一种双喷嘴气/液双燃料内燃机缸内直喷系统及方法技术方案

一种双喷嘴气/液双燃料内燃机缸内直喷系统及方法，属于内燃机喷射控制领域。该系统增加了一套用于双喷嘴气/液双燃料点燃式内燃机缸内直喷装置和一套燃料喷射电子控制单元。该装置主要包括：气体燃料流量传感器、气体燃料控制阀、气体燃料稳压器、气体燃料加压泵、气体燃料轨压传感器、气体燃料喷嘴、液体燃料流量传感器、液体燃料控制阀、液体燃料轨压传感器、液体燃料喷嘴等。燃料喷射电子控制单元通过调整气体燃料喷嘴和液体燃料喷嘴的开启时刻和喷射脉宽实现气/液双燃料在缸内可按任意质量比协同喷射，从而缩小气体燃料喷嘴和液体燃料喷嘴体积减小其安装所需空间，并缓解气体燃料高压喷嘴长时间使用所面临的散热及润滑问题。

【技术实现步骤摘要】

缸内直喷是点燃式内燃机减少燃料消耗量、降低污染物排放和提升性能的有效方法，可使用的燃料包括气体燃料和液体燃料两大类。本专利技术提供一种用于点燃式内燃机的双喷嘴气/液双燃料缸内直喷系统及其控制方法，具体涉及双喷嘴气/液双燃料的缸内直喷及喷射过程控制。
技术介绍
与气道喷射等缸外喷射模式相比，采用缸内直喷的方式将燃料直接喷入点燃式内燃机可利用分层燃烧的方式有效减少燃料消耗量、降低污染物排放，同时提高内燃机响应速度，有利于提高热效率，进而具有更优的动力性、经济性和排放特性。按照燃料物理状态分类，内燃机目前使用的燃料可分为气体燃料和液体燃料两大类。气体燃料具有不存在蒸发过程、扩散速度快、燃烧时颗粒物排放较少等优势，但其能量密度较低，内燃机仅采用气体燃料往往存在动力性能较差等问题。相比之下，液体燃料具有较高的能量密度，可保证内燃机所需的动力性能，但其可燃混合气的形成存在蒸发雾化过程，不利于点燃式内燃机缸内直喷的分层组织，同时其燃烧过程存在较高的颗粒物排放。目前，已有点燃式内燃机在气道喷射等缸外喷射模式下采用气/液双燃料混合燃烧方式的相关研究，研究结果表明，通过适当调整气体、液体两种燃料的使用比例可有效改善点燃式内燃机动力性能并降低其污染物排放。但目前采用缸内直喷气/液双燃料混合燃烧方式的技术还鲜有报道，其主要原因在于：气体在缸内的高压喷射对喷嘴的要求较高，喷嘴长时间喷射高压气体存在润滑与散热方面存在问题。此外，气/液双燃料缸内直喷模式的燃料供给系统结构复杂，在缸盖狭小的空间中布置该系统存在难度，对现有内燃机缸盖改动较大。然而，为面对日渐苛刻的燃料消耗及污染物排放限制法规，双喷嘴气/液双燃料缸内直喷在点燃式内燃机动力性、经济性和排放性能方面的优势更为凸显。
技术实现思路
针对单一气体或液体燃料在内燃机缸内喷射燃烧时的动力性能或燃料经济性、排放性能的不足及气体燃料喷嘴高压喷射面临的润滑与散热方面的问题，为使内燃机可以采用气/液双燃料直喷至缸内燃烧实现进一步节能减排的目的，本专利技术提供一种双喷嘴气/液双燃料内燃机缸内直喷系统及方法。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种用于点燃式内燃机的双喷嘴气/液双燃料缸内直喷系统，该系统沿用点燃式内燃机主体(16)，并采用一套双喷嘴气/液双燃料缸内直喷装置用于实现气/液双燃料存储、供给、缸内直喷和一套喷射过程控制装置用于实现气/液双燃料的协同喷射。其特征在于：双喷嘴气/液双燃料缸内直喷装置包括气体燃料罐(2)、气体燃料流量传感器(3)、气体燃料控制阀(4)、气体燃料稳压器(5)、气体燃料加压泵(6)、气体燃料轨压传感器(7)、气体燃料喷嘴(8)、液体燃料箱(15)、液体燃料流量传感器(14)、液体燃料控制阀(13)、液体燃料一级加压泵(12)、液体燃料二级加压泵(11)、液体燃料轨压传感器(10)、液体燃料喷嘴(9)；喷射过程控制装置的核心部件为燃料喷射电子控制单元(1)。所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料流量传感器(3)获取气体燃料流量信号(j)，并用于喷射过程控制；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料轨压传感器(7)获取气体燃料轨压信号(g)，并用于喷射过程控制；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料流量传感器(14)获取液体燃料流量信号(a)并用于喷射过程控制；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料轨压传感器(10)获取液体燃料轨压信号(d)并用于喷射过程控制；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料控制阀控制信号(i)控制气体燃料控制阀(4)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料加压泵控制信号(h)控制气体燃料加压泵(6)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料喷嘴控制信号(f)控制气体燃料喷嘴(8)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料控制阀控制信号(b)控制液体燃料控制阀(13)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料二级加压泵控制信号(c)控制液体燃料二级加压泵(11)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料喷嘴控制信号(e)控制液体燃料喷嘴(9)；所述的气体燃料包括氢气、压缩天然气、液化天然气、液化石油气、二甲醚，液体燃料包括汽油、甲醇或乙醇；所述的气体燃料在气体燃料罐(2)中加压存储，存储压力不超过10MPa，液体燃料在液体燃料箱(15)中常压存储。本专利技术中一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷系统的控制方法，包括如下控制过程：1)气体燃料供给、喷射控制过程：燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料控制阀控制信号(i)开启气体燃料控制阀(4)，气体燃料从气体燃料罐(2)流出，经过气体燃料控制阀(4)进入气体燃料稳压器(5)稳压至8MPa，随后进入气体燃料加压泵(6)加压至15MPa，最后燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料喷嘴控制信号(f)控制气体燃料喷嘴(8)实现气体燃料的缸内喷射；2)液体燃料供给、喷射控制过程：燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料控制阀控制信号(b)开启液体燃料控制阀(13)，液体燃料从液体燃料箱(15)流出，经过液体燃料控制阀(13)进入液体燃料一级加压泵(12)稳压至0.4MPa，随后进入液体燃料二级加压泵(11)加压至12MPa，最后燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料喷嘴控制信号(e)控制液体燃料喷嘴(9)实现液体燃料的缸内喷射；3)气/液双燃料协同喷射模式包括：①气体燃料单独喷射。该模式下，气体燃料按照气体燃料供给、喷射控制过程，实现气体燃料的缸内喷射，气体燃料喷嘴(8)的开启时刻及喷射脉宽由燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料喷嘴控制信号(f)控制；燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料控制阀控制信号(b)关闭液体燃料控制阀(13)，根据液体燃料轨压信号(d)通过液体燃料二级加压泵控制信号(c)控制液体燃料二级加压泵(11)使其处于保压状态(液体燃料轨压为10至12MPa)，通过液体燃料喷嘴控制信号(e)控制液体燃料喷嘴(9)处于关闭状态，实现气体燃料单独喷射；②液体燃料单独喷射。该模式下，液体燃料按照液体燃料供给、喷射控制过程，实现液体燃料的缸内喷射，液体燃料喷嘴(9)的开启时刻及喷射脉宽由燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料喷嘴控制信号(e)控制；同时，燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料控制阀控制信号(i)关闭气体燃料控制阀(4)，根据气体燃料轨压信号(g)通过气体燃料加压泵控制信号(h)控制气体燃料加压泵(6)使其处于保压状态(液体燃料轨压为13至15MPa)，通过气体燃料喷嘴控制信号(f)控制气体燃料喷嘴(8)处于关闭状态，实现液体燃料单独喷射；③气/液双燃料复合喷射。该模式下，气体燃料和液体燃料分别按照气体燃料供给、喷射控制过程和液体燃料供给、喷射控制过程，实现液体燃料的缸内喷射，气体燃料喷嘴(8)和液体燃料喷嘴(9)的开启时刻及喷射脉宽由燃料喷射电子控制单元(1)分别通过气体燃料喷嘴控制信号(f)和液体燃料喷嘴控制信号(e)控制，实现气/液双燃料复合喷射；4)气/液双燃料协同喷射比例控制过程：根据气体燃料理论使用流量计算公式(式中，为气体燃料理论使用流量，mg/ms；α为气/液双燃料质量比；为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于点燃式内燃机的双喷嘴气/液双燃料缸内直喷系统，该系统沿用点燃式内燃机主体(16)，其特征在于：并采用一套双喷嘴气/液双燃料缸内直喷装置用于实现气/液双燃料存储、供给、缸内直喷和一套喷射过程控制装置用于实现气/液双燃料的协同喷射；双喷嘴气/液双燃料缸内直喷装置包括气体燃料罐(2)、气体燃料流量传感器(3)、气体燃料控制阀(4)、气体燃料稳压器(5)、气体燃料加压泵(6)、气体燃料轨压传感器(7)、气体燃料喷嘴(8)、液体燃料箱(15)、液体燃料流量传感器(14)、液体燃料控制阀(13)、液体燃料一级加压泵(12)、液体燃料二级加压泵(11)、液体燃料轨压传感器(10)、液体燃料喷嘴(9)；喷射过程控制装置的核心部件为燃料喷射电子控制单元(1)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料流量传感器(3)获取气体燃料流量信号(j)，并用于喷射过程控制；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料轨压传感器(7)获取气体燃料轨压信号(g)，并用于喷射过程控制；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料流量传感器(14)获取液体燃料流量信号(a)并用于喷射过程控制；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料轨压传感器(10)获取液体燃料轨压信号(d)并用于喷射过程控制；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料控制阀控制信号(i)控制气体燃料控制阀(4)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料加压泵控制信号(h)控制气体燃料加压泵(6)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料喷嘴控制信号(f)控制气体燃料喷嘴(8)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料控制阀控制信号(b)控制液体燃料控制阀(13)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料二级加压泵控制信号(c)控制液体燃料二级加压泵(11)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料喷嘴控制信号(e)控制液体燃料喷嘴(9)。...

【技术特征摘要】
1.一种用于点燃式内燃机的双喷嘴气/液双燃料缸内直喷系统，该系统沿用点燃式内燃机主体(16)，其特征在于：并采用一套双喷嘴气/液双燃料缸内直喷装置用于实现气/液双燃料存储、供给、缸内直喷和一套喷射过程控制装置用于实现气/液双燃料的协同喷射；双喷嘴气/液双燃料缸内直喷装置包括气体燃料罐(2)、气体燃料流量传感器(3)、气体燃料控制阀(4)、气体燃料稳压器(5)、气体燃料加压泵(6)、气体燃料轨压传感器(7)、气体燃料喷嘴(8)、液体燃料箱(15)、液体燃料流量传感器(14)、液体燃料控制阀(13)、液体燃料一级加压泵(12)、液体燃料二级加压泵(11)、液体燃料轨压传感器(10)、液体燃料喷嘴(9)；喷射过程控制装置的核心部件为燃料喷射电子控制单元(1)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料流量传感器(3)获取气体燃料流量信号(j)，并用于喷射过程控制；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料轨压传感器(7)获取气体燃料轨压信号(g)，并用于喷射过程控制；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料流量传感器(14)获取液体燃料流量信号(a)并用于喷射过程控制；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料轨压传感器(10)获取液体燃料轨压信号(d)并用于喷射过程控制；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料控制阀控制信号(i)控制气体燃料控制阀(4)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料加压泵控制信号(h)控制气体燃料加压泵(6)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料喷嘴控制信号(f)控制气体燃料喷嘴(8)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料控制阀控制信号(b)控制液体燃料控制阀(13)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料二级加压泵控制信号(c)控制液体燃料二级加压泵(11)；所述的燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料喷嘴控制信号(e)控制液体燃料喷嘴(9)。2.根据权利要求1所述系统，其特征在于：气体燃料包括氢气、压缩天然气、液化天然气、液化石油气、二甲醚，液体燃料包括汽油、甲醇或乙醇。3.根据权利要求1所述系统，其特征在于：气体燃料在气体燃料罐(2)中加压存储，存储压力不超过10MPa，液体燃料在液体燃料箱(15)中常压存储。4.应用如权利要求1所述系统的方法，其特征在于：气体燃料供给、喷射控制过程：燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料控制阀控制信号(i)开启气体燃料控制阀(4)，气体燃料从气体燃料罐(2)流出，经过气体燃料控制阀(4)进入气体燃料稳压器(5)稳压至8MPa，随后进入气体燃料加压泵(6)加压至15MPa，最后燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料喷嘴控制信号(f)控制气体燃料喷嘴(8)实现气体燃料的缸内喷射；液体燃料供给、喷射控制过程：燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料控制阀控制信号(b)开启液体燃料控制阀(13)，液体燃料从液体燃料箱(15)流出，经过液体燃料控制阀(13)进入液体燃料一级加压泵(12)稳压至0.4MPa，随后进入液体燃料二级加压泵(11)加压至12MPa，最后燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料喷嘴控制信号(e)控制液体燃料喷嘴(9)实现液体燃料的缸内喷射；气/液双燃料协同喷射模式包括：气体燃料单独喷射；该模式下，气体燃料按照气体燃料供给、喷射控制过程，实现气体燃料的缸内喷射，气体燃料喷嘴(8)的开启时刻及喷射脉宽由燃料喷射电子控制单元(1)通过气体燃料喷嘴控制信号(f)控制；燃料喷射电子控制单元(1)通过液体燃料控制阀控制信号(b)关闭液体燃料控制阀(13)，根据液体燃料轨压信号(d)通过液体燃料二级加压泵控制信号(c)控制液体燃料二级加压泵(11)使其处于保压状态(液体燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪常伟，从骁宇，汪硕峰，张擘，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11