[发明专利]自给型内燃机气体燃料供给系统及气包压力控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自给型内燃机气体燃料供给系统及气包压力控制方法，属于内燃机领域。

背景技术

与传统的石油燃料相比，液化天然气(LNG)具有低碳、高效、优质和清洁等特点，是内燃机的一种理想替代燃料。由于LNG在常压下是在-163℃低温环境下存储和运输，而在实际应用中预先汽化成气体燃料(NG)方可燃烧作功。可是，目前市场上加气站与加油站相比，无论是数量上还是区域分布上远没有后者完善，极大限制了LNG在远程交通工具(船舶、城际客车和载重货车)上的使用。为了突破加气站少且分布不均的缺点，专家学者提出在远程交通工具上燃料以液态(1立方米LNG可转化为标况气态下600-625立方米NG)形式贮存，根据交通工具内燃机工况要求定量供给LNG进行汽化为整机供给NG，具有以LNG储存－定量汽化－NG供给为特点的自给型气体燃料供给系统。

气包是气体燃料供给系统的重要设备，其作用为内燃机供给稳压NG，以满足形成均匀可燃混合气的要求。而气包压力是影响NG供给系统安全及内燃机性能(动力性和经济性)的一个重要参数，压力过高易发生NG泄漏甚至爆炸的危险，而压力过低则会影响可燃混合气品质导致内燃机性能下降。因此，气包压力是内燃机燃料供给系统中重要控制参数，而气包又是一个十分复杂的控制对象，受到NG流量、LNG供给流量和传热介质流量的影响，为保证提供稳定压力的NG以适应燃料供给系统和整机性能的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。

气包压力控制的任务是根据NG流量、气包压力来调节LNG供给量及其对应传热介质流量，使NG产量能满足NG流量和维持气包压力稳定的要求。所以，影响气包压力量的干扰量有NG流量和气包压力偏差量(给定压力和实际压力之差)。其中，NG流量又受内燃机工况变化，复杂的内燃机工况经常在怠速、小负荷、中等负荷和满负荷等间变化。因此，影响气包压力稳定的因素多且过程复杂。而调节气包压力稳定的参数有LNG供给流量和传热介质流量。

从以上叙述可以看出，气包压力这一被控对象具有大时滞、非线性和时变性等特点，会随时间和内燃机工况的变化而变化，大时滞更是自给型气体燃料供给系统气包压力控制系统的难题。因此，自给型气体燃料供给系统的气包压力这一大时滞系统的控制，成为重要的研究课题之一。

应用于气包压力控制的方法有经典控制、现代控制。其中，经典控制是以各种分立器件的应用为基础，利用各种传感器对被控参数实时进行检测并反馈给控制器，再根据有关控制算法完成相应运算并驱动执行机构完成相应动作，从而达到控制的目的。但是经典控制受分立器件性能影响大，系统内各子系统相互影响大，自动化水平不高，控制效果并非十分理想，而且容易发生故障，不利于系统长期安全、高效运行。而现代控制适合具有线性和精确数学模型的控制对象，而对于像气包压力这样的控制系统来说建立精确数学模型太难，因此并非理想选择。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种自给型内燃机气体燃料供给系统及气包压力控制方法，以NG流量和气包压力偏差量为控制输入信号，通过采用模糊控制、Smith预估控制和人工免疫控制的综合运算，得到与当前状况相适应的LNG供给流量和传热介质流量，以此来调控LNG供给泵变频器和传热介质三通阀开度，使气包的压力对各种外界干扰具有鲁棒性。