内混式多点喷射工业燃气发动机电控系统的研究与开发

摘要

中国经济的快速发展加剧了国内能源需求，由于石油能源的不可再生性，替代能源的研究愈发重要。以天然气、沼气和煤层气为代表的气体能源成为短期内最有效的替代燃料。本文针对工业燃气发动机的特点和使用要求，研究和开发了一套适用于多点喷射燃气发动机的电控系统。
　　 首先，本文对工业燃气发动机控制系统进行了分析，构建了控制系统的基本框架。在控制系统的开发过程中，使用了基于模型的设计开发方法，让设计者将主要精力集中在数学模型的建立和验证上，不必过分关心硬件的变化和底层代码的编写，提高了开发效率。
　　 本文将控制系统分为四个核心模型：过量空气系数模型、恒转速控制模型、燃气喷射阀驱动模型和发动机基本保护模型，并分别进行了深入的研究。在过量空气系数模型中，使用速度-密度法进行空气和燃气流量的预测，并对该算法加以改进，同时加入了过量空气系数的闭环修正。在恒转速控制模型中，应用了一种具有更好稳定性和响应速度的PID控制算法。在燃气喷射阀驱动模型中，通过采用电流自适应算法尽可能降低驱动电流，从而延长了喷射阀的使用寿命。
　　 核心控制模型建立完成后，本文利用发动机平均值模型，从软件和硬件在环两方面对控制模型进行验证。试验结果表明，模型控制输出稳定，且在外界的连续扰动下，仍然能控制发动机模型稳定运行，控制模型及其算法可靠。
　　 最终将所开发的电控系统在一台12V190发动机上进行试验验证，稳态和瞬态试验结果表明，发动机空燃比及转速的控制精度和动态响应速度均能满足控制要求，证明本文开发的ECU控制系统适用于工业燃气发动机。