0—理论过量空气系数；
[0027]λ1—实际过量空气系数；
[0028]λ——目标过量空气系数；
[0029]5)控制单元根据气体发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.预混式大功率气体发动机的进气控制系统，其特征在于：包括废气涡轮增压器(4)和进气端与废气涡轮增压器(4)的排气管连接的中冷器(8)，所述废气涡轮增压器(4)的进气管与混合器(2)的排气端连接，所述混合器(2)的两个进气端分别与连接有空气滤器(1)的空气进气管和安装有燃气流量阀(3)的燃气进气管连接，所述中冷器(8)的排气管与气体发动机(12)的进气总管连接，且气体发动机(12)的排气总管与废气蜗轮增压器(4)的进气管连接，所述燃气流量阀(3)和安装于废气蜗轮增压器(4)转速检测位置上的转速传感器(5)均与控制单元(10)连接，所述控制单元(10)以转速传感器(5)检测的废气蜗轮增压器(4)的转速为输入变量，通过控制燃气流量阀(3)的开度实现进入气体发动机(12)内混合气体空燃比的控制；所述中冷器(8)排气管上安装有与控制单元(10)连接的电动节气门(7)，与中冷器(8)排气管和废气涡轮增压器(4)的进气管连通的旁通单元通过控制线与控制单元(10)连接，并由控制单元(10)根据气体发动机(12)的运行工况调控电动节气门(7)和旁通单元后，实现进入气体发动机(12)内混合气体流量的调节。2.根据权利要求1所述的预混式大功率气体发动机的进气控制系统，其特征在于：所述旁通单元包括旁通管(13)和进气旁通阀(6)，所述旁通管(13)一端与中冷器(8)排气管连通，而旁通管(13)另一端与废气涡轮增压器(4)的进气管连通，所述进气旁通阀(6)安装于旁通管(13)上，且进气旁通阀(6)的输入端通过控制线与控制单元(10)输出端连接，并由控制单元(10)根据气体发动机(12)的运行工况协调进气旁通阀(6)和电动节气门(7)的开度。3.根据权利要求2所述的预混式大功率气体发动机的进气控制系统，其特征在于：所述转速传感器(5)的输出端与控制单元(10)的第一输入端连接；所述废气蜗轮增压器(4)的进气管上安装有用于测量气体发动机(12)废气中氧含量的氧传感器(9)，且氧传感器(9)的输出端与控制单元(10)的第二输入端连接；所述气体发动机(12)的进气总管上安装有用于测量进气总管中混合气体压力和温度的压力温度传感器(11)，且压力温度传感器(11)的输出端与控制单元(10)的第三输入端连接。4.预混式大功率气体发动机的进气控制方法，其特征在于包括以下步骤：1)检测气体发动机(12)的转速n、气体发动机(12)的负荷P，当气体发动机(12)的转速n≥气体发动机(12)的额定转速ne，且气体发动机(12)的负荷P≥气体发动机(12)的并网基础负荷P0时，则认为气体发动机(12)已经并网运行，进入空燃比控制模式；...
【专利技术属性】
技术研发人员：焦联国，李焕英，胡明生，陈平，李锦华，蒋爱香，
申请(专利权)人：陕西柴油机重工有限公司，
类型：发明
国别省市：
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