基于可切換式噴油器的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于可切換式噴油器的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格和能源的過度消耗，天然氣作為一種代用燃料由于在排放和儲(chǔ)量方面的優(yōu)勢(shì)越來越受到重視。與點(diǎn)燃式天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比，柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)可以在不犧牲排放的基礎(chǔ)上提高燃燒速度，保證動(dòng)力性，是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的重要應(yīng)用方向。
[0003]雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)方案是:在壓縮沖程后期，預(yù)先噴入少量柴油作為引燃源，引燃柴油噴束著火后，在燃燒室內(nèi)不同位置形成多個(gè)火核，點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的預(yù)混天然氣和空氣混合氣，使天然氣和空氣混合氣可以在盡量短的時(shí)間內(nèi)完成燃燒放熱過程。
[0004]這種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)在于對(duì)引燃柴油量控制。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的不同，柴油的替代率差別較大，在某些特定的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)甚至需要以純柴油的模式運(yùn)行。因此柴油量在不同工況下差別較大，特別是純柴油模式和替代率較高的工況，需要噴油器可以適應(yīng)較寬廣的流量范圍，在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)可以到達(dá)較好的噴射效果，目前沒有任何一款噴油器可以覆蓋整個(gè)運(yùn)行范圍，導(dǎo)致天然氣的替代率受噴油器限制不能過低，因此目前雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化具有局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于可切換式噴油器的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況，通過控制天然氣噴射模塊和電子節(jié)氣門，提供適量的一定濃度的天然氣和空氣混合氣，并同時(shí)控制可切換式柴油噴嘴在兩套噴孔之間的切換及柴油噴射時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)快速低排放高效燃燒的目的。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0007]一種基于可切換式噴油器的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)，包括:電控共軌柴油供給裝置、預(yù)混天然氣供給裝置、可切換式噴油器以及電控系統(tǒng)ECU ;
[0008]所述電控共軌柴油供給裝置、預(yù)混天然氣供給裝置和可切換式噴油器分別與電控系統(tǒng)ECU連接；所述可切換式噴油器安裝在雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)上，所述可切換式噴油器還與電控共軌柴油供給裝置連接；
[0009]電控系統(tǒng)ECU控制預(yù)混天然氣供給裝置提供設(shè)定濃度的天然氣和空氣混合氣，并對(duì)供給柴油的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制可切換式噴油器噴嘴的切換以及柴油的噴射時(shí)刻。
[0010]所述電控共軌柴油供給裝置包括:柴油罐、柴油濾清器、帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油泵以及柴油軌；所述柴油罐與柴油濾清器相連，柴油濾清器與帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油泵的輸入端相連，帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油泵的輸出端一路與柴油罐相連，另一路與柴油軌相連，所述柴油軌和帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油泵均與可切換式噴射器相連。
[0011]所述柴油濾清器與柴油泵之間安裝有柴油油耗儀。
[0012]所述柴油軌的一端安裝有柴油軌壓傳感器，所述柴油軌壓傳感器與電控系統(tǒng)ECU連接。
[0013]所述預(yù)混天然氣供給裝置包括:天然氣罐、天然氣緩沖罐、天然氣減壓穩(wěn)壓模塊、天然氣噴射模塊、天然氣和空氣混合器以及增壓器依次串聯(lián)連接，所述增壓器依次連接中冷器和電子節(jié)氣門后與雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管道連接，所述電子節(jié)氣門與電控系統(tǒng)ECU連接，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管道直接與增壓器連接。
[0014]所述天然氣減壓穩(wěn)壓模塊與天然氣噴射模塊之間安裝有天然氣流量計(jì)。
[0015]所述雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管道上設(shè)有進(jìn)氣壓力溫度傳感器，排氣管道上設(shè)有排氣氧傳感器；所述進(jìn)氣壓力溫度傳感器和排氣氧傳感器分別與電控系統(tǒng)ECU連接。
[0016]所述可切換式噴油器包括大流量柴油噴嘴和小流量柴油噴嘴兩套柴油噴嘴，所述兩套噴嘴以同心圓的形式布置，所述兩套噴嘴分別與各自的噴射執(zhí)行器連接，用于控制兩套噴嘴的開啟與關(guān)閉；
[0017]柴油供油油道在可切換式噴油器內(nèi)分成兩條通路，分別給大流量柴油噴嘴和小流量柴油噴嘴供油；兩套噴嘴通過各自的回油通道后在可切換式噴油器的回油口交匯，從同一個(gè)回油口回油。
[0018]所述可切換式噴油器的小流量柴油噴嘴針閥安裝在小流量柴油噴嘴針閥體的內(nèi)部，小流量柴油噴嘴針閥體安裝于大流量噴嘴針閥體中，小流量柴油噴嘴的針閥體同時(shí)作為大流量柴油噴嘴的針閥；小流量柴油噴嘴的孔徑小于大流量柴油噴嘴，小流量柴油噴嘴的噴孔數(shù)小于大流量柴油噴嘴的噴孔數(shù)。
[0019]一種基于可切換式噴油器的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)的控制方法，包括:
[0020]根據(jù)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，電控系統(tǒng)通過控制帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油泵調(diào)節(jié)供給雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)引燃柴油的壓力，電控系統(tǒng)通過控制天然氣噴射模塊、電子節(jié)氣門以及大流量柴油噴嘴、小流量柴油噴嘴的噴射定時(shí)來調(diào)節(jié)供給雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)混天然氣的過量空氣系數(shù)、混合氣的量及柴油的噴射狀況；
[0021]在大扭矩、怠速、純柴油或低負(fù)荷運(yùn)行工況下，所需柴油量較大，采用小流量柴油噴嘴預(yù)噴射少量柴油，防止小流量噴嘴阻塞，然后采用大流量柴油噴嘴供給燃燒所需的大部分柴油；
[0022]在中等負(fù)荷工況下，所需柴油量較小，采用小流量柴油噴嘴單獨(dú)運(yùn)行供給燃燒所需的柴油。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024]本發(fā)明根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況，通過電控系統(tǒng)控制混合氣的流量及濃度、柴油噴射壓力及可切換式噴油器兩套噴嘴各自的噴射定時(shí)，實(shí)現(xiàn)可切換式噴油器對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)替代率范圍的全覆蓋，提高雙燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的柴油噴射霧化質(zhì)量，優(yōu)化雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。
[0025]本發(fā)明采用可切換式噴油器，利用噴射器中兩套執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別對(duì)兩套同心安裝的噴嘴進(jìn)行控制，在不同工況下針對(duì)不同的工況和替代率，應(yīng)用不同的噴嘴及不同的噴射參數(shù)(噴射壓力、噴射時(shí)刻)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)全功率噴射性能的優(yōu)化。
【附圖說明】
[0026]圖1本發(fā)明可切換式噴嘴的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明可切換式噴油器噴嘴的示意圖；
[0028]圖3為發(fā)明可切換式噴嘴的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)柴油燃燒系統(tǒng)的控制策略邏輯流程圖；
[0029]其中，101.柴油罐，102.柴油軌壓傳感器，103.柴油軌，104.電控系統(tǒng)，105.轉(zhuǎn)速傳感器，106.雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，107.可切換式噴油器，108.電子節(jié)氣門，109.增壓器，110.排氣氧傳感器，111.中冷器，112.進(jìn)氣溫度壓力傳感器，113.天然氣和空氣混合器，114.天然氣噴射模塊，115.天然氣流量計(jì)，116.天然氣減壓穩(wěn)壓模塊，117.天然氣緩沖罐，118.天然氣罐，119.帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油泵，120.柴油油耗儀，121.柴油濾清器；
[0030]201.大流量噴嘴針閥體，202.大流量噴嘴，203.小流量噴嘴，204.小流量噴嘴針閥體，205.小流量噴嘴針閥。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0032]如圖1所示，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)，包括:通過電控系統(tǒng)ECU104分別控制的電控共軌柴油供給裝置及預(yù)混天然氣供給裝置，電控系統(tǒng)104根據(jù)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)106的工況通過控制帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油泵119調(diào)節(jié)供給雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)106 —定壓力的引燃柴油，電控系統(tǒng)104根據(jù)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)106的工況通過控制天然氣噴射模塊114和電子節(jié)氣門108來調(diào)節(jié)供給雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)106 —定過量空氣系數(shù)的預(yù)混天然氣。
[0033]電控共軌柴油供給裝置，包括:柴油罐101，柴油濾清器121，帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油泵119，柴油軌103以及可切換式噴油器107 ;柴油罐101與柴油濾清器121相連，柴油濾清器121與帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油泵119的輸入端相連，柴油泵119的低壓回油管路與柴油罐101相連，高壓供油管路與柴油軌103相連，柴油軌103通過高壓油管與可切換式噴油器107相連，柴油軌103通過低壓管路同柴油泵119相連，可切換式噴射器107的低壓回油管路同柴油泵119相連。柴油濾清器121與柴油泵119之間還安裝有柴油油耗儀120。
[0034]預(yù)混天然氣供給裝置，包括天然氣罐118，天然氣緩沖罐117，天然氣減壓穩(wěn)壓模塊116，天然氣流量計(jì)115，天然氣噴射模塊114，天然氣和空氣混合器113 ;天然氣罐118與天然氣緩沖罐117相連，天然氣緩沖罐117與天然氣減壓穩(wěn)壓模塊116相連，天然氣減壓穩(wěn)壓模塊116與天然氣噴射模塊114相連，天然氣噴射模塊114與天然氣和空氣混合器113相連；天然氣減壓穩(wěn)壓模塊116與天然氣噴射模塊114之間還安裝有天然氣流量計(jì)115。
[0035]可切換式噴油器107安裝于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)106的缸蓋上，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)106的進(jìn)氣端的管道上設(shè)置有中冷器111，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)106的進(jìn)氣道與排氣道之間設(shè)置有增壓器109 ;雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)106的進(jìn)氣管道上還設(shè)有進(jìn)氣壓力溫度傳感器112，排氣管道上設(shè)有排氣氧傳感器110。
[0036]雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)106的一側(cè)還安裝有轉(zhuǎn)速傳感器105，柴油軌103的一端安裝有柴油軌壓傳感器102。
[0037]電控系統(tǒng)104與帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油泵119、柴油軌壓傳感器102、天然氣噴射模塊114、進(jìn)氣溫度壓力傳感器112、電子節(jié)氣門108、可切換式噴油器107、轉(zhuǎn)速傳感器105以及排氣氧傳感器110分別相連。