一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机制造技术

本发明专利技术公开了一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机，采用高压电子燃料喷射技术可以有效解决天然气发动机动力响应不足的问题。利用电喷技术解决燃料瞬态供应问题，同时利用增压回流技术保证助燃剂供应，既保证了天然气燃料在负荷突升的特殊工况下的供应充足，又通过助燃剂供应量的调节使得天然气混合燃烧模式不出现爆震、失火状态。除了燃料和助燃剂的供应及控制外，针对突升的动力需求信号进行有效的预测、预控，保证响应的及时性和有效性。通过燃料紧急切断装置，防控负荷需求信号受干扰时发动机的超速等重大事故源，避免重大事故发生。

【技术实现步骤摘要】
一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机
本专利技术涉及电子
，尤其涉及一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机。
技术介绍
目前在油田钻井领域，主要的动力供应模式是柴油机通过链条传动直接驱动钻机，或者通过柴油机发电再利用电驱动钻机，利用柴油机钻井有两大问题，一是经济性差，钻井的成本50％来源于柴油的费用，二是环保性差，柴油机排放的颗粒物高(PM2.5和PM10)。因此如能利用天然气作为钻井动力燃料，替代柴油提供钻井主辅动力具有较好的经济性和环保性。根据已经用天然气燃料完钻的1000多口井的数据实测，一般1kg(约1.3Nm3)天然气可替代1kg柴油，平均每口井使用天然气15～20万m3，替代柴油120～160吨。按照在我国天然气供应比较充足的西部地区情况测算，仅在燃料成本节约方面，平均每口井为15～20万元。若综合考虑设备维护、人员成本等其他因素，经济效益更加明显。如果有100个钻井队配套天然气钻井动力，每个钻井队年完井5口计算，每年可实现燃料成本节约1亿元。在实现降低成本的同时，可以促进西部地区天然气的销售，实现以气打气，就地利用天然气1亿m3。天然气发动机颗粒物排放相比柴油机降低90％，CO排放降低50％，基本没有硫化物排放。每台钻机作业一个月，燃气动力相比柴油动力减排CO2约30吨，减排颗粒物(PM2.5和PM10)2.2吨，100台钻机利用燃气动力，年可减排CO2约3万吨，减排颗粒物(PM2.5和PM10)2200吨，社会效益巨大。天然气动力由于其燃料密度低的基本特性，前期的技术无法解决动力快速响应的问题，无法在动力波动大，瞬时加载负荷需求高的钻井工况下运行，因此由于装备技术的瓶颈，即便有较好的经济性和环保性，天然气这种廉价和清洁能源一直无法作为钻井动力燃料应用。前期在钻井工况中，利用天然气常规发电技术或是汽车天然气发动机技术有过尝试性的应用，均无法达到钻井工况的要求。这种天然气发动机技术可以适应在钻井泥浆系统正常运行，钻机钻进阶段的常规动力需求，无法满足起钻等需要瞬态快速响应工况的动力需求。常规天然气发动机主要存在的问题包括：1、由于天然气以气态常压形式进入燃烧室，燃料能源密度低，瞬间燃料供应不足，无法响应快速动力需求。2、根据柴油发动机的工作原理，燃烧室内空气的供应量远远大于柴油燃料燃烧所需的量，因此只要瞬时增加柴油供应量依然可以实现稳定燃烧做功。但天然气发动机系统是天然气和燃料先混合再燃烧，天然气和氧气的比例必须控制在一定的范围内，如果短时间燃烧室内仅增加天然气，燃烧环境将被破坏，出现爆燃、失火等状况，无法正常工作。3、不稳定的运行状况将造成可靠性下降，维修量增加，寿命下降，设备无法满足钻井工况长期运行要求。鉴于以上缺陷，实有必要设计一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：提供一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机，来解决
技术介绍
提出的问题。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：所述的电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机的组成为：废气涡轮增压器、废气调节阀、天然气空气混合器、调压阀、高压天然气、支管喷射阀、高压喷射支管、发动机燃烧室、ECU中央控制单元。一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机，其特征在于：按以下步骤进行：(1)信号采集：ECU采集发动机运行的信号，包括燃烧信号(缸温、排温)、转速、压力、燃气条件、各主要部件状态；(2)信号接收：接收动力需求设备信号(冗余设计，仅作为控制用辅助信号)，减少系统的计算及响应时间；(3)数据表查询：查询ECU经验数据表，经验数据表已经打包写入中央控制单元中，中央控制单元有一定的自学习功能。根据经验数据表输出信号控制执行器件的动作。主要控制项点包括：高压天然气电喷阀的喷射起止时间和喷射压力来确定喷射量。控制混合器的空气燃气混合比，保证在喷射高压天然气时段，混合器的过量系数加大，保证高压天然气混入后的燃烧状况正常。控制废气涡轮的废气进气量，以保证负荷突变、高压天然气喷射时增压系统的能力仍有富余，实现燃烧室内工作稳定；(4)信号传递：动力需求端的信号作为机组进入突加、突卸负荷的预警信号，一旦获得远端设备进入突加负荷需求时，高压喷射系统处于全面准备状况，废气旁通阀门的释放量逐步变小，所有阀门进行自检、自测，总阀进入开启状况，保障对突加负荷状况的更好应对。当然这不是必须的，一旦系统捕捉到转速下降等直接信号源时，系统依然可以实现燃料的喷射，仅是减少的自检和提前开阀的环节，第一次的响应时间会延迟。与现有技术相比，该一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机，采用高压电子燃料喷射技术可以有效解决天然气发动机动力响应不足的问题。相比常规天然气发动机不同的是，电子天然气燃料喷射系统是附加在常规天然气发动机基础上的一个额外的系统，对发动机的主要动力部件不进行大的改造，主要针对燃料和助燃剂(本系统为天然气和空气混合态)供应系统进行改进，同时在燃烧系统进行调整，以专门应对瞬时负荷需求增加状况的动力需求。利用电喷技术解决燃料瞬态供应问题，同时利用增压回流技术保证助燃剂供应，既保证了天然气燃料在负荷突升的特殊工况下的供应充足，又通过助燃剂供应量的调节使得天然气混合燃烧模式不出现爆震、失火状态。除了燃料和助燃剂的供应及控制外，针对突升的动力需求信号进行有效的预测、预控，保证响应的及时性和有效性。通过燃料紧急切断装置，防控负荷需求信号受干扰时发动机的超速等重大事故源，避免重大事故发生。附图说明图1是本专利技术工作原理流程图；图2是柴油燃料发动机进行的曲线数据对比表；图3是关键响应参数表。具体实施方式在下文中，阐述了多种特定细节，以便提供对构成所描述实施例基础的概念的透彻理解。然而，对本领域的技术人员来说，很显然所描述的实施例可以在没有这些特定细节中的一些或者全部的情况下来实践。在其他情况下，没有具体描述众所周知的处理步骤。实施例本实施例列举的一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机，按下述方法操作完成，ECU采集发动机运行的信号，包括燃烧信号(缸温、排温)、转速、压力、燃气条件、各主要部件状态，接收动力需求设备信号(冗余设计，仅作为控制用辅助信号)，减少系统的计算及响应时间，查询ECU经验数据表，经验数据表已经打包写入中央控制单元中，中央控制单元有一定的自学习功能。根据经验数据表输出信号控制执行器件的动作。主要控制项点包括：高压天然气电喷阀的喷射起止时间和喷射压力来确定喷射量。控制混合器的空气燃气混合比，保证在喷射高压天然气时段，混合器的过量系数加大，保证高压天然气混入后的燃烧状况正常。控制废气涡轮的废气进气量，以保证负荷突变、高压天然气喷射时增压系统的能力仍有富余，实现燃烧室内工作稳定，动力需求端的信号作为机组进入突加、突卸负荷的预警信号，一旦获得远端设备进入突加负荷需求时，高压喷射系统处于全面准备状况，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机，其特征在于，所述的电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机的组成为：废气涡轮增压器、废气调节阀、天然气空气混合器、调压阀、高压天然气、支管喷射阀、高压喷射支管、发动机燃烧室、ECU中央控制单元。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机，其特征在于，所述的电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机的组成为：废气涡轮增压器、废气调节阀、天然气空气混合器、调压阀、高压天然气、支管喷射阀、高压喷射支管、发动机燃烧室、ECU中央控制单元。


2.一种利用电子喷射燃料实现快速动力响应的燃气发动机，其特征在于：按以下步骤进行：
(1)信号采集：ECU采集发动机运行的信号，包括燃烧信号(缸温、排温)、转速、压力、燃气条件、各主要部件状态；
(2)信号接收：接收动力需求设备信号(冗余设计，仅作为控制用辅助信号)，减少系统的计算及响应时间；
(3)数据表查询：查询ECU经验数据表，经验数据表已经打包写入中央控制单元中，中央控制单元有一定的自学习功能。根据经验数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新来，汤洪杰，
申请(专利权)人：北京奥尔斯玛特能源有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11