[发明专利]一种基于在线感知为反馈信息的HPDI喷气量PID喷气量闭环控制装置及其控制方法

说明书

本发明公开一种基于在线感知为反馈信息的高压天然气缸内直喷发动机喷气量PID喷气量闭环控制装置及其控制方法。所述天然气供给系统(1)的天然气(1‑1)通过压气机(1‑2)连接气轨(1‑3)，所述气轨(1‑3)分别与压力传感器(2)和轨压控制器(4)相连接，所述压力传感器(2)与喷射器(3)相连接，所述喷射器(3)与PXI触发装置(5)相连接，所述PXI触发装置(5)与压力传感器(2)均和电荷‑电压转换的电荷放大器(6)相连接，所述PXI触发装置(5)与轨压控制器(4)均和上位机相连接。本发明用以解决降低高压天然气缸内直喷发动机排放量的问题。

技术领域

本发明涉及动力能源技术领域，具体涉及一种基于在线感知为反馈信息的HPDI喷气量PID喷气量闭环控制装置及其控制方法。

背景技术

近年来，随着能源危机和排放法规的日益严格，天然气作为替代能源，因其对环境具有良好的排放性以及高热效率，加之具有储量丰富及较大的价格优势，被越来越广泛地用作发动机替代燃料，以降低环境污染压力和缓解能源问题。随着天然气发动机的发展，其利用也扩展到重型和船用发动机，而在这些发动机中，对于发动机的动力性能有着很大的需求。

当前，天然气发动机主要有三种运行模式。第一种模式是纯天然气发动机，天然气由火花塞点燃。在第二种模式下，发动机使用预混合天然气和直喷引燃柴油运行，其中天然气在进气冲程期间被引入低压双燃料发动机。在这种类型的发动机中，均匀的天然气/空气混合物被迅速压缩到其自燃条件以下，并通过在上止点附近喷射一定量的引燃柴油而被点燃。发动机负荷只能通过改变天然气的进气量来控制。在中高负荷时，低压双燃料发动机的排放相对较低。然而，在轻负荷下，未燃烧的碳氢化合物排放量急剧增加。此外，由于发动机爆震的限制，发动机功率和效率也是低压双燃料发动机面临的挑战之一。而在第三种模式下，天然气和引燃柴油都直接喷射到上止点附近的气缸中，这些通常被称为高压天然气缸直喷(HPDI)双燃料发动机。在这种类型的发动机中，先导柴油先于高压天然气注入气缸。当天然气注入气缸时，柴油自燃。天然气被带入引燃火焰并被点燃。由于天然气的火焰传播速度较慢，纯天然气发动机适用于小型发动机，而双燃料发动机通常用于重型和船用发动机。近期研究中，天然气双燃料船用发动机得到了广泛的研究。HPDI天然气发动机的优点是热效率和发动机功率更高，因为其混合控制燃烧速率以及抗爆特性。然而，与低压双燃料发动机相比，高压直喷发动机的挑战在于面临更高的氮氧化物和烟尘排放问题。

为进一步提高缸内高压直喷天然气发动机(HPDI)的热效率，降低其排放，国内外学者通过软件模拟和试验的方法研究了它的燃烧特性、燃烧模型和排放特性等，从而提升发动机的性能。

发明内容

本发明提供一种基于在线感知为反馈信息的高压天然气缸内直喷发动机喷气量PID喷气量闭环控制装置及其控制方法，从而提高HPDI发动机的经济性能和排放性能。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于在线感知为反馈信息的高压天然气缸内直喷发动机喷气量PID喷气量闭环控制装置，所述控制装置包括天然气供给系统1、压力传感器2、喷射器3、轨压控制器4、PXI触发装置5、电荷-电压转换的电荷放大器6及上位机7；

所述天然气供给系统1的天然气1-1通过压气机1-2连接气轨1-3，所述气轨1-3分别与压力传感器2和轨压控制器4相连接，所述压力传感器2与喷射器3相连接，所述喷射器3与PXI触发装置5相连接，所述PXI触发装置5与压力传感器2均和电荷-电压转换的电荷放大器6相连接，所述PXI触发装置5与轨压控制器4均和上位机相连接。

一种基于在线感知为反馈信息的高压天然气缸内直喷发动机喷气量PID喷气量闭环控制装置，喷射器3喷射出预设的喷气量，喷射器3的压力变化由喷射器3气体入口处的夹持式高精度压力传感器2感知，夹持式高精度压力传感器2实时感知的反馈信号经过电荷-电压转换的电荷放大器6放大输入PXI触发装置5，PXI触发装置5将信号传输至上位机7进行喷气量神经网络计算模型识别，识别后的计算喷气量与预设喷气量进行比对而实现对下次喷气量的实时精准控制。