专利名称：基于活化热氛围的双燃料复合均质压燃燃烧系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种内燃机技术领域的系统，特别是一种基于活化热氛围的双燃料复合均质压燃燃烧系统。
背景技术：
由于化石资源的日益短缺和不可再生性，全球都在致力于新型车用替代燃料和新型高效清洁燃烧模式的研究和开发。其中作为柴油替代燃料的二甲醚和作为汽油替代燃料的甲醇、乙醇、液化石油气为人们广泛研究并初步应用。二甲醚在发动机上的应用主要有几种方式一、二甲醚替代柴油进行缸内直喷，该方法可以得到无烟排放，氮氧化物排放有一定程度的改善但仍然跟传统柴油机处于一个数量级，中低负荷下燃油消耗率有所增加；二、 气口供给二甲醚实现均质充量压缩燃烧，该方式由于二甲醚具有较高的十六烷值而容易爆震，限制了最大运行负荷；三、二甲醚/天然气或者二甲醚/液化石油气双燃料气口供气均质充量压缩燃烧，该燃烧方式的运行范围相对纯二甲醚均质充量压缩燃烧的负荷增加，但是仍然只能运行在中低负荷范围内；四、二甲醚柴油混合燃料以及二甲醚/柴油双燃料燃烧方式，他们具有较高的氮氧化物和碳烟排放。汽油替代燃料甲醇、乙醇、液化石油气等通常用作部分替代汽油或者完全替代汽油，由于压缩比较低、火花点火、以及较慢的燃烧速率使得发动机的排放、经济性与原火花点火式汽油机没有明显改善。在新型燃烧模式方面，柴油类燃料由于十六烷值较高、自燃温度低而容易爆震，使得其只能运行在小负荷下，即使结合可控废气再循环也只能在中等负荷范围内。汽油类燃料由于不容易压燃，而要实现均质充量压缩燃烧只能采取进气加热、基于可变气门正时的内部废气再循环、可变压缩比等方式。系统机构复杂成本较高、响应速率较慢、一氧化碳和碳氢排放较高、运行范围小，并且由于要兼顾到传统的火花点火方式而不能采用较高压缩比，导致热效率与传统柴油机的热效率有明显差距。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种基于活化热氛围的双燃料复合均质压燃燃烧系统，本装置一方面可以使得常规燃料如汽油很容易在全负荷范围内实现均质压燃，另一方面可以显著降低发动机的有害排放同时大幅度改善发动机的有效热效率。本发明通过以下技术方案实现，本发明包括汽油油箱、燃气油箱、电子控制单元、 冷却水温度传感器、爆震传感器、汽油直喷装置、气道喷射装置，其中汽油油箱连接汽油直喷装置，燃气油箱连接气道喷射装置，冷却水温度传感器、爆震传感器、汽油直喷装置和气道喷射装置的控制端连接到电子控制单元。所述的汽油直喷装置包括汽油泵、汽油油轨和孔式汽油喷嘴，其中孔式汽油喷嘴设置于发动机的的气缸盖上并分别连接汽油油轨和汽油油箱，孔式汽油喷嘴的控制端与电子控制单元的输出端连接，汽油泵连接汽油油箱和汽油油轨，汽油油轨两端连接汽油喷嘴和汽油泵。所述的气道喷射装置包括低压泵、气道油轨和电磁阀，其中低压泵、气道油轨和电磁阀依次设置于燃气油箱和发动机相连，气道油轨两端分别连接低压泵和电磁阀，电磁阀设置于发动进气口和电子控制单元的输出端连接。所述的电子控制单元的输入端接收设置于发动机上的传感器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、燃气温度和压力信号，电子控制单元根据存储的点火控制曲线图并分别输出控制信号至汽油直喷装置和气道喷射装置，以控制开启时刻的持续时间。所述的燃气油箱内充有二甲醚。所述的汽油油箱内充有甲醇、乙醇或液化石油气。本发明的优点是(1)在起动、暖机和小负荷阶段采用二甲醚气口喷射均质充量压缩燃烧模式，此时汽油喷嘴不喷射燃料，这样可以避免发动机在低温冷起动阶段的着火与燃烧不稳定、燃烧效率差的问题；(2)在中等负荷下和大负荷下汽油喷嘴开始缸内直喷汽油，利用二甲醚均质充量压缩过程氧化反应生成的活性基团和释放的热量来触发汽油的着火与燃烧；(3)由于汽油采用缸内直喷，通过改变二甲醚的供给量、汽油的喷射量和喷射时刻，从而在缸内形成混合的浓度、温度和组分的分层，达到控制着火时刻、抑制燃烧速率、 拓展运行负荷范围的目的；(4)由于采用了新型燃烧模式，结合高的压缩比，不仅可以实现高热热效率、低排放，同时保证了发动机很高的高功率密度；(5)不需要复杂的装置就可以灵活实现多种燃料(包括甲醇、乙醇、液化石油气等)的均质充量压缩燃烧。
图1本发明的结构示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括汽油油箱1、燃气油箱2、电子控制单元3、冷却水温度传感器4、爆震传感器5、汽油直喷装置6、气道喷射装置7，其中汽油油箱1连接汽油直喷装置6，燃气油箱2连接气道喷射装置7，冷却水温度传感器4、爆震传感器5、汽油直喷装置 6和气道喷射装置7的控制端连接到电子控制单元3。所述的汽油直喷装置6包括汽油泵8、汽油油轨9和孔式汽油喷嘴10，其中孔式汽油喷嘴10设置于发动机的气缸盖上并分别连接汽油油轨9和汽油油箱，孔式汽油喷嘴 10的控制端与电子控制单元3的输出端连接，汽油泵8连接汽油油箱1和汽油油轨9，汽油油轨9两端连接汽油喷嘴10和汽油泵8。所述的气道喷射装置7包括低压泵11、气道油轨12和电磁阀13，其中低压泵 11、气道油轨12和电磁阀13依次设置于燃气油箱2和发动机之间，气道油轨12两端分别连接低压泵11和电磁阀13，电磁阀13设置于发动进气口和电子控制单元3的输出端连接。所述的电子控制单元3的输入端接收设置于发动机上的传感器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、燃气温度和压力信号，电子控制单元3根据存储的点火控制曲线图并分别输出控制信号至汽油直喷装置6和气道喷射装置7，以控制开启时刻的持续时间。所述的汽油油箱1内充有甲醇、乙醇或液化石油气。所述的燃气油箱2内充有二甲醚。本装置的工作流程是发动机电子控制单元3首先读取和采集信号，通过采集发动机转速信号、油门位置信号、冷却水温度信号、进气温度和压力信号、曲轴转角信号、上止点信号、二甲醚油箱温度压力信号、汽油油轨9压力信号、二甲醚油轨压力信号，首先判断发动机的运行工况；当发动机处于起动、暖机和小负荷工况时，孔式汽油喷嘴10不喷射燃料，二甲醚电磁阀13打开供给二甲醚燃料，发动机运行纯均质充量压缩燃烧，发动机的负荷通过控制电磁阀13的开启脉宽来控制；发动机运行后，根据爆震传感器5信号判别发动机是否处于或者接近爆震状态，如果发动机接近爆震，则孔式汽油喷嘴10开始喷射汽油， 根据运行工况直接从电子控制单元3中的点火控制曲线图中读出汽油的喷射时刻和喷射量、以及二甲醚电磁阀13的开始持续时间。随着负荷的增加，二甲醚的开启脉宽缩短汽油喷射量增加，利用二甲醚在压缩上止点附近氧化反应生成的活性基团和热量触发直喷汽油的着火与燃烧，控制汽油的喷射时刻和喷射量，就可以灵活控制着火时刻和燃烧速率，从而达到在很大的负荷范围高热效率、低排放水平。
权利要求
1.一种基于活化热氛围的双燃料复合均质压燃燃烧系统，包括汽油油箱、燃气油箱、 电子控制单元、冷却水温度传感器、爆震传感器、汽油直喷装置和气道喷射装置，其特征在于汽油油箱连接汽油直喷装置，燃气油箱连接气道喷射装置，冷却水温度传感器、爆震传感器、汽油直喷装置和气道喷射装置的控制端连接到电子控制单元。
2.根据权利要求1所述的基于活化热氛围的双燃料复合均质压燃燃烧系统，其特征是，所述的汽油直喷装置包括汽油泵、汽油油轨和孔式汽油喷嘴，其中孔式汽油喷嘴设置于发动机的气缸盖上并分别连接汽油油轨和汽油油箱，孔式汽油喷嘴的控制端与电子控制单元的输出端连接，汽油泵连接汽油油箱和汽油油轨，汽油油轨两端连接汽油喷嘴和汽油泵。
3.根据权利要求1所述的基于活化热氛围的双燃料复合均质压燃燃烧系统，其特征是，所述的气道喷射装置包括低压泵、气道油轨和电磁阀，其中低压泵、气道油和电磁阀依次设置于燃气油箱和发动机相连，气道油两端分别连接低压泵和电磁阀，电磁阀设置于发动进气口和电子控制单元的输出端连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于活化热氛围的双燃料复合均质压燃燃烧系统， 其特征是，所述的电子控制单元的输入端接收设置于发动机上的传感器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、燃气温度和压力信号，电子控制单元根据存储的点火控制曲线图并分别输出控制信号至汽油直喷装置和气道喷射装置，以控制开启时刻的持续时间。
5.根据权利要求1或2所述的基于活化热氛围的双燃料复合均质压燃燃烧系统，其特征是，所述的汽油油箱内充有甲醇、乙醇或液化石油气。
6.根据权利要求1或3所述的基于活化热氛围的双燃料复合均质压燃燃烧系统，其特征是，所述的燃气油箱内充有二甲醚。
全文摘要
一种内燃机技术领域的基于活化热氛围的双燃料复合均质压燃燃烧系统，包括汽油油箱、燃气油箱、电子控制单元、冷却水温度传感器、爆震传感器、汽油直喷装置和气道喷射装置，汽油油箱连接汽油直喷装置，燃气油箱连接气道喷射装置，冷却水温度传感器、爆震传感器、汽油直喷装置和气道喷射装置的控制端连接到电子控制单元。本发明一方面可以使得常规燃料如汽油很容易在全负荷范围内实现均质压燃，另一方面可以显著降低发动机的有害排放同时大幅度改善发动机的有效热效率。
文档编号F02D41/30GK102226426SQ20111013826
公开日2011年10月26日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者吉丽斌, 吕兴才, 马骏骏, 黄震 申请人:上海交通大学