CN104533643A - 燃气发动机稀薄燃烧控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气发动机控制技术领域，涉及燃气发动机稀薄燃烧控制方法及控制系统。本发明从起动过程、怠速运行过程到工作工况的全部过程，对燃烧所需的空燃比、燃气量和混合气量进行精确控制；完成燃气发动机工作全程的空燃比精确调整，控制λ值达到稀薄燃烧状态，使燃气发动机热效率提高、运行安全可靠、节省燃料、降低NOx排放污染。

Description

燃气发动机稀薄燃烧控制方法及控制系统

技术领城

本发明属于燃气发动机控制技术领域，从燃料方面可用于天然气为燃料的燃气发动机稀薄燃烧控制系统，也可推广应用于以煤层气、沼气和垃圾填埋气为燃料的燃气发动机稀薄燃烧控制,同时从市场应用方面可用于陆用固定电站、船用电站、船用主机等多个领域。

背景技术

随着全球石油资源的逐渐枯竭及国家中长期节能减排规划的出台，加之国际上对内燃机排放要求的不断提高，以天然气、煤层气及沼气等清洁、廉价燃气为燃料的燃气发动机越来越受到业界的认可。

从理论上来说，燃气完全燃烧时需要的空气与燃气之间的质量比例称为空燃比；在燃气实际燃烧中，存在燃料不完全燃烧和完全燃烧两种状态，空气量不足时，仅部分燃气被燃烧，此状态称为富燃；空气量充足时，燃气被完全燃烧，此状态称为稀薄燃烧。实际中燃气可以在一定的空燃比范围内进行燃烧。在燃气发动机工作中，参与燃烧的实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数（用希腊字母λ表示，英文名称Lambda），当λ值较小时，发动机工作在富燃状态下，会使缸内的热能转化为机械能的热效率降低，造成燃料浪费，同时缸内最高燃烧温度较高，使发动机相关零件产生热疲劳，寿命降低，故障率高；并且排放性能差，NOx排放值高；但随着λ值的继续升燃烧温度会逐渐降低，此时，燃气发动机处于稀薄燃烧状态，热效率高、NOx排放值低、经济性高，所以燃气发动机稀薄燃烧的λ值应设置在较大的数据范围内。

由此可见，为使燃气发动机运行安全可靠、节省燃料、降低污染，关键要保证进入发动机气缸内内的燃料尽可能充分燃烧，也就是要对燃气发动机燃烧所需空气和燃料的比例进行精确控制，使燃气发动机在稀薄燃烧状态下工作。

现有技术中，液体燃料发动机（如汽油机、柴油机）主要采用高压缩比、分层燃烧、高能点火（适用汽油机）、多点喷射、EGR等技术，对零部件优化设计以及结构更改实现稀薄燃烧控制，但气体燃料发动机（燃气发动机）因气体燃料与液体燃料燃烧特性不同，除高能点火、多点喷射技术以外，不能采用液体燃料发动机其他的稀薄燃烧技术，燃气发动机主要采用定比混合器控制技术。如本领域技术人员所公知的，定比混合器采用虹吸原理，根据空气进气量吸入一定比例的燃料实现空燃比控制，空燃比只能被固定在一个较小的范围内，并且受环境温度和大气压力的变化，以及燃料温度和压力的变化影响，燃气量与空气量不能调整，不能控制燃气发动机稀薄燃烧，而且此类控制技术不能检测λ值，会出现燃气发动机λ值低、热效率低、燃料消耗大、NOx排放多等现象。

发明内容

本发明的目的是提出一种燃气发动机稀薄燃烧控制方法及控制系统，对燃气发动机燃烧所需空气和燃料的比例进行精确控制，保证进入发动机气缸内内的燃料尽可能充分燃烧，完成燃气发动机工作全程的空燃比精确调整，控制λ值达到稀薄燃烧状态，使燃气发动机热效率提高、运行安全可靠、节省燃料、降低NOx排放污染。

本发明通过以下技术方案完成其发明任务：

为了完成燃气发动机工作全程的稀薄燃烧，本发明从起动过程、怠速运行过程到工作工况的全部过程，对燃烧所需的空燃比、燃气量和混合气量进行精确控制；

起动过程控制稀薄燃烧的方法是：将起动过程分为起动阶段、点火阶段和起动成功阶段，根据发动机排量、转速控制所需的燃气量和混合气量；起动阶段时发动机转速从零转速开始上升，当转速达到设置的起动转速基准值后，控制单元根据发动机排量、转速所需的燃气量，通过输出接口向外输出指令使燃气流量阀执行动作，控制燃气量进入发动机的混合器；当发动机实际转速达到所设的点火转速基准值后，控制单元开始根据发动机排量、转速所需的混合气量，通过输出接口向外输出指令使混合气流量阀执行动作，控制进入气缸内的混合气量；随着当发动机实际转速达到所设的起动成功转速基准值后，控制单元开始检测排气中氧含量；在起动过程，燃气量和混合气量随着发动机转速的升高而增加；

怠速运行过程控制稀薄燃烧的方法是：在怠速运行过程通过检测排气中氧含量进行稀薄燃烧λ值闭环控制，并控制单缸燃烧温度从而降低NOx排放；怠速运行是燃气发动机进入工作工况前的过程，是在没有负荷的最低稳定转速下运行，为了实现怠速运行过程稀薄燃烧，通过安装在排气管上的氧含量传感器，在发动机转速达到怠速运行转速时，检测排气中的氧含量，得到实际λ值，实际λ值与怠速运行过程所设的λ基准值1.2-1.3进行对比，得到怠速运行燃气量；控制单元同时接收燃气管路上安装的燃气温度传感器信号和燃气压力传感器信号，得到燃气温度值和燃气压力值，并将燃气温度值、燃气压力值与所设的燃气温度基准值、燃气压力基准值相对比，对燃气量进行修正，使参与燃烧的燃气量不受燃气温度和燃气压力变化的影响，然后通过输出接口向外输出指令，使燃气流量阀执行动作控制怠速运行燃气量，使排气中的氧含量得到调整，与所设的怠速运行过程λ基准值一致，经λ值闭环控制实现怠速运行过程稀薄燃烧控制；在发动机怠速运行过程，控制单元将发动机转速与所设的怠速运行转速基准值进行对比，同时进气总管温度值与所设的进气总管温度基准值相对比，使进入气缸内的混合气量不受进气总管温度变化的影响，然后通过输出接口向外输出指令，使混合气流量阀执行动作，精确控制混合气量使发动机转速跟随改变，保证发动机转速与所设的怠速运行转速基准值保持一致，经转速闭环控制保证怠速运行过程转速的稳定；怠速运行过程中气缸内的燃烧温度变化，将造成NOx排放的变化，为此设置单缸燃烧温度基准值，通过安装在气缸上的单缸燃烧温度传感器将信号传送到控制单元，并将单缸燃烧温度值与所设的单缸燃烧温度基准值相对比，对所设的怠速运行过程λ基准值进行修正；此后控制单元根据修正后的λ基准值控制燃气量，进而经λ值闭环控制实现怠速运行过程稀薄燃烧；本发明怠速运行阶段所控制的各参数相互关联，经综合控制实现了怠速运行过程稀薄燃烧和NOx排放控制；现有技术采用定比混合器实现空燃比控制，空燃比不能调整，与现有技术相比，本发明在怠速到工作工况的所有阶段全部采用λ值闭环控制方法，通过检测排气中氧含量得到λ值进行燃气量控制，通过检测燃气温度值、燃气压力值对燃气量进行修正，通过检测发动机转速进行混合气量控制，通过检测进气总管温度对混合气量进行修正，通过检测单缸燃烧温度对所设的怠速运行过程λ基准值进行修正控制NOx排放，使燃气发动机在怠速运行阶段实现了稀薄燃烧和NOx排放控制功能；

工作工况控制稀薄燃烧的方法是：工作工况在工作需要的转速和负荷下工作的工况，也就是转速从最低稳定工作转速到最高转速，负荷从零负荷到最大负荷的所有工况；本发明控制稀薄燃烧的方法适合各种工作特性的需求；如本领域技术人员所知，常用工作特性的有负荷特性和推进特性，负荷特性是转速保持不变，发动机功率随负荷而变化的，适用于发电机组用发动机；推进特性是发动机功率与转速的3次方成正比，适用于船舶用主机；进气总管压力随输出功率变化，能够反馈发动机负荷的大小，因此，本发明在恒速特性工况根据额定转速下的进气总管压力判断负荷大小，在推进特性工况根据工作转速并结合进气总管压力判断负荷大小；控制单元设置进气总管压力基准值，所设的进气总管压力基准值为1组n个，1组n个所述进气总管压力基准值分别与从空负荷到满负荷之间的负荷对应，设置转速基准值，所设的转速基准值为1组m个，1组m个所述转速基准值分别与从怠速到最高转速之间的工作转速对应，将设置的每一个转速基准值分别与所设的1组n个进气总管压力基准值中的每一个进气总管压力基准值对应，构成m×n个发动机运行工况；与每个发动机运行工况分别对应设置一个λ基准值，形成工作工况Map基准表；控制系统以工作工况Map基准表为目标，实现工作工况的稀薄燃烧控制和NOx排放控制；通过控制单元的接收端口同时接收所检测的排气中氧含量、运行转速、进气总管压力、单缸燃烧温度、进气总管温度、燃气压力、燃气温度共7个工作参数；控制单元接收发动机转速信号和进气总管压力传感器信号，在工作工况Map基准表中得到此工作工况下的λ基准值，控制单元继续接收安装在排气管上的氧含量传感器信号，经计算得到λ值，以此工况的λ值与所设的λ基准值进行对比，得到此工况所需的燃气量，控制单元同时接收燃气管路上安装的燃气温度传感器信号和燃气压力传感器信号，将燃气温度值、燃气压力值与所设的燃气温度基准值、燃气压力基准值相对比，对燃气量进行修正，使参与燃烧的燃气量不受燃气温度和燃气压力变化的影响，然后通过输出接口向外输出指令使燃气流量阀执行动作控制该工况燃气量，使实际λ值与该工况所设的λ基准值一致；经λ值闭环控制实现工作工况的稀薄燃烧；工作工况发动机转速的变化，通过调整混合气量使发动机转速稳定；控制单元将发动机转速与所设的运行转速基准值进行对比，同时进气总管温度值与所设的进气总管温度基准值相对比，对混合气量进行修正，使进入气缸内的混合气量不受进气总管温度变化的影响，然后通过输出接口向外输出指令，使混合气流量阀执行动作，精确控制混合气量使发动机转速跟随改变，保证发动机转速与所设的运行转速基准值保持一致，经转速闭环控制保证工作工况转速的稳定；工作工况气缸内的燃烧温度变化，将造成NOx排放的变化，为此设置单缸燃烧温度基准值，通过检测单缸燃烧温度与所设的单缸温度基准值进行对比得到该工况的λ修正值；此后控制单元根据修正后的λ基准值控制燃气量，进而经λ值闭环控制实现工作工况的稀薄燃烧；

所设置的基准值包含：λ基准值、起动转速基准值、点火转速基准值、起动成功转速基准值、燃气压力基准值、燃气温度基准值、怠速运行转速基准值、进气总管温度基准值、单缸燃烧温度基准值、工作运行转速基准值；

所述的控制系统包括有控制单元、燃气流量阀、混合气流量阀、电动截止阀、燃气温度传感器、燃气压力传感器、进气总管温度传感器、进气总管压力传感器、单缸燃烧温度传感器、转速传感器、氧含量传感器、升速或减速控制开关、停机开关、直流电源、显示设备及连接电缆；所述的控制单元采用低功耗高效能嵌入式控制器，采用直流18V-32V电源供电，控制单元还有PC接口、显示设备接口、RS485接口，PC接口用于连接编程电脑，用于对控制单元内的程序和数据进行调试，显示设备接口用于传送燃气发动机转速、进气总管压力、进气总管温度、燃气压力、燃气温度、排气中氧含量、单缸燃烧温度、燃气流量、混合气流量数据到显示设备，RS485接口用于传送燃气发动机转速、进气总管压力、进气总管温度、燃气压力、燃气温度、排气中氧含量、单缸燃烧温度、燃气流量、混合气流量数据到远程数据中心，以利于燃气发动机远程监控；所述的显示设备采用高亮度液晶触控式显示屏，接收控制单元传送的燃气发动机转速、进气总管压力、进气总管温度、燃气压力、燃气温度、排气中氧含量、单缸燃烧温度、燃气流量、混合气流量数据，用于监测燃气发动机运行情况；燃气流量阀安装在燃气管路上，接收控制单元指令执行开启状态，用于执行燃气量调整；混合气流量阀安装在增压器压气机后的进气总管上，接收控制单元指令执行开启状态，用于混合气量调整；电动截止阀安装在燃气管路上，接收停机指令关闭燃气供应。燃气温度传感器和燃气压力传感器安装在燃气流量阀前的燃气管道上，用于监测燃气的温度和压力；进气总管温度传感器和进气总管压力传感器安装在进气总管上，用于监测进气总管内混合气的温度和压力；单缸燃烧温度传感器的数量与发动机气缸数相同，安装在每个气缸的气缸盖上，用于监测发动机气缸内燃烧温度；转速传感器安装在发动机飞轮附近设置的一个支架上，转速传感器的轴向与发动机飞轮的齿圈垂直安装，用于监测发动机转速；氧传感器安装在发动机排气管上用于监测排气中的λ值；所述的升速或减速控制开关是操作人员根据运行工况需求，改变发动机工作转速和负荷的设备；所述的停机开关是操作人员根据工作需要，使燃气流量阀和气流量阀关闭，停止发动机运行，并使电动截止阀动作的设备；

除本发明用于稀薄燃烧的上述传感器以外，控制单元还接收润滑油温度、润滑油压力、冷却水温度、冷却水压力传感器信号，并通过显示接口传送到显示设备和RS485通讯接口传送到远程数据中心；

本发明提出的燃气发动机稀薄燃烧控制系统具有以下特点：

1）自动精确控制起动过程的燃气量和混合气量，使燃气发动机起动过程操作简单、起动顺利；2）从怠速到工作工况运行中采用λ值闭环控制、温度修正技术，以工作工况Map基准表为目标，实现了自动精确控制燃气发动机稀薄燃烧；3）适应于发动机各种工作特性；4）通过PC接口，可以对所有参数进行调整,使调整方便、简捷；5）能够使发动机降低排温进而提高了发动机气阀、活塞等运动部件的可靠性和寿命；6）通过精确控制空燃比使发动机稀薄燃烧减少发动机爆震的发生，降低故障率；7）稀薄燃烧控制系统能够使燃气充分燃烧，大幅提高了发动机的效率；8）可以通过RS485通讯接口传送运行数据到远程数据中心，用于燃气发动机远程监控。此外，本发明有助于提高排放性能。

附图说明

图1为本发明的控制系统示意图。

图中：1、电动截止阀；2、燃气调压阀；3燃气流量阀；4、混合器；5、增压器压气机；6、混合气流量阀；7、中冷器；8、进气总管；9、发动机气缸；10、排气总管；11、燃气温度传感器；12、燃气压力传感器；13、进气总管温度传感器、14、进气总管压力传感器；15、单缸燃烧温度传感器；16、转速传感器；17、氧含量传感器；18、升速或减速控制开关；19、停机开关；20、RS485通讯接口；21、直流电源；22、燃气管路；23、空气管路；24、控制单元；25、飞轮；26、增压器涡轮机。

具体实施方式：

结合本发明以一型燃气发动机的运行参数应用实例，对本发明的内容进行详细说明；

型式	涡轮增压燃气发动机
		额定功率（kW）	1000
排量（dm3）	36
		起动转速（r/min）	100
点火转速（r/min）	150
		起动成功转速（r/min）	400
怠速运行转速（r/min）	800
		额定转速-1%（r/min）	1485
额定转速（r/min）	1500
		额定转速+1%（r/min）	1515

为了完成燃气发动机工作全程的稀薄燃烧，本发明从起动过程、怠速运行过程到工作工况的全部过程，对燃烧所需的空燃比、燃气量和混合气量进行精确控制；

本发明在该型燃气发动机上的应用，如图1所示，在燃气管路22上安装电动截止阀1，在电动截止阀1后管路上安装燃气调压阀2，在燃气燃气调压阀2后管路上安装燃气流量阀3，在燃气调压阀2和燃气流量阀之间的管路上安装燃气温度传感器11和燃气压力传感器12，燃气温度传感器11和燃气压力传感器12通过连接电缆与控制单元21信号接收端口连接，在增压器压气机5进气口前管路上安装混合器4，在增压器压气机5出气口的管路上安装混合气流量阀6，在混合气流量阀6后的管路上安装中冷器7，在中冷器7和发动机气缸9之间的进气总管8上安装进气总管温度传感器13和进气总管压力传感器14，进气总管温度传感器13和进气总管压力传感器14通过连接电缆与控制单元21信号接收端口连接，在发动机气缸9上安装单缸燃烧温度传感器15，单缸燃烧温度传感器15通过连接电缆与控制单元21信号接收端口连接，发动机气缸9通过排气支管与增压器涡轮机26进气口连接，在增压器涡轮机26出气口的排气总管10上安装氧含量传感器17，氧含量传感器17通过连接电缆与控制单元21信号接收端口连接，转速传感器16安装在发动机飞轮25附近设置的一个支架上，转速传感器16通过连接电缆与控制单元21信号接收端口连接，控制单元24可采用研祥智能科技股份有限公司的MEC5003工控机，安装在发动机外部，采用18V-32V直流电源21供电，控制单元24接收端口通过连接电缆与外部操作设备升速或减速控制开关18和停机开关19相连接，控制单元24输出端口通过连接电缆与电动截止阀1、燃气流量阀3、混合气流量阀6连接，控制单元24上带有RS485通讯接口20、PC接口和显示接口；电动截止阀1接收控制单元24输出的通电和断电命令，在发动机起动时控制燃气开通，在发动机停机时控制燃气切断；燃气调压阀2起到稳定燃气压力波动的作用；燃气流量阀3接收控制单元24输出的燃气量调整命令，控制工作工况需要的燃气量；混合气流量阀6接收控制单元24输出的混合气量调整命令，控制工作工况需要的混合气量；燃气流量阀3和混合气流量阀6是本系统控制稀薄燃烧的主要执行器件；温度传感器11、燃气压力传感器12、进气总管温度传感器13、进气总管压力传感器14、单缸燃烧温度传感器15、转速传感器16、氧含量传感器17是本系统控制稀薄燃烧需要检测的主要传感器；其他如增压器（有增压器压气机5和增压器涡轮机26组成）、中冷器7、进气总管8、发动机气缸9、排气总管10、飞轮25等都是发动机的必要部件；

起动过程控制稀薄燃烧的方法是：起动过程分为起动阶段、点火阶段和起动成功阶段，根据发动机排量、转速控制所需的燃气量和混合气量；如领域技术人员所知，现有的燃气发动机采用定比混合器控制空燃比，定比混合器采用虹吸原理，根据空气进气量吸入一定比例的燃料实现空燃比控制，空燃比只能被固定在1.05到1.1之间，在起动燃气发动机时要手动调整燃气压力控制燃气量，空燃比控制不准确，并且点火器接收到转速信号后立即工作，当空燃比没有调整到合适值时造成排气管“放炮”和进气管“回火”现象，存在起动困难、不安全等问题；本实例使用电动马达拖动发动机旋转，能拖动发动机转速到180r/min，当燃气发动机起动时，电动马达拖动发动机转速达到所设的起动转速基准值100r/min后，控制单元根据发动机排量36dm3和起动转速基准值100r/min所需的10 m³/h的燃气量，通过输出接口向外输出指令使燃气流量阀3执行动作，开始自动精确控制燃气量进入发动机的混合器4与空气混合成混合气，得到燃烧所需的空燃比，实现空燃比自动控制，在发动机转速没有达到所设的起动转速基准值100r/min时，控制单元不发出燃气流量阀动作指令，当发动机转速达到所设的起动转速基准值100r/min时，控制单元开始发出燃气流量阀动作指令，目的是避免电动马达拖动发动机旋转存在的转速不稳定现象，提高抗干扰能力，例如发动机首次起动时摩擦力较大或起动电量不足时，电动马达拖动发动机转速将在30r/min-80r/min之间波动，若所设的起动转速基准值是50r/min时开始控制燃气量进入发动机,将造成燃气量时供时断，造成进入气缸内的燃气不能被充分点燃，进入排气管出现“放炮”现象，若所设的起动转速基准值是30r/min以下时开始控制燃气量进入发动机，当发动机不是首次起动而摩擦力较小或起动电量充足时，电动马达拖动发动机转速将很快达到180r/min，这时由于较早控制燃气量进入气缸内，由于气缸与活塞的润滑还不充分，燃烧产生的高温将造成气缸的磨损影响到使用寿命，因此本发明通过合理设置起动转速基准值，解决了现有燃气发动机存在的“放炮”和起动过程气缸磨损问题；在电动马达拖动发动机转速达到180 r/min前设置点火转速基准值为150r/min，当发动机实际转速达到所设的点火转速基准值150r/min时，控制单元根据发动机排量36dm³和所设的点火转速基准值所需的11.5m³/h的燃气量和115 m³/h的混合气量，通过输出接口向外输出指令使燃气流量阀3和混合气流量阀6执行动作，精确控制进入混合器的燃气量和进入气缸内的混合气量；本实例电动马达能拖动发动机转速到180 r/min，所设的点火转速基准值150r/min目的是为了缩短起动时间，提高发动机起动性能，若所设的点火转速基准值为180r/min时使点火器开始工作，并使混合气进入气缸，首先存在点火时间较晚现象，延长了起动时间，其次受起动时间的延长，起动马达将产生发热现象使拖动转速下降到160r/min，造成点火器停止工作、混合气停止供给和影响起动马达寿命的现象，使起动性能降低，若所设的点火转速基准值是120r/min时，虽然使起动时间更短，但气缸内混合气燃烧做功将提高发动机转速，这时由于气缸与活塞的润滑还不充分，燃烧产生的高温和转速提高太快将造成气缸的磨损影响到使用寿命，因此本发明通过合理设置点火转速基准值，解决了现有燃气发动机起动过程存在的气缸磨损问题；当发动机转速达到所设的点火转速基准值150r/min后，气缸内的混合气被点火器点燃，发动机依靠混合气燃烧做功转速自动升高，控制单元根据发动机排量36dm³和所设的起动成功转速基准值400r/min控制燃气量逐渐增加到14m³/h，并控制混合气量逐渐增加到140m³/h，随着混合气量的增加发动机转速不断升高，当发动机实际转速达到所设的起动成功转速基准值400r/min时，控制单元开始通过氧含量传感器17检测排气中氧含量，所设的起动成功转速基准值400r/min是燃气发动机进入排气中氧含量自动检测的条件，如本领域技术人员所知，当发动机在怠速运行时存在转速不稳定现象，若将怠速运行转速800r/min作为排气中氧含量开始自动检测的条件，首先使稀薄燃烧λ值闭环控制的时间延长，其次由于转速不稳定使稀薄燃烧λ值闭环控制不稳定，本实例的发动机所设的怠速运行转速为800r/min，当发动机转速达到400r/min时已经能够依靠燃烧做功自行运转，并且发动机转速将很快升速到怠速运行过程，因此本发明在发动机转速达到怠速运行过程前，所设的起动成功转速基准值400r/min，使排气中氧含量自动检测功能提前工作，目的是保证在发动机进入怠速运行过程时稀薄燃烧λ值闭环控制能快速并可靠运行；本发明与现有燃气发动机采用定比混合器控制空燃比的方法不同，是通过精确控制燃气量、精确控制混合气量实现起动过程自动控制的方法，并控制点火器、排气中氧含量检测功能在合适的转速自动运行，与现有技术相比，本发明特别是将起动过程分为起动阶段、点火阶段和起动成功阶段进行自动控制的方法，使燃气发动机起动过程操作简单、安全可靠，并解决了起动过程气缸磨损问题；

怠速运行过程控制稀薄燃烧的方法是：在怠速运行过程通过氧传感器17检测排气中氧含量进行稀薄燃烧λ值闭环控制，并控制单缸燃烧温度降低NOx排放；怠速运行是燃气发动机进入工作工况前对发动机预热的过程，是在没有负荷的最低稳定转速下运行，主要是利用发动机低转速运行时摩擦相对较小的特点，依靠发动机怠速运行使运动件得到充分润滑，并将润滑油温度加热到合适温度，提高润滑油的润滑效果，降低运动零部件的摩擦力，提高运动件的使用寿命；如本领域技术人员所知，本例的燃气发动机转速达到400r/min后，在数秒内能够自行运转快速达到怠速运行转速800r/min；为了实现怠速运行过程稀薄燃烧，本发明在发动机转速达到所设的起动成功转速基准值400r/min时，开始通过安装在排气总管10上的氧含量传感器17检测排气中的氧含量，在怠速运行过程转速800r/min时，通过氧传感器17检测排气中氧含量进行稀薄燃烧λ值闭环控制；在怠速运行过程时，例如所设的怠速运行过程λ基准值是1.25、怠速运行燃气量是18m³/h、怠速运行混合气量是180m³/h，控制单元24检测排气中的氧含量，例如得到的实际λ值为1.1，使实际λ值1.1与所设的怠速运行过程λ基准值1.25进行对比，此时实际λ值1.1小于怠速运行过程λ基准值1.25，得到燃气量较多需要减小怠速运行燃气量使实际λ值增加0.1的结果，例如需要将燃气量减小到17 m³/h，此时控制单元24并不调整燃气量，而是继续接收燃气管路上安装的燃气温度传感器信号11和燃气压力传感器12信号，如本领域技术人员所知，气体温度升高时密度减小使体积质量较小、气体压力升高时密度增加使体积质量增加，因此本发明采集燃气温度和燃气压力与所设的燃气温度基准值、燃气压力基准值相对比，例如得到燃气温度值是45℃和燃气压力值是5.5kPa，所设的燃气温度基准值是35℃和燃气压力基准值是1.5kPa，由此得到燃气温度高出燃气温度基准值10℃，说明燃气体积质量较小，需要使燃气量+1 m³/h，燃气压力高出燃气压力基准值4kPa，说明体积质量增加，需要使燃气量-4m³/h的结果，经对比后得到-3m³/h的燃气修正量，于是控制单元在怠速运行燃气量需要减小到17m³/h的基础上结合-3 m³/h的燃气修正量，得到怠速运行燃气量需要减小到14m³/h的结果，然后通过输出接口向外输出指令，使燃气流量阀3执行动作控制怠速运行燃气量减小到14m³/h，使排气中的氧含量得到调整，与所设的怠速运行过程λ基准值一致，经λ值闭环控制实现怠速运行过程稀薄燃烧控制；本实例中若不检测燃气温度和燃气温度，需要将燃气量调整到17m³/h，此后控制单元24检测排气中的氧含量，得到的实际λ值将为1.15，达不到所设的怠速运行过程λ基准值1.25，于是控制单元将再次调整燃气量使实际λ值向1.25接近，但受燃气温度和燃气压力变化的影响，将使控制单元始终通过输出接口向外输出指令，使燃气流量阀3执行动作进行多次调整，将缩短燃气流量阀的使用寿命；本发明将燃气温度基准值和燃气压力基准值按照应用场所燃气压力和温度的年平均值设置，利用检测燃气温度和燃气压力对燃气量修正的方法，使燃气流量阀调整燃气量时不受燃气温度和燃气压力的影响，直接将燃气量调整到14m³/h得到精确控制，使实际λ值与所设的怠速运行过程λ基准值一致，减少了调整时间，并提高了燃气流量阀的使用寿命；在发动机怠速运行过程，混合气量多时发动机转速将升高，混合气量少时发动机转速将降低，于是将发动机转速与所设的怠速运行转速基准值进行对比，通过精确控制混合气量保证发动机转速与所设的怠速运行转速基准值保持一致；本实例所设的怠速运行转速基准值是800r/min，所需的怠速运行混合气量是180m³/h，此时控制单元接收转速传感器16信号得到发动机实际转速，例如当检测到的发动机转速是820r/min时，得到的混合气量是182m³/h，说明需要-2m³/h的混合气量，当检测到的发动机转速是780r/min时，得到的混合气量是178m³/h，说明需要+2m³/h的混合气量，若检测到的发动机转速是820r/min，需要-2m³/h的混合气量，控制单元24此时并不立即通过输出接口控制混合气流量阀6执行动作-2m³/h的混合气量，而是继续接收进气总管8上安装的进气总管温度传感器13信号，若检测到进气总管温度值是55℃，将进气总管温度值与所设的进气总管温度基准值相对比，例如所设的进气总管温度基准值是45℃，对比后得到进气总管温度高出进气总管温度基准值10℃的数据，说明进气总管内的混合气体积质量较小，需要使混合气量+1m³/h，于是控制单元在怠速运行混合气量需要-2m³/h的基础上结合混合气量+1m³/h的修正量，得到怠速运行混合气量需要减小到179m³/h的结果，使进入气缸内的混合气量不受进气总管温度变化的影响，然后通过输出接口向外输出指令，使混合气流量阀6执行动作控制怠速运行混合气量减小到179m³/h，使发动机实际转速与所设的怠速运行转速基准值保持一致，经转速闭环控制保证怠速运行过程转速的稳定；本实例中若不检测进气总管温度，需要将混合气量调整到180m³/h，此后控制单元24检测发动机转速，得到的实际转速将为810 r/min，达不到所设的怠速运行转速基准值800 r/min，于是控制单元将再次调整混合气量使实际转速向800 r/min接近，但受进气总管温度的影响，将使控制单元始终通过输出接口向外输出指令，使混合气流量阀6执行动作进行多次调整，将缩短混合气流量阀6的使用寿命；本发明将进气总管温度基准值按照应用场所环境温度的年平均值设置，利用检测进气总管温度对混合气量修正的方法，使混合气流量阀6调整混合气量时不受环境温度的影响，直接将混合气量调整到179m³/h得到精确控制，使发动机实际转速与所设的怠速运行转速基准值一致，减少了调整时间，并提高了混合气流量阀6的使用寿命；怠速运行过程中气缸内的燃烧温度变化，将造成NOx排放的变化，如本领域技术人员所知，发动机气缸内燃烧温度高时NOx排放值大、燃烧温度低时NOx排放值小，燃气发动机通过控制λ值能控制NOx排放值；本例中所设的单缸燃烧温度基准值为550℃，若单缸燃烧温度小于550℃时，NOx排放指标满足要求，若单缸燃烧温度大于550℃时，NOx排放指标不满足要求，为此本发明同时设置单缸燃烧温度基准值，通过安装在气缸上的单缸燃烧温度传感器15将信号传送到控制系统，并将单缸燃烧温度值与所设的单缸燃烧温度基准值相对比，使单缸温度每升高10℃对怠速运行过程λ基准值进行+0.01的修正值，例如本实例的发动机在怠速过程运行时，若单缸燃烧温度是600℃，实际λ值与怠速运行过程λ基准值保持一致为1.25，对比后得到单缸燃烧温度值高出所设的单缸燃烧温度基准值50℃，此时NOx排放不满足要求，需要对所设的怠速运行过程λ基准值进行+0.05的修正值，于是控制单元将所设的怠速运行过程λ基准值修正为1.30，此后控制单元根据修正后的怠速运行过程λ基准值1.30为目标，通过检测排气中氧含量得到实际λ值，使实际λ值与修正后的怠速运行过程λ基准值1.30对比后，结合燃气温度和燃气压力对燃气修正量，然后通过输出接口向外输出指令，使燃气流量阀3执行动作减少燃气量，提高实际λ值降低单缸燃烧温度，使NOx排放满足要求，进而经λ值闭环控制实现怠速运行过程稀薄燃烧；本发明在控制单元设置了单缸燃烧温度异常报警功能，若经一段时间调整，例如进行了10分钟调整后，单缸燃烧温度没有降到550℃，控制单元通过通讯接口向外发出报警信号，提示操作人员对发动机进行查看；与现有燃气发动机采用定比混合器实现空燃比控制的方法相比，本发明怠速运行阶段所控制的各参数相互关联，并从怠速到工作工况的所有阶段，通过检测排气中氧含量、结合检测燃气温度值和燃气压力值对燃气量进行修正的方法，实现λ值闭环精确控制燃气量，通过检测发动机转速、结合检测进气总管温度对混合气量进行修正的方法，实现转速闭环精确控制混合气量，通过检测单缸燃烧温度对所设的怠速运行过程λ基准值进行修正的方法，实现NOx排放控制，经综合控制实现了怠速运行过程稀薄燃烧和NOx排放控制；

工作工况控制稀薄燃烧的方法是：本发明控制稀薄燃烧的方法可以适合各种工作特性的应用；如本领域技术人员所知，常用工作特性的有负荷特性和推进特性，负荷特性是转速保持不变，发动机功率随负荷而变化的，适用于发电机组用发动机；推进特性是发动机功率与转速的3次方成正比，适用于船舶用主机；进气总管压力随输出功率变化，能够反馈发动机负荷的大小，因此，本发明在恒速特性工况根据额定转速下的进气总管压力判断负荷大小，在推进特性工况根据工作转速并结合进气总管压力判断负荷大小；在工作工况设置进气总管压力基准值，所设的进气总管压力基准值为1组n个， 1组n个所述进气总管压力基准值分别与从空负荷到满负荷之间的负荷对应，设置转速基准值，所设的转速基准值为1组m个，1组m个所述转速基准值分别与从怠速到最高转速之间的工作转速对应，将设置的每一个转速基准值分别与所设的1组n个进气总管压力基准值中的每一个进气总管压力基准值对应，构成m×n个发动机运行工况；与每个发动机运行工况分别对应设置一个λ基准值，形成工作工况Map基准表；本实例中，所设的进气总管压力基准值为0kPa、25kPa、50kPa、75kPa、100kPa共5个，分别与工作工况的0kW、250kW、500kW、750kW、1000kW负荷对应，控制单元通过检测进气总管压力与所设的进气总管压力基准值对比后，得到工作工况的工作负荷，例如检测到的进气总管压力是50kPa，说明此时发动机工作工况的负荷是500kW，所设的转速基准值为800rpm、1050rpm、1300rpm、1485rpm、1500rpm、1515rpm共6个，将所设的6个转速基准值分别与所设的5个进气总管压力基准值对应，构成30个发动机运行工况，与每个发动机运行工况分别对应设置一个λ基准值，形成工作工况Map基准表；所设的工作工况Map基准表中相邻的转速基准值和相邻进气总管压力基准值自动形成连线，λ基准值相邻之间也自动形成连线，这样发动机在任何工况都能在Map基准表形成的曲面中找到此工况的λ基准值。工作工况Map基准表为目标，实现工作工况的稀薄燃烧控制；通过控制单元的接收端口同时接收所检测的排气中氧含量、运行转速、进气总管压力、单缸燃烧温度、进气总管温度、燃气压力、燃气温度共7个工作参数；控制单元接收发动机转速信号和进气总管压力传感器信号，在工作工况Map基准表中得到此工作工况下的λ基准值，例如该工作工况时，控制单元接收的发动机实际转速是1500 rpm，实际进气总管压力是75kPa，可知发动机是在750kW负荷运行，此时燃气量是214m³/h，混合气量是2140 m³/h，将实际转速和实际进气总管压力在工作工况Map基准表中对应得到的λ基准值是1.25，然后控制单元24继续接收安装在排气总管10上的氧含量传感器信号，例如得到的实际λ值为1.15，使实际λ值1.15与工作工况Map基准表中λ基准值1.25进行对比，此时实际λ值1.15小于工作工况Map基准表λ基准值1.25，得到燃气量较多需要减小该工作工况燃气量使实际λ值增加0.1的结果，例如需要将燃气量减小到212 m³/h，此时控制单元24并不调整燃气量，而是继续接收燃气管路上安装的燃气温度传感器信号11和燃气压力传感器12信号，将燃气量进行修正到210 m³/h，然后通过输出接口向外输出指令使燃气流量阀执行动作控制该工况燃气量，使实际λ值与该工况所设的λ基准值一致；经λ值闭环控制实现工作工况的稀薄燃烧；工作工况发动机转速的变化，通过调整混合气量使发动机转速稳定；控制单元将发动机转速与所设的运行转速基准值进行对比，同时进气总管温度值与所设的进气总管温度基准值相对比，对混合气量进行修正，使进入气缸内的混合气量不受进气总管温度变化的影响，然后通过输出接口向外输出指令，使混合气流量阀执行动作，精确控制混合气量使发动机转速跟随改变，保证发动机转速与所设的怠速运行转速基准值保持一致，经转速闭环控制保证怠速运行过程转速的稳定；经转速闭环控制保证工作工况转速的稳定；工作工况气缸内的燃烧温度变化，将造成NOx排放的变化，为此设置单缸燃烧温度基准值，为此通过检测单缸燃烧温度与所设的单缸温度基准值进行对比得到该工况的λ修正值；此后控制单元根据修正后的λ基准值控制燃气量，进而经λ值闭环控制实现工作工况的稀薄燃烧。与现有燃气发动机采用定比混合器实现空燃比控制的方法相比，本发明使燃气发动机在工作工况以工作工况Map基准表为目标，所设置的工作工况Map基准表适合各种工作特性的应用，通过检测排气中氧含量、结合检测燃气温度值和燃气压力值对燃气量进行修正的方法，实现λ值闭环精确控制燃气量，通过检测发动机转速、结合检测进气总管温度对混合气量进行修正的方法，实现转速闭环精确控制混合气量，通过检测单缸燃烧温度对所设的怠速运行过程λ基准值进行修正的方法，实现NOx排放控制，经综合控制实现了工作工况稀薄燃烧和NOx排放控制；

所述的基准值包含：λ基准值、起动转速基准值、点火转速基准值、起动成功转速基准值、燃气压力基准值、燃气温度基准值、怠速运行转速基准值、进气总管温度基准值、单缸燃烧温度基准值、工作运行转速基准值；

起动转速基准值设置过低易受干扰，设置过高造成起动燃气量供应时间较晚使起动时间过长，降低了燃气发动机的起动性能；本发明通过合理设置起动转速基准值，解决了现有燃气发动机存在的“放炮”和起动过程气缸磨损问题；

点火转速基准值设置值应大于起动转速基准值并小于起动马达拖动转速，目的是为了缩短起动时间，提高发动机起动性能；本发明通过合理设置点火转速基准值，解决了现有燃气发动机起动过程存在的气缸磨损问题；

起动成功转速基准值是燃气发动机进入排气中氧含量自动检测的条件，目的是保证在发动机进入怠速运行过程时稀薄燃烧λ值闭环控制能快速并可靠运行，本发明在发动机转速达到怠速运行过程前，所设的起动成功转速基准值，使排气中氧含量自动检测功能提前工作；

怠速运行过程λ基准值是怠速运行稀薄燃烧要达到的目标值，保证怠速稳定运行，设置怠速运行λ基准值为1.2～1.3；

单缸燃烧温度基准值用于自动控制燃烧温度降低NOx排放值和单缸燃烧温度高保护，使燃气发动机达到高效、节能、减排、可靠运行；

所述的控制系统包括：在燃气管路22上安装电动截止阀1，在电动截止阀1后管路上安装燃气调压阀2，在燃气燃气调压阀2后管路上安装燃气流量阀3，在燃气调压阀2和燃气流量阀之间的管路上安装燃气温度传感器11和燃气压力传感器12，燃气温度传感器11和燃气压力传感器12通过连接电缆与控制单元21信号接收端口连接，在增压器压气机5进气口前管路上安装混合器4，在增压器压气机5出气口的管路上安装混合气流量阀6，在混合气流量阀6后的管路上安装中冷器7，在中冷器7和发动机气缸9之间的进气总管8上安装进气总管温度传感器13和进气总管压力传感器14，进气总管温度传感器13和进气总管压力传感器14通过连接电缆与控制单元21信号接收端口连接，在发动机气缸9上安装单缸燃烧温度传感器15，单缸燃烧温度传感器15通过连接电缆与控制单元21信号接收端口连接，单缸燃烧温度传感器15的数量与发动机气缸9数量相同，安装在每个气缸上，用于监测发动机气缸内燃烧温度；发动机气缸9通过排气支管与增压器涡轮机26进气口连接，在增压器涡轮机26出气口的排气总管10上安装氧含量传感器17，氧含量传感器17通过连接电缆与控制单元21信号接收端口连接，转速传感器16安装在发动机飞轮25附近设置的一个支架上，转速传感器16的轴向与发动机飞轮25的齿圈垂直，转速传感器16通过连接电缆与控制单元24信号接收端口连接，用于监测发动机的转速；控制单元24采用低功耗高效能嵌入式控制器，安装在发动机外部，采用18V-32V直流电源21供电，控制单元24接收端口通过连接电缆与外部操作设备升速或减速控制开关18和停机开关19相连接，控制单元24输出端口通过连接电缆与电动截止阀1、燃气流量阀3、混合气流量阀6连接，控制单元24上带有PC接口、显示接口和RS485通讯接口20，PC接口用于连接编程电脑，用于对控制单元内的程序和数据进行调试，显示设备接口用于传送燃气发动机转速、进气总管压力、进气总管温度、燃气压力、燃气温度、排气中氧含量、单缸燃烧温度、燃气流量、混合气流量数据到显示设备，RS485接口用于传送燃气发动机转速、进气总管压力、进气总管温度、燃气压力、燃气温度、排气中氧含量、单缸燃烧温度、燃气流量、混合气流量数据到远程数据中心，以利于燃气发动机远程监控；所述的显示设备可采用Weinview公司的MT6100iV型显示屏，接收控制单元24传送的燃气发动机转速、进气总管压力、进气总管温度、燃气压力、燃气温度、排气中氧含量、单缸燃烧温度、燃气流量、混合气流量数据，用于监测燃气发动机运行情况；电动截止阀1接收控制单元24输出的通电和断电命令，在发动机起动时控制燃气开通，在发动机停机时控制燃气切断；燃气调压阀2起到稳定燃气压力波动的作用；燃气流量阀3接收控制单元24输出的燃气量调整命令，控制工作工况需要的燃气量；混合气流量阀6接收控制单元24输出的混合气量调整命令，控制工作工况需要的混合气量；燃气流量阀3和混合气流量阀6是本系统控制稀薄燃烧的主要执行器件；所述的检测传感器有：燃气温度传感器11、燃气压力传感器12、进气总管温度传感器13、进气总管压力传感器14、单缸燃烧温度传感器15、转速传感器16、氧含量传感器17，这些传感器都是本系统控制稀薄燃烧需要检测的主要传感器；其他如增压器（有增压器压气机5和增压器涡轮机26组成）、中冷器7、进气总管8、发动机气缸9、排气总管10、飞轮25等都是发动机的必要部件；

除本发明用于稀薄燃烧的上述传感器以外，控制单元还接收润滑油温度、润滑油压力、冷却水温度、冷却水压力传感器信号，用于对发动机整体运行情况进行监控，并通过显示接口传送到显示设备和RS485通讯接口传送到远程数据中心。

Claims (2)

1.一种燃气发动机稀薄燃烧控制方法，其特征在于：本发明从起动过程、怠速运行过程到工作工况的全部过程，对燃烧所需的空燃比、燃气量和混合气量进行精确控制；

起动过程控制稀薄燃烧的方法是：将起动过程分为起动阶段、点火阶段和起动成功阶段，根据发动机排量、转速控制所需的燃气量和混合气量；起动阶段时发动机转速从零转速开始上升，当转速达到设置的起动转速基准值后，控制单元根据发动机排量、转速所需的燃气量，通过输出接口向外输出指令使燃气流量阀执行动作，控制燃气量进入发动机的混合器；当发动机实际转速达到所设的点火转速基准值后，控制单元开始根据发动机排量、转速所需的混合气量，通过输出接口向外输出指令使混合气流量阀执行动作，控制进入气缸内的混合气量；当发动机实际转速达到所设的起动成功转速基准值后，控制单元开始检测排气中氧含量；在起动过程，燃气量和混合气量随着发动机转速的升高而增加； 

怠速运行过程控制稀薄燃烧的方法是：在怠速运行过程通过检测排气中氧含量进行稀薄燃烧λ值闭环控制，并控制单缸燃烧温度从而降低NOx排放；为了实现怠速运行过程稀薄燃烧，通过安装在排气管上的氧含量传感器，在发动机转速达到怠速运行转速时，检测排气中的氧含量，得到实际λ值，实际λ值与怠速运行过程所设的λ基准值1.2-1.3进行对比，得到怠速运行燃气量；控制单元同时接收燃气管路上安装的燃气温度传感器信号和燃气压力传感器信号，得到燃气温度值和燃气压力值，并将燃气温度值、燃气压力值与所设的燃气温度基准值、燃气压力基准值相对比，对燃气量进行修正，使参与燃烧的燃气量不受燃气温度和燃气压力变化的影响，然后通过输出接口向外输出指令，使燃气流量阀执行动作控制怠速运行燃气量，使排气中的氧含量得到调整，与所设的怠速运行过程λ基准值一致，经λ值闭环控制实现怠速运行过程稀薄燃烧控制；在发动机怠速运行过程，控制单元将发动机转速与所设的怠速运行转速基准值进行对比，同时进气总管温度值与所设的进气总管温度基准值相对比，使进入气缸内的混合气量不受进气总管温度变化的影响，然后通过输出接口向外输出指令，使混合气流量阀执行动作，精确控制混合气量使发动机转速跟随改变，保证发动机转速与所设的怠速运行转速基准值保持一致，经转速闭环控制保证怠速运行过程转速的稳定；怠速运行过程中气缸内的燃烧温度变化，将造成NOx排放的变化，为此设置单缸燃烧温度基准值，通过安装在气缸上的单缸燃烧温度传感器将信号传送到控制单元，并将单缸燃烧温度值与所设的单缸燃烧温度基准值相对比，对所设的怠速运行过程λ基准值进行修正；此后控制单元根据修正后的λ基准值控制燃气量，进而经λ值闭环控制实现怠速运行过程稀薄燃烧；怠速运行阶段所控制的各参数相互关联，经综合控制实现了怠速运行过程稀薄燃烧和NOx排放控制；工作工况控制稀薄燃烧的方法是：本发明在恒速特性工况根据额定转速下的进气总管压力判断负荷大小，在推进特性工况根据工作转速并结合进气总管压力判断负荷大小；控制单元设置进气总管压力基准值，所设的进气总管压力基准值为1组n个，1组n个所述进气总管压力基准值分别与从空负荷到满负荷之间的负荷对应，设置转速基准值，所设的转速基准值为1组m个，1组m个所述转速基准值分别与从怠速到最高转速之间的工作转速对应，将设置的每一个转速基准值分别与所设的1组n个进气总管压力基准值中的每一个进气总管压力基准值对应，构成m×n个发动机运行工况；与每个发动机运行工况分别对应设置一个λ基准值，形成工作工况Map基准表；控制系统以工作工况Map基准表为目标，实现工作工况的稀薄燃烧控制和NOx排放控制；通过控制单元的接收端口同时接收所检测的排气中氧含量、运行转速、进气总管压力、单缸燃烧温度、进气总管温度、燃气压力、燃气温度共7个工作参数；控制单元接收发动机转速信号和进气总管压力传感器信号，在工作工况Map基准表中得到此工作工况下的λ基准值，控制单元继续接收安装在排气管上的氧含量传感器信号，经计算得到λ值，以此工况的λ值与所设的λ基准值进行对比，得到此工况所需的燃气量，控制单元同时接收燃气管路上安装的燃气温度传感器信号和燃气压力传感器信号，将燃气温度值、燃气压力值与所设的燃气温度基准值、燃气压力基准值相对比，对燃气量进行修正，使参与燃烧的燃气量不受燃气温度和燃气压力变化的影响，然后通过输出接口向外输出指令使燃气流量阀执行动作控制该工况燃气量，使实际λ值与该工况所设的λ基准值一致；经λ值闭环控制实现工作工况的稀薄燃烧；工作工况发动机转速的变化，通过调整混合气量使发动机转速稳定；控制单元将发动机转速与所设的运行转速基准值进行对比，同时进气总管温度值与所设的进气总管温度基准值相对比，对混合气量进行修正，使进入气缸内的混合气量不受进气总管温度变化的影响，然后通过输出接口向外输出指令，使混合气流量阀执行动作，精确控制混合气量使发动机转速跟随改变，保证发动机转速与所设的运行转速基准值保持一致，经转速闭环控制保证工作工况转速的稳定；工作工况气缸内的燃烧温度变化，将造成NOx排放的变化，为此设置单缸燃烧温度基准值，通过检测单缸燃烧温度与所设的单缸温度基准值进行对比得到该工况的λ修正值；此后控制单元根据修正后的λ基准值控制燃气量，进而经λ值闭环控制实现工作工况的稀薄燃烧。

2.一种用于权利要求1所述燃气发动机稀薄燃烧控制方法的控制系统，其特征在于：所述的控制系统包括有控制单元（21）、燃气流量阀（3）、混合气流量阀（6）、电动截止阀（1）、燃气温度传感器（11）、燃气压力传感器（12）、进气总管温度传感器（13）、进气总管压力传感器（14）、单缸燃烧温度传感器（15）、转速传感器（16）、氧含量传感器（17）、升速或减速控制开关（18）、停机开关（19）、直流电源（21）、显示设备及连接电缆；在燃气管路（22）上安装电动截止阀（1），在电动截止阀（1）后管路上安装燃气调压阀（2），在燃气调压阀（2）后管路上安装燃气流量阀（3），接收控制单元指令执行开启状态，用于执行燃气量调整；在燃气调压阀（2）和燃气流量阀（3）之间的管路上安装燃气温度传感器（11）和燃气压力传感器（12），燃气温度传感器（11）和燃气压力传感器（12）通过连接电缆与控制单元（21）信号接收端口连接，在增压器压气机（5）进气口前管路上安装混合器（4），在增压器压气机（5）出气口的管路上安装混合气流量阀（6），接收控制单元指令执行开启状态，用于混合气量调整；在混合气流量阀（6）后的管路上安装中冷器（7），在中冷器（7）和发动机气缸（9）之间的进气总管（8）上安装进气总管温度传感器（13）和进气总管压力传感器（14），进气总管温度传感器（13）和进气总管压力传感器（14）通过连接电缆与控制单元（21）信号接收端口连接，单缸燃烧温度传感器（15）的数量与发动机气缸数相同，安装在每个气缸的气缸盖上，单缸燃烧温度传感器（15）通过连接电缆与控制单元（21）信号接收端口连接，发动机气缸（9）通过排气支管与增压器涡轮机（26）进气口连接，在增压器涡轮机（26）出气口的排气总管（10）上安装氧含量传感器（17），氧含量传感器（17）通过连接电缆与控制单元（21）信号接收端口连接，转速传感器（16）安装在发动机的飞轮（25）附近设置的一个支架上，转速传感器的轴向与发动机飞轮的齿圈垂直安装，转速传感器（16）通过连接电缆与控制单元（21）信号接收端口连接；所述的控制单元（21）具有PC接口、显示设备接口、RS485接口，PC接口用于连接编程电脑，用于对控制单元内的程序和数据进行调试，显示设备接口用于传送燃气发动机转速、进气总管压力、进气总管温度、燃气压力、燃气温度、排气中氧含量、单缸燃烧温度、燃气流量、混合气流量数据到显示设备，RS485接口用于传送燃气发动机转速、进气总管压力、进气总管温度、燃气压力、燃气温度、排气中氧含量、单缸燃烧温度、燃气流量、混合气流量数据到远程数据中心，以利于燃气发动机远程监控；所述的显示设备接收控制单元传送的燃气发动机转速、进气总管压力、进气总管温度、燃气压力、燃气温度、排气中氧含量、单缸燃烧温度、燃气流量、混合气流量数据，用于监测燃气发动机运行情况。