CN1580531A - 双燃料均质压燃/准均质压燃复合燃烧系统 - Google Patents
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Abstract
一种双燃料均质压燃/准均质压燃燃烧系统，由柴油箱、燃气箱、高压共轨喷射装置、气道喷射装置、冷却废气再循环装置和电子控制单元组成；柴油箱和燃气箱分别通过高压共轨喷射装置和气道喷射装置与发动机连接，冷却废气再循环装置分别与发动机的进气管和排气管相通；电子控制单元的输入端接收发动机输出的发动机运行工况参数信号，输出端与高压共轨喷射装置、气道喷射装置、冷却废气再循环装置连接。本发明可提高发动机中低负荷的热效率；可控制HCCI燃烧反应速度，扩展HCCI运行工况范围；可降低QHCCI模式的NOx排放；可降低HCCI发动机工况切换控制的难度；可将HCCI燃烧模式扩展到中高负荷工况；可节约石油资源。
Description
所属领域：
本发明属于一种发动机的燃烧系统，特别涉及一种双燃料均质压燃/准均质压燃复合燃烧系统。
背景技术：
目前天然气在发动机的应用方式主要有以下几种型式：一、气道喷射或进气混合方式采用传统的点燃式，该方法的缺点是由于爆震的限制，发动机的压缩比较低，因而热效率低、燃料消耗率高；另一方面由于存在火焰传播过程，火焰前峰生成大量的NOx排放，需要采用贵金属如铂作为催化剂的后处理装置；同时由于天然气的辛烷值高，需要高能量的火花塞。其二是采用柴油/天然气双燃料方式，由柴油引燃，该方案的优点是可以采用柴油机相同的压缩比，提高了发动机的热效率，但在中、小负荷工况，空燃比大，天然气燃烧不完全，其热效率比柴油机要低；它可以明显降低碳烟排放，但对降低NOx排放效果有限，而该方式又不能采用目前广泛使用的三元催化剂，所以要满足未来更加严格的排放法规要求比较困难。第三种方式是液化天然气(LNG)缸内直喷稀燃技术，采用点燃方式，实现缸内分层稀薄燃烧，该技术目前实际应用不多，主要问题仍然是NOx排放问题，由于仍存在火焰传播过程，火焰前锋将会生成大量的NOx，由于空燃比大于1，不能使用目前的三元催化反应器，需要采用DeNOx后处理装置，该技术目前还不成熟，难度大；同时由于缸内的局部过浓区域存在，燃烧组织不当极易生成碳烟。所以该方案仍然难于满足未来严格排放法规的限值要求。
发明内容：
本发明的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种双燃料均质压燃/准均质压燃复合燃烧系统，该系统一方面可约石油资源，另一方面可以显著降低发动机的有害排放，提高发动机热效率。
本发明的技术方案是：一种双燃料均质压燃/准均质压燃燃烧系统，其特征在于：由柴油箱、燃气箱、高压共轨喷射装置、气道喷射装置、冷却废气再循环装置和电子控制单元组成；柴油箱和燃气箱分别通过高压共轨喷射装置和气道喷射装置与发动机连接，冷却废气再循环装置分别与发动机的进气管和排气管相通；电子控制单元的输入端接收发动机输出的油门位置信号、转速信号、曲轴转角信号、上止点信号、冷却水温度信号、进气温度和压力信号、缸内压力信号、共轨柴油温度和压力信号、燃气温度和压力信号，输出端与高压共轨喷射装置、气道喷射装置、冷却废气再循环装置连接。
上述高压共轨喷射装置由共轨油管、回油管和安装在发动机汽缸上喷油器组成；喷油器通过共轨油管与柴油箱连接，共轨油管上装有调压器和油泵，喷油器又通过回油管与柴油箱相通；喷油器和调压阀分别与电子控制单元的输出端连接。
上述气道喷射装置中的电磁阀通过管道与燃气箱相通，管道上安装减压阀及电磁阀开关；该电磁阀安装在发动机汽缸上，且与发动机进气道和电子控制单元的输出端连接。
上述冷却废气再循环装置采用EGR阀，该EGR阀分别与发动机的进气管和排气管相通，且与电子控制单元的输出端连接；排气管上装有氧化反应器。
上述燃气箱内可装入天然气。
上述燃气箱内可装入液化石油气。
本发明的优点是：(1)可实现均质压燃(HCCI)燃烧模式与准均质压燃(QHCCI)燃烧模式复合燃烧模式，实现柴油/天然气的高效清洁燃烧新技术，提高发动机中低负荷的热效率，降低有害排放。(2)采用高压共轨缸内直喷柴油的方式更易实现缸内局部分层，通过电控喷油时刻控制，实现柴油均质混合气和燃气均质混合气分层，实现两种混合气的顺序自燃，控制HCCI燃烧反应速度，扩展HCCI运行工况范围。(3)发动机在大负荷工况采用QHCCI燃烧模式，通过喷油时刻控制和喷油量控制，喷入的柴油作为引燃柴油，将着火时刻控制在上止点后，降低QHCCI模式的NOx排放并保证了发动机动力性。(4)只需通过柴油喷油时刻控制即可实现HCCI和QHCCI的燃烧模式切换，降低HCCI发动机工况切换控制的难度。(5)采用冷却废气再循环(EGR)技术，将HCCI燃烧模式扩展到中高负荷工况。(6)可节约石油资源。(7)结构简单，对原发动机结构改动少，既可用于发动机新开发的机型，也可对在用发动机进行改造。
附图说明：
图1为本发明的结构原理图
图2为本发明的燃烧系统示意图
图3为气道喷射装置示意图
图4为电子控制单元原理示意图
图5为本发明的控制原理图
图6为本发明的控制流程图
具体实施方式：
以六缸发动机为例，如图1、2、3、4所示：一种柴油、天然气双燃料HCCI/QHCCI复合燃烧系统，其特征在于：由柴油箱1、天然气箱2、高压共轨喷射装置、气道喷射装置、冷却废气再循环装置和电子控制单元组成；柴油箱通过高压共轨喷射装置与发动机连接，燃气箱通过气道喷射装置与发动机连接，冷却废气再循环装置分别与发动机26的进气管3和排气管4相通；电子控制单元的输入端接收发动机输出的发动机运行工况参数信号，包括油门位置信号15、转速信号16、曲轴转角信号17、上止点信号18、冷却水温度信号19、进气温度和压力信号20、通过缸上的压力传感器25获得的缸内压力信号22、共轨柴油温度和压力信号23、燃气温度和压力信号24，输出端与高压共轨喷射装置、气道喷射装置、冷却废气再循环装置连接。上述高压共轨喷射装置由共轨油管5、回油管6和安装在发动机汽缸上电控喷油器7组成；电控喷油器通过共轨油管与柴油箱连接，共轨油管上装有调压器8和油泵9，电控喷油器又通过回油管与柴油箱相通；电控喷油器和调压阀分别与电子控制单元的输出端连接，电子控制单元可控制柴油喷射时刻和喷射量。上述气道喷射装置中的电磁阀10通过管道11与天然气箱相通，管道上安装减压阀12及电磁阀开关27；该电磁阀安装在发动机汽缸上，且与发动机进气管和电子控制单元的输出端连接，电子控制单元可控制天然气的喷射时刻和喷射量。上述冷却废气再循环装置采用EGR阀13，该EGR阀分别与发动机的进气管和排气管相通，电子控制单元的输出端与该EGR阀连接来控制EGR阀的开度；排气管上装有氧化反应器14。
如图5、6所示：本发明的工作流程是：ECU首先读取采集信号，通过采集信号判断发动机运行工况，确定柴油的喷射时刻和喷射量。当发动机处于起动、暖车或怠速工况，天然气电磁阀关闭，柴油早喷，使柴油和天然气在压缩冲程形成均质混合气，实现发动机燃用柴油以HCCI燃烧模式工作，读取MAP数据，通过柴油喷油时刻、柴油喷射量以及EGR阀开度的控制，控制HCCI燃烧模式下燃料着火时刻和燃烧反应速度，拓宽发动机HCCI工况运行范围，以便提高发动机中低负荷的热效率，降低有害排放，实现高效清洁的燃烧。发动机加载后发动机燃用柴油和天然气双燃料，燃烧模式只需通过控制柴油的喷油时刻来控制，通过对发动机工况信号的采集以及缸内压力的采集，确定柴油喷油时刻及喷射量，当小负荷或中高负荷工况，柴油早喷，以HCCI燃烧模式工作；在大负荷工况，柴油晚喷，以QHCCI燃烧模式工作，并且柴油的着火时刻应该在上止点后附近曲轴转角位置。根据不同的工况，读取MAP数据，控制柴油和天然气的喷射时刻和燃料量以及EGR阀的开度。
Claims (6)
1、一种双燃料均质压燃/准均质压燃燃烧系统，其特征在于：由柴油箱、燃气箱、高压共轨喷射装置、气道喷射装置、冷却废气再循环装置和电子控制单元组成；柴油箱和燃气箱分别通过高压共轨喷射装置和气道喷射装置与发动机连接，冷却废气再循环装置分别与发动机的进气管和排气管相通；电子控制单元的输入端接收发动机输出的油门位置信号、转速信号、曲轴转角信号、上止点信号、冷却水温度信号、进气温度和压力信号、缸内压力信号、共轨柴油温度和压力信号、燃气温度和压力信号，输出端与高压共轨喷射装置、气道喷射装置、冷却废气再循环装置连接。
2、根据权利要求1所述的双燃料均质压燃/准均质压燃燃烧系统，其特征在于：上述高压共轨喷射装置由共轨油管、回油管和安装在发动机汽缸上喷油器组成；喷油器通过共轨油管与柴油箱连接，共轨油管上装有调压器和油泵，喷油器又通过回油管与柴油箱相通；喷油器和调压阀分别与电子控制单元的输出端连接。
3、根据权利要求1所述的双燃料均质压燃/准均质压燃燃烧系统，其特征在于：上述气道喷射装置中的电磁阀通过管道与燃气箱相通，管道上安装减压阀及电磁阀开关；该电磁阀安装在发动机汽缸上，且与发动机进气管和电子控制单元的输出端连接。
4、根据权利要求1所述的双燃料均质压燃/准均质压燃燃烧系统，其特征在于：上述冷却废气再循环装置采用EGR阀，该EGR阀分别与发动机的进气管和排气管相通，且与电子控制单元的输出端连接；排气管上装有氧化反应器。
5、根据权利要求1所述的双燃料均质压燃/准均质压燃燃烧系统，其特征在于：上述燃气箱内可装入天然气。
6、根据权利要求1所述的双燃料均质压燃/准均质压燃燃烧系统，其特征在于：上述燃气箱内可装入液化石油气。
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