带有混合器的喷射阀发动机的燃气喷射量控制装置的制作方法

本发明涉及带有混合器的多点喷射发动机喷射阀的燃气喷射量控制装置，属于燃气发动机领域。

背景技术：

燃气发动机一般是指以天然气为燃料的发动机，已经广泛应用于日常社会生产。按照混合气形成方式来区分，燃气发动机一般分为单点喷射发动机和多点喷射发动机。多点喷射燃气发动机是将3bar~5bar压力的天然气喷入进气歧管，与流入的空气形成均匀混合气然后吸入缸内点燃做功的燃气发动机。与传统的低压燃气发动机相比，多点喷射燃气发动机具有扭矩响应快，排温低以及降低燃气发动机回火风险等优势。

多点喷射的燃气发动机因为高压燃气在进气歧管内与空气形成混合气，而进气歧管结构一般较短，往往没有充分的空间和时间使燃气与空气充分混合，这将造成进入缸内的混合气混合不均匀，导致缸内燃烧状况变差，热效率降低；同时由于燃气压力的动态变化使得喷射精度不够，导致混合气的浓度变化较大，导致缸内做功变差。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种发动机进气歧管上加装混合器，并通过压差传感器测定混合器混合后的气体压力以及燃气进气口的压力，实现燃气喷射量控制的装置。

本发明的技术方案是这样实现的：带有混合器的喷射阀发动机的燃气喷射量控制装置，多点喷射发动机喷射阀包括多点喷射阀体1，混合器2，电子调压器4，燃气压力传感器5，喷射阀控制器6，压差传感器10，所述的混合器2固定在多点喷射阀体1下端，混合器2内设置有混合器环形腔14、十字喷射架15，多点喷射阀体1的内孔与混合器2的内的混合器环形腔14连通，混合器环形腔14的内侧固定十字喷射架15的十字端部，混合器环形腔14的内侧壁上，沿着圆周方向均布设置有多个朝向内侧径向贯穿的喷射孔一，并且喷射孔一朝向进气歧管17的进气方向倾斜，进气歧管17包括进气歧管一、进气歧管二，混合器2的两侧分别与进气歧管一的一端、进气歧管二的一端固定连接，进气歧管一的另一端固定连接进气总管，进气歧管二的另一端固定连接气缸19，混合器环形腔14与进气歧管17同轴设置，所述的混合器环形腔14内孔与十字喷射架15的两个十字边的内孔连通，两个十字边设置有多个均布的沿着垂直所在边的十字边方向贯穿的喷射孔二；所述的多点喷射阀体1的内腔设置有燃气压力传感器5，所述的多点喷射阀体1的内腔中部还设置有喷射阀针7，喷射阀针7通过线路与喷射阀控制器6连接；

所述的多点喷射阀体1的进气口固定有电子调压器4，压差传感器10测定多点喷射阀体1内混合后气体的压力（ngp）和测定进气歧管内的空气压力（map），压差传感器10测量的压差（dp）=ngp-map；

带有混合器的多点喷射发动机喷射阀的燃气喷射量控制方法，包括如下步骤：步骤1：ecu在启动或者运行时会间隔设定时间，检测发动机的转速，差传感器10测定的map值、计算得到的dp值，根据发动机的转速与map值在表1内设定的值进行检索比对，表1中的dp值通过实现测定；

表1dp值在不同转速和进气压力下的设定的压力区间（表中dp值单位为bar，1bar=100kpa）

步骤2：ecu判断dp值在表1对应的范围内，则无需控制电子调压器4调节压力，根据ecu内部设定的空燃比参数，dp值以及发动机燃气温度（ngt）值、高压喷射管管径、阻力系数参数，计算出喷射阀针7开启的持续时间，如果ecu检测到差传感器10测定的dp值不在表1设定的dp值范围内，则ecu控制电子调压器4调整燃气压力，使得dp值处于表1设定的dp值范围内；

步骤3：ecu计算出喷射时刻和喷射持续时间后，将信号发送给喷射阀控制器6，喷射阀控制器6控制喷射阀针7在相应时刻开启，并开启相应的的时间；

步骤4：排气管上的氧传感器装置通过检测尾气中氧离子浓度得到混合气的实际浓度值，并将此值发送给ecu，ecu通过比对实际混合器浓度值与ecu内部预设的浓度值，修正步骤2的喷射阀针7开启的持续时间。

表1中的dp值通过实现测定步骤：

步骤1:在实验台架上固定发动机转速，通过调节节气门开度来实现进气压力（map）的大小调节，通过调节节气门使得map为30kpa、60kpa……180kpa，每次增加30kpa，直至180kpa；

步骤2：通过控制电子调压阀4的压力使得dp的值为从1bar以0.1bar的步长逐渐增大到7bar，每增加步长0.1bar的压力，记录一下ecu设定的空燃比目标值和氧传感器测量的空燃比值；

步骤3：计算出上述每个步长下的喷射比准确率，公式如下：

喷射比准确率=100%-(|空燃比目标值-空燃比实际值|)/空燃比目标*100%；

步骤4：绘制发动机当前转速时不同喷射压力下的喷射精确度曲线，设定喷射精度大于等于95%为喷射精确区，根据喷射精确度曲线，测定dp区间区间范围；

步骤5：转速增加500r/min，循环步骤1至步骤4，逐渐测出发动机不同转速不同进气压力（map）下的喷射精确区测定dp的值区间范围。

表1中的dp值通过实现测定步骤：高压导气管8一端与多点喷射阀体1的内腔连通，高压导气管8一端、燃气压力传感器5均位于电子调压器4和喷射阀针7之间，高压导气管8的另一端与压差传感器高压管12的一端连接，压差传感器高压管12的另一端与压差传感器10连接，用以测定多点喷射阀体1内混合后气体的压力（ngp），同时，压差传感器10连接压差传感器低压管13的一端，压差传感器低压管13的另一端与进气歧管一连接，用于测量未混合燃气的空气压力，即测定进气歧管内的压力（map）。

所述的多点喷射阀体1的进气口与燃气输出装置连接，所述的电子调压器4、喷射阀控制器6、压差传感器10通过线路与行车电脑（ecu）连接。

多点喷射阀体1与进气歧管17垂直设置，喷射孔一与混合器环形腔14的径向方向的夹角为a，a的取值范围为5°~20°。

与现有技术相比，本发明具有如下积极效果：

本装置在一般多点高压喷射阀的基础上增加混合器，增设的混合器结构使喷入的高压燃气与进气歧管的空气进行充分混合，形成较为均匀的混合气然后再进入缸内燃烧做功，混合器与喷射阀通过螺纹连接和锥形面密封成为一个整体，多点喷射阀体内设有燃气压力控制机构和压差调节机构，提高了燃气喷射阀的喷入天然气量的精确度，更有利于控制混合气的浓度；混合器与进气歧管之间用法兰连接，密封性好且安装方便快捷，本发明的结构极大程度的提高了燃气喷入量的精度，提高了混合气的均匀性，进而提高了发动机工作稳定性和热效率。

附图说明

图1是多点喷射阀体与混合器的总体结构示意图。

图2是进气歧管上安装混合器的结构示意图。

图3是混合气体的形成示意图。

图4是燃气喷射量控制逻辑框图。

图5是燃气喷射量控制逻辑框图。

图6是发动机为1000转/30kpa时不同喷射压力下的喷射精确度曲线。

附图标记：1—多点喷射阀体，2—混合器，3-燃气入口，4—电子调压器，5—燃气压力传感器，6—喷射阀控制器，7—喷射阀针，8—高压导气管，9—连接阀座，10—压差传感器，11—混合器锥形密封面，12—压差传感器高压管，13—压差传感器低压管，14—混合器环形腔，15—十字喷射架，16—进气总管，17—进气歧管，18—喷射阀总成，19—气缸，20—进气歧管空气流入方向，21—混合器外圆喷射孔倾斜方向，22—混合气体流出方向，23—十字喷射架燃气喷出方向，24—行车电脑（ecu）。

具体实施方式

结合图1～5，本发明的带有混合器的喷射阀发动机的燃气喷射量控制装置，带有混合器的喷射阀包括多点喷射阀体1，混合器2，电子调压器4，燃气压力传感器5，喷射阀控制器6，喷射阀针7，高压导气管8，连接阀座9，压差传感器10，压差传感器高压管12，压差传感器低压管13，所述的混合器2上设置有混合器锥形密封面11，多点喷射阀体1下端与混合器锥形密封面11贴合密封，多点喷射阀体1上固定连接阀座9，连接阀座9固定多点喷射阀体1下端，混合器2内设置有混合器环形腔14、十字喷射架15，多点喷射阀体1的内孔与混合器2的内的混合器环形腔14连通，混合器环形腔14的内侧固定十字喷射架15的十字端部，混合器环形腔14的内侧壁上，沿着圆周方向均布设置有多个朝向内侧径向贯穿的喷射孔一，并且喷射孔一朝向进气歧管17的进气方向倾斜，进气歧管17包括进气歧管一、进气歧管二，混合器2的两侧分别与进气歧管一的一端、进气歧管二的一端固定连接，进气歧管一的另一端固定连接进气总管，进气歧管二的另一端固定连接气缸19，混合器环形腔14与进气歧管17同轴设置，多点喷射阀体1与进气歧管17垂直设置，喷射孔一与混合器环形腔14的径向方向的夹角为a，a的取值范围为5°~20°，例如13°，所述的混合器环形腔14内孔与十字喷射架15的两个十字边的内孔连通，两个十字边设置有多个均布的沿着垂直十字边方向贯穿的喷射孔二。

所述的多点喷射阀体1的内腔设置有燃气压力传感器5，用于检测燃气的压力，所述的多点喷射阀体1的内腔中部还设置有喷射阀针7，喷射阀针7通过线路与喷射阀控制器6连接，用于控制喷射阀针7的开启程度的大小。

所述的多点喷射阀体1的进气口固定有电子调压器4，所述的高压导气管8一端与多点喷射阀体1的内腔连通，高压导气管8一端、燃气压力传感器5均位于电子调压器4和喷射阀针7之间，高压导气管8的另一端与压差传感器高压管12的一端连接，压差传感器高压管12的另一端与压差传感器10连接，用以测定流入多点喷射阀体1内燃气的压力（ngp），同时，压差传感器10连接压差传感器低压管13的一端，压差传感器低压管13的另一端与进气歧管一连接，用于测量未混合燃气的空气压力，即测定进气歧管内的压力（map）。压差传感器10测量的压差（dp）=ngp-map。

所述的多点喷射阀体1的进气口与燃气输出装置连接。

所述的电子调压器4、喷射阀控制器6、压差传感器10通过线路与行车电脑（ecu）连接。

工作原理：

ecu计算到需要喷入燃气时，向喷射阀控制器6发出开启喷射阀针7信号以及开启持续时间信号，喷射阀控制器6接收到信号后开启喷射阀针7设定的时间，从燃气入口3流入多点喷射阀体1的燃气通过喷射阀针7，喷入混合器2，喷入到混合器2的燃气沿着混合器环形腔14上设置的喷射孔一、十字喷射架15的喷射孔二喷出，如图3所示，喷射孔二喷出的燃气呈十字喷射架燃气喷出方向23，与进气歧管空气流入方向20呈90°夹角，喷射孔一喷出燃气呈混合器外圆喷射孔倾斜方向21，与进气歧管空气流入方向20呈90°+a角度，喷射孔一、喷射孔二喷出燃气的方向不同，使空气和燃气混合两次，即空气先与喷射孔一喷出的燃气混合一次，然后与喷射孔二喷出的燃气混合，使得空气和燃气在混合器2内混合均匀。

控制燃气喷射燃气量：

由于安装混合器后，尤其混合器的喷射孔一的喷出方向必然会影响混合后气体的压力，为了提高混合器2喷入燃气量的精确度，在相同喷射量下，如果dp值太小，喷射阀针7开启时间会增长，则形成混合气的时间加长，且喷射压力小，形成混合气的均匀性降低；在相同喷射量下，如果dp值太大，则喷射阀针7开启的时间变短，气阀开启的延迟以及开启的灵敏度因素会严重影响喷入燃气量的精度，则导致混合气浓度变浓或者变稀。即混合器2在实现混合均匀性的同时，降低了混合气体的压力，为了提高喷射喷射燃气量的精度，通过实验测定，dp值在不同工况下对应有不同的压力区间。

dp值压力区间实验测定过程：

1.以某公司生产的用于城市公交的10l多点喷射天然气发动机为例，在进气歧管上加装混合器2，发动机出厂前需要在试验台架上进行理想压力区间标定；在标定软件中，关闭氧传感器闭环功能，使得氧传感器的测定的空燃比值不再对喷射阀的喷射量进行修正，即ecu内部预设的空燃比与氧传感器侧得的实际空燃比之间不再进行反馈调节，使得上述两个值相对独立进行工作；

2、在台架上固定发动机转速，通过调节节气门开度来实现进气压力（map）的大小调节，比如测功机设定1000转/分钟，通过调节节气门使得map为30kpa、60kpa……180kpa，每次增加30kpa；

3、例如调整发动机为1000转/30kpa时，通过控制电子调压阀4的压力使得dp的值为从1bar以0.1bar的步长逐渐增大到7bar，每增加步长0.1bar的压力，记录一下ecu设定的空燃比目标值和氧传感器测量的实际空燃比值；

4、计算出上述每个步长下的喷射准确率，公式如下：

喷射比准确率=100%-(|空燃比目标值-空燃比实际值|)/空燃比目标*100%；

5、绘制发动机为1000转/30kpa时不同喷射压力下的喷射精确度曲线，如图6所示，我们可以假定喷射精度大于等于95%为喷射精确区，则可以根据下图得出发动机为1000转/30kpa时dp区间为3bar-4bar。

6、循环2、3、4、5步骤，可得出测定机型不同转速不同进气压力下的喷嘴喷射精度满足设定精度的最佳dp值区间，如下表1示例：

表1dp值在不同转速和进气压力下的设定的压力区间（表中dp值单位为bar，1bar=100kpa）

ecu根据压差传感器10测定的压差dp控制电子调压器4，使电子调压器4调整进入阀体1内的燃气压力ngp，使得dp值保持在设定的喷射压力，提高燃汽量的喷射精度。

如图5具体的实施步骤：

步骤1：ecu在启动或者运行时会间隔设定时间，例如1秒，检测发动机的转速，差传感器10测定的dp值、map值，根据发动机的转速与map值在表1内设定的值进行检索比对；

步骤2：ecu判断dp值在表1对应的范围内，则无需控制电子调压器4调节压力，根据ecu内部设定的空燃比参数，dp值以及发动机燃气温度（ngt）值、高压喷射管管径、阻力系数参数，计算出喷射阀针7开启的持续时间，如果ecu检测到差传感器10测定的dp值不在表1设定的dp值范围内，则ecu控制电子调压器4调整燃气压力，使得dp值处于表1设定的dp值范围内；

步骤3：ecu计算出喷射时刻和喷射持续时间后，将信号发送给喷射阀控制器6，喷射阀控制器6控制喷射阀针7在相应时刻开启，并开启相应的的时间；

步骤4：排气管上的氧传感器装置通过检测尾气中氧离子浓度得到混合气的实际浓度值，并将此值发送给ecu，ecu通过比对实际混合器浓度值与ecu内部预设的浓度值，修正步骤2的燃气喷入量。