CN109386403A - 一种用于带有双进气道的气体、双燃料发动机双阀式燃气喷射装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于带有双进气道的气体、双燃料发动机双阀式燃气喷射装置及其控制方法，包括燃气储存装置、气缸，气缸上方连接其对应的进气歧管，进气歧管连接进气管，进气歧管里设置第一进气道和第二进气道，进气歧管上安装气轨，气轨上分别安装第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀，第一燃气喷射阀连接第一燃气喷管，第二燃气喷射阀连接第二燃气喷管，燃气储存装置连通供气总管，第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀通过气轨内支路通道与供气总管相通。本发明能够根据发动机运行工况选择合适的燃气喷射模式，实现发动机缸内混合气的合理浓度分布，从而改善发动机的燃烧过程，提高发动机的动力性、经济性和排放性能。

Description

一种用于带有双进气道的气体、双燃料发动机双阀式燃气喷 射装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种发动机燃料喷射装置，具体地说是气体发动机燃料喷射装置。

背景技术

随着能源短缺和环境污染问题的日益突出，实施能源多元化战略和发展新能源技术成为未来发展的必然趋势，在所有替代能源中天然气是最为丰富的一次能源，并且燃烧十分清洁，是替代石油的最理想的方案。

对于带有双进气道的气体/双燃料发动机目前仍存在一些有待解决的技术问题，其一，由于进气管内存在较为复杂的气体波动和各缸相互作用力，使得在进气过程中燃气进入两个进气道的量存在较大的随机性，从而影响缸内混合气的形成，影响发动机的经济性和排放性能；其二，喷射阀的线性工作区域无法覆盖发动机的所有工况，造成燃气喷射控制系统的控制精确度不高，影响发动机的动力性。

公开号CN103790718B的专利提供了一种船用气体发动机燃气多点多级喷射系统，该系统通过控制系统控制燃气供给系统和燃气多点多级喷射总成，实现了发动机能够同时满足在高负荷转速下的大流量和低负荷下的小流量燃气供应需求的技术，提高了气体发动机的燃气喷射控制精度，从而提高了发动机的性能。但是这一燃气喷射结构容易使得发动机双进气道内燃气与空气浓度分布的不均匀性增加，在缸内火花塞附近形成不了有效的燃气浓度梯度，导致发动机稀燃稳定性下降。

发明内容

本发明的目的在于提供不仅能够满足双进气道发动机燃气合理分配要求和气缸内有效梯度分层的要求，从而优化发动机燃烧过程，而且能够根据发动机的运行状况，选择适合的燃气喷射模式，满足不同工况下燃气需求量的一种用于带有双进气道的气体、双燃料发动机双阀式燃气喷射装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种用于带有双进气道的气体、双燃料发动机双阀式燃气喷射装置，其特征是：包括燃气储存装置、气缸，气缸上方连接其对应的进气歧管，进气歧管连接进气管，进气管端部设置节气门，进气歧管里设置第一进气道和第二进气道，第一进气道与气缸相通处设置第一进气阀，第二进气道与气缸相通处设置第二进气阀，进气歧管上安装气轨，气轨上分别安装第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀，第一燃气喷射阀连接第一燃气喷管，第二燃气喷射阀连接第二燃气喷管，第一燃气喷管的端部伸入至第一进气道里，第二燃气喷管的端部伸入至第二进气道里，燃气储存装置连通供气总管，第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀通过气轨内支路通道与供气总管相通。

本发明一种用于带有双进气道的气体、双燃料发动机双阀式燃气喷射装置还可以包括：

1、第一燃气喷管为直管或弯管，第一燃气喷管的端部封闭，其端部之前的部分至少设置两列出气孔，出气孔孔径为第一燃气喷管孔径的八分之一，第二燃气喷管的结构与第一燃气喷管的结构相同。

2、供气总管上设置燃气温度传感器、燃气压力传感器，节气门旁设置节气门开度传感器，进气歧管上设置进气压力传感器、进气温度传感器，曲轴旁设置转速传感器，燃气温度传感器、燃气压力传感器、节气门开度传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、转速传感器均连接控制系统。

本发明一种用于带有双进气道的气体、双燃料发动机双阀式燃气喷射控制方法，其特征是：第一燃气喷射阀的喷射持续期为t1，第二燃气喷射阀的喷射持续期为t2，t1等于t2；控制系统采集燃气温度传感器、燃气压力传感器、节气门开度传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、转速传感器信息，独立的控制气缸的第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀的喷射正时和喷射持续期：

在间隔喷射模式下，当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性相同时，控制系统控制其中的一个喷射阀先喷射，经过一个大于t1的时间间隔后，控制另一个喷射阀喷射，两喷射阀喷射的燃气总量相等；当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性不同时，控制系统控制喷射流量小的喷射阀先喷射，喷射流量大的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间大于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量小于后一个燃气喷射阀喷射的总量，或者，当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性不同时，控制系统控制喷射流量大的喷射阀先喷射，喷射流量小的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间大t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量大于后一个喷射阀喷射的总量；

在耦合喷射模式下，当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性相同时，控制系统控制其中的一个喷射阀先喷射，经过一个小于t1的时间间隔后，控制另一个喷射阀喷射，两喷射阀喷射的燃气总量相等；当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性不同时，控制系统控制喷射流量小的喷射阀先喷射，喷射流量大的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间小于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量小于后一个燃气喷射阀喷射的量，或者，当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性不同时，控制系统控制喷射流量大的喷射阀先喷射，喷射流量小的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间小于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量大于后一个喷射阀喷射的量；

在次序喷射模式下，当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性相同时，控制系统控制其中的一个喷射阀先喷射，经过一个等于t1的时间间隔后，控制另一个喷射阀喷射，两喷射阀喷射的燃气总量相等；当两个燃气喷射阀流量特性不同时，喷射控制系统控制喷射流量小的喷射阀先喷射，喷射流量大的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间等于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量小于后一个燃气喷射阀喷射的量，或者，当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性不同时，喷射控制系统控制喷射流量大的喷射阀先喷射，喷射流量小的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间等于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量大于后一个燃气喷射阀喷射的量；

在同时喷射模式下，控制系统控制第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀同时喷射。

本发明的优势在于：发动机燃气喷射控制系统可以独立得控制每缸两个燃气喷射阀的燃气喷射正时和喷射持续期，进而独立地控制两进气道内的燃气量和燃气分布情况，根据发动机运行工况选择合适的燃气喷射模式，实现发动机缸内混合气的合理浓度分布，从而改善发动机的燃烧过程，提高发动机的动力性、经济性和排放性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为多个气缸的俯视示意图；

图3a为燃气喷管为直管的示意图，图3b为燃气喷管为弯管的示意图；

图4a为气轨结构的正视图，图4b为气轨结构的侧视图；

图5为压板的结构示意图；

图6为歧管管道内燃气和空气混合过程示意图；

图7为气缸主体内混合气体浓度分布示意图；

图8a为燃气喷射阀流量特性相同的情况下燃气喷射总量变化图，图8b为燃气喷射阀流量特性不同的情况下喷射量小的喷射阀先喷射的燃气喷射总量变化图，图8c为燃气喷射阀流量特性不同的情况下喷射量大的喷射阀先喷射的燃气喷射总量变化图；

图9a为燃气喷射阀流量特性相同的情况下燃气喷射规律变化图，图9b为燃气喷射阀流量特性不同的情况下喷射量小的喷射阀先喷射的燃气喷射规律变化图，图9c为燃气喷射阀流量特性不同的情况下喷射量大的喷射阀先喷射的燃气喷射规律变化图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-9，图1和图2分别为一种用于带有双进气道的气体、双燃料发动机双阀式燃气喷射装置总体结构正视图和俯视图，图中分别为燃气喷管1、密封垫圈2、气轨3、燃气喷射阀4、压板5、调压装置6、流量计7、滤清器8、开关阀9、燃气储存装置10、燃气温度传感器11、燃气压力传感器12、节气门13、节气门开度传感器14、进气质量流量传感器15、进气压力传感器16、进气温度传感器17、进气管18、进气阀19、气缸20、火花塞21、转速传感器22、机油温度传感器24和控制系统25。发动机每缸进气管有两个进气门和进气道，每缸对应的进气歧管上安装两个燃气喷射阀4，独立地向两个进气道内喷射燃气。所述的燃气喷射阀4通过压板5和螺丝并列安装并且紧固在气轨3上，燃气喷射阀的进气口通过气轨3内支路通道27与气轨的供气总管26保持连通，并利用橡胶密封圈对接触面进行密封；所述的气轨3通过螺栓连接的形式安装在进气管18侧面；所述的燃气喷管1进气端有安装接头，通过螺纹连接的方式安装在进气管18侧面加工出的阶梯孔内，喷管出口端分别伸入到两个进气道中，且两个喷管喷气射流的方向分别与两个进气道的中心线重合。

两个燃气喷射阀4流量特性可以是相同的，也可以是不同的，通过发动机燃气控制系统，独立得控制所述两个燃气喷射阀4喷射正时和喷射持续期，进而独立得控制每一气缸内两进气道中的燃气量和燃气分布情况。

控制系统包括主控芯片和控制电路，传感器检测发动机进气道内空气的温度和压力，冷却液温度，转速，节气门开度，燃气供给管路内燃气的温度和压力，同时结合上止点信号、点火提前角等信息，由主控芯片产生一个控制信号，再由控制信号产生方波信号，方波信号可作为燃气喷气阀开关的控制信号控制喷气阀的喷气时间和时间间隔。

燃气喷射模式主要包括：两喷射阀间隔喷射模式，两喷射阀耦合喷射模式，两喷射阀次序喷射模式，两喷射阀同时喷射模式。所述的喷射模式能根据发动运行状况，由控制系统控制切换，保证发动机在不同的工况下对应最佳的燃气喷射量。

两喷射阀间隔喷气模式，当两个喷射阀流量特性相同或者不同时，根据发动机运行工况，由控制系统控制其中一个燃气喷射阀先喷气，经过一个大于喷射阀喷气时间的间隔后，控制系统控制另一个燃气喷射阀喷气，使气缸内的燃气和空气充分混合。

两喷射阀耦合喷气模式，当两个喷射阀流量特性相同或者不同时，根据发动机运行工况，由控制系统控制其中一个燃气喷射阀先喷气，经过一个小于喷射阀喷气时间的间隔后，控制系统控制另一个燃气喷射阀喷气，使气缸内的燃气和空气充分混合。

两喷射阀次序喷气模式，当两个喷射阀流量特性相同或者不同时，根据发动机运行工况，由控制系统控制其中一个燃气喷气阀先喷气，经过一个等于喷射阀喷气时间的间隔后，控制系统控制另一个燃气喷射阀喷气，使气缸内的燃气和空气充分混合。

两喷射阀同时喷气模式，当两个喷射阀流量特性相同或者不同时，根据发动机运行工况，由控制系统控制两个燃气喷射阀同时喷气。

如图3所示，为燃气喷管的结构示意图，图中序号分别代表喷管1，喷管出气口29。燃气喷管1可以是直管(如图3a所示)，也可以是弯管(如图3b所示)，且在喷管末端沿喷管长度的方向设置至少两列出气孔29，每列出气孔组沿着喷管的周向均匀布置，出气孔孔径大约是燃气喷管出气口孔径的八分之一。

如图4所示，为气轨的结构示意图，图中序号分别代表气轨3，供气总管道26，支路管道27，燃气喷射阀座28。气轨3用螺栓连接的形式安装在进气管18上；气轨3呈长方体结构，内部布置有供气总管26和与供气总管道垂直连通的支路管道27，燃气喷射阀通过支路管道与供气总管道相连接；在气轨中部有对应喷气阀数量的燃气喷射阀座28，在燃气喷射阀座28的四周有螺纹孔用于固定压板5，如图4a和图4b所示。

如图5所示，为压板结构的示意图，图中序号分别代表压板5，U形板30，螺纹孔31。压板5是由两个U形板30组成的，两U形板30拼接在一起安装在气轨上，用于紧固燃气喷射阀；U形板30的上下两边布置有螺纹孔31；压板的数目对应于燃气喷射阀数目。

如图6所示，为进气道内燃气和空气的混合过程示意图。在发动机进气冲程中，高压燃气经静置、过滤、调压之后进入到气轨供气总管内，再由燃气喷气阀喷至喷管中，经同一气缸的两燃气喷管分别喷至两进气道内，实现两进气道内燃气的合理分配，燃气的流量通过流量计7进行监测。

如图7所示，为气缸主体内混合气浓度分布示意图。即通过本发明燃气喷射装置，实现燃气的合理分配，在气缸内形成燃气上浓下稀的浓度梯度，火花塞21处于燃气浓度较高的区域。

图8为喷射系统不同喷射模式下的燃气喷射总量变化图，图9为喷射系统不同喷射模式下的燃气喷射规律变化图，图中t1为第一个燃气喷射阀的喷射持续期，t2为第二个燃气喷射阀的喷射持续期，t1等于t2。燃气喷射控制系统通过采集发动机进气道内空气的温度和压力，冷却液温度，转速，节气门开度，燃气供给管路内燃气的温度和压力，同时结合上止点信号、点火提前角等信息，独立得控制每缸两个燃气喷射阀的喷射正时和喷射持续期，进而独立得控制每缸两个进气道内的燃气量和燃气分布，在缸内形成有效的燃气浓度梯度。

在间隔喷射模式下，由图8a和图9a所示，当两个燃气喷射阀流量特性相同时，喷射控制系统控制其中的一个喷射阀先喷射，经过一个大于t1的时间间隔后，控制另一个喷射阀喷射，两喷射阀喷射的燃气总量相等；由图8b和图9b所示，当两个燃气喷射阀流量特性不同时，喷射控制系统控制喷射流量小的喷射阀先喷射，喷射流量大的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间大于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量小于后一个燃气喷射阀喷射的总量；由图8c和图9c所示，当两个燃气喷射阀流量特性不同时，喷射控制系统控制喷射流量大的喷射阀先喷射，喷射流量小的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间大t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量大于后一个喷射阀喷射的总量。

在耦合喷射模式下，由图8a和图9a所示，当两个燃气喷射阀流量特性相同时，喷射控制系统控制其中的一个喷射阀先喷射，经过一个小于t1的时间间隔后，控制另一个喷射阀喷射，两喷射阀喷射的燃气总量相等；由图8b和图9b所示，当两个燃气喷射阀流量特性不同时，喷射控制系统控制喷射流量小的喷射阀先喷射，喷射流量大的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间小于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量小于后一个燃气喷射阀喷射的量；由图8c和图9c所示，当两个燃气喷射阀流量特性不同时，喷射控制系统控制喷射流量大的喷射阀先喷射，喷射流量小的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间小于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量大于后一个喷射阀喷射的量。

在次序喷射模式下，由图8a和图9a所示，当两个燃气喷射阀流量特性相同时，喷射控制系统控制其中的一个喷射阀先喷射，经过一个等于t1的时间间隔后，控制另一个喷射阀喷射，两喷射阀喷射的燃气总量相等；由图8b和图9b所示，当两个燃气喷射阀流量特性不同时，喷射控制系统控制喷射流量小的喷射阀先喷射，喷射流量大的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间等于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量小于后一个燃气喷射阀喷射的量；由图8c和图9c所示，当两个燃气喷射阀流量特性不同时，喷射控制系统控制喷射流量大的喷射阀先喷射，喷射流量小的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间等于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量大于后一个燃气喷射阀喷射的量。

在同时喷射模式下，由喷射控制系统控制每缸的两个燃气喷射阀同时喷射。由图8a和图9a所示，当两个燃气喷射阀流量特性相同时，系统喷射的燃气总量是单个燃气喷射阀喷射的燃气量的2倍；由图8b、8c和图9b、9c所示，当两个燃气喷射阀流量特性不同时，该模式下的系统喷射的燃气总量要大于单个燃气喷射阀喷射的燃气量。

Claims (4)

1.一种用于带有双进气道的气体、双燃料发动机双阀式燃气喷射装置，其特征是：包括燃气储存装置、气缸，气缸上方连接其对应的进气歧管，进气歧管连接进气管，进气管端部设置节气门，进气歧管里设置第一进气道和第二进气道，第一进气道与气缸相通处设置第一进气阀，第二进气道与气缸相通处设置第二进气阀，进气歧管上安装气轨，气轨上分别安装第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀，第一燃气喷射阀连接第一燃气喷管，第二燃气喷射阀连接第二燃气喷管，第一燃气喷管的端部伸入至第一进气道里，第二燃气喷管的端部伸入至第二进气道里，燃气储存装置连通供气总管，第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀通过气轨内支路通道与供气总管相通。

2.根据权利要求1所述的一种用于带有双进气道的气体、双燃料发动机双阀式燃气喷射装置，其特征是：第一燃气喷管为直管或弯管，第一燃气喷管的端部封闭，其端部之前的部分至少设置两列出气孔，出气孔孔径为第一燃气喷管孔径的八分之一，第二燃气喷管的结构与第一燃气喷管的结构相同。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于带有双进气道的气体、双燃料发动机双阀式燃气喷射装置，其特征是：供气总管上设置燃气温度传感器、燃气压力传感器，节气门旁设置节气门开度传感器，进气歧管上设置进气压力传感器、进气温度传感器，曲轴旁设置转速传感器，燃气温度传感器、燃气压力传感器、节气门开度传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、转速传感器均连接控制系统。

4.一种用于带有双进气道的气体、双燃料发动机双阀式燃气喷射控制方法，其特征是：第一燃气喷射阀的喷射持续期为t1，第二燃气喷射阀的喷射持续期为t2，t1等于t2；控制系统采集燃气温度传感器、燃气压力传感器、节气门开度传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、转速传感器信息，独立的控制气缸的第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀的喷射正时和喷射持续期：

在间隔喷射模式下，当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性相同时，控制系统控制其中的一个喷射阀先喷射，经过一个大于t1的时间间隔后，控制另一个喷射阀喷射，两喷射阀喷射的燃气总量相等；当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性不同时，控制系统控制喷射流量小的喷射阀先喷射，喷射流量大的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间大于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量小于后一个燃气喷射阀喷射的总量，或者，当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性不同时，控制系统控制喷射流量大的喷射阀先喷射，喷射流量小的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间大t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量大于后一个喷射阀喷射的总量；

在耦合喷射模式下，当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性相同时，控制系统控制其中的一个喷射阀先喷射，经过一个小于t1的时间间隔后，控制另一个喷射阀喷射，两喷射阀喷射的燃气总量相等；当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性不同时，控制系统控制喷射流量小的喷射阀先喷射，喷射流量大的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间小于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量小于后一个燃气喷射阀喷射的量，或者，当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性不同时，控制系统控制喷射流量大的喷射阀先喷射，喷射流量小的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间小于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量大于后一个喷射阀喷射的量；

在次序喷射模式下，当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性相同时，控制系统控制其中的一个喷射阀先喷射，经过一个等于t1的时间间隔后，控制另一个喷射阀喷射，两喷射阀喷射的燃气总量相等；当两个燃气喷射阀流量特性不同时，喷射控制系统控制喷射流量小的喷射阀先喷射，喷射流量大的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间等于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量小于后一个燃气喷射阀喷射的量，或者，当第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀流量特性不同时，喷射控制系统控制喷射流量大的喷射阀先喷射，喷射流量小的喷射阀后喷射，两喷射阀喷射间隔时间等于t1，前一个喷射阀喷射的燃气总量大于后一个燃气喷射阀喷射的量；

在同时喷射模式下，控制系统控制第一燃气喷射阀和第二燃气喷射阀同时喷射。