基于壓力-時間控制的多點燃氣電控噴射系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了基于壓力?時間控制的多點燃氣電控噴射系統及方法，燃氣供給系統、空氣供給系統及控制單元；其中，控制空氣供給系統中的節氣門來提供空氣，控制單元根據檢測的燃氣供給系統中的燃氣信息及空氣供給系統中的空氣信息來確定噴射持續期即噴射持續時間，同時，控制單元還控制燃氣控制閥的開度繼而控制燃氣共軌管內的壓力，控制單元通過控制燃氣供給系統中的噴射閥進行燃氣噴射實現燃氣與空氣的預混合。本發明專利技術改善中小負荷時燃氣和空氣的混合，通過降低燃氣壓力延長了中小負荷下的燃氣噴射持續期，在進氣沖程的大部分時間空氣與燃氣邊混合邊進入氣缸，促進了燃氣和空氣良好的混合。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及氣體發動機燃氣供給領域，具體涉及基于壓力-時間控制的多點燃氣電控噴射系統及方法。
技術介紹
目前國內外大缸徑氣體機生產企業生產的大缸徑氣體機的進氣系統大多采用預混和多點噴射的技術路線，國外企業也多采用這兩種技術路線。預混是采用機械式混合器或單點噴射閥，使空氣與氣體燃料在缸外進行混合，混合氣在進氣沖程吸入氣缸。采用這種技術路線，在發動機進氣沖程，進氣管道內大部分的時間都充斥著燃氣和空氣的混合氣，很容易造成回火引發安全事故。為了降低回火的可能性，采用這種進氣系統的氣體機一般氣門重疊角都比較小，因而無法組織有效的掃氣。氣體機的熱負荷高于柴油機，有效的掃氣可以降低發動機的熱負荷、提高熱效率。但是預混方式限制了掃氣的進行。由于進氣道內為混合氣，在氣門重疊期間會有燃料泄露，某些燃料(特別是富氫氣體燃料)極易因為泄露引發安全事故。采用多點噴射的氣體機，每個缸都有獨立的噴射裝置，掃氣結束后，氣體燃料經噴射裝置噴射到氣門前，氣體燃料隨著進氣吸入氣缸并完成混合，在進氣門關閉前結束噴射。由于采用這種進氣方式可以控制燃氣噴射的時間，可以合理組織掃氣。進氣管內是空氣，可避免回火。但是采用這種進氣方法，在中小負荷時燃氣和空氣混合的均勻性不如預混方式，具體原因如下。現有氣體機多點噴射系統通過控制燃氣的噴射時間來控制進入氣缸內的燃氣的量。燃氣供給系統一般配有減壓閥，通過多級減壓將高壓燃氣的壓力降低至某一壓力。燃氣噴射閥工作時的燃氣壓力基本是恒定的，電控系統通過控制噴射閥開啟的時間控制噴射的燃氣的量。氣體機在不同負荷下，燃氣的噴射持續期是不同的。大負荷時，需要的燃氣的量大，為了保證氣體機燃氣的供應，每循環噴射持續期比較長，掃氣組織的不夠充分。在中小負荷時，每循環所需的燃氣量降低，噴射持續期縮短，一般噴射持續期只有90°AC甚至40°AC乃至更短的持續期。只有在噴射持續期時，空氣是和燃氣邊混合邊通過進氣門進入氣缸，其他大部分時間進入氣缸的都是純空氣，空氣和燃氣混合不均勻。從小負荷過渡到大負荷時，氣體機每循環的燃氣需求量突然變大，雖然燃氣噴嘴的噴射持續期可以通過控制單元及時延長，但是后續燃氣補充存在遲滯，燃氣管道內的壓力有所降低，導致噴入氣缸內的燃氣的量不能及時
響應氣體機的需求，影響發動機的整機性能和對工況變化的響應性。
技術實現思路
為解決現有技術存在的不足，本專利技術公開了基于壓力-時間控制的多點燃氣電控噴射系統及方法，在燃氣多點噴射電控系統的燃氣供給系統中，在減壓閥后增加燃氣控制閥，通過控制燃氣控制閥的開度，控制進入燃氣共軌管內的燃氣量，從而控制燃氣共軌管內燃氣的壓力。本專利技術在該系統硬件的基礎上開發基于壓力-時間控制的燃氣電控噴射系統的控制方法，通過對燃氣噴射壓力和噴射時間的雙尺度調控，實現對燃氣噴射量和噴射時間的精確控制，使氣體機不同工況下，都能組織最佳的掃氣，降低氣體機熱負荷、提高熱效率；促進混合氣更好的混合，從而提高氣體機性能。為實現上述目的，本專利技術的具體方案如下：基于壓力-時間控制的多點燃氣電控噴射系統，包括：燃氣供給系統、空氣供給系統及控制單元；其中，控制空氣供給系統中的節氣門開度來控制空氣供給量，控制單元根據檢測的燃氣供給系統中的燃氣信息、空氣供給系統中的空氣信息、節氣門開度信號、轉速位置傳感器信號來確定噴射持續期即噴射持續時間，同時，控制單元還控制燃氣控制閥的開度繼而控制燃氣共軌管內的壓力，控制單元通過控制燃氣供給系統中的噴射閥進行燃氣噴射實現燃氣與空氣的預混合。上述燃氣信息包括燃氣壓力、燃氣溫度等信號，空氣信息包括節氣門后的空氣壓力、空氣溫度等信號。噴射持續期是根據負荷需求和燃氣及空氣的壓力溫度等信號進行確定的。節氣門的位置可以表征發動機負荷，可以代表為達到這一負荷需要噴入的燃氣質量。通過噴射閥的流量公式(其中Q為燃氣噴射量；A為噴嘴面積；ΔP為噴嘴前后的壓力差即空氣壓力和燃氣壓力差；ρ為燃氣密度是燃氣壓力和燃氣溫度的函數；Δt為噴射時間)配合燃氣壓力、燃氣溫度、空氣壓力、空氣溫度等信號的大小確定噴射持續期。進一步的，所述燃氣供給系統包括燃氣主管，所述燃氣主管上依次安裝有電磁關斷閥、濾清器及減壓閥，燃氣主管與燃氣共軌管之間所在的管道上設置有燃氣控制閥，燃氣共軌管包括多個輸出端，燃氣共軌管的輸出端可以稱為燃氣歧管，每個燃氣歧管末端均安裝有燃氣噴射閥。進一步的，所述空氣供給系統包括空氣進氣道，空氣進氣道的一端設置有節氣門，空氣
進氣道設置與燃氣歧管相配合的進氣歧管，進氣歧管與氣缸相連通，所述進氣歧管的數量與燃氣歧管的數量一致，即每個燃氣歧管輸出的燃氣均通過與之對應的進氣歧管進入氣缸。進一步的，所述燃氣共軌管內設置有燃氣壓力傳感器及燃氣溫度傳感器，所述空氣進氣道內設置有空氣溫度傳感器及空氣壓力傳感器，燃氣壓力傳感器、燃氣溫度傳感器、空氣溫度傳感器及空氣壓力傳感器分別將采集的相應的燃氣壓力、燃氣溫度、空氣溫度、空氣壓力傳輸至控制單元。進一步的，所述控制單元還分別與轉速位置傳感器及節氣門位置傳感器相連，控制單元通過轉速位置傳感器和節氣門位置傳感器的信號判斷發動機所處的轉速和外界的負荷需求。基于壓力-時間控制的多點燃氣電控噴射系統的控制方法，包括以下步驟：氣體發動機在運行時，控制單元通過預先設定的轉速、負荷和燃氣共軌管內燃氣壓力的MAP圖確定該工況下的目標燃氣壓力；控制單元通過驅動電路使燃氣控制閥開度增大或減小，增多或減少進入燃氣共軌管內的燃氣量，使得燃氣共軌管內的壓力升高或降低至目標壓力；控制單元通過節氣門后的空氣壓力和空氣溫度、燃氣共軌管內的燃氣壓力和燃氣溫度傳感器的信號確定噴射持續期，并驅動燃氣噴射閥噴射燃氣，燃氣與空氣在進氣道內進行預混合，隨后進入氣缸。進一步的，氣體發動機在大負荷時，控制單元通過驅動電路控制燃氣控制閥開度使得燃氣共軌管內的燃氣壓力高于原機壓力，并縮短燃氣噴射持續期，從而在大負荷時組織掃氣，降低發動機的熱負荷。進一步的，發動機在中小負荷時，控制單元通過驅動電路控制燃氣控制閥開度使得燃氣共軌管內的燃氣壓力低于原機壓力，燃氣噴射持續期得以延長。進一步的，發動機在過渡工況時，當燃氣噴射量變化值大于設置值時，控制單元通過燃氣控制閥及時調節燃氣壓力，并結合燃氣噴射閥及時調節燃氣噴射持續期，及時穩定燃氣噴射量。當發動機從大負荷小到小負荷過渡時，控制單元通過減小燃氣控制閥的開度降低燃氣共軌管內的壓力，并通過縮短噴射持續期降低調整燃氣噴射量，提高了發動機的響應速度。當發動機從小負荷過渡到大負荷時，控制單元通過迅速增大燃氣控制閥的開度，提高燃氣共軌管內的燃氣壓力，并通過延長噴射持續期增大燃氣噴射量，使發動機功率上升，提高發動機的響應速度和性能。本專利技術的有益效果：1)在發動機大負荷時，通過提高燃氣壓力，適當縮短燃氣噴射持續期，從而為氣體機組織合理的掃氣，降低氣缸內殘余廢氣量，降低氣體機熱負荷，提高氣體機熱效率。2)改善中小負荷時燃氣和空氣的混合，通過降低燃氣壓力延長了中小負荷下的燃氣噴射持續期，在進氣沖程的大部分時間空氣與燃氣邊混合邊進入氣缸，促進了燃氣和空氣良好的混合。3)在過渡工況時，通過對燃氣噴射壓力和噴射時間的雙調節，實現發動機對負荷的需求的及時響應，提高了發動機的性能。附圖說本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于壓力?時間控制的多點燃氣電控噴射系統，其特征是，包括：燃氣供給系統、空氣供給系統及控制單元；其中，控制空氣供給系統中的節氣門開度來控制空氣供給量，控制單元根據檢測的燃氣供給系統中的燃氣信息、空氣供給系統中的空氣信息、節氣門開度信號、轉速位置傳感器信號來確定噴射持續期即噴射持續時間，同時，控制單元還控制燃氣控制閥的開度繼而控制燃氣共軌管內的壓力，控制單元通過控制燃氣供給系統中的噴射閥進行燃氣噴射實現燃氣與空氣的預混合。

【技術特征摘要】
1.基于壓力-時間控制的多點燃氣電控噴射系統，其特征是，包括：燃氣供給系統、空氣供給系統及控制單元；其中，控制空氣供給系統中的節氣門開度來控制空氣供給量，控制單元根據檢測的燃氣供給系統中的燃氣信息、空氣供給系統中的空氣信息、節氣門開度信號、轉速位置傳感器信號來確定噴射持續期即噴射持續時間，同時，控制單元還控制燃氣控制閥的開度繼而控制燃氣共軌管內的壓力，控制單元通過控制燃氣供給系統中的噴射閥進行燃氣噴射實現燃氣與空氣的預混合。2.如權利要求1所述的基于壓力-時間控制的多點燃氣電控噴射系統，其特征是，所述燃氣供給系統包括燃氣主管，所述燃氣主管上依次安裝有電磁關斷閥、濾清器及減壓閥，燃氣主管與燃氣共軌管之間所在的管道上設置有燃氣控制閥，燃氣共軌管包括多個輸出端，燃氣共軌管的輸出端可以稱為燃氣歧管，每個燃氣歧管末端均安裝有燃氣噴射閥。3.如權利要求1所述的基于壓力-時間控制的多點燃氣電控噴射系統，其特征是，所述空氣供給系統包括空氣進氣道，空氣進氣道的一端設置有節氣門，空氣進氣道設置與燃氣歧管相配合的進氣歧管，進氣歧管與氣缸相連通，所述進氣歧管的數量與燃氣歧管的數量一致，即每個燃氣歧管輸出的燃氣均通過與之對應的進氣歧管進入氣缸。4.如權利要求1所述的基于壓力-時間控制的多點燃氣電控噴射系統，其特征是，所述燃氣共軌管內設置有燃氣壓力傳感器及燃氣溫度傳感器，所述空氣進氣道內設置有空氣溫度傳感器及空氣壓力傳感器，燃氣壓力傳感器、燃氣溫度傳感器、空氣溫度傳感器及空氣壓力傳感器分別將采集的相應的燃氣壓力、燃氣溫度、空氣溫度、空氣壓力傳輸至控制單元。5.如權利要求1所述的基于壓力-時間控制的多點燃氣電控噴射系統，其特征是，所述控制單元還分別與轉速位置傳感器及節氣門位置傳感器相連，控制單元通過轉速位置傳感器和節氣門位置傳感器的信號判斷發動機所處的轉速和外界的負荷需求。6.基于壓力-時間...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程勇，何東郡，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：山東;37