防炸裂进气系统及应用该系统的防炸裂进气方法

摘要

本发明公开了一种防炸裂进气系统及应用该系统的防炸裂进气方法。该防炸裂进气系统包括：进气管、气体导流管、电子阀门、压力传感器和ECU，气体导流管的进气口通过电子阀门与进气管连通，出气口与发动机排气系统连通；压力传感器用于实时监测进气管内的气体压力，信号输出端与ECU连接；ECU根据压力传感器传递的压力信息，来控制电子阀门的开闭。该防炸裂进气系统结构简单合理，通过在进气管上增设带电子阀门的气体导流管导出回火高压气体，电子阀门由ECU通过压力传感器获取的进气管压力控制开闭，能够消除气体发动机进气管回火引起的炸裂故障，使进气管及相关部件得以保护。

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机领域，特别涉及一种防炸裂进气系统及应用该系统的 防炸裂进气方法。

背景技术

现有气体发动机由于存在有进排气气门开启重叠角，气体发动机存在进 气管回火现象，回火可能引起进气管中气体燃烧，燃烧气体迅速膨胀，而进 气管是一个相对封闭的容器，膨胀的气体在进气管中无法释放巨大的气体压 力，进气管可能因为气体的高压而炸裂，引起发动机失效，危及生命及财产 安全。

现有防止进气管回火炸裂的方法包括：加强进气管厚度、增加加强筋等 提高强度进气管的方式，但由于进气管的强度提高后，进气管处的炸裂解决 了，但进气管回火的危险并未消除，膨胀的气体会引起与进气管相连的气体 发动机其他薄弱环节零件的炸裂损坏，致使发动机进气系统其它零部件出现 炸裂故障。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中缺陷，提供了一种结构简单合理，能 够消除气体发动机进气管回火故障的防炸裂进气系统及应用该系统的防炸裂 进气方法。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种防炸裂进气系统， 包括：进气管、气体导流管、电子阀门、压力传感器和ECU，气体导流管的进 气口通过电子阀门与进气管连通，出气口与发动机排气系统连通；压力传感 器用于实时监测进气管内的气体压力，信号输出端与ECU连接；ECU根据压 力传感器传递的压力信息，来控制电子阀门的开闭。

上述技术方案中，压力传感器设置在进气管上。

上述技术方案中，电子阀门的自然状态为关闭状态。

根据本发明的另一个方面，提供了一种应用上述系统的防炸裂进气方法， 具体步骤为：

首先，通过压力传感器对回火进气管内的气体压力进行实时监测，并将 气体压力信号传输给ECU；

其次，ECU将通过压力传感器获得的压力信息与预先设定于ECU内部的电 子阀门开启压力数值进行对比：

当进气管内的气体压力小于电子阀门的预设开启压力数值时，ECU控制电 子阀门处于关闭状态；

当进气管内的气体压力大于电子阀门的预设开启压力数值时，ECU控制电 子阀门处于开启状态，将进气管内的高压气体通过气体导流管导流至发动机 排气系统中燃烧。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该防炸裂进气系统结构简 单合理，通过在进气管上增设带电子阀门的气体导流管导出回火高压气体， 电子阀门由ECU通过压力传感器获取的进气管压力控制开闭，能够消除气体 发动机进气管回火引起的炸裂故障，使进气管及相关部件得以保护。

附图说明

图1是本发明的防炸裂进气系统的结构示意图；

图2是应用本发明的防炸裂进气系统的防炸裂进气方法流程图；

附图标记说明：

1-进气管，2-气体导流管，3-电子阀门，4-压力传感器，5-ECU。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理 解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。需要理解的是，本发明的 以下实施方式中所提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“正面”和“反面”均 以各图所示的方向为基准，这些用来限制方向的词语仅仅是为了便于说明， 并不代表对本发明具体技术方案的限制。

如图1和图2所示，本发明的防炸裂进气系统是在传统进气管基础上加 装一节气门，由ECU控制该节气门（即电子阀门）的开闭来调节进气管内的 气体压力状况，防止进气管回火后可燃混合气大面积燃烧而炸裂，具体结构 包括：进气管1、气体导流管2、电子阀门3、压力传感器4和ECU5。

进气管1是气体发动机的进气通道；而气体导流管2的出气口与发动机 的排气系统连通，用于将回火时进气管内的高压气体导流出进气管，引导至 排气系统中燃烧，这样，由于进气管内气体压力得到了有效的释放，为此进 气系统内气体压力得以降低，由于是疏导进气系统内气体压力，从而使进气 系统免于因为回火而炸裂，从而有效的保护了进气系统。

电子阀门3设置在进气管1与气体导流管2的进气口之间，用于控制进 气管1与气体导流管2的。电子阀门3的开启与关闭由ECU5控制，电子阀门 3的自然状态为关闭状态，即进气管1与气体导流管2自由状态下是断开的。

压力传感器4能感受压力并转换成可用输出信号的传感器，是工业实践 中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、 铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船 舶、机床、管道等众多行业。压力传感器4设置在进气管1上，用于实时监 测进气管1内的气体压力，信号输出端与ECU5连接。

ECU5即（Electronic Control Unit）电子控制单元，又称“行车电脑”、 “车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器，也叫汽车专用单片机。 它和普通的单片机一样，由微处理器（CPU）、存储器（ROM、、RAM）、输入/输 出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。 ECU5的输入端与压力传感器4的信号输出端连接，输出端与电子阀门3连接， 通过压力传感器4获得的压力信息，与预先设定于ECU内部电子阀门3的开 启压力进行对比，进而控制电子阀门3的开启与关闭，来连通与断开进气管1 与气体导流管2。

本发明的防炸裂进气系统是针对气体发动机存在气门重叠角而引起发动 机进气管回火的工况设计的，所谓的气门重叠角，通常是指发动机进气门和 排气门处于同时开启的一段时间用曲轴转角来表示称为气门重叠角。一般按 发动机高速旋转工况的需要来设计气门重叠角。它的原理如下：

理想状况下，四行程引擎的运作包含「进气」、「压缩」、「做功」、「排气」 四个行程。当进气行程开始时，进气门逐渐开启活塞必须同步逐渐往下止点 移动。当进气门开启到最大时（也就是下压到最深处，这就是凸轮轴的扬程）， 活塞必须移动到下止点并且在活塞下移的过程中，同时就由先前燃烧后汽缸 真空（负压）吸入新鲜的混合油气（空气与燃油的混合），到此完成进气行程。

接下来活塞由下止点开始上移此时进入压缩行程，在这个行程中，活塞 会逐渐朝上止点移动，同时将吸入汽缸的混合油气向上挤压，直到上止点时 所有的混合油气会被挤压在活塞顶部与汽缸头的间隙中（这个间隙就是俗称 的「燃烧室」，此时进气门与排气门接为「关闭」状态），至此压缩行程完成。

完成压缩行程后，ECU会发出讯号让火花塞进行点火，借此引爆被压缩的 混合油气。被引爆的混合油气则会将活塞推向下止点，这就是「动力」的来 源，也是所谓的「燃烧（或爆炸）」行程。接着当活塞被推向下止点后，会再 度往上止点移动，在往上止点移动的过程中，排气门则同步逐渐开启。透过 活塞的上移将燃烧后的废气「推挤」出汽缸，这就是排气行程。

以上四个行程不断循环，维持引擎的运转而产生动力的输出，由上述的 文字我们可以发现，在理想状况下，进气门和排气门不会有「同时开启」的 状况，也就是没有「气门重叠」的现象，不过在某些特定需求下，比如要求 高转速域的输出表现时，为求排气更加顺畅，会刻意让进气门在排气门尚未 完全关闭时就逐渐开启，因为新鲜的混合油气要进入汽缸内，主要是依靠上 述燃烧后活塞下移所产生的负压吸力，由于混合油气具有质量与阻力，当进 气行程从进气门开启到关闭气门那一刻止，汽缸内所吸入的混合油气往往未 能达到饱和，因此引擎工程师在设计凸轮开启角度时，会趋向早开及晚关的 方式，这样能让混合油气有更多的时间进入汽缸，既然进排气门有着早开及 晚关的角度设计，当排气行程结束后紧接着又是进气行程的开始，排气门晚 关进气门早开造成进排气门同时开启的角度重复，这就是学理上所谓的Over Lap「气门重叠」。气门重叠是因为早开晚关设计所产生的机械现象，而此现 象也让排气门尚未关闭前，利用新鲜混合油气进入汽缸，来驱离汽缸内尚未 完全排除的废气，这种设计也有效增加汽缸的进排气量的功效。

应用该系统的防炸裂进气方法的具体步骤为：

首先，通过压力传感器4对回火进气管1内的气体压力进行实时监测， 并将该压力信号传输给ECU5。

其次，ECU5将通过压力传感器4获得的压力信息与预先设定于ECU5内部 的电子阀门3开启压力数值进行对比；ECU5内部的电子阀门3的开启压力设 定可根据实际使用情况进行设置。

当回火进气管1内的气体压力小于电子阀门3的预设开启压力数值时， 即进气管内气体压力未达到预设置的限值时，ECU5控制电子阀门处于关闭状 态，使得进气管1与气体导流管2保持断开。

此时，发动机回火，但回火后可燃混合气未能在进气管内进行大面积燃 烧，此时，进气管内气体压力相对较小，压力传感器4将相应的压力数值反 馈至ECU5，ECU5对预设置压力与传感器检测到的进气压力信号进行对比， ECU5控制电子阀门3，使电子阀门3处于关闭状态。由于此时进气管1内压 力未超过预设置数值，进气管1处于安全状态，不需要导通气体导流管2。

当回火进气管1内的气体压力大于电子阀门3的预设开启压力数值时， 即进气管内气体压力达到预设置的限值时，ECU5控制电子阀门处于开启状态， 使得进气管1与气体导流管2保持连通，将高压气体导流至排气系统中燃烧。

此时，发动机回火，但回火后可燃混合气在进气管1内进行大面积燃烧， 此时，进气管1内气体压力相对较大，压力传感器4将相应的压力数值反馈 至ECU5，ECU5对预设置压力数值与传感器检测到的进气压力信号进行对比， 当进气管1内气体压力超过预设置的限值，ECU5控制电子阀门3，使电子阀 门3处于开启状态，此时进气管1内的压力通过电子阀门3将高压气体经气 体导流管2导流出进气管1，引导至排气系统中燃烧，由于进气管1内气体压 力得到了有效的释放，为此进气系统内气体压力得以降低，由于是疏导进气 系统内气体压力，从而使进气系统免于因为回火而炸裂，从而有效的保护了 进气系统。

该防炸裂进气系统结构简单合理，通过在进气管上增设带电子阀门的气 体导流管导出回火高压气体，电子阀门由ECU通过压力传感器获取的进气管 压力控制开闭，能够消除气体发动机进气管回火引起的炸裂故障，使进气管 及相关部件得以保护。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此， 任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。