CN214741648U - 一种微喷引燃气体机燃烧控制系统及微喷引燃气体机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微喷引燃气体机燃烧控制系统及微喷引燃气体机，系统包括燃气喷射单元、微喷引燃共轨单元、进气单元、排气单元、中冷器热管理单元和控制单元；中冷器热管理单元包括与进气管路连通的中冷器、与控制单元电连接的中冷后空气温度传感器、与中冷器的介质端口连通的冷却介质循环管路及设于冷却介质循环管路上且与控制单元电连接的流量控制阀；中冷后空气温度传感器设于进气管路上；控制单元用于根据中冷后空气实际温度和当前工况下目标温度对流量控制阀的开度进行调节。微喷引燃气体机包括微喷引燃气体机燃烧控制系统。本实用新型可提升中低负荷下的空气温度、有效改善中低负荷下的排放、提高燃烧的经济性。

Description

一种微喷引燃气体机燃烧控制系统及微喷引燃气体机

技术领域

本实用新型属于微喷引燃气体机技术领域，尤其涉及一种微喷引燃气体机燃烧控制系统及微喷引燃气体机。

背景技术

目前，中小缸径气体机均采用火花塞点火的方式，而在缸径200mm及以上的大缸径气体机采用火花塞点火方式普遍存在低速小负荷及空载时单缸失火的现象，即使采用预燃室也无法解决，同时此种点火方式燃烧速度慢，动力响应性差，极大的限制了大缸径气体机船用主机的应用需求。但是现有的大缸径微喷引燃气体机，其微喷引燃控制多采用固定喷油量并按照额定工况下油量的百分比进行定义，存在中低负荷燃烧难以控制，替代率低，整机排放控制差等问题。

实用新型内容

旨在克服上述现有技术中存在的不足，本实用新型解决的技术问题是，提供一种微喷引燃气体机燃烧控制系统及微喷引燃气体机，可提升中低负荷下的空气温度，有效改善中低负荷下的排放，提高了燃烧的经济性。

为解决上述技术问题，第一方面，本实用新型实施例提供一种微喷引燃气体机燃烧控制系统，包括燃气喷射单元、微喷引燃共轨单元、进气单元、排气单元、用于对进气温度进行控制的中冷器热管理单元和控制单元；

所述中冷器热管理单元包括中冷器、中冷后空气温度传感器、冷却介质循环管路及设置于所述冷却介质循环管路上且与所述控制单元电连接的流量控制阀；所述中冷器的进气端与所述进气单元中的增压器连接，所述中冷器的出气端通过进气管路与机体进气腔连通，所述中冷后空气温度传感器设置于所述进气管路上且与所述控制单元电连接，所述中冷器的冷却介质端口与所述冷却介质循环管路连接；

所述控制单元用于根据所述中冷后空气温度传感器反馈的实际温度和当前工况下的目标温度对所述流量控制阀的开度进行调节。

进一步，所述进气单元还包括均与所述控制单元电连接的节气门和空气旁通阀；所述节气门位于所述增压器的下游且与所述中冷器的进气端连接；所述空气旁通阀与所述机体进气腔连通；所述节气门和所述空气旁通阀均用于调节所述机体进气腔内的空气量。

进一步，所述增压器的涡轮废气出口连接涡轮后接管，所述涡轮后接管上设有氧传感器。

进一步，所述燃气喷射单元包括燃气共轨管、与所述燃气共轨管连接的燃气轨压控制阀、设置于所述燃气共轨管上的燃气轨压传感器以及与所述燃气共轨管连接的燃气喷射阀；

所述燃气轨压控制阀、所述燃气轨压传感器以及所述燃气喷射阀均与所述控制单元电连接。

进一步，所述微喷引燃共轨单元包括微喷高压共轨管、与所述微喷高压共轨管连接的燃油轨压控制阀、设置于所述微喷高压共轨管上的燃油轨压传感器以及与所述微喷高压共轨管连接的燃油喷射器；

所述燃油轨压控制阀、所述燃油轨压传感器以及所述燃油喷射器均与所述控制单元电连接。

进一步，所述排气单元包括与各个气缸连接的排气分管、与所述排气分管交汇联通的排气总管，所述排气总管与所述增压器的废气出口连接，所述排气分管上设有排温传感器。

进一步，所述控制单元为发动机ECU。

进一步，所述控制单元包括发动机ECU和与所述发动机ECU通讯连接的数据采集器。

为解决上述技术问题，第二方面，本实用新型实施例还提供了一种微喷引燃气体机，包括上述的微喷引燃气体机燃烧控制系统。

由于采用了上述技术方案，取得的有益效果如下：

本实用新型中的微喷引燃气体机燃烧控制系统，包括燃气喷射单元、微喷引燃共轨单元、进气单元、排气单元、用于对进气温度进行控制的中冷器热管理单元和控制单元；中冷器热管理单元包括中冷器、中冷后空气温度传感器、冷却介质循环管路及设置于冷却介质循环管路上且与控制单元电连接的流量控制阀；中冷器的进气端与进气单元中的增压器连接，中冷器的出气端通过进气管路与机体进气腔连通，中冷后空气温度传感器设置于进气管路上且与控制单元电连接，中冷器的冷却介质端口与冷却介质循环管路连接。控制单元用于根据中冷后空气温度传感器反馈的实际温度和当前工况下的目标温度对流量控制阀的开度进行调节。

控制单元内预存有温度MAP，根据气体机转速和负荷信号查找温度MAP获得当前工况下的目标温度；控制单元根据中冷后空气温度传感器反馈的实际温度和查找到的目标温度对流量控制阀的开度进行调节，调节冷却介质流量进而实现中冷后空气温度的控制；尤其可提升中低负荷下的空气温度，有效改善中低负荷下的排放，提高了燃烧的经济性。且，并利用中冷后空气温度传感器反馈的实际温度和查找到的目标温度的温差，对引燃油量进行修正，以提高动力响应性。

附图说明

图1是本实用新型微喷引燃气体机燃烧控制系统的结构框图；

图2是本实用新型微喷引燃气体机燃烧控制系统的控制原理图；

图中：1-空滤器，2-增压器，3-流量控制阀，4-中冷器，5-中冷后空气温度传感器，6-机体进气腔，7-燃气共轨管，8-燃气喷射阀，9-燃气轨压控制阀，10-燃气轨压传感器，11-燃油喷射器，12-微喷高压共轨管，13-燃油轨压控制阀，14-燃油轨压传感器，15-排气总管，16-排温传感器，17-涡轮后接管，18-氧传感器，19-节气门，20-空气旁通阀。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

由图1和图2共同所示，本实施例公开了一种微喷引燃气体机燃烧控制系统，具体包括燃气喷射单元、微喷引燃共轨单元、进气单元、排气单元、用于对进气温度进行控制的中冷器热管理单元和控制单元。其中，中冷器热管理单元包括中冷器4、中冷后空气温度传感器5、冷却介质循环管路及设置于冷却介质循环管路上且与控制单元电连接的流量控制阀3；中冷器4的进气端与进气单元中的增压器2连接，中冷器4的出气端通过进气管路与机体进气腔6连通，中冷后空气温度传感器5设置于进气管路上且与控制单元电连接，中冷器4的冷却介质端口与冷却介质循环管路连接。全工况运行过程中，控制单元用于根据中冷后空气温度传感器5反馈的实际温度和当前工况下的目标温度(控制单元内预存有温度MAP，基于转速和负荷查找该温度MAP可获得当前工况下的目标温度)对流量控制阀3的开度进行调节；调节冷却介质流量进而实现中冷后空气温度的控制；尤其可提升中低负荷下的空气温度，有效改善中低负荷下的排放，提高了燃烧的经济性。

其中，燃气喷射单元包括燃气共轨管7、与燃气共轨管7连接的燃气轨压控制阀9、设置于燃气共轨管7上的燃气轨压传感器10以及与燃气共轨管7连接的燃气喷射阀8；燃气轨压控制阀9、燃气轨压传感器10以及燃气喷射阀8均与控制单元电连接。

燃气喷射过程，燃气经共轨泵加压、通过燃气轨压控制阀9控制、具有一定压力的燃气经燃气共轨管7到达燃气喷射阀8(安装在各缸气缸盖的进气歧管上，靠近进气门处)，控制单元基于发动机转速传感器和凸轮轴位置传感器等实时监控发动机各信号，根据发动机当前运行工况实现燃气喷射阀8的顺序开启及喷射量控制，燃气喷射阀8打开后，燃气进入各缸气缸盖的进气歧管，与流经空滤器1、增压器2和中冷器4的空气一同进入缸内。

其中，微喷引燃共轨单元包括微喷高压共轨管12、与微喷高压共轨管12连接的燃油轨压控制阀13、设置于微喷高压共轨管12上的燃油轨压传感器14以及与微喷高压共轨管12连接的燃油喷射器11；燃油轨压控制阀13、燃油轨压传感器14以及燃油喷射器11均与控制单元电连接。

微喷引燃过程，燃油经共轨泵加压后通过燃油轨压控制阀13，进入微喷高压共轨管12，到达各缸的燃油喷射器11，控制单元根据发动机当前运行工况实现燃油喷射器11的喷油量、喷油角度的不同控制(需要预选标定出目标MAP，然后利用中冷后空气温度传感器5反馈的实际温度和查找到的目标温度的温差，对查找目标MAP获得的引燃油量进行修正，以提高动力响应性，具体控制策略在此不做赘述)，燃油喷射器11打开后燃油经雾化后喷入缸内，代替火花塞进行点火。且，微喷引燃气体机燃烧控制系统预留部分纯柴油功率输出的能力，因此在特殊情况下(如燃气供气故障，无气源等)还可以跛行回家，不至于完全失去动力。

其中，排气单元包括与各个气缸连接的排气分管、与排气分管交汇联通的排气总管15，排气总管15与增压器2的废气出口连接，排气分管上设有排温传感器16。目前的燃气排温自动修正只是简单的判断各缸排温与平均排温的温差，进而增加或减小燃气喷射量，在某些特殊情况下，出现燃气过稀导致后燃引起排温高但作功差的现象，这种时候如不增加基准值修正，容易出现越修正各缸均匀性越差，导致功能紊乱；为了解决大缸径发动机空气进气不均匀带来的燃烧问题，实现发动机工作的均匀性，减小排温自动修正的幅度，避免常规排温自动修正功能紊乱。本实施例通过台架试验，基于各缸的排温传感器16反馈的温度信号对导致温度变化的因素进行判断，基于判断结果对各缸的燃气喷射阀8的喷射角度及喷射量对应的基准值(也可认为是喷射时刻及喷射持续期对应的基准值)进行了重新标定，并将重新标定的基准值预存在控制单元中，便于现有燃气排温自动修正策略(公知技术，在此不做赘述)的正常实施。

为了进一步改善燃烧的稳定性和排放性能并及时解决负荷突卸时的增压器喘振问题；本实施例对上述结构做了进一步改进，本实施例中的进气单元还包括均与控制单元电连接的节气门19和空气旁通阀20；节气门19位于增压器2的下游且与中冷器4的进气端连接；空气旁通阀20与机体进气腔6连通；节气门19和空气旁通阀20均用于调节机体进气腔6内的空气量。增压器2的涡轮废气出口连接涡轮后接管17，涡轮后接管17上设有用于实现空燃比闭环控制的氧传感器18。

节气门19和空气旁通阀20的增设可降低增压器2的匹配难度，进一步提升中小负荷响应性。且节气门19、空气旁通阀20并结合氧传感器18，可实现不同工况下的空燃比控制、负载限制及防喘振控制功能。

下面基于控制单元预先置入的控制策略，对其上述控制功能进行简要阐述：

正常运行时控制单元实时采集发动机转速、负荷等信号，根据负载及空燃比标定不同工况下节气门19的极限开度及燃气喷射量的极限，并将标定数据预存到控制单元内。

其中，空燃比开环控制是通过调整空气旁通阀20开度实现，将多余的空气排出，空气旁通阀20将实际的开度信号反馈给控制单元(内设有空气旁通阀开度MAP，通过发动机转速和负荷查找空气旁通阀开度MAP，可获得当前目标开度)。在使用氧传感器18进行空燃比闭环控制时，控制单元根据不同工况下空燃比MAP使空气旁通阀20按照PID进行控制，如氧传感器18出现故障，则自动切换至空燃比开环控制模式。

在负荷突卸时，自动转入纯柴油模式，同时节气门19全开，空气旁通阀20自动进入防喘振模式(由空燃比控制功能转为防喘振功能)，空气旁通阀20直接打开至预设的开度，可有效的改善碳氢排放、燃烧稳定性及解决负荷突卸时的增压器2喘振问题。在负荷突加时，控制单元控制燃油喷射器11按照设定目标MAP以设定斜率加大引燃油量，提高瞬态响应性，克服常规气体机响应性差的缺点。

本实施例中，控制单元为发动机ECU；或者，控制单元包括发动机ECU和与发动机ECU电连接(CAN总线连接或485通讯连接)的数据采集器；利用数据采集器可进行功能性零部件信号的采集及反馈，减少发动机ECU功能通道的需求数量；数据计算、存储及指令发送等由发动机ECU负责，数据采集器只进行数据采集和传输。

本实施例还公开了一种包含上述微喷引燃气体机燃烧控制系统的微喷引燃气体机。

综上所述，本实用新型将微喷引燃控制、燃气控制、空气旁通阀20自动控制、节气门19控制、防喘振功能及中冷器热管理单元融为一体，圆满的解决大缸径最低工作稳定转速下及空载时单缸失火问题、并有效的提高了中低负荷燃烧经济性，改善了排放，大大提高了动力响应性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限值本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微喷引燃气体机燃烧控制系统，其特征在于，包括燃气喷射单元、微喷引燃共轨单元、进气单元、排气单元、用于对进气温度进行控制的中冷器热管理单元和控制单元；

所述中冷器热管理单元包括中冷器、中冷后空气温度传感器、冷却介质循环管路及设置于所述冷却介质循环管路上且与所述控制单元电连接的流量控制阀；所述中冷器的进气端与所述进气单元中的增压器连接，所述中冷器的出气端通过进气管路与机体进气腔连通，所述中冷后空气温度传感器设置于所述进气管路上且与所述控制单元电连接，所述中冷器的冷却介质端口与所述冷却介质循环管路连接；

所述控制单元用于根据所述中冷后空气温度传感器反馈的实际温度和当前工况下的目标温度对所述流量控制阀的开度进行调节。

2.根据权利要求1所述的微喷引燃气体机燃烧控制系统，其特征在于，所述进气单元还包括均与所述控制单元电连接的节气门和空气旁通阀；所述节气门位于所述增压器的下游且与所述中冷器的进气端连接；所述空气旁通阀与所述机体进气腔连通；所述节气门和所述空气旁通阀均用于调节所述机体进气腔内的空气量。

3.根据权利要求2所述的微喷引燃气体机燃烧控制系统，其特征在于，所述增压器的涡轮废气出口连接涡轮后接管，所述涡轮后接管上设有氧传感器。

4.根据权利要求1所述的微喷引燃气体机燃烧控制系统，其特征在于，所述燃气喷射单元包括燃气共轨管、与所述燃气共轨管连接的燃气轨压控制阀、设置于所述燃气共轨管上的燃气轨压传感器以及与所述燃气共轨管连接的燃气喷射阀；

所述燃气轨压控制阀、所述燃气轨压传感器以及所述燃气喷射阀均与所述控制单元电连接。

5.根据权利要求1所述的微喷引燃气体机燃烧控制系统，其特征在于，所述微喷引燃共轨单元包括微喷高压共轨管、与所述微喷高压共轨管连接的燃油轨压控制阀、设置于所述微喷高压共轨管上的燃油轨压传感器以及与所述微喷高压共轨管连接的燃油喷射器；

所述燃油轨压控制阀、所述燃油轨压传感器以及所述燃油喷射器均与所述控制单元电连接。

6.根据权利要求1所述的微喷引燃气体机燃烧控制系统，其特征在于，所述排气单元包括与各个气缸连接的排气分管、与所述排气分管交汇联通的排气总管，所述排气总管与所述增压器的废气出口连接，所述排气分管上设有排温传感器。

7.根据权利要求1至6任一项所述的微喷引燃气体机燃烧控制系统，其特征在于，所述控制单元为发动机ECU。

8.根据权利要求1至6任一项所述的微喷引燃气体机燃烧控制系统，其特征在于，所述控制单元包括发动机ECU和与所述发动机ECU通讯连接的数据采集器。

9.一种微喷引燃气体机，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的微喷引燃气体机燃烧控制系统。

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