[发明专利]自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法

说明书

本发明公开了一种自适应甲烷浓度变化的燃气发动机启动控制方法。该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。该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。

技术领域

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。

发明内容

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。