一种燃气发动机预燃室电喷控制系统及控制方法与流程

1.本发明涉及燃气发动机控制技术领域，特别是涉及一种燃气发动机预燃室电喷控制系统及控制方法。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.天然气是一种绿色能源，以天然气为燃料的燃气发动机可以适应目前低碳环保、节能减排的要求。天然气发动机的一个显著的特点是燃烧速度慢、排温高，易出现爆震，这限制了发动机功率和热效率的提升。
4.发明人发现，为解决上述问题，目前大多燃气发动机采用预燃室火花塞或带预燃室的缸盖结构来改善发动机的性能，对于预燃室的进气通常采用机械式单项阀的方式进行控制，这种机械式利用压差对预燃室进气进行控制的方式，不能有效的控制各缸预燃室的进气时间和进气量，各缸均匀性差，且在选择合适开启压力的单向阀时需要进行大量的开发试验，工作量大。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种燃气发动机预燃室电喷控制系统及控制方法，通过各传感器的实时监测以及电子控制系统的协调控制，实现了各缸预燃室进气时间和进气量的精确控制，并可单缸进行在线调整，保证各缸的均匀性，有效的提高燃烧速度、降低爆震的发生频率，整体上提高了燃气发动机的性能，解决了现有预燃室进气控制方式不能有效控制各缸预燃室的进气时间和进气量导致各缸均匀性差的问题。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明提出一种燃气发动机预燃室电喷控制系统，包括固定于发动机的气缸盖，气缸盖内设置燃气进气通道与预燃室连通，燃气进气通道与预燃燃气管路连通，且预燃燃气管路设置电控调压阀和电喷阀；所述气缸盖内还设置缸内燃烧压力传感器，电控调压阀、电喷阀、缸内燃烧压力传感器均与电子控制系统连接，电子控制系统根据缸内燃烧压力实时修正电喷阀的开启角度和持续期。
8.作为进一步的技术方案，所述预燃燃气管路还设置燃气压力传感器，燃气压力传感器与电子控制系统连接，电子控制系统根据预燃燃气的压力控制电控调压阀的开度。
9.作为进一步的技术方案，所述电喷阀固定于电喷阀安装座，所述气缸盖外壁设置o型槽，o型槽内安装有o型圈，o型圈位于电喷阀安装座与气缸盖之间。
10.作为进一步的技术方案，所述燃气进气通道与预燃室的连通处设置单向阀，气缸盖内还设有燃烧室，燃烧室和预燃室连通；缸内燃烧压力传感器设于燃烧室。
11.作为进一步的技术方案，所述气缸盖与排气管路连接，排气管路设有单缸排温传感器，单缸排温传感器与电子控制系统连接，电子控制系统根据单缸的排气温度对电喷阀的控制参数进行实时修正。
12.作为进一步的技术方案，所述气缸盖还与空气进气管路连通，空气进气管路设置增压空气压力传感器，增压空气压力传感器和电子控制系统连接，空气进气管路还设置增压器和中冷器。
13.作为进一步的技术方案，所述电子控制系统还与功率检测设备连接，功率检测设备用于检测发动机的功率。
14.作为进一步的技术方案，发动机的输出端安装有转速传感器，转速传感器与电子控制系统连接以测量发动机的转速和相位。
15.第二方面，本发明提出一种如上所述的燃气发动机预燃室电喷控制系统的控制方法，包括以下步骤：
16.电子控制系统根据电喷阀预设开启的角度和持续期，输出电信号至电喷阀，控制电喷阀的开启和关闭，从而对预燃室燃气的进气时间和进气量进行控制；
17.同时，利用单缸排温值和/或缸内燃烧压力值对电喷阀的控制参数进行实时在线修正。
18.作为进一步的技术方案，电子控制系统根据预设的预燃燃气的压力值，输出电信号至电控调压阀，通过电控调压阀控制预燃燃气的压力值。
19.上述本发明的有益效果如下：
20.(1)本发明采用电喷阀控制预燃燃气的进气时间和进气量，并在电子控制系统的作用下结合单缸排温信号和/或缸内燃烧压力信号对电喷阀的控制参数进行实时在线修正，能够保证各缸进气时间和进气量控制的同时，保证了各缸均匀性，在加快燃烧速度的同时降低爆震发生的频率，有效的提高发动机的性能。
21.(2)本发明采用电控调压阀对预燃燃气压力进行控制，并在电控气调压阀后侧采用预燃管路燃气压力传感器对燃气压力进行测量，实现对预燃燃气压力的闭环控制，能够对预燃燃气管路内的预燃燃气压力进行实时监测，保证了预燃燃气压力调整的时效性。
22.(3)本发明将计算及控制功能集成在发动机的电子控制系统中，通过实时监测的各系统参数对系统部件进行调控，相对于机械式控制，响应速度快，控制精度高，可靠性高。
附图说明
23.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
24.图1是本发明根据一个或多个实施方式的燃气发动机预燃室电喷控制系统的整体结构示意图；
25.图2是本发明根据一个或多个实施方式的燃气发动机预燃室电喷控制系统的控制原理示意图；
26.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
27.其中，1、功率检测设备，2、电子控制系统，3、空气，4、增压器，5、增压空气压力传感器，6、预燃燃气，7、电控调压阀，8、电喷阀，9、电喷阀安装座，10、o型圈，11、单向阀，12、预燃室部件，13、气缸盖，14、发动机，15、转速传感器，16、预燃管路燃气压力传感器，17、单缸排温传感器，18、缸内燃烧压力传感器，19、预燃室燃气进气通道，20、预燃燃气管路，21、空气进气管路，22、排气管路。
具体实施方式
28.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
29.正如背景技术所介绍的，现有预燃室进气控制方式不能有效控制各缸预燃室的进气时间和进气量，各缸均匀性差的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种燃气发动机预燃室电喷控制系统及控制方法。
30.实施例1
31.本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图2所示，提出一种燃气发动机预燃室电喷控制系统，包括，气缸盖13、预燃室部件12、单项阀11、电喷阀安装座9、o型圈10、电喷阀8、电控调压阀7、转速传感器15、预燃管路燃气压力传感器16、增压空气压力传感器5、功率检测设备1、单缸排温传感器17、缸内燃烧压力传感器18、电子控制系统2。
32.其中，气缸盖13安装在发动机14上，气缸盖13上设有预燃室燃气进气通道19和预燃室部件12的安装位置，同时设有单缸排温传感器17和缸内燃烧压力传感器18的安装位置。
33.预燃室部件12安装在气缸盖13内预留的安装位置上，包含有预燃室腔体、单向阀安装孔和火花塞安装孔，其中，单向阀安装孔和火花塞安装孔均位于预燃室腔体内，单向阀11安装在单向阀安装孔内，主要用于保证预燃燃气的单向进气，火花塞安装在火花塞安装孔内。
34.预燃室燃气进气通道19一端与预燃室部件12内的预燃室腔体连通，另一端与预燃燃气管路20连通，其中，为了保证预燃燃气的单向进气，在预燃室燃气进气通道与预燃室腔体的连通处设置单向阀11，气缸盖内还设有燃烧室，燃烧室和预燃室腔体连通，火花塞与预燃室连接，火花塞点燃预燃室内的混合气，通过预燃室上的喷孔扩散到燃烧室，进而点燃整个燃烧室。
35.预燃燃气管路20上依次设有电控调压阀7、预燃管路燃气压力传感器16和电喷阀8，电控调压阀7位于电喷阀8之前，即电控调压阀7相较于电喷阀8更加邻近于预燃燃气管路的进气端，预燃管路燃气压力传感器16位于电控调压阀7与电喷阀8之间。预燃燃气6由预燃燃气管路20进入预燃室燃气进气通道19。
36.其中，预燃燃气管路20与气缸盖13内的预燃室燃气进气通道19连通处设有电喷阀安装座9，电喷阀安装座9安装在气缸盖的外侧壁上，主要用于安装电喷阀8，电喷阀8与电子控制系统2连接，用于接收电子控制系统2的信号，以实现预燃燃气6的通断，保证预燃室燃气的进气时间和进气量的自动控制。
37.为了保证电喷阀8与气缸盖13之间的密封性，在气缸盖13的外壁上设置o型槽，o型槽内安装有o型圈10，o型圈10位于电喷阀安装座9与气缸盖13之间，有效避免了预燃燃气6的外泄。
38.电控调压阀7安装在预燃燃气管路上，且位于电喷阀8之前，电控调压阀7同样与电子控制系统2连接，能够根据电子控制系统2的控制信号，调节预燃燃气管路内预燃燃气6的压力。
39.预燃管路燃气压力传感器16与电子控制系统2连接，主要用于监测预燃燃气管路
内预燃燃气6的压力。
40.预燃管路燃气压力传感器16还能将压力信息以信号的方式发送到电子控制系统2内，从而电子控制系统2能够根据预燃燃气管路内预燃燃气6的压力信息，判断并发送控制信号给电控调压阀7，以实现预燃燃气管路内预燃燃气6预燃压力的闭环控制。
41.气缸盖13还与空气进气管路21连通，空气进气管路上设有增压空气压力传感器5、增压器4以及中冷器，其中，增压空气压力传感器5位于增压器4和中冷器的后面，即增压空气压力传感器5位于空气进气管路与气缸盖13连通的一端。
42.增压空气压力传感器5还与电子控制系统2连接，主要用于测量增压空气的压力并将增压空气的压力信息传递给电子控制系统2。
43.在实际工作过程中，空气3进入空气进气管路，并在增压器4的作用下提高空气3的压力，并利用中冷器降低增压后空气3的温度，然后利用增压空气压力传感器5测量增压空气的压力，并将压力信息传递给电子控制系统2，符合压力要求的空气3通过空气进气管路进入气缸盖13的燃烧室内。
44.气缸盖13内还设有缸内燃烧压力传感器18，缸内燃烧压力传感器18固定设置在气缸盖13上，同时缸内燃烧压力传感器18的探头伸入燃烧室，主要用于测量燃烧室内的燃烧压力。
45.缸内燃烧压力传感器18同样与电子控制系统2连接，在实际使用中，可以将监测到的燃烧室内的燃烧压力值传输到电子控制系统2中，用于实时修正电喷阀8的控制参数。
46.气缸盖13的排气管路22上设有单缸排温传感器17，单缸排温传感器17还与电子控制系统2连接，主要用于测量单缸的排气温度，并将信号发送给电子控制系统2，用于对电喷阀8的控制参数进行实时的修正。
47.发动机14的输出端安装有转速传感器15，转速传感器15正对发动机14凸轮轴齿盘，并与电子控制系统2连接，主要用于测量发动机的转速和相位。
48.电子控制系统2还与功率检测设备1连接，功率检测设备1主要用于检测发动机的功率。
49.电子控制系统2在接收到增压空气压力传感器5、预燃管路燃气压力传感器16、缸内燃烧压力传感器18、转速传感器15、单缸排温传感器17以及功率检测设备1的信号后，结合发动机的转速及功率，通过电子控制系统2内部预设的程序计算出需要的预燃燃气的压力值，输出电信号至电控调压阀7，控制预燃燃气压力值；通过电子控制系统2内部预设的程序计算出电喷阀8开启的角度和持续期，输出电信号至电喷阀8，控制电喷阀8的开启和关闭；利用单缸排温信号或缸内燃烧压力信号对电喷阀8的控制参数进行实时在线修正，保证各缸做功的均匀性。
50.通过各传感器的实时监测以及电子控制系统2的协调控制，实现了各缸预燃室进气时间和进气量的精确控制，并可单缸进行在线调整，保证各缸的均匀性，有效的提高燃烧速度、降低爆震的发生频率，整体上提高了燃气发动机的性能。
51.实施例2
52.本技术的另一典型实施例中，提供如实施例1中燃气发动机预燃室电喷控制系统的控制方法，具体如下：
53.利用增压空气压力传感器5、预燃管路燃气压力传感器16、缸内燃烧压力传感器
18、转速传感器15、单缸排温传感器17以及功率检测设备1分别对增压空气的压力、预燃燃气6的压力、燃烧室内的燃烧压力(也可以理解为燃烧室内的爆发压力)、发动机转速、单缸排气温度以及发动机的功率进行监测，并将监测数据传输至电子控制系统2。
54.电子控制系统2在接收到增压空气压力传感器5、预燃管路燃气压力传感器16、缸内燃烧压力传感器18、转速传感器15、单缸排温传感器17以及功率检测设备1的信号后，结合发动机的转速及功率，通过电子控制系统2内部预设的程序计算出需要的预燃燃气6的压力值，输出电信号至电控调压阀7，通过电控调压阀7控制预燃燃气6的压力值，使得预燃燃气6的压力符合要求；
55.通过电子控制系统2内部预设的程序计算出电喷阀8开启的角度和持续期，输出电信号至电喷阀8，控制电喷阀8的开启和关闭，从而对预燃室燃气的进气时间和进气量按照计算值进行控制；
56.同时，利用单缸排温信号和/或缸内燃烧压力信号对电喷阀8的控制参数进行实时在线修正，保证各缸做功的均匀性，在加快燃烧速度的同时降低爆震发生的频率，有效的提高发动机的性能。
57.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种燃气发动机预燃室电喷控制系统，其特征是，包括固定于发动机的气缸盖，气缸盖内设置燃气进气通道与预燃室连通，燃气进气通道与预燃燃气管路连通，且预燃燃气管路设置电控调压阀和电喷阀；所述气缸盖内还设置缸内燃烧压力传感器，电控调压阀、电喷阀、缸内燃烧压力传感器均与电子控制系统连接，电子控制系统根据缸内燃烧压力实时修正电喷阀的开启角度和持续期。2.如权利要求1所述的燃气发动机预燃室电喷控制系统，其特征是，所述预燃燃气管路还设置燃气压力传感器，燃气压力传感器与电子控制系统连接，电子控制系统根据预燃燃气的压力控制电控调压阀的开度。3.如权利要求1所述的燃气发动机预燃室电喷控制系统，其特征是，所述电喷阀固定于电喷阀安装座，所述气缸盖外壁设置o型槽，o型槽内安装有o型圈，o型圈位于电喷阀安装座与气缸盖之间。4.如权利要求1所述的燃气发动机预燃室电喷控制系统，其特征是，所述燃气进气通道与预燃室的连通处设置单向阀，气缸盖内还设有燃烧室，燃烧室和预燃室连通；缸内燃烧压力传感器设于燃烧室。5.如权利要求1所述的燃气发动机预燃室电喷控制系统，其特征是，所述气缸盖与排气管路连接，排气管路设有单缸排温传感器，单缸排温传感器与电子控制系统连接，电子控制系统根据单缸的排气温度对电喷阀的控制参数进行实时修正。6.如权利要求1所述的燃气发动机预燃室电喷控制系统，其特征是，所述气缸盖还与空气进气管路连通，空气进气管路设置增压空气压力传感器，增压空气压力传感器和电子控制系统连接，空气进气管路还设置增压器和中冷器。7.如权利要求1所述的燃气发动机预燃室电喷控制系统，其特征是，所述电子控制系统还与功率检测设备连接，功率检测设备用于检测发动机的功率。8.如权利要求1所述的燃气发动机预燃室电喷控制系统，其特征是，发动机的输出端安装有转速传感器，转速传感器与电子控制系统连接以测量发动机的转速和相位。9.如权利要求1-8任一项所述的燃气发动机预燃室电喷控制系统的控制方法，其特征是，包括以下步骤：电子控制系统根据电喷阀预设开启的角度和持续期，输出电信号至电喷阀，控制电喷阀的开启和关闭，从而对预燃室燃气的进气时间和进气量进行控制；同时，利用单缸排温值和/或缸内燃烧压力值对电喷阀的控制参数进行实时在线修正。10.如权利要求9所述的控制方法，其特征是，电子控制系统根据预设的预燃燃气的压力值，输出电信号至电控调压阀，通过电控调压阀控制预燃燃气的压力值。

技术总结
本发明公开了一种燃气发动机预燃室电喷控制系统及控制方法，属于燃气发动机控制技术领域，包括固定于发动机的气缸盖，气缸盖内设置燃气进气通道与预燃室连通，燃气进气通道与预燃燃气管路连通，且预燃燃气管路设置电控调压阀和电喷阀；所述气缸盖内还设置缸内燃烧压力传感器，电控调压阀、电喷阀、缸内燃烧压力传感器均与电子控制系统连接，电子控制系统根据缸内燃烧压力实时修正电喷阀的开启角度和持续期。续期。续期。


技术研发人员：林淑彦 杨加成 张田田 张振胜 李兆勇 周生伟 任少波 徐凯峰
受保护的技术使用者：中国石油集团济柴动力有限公司
技术研发日：2021.12.29
技术公布日：2023/5/24