RU2520787C1 - Gas engine control system - Google Patents

Gas engine control system Download PDF

Info

Publication number
RU2520787C1
RU2520787C1 RU2013107646/06A RU2013107646A RU2520787C1 RU 2520787 C1 RU2520787 C1 RU 2520787C1 RU 2013107646/06 A RU2013107646/06 A RU 2013107646/06A RU 2013107646 A RU2013107646 A RU 2013107646A RU 2520787 C1 RU2520787 C1 RU 2520787C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
stage
pressure
solenoid valve
working cylinders
Prior art date
Application number
RU2013107646/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Евгеньевич Хрящев
Владимир Сергеевич Фавстов
Александр Викторович Жаров
Александр Анатольевич Павлов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет"
Priority to RU2013107646/06A priority Critical patent/RU2520787C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2520787C1 publication Critical patent/RU2520787C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: control system can be used for control over gas engine incorporated with motor generator and co-generators for application of gas or mix of gases of various calorific capacity. Proposed system comprises electronic control unit and thermocouple connected therewith and arranged in exhaust manifold, crankshaft rpm, detonation and air flow rate transducers, camshaft angular position transducers and gas pressure and temperature transducers. Additionally, this system comprises bypass solenoid valve arranged at two-stage low-pressure reducer first stage connected on one side via said bypass solenoid valve with said first stage and, on the other side, via three-way control valve with gas main line. Relative calorific capacity of gas is defined by off-gas temperature and working gas pressure corrected to use the increased gas pressure from first stage for operation of gas engine at increased gas feed.
EFFECT: higher control efficiency.
1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно - к системе управления многотопливным газопоршневым двигателем, и предполагается использовать в области энергообеспечения в составе мотор-генераторов и когенерационных установок.The invention relates to engine building, and in particular to a control system for a multi-fuel gas piston engine, and is intended to be used in the field of energy supply as a part of motor generators and cogeneration plants.

Эксплуатация энергетических установок на основе газопоршневых двигателей показала актуальность проблемы использования газа или смеси горючих газов различной теплотворной способности, в том числе и низкой.The operation of power plants based on gas piston engines has shown the urgency of the problem of using a gas or a mixture of combustible gases of different calorific value, including low.

Известна система управления газопоршневым двигателем (RU 2424440 C1; МПК F02D 19/02, F02M 21/02; опубл. 20.07.2011), содержащим корпус, в котором установлены коленчатый вал с маховиком, рабочие цилиндры с подсоединенными к ним впускным и выпускным коллекторами, состоящая из трубопровода низкого давления, соединенного с дожимным компрессором, к которому подсоединен трубопровод повышенного давления, разветвленный перед впускным коллектором по числу рабочих цилиндров. Ответвления трубопровода повышенного давления соединены через подводящие патрубки с впускным коллектором и в каждом из них установлено по два регулировочных клапана расхода газа, один из которых установлен в дополнительный подводящий канал. Управление частотой вращения газопоршневого двигателя организовано на основе обратной связи через датчик частоты вращения коленчатого вала. Если для поддержания необходимого нагрузочно-скоростного режима газопоршневого двигателя не хватает количества поступающего газа, в связи с недостаточной теплотворной способностью газа, то по замкнутой цепи управления, состоящей из датчика частоты вращения коленчатого вала и всех регулировочных клапанов расхода газа, осуществляется корректировка состава газовоздушной смеси за счет управления производительностью дожимного компрессора.A known gas piston engine control system (RU 2424440 C1; IPC F02D 19/02, F02M 21/02; publ. 07/20/2011), comprising a housing in which a crankshaft with a flywheel is installed, working cylinders with intake and exhaust manifolds connected to them, consisting of a low pressure pipe connected to a booster compressor, to which a high pressure pipe is connected, branched in front of the intake manifold by the number of working cylinders. Branches of the high pressure pipeline are connected through the inlet pipes to the inlet manifold and in each of them two gas flow control valves are installed, one of which is installed in the additional supply channel. The control of the gas piston engine speed is organized based on feedback through the crankshaft speed sensor. If the amount of incoming gas is insufficient for maintaining the required load-speed mode of the gas piston engine due to insufficient calorific value of the gas, then the closed-loop control circuit consisting of the crankshaft speed sensor and all gas flow control valves adjusts the composition of the gas-air mixture for Booster compressor performance control account.

Недостатком представленной системы управления газопоршневым двигателем является чрезмерная сложность конструкции системы топливоподачи вследствие применения: дожимного компрессора; трубопровода повышенного давления с ответвлениями для каждого рабочего цилиндра и большого количества регулировочных клапанов расхода газа.The disadvantage of the presented gas piston engine control system is the excessive complexity of the design of the fuel supply system due to the use of: a booster compressor; high pressure pipelines with branches for each working cylinder and a large number of gas flow control valves.

Известна система управления газопоршневым двигателем (RU 2434150 C2; МПК F02B 43/00, F02M 21/02, F02M 21/04; опубл. 20.11.2011), содержащим корпус, в котором установлены коленчатый вал с маховиком, рабочие цилиндры с подсоединенными к ним впускным и выпускным коллекторами, состоящая из трубопровода низкого давления, соединенного с дожимным компрессором, к которому подсоединен трубопровод повышенного давления, разветвленный перед впускным коллектором по числу рабочих цилиндров. В каждом ответвлении трубопровода повышенного давления, соединенного с впускным коллектором, установлено по одному регулировочному клапану расхода газа. К трубопроводу низкого давления до дожимного компрессора подключен дополнительный подводящий канал, оснащенный датчиком расхода газа и дополнительным регулировочным клапаном расхода газа. Кроме того, система оснащена охладителем воздуха и газовоздушным смесителем. Для обратной связи по частоте вращения коленчатого вала используется датчик частоты вращения. Необходимое количество поступающего газа осуществляется регулированием производительности дожимного компрессора.Known gas engine control system (RU 2434150 C2; IPC F02B 43/00, F02M 21/02, F02M 21/04; publ. 11/20/2011), comprising a housing in which a crankshaft with a flywheel is installed, working cylinders are connected to them inlet and exhaust manifolds, consisting of a low pressure pipe connected to a booster compressor, to which a high pressure pipe is connected, branched in front of the intake manifold according to the number of working cylinders. In each branch of the high pressure pipeline connected to the intake manifold, one gas flow control valve is installed. An additional supply channel is connected to the low pressure pipeline to the booster compressor, equipped with a gas flow sensor and an additional gas flow control valve. In addition, the system is equipped with an air cooler and a gas-air mixer. For feedback on the speed of the crankshaft, a speed sensor is used. The required amount of incoming gas is carried out by regulating the performance of the booster compressor.

Недостатком представленной системы управления газопоршневым двигателем является чрезмерная сложность конструкций систем топливо- и воздухоподачи за счет применения: дожимного компрессора; трубопровода повышенного давления с ответвлениями для каждого рабочего цилиндра, на которых установлены регулировочные клапаны расхода газа; дополнительного подводящего канала, оснащенного дополнительным регулировочным клапаном расхода, и газовоздушного смесителя.The disadvantage of the presented gas piston engine control system is the excessive complexity of the design of the fuel and air supply systems due to the use of: a booster compressor; high pressure pipelines with branches for each working cylinder, on which gas flow control valves are installed; an additional inlet channel equipped with an additional flow control valve, and a gas-air mixer.

Известна система управления газопоршневым двигателем (EP 0142490 A2; МПК F02D 19/02, F02B 43/00, F02D 35/00; опубл. 22.05.1985), в которой используется подсистема непосредственного определения теплотворной способности газа путем анализа его химического состава. По уровню содержания в газе метана с помощью специального датчика формируется сигнал для корректировки давления газа, а следовательно, и его количества. При низкой теплотворной способности газа его давление повышается посредством дожимного компрессора, а с помощью термопары и кислородного датчика, установленных в выпускном коллекторе, осуществляется обратная связь по регулированию количества воздуха, поступающего во впускной коллектор.A known gas piston engine control system (EP 0142490 A2; IPC F02D 19/02, F02B 43/00, F02D 35/00; publ. 05/22/1985), which uses a subsystem to directly determine the calorific value of a gas by analyzing its chemical composition. According to the level of methane content in the gas, a signal is generated using a special sensor to adjust the gas pressure, and therefore its quantity. At low calorific value of gas, its pressure rises by means of a booster compressor, and feedback is used to regulate the amount of air entering the intake manifold using a thermocouple and an oxygen sensor installed in the exhaust manifold.

Однако применение системы непосредственного определения теплотворной способности газа, дожимного компрессора и кислородного датчика усложняет систему и увеличивает ее стоимость.However, the use of a system for directly determining the calorific value of gas, a booster compressor and an oxygen sensor complicates the system and increases its cost.

Известна электронная система управления топливоподачей газопоршневого двигателя с фазированным распределенным впрыском газа (Золотницкий В.А. Автомобильные газовые топливные системы. - М.: Астрель, 2009. - 128 с., ил.). Газопоршневой двигатель содержит корпус, в котором установлены коленчатый вал с маховиком, рабочие цилиндры с подсоединенными к ним впускным и выпускным коллекторами. Данная система состоит из по меньшей мере двухступенчатого редуктора низкого давления, последняя ступень которого соединена через трубопровод низкого давления с газовой магистралью, оснащенной датчиками давления, температуры газа и газовыми электромагнитными форсунками, каждая из которых соединена через оснащенный штуцером шланг с впускным коллектором в непосредственной близости от рабочих цилиндров, содержащих высоковольтные модули зажигания и соединенных с выпускным коллектором, на выходе из которого установлен датчик кислорода. В состав системы также входит датчик частоты вращения коленчатого вала, размещенный в корпусе газопоршневого двигателя в непосредственной близости от маховика.Known electronic control system for the fuel supply of a gas piston engine with a phased distributed gas injection (Zolotnitsky VA Automotive gas fuel systems. - M .: Astrel, 2009. - 128 p., Ill.). The gas-piston engine contains a housing in which a crankshaft with a flywheel is installed, working cylinders with intake and exhaust manifolds connected to them. This system consists of at least a two-stage low pressure reducer, the last stage of which is connected through a low-pressure pipeline to a gas line equipped with pressure sensors, gas temperature and gas electromagnetic nozzles, each of which is connected through a hose equipped with a fitting with an intake manifold in the immediate vicinity of working cylinders containing high-voltage ignition modules and connected to the exhaust manifold, at the outlet of which an oxygen sensor is installed . The system also includes a crankshaft sensor located in the body of the gas engine in the immediate vicinity of the flywheel.

Недостатком данной системы управления топливоподачей газопоршневого двигателя с фазированным распределенным впрыском газа является невозможность использования газа различной теплотворной способности, в том числе и низкой, а также наличие дорогостоящего кислородного датчика.The disadvantage of this fuel supply system for a gas piston engine with a phased distributed gas injection is the inability to use gas of different calorific value, including low, as well as the presence of an expensive oxygen sensor.

Для предлагаемого изобретения наиболее близким из аналогов по технической сущности, выбранным в качестве прототипа системы управления газопоршневого двигателя, является система управления газопоршневым двигателем (RU 106662 U1; МПК F02B 63/04; F02D 19/02; F02P 3/00; опубл. 20.07.2011), содержащим корпус, в котором установлены коленчатый вал с маховиком, распределительный вал, рабочие цилиндры с подсоединенными к ним впускным и выпускным коллекторами, а также воздухоподводящую линию, соединенную с впускным коллектором. Система управления состоит из по меньшей мере двухступенчатого редуктора низкого давления, последняя ступень которого соединена через трубопровод низкого давления с газовой магистралью, оснащенной газовыми электромагнитными форсунками, нижняя часть каждой из которых размещена во впускном коллекторе в непосредственной близости от рабочих цилиндров, содержащих высоковольтные модули зажигания и соединенных с выпускным коллектором, в котором расположено по одной термопаре для каждого рабочего цилиндра соответственно, а на выходе установлен кислородный датчик. В состав системы также входит электронный блок управления, электрически связанный с датчиками частоты вращения коленчатого вала, углового положения распределительного вала и детонации, размещенными в корпусе в непосредственной близости от маховика, распределительного вала и рабочих цилиндров соответственно, электроуправляемой дроссельной заслонкой и датчиком расхода воздуха, установленных в воздухоподводящей линии, газовыми электромагнитными форсунками, высоковольтными модулями зажигания, а также термопарами и кислородным датчиком, установленными в выпускном коллекторе.For the present invention, the closest of the analogues in technical essence, selected as a prototype of a gas piston engine control system, is a gas piston engine control system (RU 106662 U1; IPC F02B 63/04; F02D 19/02; F02P 3/00; publ. 20.07. 2011), comprising a housing in which a crankshaft with a flywheel, a camshaft, working cylinders with intake and exhaust manifolds connected to them, as well as an air supply line connected to the intake manifold are installed. The control system consists of at least a two-stage low pressure reducer, the last stage of which is connected via a low pressure pipeline to a gas line equipped with gas electromagnetic nozzles, the lower part of each of which is located in the intake manifold in the immediate vicinity of the working cylinders containing high-voltage ignition modules and connected to the exhaust manifold, in which there is one thermocouple for each working cylinder, respectively, and at the outlet The oxygen sensor has been updated. The system also includes an electronic control unit, electrically connected to the sensors of the crankshaft speed, camshaft angle and detonation, located in the housing in the immediate vicinity of the flywheel, camshaft and working cylinders, respectively, an electrically controlled throttle and an air flow sensor installed in the air supply line, gas electromagnetic nozzles, high-voltage ignition modules, as well as thermocouples and oxygen sensors om installed in the exhaust manifold.

У этой системы управления газопоршневым двигателем тоже имеется недостаток: невозможность использования газа различной теплотворной способности, в том числе и низкой.This gas piston engine control system also has a drawback: the inability to use gas of different calorific value, including low.

Задачей изобретения является создание системы управления газопоршневым двигателем с возможностью использования газа или смеси горючих газов различной теплотворной способности, в том числе и низкой. При этом применяемый в газопоршневом двигателе газ может быть как природного, нефтяного, так и биологического происхождения.The objective of the invention is to provide a control system for a gas piston engine with the possibility of using gas or a mixture of combustible gases of different calorific value, including low. At the same time, the gas used in the gas engine can be of natural, oil, or biological origin.

Система управления газопоршневым двигателем, содержащим корпус, в котором установлены коленчатый вал с маховиком, распределительный вал, рабочие цилиндры с подсоединенными к ним впускным и выпускным коллекторами, а также воздухоподводящую линию, соединенную с впускным коллектором, состоящая из по меньшей мере двухступенчатого редуктора низкого давления, последняя ступень которого соединена посредством трубопровода низкого давления с газовой магистралью, оснащенной газовыми электромагнитными форсунками, нижняя часть каждой из которых размещена во впускном коллекторе в непосредственной близости от рабочих цилиндров, содержащих высоковольтные модули зажигания и соединенных с выпускным коллектором, в котором расположена по крайней мере одна термопара, и из электронного блока управления, электрически связанного с датчиками частоты вращения коленчатого вала, углового положения распределительного вала и детонации, размещенных в корпусе в непосредственной близости от маховика, распределительного вала и рабочих цилиндров соответственно, электроуправляемой дроссельной заслонкой и датчиком расхода воздуха, установленных в воздухоподводящей линии, газовыми электромагнитными форсунками, высоковольтными модулями зажигания и термопарой. Система управления газопоршневым двигателем оснащена также перепускным электромагнитным клапаном, установленным на первой ступени по меньшей мере двухступенчатого редуктора низкого давления, трубопроводом повышенного давления, соединенным с одной стороны через перепускной электромагнитный клапан с первой ступенью по меньшей мере двухступенчатого редуктора низкого давления, а с другой стороны через трехходовой регулировочный клапан с газовой магистралью, дополнительно оснащенной датчиками давления и температуры газа, причем перепускной электромагнитный клапан, трехходовой регулировочный клапан, датчики давления и температуры газа электрически связаны с электронным блоком управления.A gas piston engine control system comprising a housing in which a crankshaft with a flywheel, a camshaft, working cylinders with intake and exhaust manifolds connected to them, as well as an air supply line connected to the intake manifold, consisting of at least a two-stage low pressure reducer, are installed, the last stage of which is connected by means of a low pressure pipeline to a gas line equipped with gas electromagnetic nozzles, the lower part of each of which s located in the intake manifold in the immediate vicinity of the working cylinders containing high-voltage ignition modules and connected to the exhaust manifold, in which at least one thermocouple is located, and from an electronic control unit electrically connected to the sensors of the crankshaft speed, the angular position of the camshaft and detonation, located in the housing in close proximity to the flywheel, camshaft and working cylinders, respectively, electrically controlled throttle hydrochloric damper and the air flow sensor installed in the air supply lines, gas solenoid injectors, ignition modules, high voltage and thermocouple. The gas engine control system is also equipped with a bypass solenoid valve installed in the first stage of at least a two-stage low pressure reducer, an overpressure pipe connected on one side via an bypass solenoid valve with the first stage of at least a two-stage low pressure reducer, and on the other hand through three-way control valve with a gas line, additionally equipped with pressure and gas temperature sensors, and starting solenoid valve, three-way control valve, gas pressure and temperature sensors are electrically connected to the electronic control unit.

Применение данной системы основано на той особенности газопоршневого двигателя, что об изменении теплотворной способности газа приближенно можно судить по изменению температуры отработавших газов, а поскольку особой точности определения теплотворной способности газа и не требуется, то и система управления газопоршневым двигателем может учитывать эту особенность. В этом состоит новизна изобретения. Так, о зависимости температуры отработавших газов от теплотворной способности газа можно судить исходя из формулы:The application of this system is based on the peculiarity of a gas piston engine that a change in the calorific value of a gas can be judged approximately by a change in the temperature of the exhaust gases, and since it is not required to accurately determine the calorific value of a gas, the gas piston engine control system can take this feature into account. This is the novelty of the invention. So, the dependence of the temperature of the exhaust gases on the calorific value of the gas can be judged on the basis of the formula:

H u = c v (T T 0 ) , (1)

Figure 00000001
H u = c v (T - T 0 ) , (one)
Figure 00000001

где Hu - теплотворная способность газа, кДж/м3;where H u is the calorific value of the gas, kJ / m 3 ;

Cy - объемная теплоемкость веществ в составе отработавших газов, кДж/(м3·К);C y is the volumetric heat capacity of the substances in the exhaust gas, kJ / (m 3 · K);

T - температура отработавших газов, К;T is the temperature of the exhaust gas, K;

T0 - температура газа в газовой магистрали, К.T 0 - gas temperature in the gas line, K.

В базе данных электронного блока управления заложены параметры газа, принятого за эталон. В результате формула (1) примет частный случай, имеющий вид:The database of the electronic control unit contains the parameters of the gas adopted as the standard. As a result, formula (1) will take a special case, having the form:

H u1 = c v1 (T 1 T 0 ) , (2)

Figure 00000002
H u1 = c v1 (T one - T 0 ) , (2)
Figure 00000002

где Hu1 - эталонная теплотворная способность газа, кДж/м3;where H u1 is the reference calorific value of the gas, kJ / m 3 ;

cv1 - эталонная объемная теплоемкость веществ в составе отработавших газов, кДж/(м3·К);c v1 - reference volumetric heat capacity of substances in the composition of the exhaust gases, kJ / (m 3 · K);

Т1 - эталонная температура отработавших газов, К.T 1 - reference temperature of the exhaust gases, K.

Кроме газа, принятого за эталон, для поддержания работы газопоршневого двигателя на заданном нагрузочно-скоростном режиме может применяться газ или же смесь горючих газов, теплотворная способность которых неизвестна. Поэтому действительная теплотворная способность газа может быть представлена частным случаем формулы (I):In addition to the gas adopted as the standard, a gas or a mixture of combustible gases, the calorific value of which is unknown, can be used to maintain the gas piston engine at a given load-speed mode. Therefore, the actual calorific value of the gas can be represented by a special case of formula (I):

H u2 = c v2 (T 2 T 0 ) , (3)

Figure 00000003
H u2 = c v2 (T 2 - T 0 ) , (3)
Figure 00000003

где cv2 - действительная объемная теплоемкость веществ в составе отработавших газов, кДж/(м3·К);where c v2 is the actual volumetric heat capacity of the substances in the exhaust gas, kJ / (m 3 · K);

T2 - действительная температура отработавших газов, К.T 2 is the actual temperature of the exhaust gas, K.

По формуле (3) определить действительную теплотворную способность газа не представляется возможным, так как в электронный блок управления не поступает достаточного количество информации, а, точнее, не известна действительная объемная теплоемкость веществ в составе отработавших газов. Поэтому в соответствии с представленным изобретением системы управления газопоршневым двигателем предлагается определение относительной теплотворной способности газа, что подразумевает вычисление величины действительной теплотворной способности газа относительно эталонного значения, в результате формула (1) преобразуется:By formula (3), it is not possible to determine the actual calorific value of gas, since a sufficient amount of information is not received in the electronic control unit, or rather, the actual volumetric heat capacity of the substances in the exhaust gas is not known. Therefore, in accordance with the invention of a gas piston engine control system, it is proposed to determine the relative calorific value of the gas, which implies the calculation of the actual calorific value of the gas relative to the reference value, as a result, formula (1) is converted:

H u1-2 = c v1 (T 1 T 2 ) , (4)

Figure 00000004
H u1-2 = c v1 (T one - T 2 ) , (four)
Figure 00000004

В соответствии с рассчитанным по формуле (4) значением относительной теплотворной способности газа электронным блоком управления по заложенному в нем алгоритму осуществляются корректировки подачи газа и воздуха, момента срабатывания высоковольтных модулей зажигания, а также рабочего значения давления газа. Предлагаемая система управления газопоршневым двигателем позволяет осуществлять подачу газа через газоподводящую линию и по меньшей мере двухступенчатый редуктор низкого давления, при достижении в последней ступени которого рабочего значения давления газа, в трубопровод низкого давления, через который газ поступает во впускной коллектор и дозируется там с помощью газовых форсунок, где смешивается с воздухом, поступающим через воздухоподводящую линию и дозируется там с помощью дроссельной заслонки, причем точность дозирования обоих компонентов топливовоздушной смеси осуществляется с помощью электронного блока управления на основе анализа показаний датчиков частоты вращения коленчатого вала, углового положения распределительного вала, детонации и расхода воздуха; далее газовоздушная смесь засасывается в рабочие цилиндры, воспламеняется по команде электронного блока управления от высоковольтных модулей зажигания и сгорает, совершая полезную работу. Образовавшиеся после сгорания газовоздушной смеси отработавшие газы вытесняются в выпускной коллектор, где с помощью термопары осуществляется измерение их температуры и передача ее значения сигналом в электронный блок управления, посредством которого производится сравнение полученной действительной температуры отработавших газов с сохраненной ранее в запоминающем устройстве электронного блока управления эталонной температурой отработавших газов, по результатам которого производится вычисление относительной теплотворной способности газа, и, как следствие, корректировка рабочего значения давления газа, после чего от электронного блока управления подается управляющий сигнал на перепускной электромагнитный клапан, посредством которого газ повышенного давления отводится от первой ступени по меньшей мере двухступенчатого редуктора низкого давления в трубопровод повышенного давления, а затем подается через трехходовой регулировочный клапан, открытый по команде электронного блока управления, в газовую магистраль.In accordance with the value of the relative calorific value of gas calculated by formula (4), the electronic control unit adjusts the gas and air supply, the moment of operation of the high-voltage ignition modules, and also the operating value of the gas pressure according to the algorithm laid down in it. The proposed gas piston engine control system allows gas to be supplied through a gas supply line and at least a two-stage low pressure reducer, when the last stage reaches the working value of gas pressure, into a low pressure pipeline through which gas enters the intake manifold and is dosed there using gas nozzles, where it is mixed with the air entering through the air supply line and dosed there by the throttle, moreover, the dosing accuracy of both components of the air-fuel mixture is carried out using an electronic control unit based on an analysis of the readings of the sensors for the crankshaft speed, the angular position of the camshaft, detonation and air flow; Further, the gas-air mixture is sucked into the working cylinders, ignited by the command of the electronic control unit from the high-voltage ignition modules, and burns out, doing useful work. The exhaust gases formed after combustion of the gas-air mixture are forced into the exhaust manifold, where their temperature is measured using a thermocouple and its value is transmitted to the electronic control unit by means of which the obtained actual temperature of the exhaust gases is compared with the reference temperature stored previously in the memory of the electronic control unit exhaust gas, which is used to calculate the relative calorific value gas quality, and, as a result, adjustment of the working value of the gas pressure, after which a control signal is supplied from the electronic control unit to the bypass solenoid valve, through which the high-pressure gas is removed from the first stage of at least a two-stage low-pressure reducer to the high-pressure pipeline, and then it is fed through a three-way control valve, open at the command of the electronic control unit, into the gas line.

Существенные отличия предлагаемой системы управления газопоршневым двигателем от выбранного прототипа состоят в том, что первая ступень по меньшей мере двухступенчатого редуктора низкого давления дополнительно снабжена перепускным электромагнитным клапаном, соединенным с трубопроводом повышенного давления, который подключен к газовой магистрали через трехходовой регулировочный клапан, а газовая магистраль дополнительно оснащена датчиками давления и температуры газа.Significant differences of the proposed gas piston engine control system from the selected prototype are that the first stage of at least a two-stage low pressure reducer is additionally equipped with a bypass solenoid valve connected to the high pressure pipe, which is connected to the gas line through a three-way control valve, and the gas line equipped with pressure and gas temperature sensors.

На фиг. изображена схема системы управления газопоршневым двигателем. Система управления газопоршневым двигателем 1, состоящим из корпуса, в котором установлены коленчатый вал с маховиком, распределительный вал, рабочие цилиндры 2 с подсоединенными к ним впускным 3 и выпускным 4 коллекторами, содержащая воздухоподводящую линию 5, соединенную с впускным коллектором 3 и газоподводящую линию 6 с установленным в ней двухступенчатым редуктором 7 низкого давления, имеющим две ступени (первая - 7a и вторая - 7б соответственно), вторая ступень 76 которого соединена посредством трубопровода низкого давления 8 через трехходовой регулировочный клапан 9 с газовой магистралью 10, а первая ступень 7а подключена через перепускной электромагнитный клапан 11 к трубопроводу повышенного давления 12, который в свою очередь подключен через трехходовой регулировочный клапан 9 к газовой магистрали 10, оснащенной датчиками давления 13 и температуры 14 газа, а также газовыми электромагнитными форсунками 15, нижняя часть каждой из которых размещена во впускном коллекторе 3 в непосредственной близости от рабочих цилиндров 2, содержащих высоковольтные модули зажигания 16 и соединенных с выпускным коллектором 4, в котором расположена термопара 17. Кроме того, система управления газопоршневым двигателем содержит электронный блок управления 18, электрически связанный с датчиками частоты вращения коленчатого вала 19, углового положения распределительного вала 20 и детонации 21, размещенных в корпусе в непосредственной близости от маховика, распределительного вала и рабочих цилиндров 2 соответственно, электроуправляемой дроссельной заслонкой 22 и датчиком расхода воздуха 23, установленных в воздухоподводящей линии 5, газовыми электромагнитными форсунками 15, высоковольтными модулями зажигания 16, термопарой 17, перепускным электромагнитным клапаном 11, трехходовым регулировочным клапаном 9, датчиками давления 13 и температуры 14 газа.In FIG. shows a diagram of a gas engine control system. The control system for a gas piston engine 1, consisting of a housing in which a crankshaft with a flywheel, a camshaft, working cylinders 2 with inlet 3 and exhaust 4 collectors connected to them, comprising an air supply line 5 connected to the intake manifold 3 and a gas supply line 6 s are installed a two-stage low pressure reducer 7 installed in it, having two stages (the first - 7a and the second - 7b, respectively), the second stage 76 of which is connected via a low-pressure pipeline 8 through three the bottom control valve 9 with a gas line 10, and the first stage 7a is connected via an overflow solenoid valve 11 to the overpressure pipe 12, which in turn is connected via a three-way control valve 9 to the gas line 10, equipped with pressure sensors 13 and gas temperature 14, and also gas electromagnetic nozzles 15, the lower part of each of which is placed in the intake manifold 3 in the immediate vicinity of the working cylinders 2 containing high-voltage ignition modules 16 and data with the exhaust manifold 4, in which the thermocouple 17 is located. In addition, the gas piston engine control system includes an electronic control unit 18, electrically connected to the sensors of the rotational speed of the crankshaft 19, the angular position of the camshaft 20 and detonation 21 located in the housing in close proximity from the flywheel, camshaft and working cylinders 2, respectively, by an electrically controlled throttle valve 22 and an air flow sensor 23 installed in the air supply line 5, gas Vym electromagnetic injector 15, the high voltage ignition module 16, thermocouple 17, bypass solenoid valve 11, three-way regulating valve 9, the pressure sensor 13 and the temperature of gas 14.

Система управления газопоршневым двигателем работает следующим образом (см. фиг.).The gas piston engine control system operates as follows (see. Fig.).

Газ подается по газоподводящей линии 6 в двухступенчатый редуктор 7 низкого давления, во второй ступени 76 которого давление газа понижается до рабочего значения, заданного электронным блоком управления 18, после чего газ подается из второй ступени 76 двухступенчатого редуктора 7 низкого давления в трубопровод низкого давления 8, по которому, пройдя через трехходовой регулировочный клапан 9, поступает в газовую магистраль 10. Посредством датчиков давления 13 и температуры 14 газа, электрически связанных с электронным блоком управления 18, осуществляется мониторинг рабочего значения давления и температуры газа соответственно. Из газовой магистрали 10 с помощью газовых электромагнитных форсунок 15 газ подается во впускной коллектор 3, туда же по воздухоподводящей линии 5 поступает воздух, количество которого регулируется посредством электроуправляемой дроссельной заслонки 22 на основании измерений с помощью датчика расхода воздуха 23, электрически связанного с электронным блоком управления 18. Во впускном коллекторе 3 газ и воздух смешиваются, образуя газовоздушную смесь, засасывающуюся в рабочие цилиндры 2, воспламеняющуюся под воздействием высоковольтных модулей зажигания 16 и совершающую полезную работу. В результате образуются отработавшие газы, вытесняемые в выпускной коллектор 4, в котором посредством термопары 17 измеряется температура отработавших газов с целью предотвращения перегрева рабочих цилиндров 2. Распределенное дозирование газа по рабочим цилиндрам 2 осуществляется через газовые электромагнитные форсунки 15, подача воздуха во впускной коллектор 3 - через электроуправляемую дроссельную заслонку 22, воспламенение газовоздушной смеси в рабочих цилиндрах 2 - высоковольтными модулями зажигания 16, по команде, поступающей от электронного блока управления 18, и выработанной на основании анализа состояния газопоршневого двигателя 1, проводимого путем постоянного опроса датчиков частоты вращения коленчатого вала 19, углового положения распределительного вала 20, детонации 21, давления 13 и температуры 14 газа, расхода воздуха 23 и термопары 17. Кроме того, по показаниям датчиков частоты вращения коленчатого вала 19, детонации 21 и термопары 17 прогнозируется аварийное состояние газопоршневого двигателя 1, и по команде электронного блока управления 18 уменьшается величина подачи газа и воздуха вплоть до полного ее прекращения.Gas is supplied through a gas supply line 6 to a two-stage low pressure reducer 7, in the second stage 76 of which the gas pressure is reduced to the operating value set by the electronic control unit 18, after which gas is supplied from the second stage 76 of a two-stage low pressure reducer 7 to the low pressure pipeline 8, by which, having passed through a three-way control valve 9, it enters the gas line 10. By means of gas pressure sensors 13 and gas temperature 14, which are electrically connected to the electronic control unit 18, Monitoring of the operating pressure and gas temperature, respectively, is initiated. From the gas line 10, with the help of gas electromagnetic nozzles 15, gas is supplied to the intake manifold 3, and air enters through the air supply line 5, the amount of which is regulated by an electrically controlled throttle valve 22 based on measurements using an air flow sensor 23, electrically connected to the electronic control unit 18. In the intake manifold 3, gas and air are mixed, forming a gas-air mixture, sucked into the working cylinders 2, ignited under the influence of high-voltage modes it plugs 16 and perform useful work. As a result, the exhaust gases are formed, which are forced into the exhaust manifold 4, in which the temperature of the exhaust gases is measured by means of a thermocouple 17 in order to prevent overheating of the working cylinders 2. Distributed dosing of gas through the working cylinders 2 is carried out through gas electromagnetic nozzles 15, air is supplied to the intake manifold 3 - through the electrically controlled throttle valve 22, the ignition of the gas-air mixture in the working cylinders 2 - high-voltage ignition modules 16, on command from the electric of the control unit 18, and developed on the basis of an analysis of the state of the gas piston engine 1, carried out by constantly interrogating the sensors of the rotational speed of the crankshaft 19, the angular position of the camshaft 20, detonation 21, pressure 13 and gas temperature 14, air flow 23 and thermocouple 17. In addition in addition, according to the testimony of the sensors of the rotational speed of the crankshaft 19, detonation 21, and thermocouple 17, the emergency state of the gas piston engine 1 is predicted, and the command and gas and air up to complete termination.

Если для поддержания необходимого нагрузочно-скоростного режима газопоршневого двигателя 1 не хватает количества поступающего газа, в связи с низкой теплотворной способностью газа, иными словами, на режимах вблизи внешней скоростной характеристики и режимах холодного пуска, то осуществляется корректировка рабочего значения давления газа и устанавливается новая величина, а затем подается управляющий сигнал к дополнительно установленному на первой ступени 7а двухступенчатого редуктора 7 низкого давления перепускному электромагнитному клапану 11. С его помощью газ повышенного давления отводится от первой ступени 7a двухступенчатого редуктора 7 низкого давления в трубопровод повышенного давления 12, далее через трехходовой регулировочный клапан 9 в газовую магистраль 10, где посредством датчиков давления 13 и температуры 14 газа осуществляется контроль рабочего значения давления и температуры газа повышенного давления соответственно, а оттуда газ повышенного давления подается через газовые электромагнитные форсунки 15 во впускной коллектор 3. Таким образом, через газовые электромагнитные форсунки 15 во впускной коллектор 3 подается уже измененное количество газа повышенного давления, туда же по воздухоподводящей линии 5 засасывается воздух, количество которого регулируется поворотом электроуправляемой дроссельной заслонки 22. Во впускном коллекторе 3 газ повышенного давления и воздух смешиваются, образуя газовоздушную смесь повышенного давления, засасывающуюся в рабочие цилиндры 2 и воспламеняющуюся под воздействием высоковольтных модулей зажигания 1 6 по откорректированному значению момента их срабатывания.If the amount of incoming gas is not enough to maintain the required load-speed regime of the gas piston engine 1, due to the low calorific value of the gas, in other words, at the modes near the external speed characteristic and the cold start modes, the working pressure of the gas pressure is adjusted and a new value is set and then a control signal is supplied to the bypass solenoid, additionally installed in the first stage 7a of the two-stage low-pressure reducer 7 at the valve 11. With its help, the high-pressure gas is discharged from the first stage 7a of the two-stage low pressure reducer 7 to the high-pressure pipe 12, then through the three-way control valve 9 to the gas line 10, where the operating value is monitored by pressure sensors 13 and gas temperature 14 the pressure and temperature of the high pressure gas, respectively, and from there the high pressure gas is supplied through the gas electromagnetic nozzles 15 to the intake manifold 3. Thus, through the gas electromagnetic nozzles 15 into the intake manifold 3, an already changed amount of high pressure gas is supplied, air is sucked in through the air supply line 5, the amount of which is regulated by turning the electrically controlled throttle valve 22. In the intake manifold 3, the high-pressure gas and air are mixed, forming a high-pressure gas-air mixture, sucked into the working cylinders 2 and flammable under the influence of high-voltage ignition modules 1 6 according to the adjusted value of the moment of their srab melting.

С помощью данной системы управления газопоршневым двигателем может осуществляться эффективная работа газопоршневого двигателя на режимах вблизи внешней скоростной характеристики при использовании газа или же смеси горючих газов различной теплотворной способности и улучшен холодный пуск газопоршневого двигателя, так как конструкция системы позволяет управлять не только составом газовоздушной смеси и моментом срабатывания высоковольтных модулей зажигания, но также рабочим значением давления газа. Положительный эффект от внедрения предлагаемой системы и способа управления газопоршневым двигателем следует ожидать также и в снижении себестоимости системы управления газопоршневым двигателем без применения дожимного компрессора, кислородного датчика и системы непосредственного определения теплотворной способности газа.With the help of this gas piston engine control system, the gas piston engine can be efficiently operated in modes near the external high-speed characteristic when using gas or a mixture of combustible gases of different calorific value and the cold start of the gas piston engine is improved, since the system design allows controlling not only the composition of the gas-air mixture and torque triggering of high-voltage ignition modules, but also the operating value of the gas pressure. A positive effect from the introduction of the proposed system and method for controlling a gas piston engine should also be expected in reducing the cost of controlling a gas piston engine without the use of a booster compressor, an oxygen sensor and a system for directly determining the calorific value of gas.

Claims (1)

Система управления газопоршневым двигателем, содержащим корпус, в котором установлены коленчатый вал с маховиком, распределительный вал, рабочие цилиндры с подсоединенными к ним впускным и выпускным коллекторами, а также воздухоподводящую линию, соединенную с впускным коллектором, состоящая из по меньшей мере двухступенчатого редуктора низкого давления, последняя ступень которого соединена посредством трубопровода низкого давления с газовой магистралью, оснащенной газовыми электромагнитными форсунками, нижняя часть каждой из которых размещена во впускном коллекторе в непосредственной близости от рабочих цилиндров, содержащих высоковольтные модули зажигания и соединенных с выпускным коллектором, в котором расположена по крайней мере одна термопара, и из электронного блока управления, электрически связанного с датчиками частоты вращения коленчатого вала, углового положения распределительного вала и детонации, размещенных в корпусе в непосредственной близости от маховика, распределительного вала и рабочих цилиндров соответственно, электроуправляемой дроссельной заслонкой и датчиком расхода воздуха, установленных в воздухоподводящей линии, газовыми электромагнитными форсунками, высоковольтными модулями зажигания и термопарой, отличающаяся тем, что система дополнительно оснащена перепускным электромагнитным клапаном, установленным на первой ступени по меньшей мере двухступенчатого редуктора низкого давления, трубопроводом повышенного давления, соединенным с одной стороны через перепускной электромагнитный клапан с первой ступенью по меньшей мере двухступенчатого редуктора низкого давления, а с другой стороны через трехходовой регулировочный клапан с газовой магистралью, дополнительно оснащенной датчиками давления и температуры газа, причем перепускной электромагнитный клапан, трехходовой регулировочный клапан, датчики давления и температуры газа электрически связаны с электронным блоком управления. A gas piston engine control system comprising a housing in which a crankshaft with a flywheel, a camshaft, working cylinders with intake and exhaust manifolds connected to them, as well as an air supply line connected to the intake manifold, consisting of at least a two-stage low pressure reducer, are installed, the last stage of which is connected by means of a low pressure pipeline to a gas line equipped with gas electromagnetic nozzles, the lower part of each of which s located in the intake manifold in the immediate vicinity of the working cylinders containing high-voltage ignition modules and connected to the exhaust manifold, in which at least one thermocouple is located, and from an electronic control unit electrically connected to the sensors of the crankshaft speed, the angular position of the camshaft and detonation, located in the housing in close proximity to the flywheel, camshaft and working cylinders, respectively, electrically controlled throttle a damper and an air flow sensor installed in the air supply line, gas electromagnetic nozzles, high-voltage ignition modules and a thermocouple, characterized in that the system is additionally equipped with a bypass solenoid valve installed in the first stage of at least a two-stage low pressure reducer, an overpressure pipe connected on the one hand, through a bypass solenoid valve with a first stage of at least a two-stage low gearbox phenomenon, and on the other side via a three-way control valve with the gas manifold is further equipped with pressure sensors and the temperature of the gas, the bypass solenoid valve, three-way regulating valve, pressure and gas temperature sensors are electrically connected to the electronic control unit.
RU2013107646/06A 2013-02-20 2013-02-20 Gas engine control system RU2520787C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013107646/06A RU2520787C1 (en) 2013-02-20 2013-02-20 Gas engine control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013107646/06A RU2520787C1 (en) 2013-02-20 2013-02-20 Gas engine control system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2520787C1 true RU2520787C1 (en) 2014-06-27

Family

ID=51218002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013107646/06A RU2520787C1 (en) 2013-02-20 2013-02-20 Gas engine control system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2520787C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU176716U1 (en) * 2017-01-10 2018-01-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) GAS PISTON ENGINE CONTROL SYSTEM
RU2732186C1 (en) * 2020-02-05 2020-09-14 Владимир Александрович Шишков Method of fuel supply to internal combustion engine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5868121A (en) * 1997-12-19 1999-02-09 Caterpillar Inc. Method and apparatus for relieving a differential pressure across a gaseous fuel admission valve of a dual fuel engine
RU2352803C1 (en) * 2007-07-12 2009-04-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский государственный аграрный университет System to automatically control pump fuel feed on using alternative fuels
RU2424440C1 (en) * 2007-12-14 2011-07-20 Мицубиси Хэви Индастриз, Лтд. Control method of gas engine and gas engine system
RU106662U1 (en) * 2011-03-01 2011-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) GAS PISTON ENERGY INSTALLATION
RU124317U1 (en) * 2012-06-22 2013-01-20 Антон Александрович Сагдаков INTERNAL COMBUSTION ENGINE CONTROL SYSTEM (ICE) HYBRID POWER PLANT

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5868121A (en) * 1997-12-19 1999-02-09 Caterpillar Inc. Method and apparatus for relieving a differential pressure across a gaseous fuel admission valve of a dual fuel engine
RU2352803C1 (en) * 2007-07-12 2009-04-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский государственный аграрный университет System to automatically control pump fuel feed on using alternative fuels
RU2424440C1 (en) * 2007-12-14 2011-07-20 Мицубиси Хэви Индастриз, Лтд. Control method of gas engine and gas engine system
RU106662U1 (en) * 2011-03-01 2011-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) GAS PISTON ENERGY INSTALLATION
RU124317U1 (en) * 2012-06-22 2013-01-20 Антон Александрович Сагдаков INTERNAL COMBUSTION ENGINE CONTROL SYSTEM (ICE) HYBRID POWER PLANT

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU176716U1 (en) * 2017-01-10 2018-01-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) GAS PISTON ENGINE CONTROL SYSTEM
RU2732186C1 (en) * 2020-02-05 2020-09-14 Владимир Александрович Шишков Method of fuel supply to internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2434150C2 (en) Control method of gas engine, and gas engine system
CN104121115B (en) Automatically controlled servo pressure-regulating formula natural gas engine auxiliary fuel supply-system and controlling method
AU2017201138A1 (en) Fuel mixture system and assembly
US10180110B2 (en) Method for operating an internal combustion engine based on a characteristic value determined from a lamda value, and internal combustion engine
KR102086278B1 (en) Control device of internal combustion engine and control method of internal combustion engine
US9441561B2 (en) System and method for increasing tolerance to fuel variation
US20100012090A1 (en) Hydrogen delivery system and method for an internal combustion engine
JP2023055818A (en) engine
CN100422540C (en) Engine gas supply apparatus for gas engine and operating method thereof
US9127600B2 (en) Method and apparatus for generating useful work from the vent gas of a dual fuel internal combustion engine
JP2016084812A (en) Control method of binary fuel engine
US11952935B2 (en) Systems and method for controlling auto-ignition
EP1387073A2 (en) Charge density control for an internal combustion engine
EP2653706A1 (en) Monitoring the fuel injection system of dual fuel engines
CN104179580A (en) Method of operating a gas or dual fuel engine
US10626804B2 (en) Adaptive control strategy in dual fuel engine
US20150233313A1 (en) Method for calculating engine characteristic variables, data processing system and computer program product
RU2520787C1 (en) Gas engine control system
Cesur Effects of water injection strategies on performance and exhaust emissions in an ethanol fueled gasoline engine
WO2011000043A1 (en) Fuel injector gain compensation for sub-sonic flow
Punov et al. Study on the combustion process in a modern diesel engine controlled by pre-injection strategy
CN107339159B (en) Internal combustion engine with fuel gas property measurement system
CN106855019B (en) Method for operating an engine
Leman et al. Engine modelling of a single cylinder diesel engine fuelled by diesel-methanol blend
Boretti et al. Experimental and numerical study of a hydrogen fuelled IC engine fitted with the hydrogen assisted jet ignition system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160221