提高天然气发动机瞬态响应的装置及其响应方法与流程

本发明涉及一种提高天然气发动机瞬态响应的装置，还涉及该装置具体的响应方法。

背景技术

目前普遍使用的天然气发动机多为单点喷射、进气管混合，由于天然气的燃烧特性，需要较精确的控制空燃比，瞬间多喷天然气作用有限，并不能完全弥补瞬态响应的劣势。所以多进空气才是提升瞬态响应的关键，但是由于增压迟滞的影响，发动机进气量增加较慢，相较柴油机普遍存在瞬态响应较慢，在需要急加速、加载的工况下该现象表现的尤为明显，上述现象主要导致以下方面的问题：

(1)利用天然气发动机的机动车起步与加速都相对较慢；

(2)利用天然气发动机的挖掘机、装载机等工程机械，加载特性较差。

因此有必要提高天然气发动机的瞬态响应，以消除上述缺陷，优化使用天然气发动机的机动车、工程机械等的机械特性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种改善空气进给、提高发动机运行稳定性的提高天然气发动机瞬态响应的装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提高天然气发动机瞬态响应的装置，包括连接在发动机上的进气总管，所述进气总管的进气端连接有正常供气通道，所述正常供气通道上连通有燃气供气管，所述燃气供气管上串接有燃气喷射阀，所述进气总管的出气端连接至发动机的气缸，所述正常供气通道还连通有瞬态响应供气通道，还包括用于检测油门踏板开度的油门位置传感器、用于检测发动机转速的转速传感器，所述正常供气通道、所述瞬态响应供气通道、所述油门位置传感器和所述转速传感器分别连接至发动机的电控单元ecu；

所述正常供气通道包括空气供气管，所述空气供气管上安装有节气门，所述节气门出气侧的所述空气供气管上安装有气体混合器，所述燃气供气管连通在所述气体混合器上，所述节气门进气侧的所述空气供气管上连通有防喘振排气管，所述防喘振排气管上安装有防喘振阀，所述防喘振阀和所述节气门分别信号连接至所述电控单元ecu；

所述瞬态响应供气通道包括空气压缩机，所述空气压缩机的出气端连接有储气罐，所述储气罐通过管路连通至所述节气门出气侧的所述空气供气管上，所述储气罐内安装有压力传感器，所述储气罐进气端的管路上安装有进气阀门，所述储气罐出气端的管路上安装有出气阀门，所述压力传感器、所述进气阀门和所述出气阀门分别连接至所述电控单元ecu。

作为优选的技术方案，所述防喘振阀和所述进气阀门分别设置为开关型阀门，所述出气阀门设置为开度可调节型阀门。

作为优选的技术方案，所述空气压缩机为发动机上自带的压缩机。

作为优选的技术方案，所述空气压缩机为独立式压缩机，所述空气压缩机皮带传动连接至所述发动机的动力输出端。

本发明还提供了上述提高天然气发动机瞬态响应的装置的响应方法，包括以下步骤，

步骤一、起动所述发动机和所述电控单元ecu；

步骤二、所述压力传感器实时检测所述储气罐内的气压，并将压力信号传送至所述电控单元ecu，在所述电控单元ecu内存储有压力标准值，当所述电控单元ecu判断检测到的压力信号大于所述压力标准值时，进入下一步；否则所述电控单元ecu控制所述进气阀门开启，利用所述空气压缩机为所述储气罐充气加压，并按照油门正常响应运行；

步骤三、所述油门位置传感器实时检测油门踏板的开度信号，并将开度信号输送至所述电控单元ecu，在所述电控单元ecu内存储有开度信号标准值，当所述电控单元ecu判断检测到的开度信号小于所述开度信号标准值时，进入下一步；否则按照油门正常响应运行；

步骤四、所述电控单元ecu根据实时接收到的油门踏板开度信号，并根据油门踏板的开度信号计算出踏板变化率，在所述电控单元ecu内存储有踏板变化率标准值，当踏板变化率≥踏板变化率标准值时，进入下一步；否则按照油门正常响应运行；

步骤五、所述转速传感器实时检测发动机的转速，并将转速信号输送至所述电控单元ecu，在所述电控单元ecu内存储有转速信号标准值，当所述电控单元ecu判断检测到的转速信号大于所述转速标准值时，进入下一步；否则按照油门正常响应运行；

步骤六、所述电控单元ecu判断发动机需要进入瞬态响应状态，即：

控制所述节气门关闭，打开所述防喘振阀，使所述正常供气通道进入的空气通过所述防喘振排气管排出；同时开启所述进气阀门和所述出气阀门，使所述储气罐中的压缩空气流入至所述进气总管，压缩空气在所述气体混合器中与所述燃气供气管引入的燃气混合，混合气体随后进入发动机的气缸内点燃燃料做功；在此过程中所述储气罐中的空气压力较高，所述电控单元ecu控制所述出气阀门的开度变化，使所述进气总管的压力达到并维持在目标值，避免增压迟滞，使发动机短时间就能输出较大的扭矩，完成发动机的一次瞬态响应；

步骤七、瞬态响应完成后，所述电控单元ecu控制所述出气阀门关闭，同时控制所述防喘振阀关闭，所述节气门逐渐打开，使发动机平顺过渡到正常油门响应运行状态，同时所述电控单元ecu的监控跳入至步骤二循环进行。

作为优选的技术方案，所述开度信号标准值可设置为25～35％中的任意一百分值；所述踏板变化率标准值至少为100％/s。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：在正常运行时，利用正常供气通道为发动机供燃气，当电控单元ecu根据各检测参数判断需要瞬态响应时，进入瞬态响应供气状态，即利用瞬态响应供气通道提供燃气，同时开启防喘振阀将继续通入的空气排出，从而达到改善空气供给，短时间内快速提高发动机空气进气量，提高发动机瞬态响应性能；另外，通过优化空气压缩机的匹配，增大压缩空气存储空间，配合节气门和防喘振阀控制，有助于提高发动机的瞬态响应特性，作用时间持续短，瞬态响应结束后发动机供气无缝切换回正常进气状态，从而优化燃气发动机机械的加载特性。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的电控单元ecu的简易控制流程图；

图中：1-进气总管；2-燃气喷射阀；3-气体混合器；4-发动机；5-油门位置传感器；6-转速传感器；7-电控单元ecu；8-空气供气管；9-节气门；10-防喘振排气管；11-防喘振阀；12-空气压缩机；13-储气罐；14-压力传感器；15-进气阀门；16-出气阀门；17-整车用气储气罐。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1和图2所示，提高天然气发动机瞬态响应的装置，包括连接在发动机4上的进气总管1，所述进气总管1的进气端连接有正常供气通道，所述正常供气通道上连通有燃气供气管，所述燃气供气管上串接有燃气喷射阀2，所述进气总管1的出气端连接至发动机4的气缸，所述正常供气通道还连通有瞬态响应供气通道。在正常情况下，所述正常供气通道为所述发动机4提供空气，并与所述燃气供气管送来的燃气混合进入至所述进气总管1内，以供发动机4燃烧做功使用；当发动机需要瞬态响应时由所述瞬态响应供气通道提供空气，在发动机4的进气端形成有两条进气路线。

要提高发动机的瞬态响应特性还需要用于检测油门踏板开度的油门位置传感器5、用于检测发动机转速的转速传感器6，所述正常供气通道、所述瞬态响应供气通道、所述油门位置传感器5和所述转速传感器6分别连接至发动机4的电控单元ecu7，所述发动机4在运行过程中需要正常运行还是需要瞬态响应，由所述电控单元ecu7根据油门踏板位置信号、发动机的转速信号等进行计算处理，并最终得出控制命令，控制所述正常供气通道、所述瞬态响应供气通道内的相应部件动作配合，完成工作状态的无缝转换。各传感器与所述电控单元ecu7之间的信号连通方式以及所述电控单元ecu7的结构原理，为本技术领域内普通技术人员所熟知的内容，在此不再详细说明。

具体地，所述正常供气通道包括空气供气管8，所述空气供气管8上安装有节气门9，所述节气门9出气侧的所述空气供气管8上安装有气体混合器3，所述燃气供气管连通在所述气体混合器3上，所述节气门9进气侧的所述空气供气管8上连通有防喘振排气管10，所述防喘振排气管10上安装有防喘振阀11，所述防喘振阀11为开关型阀门，所述防喘振阀11和所述节气门9分别信号连接至所述电控单元ecu7。正常运行状态下，所述节气门9时开启并根据发动机4的运行状态实时调整开启度，而所述防喘振阀11是关闭的，避免空气流失，当需要瞬态响应时，所述电控单元ecu7可以控制所述节气门9关闭，控制所述防喘振阀11开启，将不断输入的空气释放，避免对瞬态响应形成干扰，提高响应的准确性。

本实施例的所述瞬态响应供气通道包括空气压缩机12，所述空气压缩机12的出气端连接有储气罐13，所述储气罐13通过管路连通至所述气体混合器3上，所述储气罐13内安装有压力传感器14，所述储气罐13进气端的管路上安装有进气阀门15，所述储气罐13出气端的管路上安装有出气阀门16，所述压力传感器14、所述进气阀门15和所述出气阀门16分别连接至所述电控单元ecu7，所述进气阀门15设置为开关型阀门，所述出气阀门16设置为开度可调节型阀门。在正常运行时，所述出气阀门16时关闭的，所述电控单元ecu7根据所述压力传感器14检测的信号调整所述进气阀门15的启闭，用于调整所述储气罐13的空气压力，以保证在瞬态响应时，所述储气罐13能够有足够的空气完成响应任务。各阀门均为电子阀可以根据接收的所述电控单元ecu7的控制信号进行相应的启闭动作。

所述空气压缩机12可以设置为发动机4上自带的压缩机；当然，所述空气压缩机12也可以设置为独立式压缩机，所述空气压缩机12皮带传动连接至所述发动机4的动力输出端。还可以与所述储气罐13并联设置一整车用气储气罐17，用于整车气刹。

上述提高天然气发动机瞬态响应的装置的具体响应方法包括以下步骤：

步骤一、起动所述发动机4和所述电控单元ecu7。

步骤二、所述压力传感器14实时检测所述储气罐13内的气压，并将压力信号传送至所述电控单元ecu7，在所述电控单元ecu7内存储有压力标准值，该压力标准值可以根据控制精度进行适当调整，当所述电控单元ecu7判断检测到的压力信号大于所述压力标准值时，进入下一步；否则所述电控单元ecu7控制所述进气阀门15开启，利用所述空气压缩机12为所述储气罐13充气加压，并按照油门正常响应运行。

步骤三、所述油门位置传感器5实时检测油门踏板的开度信号，并将开度信号输送至所述电控单元ecu7，在所述电控单元ecu7内存储有开度信号标准值，当所述电控单元ecu7判断检测到的开度信号小于所述开度信号标准值时，进入下一步；否则按照油门正常响应运行。所述开度信号标准值可设置为25～35％中的任意一百分值，本实施例中的所述开度信号标准值设置为30％，当所述电控单元ecu7判断检测到的开度信号小于30％时，进入下一步。

步骤四、所述电控单元ecu7根据实时接收到的油门踏板开度信号，并根据油门踏板的开度信号计算出踏板变化率，在所述电控单元ecu内存储有踏板变化率标准值，当踏板变化率≥踏板变化率标准值时，进入下一步；否则按照油门正常响应运行，本步骤中，所述踏板变化率标准值至少为100％/s。

步骤五、所述转速传感器6实时检测发动机的转速，并将转速信号输送至所述电控单元ecu7，在所述电控单元ecu7内存储有转速信号标准值，该转速信号标准值可以根据控制精度进行适当调整，当所述电控单元ecu7判断检测到的转速信号大于所述转速标准值时，进入下一步；否则按照油门正常响应运行。

步骤六、所述电控单元ecu7判断发动机4需要进入瞬态响应状态，即：控制所述节气门9关闭，打开所述防喘振阀11，使所述正常供气通道进入的空气通过所述防喘振排气管10排出；同时开启所述进气阀门15和所述出气阀门16，使所述储气罐13中的压缩空气流入至所述进气总管1，压缩空气在所述气体混合器3中与所述燃气供气管引入的燃气混合，混合气体随后进入发动机4的气缸内点燃燃料做功，在此过程中所述储气罐13中的空气压力较高，所述电控单元ecu7控制所述出气阀门16的开度变化，使所述进气总管1的压力达到并维持在目标值，避免增压迟滞，使发动机短时间就能输出较大的扭矩，完成发动机的一次瞬态响应。

步骤七、瞬态响应完成后，所述电控单元ecu7控制所述出气阀门16关闭，同时控制所述防喘振阀11关闭，所述节气门9逐渐打开，使发动机平顺过渡到正常油门响应运行状态，同时所述电控单元ecu7的监控跳入至步骤二循环进行。

本发明在正常运行时，利用正常供气通道为发动机供燃气，当电控单元ecu7根据各检测参数判断需要瞬态响应时，进入瞬态响应供气状态，即利用瞬态响应供气通道提供燃气，同时开启防喘振阀11将继续通入的空气排出，从而达到改善空气供给，短时间内快速提高发动机空气进气量，提高发动机瞬态响应性能；另外，通过优化空气压缩机12的匹配，增大压缩空气存储空间，配合节气门9和防喘振阀11控制，有助于提高发动机的瞬态响应特性，作用时间持续短，瞬态响应结束后发动机供气无缝切换回正常进气状态，从而优化燃气发动机机械的加载特性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。