柴油天然气双燃料发动机起动喷气系统及控制方法

柴油天然气双燃料发动机起动喷气系统及控制方法
【专利摘要】本发明的柴油天然气双燃料发动机起动喷气系统及控制方法，压缩空气供给系统和天然气供给系统分别通过供气控制阀接到供气总管，各缸的喷气阀分别通过各自的供气支管与供气总管相连，ECU控制供气控制阀和气缸盖喷气阀的启闭。起动时，关闭天然气供气控制阀并打开压缩空气供气控制阀，使压缩空气供给系统与供气总管连通；运行时，关闭压缩空气供气控制阀，并打开天然气供气控制阀，使天然气供给系统与供气总管连通，.气缸喷气阀在其气缸进气冲程时向缸内喷射天然气。一套结构两种功能，同时实现电子控制。消除了天然气供气对空气充量的影响，提高了对燃烧的控制程度，完善了双燃料的缸内工作过程，节约维护成本。
【专利说明】柴油天然气双燃料发动机起动喷气系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种柴油天然气双燃料发动机起动喷气系统及控制方法，属于发动机【技术领域】。
【背景技术】
[0002]现有技术中，柴油/天然气双燃料发动机的起动采用压缩空气起动。其原理是将压缩空气，按柴油机的发火顺序，在工作行程时依次送入各个气缸，推动活塞，使柴油机曲轴转动并达到起动转速，则喷入燃烧室中的燃料自行发火燃烧，使柴油机运转。在压缩空气起动系统中，按气缸起动阀的构造与开启方式，可分为直接启阀式和启阀控制式两种。
[0003]直接启阀式压缩空气起动系统一般用于高速柴油机。起动时，先打开空气瓶的阀门，压缩空气即通至起动控制阀，打开起动控制阀，压缩空气全部进入空气分配器，分配器则按柴油机的发火次序依次经气缸起动阀送入正在工作冲程的气缸中，推动活塞使曲轴转动。一旦柴油机自行发火工作，立即关闭起动控制阀，切断供气。见图1。
[0004]间接启阀式压缩空气起动系统则一般用于大、中型柴油机。间接启阀式的特点是由主起动阀出来的压缩空气分作两路:一路是起动用的主空气，直接送至各缸气缸起动阀内等候，另一路是一小股控制空气，进入空气分配器后，按发火次序依次送往气缸起动阀上部并将阀打开。主空气进入气缸内，推动活塞作功。这种起动系统的特点是空气分配器尺寸小，空气耗量小。见图2。
[0005]空气压缩系统中设备众多，结构复杂，成本高，故障多；空气分配阀及起动阀都是机械式控制，使整个系统的响应慢，控制精度低。
[0006]柴油/天然气双燃料发动机的天然气喷射通常采用缸外多点喷射系统，即将减压后的天然气输送到进气总管中，再经过支管，利用布置在各气缸进气道处的电磁喷气阀对各气缸进行喷气，见图1。这种天然气喷射方式由于进气道处有喷气口的存在，减少了进气道的截面积，影响进气空气充量；由于喷气压力与进气压力互相扰动，影响供气特性；不易于实现稀薄燃烧和对燃烧过程的控制，不利于完善和优化发动机的工作性能。见图3。
[0007]现有技术的柴油/天然气双燃料发动机，其天然气喷射与压缩空气起动分别为两套相互独立的系统，两套系统都需要大量而复杂的管系连接，不仅造成发动机周围管系布置困难，也影响发动机的检查和维修，同时也增加了设备成本。

【发明内容】

[0008]本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种柴油天然气双燃料发动机起动嗔气系统及控制方法。
[0009]本发明的目的是这样实现的:一种柴油天然气双燃料发动机起动喷气系统，包括压缩空气供给系统和天然气供给系统，其特征在于所述压缩空气供给系统和天然气供给系统分别通过压缩空供气控制阀和天然气供气控制阀接到供气总管，发动机各缸的喷气阀分别通过各自的供气支管与供气总管相连，可以对缸内直接喷气，由发动机控制器ECU控制压缩空所供气控制阀、天然气供气控制阀和气缸盖喷气阀的启闭。
[0010]一种上述柴油/天然气双燃料发动机起动喷气系统的控制方法，其特征在于采取下列步骤:
[0011]A.关闭天然气供气控制阀并打开压缩空气供气控制阀，使压缩空气供给系统与供气总管连通；
[0012]B.根据凸轮轴的配气相位，按发火次序依次控制各气缸盖喷气阀向其缸内喷射压缩空气，推动活塞运动；
[0013]C.当发动机达到发火转速时，开始向缸内喷入柴油，发火起机；
[0014]D.起机成功后，关闭压缩空气供气控制阀，使压缩空气供给系统与供气总管断开；
[0015]E.当发动机达到设定负荷时，打开天然气供气控制阀，使天然气供给系统与供气总管连通；
[0016]F.控制各气缸喷气阀在其气缸进气冲程时向缸内喷射天然气，在压缩冲程末端，喷油器向缸内喷射柴油引燃混合气，进而推动活塞作功。
[0017]本发明的方案，根据压缩空气起动系统和天然气进气系统在发动机运行过程中分阶段工作的特点，将压缩空气起动的气缸盖进气的特点与天然气进气系统结合，将原有天然气系统缸外多点喷射改造成缸内多点喷射，再利用天然气供气系统的“总管-支管”简化压缩空气起动系统的结构。使压缩空气起动系统与天然气供气系统整合为一个综合系统，一套结构两种功能，同时实现电子控制。消除了天然气供气对空气充量的影响，提高了对燃烧的控制程度，完善了双燃料的缸内工作过程，可进一步提高双燃料发动机的智能化程度，节约维护成本。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1为直接启阀式压缩空气起动系统原理示意图。
[0019]图2为间接启阀式压缩空气起动系统原理示意图。
[0020]图3为柴油/天然气双燃料发动机的天然气缸外多点喷射系统原理示意图。
[0021]图4为本发明实施例的柴油/天然气双燃料发动机起动喷气系统原理示意图。
[0022]
[0023]图中标记为:1-空气瓶，2-操纵手柄，3-主起动阀，4-空气分配器，5-气缸起动阀，6-截止阀，7-喷气阀，8-天然气供气总管，9-传感器，10-喷油器，11-天然气供气控制阀，12-供气总管，13-压缩空气供气控制阀，14-气缸盖喷气阀，15-供气支管，16-天然气供给系统，17-气缸盖，18-压缩空气供给系统。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]参看图4，本发明实施例的柴油/天然气双燃料发动机起动喷气系统，其基本结构为在每一个气缸盖17上安装气缸盖喷气阀14，可以对缸内直接喷气，喷气阀14通过供气支管15与供气总管12连接，在总管12的两端各安装一个供气控制阀，分别与天然气供给系统16与压缩空气供给系统18连接，即在发动机上实现压缩空气起动系统与天然气喷射系统共用一套供气管路。气缸盖喷气阀14与供气总管两端的供气控制阀11、13均为由ECU控制的电磁阀。
[0026]当发动机起机时，ECU检测到起动命令，将压缩空气供气控制阀13打开，使其与外部的压缩空气管路连接，此时压缩空气充入供气总管12中，同时由凸轮轴传感器测量凸轮轴的配气相位，ECU根据发火次序依次打开气缸盖喷气阀14向气缸内喷射压缩空气,推动活塞运动。当发动机达到一定转速时，再向气缸内喷入柴油，发火起机。待起机完成后，关闭压缩空气供气控制阀13。当发动机达到设定负荷时，打开天然气供气控制阀11，使其与外部的天然气管路连接，天然气充入供气总管12中。ECU控制在各气缸进气冲程打开喷气阀14，向缸内喷射天然气。在活塞压缩天然气与空气的混合气，在压缩冲程末端，喷油器向气缸喷射柴油弓I燃混合气，进而推动活塞作功。
[0027]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种柴油天然气双燃料发动机起动喷气系统，包括压缩空气供给系统和天然气供给系统，其特征在于所述压缩空气供给系统和天然气供给系统分别通过压缩空供气控制阀和天然气供气控制阀接到供气总管，发动机各缸的喷气阀分别通过各自的供气支管与供气总管相连，可以对缸内直接喷气，由发动机控制器E⑶控制压缩空所供气控制阀、天然气供气控制阀和气缸盖喷气阀的启闭。
2.—种权利要求1所述柴油天然气双燃料发动机起动喷气系统的控制方法，其特征在于采取下列步骤: A.关闭天然气供气控制阀并打开压缩空气供气控制阀，使压缩空气供给系统与供气总管连通； B.根据凸轮轴的配气相位，按发火次序依次控制各气缸盖喷气阀向其缸内喷射压缩空气,推动活塞运动； C.当发动机达到发火转速时，开始向缸内喷入柴油，发火起机； D.起机成功后，关闭压缩空气供气控制阀，使压缩空气供给系统与供气总管断开； E.当发动机达到设定负荷时，打开天然气供气控制阀，使天然气供给系统与供气总管连通； F.控制各气缸喷气阀在其气缸进气冲程时向缸内喷射天然气，在压缩冲程末端，喷油器向缸内喷射柴油弓I燃混合气，进而推动活塞作功。
【文档编号】F02N9/04GK103821652SQ201310577680
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18日
【发明者】王永诗, 张常辉, 牟恕宽 申请人:中国北车集团大连机车车辆有限公司