CN102374044A

CN102374044A - 柴油和丁醇低温燃烧双燃料发动机的燃料供给系统

Info

Publication number: CN102374044A
Application number: CN2011103318135A
Authority: CN
Inventors: 钱叶剑; 陈志方; 汪春梅; 黄维; 左承基
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-03-14

Abstract

本发明涉及柴油和丁醇低温燃烧双燃料发动机的燃料供给系统。包括柴油机，柴油缸内直喷系统和丁醇气道喷射系统。柴油缸内直喷系统将柴油直接喷入气缸内，丁醇气道喷射系统的喷油器将丁醇喷入各气缸的进气歧管内，在进气门附近与空气混合，并通过进气门进入气缸。柴油机的进气总管和排气管之间并联设有废气再循环管，废气再循环管上设有废气再循环阀。本发明可在最高废气再循环（EGR）率为50%，柴油喷射压力为60MPa时，通过调整柴油和丁醇喷射量，实现柴油机在全负荷范围内的低温燃烧模式，同时降低发动机的氮氧化物（NO_X）和碳烟排放量，使得柴油机在不采用排气后处理器的条件下，其有害排放达到欧Ⅳ及以上标准要求。

Description

柴油和丁醇低温燃烧双燃料发动机的燃料供给系统

技术领域

本发明属于柴油机技术领域，具体涉及柴油机实现低温燃烧的燃料供给系统。

背景技术

柴油机与汽油机相比，具有热效率高、功率大、可靠性强、使用寿命长、燃油经济性好等优势。因此，被广泛应用于汽车、机车、船舶、农用机械、发电机组等大功率需求的地方。而且，随着柴油机轻型化和控制技术的进步，柴油机也广泛使用在轿车上。

车用柴油机的碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）排放较少，但它的氮氧化物（NO_X）和碳烟排放非常高。这与柴油机的燃烧方式有关。柴油机的燃烧过程开始于燃油喷射，经历燃油雾化和蒸发等过程后，混合气当量比急剧下降，但温度变化不大。当混合气的温度超过800K时，柴油开始低温化学反应过程。当温度超过1000 K，缸内化学反应速率急剧上升并伴有很高的放热率（高温反应过程），缸内混合气温度快速上升，随后的燃烧过程受燃油扩散率的影响。这种燃烧路径首先经过了碳烟生成区，接着又经过NO_X生成区，导致柴油机两种排放物的大量生成。因此，如何将燃烧路径避开NO_X和碳烟生成区域，成为柴油机燃烧技术的研究重点。

研究表明：在任何当量比下，若柴油机的缸内燃烧温度都保持在低于1650K的水平下，柴油的燃烧过程可以避开NO_X和碳烟的主要生成区域，减少NO_X和碳烟的生成。因此，柴油机低温燃烧模式可以突破柴油机“NO_X－碳烟”折衷曲线的束缚，使同时降低碳烟和NO_X排放成为可能。

国内外现有技术状况：柴油机固有的燃烧路径决定了其NO_X和碳烟排放较高，且很难同时降低。当前，为使柴油机的NO_X和碳烟排放量满足相应的排放标准，必须在柴油机上安装排气后处理器。其中，碳烟排放主要利用微粒捕集器来进行控制，NO_X排放主要利用选择性催化还原技术来进行控制。虽然，以上措施能降低柴油机的NO_X和碳烟排放，但是随着柴油机排放法规的日益严格，再加上柴油机排放控制中“NO_X－碳烟”折衷曲线的束缚，柴油机的排放控制成本日益增加。柴油机低温燃烧技术可以避开NO_X和碳烟排放的主要生成区域，NO_X和碳烟排放生成量很少。因此，柴油机采用低温燃烧技术后，可在不使用排气后处理器的情况下，使其有害排放满足目前的排放标准，大大降低了柴油机的排放控制成本。目前，柴油机低温燃烧模式主要是利用大比例废气再循环（EGR），通过优化喷油定时，再结合高喷射压力和大涡流强度等措施来实现的。其中，高EGR率，一般要超过60%，是降低缸内燃烧温度的唯一手段，以减少碳烟和NO_X排放；高喷射压力（100MPa以上）或高空气涡流强度可使混合气更为均匀，减少缸内局部过浓区域，降低碳烟排放。但是，高EGR的使用和喷油时刻的推迟会带来HC和CO等排放以及燃油消耗率上升等问题。另外，柴油机的大负荷工况喷油量多，喷油定时必须提前，以保证有足够时间去形成均匀混合气。这大大增加了柴油机发生不正常燃烧的机率，导致目前的低温燃烧技术只能局限在中小负荷运行。因此，寻找一种能在全负荷范围内应用的低温燃烧技术，成为当前低温燃烧技术的研究重点。

发明内容

为了实现柴油机能在全负荷范围内应用的低温燃烧技术，考虑到NO_X排放的生成条件和柴油机的“NO_X–碳烟” 折衷曲线规律，研究丁醇气道喷射、柴油缸内直喷并结合小比例EGR技术，实现低温燃烧模式，以同时控制和降低柴油机有害排放物和燃油消耗，为柴油机的高效率、低污染燃烧开拓新的途径，对柴油机工业的发展具有极其广阔的应用前景。为此，本发明提供一种适用于柴油机的柴油和丁醇低温燃烧双燃料供给系统。

具体的技术解决方案如下：

柴油和丁醇低温燃烧双燃料发动机的燃料供给系统包括柴油机，柴油机的柴油喷射系统包括一只以上的柴油喷油器、高压油管、柴油泵、柴油滤清器和柴油箱，柴油机的进气总管和排气管之间并联设有废气再循环管，废气再循环管上设有废气再循环阀，进气总管的前部连通着一根以上的进气歧管，一根以上的进气歧管分别与柴油机对应的气缸相通，所述一根以上的进气歧管上均设有喷油器，使丁醇与空气在进气门附近形成均匀的混合气，喷油器通过高压油管连通着电动油泵的出油口，电动油泵的进油口通过进油管连通着丁醇油箱；所述进油管上设有滤清器。

所述喷油器为汽油喷油器。

所述电动油泵为电动汽油泵。

所述滤清器为汽油滤清器。

丁醇的十六烷值低，着火延迟期长，有利于形成均质混合气，消除缸内富燃区域，降低碳烟排放。因此，柴油机燃用柴油和丁醇混合燃料时，较低的十六烷值会使得缸内有足够的时间形成均匀混合气，可通过稀薄燃烧来降低缸内温度，减少了对EGR率的依赖。另外，丁醇是含氧燃料，有利于碳烟排放的减少，会进一步减少对EGR率的依赖，并能改善燃油经济性。因此，采用丁醇气道喷射、柴油缸内直喷的柴油机，可在较小的EGR率下就能实现低温燃烧模式，获得超低的NO_X和碳烟排放，同时燃油喷射压力也不需要大幅提升。而且，本燃料喷射系统能根据负荷工况的不同，通过调整柴油和丁醇的喷射量，在全负荷范围内实现低温燃烧模式，弥补了纯柴油低温燃烧模式的HC、CO排放高及负荷运行范围小等缺陷。因此，柴油机在使用柴油/丁醇混合燃料低温燃烧技术后，具备了在不使用排气后处理器的情况下，就能满足当前柴油机排放标准的潜力。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1、本发明采用丁醇气道喷射、柴油缸内直喷并结合小比例EGR技术，实现柴油机低温燃烧，同时降低发动机的NO_X和碳烟排放量，使得柴油机在不采用排气后处理器的条件下，其有害排放达到欧Ⅳ及以上标准要求；

2、采用本发明的柴油机，可在最高废气再循环（EGR）率小于50%，柴油喷油压力为60MPa时就能实现低温燃烧模式；

3、本发明具有两套独立的燃料供给系统，可根据负荷工况自由调整柴油和丁醇的供给量，在柴油机全负荷范围内实现低温燃烧模式。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为四缸柴油机的柴油和丁醇低温燃烧双燃料发动机的燃料供给系统示意图。

柴油箱1、柴油滤清器2、柴油泵3、柴油喷油器4、丁醇油箱5、汽油滤清器6、电动汽油泵7、汽油喷油器8、柴油机9、废气再循环阀10、进气总管11、排气管12、进气歧管13。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1：

参见图1，柴油和丁醇低温燃烧双燃料发动机的燃料供给系统包括单缸柴油机9，柴油机9的柴油供给系统包括柴油喷油器4、高压油管、柴油泵3、柴油滤清器2和柴油箱1，柴油机的进气总管11和排气管12之间并联设有废气再循环管，废气再循环管上安装有废气再循环阀10，进气总管11的前部连通着进气歧管13。进气歧管13上安装有汽油喷油器8，汽油喷油器8安装在每个气缸的进气歧管上，安装位置与目前的多点喷射式汽油机相同，汽油喷油器8通过高压油管连通着电动汽油泵7的出油口，电动汽油泵7的进油口通过进油管连通着丁醇油箱5，进油管上安装有汽油滤清器6。

柴油和丁醇低温燃烧双燃料发动机的燃料供给系统的工作原理如下：

燃料丁醇从丁醇油箱5经汽油滤清器6过滤掉杂质后，进入电动汽油泵7，泵出的丁醇进入汽油喷油器8，在电控单元控制下，汽油喷油器8将适量的丁醇喷入柴油机进气歧管13内，与空气在进气门附近混合，丁醇混合气通过进气门进入气缸内，与空气进一步混合，形成更均匀混合气。另外，电控单元还控制柴油喷油器4将适量的柴油直接喷入气缸内，柴油随之雾化、蒸发，并着火燃烧，燃烧产生的热量会点燃缸内丁醇混合气。废气再循环阀10为电磁式EGR阀，用来控制柴油机废气再循环比例，它的作用是将部分废气从排气管12引入进气总管11中。

实施例2：

多缸机实施例。

参见图2，柴油和丁醇低温燃烧双燃料发动机的燃料供给系统包括四缸柴油机9，四缸柴油机9的柴油供给系统包括四个柴油喷油器4、高压油管、柴油泵3、柴油滤清器2和柴油箱1，柴油机的进气总管11和排气管12之间并联设有废气再循环管，废气再循环管上安装有废气再循环阀10，进气总管11的前部连通着四根进气歧管13，四根进气歧管13分别与柴油机的四个气缸相通。每个进气歧管13上都安装有汽油喷油器8，安装位置与目前的多点喷射式汽油机相同，汽油喷油器8通过高压油管连通着电动汽油泵7的出油口，电动汽油泵7的进油口通过进油管连通着丁醇油箱5，进油管上安装有汽油滤清器6。

四缸柴油机的双燃料供给系统的工作原理同实施例1。

Claims

1.柴油和丁醇低温燃烧双燃料发动机的燃料供给系统，包括柴油机，柴油机的柴油喷射系统包括一只以上的柴油喷油器、高压油管、柴油泵、柴油滤清器和柴油箱，柴油机的进气总管和排气管之间并联设有废气再循环管，废气再循环管上设有废气再循环阀，进气总管的前部连通着一根以上的进气歧管，一根以上的进气歧管分别与柴油机对应的气缸相通，其特征在于：所述一根以上的进气歧管上均设有喷油器，使丁醇与空气在进气门附近形成均匀的混合气，喷油器通过高压油管连通着电动油泵的出油口，电动油泵的进油口通过进油管连通着丁醇油箱；所述进油管上设有滤清器。

2.根据权利要求1所述的柴油和丁醇低温燃烧双燃料发动机的燃料供给系统，其特征在于：所述喷油器为汽油喷油器。

3.根据权利要求1所述的柴油和丁醇低温燃烧双燃料发动机的燃料供给系统，其特征在于：所述电动油泵为电动汽油泵。

4.根据权利要求1所述的柴油和丁醇低温燃烧双燃料发动机的燃料供给系统，其特征在于：所述滤清器为汽油滤清器。