CN110207993A - 一种双燃料单缸发动机台架的试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机燃烧试验技术领域，公开了一种双燃料单缸发动机台架的试验系统，包括连接有测功机模块的多缸发动机，以及数据采集系统和发动机控制系统。多缸发动机至少一个缸为试验缸，其它缸为拖动缸。拖动缸动力模块采用多缸发动机动力，包括拖动缸空气模块和拖动缸燃油模块；试验缸动力模块包括试验缸空气模块、试验缸双燃料供给模块；其中试验缸双燃料供给模块包括试验缸燃油供给模块和试验缸燃气供给模块。本发明把试验缸和拖动缸集成在一台发动机上，并对试验缸进行双燃料、不同工况下的性能试验；可灵活控制进气的压力、温度和组分，实现燃烧边界条件、燃油和燃气喷射过程的相关参数的灵活控制，提高试验效率、降低研究成本。

Description

一种双燃料单缸发动机台架的试验系统

技术领域

本发明涉及发动机燃烧试验技术领域，具体涉及一种双燃料单缸发动机台架的试验系统。

背景技术

以石油为原料的燃油发动机因其良好的经济性和动力性，被广泛地用作汽车和工程机械的动力。但是，石油资源日益匮乏，且燃油发动机的碳烟和氮氧化物(NO_x)排放对城市环境及人类健康危害很大，环境污染问题日趋严峻。以柴油机为例，柴油机的排放产物主要是一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、硫化物、颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)等，其中尤以NOx和PM为主。这些有害排放物对大气环境的危害主要表现在形成光化学烟雾、酸雨、使臭氧层减薄、臭氧浓度过高以及造成全球范围的温室效应。因此，以柴油机为代表的燃油发动机的应用已经受到日益严格的排放法规的限制。在能源、环境和排放法规的多重压力下，学术界一直在寻求经济有效的技术措施，以解决柴油机排放污染问题。实现发动机的高效清洁燃烧成为研究焦点。

燃气发动机的问世大大改善了发动机的能源消耗问题以及污染排放问题。

天然气作为一种清洁能源，其成分以甲烷(CH4)为主，其分子小，氢碳(原子)比高，具有热值高、抗爆性好，以及着火温度高等特点。与柴油和空气的混合相比，天然气(CNG)在发动机内与空气混合时同为气态，在发动机内混合更均匀，燃烧也更完全。但是近年来的研究分析表明，以天然气作为唯一燃料的气体发动机与传统发动机相比热效率低将近10％，进而出成了双燃料发动机的出现。双燃料发动机在技术上保证了与传统发动机相近的可靠性与高热效率的同时，兼顾了发动机的经济性与环保性。经过试验研究证实，双燃料工况下发动机烟度基本达到了“零排放”，在重负荷附近NOx的排放比原机降低近65％。双燃料发动机的发展成为了传统发动机向气体发动机转变的过渡期技术，在未来几十年内将占据主要市场地位。

在内燃机燃烧过程研发阶段的大量试验数据表明，内燃机燃烧过程中主要有害排放产物生成都有其特定的边界条件，即特定的混合气浓度和燃烧温度范围。只要合理控制缸内的混合气浓度、燃烧温度以及压力等条件，避开NOx和碳烟等有害物质的生成区域，就有可能实现高效清洁燃烧。在多缸机上研究双燃料发动机缸内燃烧过程很有必要。

要研究油和气两种燃料发动机缸内燃烧过程，相对于成品多缸机，单缸机能够自由灵活改变发动机燃烧的边界条件，组织实现不同的燃烧策略，更有利于开展清洁高效燃烧策略的研究工作。但由于受到专门的试验单缸机用途、用量的限制，导致更大发动机机厂商并不会专门对于单缸双燃料发动机进行生产，如果采用订制单缸机，会导致试验成本大幅度上升。

为达到灵活改变发动机燃烧边界条件，实现对油、气的双燃料燃烧过程参数的灵活调整并获得试验数据，同时解决单缸机试验成本高的问题，有必要对多缸机进行改造，以期获得双燃料单缸发动机台架的试验系统研究的突破。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双燃料单缸发动机台架的试验系统。采用该系统，可以把试验缸和拖动缸集成在一台发动机上，并对试验缸进行双燃料、不同工况下的性能试验。

为达成上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种双燃料单缸发动机台架的试验系统，包括连接有测功机模块的多缸发动机，以及数据采集系统和发动机控制系统；所述多缸发动机的动力来源为并行安装的空气模块和燃油模块；还包括与所述多缸发动机中的一个作为试验缸的缸体连接的试验缸动力模块、与所述多缸发动机中其它的作为拖动缸的缸体相连接的拖动缸动力模块；所述拖动缸动力模块连接到所述拖动缸，包括并行安装的所述空气模块和燃油模块，即采用所述多缸发动机的动力；所述试验缸动力模块连接到所述试验缸，包括并行安装的试验缸空气模块、试验缸双燃料供给模块，为所述试验缸提供空气和燃料；其中所述试验缸双燃料供给模块包括并行安装的试验缸燃油供给模块和试验缸燃气供给模块，为所述试验缸提供所述燃料。

试验缸空气模块包括试验缸进气状态调节模块、连接在所述试验缸进气状态调节模块上的进气状态监控模块；所述试验缸进气状态调节模块包括连通有所述试验缸的试验缸空气进气装置、从所述试验缸出口回连到所述试验缸进气状态调节模块进气端的试验缸废气再循环装置；所述数据采集系统对所述进气状态监控模块的实时转速和负荷时的诸项进气控制参数进行采集，并向所述发动机控制系统进行数据传输，以及回传所述发动机控制系统对所述试验缸进气状态调节模块发出的实时控制信号。

试验缸空气进气装置包括依次连接的外源空气压缩机、进气稳压罐、进气调温装置、安装在所述试验缸上的可变气门机构、连接在所述试验缸后的排气稳压罐、排气背压阀；所述试验缸产生的废气可控地从所述排气背压阀出口处排出；其中在所述外源空气压缩机和所述进气稳压罐之间安装有进气旁通阀；其中，所述可变气门机构安装在所述试验缸上，所述排气稳压罐连接在所述试验缸后；所述试验缸废气再循环装置包括所述排气稳压罐出口处依次连接的EGR阀、废气再循环中冷器，所述废气再循环中冷器连接于所述进气调温装置的入口端，形成试验缸废气回收回路；所述进气状态监控模块连接于所述进气调温装置的出口端。

试验缸实时转速和负荷时的诸项进气控制参数包括进入所述试验缸的空气的温度、压力、流量和组分。

试验缸燃油供给模块包括依次串接的试验缸燃油供给装置、为燃油加压的燃油共轨装置、安装在所述试验缸上的燃油电控喷油装置，以及连接所述燃油共轨装置和燃油电控喷油装置的回路、并回连到所述试验缸燃油供给装置的回油泵；所述数据采集系统采集所述燃油共轨装置实时压力和曲轴凸轮轴信号，传输给所述发动机控制系统，并回传所述发动机控制系统实时的喷油反馈控制信号给所述燃油电控喷油装置。

喷油反馈控制信号包括所述燃油电控喷油装置实时的喷油定时控制信号、喷油压力控制信号和喷油次数控制信号。

试验缸燃气供给模块包括依次串联的燃气供给单元、气路保护单元、供气稳压单元、安装在所述试验缸上的发动机试验缸喷气单元；所述数据采集系统采集所述供气稳压单元的实时压力和曲轴凸轮轴信号，传输给所述发动机控制系统，并回传所述发动机控制系统的实时喷气反馈控制信号给所述发动机试验缸喷气单元。

供气稳压单元为燃气共轨装置。

发动机试验缸喷气单元为双燃料电控喷油器。

实时喷气反馈控制信号包括所述发动机试验缸喷气单元实时的喷气定时控制信号、喷气压力控制信号和喷气次数控制信号。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的双燃料单缸发动机台架的试验系统，能够在不同测试环境下，灵活控制双燃烧边界条件和喷油、喷气过程涉及的相关参数；其试验缸空气模块，能够通过调节进气侧的调温装置、旁通阀以及排气侧的背压阀，实现进气压力、温度以及进气组分的控制；其试验缸双燃料供给模块通过发动机控制系统的实时控制，能够实现试验缸燃油、燃气的喷射时刻、喷射压力和喷射次数等参数的调整。这就使得对整个双燃料单缸发动机台架的试验系统的调节更便捷、灵活。

(2)本发明的双燃料单缸发动机台架的试验系统，是基于多缸成品发动机改造得到的，适用于不同工况下，进行双燃料发动机先进燃烧技术的开发阶段的测试、试验；相对于专用试验单缸机，能够解决成本、市场的限制，提高研发效率、降低研究成本。

附图说明

图1为本发明的双燃料单缸发动机台架的试验系统的构成示意图

图2为本发明的试验缸空气模块的构成示意图

图3为本发明的试验缸燃油模块的构成示意图

图4为本发明的试验缸燃气模块的构成示意图

其中：M—多缸发动机 A—试验缸燃油路 B—试验缸燃气路 C—试验缸空气路D—多缸发动机M的燃料路 E—多缸发动机M的气路 F—回油端 G—排气端 1—空气模块2—试验缸空气模块 210—试验缸进气状态调节模块 2101—外源空气压缩机 2102—进气稳压罐 2103—进气旁通阀 2104—进气调温装置 2105—可变气门机构 2106-排气稳压罐2107—排气背压阀 2108—EGR阀 2110—废气再循环中冷器 220—试验缸进气状态监控模块 3—燃油模块 4—试验缸燃油供给模块 401—试验缸燃油供给装置4010-油箱 4011-燃油滤清器 4012-油耗仪 402—燃油共轨装置 4020—油泵 40201—输油泵 40202—高压油泵 4021—油泵驱动电机 4022—共轨管 403—燃油电控喷油装置404—回油泵 5—测功机模块 6—试验缸双燃料供给模块 7—试验缸燃气供给模块 701—燃气供给单元 7011—燃气压力调压组件 7012-燃气滤清器 7013—燃气气瓶 702—气路保护单元 7021—气动开关 7022—阻火器 7023—气耗仪 703—供气稳压单元 7031—燃气共轨装置 704—发动机试验缸喷气单元 7041—双燃料电控喷油器

具体实施方式

本发明涉及一种双燃料单缸发动机台架的试验系统。采用该系统可以把试验缸和拖动缸集成在一台发动机上，并对试验缸进行双燃料、不同工况下的性能试验；低成本地实现双燃料发动机缸内燃烧边界条件的简单、灵活控制，完成不同策略下的燃烧试验试验数据采集，为研发出清洁高效燃烧策略提供原始资料。

下面以优选实施例，对本发明的技术方案做具体解释如下：

一种双燃料单缸发动机台架的试验系统，包括连接有测功机模块5的多缸发动机M，以及数据采集系统和发动机控制系统；多缸发动机M的动力来源为并行安装的空气模块1和燃油模块3；还包括与多缸发动机M中的一个作为试验缸的缸体连接的试验缸动力模块、与多缸发动机M中其它的作为拖动缸的缸体相连接的拖动缸动力模块；拖动缸动力模块连接到拖动缸，包括并行安装的空气模块1和燃油模块3，即采用多缸发动机M的动力；试验缸动力模块连接到试验缸，包括并行安装的试验缸空气模块2、试验缸双燃料供给模块6，为试验缸提供空气和燃料；其中试验缸双燃料供给模块6包括并行安装的试验缸燃油供给模块4和试验缸燃气供给模块7，为试验缸提供燃料。

试验缸空气模块2包括试验缸进气状态调节模块210、连接在试验缸进气状态调节模块210上的进气状态监控模块220；试验缸进气状态调节模块210包括连通有试验缸的试验缸空气进气装置、从试验缸出口回连到所述试验缸进气状态调节模块210进气端的试验缸废气再循环装置；数据采集系统对进气状态监控模块220的实时转速和负荷时的诸项进气控制参数进行采集，并向发动机控制系统进行数据传输，以及回传发动机控制系统对试验缸进气状态调节模块210发出的实时控制信号。

试验缸空气进气装置包括依次连接的外源空气压缩机2101、进气稳压罐2102、进气调温装置2104、安装在所述试验缸上的可变气门机构2105、连接在所述试验缸后的排气稳压罐2106、排气背压阀2107，所述试验缸产生的废气可控地从排气背压阀2107出口处排出；其中在外源空气压缩机2101和进气稳压罐2102之间安装有进气旁通阀2103；其中，可变气门机构2105安装在试验缸上，排气稳压罐2106连接在所述试验缸后；所述试验缸废气再循环装置包括所述排气稳压罐2106出口处依次连接的EGR阀2108、废气再循环中冷器2110，废气再循环中冷器2110连接于进气调温装置2104的入口端，形成试验缸废气回收回路；进气状态监控模块220连接于进气调温装置2104的出口端。

试验缸实时转速和负荷时的诸项进气控制参数包括进入试验缸的空气的温度、压力、流量和组分。

试验缸燃油供给模块4包括依次串接的试验缸燃油供给装置401、为燃油加压的燃油共轨装置402、安装在所述试验缸上的燃油电控喷油装置403，以及连接燃油共轨装置402和燃油电控喷油装置403的回路、并回连到试验缸燃油供给装置401的回油泵404；数据采集系统采集燃油共轨装置402实时压力和曲轴凸轮轴信号，传输给发动机控制系统，并回传发动机控制系统实时的喷油反馈控制信号给燃油电控喷油装置403。

喷油反馈控制信号包括燃油电控喷油装置403实时的喷油定时控制信号、喷油压力控制信号和喷油次数控制信号。

试验缸燃气供给模块7包括依次串联的燃气供给单元701、气路保护单元702、供气稳压单元703、安装在所述试验缸上的发动机试验缸喷气单元704；数据采集系统采集供气稳压单元703的实时压力和曲轴凸轮轴信号，传输给发动机控制系统，并回传发动机控制系统的实时喷气反馈控制信号给发动机试验缸喷气单元704。

供气稳压单元703为燃气共轨装置。

发动机试验缸喷气单元704为双燃料电控喷油器。

实时喷气反馈控制信号包括发动机试验缸喷气单元704实时的喷气定时控制信号、喷气压力控制信号和喷气次数控制信号。

下面结合附图1，对本发明的优选实施例的总体构成进行详细说明如下：

如附图1所示，本发明的双燃料单缸发动机台架的试验系统，选用凯迈机电有限公司生产的电涡流测功机作为测功机模块5；该测功机通过联轴器连接了一台潍柴WP12系列六缸柴油发动机，作为本实施例的多缸发动机M。多缸发动机M的六缸中的1个缸作为试验缸，做为试验缸动力模块的重要部分；其余的5个缸为拖动缸，做为拖动缸动力模块的重要部分。

拖动缸动力模块沿用多缸发动机M的动力系统，包括空气模块1和燃油模块3；二者并行连接，共同为包括试验缸在内的双燃料单缸发动机台架的试验系统运行，提供稳定动力。

试验缸动力模块包括试验缸空气模块2、试验缸双燃料供给模块6，二者并行连接，且都连接至试验缸；其中，试验缸双燃料供给模块6包括试验缸燃油供给模块4和试验缸燃气供给模块7；故单缸试验缸为燃油、燃气的双燃料试验缸。数据采集系统和发动机控制系统可以作用于双燃料试验缸动力模块上，对试验缸的实时转速和负荷时的诸项进气控制参数进行采集、传输、迭代计算、控制信号反馈等。即分别对双燃料试验缸的进气状态和燃料喷射状态的各种参量进行实时调整；进气状态参数包括进气温度、压力、流量和组分等，燃料喷射状态参数包括燃料的喷射时刻、喷射压力和喷射次数等。

本实施例中，拖动缸燃油系统3、发动机控制系统、测功机模块5、数据采集系统，需要根据具体的试验要求、试验条件进行选用、布置。这四部分为成熟技术。

本发明的数据采集系统采用惯用技术设备，一般包括传感器、信号调理器、数据采集卡，和集成在计算机里的测量采集软件。

本发明的发动机控制系统为燃油、燃气双燃料的发动机控制系统，不但集成了多缸发动机M(本发明主要指拖动缸)进行整体控制的理论数据，还特别集成了对双燃料单缸试验缸进行整体控制的理论数据；本实施例集成的数据包括燃油和燃气的喷射定时、喷射压力、喷射量，进气状态包括进气压力。发动机控制系统还集成了用这些理论数据与实时实验数据进行迭代计算、从而生成实时控制策略(即反馈控制信号)的过程控制程序，包括喷油定时控制、喷油量控制，和喷气量控制、喷气定时控制，还有油/气压力控制等过程控制程序。

本发明空气模块1采用多种进气方式的多缸双燃料发动机空气系统。具体到本实施例，空气模块1选用传统的废气涡轮增压的进气模式，空气经空气滤清器进入涡轮增压器进行增压，在涡轮增压器后布置增压中冷器以降低增压后高温空气温度，提高进气空气密度增加进气量，进而增加发动机的功率。

本发明的燃油模块3，采用传统的多缸柴油机燃油模块。本实施例燃油模块3具体采用高压共轨式燃料供给模块，经滤清器进行过滤的燃油进入高压油泵中进行增压，燃油共轨装置402里的高压燃油通过喷油器喷入拖动缸中，主要优点是它可以在宽广的范围内改变喷射压力和喷射时间，通过将油压产生过程和燃油喷射控制过程分开考虑实现柴油机电子控制。

下面对照附图2～4，重点对本发明的试验缸部分进行详细说明：

试验缸动力模块的试验缸空气路C和试验缸燃料路(试验缸燃油路A和试验缸燃气路B)是独立于多缸发动机M布置的。多缸发动机M的气路E和燃料路D只供给给拖动缸部分。

试验缸空气模块2主要作用之一，是保证单缸工作时能在足够宽的范围内调节进气温度、流量、压力和组分(EGR率)，以满足不同发动机转速和负荷时的进气状态的灵活控制要求；试验缸空气模块2主要作用之二，是对进气进行过滤、稳压及流量测量。由于多缸发动机M进气模块中进气压力、流量及温度等物理参数受进气形式、排气压力以及增压系统的限制，无法实现针对某一工况下的参数调节换热；此外，目前市场上大多数双燃料发动机在设计时并未考虑废气再循环系统，所以无法实现进气组分的调节，这对于开展相关的研究是一种限制。单独布置试验缸的空气模块对于单缸机试验台架是非常重要的部分，故需要对原双燃料发动机气路进行分室处理，形成了本发明的双燃料单缸发动机台架的试验系统中独立的的试验缸空气模块2，其中包括了试验缸进气状态调节模块210。

本具体实施例中，该试验缸进气状态调节模块210进气侧由外源空气压缩机2101、进气旁通阀2103、进气稳压罐2102、进气调温装置2104、可变气门机构2105等依次衔接构成。其中，外源空气压缩机2101提供试验缸的压缩空气，可以调节空气压缩机卸载压力和加载压力范围，使目标进气压力保持在空气压缩机出口空气压力范围内；由于发动机的进气过程是周期性的，会在进、排气管中产生压力脉冲，所以本实施例中，进气稳压罐2102容积一般选取大于单缸排量的500倍，以起到较好的稳压效果；之后调整的进气旁通阀2103的开度，用于对进气压力的大小进行调节；进气调温装置2104设置在废气再循环回路之后，可以根据实验需求对发动机进气的温度进行降温或者升温处理。经调压、稳压、调温后的空气，经可变气门机构2105进行进气流量调节。本具体实施例中，该可变气门机构2105采用现有技术，包括油箱、油泵、调压阀、液压推杆总成、底座、内阀芯和弹簧等组成，工作机油直接通到底座进油孔里，靠液压挺杆总成上油孔与底座油孔的相对位置不同，实现进出油相位的控制，进而实现气门升程的控制，完成对进气流量的调节。

本具体实施例中，该试验缸进气状态调节模块210排气侧，由试验缸连接排气稳压罐2106后，再连接到排气背压阀2107，将多余废气连通到外界；排气稳压罐2106后，还连接有一路试验缸废气回收回路，即排气稳压罐2106连接试验缸废气再循环装置至进气调温装置2104的入口端处。试验缸废气再循环装置包括与排气稳压罐2106出口连接的EGR阀2108，和其后连接的废气再循环中冷器2110。排气稳压罐2106的作用与进气稳压罐2102类似，对发动机试验缸排气进行稳压处理；废气再循环回路的起始端设置在排气稳压管之后，经过废气再循环的EGR阀2108、废气再循环中冷器2110，在进气调温装置2104之前汇入进气侧。具体到本实施例，EGR阀2108为机械式单向阀，其开启关闭能够使发动机在是否采用废气再循环技术间切换；废气再循环中冷器2110的主要作用是降低废气温度，实现进气温度的初步调节；排气背压阀2107的开度大小能够调节进气试验缸废气再循环装置的废气量，从而调节进气组分(EGR率)。

在不采用废气再循环技术的情况下，EGR阀2108关闭，排气背压阀2107保持全开的状态，通过调节进气旁通阀2103的开度，从而实现进气压力的调节；在采用废气再循环技术的情况下，EGR阀2108开启，需要协同调节排气背压阀2107与进气旁通阀2103的开度，控制进气压力和排气压力，从而实现试验缸进气压力以及进气组分(EGR率)的灵活控制。

试验缸进气调温装置2104后连接有试验缸进气状态监控模块220。进气状态监控模块220对试验缸的进气状态进行实时监控和显示。本具体实施例中，试验缸进气状态监控模块220具有完全监控和重点参数显示双重功能，包括对进气温度进行测量的k型热电偶，对压力进行测量监控的低频压力传感器，对进气流量进行测量的流量计和对进气组分进行监控测量的EGR传感器。

试验缸进气状态监控模块220监控的试验缸进气实时数据，被数据采集系统采集，并传输给发动机控制系统；发动机控制系统根据该传回的实时数据与理论数据比对、计算，生成控制策略(反馈控制信号)，传输给试验缸进气状态调节模块210，对试验缸进气状态进行调节，以满足试验缸实时转速和负荷下的各项控制参数(如进气温度、压力、流量和组分)的要求。

如附图1所示，本发明的双燃料单缸发动机台架的试验系统中的试验缸燃油供给模块4，是独立于原机燃油系统单独布置的，连接在试验缸上。如附图3所示，试验缸燃油供给模块4包括依次串接的试验缸燃油供给装置401、为燃油加压的燃油共轨装置402、燃油电控喷油装置403，以及连接燃油共轨装置402和燃油电控喷油装置403的出口，回连到试验缸燃油供给装置401的回油泵404；试验缸燃油供给模块4用来为试验缸动力模块提供燃油并测量油耗；本具体实施例中，试验缸燃油供给装置401包括油箱4010、燃油滤清器4011、油耗仪4012，燃油从油箱4010输出，经过油耗仪4012，进入输油泵40201中，然后经燃油滤清器4011进行处理后进入高压油泵40202；其中油耗仪4012选用上海同圆发动机测试设备有限公司的CMF系列瞬时油耗仪。燃油共轨装置402包括油泵4020(集成了输油泵40201和高压油泵40202的功能)、油泵驱动电机4021、共轨管4022，其中油泵4020由输油泵40201和高压油泵40202两部分组成，油泵驱动电机4021带动油泵4020，将来自高压油泵40202的燃油送入共轨管4022；其中，油泵选用龙泵公司生产的产品；共轨管4022选用德国博世生产的产品；燃油电控喷油装置403选用加拿大西港公司生产的双燃料电控喷油器。试验缸燃油路A从供油端开始到双燃料单缸发动机试验缸，依次由油箱4010、油耗仪4012、油泵驱动电机4021和输油泵40201、燃油滤清器4011、高压油泵40202、共轨管4022以及燃油电控喷油装置403等零部件衔接而成。油箱4010的燃油经油耗仪4012进入输油泵40201，随后燃油经燃油滤清器4011过滤后高压油泵40202；油泵4020中有油量计量阀；通过油量计量阀对进入油泵低压腔的燃油量控制，来实现对高压油泵40202中的油泵柱塞向共轨管4022供油量的控制。发动机控制系统对试验缸燃油供给模块4的油泵4020及电控喷油装置403进行独立控制，通过接受曲轴凸轮轴信号进行判缸及识别上止点，这样可实现对于试验缸实时的喷油时刻、喷油压力和喷油次数等参数的灵活调整。两处多余的燃油从油泵4020中由油量计量阀和双燃料单缸发动机试验缸，经低压油管回流到回油端F，在回油泵404的辅助下回到油耗仪4012中进行油耗测量，供油端A和回油端F进入油耗仪4012燃油量的差值即为油耗。

如附图1所示，本发明的试验缸燃气供给模块7连接在双燃料发动机试验缸上，用来为试验缸动力模块提供燃气，同时可以测量气耗。试验缸燃气供给模块7依次包括燃气供给单元701、供气稳压单元703、发动机试验缸喷气单元704，本具体实施例中(如附图4所示)，燃气供给单元701包括依次连接的燃气气瓶7013、燃气滤清器7012和燃气压力调压组件7011；其中，燃气压力调压组件7011为一集成的调压控制面板，集成连接有包括气阀开关、减压阀、燃气滤清器、单向阀、排气阀、压力表等在内的常用零部件；附图4所示的为一个具体实施例，具体实践中连接关系可以有所调整，能实现燃气的安全有效减压即可；供气稳压单元703中的关键部件是燃气共轨装置7031，本实施例选用潍柴气轨；发动机试验缸喷气单元704中重要部件为双燃料喷油器7041，直接安装在试验缸上，本实施例选用西港双燃料电控喷油器。按照通常的试验流程，同时加载在整个气路上的气路保护单元702，对整个试验缸燃气模块7进行保护。即对于燃气供给单元701、供气稳压单元703和发动机试验缸喷气单元704的气路进行监控保护，当发生燃气泄漏等情况时，能够远程切断气源。具体到本实施例，如附图4所示，气路保护单元702包括有依次串接的气动开关7021、阻火器7022和气耗仪7023等安全保护元件，串联在燃气供给单元701和供气稳压单元703之间，主要起到了燃气意外泄漏预警、关断及防回火的作用，确保本实施例气路的安全。在具体试验中，通常还会加入多个气滤来保证试验气体的清洁。

试验缸燃气模块7为实验缸提供压力灵活可变的燃气，可实现对于试验缸的喷气的时刻、压力和次数等参数的灵活调整。本实施例中，燃气从试验缸燃气路供气端B开始，首先在燃气供给单元701中，经过燃气气瓶7013、燃气滤清器7012，以及燃气压力调压组件7011的初步调压；随后进入气路保护单元702，经过气耗仪7023，能够测量出实时燃气消耗率；之后进入供气稳压单元703，该单元为自主设计的、依靠燃油压力进行稳定燃气气压的装置，该装置能对燃气压力进行精确地调整，一定压力的燃气进入燃气共轨装置7031用来保证供气的平稳；燃气经过燃气共轨装置7031，进入与其连接的双燃料电控喷油器7041；在此，将燃气喷入试验缸内。

另外在试验结束后，打开燃气压力调压组件7011上的排气阀，管路中残余的燃气从排气端G处排出。

本发明的双燃料单缸发动机台架的试验系统中的发动机控制系统，是以固化在计算机中的数据和程序为核心的控制系统。根据试验条件，可以采用自主开发发动机控制系统，也可以采用有控制权限的成品发动机控制系统进行运算、处理、判断，然后输出指令，在本实施例中，采用自主开发的发动机控制系统，不但集成了原多缸发动机M(本发明主要指拖动缸)进行整体控制的理论数据，还特别集成了对双燃料单缸试验缸进行整体控制的理论数据。本实施例集成的数据包括燃油和燃气的喷射定时、喷射压力、喷射量，进气状态包括进气温度、进气压力、进气流量和进气组分等，还集成了用该理论数据与实时试验数据进行迭代计算、从而生成实时迭代控制策略的过程控制程序。

本发明的双燃料单缸发动机台架的试验系统中的测功机模块5主要用于测试发动机的功率。一般测功机分为水力测功机、电涡流测功机、电力测功机。具体到本实施例，测功机模块5采用电涡流测功机。

本发明的双燃料单缸发动机台架的试验系统中的数据采集系统主要根据试验需求进行配置，采集的主要参数包括发动机缸内压力、发动机气体参数、发动机燃油、燃气参数以及燃油、燃气消耗率、各种排放物(NOx、HC、CO、PM)参数等，可根据试验条件自行配置。测量的参数不同，采用的传感器和传输设备就不同，且均为常用传感器和传输设备。数据采集系统是将试验参数的发生源与发动机控制系统连接的桥梁。

以上结合附图对本发明的优选实施例进行了描述。但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式的结构和方法的改变。凡是现有技术中通过结构和元器件的简单变换等方式，以达成本发明的目的技术方案，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双燃料单缸发动机台架的试验系统，包括连接有测功机模块(5)的多缸发动机(M)，以及数据采集系统和发动机控制系统；所述多缸发动机(M)的动力来源为并行安装的空气模块(1)和燃油模块(3)；

其特征在于：

还包括与所述多缸发动机(M)中的一个作为试验缸的缸体连接的试验缸动力模块、与所述多缸发动机(M)中其它的作为拖动缸的缸体相连接的拖动缸动力模块；

所述拖动缸动力模块连接到所述拖动缸，包括并行安装的所述空气模块(1)和燃油模块(3)，即采用所述多缸发动机(M)的动力；

所述试验缸动力模块连接到所述试验缸，包括并行安装的试验缸空气模块(2)、试验缸双燃料供给模块(6)，为所述试验缸提供空气和燃料；其中所述试验缸双燃料供给模块(6)包括并行安装的试验缸燃油供给模块(4)和试验缸燃气供给模块(7)，为所述试验缸提供所述燃料。

2.根据权利要求1所述的双燃料单缸发动机台架的试验系统，其特征在于：所述试验缸空气模块(2)包括试验缸进气状态调节模块(210)、连接在所述试验缸进气状态调节模块(210)上的进气状态监控模块(220)；所述试验缸进气状态调节模块(210)包括连通有所述试验缸的试验缸空气进气装置、从所述试验缸出口回连到所述试验缸进气状态调节模块(210)进气端的试验缸废气再循环装置；所述数据采集系统对所述进气状态监控模块(220)的实时转速和负荷时的诸项进气控制参数进行采集，并向所述发动机控制系统进行数据传输，以及回传所述发动机控制系统对所述试验缸进气状态调节模块(210)发出的实时控制信号。

3.根据权利要求2所述的双燃料单缸发动机台架的试验系统，其特征在于：所述试验缸空气进气装置包括依次连接的外源空气压缩机(2101)、进气稳压罐(2102)、进气调温装置(2104)、安装在所述试验缸上的可变气门机构(2105)、连接在所述试验缸后的排气稳压罐(2106)、排气背压阀(2107)；所述试验缸产生的废气可控地从所述排气背压阀(2107)出口处排出；其中在所述外源空气压缩机(2101)和所述进气稳压罐(2102)之间安装有进气旁通阀(2103)；所述试验缸废气再循环装置包括所述排气稳压罐(2106)出口处依次连接的EGR阀(2108)、废气再循环中冷器(2110)，所述废气再循环中冷器(2110)连接于所述进气调温装置(2104)的入口端，形成试验缸废气回收回路；所述进气状态监控模块(220)连接于所述进气调温装置(2104)的出口端。

4.根据权利要求2所述的双燃料单缸发动机台架的试验系统，其特征在于：所述试验缸实时转速和负荷时的诸项进气控制参数包括进入所述试验缸的空气的温度、压力、流量和组分。

5.根据权利要求1所述的双燃料单缸发动机台架的试验系统，其特征在于：所述试验缸燃油供给模块(4)包括依次串接的试验缸燃油供给装置(401)、为燃油加压的燃油共轨装置(402)、安装在所述试验缸上的燃油电控喷油装置(403)，以及连接所述燃油共轨装置(402)和燃油电控喷油装置(403)的回路、并回连到所述试验缸燃油供给装置(401)的回油泵(404)；所述数据采集系统采集所述燃油共轨装置(402)实时压力和曲轴凸轮轴信号，传输给所述发动机控制系统，并回传所述发动机控制系统实时的喷油反馈控制信号给所述燃油电控喷油装置(403)。

6.根据权利要求5所述的双燃料单缸发动机台架的试验系统，其特征在于：所述喷油反馈控制信号包括所述燃油电控喷油装置(403)实时的喷油定时控制信号、喷油压力控制信号和喷油次数控制信号。

7.根据权利要求1所述的双燃料单缸发动机台架的试验系统，其特征在于：所述试验缸燃气供给模块(7)包括依次串联的燃气供给单元(701)、气路保护单元(702)、供气稳压单元(703)、安装在所述试验缸上的发动机试验缸喷气单元(704)；所述数据采集系统采集所述供气稳压单元(703)的实时压力和曲轴凸轮轴信号，传输给所述发动机控制系统，并回传所述发动机控制系统的实时喷气反馈控制信号给所述发动机试验缸喷气单元(704)。

8.根据权利要求7所述的双燃料单缸发动机台架的试验系统，其特征在于：所述供气稳压单元(703)为燃气共轨装置。

9.根据权利要求7所述的双燃料单缸发动机台架的试验系统，其特征在于：所述发动机试验缸喷气单元(704)为双燃料电控喷油器。

10.根据权利要求7所述的双燃料单缸发动机台架的试验系统，其特征在于：所述实时喷气反馈控制信号包括所述发动机试验缸喷气单元(704)实时的喷气定时控制信号、喷气压力控制信号和喷气次数控制信号。