Способ и система регулирования отношения воздух-топливо для газового двигателя
Предлагаются способ и система регулирования отношения воздух-топливо для газового двигателя. Текущее выходное давление форсунки вычисляют на основании текущего давления во впускной трубе и текущей скорости вращения без измерения выходного давления форсунки с помощью датчика. Состояние текучести газа может быть определено на основании отношения текущего выходного давления к текущему входному давлению форсунки, полученному с помощью датчика, так что параметры скорости потока, соответствующие состоянию текучести, могут быть выбраны так, чтобы вычислять продолжительность включения форсунки, чтобы устанавливать отношение воздух-топливо на основании данной продолжительности включения. Продолжительность включения может быть вычислена на основании параметров скорости потока в соответствующих состояниях текучести, тем самым достигая отношения воздух-топливо с высокой точностью. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение касается технической области газовых двигателей и, в частности, способа и системы регулирования отношения воздух-топливо для газового двигателя.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Отношение воздух-топливо является массовым отношением воздуха к природному газу в газовом двигателе. Чтобы полностью сжигать газ в двигателе, отношение воздух-топливо необходимо точно регулировать. Путем регулировки двигателя так, чтобы работать при лучшем отношении воздух-топливо, выброс выхлопных газов, получение мощности и экономичность двигателя могут быть максимизированы. Однако точность регулировки отношения воздух-топливо является плохой согласно обычной технологии.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Ввиду этого, согласно настоящему изобретению обеспечиваются способ и система регулирования отношения воздух-топливо для газового двигателя. Технические решения являются следующими.
[0004] Обеспечивается способ регулирования отношения воздух-топливо для газового двигателя. Данный способ включает в себя:
вычисление текущего выходного давления форсунки на основании текущего давления во впускной трубе и текущей скорости вращения;
определение состояния текучести газа на основании отношения текущего выходного давления форсунки к текущему входному давлению форсунки, где текущее входное давление форсунки получают с помощью датчика;
вычисление продолжительности включения форсунки на основании параметра скорости потока, соответствующего данному состоянию текучести; и
регулирование отношения воздух-топливо на основании данной продолжительности включения.
[0005] В одном варианте осуществления в вышеприведенном способе вычисление текущего выходного давления включает в себя:
вычисление текущего выходного давления при текущем давлении во впускной трубе и текущей скорости вращения на основании заданной калибровочной модели давления во впускной трубе и выходного давления форсунки.
[0006] В одном варианте осуществления в вышеприведенном способе данная калибровочная модель включает в себя таблицу данных с записанными калибровочными величинами. Вычисление текущего выходного давления включает в себя:
определение, в случае, когда калибровочная модель включает в себя и калибровочную величину, соответствующую текущему давлению во впускной трубе, и калибровочную величину, соответствующую текущей скорости вращения, калибровочной величины выходного давления, записанной для калибровочной величины, соответствующей текущему давлению во впускной трубе, и калибровочной величины, соответствующей текущей скорости вращения, в качестве текущего выходного давления форсунки; и
выполнение, в случае, когда калибровочная модель не включает в себя и калибровочную величину, соответствующую текущему давлению во впускной трубе, и калибровочную величину, соответствующую текущей скорости вращения, взвешенного вычисления по текущему давлению во впускной трубе, текущей скорости вращения и выбранным калибровочным величинам с получением текущего выходного давления форсунки.
[0007] В одном варианте осуществления в вышеприведенном способе текущая скорость вращения равна V, текущее давление во впускной трубе равна Х, и, соответственно, текущее выходное давление Y вычисляют из следующего уравнения:
где V1 и V2 представляют две калибровочные величины скорости вращения, окружающие V, Х1 и Х2 представляют две калибровочные величины давления во впускной трубе, окружающие Х, Yij представляет калибровочную величину выходного давления, соответствующую Vi и Хj, i равно 1 или 2, и j равно 1 или 2.
[0008] В одном варианте осуществления в вышеприведенном способе определение состояния текучести газа включает в себя:
определение, что состояние текучести газа представляет собой состояние звуковой струи в случае, когда данное отношение меньше, чем установленный порог; и
определение, что состояние текучести газа представляет собой состояние дозвуковой струи в случае, когда данное отношение не меньше, чем установленный порог.
[0009] В одном варианте осуществления в вышеприведенном способе вычисление продолжительности включения включает в себя:
вычисление продолжительности включения, основанное на параметре скорости потока газа в состоянии звуковой струи, в случае, когда газ находится в состоянии звуковой струи; и
вычисление продолжительности включения, основанное на параметре скорости потока газа в состоянии дозвуковой струи, в случае, когда газ находится в состоянии дозвуковой струи.
[0010] В одном варианте осуществления данный способ дополнительно включает в себя:
корректировку разницы скорости потока газа между скоростями потока газа в момент времени открытия и момент времени закрытия форсунки, основанную на напряжении включения для форсунки и разнице между текущим входным давлением форсунки и текущим выходным давлением форсунки, и корректировку продолжительности включения форсунки, основанную на данной разнице скорости потока газа.
[0011] Дополнительно обеспечивается система регулировки отношения воздух-топливо для газового двигателя согласно настоящему изобретению. Данная система включает в себя первый вычислительный модуль, модуль определения состояния текучести, второй вычислительный модуль и контрольный модуль. Первый вычислительный модуль организован так, чтобы вычислять текущее выходное давление форсунки на основании текущего давления во впускной трубе и текущей скорости вращения. Модуль определения состояния текучести организован так, чтобы определять состояния текучести газа на основании отношения текущего выходного давления форсунки к текущему входному давлению форсунки, где текущее входное давление форсунки получают с помощью датчика. Второй вычислительный модуль организован так, чтобы вычислять продолжительность включения для форсунки на основании параметра скорости течения, соответствующих данному состоянию текучести. Контрольный модуль организован так, чтобы регулировать отношение воздух-топливо на основании данной продолжительности включения.
[0012] В одном варианте осуществления в вышеприведенной системе первый вычислительный модуль организован так, чтобы вычислять текущее выходное давление при текущем давлении во впускной трубе и текущей скорости вращения на основании заданной калибровочной модели давления во впускной трубе и выходного давления форсунки.
[0013] В одном варианте осуществления в вышеприведенной системе данная калибровочная модель включает в себя таблицу данных с записанными калибровочными величинами. Первый вычислительный модуль вычисляет текущее выходное давление форсунки путем:
определения, в случае, когда калибровочная модель включает в себя и калибровочную величину, соответствующую текущему давлению во впускной трубе, и калибровочную величину, соответствующую текущей скорости вращения, калибровочной величины выходного давления, записанной для калибровочной величины, соответствующей текущему давлению во впускной трубе, и калибровочной величины, соответствующей текущей скорости вращения, в качестве текущего выходного давления форсунки; и
выполнения, в случае, когда калибровочная модель не включает в себя ни калибровочную величину, соответствующую текущему давлению во впускной трубе, ни калибровочную величину, соответствующую текущей скорости вращения, взвешенного вычисления по текущему давлению во впускной трубе, текущей скорости вращения и выбранным калибровочным величинам с получением текущего выходного давления форсунки.
[0014] Из приведенного описания можно видеть, что с данным способом и системой регулировки отношения воздух-топливо для газового двигателя согласно техническим решениям настоящего изобретения текущее выходное давление форсунки может быть вычислено на основании текущего давления во впускной трубе и текущей скорости вращения без определения выходного давления форсунки с помощью датчика. Состояние текучести газа может быть определено на основании отношения текущего выходного давления к текущему входному давлению форсунки, полученному с помощью датчика, так что может быть выбран параметр скорости потока, соответствующий данному состоянию текучести, чтобы вычислять продолжительность включения форсунки. Таким образом, отношение воздух-топливо может быть установлено на основании продолжительности включения форсунки. Можно видеть, что с техническими решениями настоящего изобретения продолжительность включения можно вычислить на основании параметра скорости потока газа в соответствующих состояниях текучести, достигая отношения воздух-топливо с высокой точностью.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0015] Чтобы более понятно проиллюстрировать технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения или в обычной технологии, ниже кратко описаны чертежи, используемые в описании вариантов осуществления или обычной технологии. Понятно, что чертежи в последующем описании показывают только варианты осуществления настоящего изобретения, и другие чертежи могут быть получены специалистами в данной области техники из приведенных чертежей без какой-либо творческой работы.
[0016] Фигура 1 представляет собой блок-схему способа регулировки отношения воздух-топливо газового двигателя согласно одному варианту осуществления данного изобретения;
[0017] Фигура 2 показывает график, показывающий скорость потока газа, выходное давление форсунки и входное давление форсунки согласно одному варианту осуществления данного изобретения;
[0018] Фигура 3 представляет собой схематичное изображение, показывающее принцип регулировки отношения воздух-топливо газового двигателя согласно одному варианту осуществления данного изобретения; и
[0019] Фигура 4 представляет собой схематичное структурное изображение системы регулировки отношения воздух-топливо газового двигателя согласно одному варианту осуществления данного изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0020] Технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения описываются ясно и полностью ниже в соединении с чертежами в данных вариантах осуществления настоящего изобретения. Понятно, что описанные варианты осуществления являются только некоторыми, а не всеми вариантами осуществления настоящего изобретения. Все другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники, основанные на данных вариантах осуществления настоящего изобретения без какой-либо творческой работы, попадают в объем защиты настоящего изобретения.
[0021] Согласно обычной технологии скорость потока газа в эквиваленте (масса воздуха, требуемая, чтобы точно сжигать 1 кг газа) + газовый двигатель с охлаждаемой рециркуляцией выхлопного газа высокого давления (ЕGR) регулируется с помощью газовой форсунки. Скорость потока газа в форсунке не может быть точно вычислена из-за низкого давления газа, и нелинейность между скоростями потока газа в моменты открытия и закрытия форсунки также будет вызывать неточное измерение скорости потока газа, приводя к неточной продолжительности включения для форсунки. Следовательно, отношение воздух-топливо не может точно регулироваться.
[0022] Чтобы решить указанные проблемы, способ и система регулировки отношения воздух-топливо для газового двигателя обеспечиваются согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Текущее выходное давление форсунки может быть точно вычислено на основании текущего давления во впускной трубе и текущей скорости вращения, так что состояние текучести газа может быть определено на основании отношения текущего выходного давления форсунки к текучему входному давлению форсунки. Параметры скорости потока, соответствующие состоянию текучести, выбирают, чтобы вычислять продолжительность включения форсунки, достигая отношения воздух-топливо с высокой точностью.
[0023] Настоящее изобретение дополнительно описывается подробно ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи и конкретные варианты осуществления так, что вышеуказанные цели, признаки и преимущества настоящего изобретения являются очевидными и понятными.
[0024] Дается ссылка на фигуру 1, которая представляет собой блок-схему способа регулировки отношения воздух-топливо газового двигателя согласно одному варианту осуществления данного изобретения. Данный способ включает в себя следующие этапы от S11 до S14.
[0025] На этапе S11 текущее выходное давление форсунки вычисляют на основании текущего давления во впускной трубе и текущей скорости вращения.
[0026] Из исследования было обнаружено, что для определенной скорости вращения газового двигателя и определенного давления во впускной трубе эффективность подачи газа газового двигателя является постоянной. В этом случае, скорость потока воздуха, скорость потока ЕGR и скорость потока газа также можно считать постоянными. Для определенной структуры смесителя и определенного расположения газовой трубы скорость потока газа является постоянной и выходное давление форсунки также является постоянным. То есть, для газового двигателя при определенной скорости вращения некоторое давление во впускной трубе соответствует некоторому выходному давлению форсунки. Следовательно, выходное давление форсунки может быть вычислено на основании давления во впускной трубе и скорости вращения.
[0027] На этапе S12 состояние текучести газа определяют на основании отношения текущего выходного давления форсунки к текущему входному давлению форсунки. Текущее входное давление форсунки получают с помощью датчика. Газовый двигатель оборудован датчиком для получения входного давления форсунки.
[0028] Из вышеприведенного описания можно видеть, что выходное давление форсунки можно вычислить на основании давления во впускной трубе. Следовательно, данное отношение связано с соотношением между давлением во впускной трубе и давлением газа. Состояние скорости газа может быть определено на основании данного соотношения между давлением во впускной трубе и давлением газа, чтобы определить состояние текучести. Затем продолжительность включения форсунки может быть вычислена на основании различных параметров скорости потока газа так, чтобы улучшить точность измерения газа.
[0029] Давление во впускной трубе представляет давление воздуха, а выходное давление форсунки представляет давление газа. В данном способе состояние скорости газа определяют на основании соотношения между давлением во впускной трубе и давлением газа, чтобы улучшить точность измерения газа на основании параметров скорости потока в различных моделях газа, улучшая, тем самым, точность регулировки переходного отношения воздух-топливо.
[0030] На этапе S13 продолжительность включения форсунки вычисляют на основании параметров скорости потока, соответствующих данному состоянию текучести.
[0031] На этапе S14 отношение воздух-топливо регулируют на основании продолжительности включения.
[0032] При способе согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения продолжительность включения форсунки можно точно вычислить так, чтобы точно регулировать скорость потока газа, тем самым точно регулируя отношение воздух-топливо.
Таблица 1 Калибровочная таблица для давления во впускной трубе и давления газа
| 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 | 160 | 170 | 180 | 190 | |
| 700 | |||||||||||||||||
| 750 | |||||||||||||||||
| 800 | |||||||||||||||||
| 850 | |||||||||||||||||
| 900 | |||||||||||||||||
| 950 | |||||||||||||||||
| 1000 | |||||||||||||||||
| 1050 | |||||||||||||||||
| 1100 | |||||||||||||||||
| 1150 | |||||||||||||||||
| 1200 | |||||||||||||||||
| 1250 | |||||||||||||||||
| 1300 | |||||||||||||||||
| 1350 |
[0033] Текущее выходное давление вычисляют следующим образом. Текущее выходное давление при текущем давлении во впускной трубе и текущей скорости вращения вычисляют на основании заданной калибровочной модели давления во впускной трубе и выходного давления форсунки.
[0034] Как описано выше, в способе согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения калибровочная модель может быть построена предварительно, чтобы вычислять текущее выходное давление форсунки, ввиду того факта, что газовый двигатель с определенным давлением во впускной трубе и определенной скоростью вращения имеет определенное выходное давление форсунки. Калибровочная модель включает в себя вышеуказанную таблицу данных, которая показывает давление во впускной трубе и давление газа. Таблица включает в себя множество наборов калибровочных данных. Один набор калибровочных данных включает в себя калибровочную величину входного давления, калибровочную величину скорости вращения и калибровочную величину входного давления. Каждая калибровочная величина в калибровочной таблице может быть получена посредством лабораторных тестов. Как показано в таблице выше, калибровочная величина скорости вращения варьирует от 700 об/мин до 1350 об/мин (при шаге 50 об/мин), калибровочная величина давления во впускной трубе варьирует от 30 кПа до 190 кПа (с шагом 10 кПа), а калибровочная величина выходного давления, связанная с калибровочной величиной скорости вращения и калибровочной величиной давления во впускной трубе, находится на пересечении ряда, в котором находится калибровочная величина скорости вращения, и колонки, в которой находится калибровочная величина давления во впускной трубе. Номер отсчета, интервал и длина шага каждой из калибровочной величины скорости вращения и калибровочной величины давления во впускной трубе могут быть установлены на основании требований и не ограничиваются в вариантах осуществления настоящего изобретения. Для каждой калибровочной величины скорости вращения и калибровочной величины давления во впускной трубе калибровочная величина выходного давления, связанная с калибровочной величиной скорости вращения и калибровочной величиной давления во впускной трубе, не показана в вышеприведенной таблице. Понятно, что калибровочная величина выходного давления, связанная с заданной калибровочной величиной скорости вращения и заданной калибровочной величиной давления во впускной трубе, может быть измерена в лаборатории, которая не ограничивается в настоящем изобретении.
[0035] На основании калибровочной модели, построенной предварительно, текущее выходное давление вычисляют следующим образом. В случае, когда калибровочная модель включает в себя и калибровочную величину, соответствующую текущему давлению во впускной трубе, и калибровочную величину, соответствующую текущей скорости вращения, калибровочная величина выходного давления, записанная в связи с калибровочной величиной, соответствующей текущему давлению во впускной трубе, и калибровочной величиной, соответствующей текущей скорости вращения, определяется как текущее выходное давление. В случае, когда калибровочная модель не включает в себя обе или только одну из калибровочной величины, соответствующей текущему давлению во впускной трубе, и калибровочной величины, соответствующей текущей скорости вращения, выполняют взвешенное вычисление по текущему давлению во впускной трубе, текущей скорости вращения и выбранным калибровочным величинам, получая текущее выходное давление.
[0036] Например, текущая скорость вращения равна V, текущее давление во впускной трубе равно Х, и, соответственно, текущее выходное давление Y вычисляют из следующего уравнения:
где V1 и V2 представляют две калибровочные величины скорости вращения, окружающие V, Х1 и Х2 представляют две калибровочные величины давления во впускной трубе, окружающие Х, Yij представляет калибровочную величину выходного давления, соответствующую Vi и Хj, i равно 1 или 2, и j равно 1 или 2.
[0037] V1, V2, Х2 и Х2 являются выбранными калибровочными величинами для взвешенного вычисления. Четыре калибровочные величины Yij могут быть определены в таблице выше после выбора V1, V2, Х2 и Х2. Выбранные V1, V2, Х2 и Х2 и Yij образую набор калибровочных данных. Калибровочные данные могут быть выбраны несколькими способами, например: один набор калибровочных данных может быть выбран так, чтобы вычислить одну величину текущего выходного давления; альтернативно, множество наборов разных калибровочных данных может быть выбрано, чтобы вычислять множество величин текущего выходного давления, и среднее из множества величин текущих выходных давлений может быть получено в качестве финального определенного текущего выходного давления так, чтобы улучшить точность вычисления.
[0038] Далее, один набор калибровочных данных выбирают, чтобы вычислить текущее выходное давление из вышеуказанного уравнения, которое описано, чтобы объяснить вышеуказанный способ вычисления текущего выходного давления.
Таблица 2 Калибровочная таблица для части данных
| 120 | 125 | |
| 1100 | 135 | 137 |
| 1150 | 137 | 139 |
[0039] Таблица 2 выше показывает часть данных в калибровочной таблице на основании данного варианта осуществления настоящего изобретения и записи следующего набора данных вычисления, включающего: калибровочную величину 135 кПа внешнего давления, связанную с калибровочной величиной 1100 об/мин скорости вращения и калибровочной величиной 120 кПа давления во впускной трубе, калибровочную величину 137 кПа внешнего давления, связанную с калибровочной величиной 1100 об/мин скорости вращения и калибровочной величиной 125 кПа давления во впускной трубе, калибровочную величину 137 кПа внешнего давления, связанную с калибровочной величиной 1150 об/мин скорости вращения и калибровочной величиной 120 кПа давления во впускной трубе, и калибровочную величину 139 кПа внешнего давления, связанную с калибровочной величиной 1150 об/мин скорости вращения и калибровочной величиной 125 кПа давления во впускной трубе. На основании вышеприведенного уравнения текущее выходное давление в этом случае вычисляют следующим образом:
Текущее выходное давление = (123-120)/(125-120)*[(1110-1100)/(1150-1100)*135 + (1150-1110)/(1150-1100)*137] + (125-123) /(125-120)*[(1110-1100)/(1150-1100)*137 + (1150-1110)/(1150-1100)*139] = 137,4
[0040] При способе согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения текущее выходное давление вычисляют на основании вышеуказанной калибровочной модели и особого дифференциального взвешенного алгоритма. Состояние текучести газа определяют на основании вычисленного текущего внешнего давления так, чтобы выбирать параметры скорости потока, сочетающиеся с состояние текучести. Продолжительность включения можно точно вычислять на основании выбранных параметров скорости потока так, чтобы точно регулировать отношение воздух-топливо.
[0041] Дается ссылка на фигуру 2, которая показывает график, показывающий скорость потока газа, внешнее давление форсунки и входное давление форсунки согласно одному варианту осуществления данного изобретения. На фигуре 2 горизонтальная ось представляет квадратный корень разности между входным давлением и выходным давлением, вертикальная ость представляет скорость потока газа, а прямая линия 11, перпендикулярная горизонтальной оси, представляет разделяющую линию между состоянием звуковой струи и состоянием дозвуковой струи.
[0042] Из исследований было обнаружено, что для определенного состава газа и определенной структуры форсунки состояние струи газа определяется отношением выходного давления форсунки к входному давлению форсунки, так что определяется состояние текучести. Каждое состояние текучести соответствует определенному отношению выходного давления форсунки к входному давлению форсунки. В случае, когда отношение выходного давления форсунки к входному давлению форсунки меньше, чем установленный порог, скорость потока газа в форсунке равна скорости звука. В этом случае скорость потока газа не меняется с выходным давлением и состояние текучести определяется как состояние звуковой струи. В случае, когда отношение выходного давления форсунки к входному давлению форсунки не меньше, чем установленный порог, скорость потока газа в форсунке меньше скорости звука. В этом случае скорость потока газа определяется входным давлением и выходным давлением газовой форсунки и состояние текучести определяется как состояние дозвуковой струи.
[0043] Параметры скорости потока представляют соотношение между скоростью потока газа и временем, которое меняется с состоянием текучести. В состоянии звуковой струи скорость потока газа не меняется с выходным давлением. В состоянии дозвуковой струи рабочие параметры форсунки требуется калибровать на основании входного давления и выходного давления форсунки. Калибровку можно выполнять с помощью лабораторных тестов. Соответствие между скоростью потока газа и выходным давлением и входным давлением можно получить посредством линейной аппроксимации данных или иначе. Скорость потока газа, связанная с данным входным давлением и данным выходным давлением, может быть определена на основании данного соответствия.
[0044] В способе согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения состояние текучести газа определяют следующим образом. В случае, когда данное отношение меньше чем установленный порог, состояние текучести газа определяют как состояние звуковой струи. В случае, когда данное отношение не меньше чем установленный порог, состояние текучести газа определяют как состояние дозвуковой струи.
[0045] Установленный порог определяют по типу газа. Для природного газа порог равен 0,54. В случае, когда отношение выходного давления к входному давлению меньше чем 0,54, состояние текучести в форсунке определяют как состояние звуковой струи. В ином случае, состояние текучести в форсунке определяют как состояние дозвуковой струи.
[0046] Можно видеть, что в данном способе состояние скорости газа можно определить на основании давления газа и давления воздуха, определяя состояние текучести так, чтобы выбрать параметры скорости потока, соответствующие данному состоянию текучести. В случае, когда состояние текучести газа является состоянием звуковой струи, скорость потока газа можно корректировать на основании параметров скорости потока, соответствующих состоянию звуковой струи, чтобы вычислить точную продолжительность включения, тем самым точно регулируя отношение воздух-топливо. В случае, когда состояние текучести газа является состоянием дозвуковой струи, скорость потока газа можно корректировать на основании параметров скорости потока, соответствующих состоянию дозвуковой струи, чтобы вычислить точную продолжительность включения, тем самым точно регулируя отношение воздух-топливо. Следовательно, при способе согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения отношение воздух-топливо можно точно регулировать и в состоянии звуковой струи, и в состоянии дозвуковой струи.
[0047] В данном способе продолжительность включения определяют следующим образом. Продолжительность включения вычисляют на основании параметров скорости потока газа в состоянии звуковой струи в случае, когда газ находится в состоянии звуковой струи. Продолжительность включения вычисляют на основании параметров скорости потока газа в состоянии дозвуковой струи в случае, когда газ находится в состоянии дозвуковой струи.
[0048] Параметры скорости потока в каждом из состояний звуковой струи и дозвуковой струи можно калибровать на основании данных из множества наборов скорости потока газа и времени, которые собирают в соответствующем состоянии текучести. Например, кривая параметров скорости потока в соответствующем состоянии текучести может быть определена путем линейной аппроксимации, и продолжительность включения, соответствующая любой скорости потока газа, может быть вычислена на основании кривой параметров скорости потока. Альтернативно, может быть создана база данных для соответствующего состояния текучести, которая включает в себя калибровочные данные множества наборов скорости потока газа и времени, и продолжительность включения, соответствующая любой скорости потока газа, может быть вычислена путем выполнения операции интерполяции на калибровочных данных в базе данных.
[0049] Делается ссылка на фигуру 3, которая является схематичным изображением, показывающим принцип регулировки отношения воздух-топливо для газового двигателя согласно одному варианту осуществления данного изобретения. Со способом согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения можно определять, находится ли газ в состоянии звуковой струи или в состоянии дозвуковой струи. В случае, когда газ находится в состоянии звуковой струи, скорость потока газа связана только с входным давлением форсунки. Входное давление может быть измерено с помощью встроенного датчика магистрального давления газа газового двигателя. В этом случае, встроенный датчик магистрального давления газа газового двигателя участвует в регулировке скорости потока газа, вычисляют продолжительность включения форсунки, и параметры скорости потока следуют параметрам скорости звукового потока. В случае, когда газ находится в состоянии дозвуковой струи, встроенный датчик магистрального давления газа газового двигателя и датчик давления впускной трубы участвуют в регулировке скорости потока газа, вычисляют продолжительность включения форсунки, и параметры скорости потока следуют параметрам скорости дозвукового потока.
[0050] В одном варианте осуществления данный способ дополнительно включает в себя: корректировку разности скоростей потока газа между скоростями потока газа в момент открытия и момент закрытия форсунки на основании напряжения включения форсунки и разности между текущим входным давлением форсунки и текущим выходным давлением форсунки, и корректировку продолжительности включения форсунки на основании данной разности скоростей потока газа. Для газа при конкретной температуре, скорости потока газа в момент открытия и момент закрытия форсунки связаны с разницей между текущим входным давлением форсунки и текущим выходным давлением форсунки. Следовательно, разности скоростей потока в случае разных разностей давления при данной температуре могут быть получены, чтобы построить коррекционную модель для соответствующей продолжительности включения форсунки. При данном способе, в случае состояния дозвуковой струи, отношение воздух-топливо можно точно регулировать в рабочих условиях низкого давления газа. Переходную скорость потока газа можно корректировать на основании выходного давления форсунки, температуры газа и данных из встроенного датчика давления, чтобы корректировать скорости потока газа в моменты открытия и моменты закрытия форсунки, так что производительность форсунки для точного регулирования скорости потока газа может быть улучшена.
[0051] Из вышеприведенного описания можно видеть, что со способом согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения текущее выходное давление форсунки вычисляют на основании текущего давления во впускной трубе и текущей скорости вращения без измерения выходного давления форсунки датчиком. Состояние текучести газа определяют на основании отношения текущего выходного давления к текущему входному давлению форсунки, полученному с помощью датчика, определяя, находится ли газ в состоянии звуковой струи или состоянии дозвуковой струи, так что могут быть выбраны параметры скорости потока, соответствующие состоянию текучести. Разные встроенные датчики участвуют в регулировке скорости потока, чтобы вычислять продолжительность включения форсунки так, чтобы устанавливать отношение воздух-топливо на основании продолжительности включения.
[0052] С техническими решениями настоящего изобретения продолжительность включения вычисляют на основании параметров скорости потока газа в соответствующих состояниях текучести, тем самым достигая отношения воздух-топливо с высокой точностью. Путем вычисления продолжительность включения на основании параметров скорости потока, сочетающихся с соответствующими состояниями текучести, могут быть получены точные скорости потока газа в моменты открытия и моменты закрытия форсунки в состоянии дозвуковой струи, так что корректируются скорости потока газа в моменты открытия и моменты закрытия форсунки в состоянии дозвуковой струи, тем самым точно регулируя отношение воздух-топливо в конкретных рабочих условиях.
[0053] На основании вышеуказанных вариантов осуществления дополнительно обеспечивается система регулировки отношения воздух-топливо для газового двигателя согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Делается ссылка на фигуру 4, которая представляет собой схематичное структурное изображение системы для регулировки отношения воздух-топливо для газового двигателя согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Данная система включает в себя первый вычислительный модуль 21, модуль определения состояния текучести 22, второй вычислительный модуль 23 и контрольный модуль 24.
[0054] Первый вычислительный модуль 21 организован так, чтобы вычислять текущее выходное давление форсунки на основании текущего давления во впускной трубе и текущей скорости вращения.
[0055] Модуль определения состояния текучести 22 организован так, чтобы определять состояние текучести газа на основании отношения текущего выходного давления форсунки к текущему входному давлению форсунки, где текущее входное давление форсунки получают с помощью датчика.
[0056] Второй вычислительный модуль 23 организован так, чтобы вычислять продолжительность включения для форсунки на основании параметров скорости потока, соответствующих состоянию текучести.
[0057] Контрольный модуль 24 организован так, чтобы регулировать отношение воздух-топливо на основании данной продолжительности включения.
[0058] В одном варианте осуществления первый вычислительный модуль 21 организован так, чтобы вычислять текущее выходное давление форсунки при текущем давлении во впускной трубе и текущей скорости вращения на основании заданной калибровочной модели давления во впускной трубе и выходного давления форсунки.
[0059] В одном варианте осуществления первый вычислительный модуль 21 вычисляет текущее выходное давление путем: определения, в случае, когда калибровочная модель включает в себя и калибровочную величину, соответствующую текущему давлению во впускной трубе, и калибровочную величину, соответствующую текущей скорости вращения, калибровочной величины выходного давления, записанной для калибровочной величины, соответствующей текущему давлению во впускной трубе, и калибровочной величины, соответствующей текущей скорости вращения, в качестве текущего выходного давления форсунки; и выполнения, в случае, когда калибровочная модель не включает в себя и калибровочную величину, соответствующую текущему давлению во впускной трубе, и калибровочную величину, соответствующую текущей скорости вращения, взвешенного вычисления по текущему давлению во впускной трубе, текущей скорости вращения и выбранным калибровочным величинам с получением текущего выходного давления форсунки.
[0060] Система регулирования отношения воздух-топливо для газового двигателя согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения может выполнять вышеописанный способ регулирования отношения воздух-топливо для газового двигателя. Продолжительность включения вычисляют на основании параметров скорости потока газа в соответствующих состояниях текучести, тем самым достигая отношения воздух-топливо с высокой точностью. Путем вычисления продолжительности включения на основании параметров скорости потока, сочетающихся с соответствующими состояниями текучести, могут быть получены точные скорости потока газа в моменты открытия и моменты закрытия форсунки в состоянии дозвуковой струи, так что скорости потока газа в моменты открытия и моменты закрытия форсунки в состоянии дозвуковой струи корректируются, тем самым точно регулируя отношение воздух-топливо в конкретных рабочих условиях.
[0061] Заметим, что вышеописанный способ и система регулировки отношения воздух-топливо для газового двигателя могут быть реализованы с помощью компьютера. Компьютер включает в себя процессор и память. Память сохраняет инструкции, которые, когда выполняются процессором, заставляют процессор выполнять способ согласно любому из вышеописанных вариантов осуществления.
[0062] Память содержит команды программы, файл данных, структуру данных или их комбинацию. Программа, записанная в памяти, может быть разработана или организована так, чтобы выполнять способ согласно настоящему изобретению. Память включает в себя аппаратную систему, организованную так, чтобы сохранять и выполнять инструкции программы. Примерами аппаратной системы являются магнитная среда (такая как жесткий диск, гибкий диск и магнитная лента), оптическая среда (такая как СD-RОМ и DVD), магнито-оптическая среда (такая как флоптический диск, RОМ, RАМ и флешь-память). Программа включает в себя коды ассемблера или машинные коды, скомпилированные компилятором, и коды развитого языка, интерпретируемые интерпретатором. Аппаратная система может применять, по меньшей мере, один программный модуль, чтобы функционировать согласно настоящему изобретению.
[0063] Варианты осуществления в этом описании описаны последовательно, параллельно или в комбинации последовательных и параллельных, каждый из которых подчеркивает отличия от других, и одинаковые или подобные части среди вариантов осуществления могут относиться друг к другу. Так как система, описанная в вариантах осуществления, соответствует способу в ней, описание системы является относительно простым, и значимые части могут быть найдены в описании соответствующей части способа.
[0064] Дополнительно следует отметить, что терминологии соотношения, такие как первый, второй или подобные, применяются здесь только, чтобы отличить один объект или операцию от других, а не для того, чтобы требовать или подразумевать, что действительное соотношение или порядок существует между объектами или операциями. Кроме того, термины "включает в себя", "содержит" или любые другие варианты предполагаются неисключительными. Следовательно, изделие или устройство, включающее в себя ряд элементов, включает в себя не только данные элементы, но также другие элементы, которые не перечислены, или также включает в себя элементы, неотъемлемые для данного изделия или устройства. Если точно не указано иное, утверждение "содержащий (включающий в себя) один ..." не исключает случай, когда другие подобные элементы могут существовать в изделии или устройстве.
[0065] На основании вышеприведенного описания раскрытых вариантов осуществления специалисты могут выполнять или применять настоящее изобретение. Понятно, что специалисты могут делать различные модификации к этим вариантам осуществления. Общий принцип, определенный здесь, может быть применен к другим вариантам осуществления без отклонения от сущности или объема настоящего изобретения. Следовательно, настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления, показанными здесь, но должно определяться самым широким объемом, соответствующим принципам и новым признакам, описанным здесь.
1. Способ регулирования отношения воздух-топливо для газового двигателя, в котором:
вычисляют текущее выходное давление форсунки на основании текущего давления во впускной трубе и текущей скорости вращения двигателя;
определяют состояние текучести газа на основании отношения текущего выходного давления форсунки к текущему входному давлению форсунки, причем текущее входное давление форсунки получают с помощью датчика;
вычисляют продолжительность включения форсунки на основании параметра скорости потока, соответствующего данному состоянию текучести; и
регулируют отношение воздух-топливо на основании данной продолжительности включения.
2. Способ по п. 1, в котором при вычислении текущего выходного давления:
вычисляют текущее выходное давление при текущем давлении во впускной трубе и текущей скорости вращения двигателя на основании заданной калибровочной модели давления во впускной трубе и выходного давления форсунки.
3. Способ по п. 2, в котором данная калибровочная модель содержит таблицу данных с записанными калибровочными величинами и в котором при вычислении текущего выходного давления:
определяют, в случае, когда калибровочная модель включает в себя и калибровочную величину, соответствующую текущему давлению во впускной трубе, и калибровочную величину, соответствующую текущей скорости вращения двигателя, калибровочную величину выходного давления, записанную для калибровочной величины, соответствующей текущему давлению во впускной трубе, и калибровочной величины, соответствующей текущей скорости вращения двигателя, в качестве текущего выходного давления форсунки; и
выполняют, в случае, когда калибровочная модель не включает в себя и калибровочную величину, соответствующую текущему давлению во впускной трубе, и калибровочную величину, соответствующую текущей скорости вращения двигателя, взвешенное вычисление по текущему давлению во впускной трубе, текущей скорости вращения двигателя и выбранным калибровочным величинам, получая текущее выходное давление форсунки, причем текущее выходное давление вычисляют из следующего уравнения:
,
где Y обозначает текущее выходное давление, V обозначает текущую скорость вращения двигателя, Х обозначает текущее давление во впускной трубе, V1 и V2 обозначают две калибровочные величины скорости вращения двигателя, окружающие V, Х1 и Х2 обозначают две калибровочные величины давления во впускной трубе, окружающие Х, Yij обозначает калибровочную величину выходного давления, соответствующую Vi и Хj, i равно 1 или 2 и j равно 1 или 2.
4. Способ по п. 1, в котором в ходе определения состояние текучести газа:
определяют, что состояние текучести газа представляет собой состояние звуковой струи в случае, когда данное отношение меньше, чем установленный порог; и
определяют, что состояние текучести газа представляет собой состояние дозвуковой струи в случае, когда данное отношение не меньше, чем установленный порог.
5. Способ по п. 4, в котором в ходе вычисления продолжительности включения:
вычисляют продолжительность включения на основании параметров скорости потока газа в состоянии звуковой струи в случае, когда газ находится в состоянии звуковой струи; и
вычисляют продолжительность включения на основании параметров скорости потока газа в состоянии дозвуковой струи в случае, когда газ находится в состоянии дозвуковой струи.
6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором дополнительно:
корректируют разницу скоростей потоков газа между скоростями потока газа в момент времени открытия и момент времени закрытия форсунки на основании напряжения включения форсунки и разницы между текущим входным давлением форсунки и текущим выходным давлением форсунки и корректируют продолжительность включения форсунки на основании данной разницы скоростей потоков газа.
7. Система регулировки отношения воздух-топливо для газового двигателя, содержащая:
первый вычислительный модуль, выполненный с возможностью вычисления текущего выходного давления форсунки на основании текущего давления во впускной трубе и текущей скорости вращения двигателя;
модуль определения состояния текучести, выполненный с возможностью определения состояния текучести газа на основании отношения текущего выходного давления форсунки к текущему входному давлению форсунки, причем текущее входное давление форсунки получают с помощью датчика;
второй вычислительный модуль, выполненный с возможностью вычисления продолжительности включения форсунки на основании параметров скорости течения потока газа, соответствующих данному состоянию текучести; и
контрольный модуль, выполненный с возможностью регулирования отношения воздух-топливо на основании данной продолжительности включения.
8. Система по п. 7, в которой первый вычислительный модуль выполнен с возможностью вычисления текущего выходного давления при текущем давлении во впускной трубе и текущей скорости вращения двигателя на основании заданной калибровочной модели давления во впускной трубе и выходного давления форсунки.
9. Система регулировки по п. 8, в которой данная калибровочная модель содержит таблицу данных с записанными калибровочными величинами и в которой первый вычислительный модуль вычисляет текущее выходное давление форсунки путем:
определения, в случае, когда калибровочная модель включает в себя и калибровочную величину, соответствующую текущему давлению во впускной трубе, и калибровочную величину, соответствующую текущей скорости вращения двигателя, калибровочной величины выходного давления, записанной для калибровочной величины, соответствующей текущему давлению во впускной трубе, и калибровочной величины, соответствующей текущей скорости вращения двигателя, в качестве текущего выходного давления форсунки; и
выполнения, в случае, когда калибровочная модель не включает в себя ни калибровочную величину, соответствующую текущему давлению во впускной трубе, ни калибровочную величину, соответствующую текущей скорости вращения двигателя, взвешенного вычисления по текущему давлению во впускной трубе, текущей скорости вращения двигателя и выбранным калибровочным величинам с получением текущего выходного давления форсунки, где текущее выходное давление вычисляют из следующего уравнения:
,
где Y обозначает текущее выходное давление, V обозначает текущую скорость вращения двигателя, Х обозначает текущее давление во впускной трубе, V1 и V2 обозначают две калибровочные величины скорости вращения двигателя, окружающие V, Х1 и Х2 обозначают две калибровочные величины давления во впускной трубе, окружающие Х, Yij обозначает калибровочную величину выходного давления, соответствующую Vi и Хj, i равно 1 или 2 и j равно 1 или 2.
