一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统，该系统与原有纯柴油系统为并行系统，能在纯柴油模式和柴油天然气双燃料工作模式下自由切换，该系统装置包括多种传感器、执行器，线束和通过传感器的输入反馈信号并输出控制执行器装置的柴油天然气双燃料发动机控制器ECU。该系统通过电子节气门体总成控制空气进气量，通过电控高速高压溢流阀控制柴油量的喷射，通过喷气嘴控制天然气的喷气量，通过氧传感器反馈信号调节控制发动机工作的空燃比，保证双燃料发动机的可靠稳定运行。本实用新型专利技术具有适用性强，结构简单，瞬态控制精准，成本低等显著特点。

A dual fuel engine system based on mechanical pump

【技术实现步骤摘要】
一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统
本技术涉及柴油发动机
，特别涉及一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统。
技术介绍
随着我国经济的日益发展，交通运输车辆，工程机械以及船舶的保有量迅猛增加，导致燃油紧缺和环境污染的日益严重，因此清洁的代替燃料成为内燃机研究的一个重要方向。天然气作为内燃机代用燃料就有储量丰富，辛烷值高，污染小，技术成熟等优点，尤其是页岩气的开采技术的应用，使天然气的产量大幅增加。开发应用天然气燃料的内燃机，是解决燃油紧缺和环境污染的有效方法。尤其是针对燃油消耗大，污染严重的柴油内燃机，采用天然气/柴油双燃料掺烧的内燃机系统，可以使燃料多样化，降低燃料成本，减少排放污染，具有重要的现实意义。随着国家对内燃机排放标准的日益严格和提高，为满足严格的排放法规要求，目前道路移动式柴油车辆的燃油控制系统均采用了高压共轨喷射系统以及匹配的后处理系统。但由于高压共轨系统的开发匹配成本高，系统零部件成本高，后处理装置成本高等原因，对于非道路移动柴油发动机以及内河船舶使用的柴油发动机仍采用机械泵供油装置。随着非道路移动发动机装置的排放法规亦在不断提高，同时国家对于内河运输船舶对河水环境污染的日益重视，特别是国家为保护长江流域生态环境，提出“气化长江”的规划，对于发展基于机械泵供油的柴油机天然气双燃料系统具有广阔的前景。柴油天然气或LNG(LiquefiedNaturalGas，液化天然气)双燃料掺烧系统模式为即可以在原有使用柴油工作模式下工作，又可以通过系统切换使用天然气和柴油掺烧的模式下工作。因此，对控制系统要求保持原有柴油的工作模式不变，同时可以通过切换转换到柴油天然气双燃料掺烧的模式，两种模式可以根据切换条件自由切换，不影响发动机稳定运行。柴油天然气双燃料掺烧技术主要有缸内高压直喷和柴油引燃技术两种方案。缸内高压直喷技术是通过一体化的燃料喷射装置可以同时向缸内直接喷射柴油和天然气。但由于缸内高压柴油和天然气的直喷喷嘴制造复杂，使用寿命短，价格昂贵，没有得到大面积的推广应用。目前采用柴油引燃技术方案的比较普遍。柴油引燃技术是通过尽可能少的喷射到发动机内柴油压燃以点燃吸入缸内天然气工作，以天然气燃料燃烧代替原有需要的柴油燃料。对于柴油引燃天然气发动机而言，在保证发动机性能的前提下，实现较高的天然气替代率是双燃料发动机研发的主要目标，由于发动机运行工况复杂，在不同工况下的天然气替代率也不同，因此合理优化提高替代率是双燃料发动机的重要开发目标，因此需要对双燃料发动机的柴油喷射和天然气喷射进行精确的控制，才能有效合理的提高替代率。柴油泵是柴油发动机供给和喷射控制系统的重要部件之一，可以根据不同柴油发动机的要求采用不同类型的柴油泵，目前主要应用的柴油泵分为机械直列泵，电控直列泵，分配泵，电控分配泵，电控单体泵以及高压共轨泵。机械直列泵，电控直列泵，分配泵，电控分配泵，电控单体泵都是通过机械喷油器喷射柴油到发动机内燃烧工作，属于机械泵范畴柴油泵。高压共轨泵是通过电控喷油器喷射柴油到发动机内燃烧工作，属于电子控制柴油泵。对于采用不同类型柴油泵的双燃料发动机的柴油喷油控制是柴油天然气双燃料发动机的前提基础。如专利(专利名称：机械泵供油的油气双燃料发动机的控制系统及其控制方法；专利公开号：CN104033256A)提出一种针对双燃料柴油泵的控制系统和控制方法，但是该现有技术存在的问题是：1)对不同类型的机械泵的适应性差。该系统只能对纯柴油机械泵进行系统描述上的控制，如使用电控直列泵和电控分配泵，该系统无法对柴油喷射量进行控制，或需要对电控直列泵和电控分配泵在柴油模式工作的控制开发和匹配标定，造成开发成本巨大。2)这种控制系统无法在发动机的全工况下进行柴油天然气双燃料运行。根据机械泵的机械设计结构，在启动和怠速工况下的柴油供应量的无法通过油泵的油门拉杆调整，造成柴油天然气双燃料最小柴油喷射量为怠速状况下柴油喷油量，因此，造成在怠速和低负荷工况下柴油天然气双燃料的替代率不高，极大的影响了系统的经济型。3)无法改善和解决机械泵结构设计本身的喷油泵穴蚀和喷油管路压力震荡造成的喷油结束后的二次喷射，导致燃油消耗量高，污染物排放高。4)机械结构调整油量，结构复杂，机械配合和磨损造成喷油量偏差大，同时瞬态响应慢，无法满足发动机工作要求。从图1指示的机械泵可以看出，系统通过电子油门取代原有机械泵的机械踏板和与机械泵连接的拉线结构，采用电控的油门执行器通过控制油门拉杆的位置来调整喷油量，这种通过系统结构复杂，执行器以及机械油门拉杆的连接机构控制调整喷油量会产生机械结构会产生配合偏差和磨损，不仅会对天然气掺烧模式下机械泵供油量产生偏差，还对原有柴油模式下机械泵供油量造成偏差，造成原有柴油模式下发动机运行的问题。5)系统瞬态响应慢，无法满足发动机稳定运行要求。发动机在运转的状态下，对于喷油时刻和喷油量需要瞬态响应，才能使发动机稳定运转。由于机械结构的动态响应慢，造成喷油量的瞬态响应不能满足发动机的要求，会造成发动机运转的不稳定和性能下降。6)系统结构复杂需要加装凸轮轴位置传感器13和曲轴位置传感器14，同时配套需要在凸轮轴上加装凸轮信号盘，在曲轴上加装曲轴信号盘，使系统结构和控制更加复杂。因系统控制需要发动机各缸的工作顺序信号以及各缸工作状态信号，因此，需加装凸轮轴位置传感器和凸轮信号盘用于判缸，加装曲轴位置传感器和曲轴信号盘用于计算发动机转速和发动机上止点的相应位置。该方案造成系统结构和控制复杂。7)系统成本高，由于系统结构复杂，导致系统加装部件多，系统成本高。再如专利公开号为CN1570366A的技术专利提出一种电控直列组合泵/阀-管-嘴喷射系统，是对直列泵的完全电控化，是一种全新设计的电控泵，与原有机械泵的结构差异巨大，对于其应用于柴油双燃料掺烧模式的发动机的控制上有以下缺点：1)控制复杂，基于机械泵供油的柴油双燃料掺烧模式的发动机的系统主要考虑是在现有机械泵供油的系统上如何控制减少柴油的喷射量，点燃喷射的天然气做功，以保持原有柴油发动机的输出功率和扭矩。同时还要保持原有柴油机在纯柴油模式下的正常运行。因此需要在对原有柴油机的基础上控制，尽量减少改动相应结构和部件，以达到在原有柴油模式和掺烧模式的正常运行和两种模式的自由切换，其为一种全新设计的电控泵，由电子控制喷油量取代原有的机械泵的机械供油结构，对系统的控制要求复杂。2)成本无法估算，由于其为一种全新设计的电控泵对于原有柴油模式下运行发动机需要重新匹配标定开发和试验，开发成本巨大，不适用于柴油双燃料掺烧模式的发动机的控制。因此本技术提出采用带有压力传感器反馈的电控高压高速电磁阀装置用于控制柴油双燃料掺烧模式的发动机喷油量，适用于除高压共轨油泵外所有柴油泵的控制，本系统与原有纯柴油系统为并行结构，在纯柴油模式下完全保持原有机械泵供油方式结构，保证了原有柴油模式发动机的运行性能，在柴油天然气双燃料掺烧模式下通过带有压力传感器反馈的电控高压高速电磁阀装置的控制，调节发动机在不同运行工况下瞬态调整柴油喷油量，达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统，其特征在于，包括：发动机、燃气系统、燃油系统、蓄电池和控制系统，其中，/n所述燃油系统包括：燃油箱、机械柴油泵、高压油管、溢流油管、电控高压高速电磁阀、燃油压力传感器、喷油嘴、油门拉杆位置传感器，所述燃油箱通过高压油管连接所述机械柴油泵的进油口，所述机械柴油泵的出油口通过高压油管连接所述燃油压力传感器的一端，所述燃油压力传感器的另一端连接所述电控高压高速电磁阀的进油口，所述电控高压高速电磁阀的出油口通过高压油管连接所述喷油嘴，所述电控高压高速电磁阀的溢流油口连接所述燃油箱；/n所述燃气系统包括：储气瓶、气瓶阀、燃气过滤器、减压器、喷气共轨总成、喷气温度压力传感器、喷气嘴、混合器、空滤器、涡轮增压器、电子节气门体总成、进气温度压力传感器、节气门位置传感器、燃气管、进气歧管、排气管、排气温度传感器、氧传感器，所述气瓶阀安装在所述储气瓶的瓶口上，所述储气瓶通过燃气管连接所述燃气过滤器，所述燃气过滤器通过燃气管连接所述减压器，所述减压器通过燃气管连接所述喷气共轨总成，所述喷气共轨总成包括进气总管和出气总管，多个所述喷气嘴平行并列安装在所述进气总管和出气总管之间，所述出气总管通过燃气管连接至混合器，所述空滤器连接所述涡轮增压器，所述涡轮增压器连接所述电子节气门体总成，所述电子节气门体总成通过法兰与所述混合器连接，所述混合器通过进气歧管连接至发动机的进气口，其中，所述电子节气门体总成上安装有节气门位置传感器，所述电子节气门体总成与混合器之间的管路上设置有进气温度压力传感器，所述发动机的排气口连接所述排气管，所述氧传感器和排气温度传感器安装在所述排气管上靠近排气出口处；/n所述控制系统包括：ECU控制器、转换开关、天线、移动终端、PC终端、云服务器，所述ECU控制器的输入/输出端连接所述转换开关，所述转换开关通过CAN总线分别连接所述燃油压力传感器、电控高压高速电磁阀、油门拉杆位置传感器、气瓶阀、喷气温度压力传感器、喷气嘴、进气温度压力传感器、节气门位置传感器、排气温度传感器、氧传感器以实现数据接收和信号执行，所述ECU控制器通过天线无线连接至所述移动终端和PC终端，所述移动终端和PC终端之间通过云服务器进行通讯连接；/n所述蓄电池分别为所述燃油压力传感器、电控高压高速电磁阀、油门拉杆位置传感器、气瓶阀、喷气温度压力传感器、喷气嘴、进气温度压力传感器、节气门位置传感器、排气温度传感器、氧传感器、ECU控制器、转换开关提供工作电压。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于机械泵供油的双燃料发动机系统，其特征在于，包括：发动机、燃气系统、燃油系统、蓄电池和控制系统，其中，
所述燃油系统包括：燃油箱、机械柴油泵、高压油管、溢流油管、电控高压高速电磁阀、燃油压力传感器、喷油嘴、油门拉杆位置传感器，所述燃油箱通过高压油管连接所述机械柴油泵的进油口，所述机械柴油泵的出油口通过高压油管连接所述燃油压力传感器的一端，所述燃油压力传感器的另一端连接所述电控高压高速电磁阀的进油口，所述电控高压高速电磁阀的出油口通过高压油管连接所述喷油嘴，所述电控高压高速电磁阀的溢流油口连接所述燃油箱；
所述燃气系统包括：储气瓶、气瓶阀、燃气过滤器、减压器、喷气共轨总成、喷气温度压力传感器、喷气嘴、混合器、空滤器、涡轮增压器、电子节气门体总成、进气温度压力传感器、节气门位置传感器、燃气管、进气歧管、排气管、排气温度传感器、氧传感器，所述气瓶阀安装在所述储气瓶的瓶口上，所述储气瓶通过燃气管连接所述燃气过滤器，所述燃气过滤器通过燃气管连接所述减压器，所述减压器通过燃气管连接所述喷气共轨总成，所述喷气共轨总成包括进气总管和出气总管，多个所述喷气嘴平行并列安装在所述进气总管和出气总管之间，所述出气总管通过燃气管连接至混合器，所述空滤器连接所述涡轮增压器，所述涡轮增压器连接所述电子节气门体总成，所述电子节气门体总成通过法兰与所述混合器连接，所述混合器通过进气歧管连接至发动机的进气口，其中，所述电子节气门体总成上安装有节气门位置传感器，所述电子节气门体总成与混合器之间的管路上设置有进气温...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彤，
申请(专利权)人：天津亿科汽车电子有限公司，
类型：新型
国别省市：天津;12