CN112377316B - 一种双侧进气的v型燃气机的进气控制方法及进气系统 - Google Patents

一种双侧进气的v型燃气机的进气控制方法及进气系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双侧进气的V型燃气机的进气控制方法，涉及双侧进气V型燃气机，解决了双侧进气的V型发动机两侧气缸容易出现抢气、工作难以均衡的技术问题。该方法是通过燃气缓冲装置预存供给V型燃气机两侧气缸一定量的燃气；同时实时监测V型燃气机两侧气缸的排气温度以及排气的过量空气系数，并根据V型燃气机两侧气缸的排气温度差或过量空气系数差实时调节V型燃气机两侧气缸的进气量，以使V型燃气机两侧气缸的进气量均衡。本发明还公开了一种双侧进气的V型燃气机的进气系统。本发明避免两侧气缸发生严重的抢气现象，降低两侧气缸的进气量出现进气不均匀的现象，保证两侧气缸均衡工作。

Description

一种双侧进气的V型燃气机的进气控制方法及进气系统
技术领域
本发明涉及双侧进气V型燃气机，更具体地说，它涉及一种双侧进气的V型燃气机的进气控制方法及进气系统。
背景技术
增压前进气混合方式一般应用于燃气压力较低或加压受限的V型燃气机，其使用气源范围广，比如天然气、瓦斯、生物制气(如：沼气)等，这是低压燃气控制系统常用的气源。增压前进气混合方式的V型燃气机是利用混合器的文丘里效应把低压燃料吸入并混合，再经过增压器、中冷器、进气管等进入气缸内燃烧。其特点在于与空气混合的点在增压器之前；优点在于燃气进入后通过增压器充分扰流，加上混合距离长，混合均匀度较好；缺点在于混合点离燃烧室较远，瞬态调速响应差，一般适用于负载变化不大的场合。
对于V型燃气机，一般情况下是使用单个燃气计量阀喷射出一定量的燃气，然后再通过Y型管的分支分配到左右两侧，并与空气混合后进入到对应侧的缸内参与燃烧做功。但在实际试验时，燃气机起动后经常出现只有一侧工作(因混合气浓度相对较浓，故各缸排温异常较高)，而另一侧不工作的现象(因混合气浓度较稀，达到了失火界限，故各缸没有着火工作)。即便人为的干预，在台架上控制某一侧的进气负压，使该侧进气负压增大，以使该侧的混合器吸力增强，但也增加不了不工作一侧的燃气量，导致无法实现双侧稳态平衡控制。
经过深入的分析发现出现只有一侧工作的原因在于：(1)尽管左右两侧的燃气供给管路直径、长度都一致，但燃气在经过Y型管时均未按理论分析均分燃气，其根本原因在于两侧增压器一致性不能保证、混合之后管路长度不一致及点火次序等影响导致左右两侧存在启动时出现严重抢气现象，从而导致燃气量较多的一侧混合气浓度较浓，而燃气量较少的另一侧混合气浓度较稀。(2)通过控制某一侧的进气负压，原本工作的一侧逐渐不工作，而原本不工作一侧的开始工作，但是无法找到平衡点，两侧转变较快，像跷跷板一样较快频率的来回跳动，无法实现双侧均衡控制，导致V型燃气机开发难度较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，目的一是提供一种双侧进气的V型燃气机的进气控制方法，解决了双侧进气的V型发动机两侧气缸容易出现抢气、工作难以均衡的问题。
目的二是提供一种双侧进气的V型燃气机的进气系统，解决了双侧进气的V型发动机两侧气缸容易出现抢气、工作难以均衡的问题。
为实现上述目的一，本发明提供了一种双侧进气的V型燃气机的进气控制方法，通过燃气缓冲装置预存燃气后再供给V型燃气机两侧气缸；同时实时监测V型燃气机两侧气缸的排气温度及其过量空气系数，并根据V型燃气机两侧气缸的排气温度差或过量空气系数差实时调节V型燃气机两侧气缸的进气量，以使V型燃气机两侧气缸的进气量均衡。
作进一步的改进，所述根据V型燃气机两侧气缸的排气温度差或过量空气系数差实时调节V型燃气机两侧气缸的进气量，具体包括：
当V型燃气机两侧气缸的排气温度差大于或等于设定排温阈值，或过量空气系数差大于或等于设定过量空气系数阈值时，减少排气温度较高或过量空气系数较小一侧气缸的进气量；否则以当前的进气量为两侧气缸进行供气。
进一步的，所述设定排温阈值为20℃-35℃。
更进一步的，所述设定过量空气系数阈值为0.03-0.06。
更进一步的，所述排气温度为V型燃气机两侧涡轮前的废气温度；所述过量空气系数的采样点位于V型燃气机涡轮后。
为实现上述目的二，本发明提供了一种双侧进气的V型燃气机的进气系统，包括一个燃气计量阀、两个混合器和两个增压器，两个所述增压器与V型燃气机两侧的气缸一一对应连接，两个所述混合器与两个增压器一一对应连接，两个所述混合器的进气端分别连接有燃气接管，还包括燃气缓冲装置；所述燃气缓冲装置的进气端与燃气计量阀连接，所述燃气缓冲装置的两个出气端分别与两个燃气接管一一对应连接，所述燃气接管上安装有开关阀，所述V型燃气机两侧气缸的排气管道上均安装有排温检测器和过量空气系数采样器，所述排温检测器和过量空气系数采样器均与V型燃气机的ECU电性连接，所述开关阀与V型燃气机的ECU电性连接；
所述进气系统实现所述的一种双侧进气的V型燃气机的进气控制方法。
作进一步的改进，所述燃气缓冲装置包括竖管和横管；所述竖管的一端与燃气计量阀连接，所述竖管的另一端安装在横管的中间位置，且所述竖管与横管相连通，所述横管的两端分别与两个燃气接管连接。
进一步的，所述横管的截面积大于燃气接管的截面积。
更进一步的，所述开关阀为球头阀或蝶阀。
更进一步的，所述排温检测器为温度传感器，所述温度传感器安装在V型燃气机的涡轮前方；所述过量空气系数采样器为氧传感器，所述氧传感器安装在V型燃气机的涡轮后方。
有益效果
本发明的优点在于：通过燃气缓冲装置预存供给V型燃气机两侧气缸的燃气，保证V型燃气机启动时燃气的供给量，避免两侧气缸启动时发生严重的抢气现象。此外，根据两侧气缸的排温差以及过量空气系数的差值来调节两侧燃气接管上的开关阀的开度对两侧气缸燃气的进气量进行调节，有效的降低两侧气缸的进气量出现进气不均匀的现象，保证两侧气缸均衡工作。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1-燃气计量阀、2-混合器、3-增压器、4-V型燃气机、5-燃气接管、6-燃气缓冲装置、7-开关阀、61-竖管、62-横管。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的描述，但不构成对本发明的任何限制，任何人在本发明权利要求范围所做的有限次的修改，仍在本发明的权利要求范围内。
本发明的一种双侧进气的V型燃气机的进气控制方法，该方法是通过燃气缓冲装置预存燃气后再供给V型燃气机两侧气缸，保证V型燃气机启动时燃气的供给量，避免两侧气缸发生严重的抢气现象。在V型燃气机工作时，实时监测V型燃气机两侧气缸的排气温度及其过量空气系数，并根据V型燃气机两侧气缸的排气温度差或过量空气系数差实时调节V型燃气机两侧气缸的进气量，以使V型燃气机两侧气缸的进气量均衡，降低两侧气缸的进气量出现进气不均匀的现象，保证两侧气缸均衡工作。
其中，根据V型燃气机两侧气缸的排气温度差或过量空气系数差实时调节V型燃气机两侧气缸的进气量，具体包括：
当V型燃气机两侧气缸的排气温度差大于或等于设定排温阈值，或过量空气系数差大于或等于设定过量空气系数阈值时，即排气温度差或过量空气系数差任一个大于其阈值时，对进气系统中用于调节进气量的开关阀的开度进行调节。对于排温较高或系数较小的一侧气缸，开关阀开度减小，以减少排气温度较高或过量空气系数较小一侧气缸的进气量。由于燃气的总供给量是不变的，因此另一侧燃气接管的燃气流量将增大，混合气浓度会趋向稀的一侧，使该侧的混合气浓度增加，进而使得该侧的涡前排温逐渐升高或过量空气系数逐渐降低，最终使两侧气缸达到一个均衡稳定的工作状态。否则以当前的进气量为两侧气缸进行供气。即当V型燃气机两侧气缸的排气温度差小于设定排温阈值以及过量空气系数差小于设定过量空气系数阈值时，则说明V型燃气机两侧的气缸运行在均衡的工作装置，因此，进气系统中用于调节进气量的开关阀保持现有的开度，使燃气以当前的进气量为两侧气缸进行供气。
需要说明的是，气缸的过量空气系数小，混合器浓度高；气缸的过量空气系数大，混合器浓度低。
优选的，设定排温阈值为20℃-35℃。具体的，设定排温阈值为30℃。即当两侧气缸的排气温度差在30℃以上时，即可认为两侧气缸出现了工作不均衡的现象，需要对其进气量进行调节。
优选的，设定过量空气系数阈值为0.03-0.06。具体的，设定过量空气系数阈值为0.05。即当两侧气缸的过量空气系数差在0.05以上时，同样的可以认为两侧气缸出现了工作不均衡的现象，也需要对其进气量进行调节。
优选的，排气温度为V型燃气机两侧涡轮前的废气的温度。由于V型燃气机的涡轮前气体浓度较涡轮后的大，并且涡轮前的气体温度较高，因此，将涡轮前的气体温度作为排气温度，其温度流失少，会更为准确。过量空气系数的采样点位于V型燃气机涡轮后。
参阅图1，一种双侧进气的V型燃气机的进气系统，包括一个燃气计量阀1、两个混合器2和两个增压器3。两个增压器3与V型燃气机4两侧的气缸一一对应连接，两个混合器2与两个增压器3一一对应连接，两个混合器2的进气端分别连接有燃气接管5。进气系统还包括燃气缓冲装置6。燃气缓冲装置6的进气端与燃气计量阀1连接，燃气缓冲装置6的两个出气端分别与两个燃气接管5一一对应连接。通过燃气缓冲装置6预存供给V型燃气机4两侧气缸的燃气，保证V型燃气机4启动时燃气的供给量，避免两侧气缸发生严重的抢气现象。燃气接管5上安装有开关阀7。具体的，开关阀7为球头阀或蝶阀。V型燃气机4两侧气缸的排气管道上均安装有排温检测器和过量空气系数采样器，排温检测器和过量空气系数采样器均与V型燃气机4的ECU电性连接，开关阀7与V型燃气机4的ECU电性连接。
其中，排温检测器用于监测气缸排气的温度。具体的，排温检测器为温度传感器，温度传感器安装在V型燃气机4的涡轮前方。过量空气系数采样器用于采样气缸排出的废气。具体的，过量空气系数采样器为氧传感器，氧传感器安装在V型燃气机4的涡轮后方。
燃气缓冲装置6包括竖管61和横管62。竖管61的一端与燃气计量阀1连接，竖管61的另一端安装在横管62的中间位置，且竖管61与横管62相连通，横管62的两端分别与两个燃气接管5连接。即燃气缓冲装置6为一T型结构的缓冲管，以对燃气进行预存。具体的，竖管61与横管62焊接连接，横管62与燃气计量阀1法兰连接，横管62与燃气接管5可以是法兰连接或焊接连接。
优选的，横管62的截面积大于燃气接管5的截面积，以保证燃气的预存量。
本发明的工作原理是：在启动V型燃气机4时，燃气计量阀1会打开一定的开度，燃气会通过燃气计量阀1进入到燃气缓冲装置6中，以对燃气进行预存。当V型燃气机4的两侧气缸启动时，燃气缓冲装置6能为气缸提供足够的燃气，这样将大大降低了两侧气缸因抢气而出现其中一侧气缸无法正常运行的现象。当一定量的燃气被分配到两侧的燃气接管5后，燃气在混合器2中与空气混合，最终进入缸内参与燃烧。当一侧气缸的燃气浓度偏浓，而另一侧偏稀时，则会出现两侧气缸工作不均衡的现象。并且在温度传感器或氧传感器监测到的两侧气缸排温差或过量空气系数差超出设定的阈值，进气系统会对两侧气缸的进气量进行调节。具体的调节方式为：
当两侧气缸涡轮前的排温差超出设定阈值时，即V型燃气机4的ECU检测到两侧气缸的涡轮前排温差≥30℃时，将触发对涡轮前排温较高一侧的控制。即对该侧的开关阀7进行调节，使其开度减少，以减小开关阀7的流通面积，阻碍部分燃气的通过。此时该侧的混合气体浓度会逐渐变稀，从而使得涡轮前的废气温度逐渐下降。但由于燃气的总供给量是不变的，因此另一侧燃气接管5的燃气流量将增大，该侧混合气浓度会逐渐变浓，使得涡前排温逐渐升高，最终两侧气缸的排温差会达到一个均衡稳定的温度点。试验表明，其排温差一般可实现偏差在≤10℃的范围，此时，则可认为两侧气缸的工作是均衡的。
当两侧气缸涡轮后的过量空气系数差超出设定阈值时，即V型燃气机4的ECU检测到两侧气缸的过量空气系数差≥0.05时，触发对过量空气系数较小一侧的控制。即对该侧的开关阀7进行调节，使其开度减少，以减小开关阀7的流通面积，阻碍部分燃气的通过。此时流经该侧的燃气流量变小，由于燃气的总供给量不变，因此，另一侧燃气接管5的燃气流量将增大，该侧混合气的浓度会逐渐变浓，最终使两侧气缸的混合气浓度达到一个均衡稳定的浓度点。试验表明，两侧气缸的过量空气系数偏差一般可实现在≤0.02的范围，此时可认为两侧工作是均衡的。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (9)

1.一种双侧进气的V型燃气机的进气控制方法，其特征在于，通过燃气缓冲装置预存燃气后再供给V型燃气机两侧气缸；同时实时监测V型燃气机两侧气缸的排气温度及其过量空气系数，并根据V型燃气机两侧气缸的排气温度差或过量空气系数差实时调节V型燃气机两侧气缸的进气量，以使V型燃气机两侧气缸的进气量均衡；
所述根据V型燃气机两侧气缸的排气温度差或过量空气系数差实时调节V型燃气机两侧气缸的进气量，具体包括：
当V型燃气机两侧气缸的排气温度差大于或等于设定排温阈值，或过量空气系数差大于或等于设定过量空气系数阈值时，减少排气温度较高或过量空气系数较小一侧气缸的进气量；否则以当前的进气量为两侧气缸进行供气。
2.根据权利要求1所述的一种双侧进气的V型燃气机的进气控制方法，其特征在于，所述设定排温阈值为20℃-35℃。
3.根据权利要求1所述的一种双侧进气的V型燃气机的进气控制方法，其特征在于，所述设定过量空气系数阈值为0.03-0.06。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种双侧进气的V型燃气机的进气控制方法，其特征在于，所述排气温度为V型燃气机两侧涡轮前的废气温度；所述过量空气系数的采样点位于V型燃气机涡轮后。
5.一种双侧进气的V型燃气机的进气系统，包括一个燃气计量阀(1)、两个混合器(2)和两个增压器(3)，两个所述增压器(3)与V型燃气机(4)两侧的气缸一一对应连接，两个所述混合器(2)与两个增压器(3)一一对应连接，两个所述混合器(2)的进气端分别连接有燃气接管(5)，其特征在于，还包括燃气缓冲装置(6)；所述燃气缓冲装置(6)的进气端与燃气计量阀(1)连接，所述燃气缓冲装置(6)的两个出气端分别与两个燃气接管(5)一一对应连接，所述燃气接管(5)上安装有开关阀(7)，所述V型燃气机(4)两侧气缸的排气管道上均安装有排温检测器和过量空气系数采样器，所述排温检测器和过量空气系数采样器均与V型燃气机(4)的ECU电性连接，所述开关阀(7)与V型燃气机(4)的ECU电性连接；
所述进气系统实现如权利要求1-4任一所述的一种双侧进气的V型燃气机的进气控制方法。
6.根据权利要求5所述的一种双侧进气的V型燃气机的进气系统，其特征在于，所述燃气缓冲装置(6)包括竖管(61)和横管(62)；所述竖管(61)的一端与燃气计量阀(1)连接，所述竖管(61)的另一端安装在横管(62)的中间位置，且所述竖管(61)与横管(62)相连通，所述横管(62)的两端分别与两个燃气接管(5)连接。
7.根据权利要求6所述的一种双侧进气的V型燃气机的进气系统，其特征在于，所述横管(62)的截面积大于燃气接管(5)的截面积。
8.根据权利要求5所述的一种双侧进气的V型燃气机的进气系统，其特征在于，所述开关阀(7)为球头阀或蝶阀。
9.根据权利要求5所述的一种双侧进气的V型燃气机的进气系统，其特征在于，所述排温检测器为温度传感器，所述温度传感器安装在V型燃气机(4)的涡轮前方；所述过量空气系数采样器为氧传感器，所述氧传感器安装在V型燃气机(4)的涡轮后方。
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