CN102269062B - 重装备多燃料柴油燃烧系统及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重装备多燃料柴油燃烧系统及其装置，其将至少一种气体燃料通过管路接入柴油机的增压装置，与接入增压装置内的空气进行均质混合，混合后的混合气体燃料排入燃烧室内，与油路送入的雾状柴油混合燃烧，这种多燃料的复合燃烧方式能够明显提高燃烧效率，在不降低重装备柴油机效率的前提下节能减排。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油燃烧系统及其装置，尤其涉及一种重装备多燃料柴油燃烧系统及其装置。
背景技术
全球石油资源日趋枯竭，而由于全球工业化发展，世界所需石油量却日益增长，导致石油价格持续走高，各国企业的运营成本及人们的生活成本也不断增加。因此，节油环保，已不属于某一个国家的事情，是全球的命运公关的事情。
因此，近年来，各国开始大力发展新能源技术、清洁能技术、再生能源技术、替代能源技术等，以图寻求突破。在轻型车或者说汽油机方面，新能源技术、清洁能源技术、再生能源技术及替代能源技术已经有了长足的进步和发展，但是在重型装备或者说柴油机方面，这些节能技术却收效甚微。
因为，目前的新能源技术、清洁能技术、再生能源技术、替代能源技术等大多只将注意力放在了节能减排的结果上，而忽视了节能减排的基础，那就是应该在保持马力、保持功率的情况下，做到节能减排。使柴油机保持小的工作功率，从而降低能源消耗及尾气排放，实际意义不大。这些新能源技术等技术均不能使发动机保持较大功率的工作，不能适应重装备的工作需求。
目前，也有很多针对重装备、柴油机的改进方案，大致分为两个思路，一种是改进燃料，比如近年来发展迅速的醇基燃料、混合柴油；另一种则是对柴油机的结构进行大幅度改动，提高柴油机能够承受的压缩比等。但是，大幅度改进柴油机，对于已经普及的柴油机而言，更换成本太高，不利于推广。而仅仅改进燃料成分，而其它完全不变，其节能减排、提高热效率的效果并不明显，不能满足重型装备、柴油机的技能减排的市场需要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种适合于重装备的多燃料柴油燃烧系统及其装置，可获得明显的节能减排，并提高马力，三效同时具备之效果。
为了达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种重装备多燃料柴油燃烧系统，其中，将至少一种气体燃料通过管路接入柴油机的增压装置，与接入增压装置内的空气进行均质混合，混合后的混合气体燃料排入燃烧室内，与油路送入的雾状柴油混合燃烧。
上述重装备多燃料柴油燃烧系统，由于将气体燃料与空气均质混合后再进入燃烧室与柴油混合燃烧，柴油被压燃后，随即点燃气体燃料，进行复合燃烧，使得燃烧系统在极短的时间内燃烧完全，提高了燃烧效率。
上述重装备多燃料柴油燃烧系统，由于是将气体燃料直接引入与空气均质混合后再与柴油混合燃烧，气体燃料与柴油的输送采用了不同的管路，减少了油路的压力，减少了油路的故障率，能够避免油、气混合燃烧过程中，由于气路发生故障引起重装备停滞抛锚现象。如果采用气体燃料与柴油在油路内混合，那么由于气体燃料与柴油的性质不同，比如LPG的颗粒较大，容易堵塞喷油嘴等，容易造成油路的损失或者故障。
上述的重装备多燃料柴油燃烧系统，其中，所述气体燃料根据增压装置内的压力大小调节气体燃料的流量。根据增压装置排出的气体的压力来调节气体燃料的流量。
上述的重装备多燃料柴油燃烧系统，其中，所述气体燃料的管路内通过锁定气压的方式控制气体燃料的流量。首先，气体燃料在发动机怠速状态下带有一定压力进入气能总成装置，这时根据进口压力及出口压力情况选择适合的系数由气能总成装置控制锁定。
上述的重装备多燃料柴油燃烧系统，其中，所述气体燃料的接入点位于增压装置的中冷器之后。
上述的重装备多燃料柴油燃烧系统，其中，所述气体燃料为燃点高于柴油的常用气体燃料，较佳为LPG、CNG、氢能、丙烷或二甲醚。
一种重装备多燃料柴油燃烧装置，包括柴油机本体，其中，包括储存气体燃料的储料罐、气能总成装置，所述储料罐通过管路连接于气能总成装置，所述气能总成装置接入柴油机本体的涡轮增压装置，所述空气与气体燃料在涡轮增压装置中混合为均质状态，所述气能总成装置用于控制混合均质气体的流量，所述混合均质气体经涡轮增压引入所述柴油机的燃烧室，所述柴油机的柴油经喷油装置喷入燃烧室。
上述的重装备多燃料柴油燃烧装置，其中，所述储料罐与气能总成装置之间设有至少一个可关闭阀；所述可关闭阀较佳为电磁阀，连接于车辆的电子控制单元。
上述的重装备多燃料柴油燃烧装置，其中，所述可关闭阀与气能总成装置之间设有减压阀，所述减压阀较佳为蒸发减压器。
上述的重装备多燃料柴油燃烧装置，其中，所述气能总成装置内设有调节气阀，调节气阀锁定气能总成装置的出气流量，所述气能总成装置连接有调节真空管，所述调节真空管连接于柴油机的真空管，所述调节真空管内的真空膜控制调节气阀。
上述重装备多燃料柴油燃烧装置，所述气能总成装置的进气端设有进气压力表，出气端设有出气压力表，以便读取进气压力数值及出气压力数值。
上述重装备多燃料柴油燃烧装置，其中，所述出气压力表与增压装置设有锁定气阀；在气能总成装置内的调节气阀锁定出气流量后，进行二次锁定。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本发明重装备多燃料柴油燃烧系统，能够进行均质混合压燃，有效提高柴油机的燃料的燃烧效率，节能减排效果明显。
2、本发明重装备多燃料柴油燃烧装置，仅在现有柴油机上增加气能总成装置及附属结构，结构简单，耗费的成本较低。
3、本发明重装备多燃料柴油燃烧系统，油、气能双路系统互不干扰，能够避免油、气混合燃烧过程中，气路发生故障，重装备停滞抛锚，便于油、气态能燃化量比调整。
4、本发明重装备多燃料柴油燃烧装置，随着发动机转数高低变化，气能总成装置内调节气阀自动控制气能流量。
5、本发明重装备多燃料柴油燃烧装置，节能、减排、增加马力变化均在15％以上至35％内，并三效同时具备。
6、本发明重装备多燃料柴油燃烧系统，对各种重装备内燃机具有普遍的节能减排，提高马力效果，具有普遍的适用能力和实用价值。
具体实施方式
下面，结合实施例来对本发明做进一步的说明：
实施例1：以六缸柴油机为例，本发明多燃料柴油燃烧装置，其较佳实施例包括柴油箱、储料罐，喷油装置、气能总成装置和电子(或电动)控制单元；柴油箱通过输油管及喷油装置与柴油机相连接，电子控制单元的输入端接收柴油机输出的柴油机运行工况参数信号，包括油门位置信号、转速信号、曲轴转角信号、上止点信号、冷却水温度信号、进气温度等。所述电子控制单元连接于所述喷油装置的调频装置，根据电子控制单元获得的信息来调节喷油装置喷射柴油的频率及流量。
所述储料罐通过管路与气能总成装置相连，所述储料罐与气能总成装置之间的管路上依次设有电磁阀、蒸发减压器，该电磁阀连接于电子控制单元，控制管路的开闭，该减压蒸发器将高压气体燃料转化为低压气体燃料，该气能总成装置的进气端设有一个进气压力表，显示进气压力；该气能总成装置内设有一个调节气阀及喷气嘴，该调节气阀控制该喷气嘴，该气能总成装置与柴油机的涡轮增压装置通过管路相连，该气能总成装置的出气端设有一个出气压力表，显示出气压力；该出气压力表与涡轮增压装置之间设有锁定气阀；该气能总成装置连接有一根调节真空管，该调节端部设有真空膜，该调节真空管与柴油机的涡轮增压装置的真空管相连通；气能总成装置输出的气体燃料经过管路进入涡轮增压装置的中冷器后段，与送入的空气进行均质混合，混合气体燃料经涡轮增压装置加压后，通过进气歧管进入柴油机的燃烧室内，与经喷油装置喷入柴油机燃烧室的雾状柴油，充分混合，再经加压，压燃。上述结构的双燃料系统柴油机能够使雾状柴油与混合空气的气体燃料形成充分混合，在燃烧室内形成均质状态或者准均质状态，并且进行复合燃烧，提高燃料在柴油机燃烧室内的燃烧速度。克服一般柴油机由于柴油蒸发燃烧速度过慢，导致燃烧不完全，从而耗能大及尾气污染高的缺陷。
上述储料罐内的气体燃料，可为LPG、CNG、氢能或二甲醚等，较佳为LPG或二甲醚。
上述结构的多燃料柴油燃烧装置，在怠速状态下，由电子控制单元控制，打开电磁阀，储料罐内气体燃料经蒸发减压器减压后进入气能总成装置，气能总成装置进气端的进气压力表显示进气压力，调节气能总成装置内的调节气阀，气能总成装置出气端的出气压力表显示出气压力，根据重装备车辆的发动机性能，调节调节气阀，使出气压力表的数值为合适数值，之后锁定调节气阀，即锁定了出气压力，锁定了出气流量，避免出气压力过大，导致重装备车辆无法负荷，出现故障；还可以同时调节锁定气阀，对出气压力进行二次调节、锁定一个更高的系数，使出气压力形成分阶锁定；在行进状态时，涡轮增压装置排出的副压经真空管进入气能总成装置的调节真空管内，由于压力差，使真空膜变形挤压气能总成装置内的调节气阀，使进气流量增大；重装备车辆的发动机转速越高，进入调节真空管内的压力越大，则调节气阀越打开，进气流量越大，因而气能总成装置内的调节气阀可以自动根据发动机的转速来调节气体燃料的流量。
实施例2：为了证明本发明重装备多燃料柴油燃烧系统的节能效果，选取LPG作为气体燃料，进行了车辆试验。测试时间为2009年9月10日，测试地点为青岛城阳，测试车辆为韩国双龙Moosho2.8CC商用车，一辆为原装结构，另一辆在柴油机上加入储存有LPG燃料的储料罐及气能总成装置。测试行驶距离为105.9km，测试行驶速度为110km/h，行驶完成后，未使用LPG燃料及气能总成装置的车辆消耗精用柴油12.86L，使用了LPG燃料及气能总成装置的车辆消耗精用柴油9.44L，LPG1.41L，节油率达到26.59％，节省费用20.83％。
实施例3：为了证明本发明重装备多燃料柴油燃烧系统的节能减排效果，选取LPG作为气体燃料，进行了车辆试验。测试时间为2009年11月23日，测试位置为澳大利亚City Fleet Acacia大桥，车辆型号为三菱starwagon 4*4，汽车测试质量为2100kg，汽车最大总质量为2400kg，汽车里程表为116022，检测项目：DT80测试，检测结果如下：
DT80短期测试
| DNEPM Limits | NOx(g/km.t) | PM(mg/km.t) | Opacity Av(％) |
| Limit | 1.5 | 230.0 | 25.0 |
| Result | PASS | PASS | PASS |
DT80排污测试质量报告
| 测试条件 | 平均值 | 最大值 | 最小值 |
| 隧道不同压力(mmH2O) | 50.270 | 55.676 | 44.580 |
| 隧道压力(kPa) | 99.880 | 99.956 | 99.817 |
| 隧道温度(℃) | 27.234 | 47.913 | 11.823 |
| PM温度(℃) | 31.782 | 31.811 | 31.738 |
| 环境温度(℃) | 36.814 | 36.957 | 36.644 |
| 相对湿度(％) | 30.487 | 30.805 | 30.164 |
| 大气压力(kPa) | 101.696 | 101.708 | 101.680 |
| 稀释率 | 5.013 | 5.024 | 5.003 |
Analyser Calibration
| Pre-test | Post-test | Limits | ||||
| Gas | Zero | Span | Zero | Span | Zero | Span |
| NOx(ppm) | -2.9-2.9 | 92.2-98.0 | ||||
| CO2(％) | -0.2-0.2 | 7.7-8.2 | ||||
| CH4(ppm) | -133.2-133.2 | 4306.8-4573.2 |
5-％of Span Gas value
排污参数报告
| 气体 | 平均值 | 最大值 | 最小值 | 延迟 |
| NOx(ppm) | 2.608 | 13.000 | 0.000 | 2.500 |
| CO2(％) | 0.809 | 2.414 | 0.155 | 5.000 |
| CH4(ppm) | 81.214 | 553.371 | 15.066 | 5.000 |
| PM-LLSP(mg/m3) | 1.035 | 19.065 | -0.004 | 5.000 |
由上述测试结果可知，本发明重装备多燃料柴油燃烧系统的排放参数完全达到了欧洲最新标准，减排性能良好。
上述结构的多燃料柴油燃烧装置还可以设置冷却废气再循环装置，冷却废气再循环装置分别与柴油机的进气管和排气管相连通；该冷却废气再循环装置较佳采用EGR阀，该EGR阀分别与柴油机的进气管和排气管相连通，电子控制单元的输出端与该EGR阀连接起来以控制该EGR阀的开度；而在排气管上装设氧化反应器。
Claims (7)
1.一种重装备多燃料柴油燃烧系统，其特征在于：燃烧系统包括柴油箱、储料罐，喷油装置、气能总成装置和电子控制单元，柴油箱通过输油管及喷油装置与柴油机相连接，电子控制单元的输入端接收柴油机输出的柴油机运行工况参数信号，包括油门位置信号、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；所述电子控制单元连接于所述喷油装置的调频装置，根据电子控制单元获得的信息来调节喷油装置喷射柴油的频率及流量；将至少一种气体燃料通过管路接入柴油机的增压装置，与接入增压装置内的空气进行均质混合，混合后的混合气体燃料排入燃烧室内，与油路送入的雾状柴油混合燃烧；将气体燃料与空气均质混合后再进入燃烧室与柴油混合燃烧，柴油被压燃后，随即点燃气体燃料，进行复合燃烧；
所述储料罐通过管路与气能总成装置相连，所述储料罐与气能总成装置之间的管路上依次设有电磁阀、蒸发减压器，该电磁阀连接于电子控制单元，控制管路的开闭，该减压蒸发器将高压气体燃料转化为低压气体燃料，该气能总成装置的进气端设有一个进气压力表，显示进气压力；该气能总成装置内设有一个调节气阀及喷气嘴，该调节气阀控制该喷气嘴，该气能总成装置与柴油机的涡轮增压装置通过管路相连，该气能总成装置的出气端设有一个出气压力表，显示出气压力；该出气压力表与涡轮增压装置之间设有锁定气阀；该气能总成装置连接有一根调节真空管，该调节端部设有真空膜，该调节真空管与柴油机的涡轮增压装置的真空管相连通；气能总成装置输出的气体燃料经过管路进入涡轮增压装置的中冷器后段，与送入的空气进行均质混合，混合气体燃料经涡轮增压装置加压后，通过进气歧管进入柴油机的燃烧室内，与经喷油装置喷入柴油机燃烧室的雾状柴油，充分混合，再经加压，压燃。
2.根据权利要求1所述的重装备多燃料柴油燃烧系统，其特征在于：所述气体燃料根据增压装置内的压力大小调节气体燃料的流量。
3.根据权利要求1或2所述的重装备多燃料柴油燃烧系统，其特征在于：所述气体燃料的接入点位于增压装置的中冷器之后。
4.根据权利要求1或2所述的重装备多燃料柴油燃烧系统，其特征在于：所述气体燃料为LPG、CNG、氢能、二甲醚或丙烷。
5.一种重装备多燃料柴油燃烧装置，包括柴油机本体，其特征在于：包括柴油箱、储料罐，喷油装置、气能总成装置和电子控制单元，柴油箱通过输油管及喷油装置与柴油机相连接，电子控制单元的输入端接收柴油机输出的柴油机运行工况参数信号，包括油门位置信号、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；所述电子控制单元连接于所述喷油装置的调频装置，根据电子控制单元获得的信息来调节喷油装置喷射柴油的频率及流量；
所述储料罐通过管路连接于气能总成装置，所述气能总成装置接入柴油机本体的涡轮增压装置，空气与气体燃料在涡轮增压装置中混合为均质状态，所述气能总成装置用于控制混合均质气体的流量，所述混合均质气体经涡轮增压引入所述柴油机的燃烧室，所述柴油机的柴油经喷油装置喷入燃烧室，
所述储料罐通过管路与气能总成装置相连，所述储料罐与气能总成装置之间的管路上依次设有电磁阀、蒸发减压器，该电磁阀连接于电子控制单元，控制管路的开闭，该减压蒸发器将高压气体燃料转化为低压气体燃料，该气能总成装置的进气端设有一个进气压力表，显示进气压力；该气能总成装置内设有一个调节气阀及喷气嘴，该调节气阀控制该喷气嘴，该气能总成装置与柴油机的涡轮增压装置通过管路相连，该气能总成装置的出气端设有一个出气压力表，显示出气压力；该出气压力表与涡轮增压装置之间设有锁定气阀；该气能总成装置连接有一根调节真空管，该调节端部设有真空膜，该调节真空管与柴油机的涡轮增压装置的真空管相连通；气能总成装置输出的气体燃料经过管路进入涡轮增压装置的中冷器后段，与送入的空气进行均质混合，混合气体燃料经涡轮增压装置加压后，通过进气歧管进入柴油机的燃烧室内，与经喷油装置喷入柴油机燃烧室的雾状柴油，充分混合，再经加压，压燃。
6.根据权利要求5所述的重装备多燃料柴油燃烧装置，其特征在于：所述储料罐与气能总成装置之间设有至少一个可关闭阀。
7.根据权利要求6所述的重装备多燃料柴油燃烧装置，其特征在于：所述可关闭阀与气能总成装置之间设有减压阀。
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