雙燃料均質壓燃/準均質壓燃複合燃燒系統的製作方法
2023-05-26 01:13:36 1
專利名稱：雙燃料均質壓燃/準均質壓燃複合燃燒系統的製作方法
所屬領域本發明屬於一種發動機的燃燒系統，特別涉及一種雙燃料均質壓燃/準均質壓燃複合燃燒系統。
背景技術：
目前天然氣在發動機的應用方式主要有以下幾種型式一、氣道噴射或進氣混合方式採用傳統的點燃式，該方法的缺點是由於爆震的限制，發動機的壓縮比較低，因而熱效率低、燃料消耗率高；另一方面由於存在火焰傳播過程，火焰前峰生成大量的NOx排放，需要採用貴金屬如鉑作為催化劑的後處理裝置；同時由於天然氣的辛烷值高，需要高能量的火花塞。其二是採用柴油/天然氣雙燃料方式，由柴油引燃，該方案的優點是可以採用柴油機相同的壓縮比，提高了發動機的熱效率，但在中、小負荷工況，空燃比大，天然氣燃燒不完全，其熱效率比柴油機要低；它可以明顯降低碳煙排放，但對降低NOx排放效果有限，而該方式又不能採用目前廣泛使用的三元催化劑，所以要滿足未來更加嚴格的排放法規要求比較困難。第三種方式是液化天然氣(LNG)缸內直噴稀燃技術，採用點燃方式，實現缸內分層稀薄燃燒，該技術目前實際應用不多，主要問題仍然是NOx排放問題，由於仍存在火焰傳播過程，火焰前鋒將會生成大量的NOx，由於空燃比大於1，不能使用目前的三元催化反應器，需要採用DeNOx後處理裝置，該技術目前還不成熟，難度大；同時由於缸內的局部過濃區域存在，燃燒組織不當極易生成碳煙。所以該方案仍然難於滿足未來嚴格排放法規的限值要求。
發明內容
本發明的目的就在於克服上述現有技術中存在的不足，而提供一種雙燃料均質壓燃/準均質壓燃複合燃燒系統，該系統一方面可約石油資源，另一方面可以顯著降低發動機的有害排放，提高發動機熱效率。
本發明的技術方案是一種雙燃料均質壓燃/準均質壓燃燃燒系統，其特徵在於由柴油箱、燃氣箱、高壓共軌噴射裝置、氣道噴射裝置、冷卻廢氣再循環裝置和電子控制單元組成；柴油箱和燃氣箱分別通過高壓共軌噴射裝置和氣道噴射裝置與發動機連接，冷卻廢氣再循環裝置分別與發動機的進氣管和排氣管相通；電子控制單元的輸入端接收發動機輸出的油門位置信號、轉速信號、曲軸轉角信號、上止點信號、冷卻水溫度信號、進氣溫度和壓力信號、缸內壓力信號、共軌柴油溫度和壓力信號、燃氣溫度和壓力信號，輸出端與高壓共軌噴射裝置、氣道噴射裝置、冷卻廢氣再循環裝置連接。
上述高壓共軌噴射裝置由共軌油管、回油管和安裝在發動機汽缸上噴油器組成；噴油器通過共軌油管與柴油箱連接，共軌油管上裝有調壓器和油泵，噴油器又通過回油管與柴油箱相通；噴油器和調壓閥分別與電子控制單元的輸出端連接。
上述氣道噴射裝置中的電磁閥通過管道與燃氣箱相通，管道上安裝減壓閥及電磁閥開關；該電磁閥安裝在發動機汽缸上，且與發動機進氣道和電子控制單元的輸出端連接。
上述冷卻廢氣再循環裝置採用EGR閥，該EGR閥分別與發動機的進氣管和排氣管相通，且與電子控制單元的輸出端連接；排氣管上裝有氧化反應器。
上述燃氣箱內可裝入天然氣。
上述燃氣箱內可裝入液化石油氣。
本發明的優點是(1)可實現均質壓燃(HCCI)燃燒模式與準均質壓燃(QHCCI)燃燒模式複合燃燒模式，實現柴油/天然氣的高效清潔燃燒新技術，提高發動機中低負荷的熱效率，降低有害排放。(2)採用高壓共軌缸內直噴柴油的方式更易實現缸內局部分層，通過電控噴油時刻控制，實現柴油均質混合氣和燃氣均質混合氣分層，實現兩種混合氣的順序自燃，控制HCCI燃燒反應速度，擴展HCCI運行工況範圍。(3)發動機在大負荷工況採用QHCCI燃燒模式，通過噴油時刻控制和噴油量控制，噴入的柴油作為引燃柴油，將著火時刻控制在上止點後，降低QHCCI模式的NOx排放並保證了發動機動力性。(4)只需通過柴油噴油時刻控制即可實現HCCI和QHCCI的燃燒模式切換，降低HCCI發動機工況切換控制的難度。(5)採用冷卻廢氣再循環(EGR)技術，將HCCI燃燒模式擴展到中高負荷工況。(6)可節約石油資源。(7)結構簡單，對原發動機結構改動少，既可用於發動機新開發的機型，也可對在用發動機進行改造。
圖1為本發明的結構原理2為本發明的燃燒系統示意3為氣道噴射裝置示意4為電子控制單元原理示意5為本發明的控制原理6為本發明的控制流程圖
具體實施例方式以六缸發動機為例，如圖1、2、3、4所示一種柴油、天然氣雙燃料HCCI/QHCCI複合燃燒系統，其特徵在於由柴油箱1、天然氣箱2、高壓共軌噴射裝置、氣道噴射裝置、冷卻廢氣再循環裝置和電子控制單元組成；柴油箱通過高壓共軌噴射裝置與發動機連接，燃氣箱通過氣道噴射裝置與發動機連接，冷卻廢氣再循環裝置分別與發動機26的進氣管3和排氣管4相通；電子控制單元的輸入端接收發動機輸出的發動機運行工況參數信號，包括油門位置信號15、轉速信號16、曲軸轉角信號17、上止點信號18、冷卻水溫度信號19、進氣溫度和壓力信號20、通過缸上的壓力傳感器25獲得的缸內壓力信號22、共軌柴油溫度和壓力信號23、燃氣溫度和壓力信號24，輸出端與高壓共軌噴射裝置、氣道噴射裝置、冷卻廢氣再循環裝置連接。上述高壓共軌噴射裝置由共軌油管5、回油管6和安裝在發動機汽缸上電控噴油器7組成；電控噴油器通過共軌油管與柴油箱連接，共軌油管上裝有調壓器8和油泵9，電控噴油器又通過回油管與柴油箱相通；電控噴油器和調壓閥分別與電子控制單元的輸出端連接，電子控制單元可控制柴油噴射時刻和噴射量。上述氣道噴射裝置中的電磁閥10通過管道11與天然氣箱相通，管道上安裝減壓閥12及電磁閥開關27；該電磁閥安裝在發動機汽缸上，且與發動機進氣管和電子控制單元的輸出端連接，電子控制單元可控制天然氣的噴射時刻和噴射量。上述冷卻廢氣再循環裝置採用EGR閥13，該EGR閥分別與發動機的進氣管和排氣管相通，電子控制單元的輸出端與該EGR閥連接來控制EGR閥的開度；排氣管上裝有氧化反應器14。
如圖5、6所示本發明的工作流程是ECU首先讀取採集信號，通過採集信號判斷發動機運行工況，確定柴油的噴射時刻和噴射量。當發動機處於起動、暖車或怠速工況，天然氣電磁閥關閉，柴油早噴，使柴油和天然氣在壓縮衝程形成均質混合氣，實現發動機燃用柴油以HCCI燃燒模式工作，讀取MAP數據，通過柴油噴油時刻、柴油噴射量以及EGR閥開度的控制，控制HCCI燃燒模式下燃料著火時刻和燃燒反應速度，拓寬發動機HCCI工況運行範圍，以便提高發動機中低負荷的熱效率，降低有害排放，實現高效清潔的燃燒。發動機加載後發動機燃用柴油和天然氣雙燃料，燃燒模式只需通過控制柴油的噴油時刻來控制，通過對發動機工況信號的採集以及缸內壓力的採集，確定柴油噴油時刻及噴射量，當小負荷或中高負荷工況，柴油早噴，以HCCI燃燒模式工作；在大負荷工況，柴油晚噴，以QHCCI燃燒模式工作，並且柴油的著火時刻應該在上止點後附近曲軸轉角位置。根據不同的工況，讀取MAP數據，控制柴油和天然氣的噴射時刻和燃料量以及EGR閥的開度。
權利要求
1.一種雙燃料均質壓燃/準均質壓燃燃燒系統，其特徵在於由柴油箱、燃氣箱、高壓共軌噴射裝置、氣道噴射裝置、冷卻廢氣再循環裝置和電子控制單元組成；柴油箱和燃氣箱分別通過高壓共軌噴射裝置和氣道噴射裝置與發動機連接，冷卻廢氣再循環裝置分別與發動機的進氣管和排氣管相通；電子控制單元的輸入端接收發動機輸出的油門位置信號、轉速信號、曲軸轉角信號、上止點信號、冷卻水溫度信號、進氣溫度和壓力信號、缸內壓力信號、共軌柴油溫度和壓力信號、燃氣溫度和壓力信號，輸出端與高壓共軌噴射裝置、氣道噴射裝置、冷卻廢氣再循環裝置連接。
2.根據權利要求1所述的雙燃料均質壓燃/準均質壓燃燃燒系統，其特徵在於上述高壓共軌噴射裝置由共軌油管、回油管和安裝在發動機汽缸上噴油器組成；噴油器通過共軌油管與柴油箱連接，共軌油管上裝有調壓器和油泵，噴油器又通過回油管與柴油箱相通；噴油器和調壓閥分別與電子控制單元的輸出端連接。
3.根據權利要求1所述的雙燃料均質壓燃/準均質壓燃燃燒系統，其特徵在於上述氣道噴射裝置中的電磁閥通過管道與燃氣箱相通，管道上安裝減壓閥及電磁閥開關；該電磁閥安裝在發動機汽缸上，且與發動機進氣管和電子控制單元的輸出端連接。
4.根據權利要求1所述的雙燃料均質壓燃/準均質壓燃燃燒系統，其特徵在於上述冷卻廢氣再循環裝置採用EGR閥，該EGR閥分別與發動機的進氣管和排氣管相通，且與電子控制單元的輸出端連接；排氣管上裝有氧化反應器。
5.根據權利要求1所述的雙燃料均質壓燃/準均質壓燃燃燒系統，其特徵在於上述燃氣箱內可裝入天然氣。
6.根據權利要求1所述的雙燃料均質壓燃/準均質壓燃燃燒系統，其特徵在於上述燃氣箱內可裝入液化石油氣。
全文摘要
一種雙燃料均質壓燃/準均質壓燃燃燒系統，由柴油箱、燃氣箱、高壓共軌噴射裝置、氣道噴射裝置、冷卻廢氣再循環裝置和電子控制單元組成；柴油箱和燃氣箱分別通過高壓共軌噴射裝置和氣道噴射裝置與發動機連接，冷卻廢氣再循環裝置分別與發動機的進氣管和排氣管相通；電子控制單元的輸入端接收發動機輸出的發動機運行工況參數信號，輸出端與高壓共軌噴射裝置、氣道噴射裝置、冷卻廢氣再循環裝置連接。本發明可提高發動機中低負荷的熱效率；可控制HCCI燃燒反應速度，擴展HCCI運行工況範圍；可降低QHCCI模式的NOx排放；可降低HCCI發動機工況切換控制的難度；可將HCCI燃燒模式擴展到中高負荷工況；可節約石油資源。
文檔編號F02D41/00GK1580531SQ0313055
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月12日 優先權日2003年8月12日
發明者堯命發, 鄭尊清 申請人:天津大學