CN101372927A - 内燃机气体燃料喷射装置及其控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料喷射及控制装置，尤其是一种内燃机气体燃料喷射装置及其控制装置。它包括阀体，燃气进口与阀体内的燃气阀腔相连通，在阀体内上部设有液压柱塞偶件，燃气气门杆穿过燃气阀腔与液压柱塞偶件下部紧密接触，燃气门弹簧缠绕在燃气气门杆外侧，其上端与燃气气门杆上端固连，下端支撑在阀体上；液压柱塞偶件上部与二位三通高速电磁阀的控制口相连通，二位三通高速电磁阀的进油口经输油管与蓄压共轨管相连通，二位三通高速电磁阀的回油口经输油管与油箱相连通，蓄压共轨管经输油管与液压源相连通，液压源经输油管与油箱相连通。本发明具有结构合理，性能可靠，燃气流量大，控制精确的优点。

Description

内燃机气体燃料喷射装置及其控制装置

技术领域：

本发明涉及一种燃料喷射及控制装置，尤其是一种内燃机气体燃料喷射装置及其控制装置。

背景技术：

气体燃料发动机的燃气与空气混合方式取决于喷射形势。一般分为“外混”和“内混”方式。外混方式下燃气喷射到进气总管，通过混合器与空气混合，然后通过进气歧管连接进气门，优点是系统简单，缺点是安全性较差、不同负荷下各缸的做功均匀性难以保证。多点顺序喷射可以很好的调节每一缸做功参数，其缺点是喷射系统较复杂，现在多采用电磁阀式燃料喷射装置，该装置应用于小型气体发动机已较为普遍，但是用于大型发动机气体燃料喷射时，难以满足要求，其缺点是燃气流量小，流量控制不精确，而且电磁阀式燃料喷射装置无法适应气源存在较多杂质的条件，例如含有焦油、萘等杂质，易使元件磨损，可靠性低。

发明内容：

本发明提供了一种内燃机气体燃料喷射装置及其控制装置，它结构合理，性能可靠，燃气流量大，控制精确，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种内燃机气体燃料喷射装置，它包括阀体，燃气进口与阀体内的燃气阀腔相连通，在阀体内上部设有液压柱塞偶件，燃气气门杆穿过燃气阀腔与液压柱塞偶件下部紧密接触，燃气门弹簧缠绕在燃气气门杆外侧，其上端与燃气气门杆上端固连，下端支撑在阀体上；液压柱塞偶件上部与二位三通高速电磁阀的控制口相连通，二位三通高速电磁阀的进油口经输油管与蓄压共轨管相连通，二位三通高速电磁阀的回油口经输油管与油箱相连通，蓄压共轨管经输油管与液压源相连通，液压源经输油管与油箱相连通。

所述蓄压共轨管包括管体，在管体的一侧设有蓄压器。可有效地保证管路内的油压，保证液压柱塞偶件推动燃气气门杆所需要的推力。

在阀体底部对应喷射口处设有燃气引管，燃气引管的前端伸入缸头进气道内，靠近气缸进气门处。可有效地保证燃气准确地经缸头进气道喷射到发动机气缸内，保证了发动机的运行安全。

在阀体的一侧对应液压柱塞偶件和燃气气门杆上部的位置处分别设有润滑孔，润滑孔经输油管与油箱相连通。可为液压柱塞偶件和燃气气门杆的运动提供润滑作用，保证元件稳定工作，延长了元件的使用寿命。

一种内燃机气体燃料喷射装置的控制装置，它包括缸压采集模块、排温采集模块、示功图处理模块、排温处理模块、转速采集模块、止点采集模块、进气采集模块、喷射调整模块、喷射控制模块；

缸压采集模块用于采集各气缸内的工作压力，将该压力值传送给示功图处理模块；

示功图处理模块用于对所有缸的做功工况进行分析处理，并判断各缸是否在合理的示功功率范围内，产生合理的喷射定量数据传送到喷射调整模块；

排温采集模块用于采集发动机各气缸的排气温度，将该温度值传送给排温处理模块；

排温处理模块用于对所有缸的排气温度进行分析处理，并判断各缸的排温是否在合理的范围内，产生合理的喷射定量数据传送到喷射调整模块；

转速采集模块用于采集发动机曲轴的转速，将该转速值传送到喷射调整模块；

止点采集模块用于采集发动机活塞的上止点和下止点的位置信息，将该位置信息传送到喷射调整模块；

进气采集模块用于采集发动机各气缸进气门处的进气压力和温度，将该压力和温度值传送到喷射调整模块；

喷射调整模块用于接收示功图处理模块和排温处理模块传送过来的喷射定量数据，并结合转速采集模块、止点采集模块和进气采集模块传送过来的发动机转速、活塞上、下止点位置和进气压力与温度信息，对喷射定量数据进行处理后形成喷射控制信息，将该控制信息传送给喷射控制模块；

喷射控制模块用于将喷射调整模块传送过来的喷射控制信息转换成执行元件能识别的电信号，并将该电信号传送给相应的执行元件；

缸压采集模块与示功图处理模块相连，示功图处理模块与喷射调整模块相连，排温采集模块与排温处理模块相连，排温处理模块与喷射调整模块相连，转速采集模块、止点采集模块和进气采集模块分别与喷射调整模块相连，喷射调整模块与喷射控制模块相连。

本发明采用“气门—气门座”结构的气阀式燃气喷射装置，结构合理，使用寿命长，安全性好，燃料流通面积控制灵活，可适用于各种气源，而且燃气喷射流量大，满足了大型发动机对燃气流量的需要；另外，采用蓄压共轨管可有效地保证管路内的油压，保证液压柱塞偶件推动燃气气门杆所需要的推力，在阀体底部对应喷射口处设置燃气引管，可有效地保证燃气准确地经缸头进气道喷射到发动机气缸内，在阀体的一侧对应液压柱塞偶件和燃气气门杆上部的位置处设置润滑孔，为液压柱塞偶件和燃气气门杆的运动提供润滑作用，保证元件稳定工作，延长了元件的使用寿命；控制装置通过缸压采集模块和排温采集模块采集各缸压力和排气温度，并分别将这些数据送到示功图处理模块和排温处理模块进行分析处理产生合理的喷射定量数据送到喷射调整模块，通过转速采集模块、止点采集模块和进气采集模块采集发动机转速、活塞上、下止点位置和进气压力与温度信息，喷射调整模块利用这些数据对喷射定量数据进行处理后形成产生喷射控制信息，通过喷射控制模块向执行元件发出控制指令，这样可精确灵活地控制向各缸喷射的燃气的喷射相位和喷射量，获得更好的发动机性能，使各缸做功更均匀。

附图说明：

图1为本发明喷射装置的结构示意图。

图2为本发明控制装置的原理结构框图。

图1中，1、阀体；2、燃气进口；3、燃气阀腔；4、液压柱塞偶件；5、燃气气门杆；6、燃气门弹簧；7、二位三通高速电磁阀；8、管体；9油箱；10、液压源；11、蓄压器；12、燃气引管；13、缸头进气道；14、气缸进气门；15、润滑孔；16、进气岐管。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

如图1所示，为一种内燃机气体燃料喷射装置，它包括阀体1，燃气进口2与阀体1内的燃气阀腔3相连通，在阀体1内上部设有液压柱塞偶件4，燃气气门杆5穿过燃气阀腔3与液压柱塞偶件4下部紧密接触，燃气门弹簧6缠绕在燃气气门杆5外侧，其上端与燃气气门杆5上端固连，下端支撑在阀体1上；液压柱塞偶件4上部与二位三通高速电磁阀7的控制口相连通，二位三通高速电磁阀7的进油口经输油管与蓄压共轨管相连通，二位三通高速电磁阀7的回油口经输油管与油箱9相连通，蓄压共轨管经输油管与液压源10相连通，液压源10经输油管与油箱9相连通。

所述蓄压共轨管包括管体8，在管体8的一侧设有蓄压器11。可有效地保证管路内的油压，保证液压柱塞偶件4推动燃气气门杆5所需要的推力。

在阀体1底部对应喷射口处设有燃气引管12，燃气引管12的前端伸入缸头进气道13内，靠近气缸进气门14处。可有效地保证燃气准确地经缸头进气道13喷射到发动机气缸内，保证了发动机的运行安全。

在阀体1的一侧对应液压柱塞偶件4和燃气气门杆5上部的位置处分别设有润滑孔15，润滑孔15经输油管与油箱9相连通。为液压柱塞偶件4和燃气气门杆5的运动提供润滑作用，保证元件稳定工作，延长了元件的使用寿命。

工作时，当有电信号做用于二位三通高速电磁阀7时，其进油口与控制口导通，液压油从管体8经进油口、控制口进入液压柱塞偶件4内，液压柱塞偶件4推动其下方的燃气气门杆5向下运动，同时挤压燃气门弹簧6，燃气门打开，燃气从燃气进口2经燃气阀腔3、打开的燃气门喷入缸头进气道13内，与从进气岐管16过来的空气混合后进入气缸燃烧室内，蓄压器11挤压管路内的液压油以减少管路内油压的降低，同时液压源10抽取油箱9内的液压油开始向管体8内补充液压油，使得管路内的油压迅速恢复到设定的压力值。当关断电信号停止驱动二位三通高速电磁阀7时，其控制口与回油口导通，燃气气门杆5在燃气门弹簧6的弹力作用下向上复位，关闭气门，停止燃气喷射，同时推动液压柱塞偶件4向上运动，将液压柱塞偶件4内的液压油推送回油箱9内，此时气体燃料喷射装置完成一次燃料喷射，后续喷射过程该喷射装置按设定要求重复上述工作过程即可。当燃气喷射口离气缸进气门14较远时，可在阀体1底部对应燃气喷射口处设置燃气引管12，使燃气引管12的前端伸入缸头进气道13内，靠近气缸进气门14处，这样可有效地保证燃气准确地经缸头进气道13喷射到发动机气缸内，保证了发动机的运行安全。

如图2所示，为一种内燃机气体燃料喷射装置的控制装置，它包括缸压采集模块、排温采集模块、示功图处理模块、排温处理模块、转速采集模块、止点采集模块、进气采集模块、喷射调整模块、喷射控制模块；

缸压采集模块用于采集各气缸内的工作压力，将该压力值传送给示功图处理模块；

示功图处理模块用于对所有缸的做功工况进行分析处理，并判断各缸是否在合理的示功功率范围内，产生合理的喷射定量数据传送到喷射调整模块；

排温采集模块用于采集发动机各气缸的排气温度，将该温度值传送给排温处理模块；

排温处理模块用于对所有缸的排气温度进行分析处理，并判断各缸的排温是否在合理的范围内，产生合理的喷射定量数据传送到喷射调整模块；

转速采集模块用于采集发动机曲轴的转速，将该转速值传送到喷射调整模块；

止点采集模块用于采集发动机活塞的上止点和下止点的位置信息，将该位置信息传送到喷射调整模块；

进气采集模块用于采集发动机各气缸进气门处的进气压力和温度，将该压力和温度值传送到喷射调整模块；

喷射调整模块用于接收示功图处理模块和排温处理模块传送过来的喷射定量数据，并结合转速采集模块、止点采集模块和进气采集模块传送过来的发动机转速、活塞上、下止点位置和进气压力与温度信息，对喷射定量数据进行处理后形成喷射控制信息，将该控制信息传送给喷射控制模块；

喷射控制模块用于将喷射调整模块传送过来的喷射控制信息转换成执行元件能识别的电信号，并将该电信号传送给相应的执行元件；

缸压采集模块与示功图处理模块相连，示功图处理模块与喷射调整模块相连，排温采集模块与排温处理模块相连，排温处理模块与喷射调整模块相连，转速采集模块、止点采集模块和进气采集模块分别与喷射调整模块相连，喷射调整模块与喷射控制模块相连。

工作时，缸压采集模块采集发动机各气缸内的工作压力，将该压力值传送给示功图处理模块，示功图处理模块对接收到的所有缸的做功工况进行分析处理，并判断各缸是否在合理的示功功率范围内，然后产生合理的喷射定量数据传送到喷射调整模块；排温采集模块采集发动机各气缸的排气温度，将该温度值传送给排温处理模块，排温处理模块对接收到的所有缸的排气温度进行分析处理，并判断各缸的排温是否在合理的范围内，然后产生合理的喷射定量数据传送到喷射调整模块；转速采集模块、止点采集模块和进气采集模块分别将采集到的发动机曲轴的转速、发动机活塞的上止点与下止点的位置信息和发动机各气缸进气门处的进气压力和温度传送到喷射调整模块；喷射调整模块对接收到的示功图处理模块和排温处理模块传送过来的喷射定量数据进行分析整理，并结合转速采集模块、止点采集模块和进气采集模块传送过来的发动机曲轴的转速、发动机活塞的上止点与下止点的位置信息和发动机各气缸进气门处的进气压力和温度对分析整理的喷射定量数据进行处理修正，产生喷射控制信息，将该控制信息传送给喷射控制模块；喷射控制模块接收到喷射控制信息后将该信息转换成二位三通高速电磁阀7能识别的电信号，首先发送导通信号控制二位三通高速电磁阀7将进油口与控制口导通，通过液压柱塞偶件4推动燃气气门杆5打开气门开始喷射燃气，待控制时间到时关闭导通信号，二位三通高速电磁阀7将回油口与控制口导通，使液压柱塞偶件4内的液压油流回油箱9，燃气气门杆5在燃气门弹簧6的作用下复位关闭气门停止喷射燃气，此时该控制装置完成一次控制，后续控制过程该控制装置按设定要求重复上述工作过程即可。本控制装置实时采集发动机的各项工作参数，通过示功图处理模块和排温处理模块的分析处理和喷射调整模块对喷射定量数据的调整，控制二位三通高速电磁阀7使燃气气门打开，精确灵活地控制喷射装置向各缸喷射的燃气的喷射相位和喷射量，获得更好的发动机性能，使各缸做功更均匀。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种内燃机气体燃料喷射装置，包括阀体，燃气进口与阀体内的燃气阀腔相连通，其特征在于：在阀体内上部设有液压柱塞偶件，燃气气门杆穿过燃气阀腔与液压柱塞偶件下部紧密接触，燃气门弹簧缠绕在燃气气门杆外侧，其上端与燃气气门杆上端固连，下端支撑在阀体上；液压柱塞偶件上部与二位三通高速电磁阀的控制口相连通，二位三通高速电磁阀的进油口经输油管与蓄压共轨管相连通，二位三通高速电磁阀的回油口经输油管与油箱相连通，蓄压共轨管经输油管与液压源相连通，液压源经输油管与油箱相连通。

2.根据权利要求1所述的内燃机气体燃料喷射装置，其特征在于：所述蓄压共轨管包括管体，在管体的一侧设有蓄压器。

3.根据权利要求2所述的内燃机气体燃料喷射装置，其特征在于：在阀体底部对应喷射口处设有燃气引管，燃气引管的前端伸入缸头进气道内，靠近气缸进气门处。

4.根据权利要求1、2或3所述的内燃机气体燃料喷射装置，其特征在于：在阀体的一侧对应液压柱塞偶件和燃气气门杆上部的位置处分别设有润滑孔，润滑孔经输油管与油箱相连通。

5.一种如权利要求1所述的内燃机气体燃料喷射装置的控制装置，其特征在于：包括缸压采集模块、排温采集模块、示功图处理模块、排温处理模块、转速采集模块、止点采集模块、进气采集模块、喷射调整模块、喷射控制模块；

缸压采集模块用于采集各气缸内的工作压力，将该压力值传送给示功图处理模块；

示功图处理模块用于对所有缸的做功工况进行分析处理，并判断各缸是否在合理的示功功率范围内，产生合理的喷射定量数据传送到喷射调整模块；

排温采集模块用于采集发动机各气缸的排气温度，将该温度值传送给排温处理模块；

排温处理模块用于对所有缸的排气温度进行分析处理，并判断各缸的排温是否在合理的范围内，产生合理的喷射定量数据传送到喷射调整模块；

转速采集模块用于采集发动机曲轴的转速，将该转速值传送到喷射调整模块；

止点采集模块用于采集发动机活塞的上止点和下止点的位置信息，将该位置信息传送到喷射调整模块；

进气采集模块用于采集发动机各气缸进气门处的进气压力和温度，将该压力和温度值传送到喷射调整模块；

喷射调整模块用于接收示功图处理模块和排温处理模块传送过来的喷射定量数据，并结合转速采集模块、止点采集模块和进气采集模块传送过来的发动机转速、活塞上、下止点位置和进气压力与温度信息，对喷射定量数据进行处理后形成喷射控制信息，将该控制信息传送给喷射控制模块；

喷射控制模块用于将喷射调整模块传送过来的喷射控制信息转换成执行元件能识别的电信号，并将该电信号传送给相应的执行元件；

缸压采集模块与示功图处理模块相连，示功图处理模块与喷射调整模块相连，排温采集模块与排温处理模块相连，排温处理模块与喷射调整模块相连，转速采集模块、止点采集模块和进气采集模块分别与喷射调整模块相连，喷射调整模块与喷射控制模块相连。

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