专利名称：发动机多燃料混合乳化供给系统的制作方法
技术领域：
本发明属于内燃机结构技术，具体涉及一种用于发动机多燃料混合乳化供给的系统装置。
背景技术：
随着汽车温室气体排放量的不断增加和石化能源的日益匮乏，世界各国对代用燃料的研究日渐深入。其中对于甲、乙醇、二甲醚(DME)、生物柴油等代用燃料与柴油、汽油的混合燃烧进行了广泛的研究。研究表明柴油可以与生物柴油(生物甲酯)，二甲醚直接混合，供柴油机直接燃用。而甲醇、乙醇则可以与汽油混合，醇化汽油可直接供汽油发动机使用。但是由于不同的燃料具有不同的理化属性，有的代用燃料表现出良好的亲油性，能够与石化燃油较好的混合；而有的代用燃料则表现出亲水性，需要通过乳化剂改性才能够与柴油混合，并且随着时间的推移混合燃料还是会表现出相分离、破乳分层等现象。另一方面由于不同型号的发动机，其主燃料内可添加的代用燃料种类和比率各不相同，需要根据具体型号加以确定及优化。需要在一套供油设备上实现各种燃料的混合量可调、混合及乳化的强度可调、以及乳化燃料与主燃料的切换可调。同时能根据发动机的实际工作状况，乳化燃料的不同配比，而改变不同的供油策略。因此，设计一套发动机多燃料混合乳化供给系统， 应用于发动机多燃料掺烧意义重大，特别是如果对原汽车发动机的结构不做较大的改动， 而能够适应多燃料混合掺烧，则是本行业之所求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机多燃料混合乳化供给系统，可实现对发动机燃用多燃料及多燃料的混合乳化与供给进行控制，使各种燃料能够根据不同的发动机工况采用不同的混合乳化策略，并配合ECU(发动机电控)的供油策略，保证发动机在燃用混合燃料时的高效率和低排放。以下结合附图对本发明的技术原理及结构进行说明。本发明通过以下技术方案实现发动机多燃料混合乳化供给系统，包括主燃料箱、子燃料箱、燃料泵、电磁节流阀、 流量计、高速液体剪切混合机、混合乳化槽以及超声波乳化仪等。其中由子燃料箱、燃料泵、 电磁节流阀、流量计、高速液体剪切混合机、混合乳化槽以及超声波乳化仪构成多燃料混合及乳化子系统。技术方案是在发动机燃料供给主管路中与主燃料箱并连多个子燃料箱，主燃料箱和每个子燃料箱的出口依次串接燃料泵、电磁节流阀以及流量计。流量计接至混合乳化槽，混合乳化槽内设有高速液体剪切混合机和超声波乳化仪。主燃料纯质经第一转换阀、混合燃料经第二转换阀混合后进入发动机主油泵。驱动燃料泵、电磁节流阀、流量计、搅拌机以及超声波乳化仪的信号线均接至燃料管理及控制单片机，发动机电控单元的信号线束亦接至燃料管理及控制单片机，由该单片机进行发动机工况、运行参数通讯的控制。为了清楚表明本发明的系统组成，从功能上可以分为多燃料管理及控制系统(Multi-Fuel Manage&Control System 简称 MFMC)、多燃料混合及乳化系统(Multi-Fuel Blending&Emulsion System简称MFBE)、发动机工况及运行参数通讯与对话系统(MFMC&ECU Data Bus简称MEDB)等三个子系统。其中燃料管理及控制子系统，包括MFMC单片机及其附属供电电路、各燃料泵的开关电路、电磁节流阀开度控制电路、流量计数据传输电路、高速液体剪切机开关及工作模式转换控制电路、超声波乳化仪开关及工作模式转换控制电路、 主燃料与混合燃料切换控制电路、与MEDB连接的相关线路。多燃料管理及控制系统(MFMC)通过发动机工况及运行参数通讯与对话系统 (MEDB)传输发动机电控单元(ECU)的各个传感器参数，并根据相应的发动机工况制定相应的燃料混合及乳化策略，并将相应的控制策略通过与多燃料混合及乳化系统(MFBE)相连接的控制及感知电路进行发布，由MFBE来准确完成多种液体燃料的定量搀兑，高速混合， 超声波微乳化，并将混合燃料参数传送给ECU，ECU根据不同混合燃料采取不同的供油策略，由此来完成混合燃料的从供给到燃烧的整个链条。其中各个燃料泵、节流阀均是分立单独可控的；超声波乳化仪(其中的超声波发生器)的功率可调。随着发动机负荷的增加，油耗变大，此时需要加大功率使更多的混合燃料迅速混合乳化；如果发动机处于低负荷运行， 则要降低乳化仪的功率，以完成多种不同要求混合乳液，最大限度的在不使用乳化剂的情况下实现多燃料的微乳化。高速液体剪切机在电机的高速驱动下，混合燃料在多层转子与定子之间的狭窄间隙内高速运动，使燃料在工作腔内承受每分钟几十万次甚至上百万次的高速剪切，形成了强烈的液力剪切和湍流，使各种燃料在同时产生离心、挤压、研磨、碰撞、粉碎等综合作用力的协调下得到充分分散、均质、乳化、破碎、细化、混合等工艺要求。燃料的细化度最高达 0.5μπι。在狭窄空间的腔体内，多层定、转子，在马达的驱动下高速旋转，产生强劲的轴向吸力将混合吸入腔体。在最短的时间内对物料进行分散、剪切、乳化处理，粒径分布范围也显著变窄，由此可制得精细的稳定的混合燃料。油掺水超声乳化的原理是，超声波对被乳化液体产生每秒几万次的压缩和膨胀高频振荡，导致乳液不间断地形成微小气泡，又随即破裂，产生超声空化效应。这种空化过程伴有上千倍的重力加速度冲击波和直进流，在其作用下，油分子、水分子更细小，进而形成颗粒细微的油包水乳液。超声乳化技术使互不相容的水和油在超声空化作用下迅速发生变化。油掺水乳化燃烧并不是水可以燃烧，而是由于水的沸点较油低，当乳化油喷雾燃烧时， 乳化后的油雾在离开喷嘴的瞬间受到高温的影响，在极短的时间内使包在油粒内的水滴迅速气化，体积急剧膨胀，油粒发生“微爆”，形成二次雾化，从而使油滴总面积成倍增大，与空气得以充分混合，达到完全燃烧。二次雾化，使在高温热离解时产生的大量悬浮状碳粒变得更细小，与水分子接触的机会增多，产生水煤气反应，改善了燃烧，减少了排烟损失，同时减少了碳粒及其它有害物质的生存。由于油雾的湍动强度和扩张角度大，使火焰断面变宽、变厚，油滴被更多地卷入空气与空气接触，增强了烟气对流传热效果，提高了燃烧度。本发明的优点和有益效果为本发明可用于发动机在不使用乳化剂或者较少使用乳化剂的情况下，实现多种燃料的实时混合乳化，进行多种燃料掺混量的实时调节。在发动机原有燃料供给系统内，无需做较大变动即可直接使用混合燃料乳液。从而提升发动机对多燃料的适应性，拓宽发动机燃料的供给范围，同时可以允许发动机较大比率的使用各种生物质替代燃料，从而实现对石化燃料需求量增长的遏制。
所示附图为本发明系统部件连接总成以及工作原理图。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。发动机多燃料混合乳化供给系统，其系统组成及连接由子燃料箱1、燃料泵2、电磁节流阀3、流量计4、高速液体剪切混合机5、混合乳化槽6以及超声波乳化仪7构成多燃料混合及乳化子系统，在发动机燃料供给主管路中与主燃料箱8并连多个子燃料箱1。主燃料箱8和每个子燃料箱1的出口依次串接燃料泵2、电磁节流阀3、流量计4，流量计接至混合乳化槽6，混合乳化槽内设有高速液体剪切混合机5和超声波乳化仪7。主燃料纯质经第一转换阀9-1、混合燃料经第二转换阀9-2混合后进入发动机主油泵10，燃料泵2、电磁节流阀3、流量计4、高速液体剪切混合机5以及超声波乳化仪7的信号线均接至燃料管理及控制单片机11，发动机电控单元12的信号线束亦接至燃料管理及控制单片机11，由燃料管理及控制单片机进行发动机工况、运行参数通讯的控制。根据不同的发动机型号及ECU、供油系统，需要对其相应的电控单元进行匹配及标定。本实例在原发动机燃料供给系统内增加3个可同主燃料形成乳化混合燃料供发动机燃用的子燃料箱，燃料经过流量计后进入混合乳化槽，经高速液体剪切搅拌机混合、超声波乳化仪破碎液滴形成微乳化混合燃料，通过混合燃料与主燃料转换阀，进入发动机主油泵，最终经喷油器进入燃烧室参与燃烧。在此过程中多燃料混合管理及控制单片机控制并监管燃料混合乳化及供给过程。MFMC对每个燃料箱出口处的燃料泵开/关，电磁节流阀的开度调节进行调控，准确控制掺混燃料的种类和掺混量，并判断不同掺比燃料的理化特性。由MFMC实现对高速液体剪切混合机搅拌调节控制燃料的预混合程度，通过对超声波乳化仪频率及功率等控制混合燃料微乳化程度。通过对混合燃料及主燃料转化阀的开闭， 控制发动机在不同工况、不同需求下主燃料与混合燃料的切换。对发动机工作状况的感知依靠发动机工况及运行参数通讯与对话系统(MEDB)与发动机电控单元(ECU)的链接来实现。将ECU内的发动机转速、扭矩、供油策略、进气量、冷却水温度、机油温度等信息进行传输。ECU对高压油泵、共轨、喷油器等进行实时调节，使发动机供油系统能够与不同混合燃料相互匹配，满足发动机高效率低排放的工作需求。发动机电控单元(ECU)采用基于MAP (前馈控制)的开环控制方法，需通过试验确定发动机不同工况下的最佳混合燃料掺混比、供油量、供油次数、供油时刻及脉宽，并将其储存于电控单元里。在发动机运行时，电控单元根据油门踏板位置、发动机转速、扭矩、水温及油温等参数判断发动机所处工况，并通过MEDB将数据传送到MFMC，MFMC根据工况调整掺混及混合乳化策略并将混合燃料信号传回ECU，ECU据此查询储存在电控单元里的该工况下的最佳供油模式进行工作。
权利要求
1.发动机多燃料混合乳化供给系统，包括主燃料箱、子燃料箱、燃料泵、电磁节流阀、流量计、高速液体剪切混合机、混合乳化槽以及超声波乳化仪，其特征在于由子燃料箱(1)、 燃料泵O)、电磁节流阀(3)、流量计G)、高速液体剪切混合机(5)、混合乳化槽(6)以及超声波乳化仪(7)构成多燃料混合及乳化子系统，在发动机燃料供给主管路中与主燃料箱 (8)并连多个子燃料箱(1)，主燃料箱(8)和每个子燃料箱(1)的出口依次串接燃料泵(2)、 电磁节流阀(3)、流量计G)，流量计接至混合乳化槽(6)，混合乳化槽内设有高速液体剪切混合机( 和超声波乳化仪(7)，主燃料纯质经第一转换阀(9-1)、混合燃料经第二转换阀 (9-2)混合后进入发动机主油泵(10)，燃料泵O)、电磁节流阀(3)、流量计G)、高速液体剪切混合机(5)以及超声波乳化仪(7)的信号线均接至燃料管理及控制单片机(11)，发动机电控单元(1 的信号线束亦接至燃料管理及控制单片机(11)，进行发动机工况、运行参数通讯的控制。
全文摘要
本发明涉及一种发动机多燃料混合乳化供给系统。在原发动机燃料供给系统内增加多个可以同主燃料形成乳化混合燃料供发动机燃用的子燃料箱，在每个燃料箱出口配备燃料泵、电控节流阀、流量传感器，每种燃料经过流量传感器后进入混合乳化槽，通过高速液体剪切搅拌机混合，并采用超声波乳化仪破碎液滴形成微乳化混合燃料，通过混合燃料与主燃料转化阀，进入发动机主油泵，最终经喷油器进入燃烧室参与燃烧。本发明可用于发动机在不使用乳化剂或者较少使用乳化剂的情况下，实现多种燃料的实时混合乳化，进行多种燃料掺混量的实时调节。对发动机原有燃料供给系统无需做较大变动，即可提升发动机对多燃料的适应性。
文档编号F02D19/08GK102322362SQ20111023397
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月16日 优先权日2011年8月16日
发明者卫海桥, 张韦, 徐彪, 梁兴雨, 舒歌群 申请人:天津大学