CN109026448A - 燃气掺混系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气掺混系统，包括喷射混合管、多个共轨管、多个压力/温度传感器以及掺混比例控制单元。喷射混合管连通主燃气体源；多个共轨管对称地设置在喷射混合管的两侧，每个共轨管包括多个喷射器，多个喷射器探入到喷射混合管内，多个喷射器在喷射混合管相互错位布置；多个压力/温度传感器设置在每个共轨管和喷射混合管内，用以随时监测压力和温度；掺混比例控制单元连接多个压力/温度传感器以及多个喷射器，接收多个压力/温度传感器的监控数据，并根据监控数据给每个喷射器发出喷射量或停止命令，每个喷射器喷出的掺混介质与主燃气体混合。本发明的燃气掺混系统的混合精度高、混合均匀度好、比例范围灵活可调，成本低。

Description

燃气掺混系统

技术领域

本发明是关于发动机开发领域，特别是关于一种适用于燃气发动机的高精度宽比例范围的燃气掺混系统。

背景技术

近年来，随着国家对分布式能源的倡导及相关激励政策的不断出台，发动机行业已经不再局限于对天然气的应用范畴内，不断开发新的替代燃料、进入新的能源应用领域。如沼气、垃圾填埋气、生物质气、低浓度瓦斯等等这些特殊燃料的利用已成为行业研究的热门课题。然而目前国内外很多发动机厂家或研究机构想精确模拟类似气源进行试验开发还存在很大难度。市场上虽然有些掺混设备但价格相当昂贵，一般发动机厂商不愿意投入这个成本。另外，掺混比例可调范围较小灵活性不高。

目前市场现成的掺混系统很少，对掺混比例的控制也比较粗糙，一般分以下几种：

1、通过手动或电动阀门的开度来大致估算掺混比例。如下图5所示，图5是现有技术的燃气掺混系统的原理图。该燃气掺混系统能够保证掺入的气体与被掺混气体压力一致，管径大小一致，通过阀门开度比例来控制掺混比例。

优点：成本低，结构简单，容易操作。

缺点：控制不精确，阀门在不同开度下，根据前后压差不同有效流通面积会有变化，导致控制偏差大。

2、通过流量比例进行掺混，分别在掺混气体与被掺混气体管道上安装流量器，通过节气门调节控制。

优点：加入了电子实时调整，控制精确。

缺点：流量器成本高、故障率高且不易校准，另外比例可调范围小，混合不均匀。

因此研发一种既能达到混合精度高、混合均匀度好、比例范围灵活可调，又能降低成本的燃气掺混系统乃成为本领域亟待解决的问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气掺混系统，其能够克服现有技术的缺陷，达到既能混合精度高、混合均匀度好、比例范围灵活可调，又能降低成本的效果。

为实现上述目的，本发明提供了一种燃气掺混系统，包括喷射混合管、多个共轨管、多个压力/温度传感器以及掺混比例控制单元。喷射混合管连通主燃气体源；多个共轨管对称地设置在喷射混合管的两侧，每个共轨管包括多个喷射器，多个喷射器探入到喷射混合管内，多个喷射器在喷射混合管相互错位布置；多个压力/温度传感器设置在每个共轨管和喷射混合管内，用以随时监测压力和温度；掺混比例控制单元电性连接多个压力/温度传感器以及多个喷射器，接收多个压力/温度传感器的监控数据，并根据监控数据给每个喷射器发出喷射或停止命令，每个喷射器喷出的掺混介质与主燃气体混合。

在一优选的实施方式中，燃气掺混系统还包括扰流装置，其设置于喷射混合管的中部，扰流装置中部具有呈不规则形状的扰流片，从多个喷射器喷出的掺混介质以及主燃气体经过扰流片的扰流作用后充分混合。

在一优选的实施方式中，燃气掺混系统还包括第一缓冲罐，其一端与喷射混合管的后端连通，另一端连接发动机的供气管路，第一缓冲罐用以储存经喷射混合管充分混合的混合气体，并稳定地向发动机供应混合气体。

在一优选的实施方式中，燃气掺混系统还包括掺混气罐组、汇流排、稳压器以及第二缓冲罐。掺混气罐组包括多个掺混气罐；汇流排通过多路管道将多个掺混气罐的掺混介质汇集在一处；稳压器与汇流排连通，稳压器用以对掺混介质进行减压和稳压；第二缓冲罐与稳压器连通，第二缓冲罐用以将经稳压器减压和稳压后的掺混介质进行储存和缓冲后，分别稳定地输送给多个共轨管。

在一优选的实施方式中，燃气掺混系统还包括高压气软管，其用于掺混气罐组与汇流排之间、汇流排与稳压器之间、稳压器与第二缓冲罐之间以及第二缓冲罐与多个共轨管之间的连通输气。

在一优选的实施方式中，燃气掺混系统还包括连接线束，其用于掺混比例控制单元与多个压力/温度传感器和多个喷射器之间的连接和数据传输。

在一优选的实施方式中，燃气掺混系统还包括台架气管，其与喷射混合管的前端连通，台架气管连通主燃气源，并给喷射混合管输送主燃气体。

与现有技术相比，本发明的燃气掺混系统具有以下有益效果：其采用错位布置方式的喷射混合装置，并配合扰流片及各元件的布置方案，可达到混合气混合充分、混合比例控制精确、宽范围比例可调以及低成本和整体布置灵活移动方便的特点。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的燃气掺混系统的构造原理图。

图2是根据本发明一实施方式的燃气掺混系统的喷射混合装置原理图。

图3是根据本发明一实施方式的扰流装置的主视示意图。

图4是根据本发明一实施方式的扰流装置的侧视示意图。

图5是现有技术的燃气掺混系统的原理图。

主要附图标记说明：

1-共轨管，2-喷射器，3-压力/温度传感器，4-喷射混合管，5-扰流装置，51-扰流片，6-第一缓冲罐，7-掺混比例控制单元，8-连接线束，9-第二缓冲罐，10-稳压器，11-汇流排，12-掺混气罐组，13-台架气管，14-高压气软管。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1至图4所示，根据本发明优选实施方式的一种燃气掺混系统，包括喷射混合管4、多个共轨管1、多个压力/温度传感器3以及掺混比例控制单元7。

请详细参阅图1，图1是根据本发明一实施方式的燃气掺混系统的构造原理图。在一些实施方式中，喷射混合管4的前端通过台架气管13连通主燃气体源，并接收主燃气体。喷射混合管4主要为两种介质的充分混合提供了空间。多个共轨管1对称地设置在喷射混合管4的两侧，每个共轨管1都包括多个喷射器2，多个喷射器2探入到喷射混合管4内，多个喷射器2在喷射混合管4相互错位布置。共轨管1的主要作用是储需要掺混的介质，实际上也起到了缓冲压力波动的作用。请参阅图2，图2是根据本发明一实施方式的燃气掺混系统的喷射混合装置原理图。在喷射混合管4两侧的喷射器2依次错位分布，能更好地起到瞬态混合作用，另外也避免了两侧同时喷射时背压冲击导致计量不准确现象的发生。多个压力/温度传感器3设置在每个共轨管1和喷射混合管4内，用以随时监测压力和温度；主要传递当前管内气体的压力及温度，使掺混比例控制单元7(ECM)可以计算当前管内介质流量。掺混比例控制单元7电性连接多个压力/温度传感器3以及多个喷射器2，接收多个压力/温度传感器3的监控数据，并根据监控数据给每个喷射器2发出喷射或停止命令，每个喷射器2喷出的掺混介质与主燃气体混合。掺混比例控制单元7是整个控制的核心、根据压力/温度传感器3计算当前喷射混合管4内的燃气流量，再根据目标比例计算出所需要喷射的掺混介质的多少，最终发出执行喷射的控制信号。

在一些实施方式中，燃气掺混系统还包括连接线束8，其用于掺混比例控制单元7与多个压力/温度传感器3和多个喷射器2之间的连接和数据传输。

如图3至图4所示，图3是根据本发明一实施方式的扰流装置的主视示意图。图4是根据本发明一实施方式的扰流装置的侧视示意图。在一些实施方式中，燃气掺混系统还包括扰流装置5，其设置于喷射混合管4的中部，扰流装置5中部具有呈不规则形状的扰流片51，从多个喷射器2喷出的掺混介质以及主燃气体经过扰流片51的扰流作用后充分混合。扰流装置5主要是对混合后的介质在流动过程中进行扰流以混合更充分。

在一些实施方式中，燃气掺混系统还包括第一缓冲罐6，其一端与喷射混合管4的后端连通，另一端连接发动机的供气管路，第一缓冲罐6用以储存经喷射混合管4充分混合的混合气体，并稳定地向发动机供应混合气体。第一缓冲罐6的作用主要是防止终端在瞬间有大流量需求时导致的上游管路内的压力波动。

在一些实施方式中，燃气掺混系统还包括掺混气罐组6、汇流排11、稳压器10以及第二缓冲罐9。掺混气罐组6包括多个掺混气罐；因为每个掺混气罐内储存的掺混介质有限，为了能够保证掺混介质的连续供应，所以需要准备多个掺混气罐组合起来使用。为了将多个掺混气罐内的掺混介质汇流起来一同供应，因此需要用汇流排11通过多路管道(本实施例采用的是高压气软管14)将多个掺混气罐的掺混介质汇集在一处。掺混介质经过汇流排11汇集以后便通向稳压器10，稳压器10用以对掺混介质进行减压和稳压。掺混介质经过稳压器10后再进入第二缓冲罐9，第二缓冲罐9用以将经稳压器10减压和稳压后的掺混介质进行储存和缓冲后，分别稳定地输送给多个共轨管1，第二缓冲罐9的作用是对掺混介质的缓冲作用，以减少上下游压力波动。本实施例的掺混气罐组6与汇流排11之间、汇流排11与稳压器10之间、稳压器10与第二缓冲罐9之间以及第二缓冲罐9与多个共轨管1之间的连通输气均采用的是高压气软管14。

本实施例的燃气掺混系统的工作过程如下：

天然气(本实施例的主燃气体以天然气为例)由台架气管13进入到喷射混合管4中，需要掺混的掺混介质储存在掺混气罐内，掺混介质先后通过高压气软管14、汇流排11、稳压器10(减压与稳压)、第二缓冲罐9中、最终进入共轨管1内，掺混比例控制单元7根据压力/温度传感器3计算燃气流量及所需达到的掺混比例计算出当前需要喷射的掺混介质量，最后通喷射器2实现精确喷射控制。喷射器2主要执行控制器的喷射指令，驱动信号为PWM型。

计算过程：控制器通过计算所需要的掺混介质量，确定需要喷射的喷嘴数量及喷射脉宽，当需要掺混比例较小时可以单独一只喷射器2喷射并且喷射脉宽最小可以达到3ms，最大达到70ms，而当需要大比例掺混时可以同时多组喷射器2进行喷射。所以可以实现较宽范围的掺混比例精确控制。

综上所述，本发明的燃气掺混系统与现有技术相比具有以下优点：其采用错位布置方式的喷射混合装置，并配合扰流片及各元件的布置方案，可达到比例控制精确、宽范围比例可调以及低成本和整体布置灵活、且移动方便。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种燃气掺混系统，其特征在于，包括：

喷射混合管，其连通主燃气体源；

多个共轨管，其对称地设置在所述喷射混合管的两侧，每个所述共轨管包括多个喷射器，所述多个喷射器探入到所述喷射混合管内，所述多个喷射器在所述喷射混合管相互错位布置；

多个压力/温度传感器，其设置在每个所述共轨管和所述喷射混合管内，用以随时监测压力和温度值；以及

掺混比例控制单元，其电性连接所述多个压力/温度传感器以及所述多个喷射器，接收所述多个压力/温度传感器的监控数据，并根据所述监控数据给每个所述喷射器发出喷射或停止命令，每个所述喷射器喷出的掺混介质与所述主燃气体混合。

2.如权利要求1所述的燃气掺混系统，其特征在于，还包括扰流装置，其设置于所述喷射混合管的中部，所述扰流装置中部具有呈不规则形状的扰流片，从所述多个喷射器喷出的所述掺混介质以及所述主燃气体经过所述扰流片的扰流作用后充分混合。

3.如权利要求1所述的燃气掺混系统，其特征在于，还包括第一缓冲罐，其一端与所述喷射混合管的后端连通，另一端连接发动机的供气管路，所述第一缓冲罐用以储存经所述喷射混合管充分混合的混合气体，并稳定地向发动机供应所述混合气体。

4.如权利要求1所述的燃气掺混系统，其特征在于，还包括：

掺混气罐组，其包括多个掺混气罐；

汇流排，其通过多路管道将所述多个掺混气罐的掺混介质汇集在一处；

稳压器，其与所述汇流排连通，所述稳压器用以对所述掺混介质进行减压和稳压；以及

第二缓冲罐，其与所述稳压器连通，所述第二缓冲罐用以将经所述稳压器减压和稳压后的所述掺混介质进行储存和缓冲后，分别稳定地输送给所述多个共轨管。

5.如权利要求4所述的燃气掺混系统，其特征在于，还包括高压气软管，其用于所述掺混气罐组与所述汇流排之间、所述汇流排与所述稳压器之间、所述稳压器与所述第二缓冲罐之间以及所述第二缓冲罐与所述多个共轨管之间的连通输气。

6.如权利要求1所述的燃气掺混系统，其特征在于，还包括连接线束，其用于所述掺混比例控制单元与所述多个压力/温度传感器和所述多个喷射器之间的连接和数据传输。

7.如权利要求1所述的燃气掺混系统，其特征在于，还包括台架气管，其与所述喷射混合管的前端连通，所述台架气管连通主燃气源，并给所述喷射混合管输送所述主燃气体。