大缸径气体机的进气系统、进气控制方法及控制装置与流程

本申请涉及发动机控制领域，尤其涉及大缸径气体机的进气系统、进气控制方法及控制装置。

背景技术：

大缸径气体机是以燃气为燃料的发动机。随着技术的发展和对环保要求的逐步提高，大缸径气体机已经广泛应用于各个领域。

其中，大缸径气体机的瞬态响应性能是衡量大缸径气体机性能的一项重要指标，瞬时响应性能是指发动机在负载变化时转速的变化量以及从初始状态到稳定状态所需的时间。对于大缸径气体机而言，进气量和空燃比是影响瞬态响应性能的两个关键因素。

然而，目前大缸径气体机的进气系统支持的是增压前预混合进气的进气方式。增压前预混合进气是指燃气和空气在增压器前混合，经增压器增压后进入到气缸内的一种进气方式。在这种进气方式下，当大缸径气体机处于负载快速增加的瞬态工况时，进入气缸的气量不能迅速增加，进入气缸的混合气的空燃比也不能快速发生变化，从而导致大缸径气体机的瞬态响应性能很差。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供了大缸径气体机的进气系统、进气控制方法及控制装置，以解决现有大缸径气体机的瞬态响应性能差的问题。

为实现上述目的，一方面，本申请提供了大缸径气体机的进气系统，包括：

与所述大缸径气体机的气缸连通的进气管；

以及，连通燃气入口和所述进气管的两路进气通路；

其中，所述两路进气通路包括第一路进气通路和第二路进气通路；

所述第一路进气通路包括：混合器、增压器、中冷器、节气门和可控旁通阀；其中，所述混合器、所述增压器、所述中冷器与所述节气门顺次相连，且，所述混合器的一进气端与所述燃气入口连通，所述混合器的另一进气端与空气入口连通，所述节气门的出气端与所述进气管相连；所述可控旁通阀设置于连通所述中冷器的出气端与所述增压器的进气端的管路上；

所述第二路进气通路包括：设置于所述进气管上，且进气口与所述燃气入口连通，出气口朝向所述进气管的至少一个燃气喷射阀。

优选地，所述燃气喷射阀为车用燃气喷射阀。

优选地，所述进气管上设置有与气缸连通的至少一路进气歧管；

所述燃气喷射阀设置于所述进气歧管上，且所述燃气喷射阀的出气口连通所述进气歧管。

优选地，所述进气管上设置有分别与多个气缸连通的多路进气歧管，每路所述进气歧管上设置有一个所述燃气喷射阀。

优选地，所述第二路进气通路还包括：调压阀，所述调压阀设置在所述燃气入口和所述燃气喷射阀的进气口之间。

优选地，所述第一路进气通路还包括：调压阀和零压阀，所述调压阀和所述零压阀设置于所述混合器与所述燃气入口连通的管路上，所述调压阀的进气端与所述燃气入口相连，所述调压阀的出气端与所述零压阀的进气端相连，所述零压阀的出气端与所述混合器相连。

又一方面，本申请还提供了大缸径气体机的进气控制方法，该方法基于上述的进气系统，所述方法包括：

获取所述大缸径气体机的转速；

判断所述转速的变化率是否大于或等于预设值；

在确定出所述转速的变化率大于或等于预设值的情况下，关闭可控旁通阀，控制节气门的开度，并控制燃气喷射阀向气缸喷射燃气。

优选地，在确定出所述转速的变化率小于预设值的情况下，开启可控旁通阀，并控制节气门的开度。

优选地，所述控制燃气喷射阀向气缸喷射燃气包括：

获取所述转速的变化率大于或等于预设值之前的过量空气系数；

依据所述过量空气系数和所述转速的变化率确定燃气喷射量，按照所述燃气喷射量控制燃气喷射阀向气缸喷射燃气。

又一方面，本申请还提供了大缸径气体机的进气控制装置，该装置应用于上述的进气系统，所述装置包括：

获取单元，用于获取所述大缸径气体机的转速；

确定单元，用于判断所述获取单元获取到的所述转速的变化率是否大于或等于预设值；

第一控制单元，用于在所述确定单元确定出所述转速的变化率大于或等于预设值的情况下，关闭可控旁通阀，控制节气门的开度，并控制燃气喷射阀向气缸喷射燃气。

可见，在本申请实施例中，大缸径气体机的进气系统包括与大缸径气体机的气缸相通的进气管以及连通燃气入口和进气管的两路进气通路。其中，包括混合器、增压器、中冷器、节气门和可控旁通阀的进气通路支持增压前预混合进气的进气方式。这样，通过关闭用于进气旁通的可控旁通阀，不进行进气旁通，可以使节气门处的混合气压力快速升高，再配合对节气门开度的控制，可以使混合气快速进入气缸。而且，包括燃气喷射阀的另一路进气通路支持进气道喷射进气的进气方式。由于该燃气喷射阀设置于进气管上，通过控制燃气喷射阀，可将燃气直接喷射至气缸内，使气缸内的混合气空燃比快速变浓。因此，本申请实施例中的大缸径气体机的进气系统支持能够同时实现气缸内进气量快速增加和混合气的空燃比快速变化的进气方式，有效解决了大缸径气体机的瞬态响应性能差的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例中大缸径气体机的进气系统的一种示意图；

图2示出了本申请实施例中大缸径气体机的进气系统的又一种示意图；

图3示出了本申请实施例中大缸径气体机的进气控制方法的一种流程示意图；

图4示出了本申请实施例中大缸径气体机的进气控制方法的又一种流程示意图；

图5示出了本申请实施例中大缸径气体机的进气控制装置的一种组成示意图。

具体实施方式

本申请实施例的大缸径气体机的进气系统、进气控制方法及控制装置，适用于解决现有大缸径气体机的瞬态响应性能差的问题。

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，所描述的实施例仅仅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。

为了便于理解，先对大缸径气体机进行介绍。

大缸径气体机包括电子控制单元ecu、气缸和进气系统。

其中，电子控制单元ecu是大缸径气体机的大脑，用于执行各种控制功能，如控制进气系统进气。

大缸径气体机一般包括多个气缸，常见的大缸径气体机有12缸、16缸和20缸。气缸与进气系统的进气管相通，气体通过进气管进入气缸。

在一种可能的实现中，多个气缸共用一个进气管。以12缸大缸径气体机为例，六个气缸共用一个进气管，与包括两个进气管的进气系统适配。

目前，大缸径气体机的进气系统的结构如图1所示，该进气系统100中包括与大缸径气体机的气缸相通的进气管105以及连通燃气入口和进气管105的进气通路。

其中进气通路包括：顺次连接的混合器101、增压器102、中冷器103和节气门104。还包括：旁通阀106，设置在中冷器103的出气端与增压器102的进气端之间形成的管路上。其中，节气门104的出气端与进气管105相连。

基于该进气系统100，进气过程包括：燃气和空气进入混合器101进行混合，然后混合气经增压器102增压、经中冷器103冷却，之后一部分混合气通过进气管105进入到气缸内；另一部分混合气经过旁通阀又回到增压器入气端处。进气量仅由节气门104调节，旁通阀106不可控，不参与对进气量的调节。

当大缸径气体机的负载增加时，为适应该负载变化，需要增大进入大缸径气体机的进气量，以提高燃烧做功的总能量；还需要改变进入大缸径气体机的空燃比，以提高燃烧质量。本申请的发明人经研究发现，上述进气系统下，一方面，由于增压器转动惯量大，进气通道内混合气的压力不能快速升高，使得混合气无法快速进入气缸，可用于燃烧做功的能量不够，导致瞬态响应性能变差。另一方面，由于混合气要经过混合器、增压器、中冷器、节气门以及进气管才能进入气缸，进气通道长，且大缸径气体机相比小缸径气体机来说进气通道容积非常大，空燃比变化后的混合气需要一段时间才能进入到气缸内，使得混合气空燃比变化缓慢，燃气不能充分燃烧，也导致瞬态响应性能变差。

为了解决现有大缸径气体机瞬态响应性能差的技术问题，本申请的发明人研究发现，可以在上述进气系统的基础上，增设一路通过燃气喷射阀进气的进气通路。将燃气喷射阀设置于进气管上，通过控制燃气喷射阀可将燃气直接喷射至气缸内，使气缸内的混合气空燃比快速变浓，实现快速改变气缸内混合气的空燃比。同时，将上述进气系统中的旁通阀替换为可控旁通阀，在控制进气量时，可以增加对可控旁通阀的控制，通过关闭可控旁通阀，使大缸径气体机不进行进气旁通，快速升高节气门处的混合气压力，再配合对节气门的控制，可以使混合气快速进入气缸。因此，本申请实施例中的大缸径气体机的进气系统支持能够同时实现气缸内混合气的空燃比快速变化和进气量快速增加的进气方式，有效解决了大缸径气体机的瞬态响应性能差的技术问题。

下面结合附图对本申请实施例的大缸径气体机的进气系统进行介绍。如，参见图2，其示出了本申请实施例的一种大缸径气体机的进气系统的结构示意图，该进气系统200包括：进气管106；以及连通燃气入口和进气管106的两路进气通路。

其中，进气管106与大缸径气体机的气缸相通。

为了便于区分，将这两路进气通路分别称为第一路进气通路和第二路进气通路。

其中，第一路进气通路包括：混合器101、增压器102、中冷器103、节气门104和可控旁通阀108。

其中，混合器101包括两个进气端和一个出气端。两个进气端分别为燃气进气端和空气进气端，燃气进气端与燃气入口相连，连通燃气入口与第一路进气通路；空气进气端与空气入口相连。混合器101用于将空气和燃气混合。

在一种可能的实现中，空气入口和混合器101的空气进气端之间还设有空气滤，用于过滤从空气入口进入的空气。

混合器101的出气端与增压器102的进气端相连，经混合器101混合后得到的混合气可流入增压器。

增压器102用于增压从混合器101流入增压器102的混合气。增压器102的出气端与中冷器103的进气端相连，经增压器102增压后的混合气可流入中冷器。

中冷器103用于冷却从增压器102流入中冷器的混合气。中冷器103的出气端与节气门104的进气端相连。经中冷器103冷却后的混合气可流入节气门104。

节气门104的出气端与进气管106相连，用于控制经中冷器冷却后的混合气流入进气管106的气量。

可控旁通阀108设置于连通中冷器103的出气端与增压器102的进气端的管路上，可将中冷器冷却后的一部分混合气回流至增压器102，用于实现进气旁通。通过关闭旁通阀，不进行进气旁通，可以使中冷器冷却后的全部混合气流入进气管，达到增加进气量的效果。

另外，第一路进气通路还包括：调压阀和零压阀，调压阀和零压阀均设置于混合器与燃气入口连通的管路上，调压阀的进气端与燃气入口相连，调压阀的出气端与零压阀的进气端相连，零压阀的出气端与混合器相连。从燃气入口出来的燃气先经过调压阀调压，然后经过零压阀将压力调整至零压，零压的燃气进入混合器101。

第二路进气通路包括：至少一个燃气喷射阀107。至少一个燃气喷射阀107设置于进气管105上，且每个燃气喷射阀的进气口与燃气入口连通，出气口朝向进气管。燃气喷射阀107用于向进气管喷射燃气。

其中，燃气喷射阀是利用电磁原理，线圈通电，产生磁力使阀门克服弹簧的预紧力打开，线圈断电，阀门在弹簧作用下关闭，通过控制线圈电源的通断可使阀门快速开关的一种装置，可以喷射出燃气。本申请实施例中仅需喷射少量燃气，可以采用车用燃气喷射阀。车用燃气喷射阀性能可靠，且价格低廉，有利于市场推广应用。

在一种可能的实现中，进气管上设置有与气缸连通的至少一路进气歧管，燃气喷射阀设置于进气歧管上，燃气喷射阀的出气口连通进气歧管。

其中，一个进气管上可以设置有分别与多个气缸连通的多路进气歧管，每路进气歧管上设置有一个燃气喷射阀。仍以12缸大缸径气体机为例，每个进气管上设置有六个进气歧管，每个进气歧管上设置有一个燃气喷射阀，由于每个进气歧管对应一个气缸，所以每个燃气喷射阀也与一个气缸相对应。控制燃气喷射阀可以将燃气喷射至与该燃气喷射阀对应的气缸内。

第二路进气通路还包括：调压阀。调压阀设置在燃气入口和燃气喷射阀的进气口之间，用于调整进入燃气喷射阀的燃气压力。

除了上述结构之外，进气系统200还包括：燃气切断阀。燃气切断阀设置于燃气入口处，用于在存在安全风险或出现事故的情况下切断燃料供给。

上述进气系统下，燃气经过燃气切断阀后分为两路，第一路燃气经调压阀和零压阀调压后进入混合器，与经过空气滤进入混合器的空气混合，混合气经过增压器、中冷器、节气门、进气管进入到气缸内，其中节气门处有部分混合气经过旁通阀回流到增压器进气端。可以通过控制节气门和旁通阀控制第一路进气量。第二路燃气经调压阀调压后，通过与每个气缸对应的燃气喷射阀喷射到进气管中进入气缸。可以通过控制燃气喷射阀控制第二路进气量。

大缸径气体机具有如上进气系统时，可以仅仅通过其中一路进气通路向气缸通气。如，可以仅通过第一路进行进气，进气过程与图1的进气系统下的进气过程相同，此处不再赘述。也可以是仅通过第二路进行进气，在这种进气方式下需要采用大流量燃气喷射阀，将大量燃气喷射进气缸才能满足大缸径气体机的需求。

但考虑到仅通过第一路进行进气，大缸径气体机瞬态响应性能差，仅通过第二路进行进气，大流量燃气喷射阀的价格非常昂贵，且燃气和空气直接在气缸内混合，存在燃气和空气混合不均匀的问题，燃气消耗量大、可靠性差。本申请实施例中优选同时通过两路进行进气的方式，这种进气方式下大缸径气体机的燃料主要是第一路进入的混合气，仅需喷射少量的燃气即可改变混合气的空燃比。所以可以采用性能可靠且价格低廉的车用燃气喷射阀，成本较低。同时通过两路进行进气的方式下，混合气的空燃比可控，能够保证燃料充分燃烧，燃气消耗量小，可靠性高。

在其他实施例中，上述进气系统中的增压器102可以采用级联的多个小增压器代替。混合气经过多个小增压器多次增压，也能够起到快速提高混合气压力，使混合气快速进入气缸的效果。

在本申请实施例中，大缸径气体机的进气系统包括与大缸径气体机的气缸相通的进气管以及连通燃气入口和进气管的两路进气通路。其中，包括混合器、增压器、中冷器、节气门和可控旁通阀的进气通路支持增压前预混合进气的进气方式。这样，通过关闭用于进气旁通的可控旁通阀，不进行进气旁通，可以使节气门处的混合气压力快速升高，再配合对节气门开度的控制，可以使混合气快速进入气缸。而且，包括燃气喷射阀的另一路进气通路支持进气道喷射进气的进气方式。由于该燃气喷射阀设置于进气管上，通过控制燃气喷射阀，可将燃气直接喷射至气缸内，使气缸内的混合气空燃比快速变浓。因此，本申请实施例中的大缸径气体机的进气系统支持能够同时实现气缸内进气量快速增加和混合气的空燃比快速变化的进气方式，有效解决了大缸径气体机的瞬态响应性能差的技术问题。

本申请实施例中的进气系统是在现有进气系统的基础上增设燃气喷射系统，不需要对原发动机结构进行大的改动，并且可以采用车用燃气喷射阀，发动机成本增加很少，有利于市场推广。

基于上述实施例中大缸径气体机的进气系统，本申请实施例提供了大缸径气体机的进气控制方法。如，参见图3，其示出了本申请大缸径气体机的进气控制方法一个实施例的流程示意图，本实施例的方法由大缸径气体机的电子控制单元ecu执行，该方法可以包括：

s301，获取大缸径气体机的转速。

其中，大缸径气体机的转速可以通过获取大缸径气体机上设置的转速传感器的转速测量值来得到。

s302，判断大缸径气体机的转速的变化率是否大于或等于预设值。

可以理解的是，发动机的转速变化率能够反映出发动机的负载变化。本申请实施例中依据大缸径气体机的转速变化率确定大缸径气体机处于负载忽然增加的瞬态工况还是稳态工况。在大缸径气体机的转速变化率大于或等于预设值的情况下，大缸径气体机处于负载忽然增加的瞬态工况，在大缸径气体机的转速变化率小于预设值的情况下，大缸径气体机处于稳态工况。

其中，预设值可以根据大缸径气体机的类型、应用场景等预先设置。本申请对此不做任何限制。

s303，在确定出大缸径气体机的转速的变化率大于或等于预设值的情况下，关闭可控旁通阀，控制节气门的开度，并控制燃气喷射阀向气缸喷射燃气。

其中，控制节气门的开度包括：预先设置进气管的压力值和温度值；获取可控旁通阀关闭之前的开度值；依据转速变化率、可控旁通阀关闭之前的开度值、预设的进气管压力值和进气管温度值控制节气门的开度。

可以理解的是，由于旁通阀进气旁通，会使节气门处一部分混合气通过旁路回流至增压器进气端，这会泄掉节气门处混合气的部分压力。快速关闭旁通阀，使增压冷却后的混合气无法回流，同时将节气门的开度增大，混合气压力会迅速升高，快速进入进气道。

在通过关闭旁通阀，控制节气门的开度调节混合气进气量的同时，还可以获取转速的变化率大于或等于预设值之前的过量空气系数，也就是大缸径气体机负载快速增加之前的过量空气系数，依据获取的空气过量系数对混合气的空燃比进行控制。使得大缸径气体机能够燃烧充分进入气缸的混合气，减少燃气消耗，保证发动机的可靠性和经济性。

目前大缸径气体机上还设置有废气旁通阀，在另一实施例中，通过控制废气旁通阀也可以使混合气压力快速升高，达到快速增加进气量的目的。

其中，控制燃气喷射阀包括：获取大缸径气体机的转速的变化率大于或等于预设值前的过量空气系数，也就是大缸径气体机负载快速增加之前的过量空气系数，依据获取的过量空气系数和转速变化率确定燃气喷射量，按照该燃气喷射量控制燃气喷射阀向气缸喷射燃气。一种可能的实现中，ecu依据转速变化率确定第一喷射量修正系数；依据过量空气系数判断当前混合气的空燃比状况，根据当前混合气的空燃比状况确定第二喷射量修正系数；基于第一喷射量修正系数和第二喷射量修正系数确定目标喷射量修正系数；根据目标喷射量修正系数进行燃气喷射阀喷射量的修正。

可以理解的是，控制燃气喷射阀可以直接将燃气喷射至气缸，这些燃气与进入气缸的混合气混合，空燃比会快速变化。

本申请实施例中，在气体机的转速变化率大于等于预设值的情况下，也就是气体机运行在瞬态工况时，在原有仅通过节气门控制的基础上，增加了对旁通阀和燃气喷射阀的控制。通过控制旁通阀和节气门能够快速增加混合气的进气量。通过控制燃气喷射阀能够快速改变混合气的空燃比。从而提高大缸径气体机的瞬态响应性能。且本申请实施例中，对混合气的空燃比进行了控制，发动机燃烧充分，燃气消耗少，保证了发动机的可靠性和经济性。

参见图4，其示出了本申请大缸径气体机的进气控制方法的又一个实施例的流程示意图，该方法包括：

s401，获取大缸径气体机的转速。

s402，判断大缸径气体机的转速的变化率是否大于或等于预设值。

s403，在确定出大缸径气体机的转速的变化率大于或等于预设值的情况下，关闭可控旁通阀，控制节气门的开度，并控制燃气喷射阀向气缸喷射燃气。

在大缸径气体机处于瞬态工况时，通过关闭旁通阀和控制节气门的开度快速增加混合气的进气量；通过控制燃气喷射阀快速改变混合气的空燃比，以提高大缸径气体机的瞬态响应性能。

该步骤s401至s403可以参见前面的相关介绍，此处不再赘述。

s404，在确定出大缸径气体机的转速的变化率小于预设值的情况下，开启可控旁通阀，并控制节气门的开度。

其中，开启可控旁通阀可以是将可控旁通阀的开度值调整至非零。具体的开度值由进气旁通功能的需求确定。

控制节气门的开度包括：预先设置进气管的压力值和温度值；依据转速变化率、预设的进气管压力值和进气管温度值控制节气门的开度。

在通过节气门控制混合气进气量的同时，还可以获取转速的变化率大于或等于预设值之前的过量空气系数；也就是大缸径气体机负载快速增加之前的过量空气系数，依据获取的空气过量系数对混合气的空燃比进行控制。使得大缸径气体机能够燃烧充分进入气缸的燃料，减少燃气消耗，保证发动机的可靠性和经济性。

本申请实施例中，在大缸径气体机运行时，根据大缸径气体机的转速变化率确定大缸径气体机所处工况，在不同工况下按照该工况下适合的进气方式进气，当发动机工作于负载突然增加的瞬态工况时，同时通过增压前预混合进气方式和进气道喷射进气方式进行进气，保证了发动机的瞬态响应性能；当发动机工作于稳态工况时，按照增压前预混合方式进气，可靠性和经济性能好。本实施例的方案实现了进气方式的自动切换，使发动机时刻处于最合适的运行状态，拓展了大缸径气体机的应用范围，可以应用于泵、压缩机、钻机等，还可作为移动的电源或动力源使用。

对应本申请的大缸径气体机的进气控制方法，本申请还提供了大缸径气体机的进气控制装置。

如，参见图5，其示出了本申请大缸径气体机的进气控制装置一个实施例的组成结构示意图，该装置基于上述实施例中大缸径气体机的进气系统，应用于大缸径气体机的电子控制单元ecu。该装置可以包括：

获取单元501，用于获取所述大缸径气体机的转速；

判断单元502，用于判断所述获取单元501获取到的所述大缸径气体机的转速的变化率是否大于或等于预设值；

第一控制单元503，用于在判断单元502判断出所述大缸径气体机的转速的变化率大于等于预设值的情况下，关闭旁通阀，控制节气门的开度，并控制燃气喷射阀向气缸喷射燃气。

在一种可能的实现中，所述装置还包括第二控制单元504，用于在所述确定单元502确定出所述大缸径气体机的转速的变化率小于预设值的情况下，开启可控旁通阀，并控制节气门的开度。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。