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CN114658531B - 一种预燃室气体发动机、工作方法及车辆、发电系统 - Google Patents

一种预燃室气体发动机、工作方法及车辆、发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种预燃室气体发动机、工作方法及车辆、发电系统，属于发动机技术领域，解决了气轨压力波动问题，包括预燃室，预燃室与气轨连接，气轨的燃气进口与燃气进管连接，燃气进管安装有第一调节阀，第一调节阀的开度调节腔室通过供气管路与稳压罐连接，稳压罐的进气端与空气压缩机连接，稳压罐与第一调节阀之间的供气管路上安装有第二调节阀以调节第一调节阀的开度，第二调节阀与控制器连接，本发明的预燃室气体发动机气轨压力稳定，保证了发动机的正常工作。

Description

一种预燃室气体发动机、工作方法及车辆、发电系统
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种预燃室供气系统、气体发动机及工作方法。
背景技术
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。
预燃室气体机指缸盖内部设有预燃室的发动机，燃气单独供给至预燃室，火花塞在预燃室内部点火，火焰通过预燃室喷孔喷出火焰，点燃主燃室。
目前预燃室气体发动机中的预燃室利用气轨进行供可燃气体，可燃气体的进气压力利用一个燃气调节阀来控制，燃气调节阀包括外壳，外壳内设有流道，流道内设有阀芯，阀芯通过与调节膜片连接，调节膜片通过弹簧与外壳连接，调节膜片一侧的腔室为开度调节腔室，用于燃气调节阀开度的调节，开度调节腔室内用于通入气体，开度调节腔室内通入气体后能够克服弹簧弹力通过调节膜片带动阀芯运动，进而调节流道的允许流通面积集燃气调节阀的开度，传统的燃气调节阀的开度调节腔室与发动机的进气管连通，因此流道的流通面积通过进气管的气压进行调节，进而，预燃室气轨压力通常是基于进气管压力控制，但是发明人发现，进气管压力存在波动，这样就造成了气轨压力的波动，导致预燃室进气量控制不准确，尤其是在瞬态工况，会导致预燃室进气压力变化太大，也就导致进入预燃室内部的燃气量不一致，从而影响预燃室点火，不能满足发动机运行的要求。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种预燃室气体发动机，能够保证预燃室的进气量，进而满足发动机的运行要求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
第一方面，本发明的实施例提供了一种预燃室气体发动机，包括预燃室，预燃室与气轨连接，气轨的燃气进口与燃气进管连接，燃气进管安装有第一调节阀，第一调节阀的开度调节腔室通过供气管路与稳压罐连接，稳压罐的进气端与空气压缩机连接，稳压罐与第一调节阀之间的供气管路上安装有第二调节阀以调节第一调节阀的开度，第二调节阀与控制器连接。
可选的，所述气轨安装有第一压力检测元件，第一压力检测元件与控制器连接。
可选的，所述稳压罐内安装有第二压力检测元件，第二压力检测元件与控制器连接。
可选的，所述第二调节阀采用电磁调节阀
可选的，气轨与预燃室之间的管路上安装有允许燃气由气轨流向预燃室的单向阀。
第二方面，本发明的实施例提供了一种预燃室气体发动机的工作方法：
通过第二调节阀调节进入第一调节阀的开度调节腔室气体的气压，带动第一调节阀的阀芯运动，调节第一调节阀的开度，进而调节气轨内的燃气压力，使得气轨内的气体压力维持在设定范围内。
可选的，第一调节阀开度的获取方法为：
获取气轨内气体的目标压力；
获取稳压罐的当前气体压力；
根据稳压罐的当前气体压力和气轨内气体的目标压力的差值得到压力转换值；
根据得到的压力转换值获取压力调节阀的开度。
可选的，预先获取发动机在不同功率和转速下对应的气轨压差，根据获取的发动机进气管压力和预先获取的气轨压差得到发动机在不同功率和转速对应下的目标压力。
第三方面，本发明的实施例提供了一种车辆，设置有第一方面所述的预燃室气体发动机。
第四方面，本发明的实施例提供了一种发电系统，设置有第一方面所述的预燃室气体发动机。
本发明的有益效果：
1.本发明的预燃室气体发动机，第一调节阀利用空气压缩机、第二调节阀、稳压罐来调节其燃气流道允许流通的截面面积即第一调节阀的开度，对第一调节阀单独设置一套供气机构模拟进气管对第一调节阀的调节，无需利用发动机进气管的气体进行调节，调节稳定，进入预燃室的燃气压力不会出现波动，保证了预燃室的正常电火。
2.本发明的预燃室气体发动机，设置有与控制器连接的第一压力检测元件、第二压力检测元件，且压力调节阀与控制器连接，能够实现燃气进气量的自动控制，瞬态响应性好，且保证了预燃室进气量准确。
3.本发明的预燃室气体发动机，第二调节阀采用电磁调节阀，对外部环境的适应性高，使用寿命长，且调节精确。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1是本发明实施例1整体结构示意图；
图2是本发明实施例1第一调节阀结构示意图；
图3是本发明实施例1第二调节阀结构示意图；
图4是本发明实施例2工作方法流程图；
图5是本发明实施例2电磁调节阀开度流量特性曲线图；
其中，1.气轨，2.预燃室，3.火花塞，4.单向阀，5.燃气进管，6.第一调节阀，7.空气压缩机，8.稳压罐，9.第二调节阀，10.ECU，11.第一压力传感器，12.第二压力传感器；
6-1.第一腔室，6-2.第二腔室，6-3.阀芯，6-4.调节膜片，6-5.弹簧，6-6.第三腔室；
9-1.第五腔室，9-2.第六腔室，9-3.回流管路，9-4.阀芯，9-5.弹簧，9-6.电磁线圈。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种预燃室气体发动机，如图1所示，包括气轨1，气轨通过管路与预燃室2连接，发动机为单缸发动机或多缸发动机，预燃室2设置在缸体的缸盖上，本实施例中的发动机为多缸发动机，气轨1通过管路连接有多个预燃室2，气轨1用于向预燃室内提供可燃气体，预燃室2安装有火花塞3。
为了避免预燃室2中的气体反流回气轨1，在预燃室2与气轨1之间的管路上安装单向阀4，单向阀4只允许可燃气体从气轨1流向预燃室2，保证了发动机安全工作。
气轨1的进口连接有燃气进管5，可燃气体通过燃气进管5流入气轨1内部。
燃气进管5上安装有第一调节阀6，第一调节阀6用于调节气轨内的燃气压力。
上述结构采用现有的预燃室气体发动机的结构即可。
如图2所示，第一调节阀6包括外壳，外壳包括第一外壳部和第二外壳部，第一外壳部内部具有燃气流动的燃气流道，第二外壳部安装用于调节燃气流量的相关部件。
本实施例中，第一外壳部内部具有隔板，隔板将第一外壳部内部空间分隔为第一腔室6-1和第二腔室6-2，其中第一腔室6-1与第一调节阀上游的燃气进管5部分连接，燃气通过燃气进管5进入第一腔室6-1，第二腔室6-2与第一调节阀下游的燃气进管5部分连接，作为出气腔室，隔板上设置有通孔，通过通孔将第一腔室6-1和第二腔室6-2连通，燃气进入第一腔室6-1后通过通孔进入第二腔室6-2，然后通过第二腔室6-2流出第一调节阀6。第一腔室6-1、通孔及第二腔室6-2共同构成燃气流道。
所述通孔处设置有阀芯6-3，阀芯6-3位于第一腔室6-1内或者位于第二腔室6-2内，阀芯6-3采用锥形结构，阀芯6-3用于对通孔进行封堵，阀芯6-3与位于第二外壳部内的调节机构连接，调节机构能够带动阀芯沿通孔轴线方向运动，进而调节通孔允许燃气通过的截面面积，进而调节燃气流量的大小。
阀芯6-3与阀杆的一端固定，阀杆的另一端伸入第二外壳部内部并与调节膜片6-4连接，调节膜片6-4与第二外壳部滑动连接，且调节膜片6-4与第二外壳部之间设置有密封环，本实施例中的第二外壳部的轴线与通孔的轴线同轴，调节膜片6-4能够沿第二外壳部的轴线方向运动，从而通过阀杆带动阀芯6-3沿通孔的轴线方向运动。
调节膜片6-4与第二外壳部的内侧面之间设置有弹簧6-5，利用弹簧6-5对调节膜片6-4进行复位。
调节膜片6-4将第二外壳部分隔为第三腔室6-6和第四腔室，弹簧位于第三腔室6-6内部，第三腔室6-6作为开度调节腔室，第三腔室6-6与供气机构连接，供气机构能够向第三腔室6-6内送入设定压力的气体，进而使得调节膜片6-4在气压的作用下克服弹簧6-5弹力而带动阀芯6-3运动，对燃气的流量进行调节。弹簧6-5弹力和第三腔室内的气体压力共同作用，调节第一调节阀6的开度。
目前第一调节阀6的第三腔室6-6即开度调节腔室与发动机的进气管连接，利用发动机进气管提供的压力带动阀芯运动，由于进气管压力存在波动，这也导致了阀芯6-3的运动产生波动，进而造成了燃气的流量和气轨1的压力产生波动，尤其是瞬态工况下，预燃室2的进气压力变化太大，影响了预燃室的电火。
因此，本实施例对第三腔室6-6设置一套独立的供气机构，而不采用发动机进气管进行供气。
所述供气机构包括空气压缩机7，空气压缩机7能够输出设定压力的气体，空气压缩机7的出气口通过供气管路与稳压罐8连接，稳压罐8用于维持供气机构的压力。
稳压罐8的出气口通过供气管路与第二调节阀9的进口连接，第二调节阀9的出口通过供气管路与第三腔室连接，第二调节阀9用于调节第三腔室内的气压。
本实施例中，第二调节阀9采用现有的电磁调节阀，如图3所示，包括外壳，外壳内部被分隔板分隔为第五腔室9-1和第六腔室9-2，第五腔室9-1与第二调节阀9上游的供气管路连接，第六腔室9-2与第二调节阀9下游的供气管路连接，其中第五腔室还连接有回流管路9-3，回流管路与空气压缩机的进气口连接。
分隔板上开设有通孔以将第五腔室9-2和第六腔室9-3连通，通孔处设有阀芯9-4，阀芯9-4能够对通孔进行封堵，阀芯9-4通过弹簧9-5与外壳连接，外壳的外部设置有电磁线圈9-6，对电磁线圈9-6通电，电磁线圈9-6产生磁场力，在磁场力的作用下阀芯9-4沿通孔的轴线方向运动，进而改变对通孔的封堵面积，从而调节空气的流量，进而调节第三腔室6-6内的气压。
电磁线圈9-6与供电电源连接，供电电源与控制器连接，控制器通过供电电源控制通入电磁线圈9-6的电流大小，进而能够改变磁场力大小，从而在磁场力和弹簧9-5弹力的共同作用下，改变整个电磁调节阀的开度大小。
所述控制器采用ECU10，为了实现对气轨1内气体压力的精准自动控制，气轨1安装有第一压力检测元件，第一压力检测元件采用第一压力传感器11，第一压力传感器11与ECU10连接，能够将采集到的气轨1内的压力信息传输给ECU10，所述稳压罐8内安装有第二压力检测元件，第二压力检测元件采用第二压力传感器12，第二压力传感器12与ECU10连接，能够将采集到的稳压罐8内的气体压力传输给ECU10。
可以理解的是，第二调节阀9也可采用其他能够调节气体流量的阀门，本领域技术人员根据实际需要进行选择即可。
本实施例仅仅针对预燃室气体发动机的预燃室供气系统进行改进，预燃室气体发动机的其他结构采用现有结构即可，在此不进行详细叙述。
实施例2：
本实施例提供了一种实施例1所述的预燃室气体发动机的工作方法：如图4所示，通过改变输入电磁线圈的电流，改变磁场力，进而改变电磁压力调节阀的开度，进而实现了第一调节阀第三腔室内压力的调节，进一步改变了第一调节阀的开度，从而使得气轨内的燃气压力保持在设定范围内，并通过第一压力传感器检测得到的数值进行验证。
第一调节阀开度的获取方法包括以下步骤：
获取发动机的转速和功率，得到当前发动机转速和功率对应的气轨内气压目标值。
具体的，预先建立发动机转速、功率和气轨压差的map表，如下表1所示：
表1：气轨压差map表
Figure BDA0003518422300000081
根据获取的转速和功率结合气轨压差map表得到当前发动机工作状态下对应的气轨压差ΔPnn。
根据得到的气轨压差ΔPnn和当前转速和功率下采集得到的发动机进气管压力得到气轨内气压的目标值。
Pnn＝PMAPnn+ΔPnn
ΔPnn代表不同功率和转速对应的气轨压差，Pnn代表不同功率和转速对应的气轨压力，PMAPnn代表不同功率和转速对应的发动机进气管压力(MAP)
获取稳压罐内的气体压力P初nn。
计算当前发动机转速和功率下的稳压罐内气体压力与气轨内气压目标值的差值，得到压力转换值P转nn
P转nn＝P初nn-Pnn
P初nn代表不同转速和功率下的稳压罐压力，P转nn代表不同转速和功率下的压力转换值。
根据电磁调节阀自身的流量特性，可以获取如图5所示的电磁调节阀流量开度I，图5代表不同开度下对应的P转nn和P初nn，即在P转nn和P初nn输入下，就可以确定电磁调节阀的开度Inn。
ECU根据得到的电磁调节阀的开度控制供电电源输入电磁线圈的电流大小，使得电磁调节阀的开度进行调节。
利用第一压力传感器检测气轨内的压力，如果压力达到气压目标值，则停止调节，否则继续进行调节。
本实施例的方法，通过借助空气压缩机的增压作用，再借助电磁调节阀对气压的转换，从而能够实现合理的控制预燃室的进气压力，解决了当前预燃室进气压力的控制问题，相对于取进气管压力，通过空气压缩机提供压力源，电磁调节阀实现电控控制功能，能够根据需求精确调节气轨压力，瞬态响应性好，能够根据需求控制预燃室进气压力，也就能够控制预燃室进气量，保证预燃室进气量的更加准确。
实施例3：
本实施例提供了一种车辆，设置有实施例1所述的预燃室气体发动机，车辆的其他结构采用现有结构即可，在此不进行详细叙述。
实施例4：
本实施例提供了一种发电系统，设置有实施例1所述的预燃室气体发动机，预燃室气体发动机用于持续发电，发电系统的其他结构采用现有结构即可，在此不进行详细叙述。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种预燃室气体发动机的工作方法，所述预燃室气体发动机包括预燃室，预燃室与气轨连接，气轨的燃气进口与燃气进管连接，燃气进管安装有第一调节阀；第一调节阀的开度调节腔室通过供气管路与稳压罐连接，稳压罐的进气端与空气压缩机连接，稳压罐与第一调节阀之间的供气管路上安装有第二调节阀以调节第一调节阀的开度，第二调节阀与控制器连接；
其特征在于，所述工作方法为：通过第二调节阀调节进入第一调节阀的开度调节腔室气体的气压，带动第一调节阀的阀芯运动，调节第一调节阀的开度，进而调节气轨内的燃气压力，使得气轨内的气体压力维持在设定范围内；
包括以下具体步骤：
获取气轨内气体的目标压力；
获取稳压罐的当前气体压力；
根据稳压罐的当前气体压力和气轨内气体的目标压力的差值得到压力转换值；
根据得到的压力转换值获取第二调节阀的开度。
2.如权利要求1所述的一种预燃室气体发动机的工作方法，其特征在于，所述气轨安装有第一压力检测元件，第一压力检测元件与控制器连接。
3.如权利要求1所述的一种预燃室气体发动机的工作方法，其特征在于，所述稳压罐内安装有第二压力检测元件，第二压力检测元件与控制器连接。
4.如权利要求1所述的一种预燃室气体发动机的工作方法，其特征在于，所述第二调节阀采用电磁调节阀。
5.如权利要求1所述的一种预燃室气体发动机的工作方法，其特征在于，气轨与预燃室之间的管路上安装有允许燃气由气轨流向预燃室的单向阀。
6.如权利要求1所述的一种预燃室气体发动机的工作方法，其特征在于，预先获取发动机在不同功率和转速下对应的气轨压差，根据获取的发动机进气管压力和预先获取的气轨压差得到发动机在不同功率和转速对应下的目标压力。
7.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的预燃室气体发动机的工作方法。
8.一种发电系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的预燃室气体发动机的工作方法。
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