CN104806352A - 汽油天然气双燃料双喷式发动机 - Google Patents

Abstract

一种内燃机技术领域的汽油天然气双喷式发动机，包括汽油油箱、电控汽油喷油器、天然气储气罐、天然气高压截止阀、天然气减压阀、天然气低压截止阀、天然气喷轨、电子控制单元、电控天然气喷油器，电控天然气喷油器布置在电子节气门后的进气管上，天然气喷轨通过天然气管路与电控天然气喷油器相连接。该发动机一方面可以同时使用汽油和天然气，并且在一个循环内顺序喷射两种燃料，另外发动机可以采用高压缩比和三元催化后处理装置，使得发动机可以同时实现高热效率和几乎没有微粒排放的目的。本发明设计合理，结构简单，适用于双燃料发动机的优化设计。

Description

汽油天然气双燃料双喷式发动机

技术领域

本发明涉及的是一种内燃机技术领域的发动机，具体涉及一种可以在一个循环内顺序喷射两种燃料的汽油天然气双燃料双喷式发动机。

背景技术

传统的汽油机采用气口喷射均质充量(或者直喷分层混合气)、低压缩比、火花点燃、部分负荷下节气门节流损失大，由于存在火焰传播而使得火焰前锋产生较多的氮氧化物。汽油机具有热效率低、一氧化碳和碳氢排放高的特点。但是，由于汽油机大部分工况运行在化学计量比条件下，采用三元催化可以得到很低的排放水平。因此，针对汽油机的主要问题是如何改善和提高发动机的有效热效率。目前的措施主要有缸内直喷技术和均质压燃技术、燃料替代技术。汽油直喷后面临的主要问题是颗粒排放显著上升，无法满足未来极其严格的微粒质量浓度和数量浓度的要求。而且随着缸内直喷汽油机小型强化的发展，超级爆震成为制约动力性提升的重要障碍。而汽油均质压燃也面临着火时刻控制、均质混合气形成、负荷范围拓展等难题。此外，汽油机还面临较低压缩比和较大的泵气损失而使得热效率不高的问题。目前，天然气已经成为汽油/柴油的一种主要替代燃料。但是对于传统汽油机改成的天然气发动机，存在压缩比过低、燃烧速率太慢、未燃甲烷排放过高等难题。因此，如何优化利用天然气发动机技术和汽油缸内直喷技术使得内燃机机更加高效清洁是本领域急待解决的技术难题。

发明内容

本发明为了克服上述技术的不足，提供一种汽油天然气双燃料双喷式发动机，该发动机一方面可以同时使用汽油和天然气，并且在一个循环内顺序喷射两种燃料，另外发动机可以采用高压缩比(压缩比可以高达10～15)和三元催化后处理装置，使得发动机可以同时实现高热效率和低排放的目的。迄今为止，国内外尚未提出在一个循环内先后顺序喷射天然气、汽油，通过火花塞点燃着火与燃烧控制的发动机，这是一种全新的燃烧方式。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括汽油油箱、冷却水温度传感器、爆震传感器、空气质量流量传感器、进气管、电子节气门、火花塞、电控汽油喷油器、排气管、微粒捕集器、三元催化转化器、汽油高压油管、汽油高压油轨、汽油高压油泵、汽油回油管、汽油滤清器、空燃比传感器、进气温度压力传感器、天然气储气罐、天然气高压截止阀、天然气减压阀、天然气低压截止阀、天然气喷轨、电子控制单元、天然气管路、电控天然气喷油器,冷却水温度传感器、爆震传感器分别布置在发动机本体上，空气质量流量传感器、电子节气门、进气温度压力传感器分别布置在进气管上，火花塞、电控汽油喷油器布置在缸盖上，微粒捕集器、三元催化转化器、空燃比传感器分别布置在排气管上，汽油滤清器、汽油高压油泵串接在汽油油箱、汽油高压油轨之间的供油管路上，汽油回油管布置在汽油高压油轨、汽油油箱之间，汽油高压油轨通过汽油高压油管与电控汽油喷油器相连接，天然气高压截止阀、天然气减压阀、天然气低压截止阀依次串接在天然气储气罐、天然气喷轨之间的供气管路上，电控天然气喷油器布置在电子节气门后的进气管上，天然气喷轨通过天然气管路与电控天然气喷油器相连接；电子控制单元的输入端与各传感器相连并接收转速信号、曲轴转角信号、冷却水温度信号、爆震传感器信号、电子节气门位置信号、进气压力温度信号、空气质量流量传感器信号、汽油油泵信号、汽油油轨压力温度信号、天然气轨压力温度信号、空燃比传感器信号；电子控制单元内置发动机运行的点火控制曲线图，其输出端分别与天然气高压截止阀、天然气低压截止阀、电控天然气喷油器、电控汽油喷油器、火花塞、微粒捕集器相连接。

进一步地，在本发明中电控天然气喷油器、电控汽油喷油器的个数均与发动机气缸数相同，发动机的压缩比为10至15；在起动、暖机和怠速运行工况采用缸内直喷汽油、进气管路不喷天然气的方式，随着负荷的增大，气口喷射天然气量逐渐增大，缸内直喷汽油量逐渐减小。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：本发动机在起动、暖机和怠速阶段采用缸内直喷汽油火花塞点燃的方式，这样使得发动机有更好的冷启动性能；发动机从小负荷到全负荷的工作循环内，逐渐增大气口喷射天然气量，HC和颗粒物排放会降低；利用天然气较高的辛烷值，发动机可采用较高的压缩比，发动机整体热效率会提高；利用微粒捕集器捕集燃烧产生的微量碳烟，利用三元催化转化器对燃烧生成的氮氧化物、一氧化碳、碳氢进行转化，由于反应发生在计量比条件下，因此具有较高的转化效率；可以显著节约石油资源；结构简单、技术成熟，开发成本低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中：1、汽油油箱，2、天然气储气罐，3、天然气高压截止阀，4、天然气减压阀，5、天然气低压截止阀，6、天然气喷轨，7、电子控制单元，8、冷却水温度传感器，9、爆震传感器，10空气质量流量传感器，11进气管12天然气管路，13电子节气门，14、电控天然气喷油器，15、火花塞，16、电控汽油喷油器，17、排气管，18、微粒捕集器，19、三元催化转化器，20、汽油高压油管，21、汽油高压油轨，22、汽油高压油泵，23、汽油回油管，24、汽油滤清器，25、空燃比传感器，26、进气温度压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，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。

实施例

如图1所示，本发明包括汽油油箱1、冷却水温度传感器8、爆震传感器9、空气质量流量传感器10、进气管11、电子节气门13、火花塞15、电控汽油喷油器16、排气管17、微粒捕集器18、三元催化转化器19、汽油高压油管20、汽油高压油轨21、汽油高压油泵22、汽油回油管23、汽油滤清器24、空燃比传感器25、进气温度压力传感器26、天然气储气罐2、天然气高压截止阀3、天然气减压阀4、天然气低压截止阀5、天然气喷轨6、电子控制单元7、天然气管路12、电控天然气喷油器14,冷却水温度传感器8、爆震传感器9分别布置在发动机本体上，空气质量流量传感器10、电子节气门13、进气温度压力传感器26分别布置在进气管11上，火花塞15、电控汽油喷油器16布置在缸盖上，微粒捕集器18、三元催化转化器19、空燃比传感器25分别布置在排气管17上，汽油滤清器24、汽油高压油泵22串接在汽油油箱1、汽油高压油轨21之间的供油管路上，汽油回油管23布置在汽油高压油轨21、汽油油箱1之间，汽油高压油轨21通过汽油高压油管20与电控汽油喷油器16相连接，天然气高压截止阀3、天然气减压阀4、天然气低压截止阀5依次串接在天然气储气罐2、天然气喷轨6之间的供气管路上，电控天然气喷油器14布置在电子节气门13后的进气管11上，天然气喷轨6通过天然气管路12与电控天然气喷油器14相连接；电子控制单元7的输入端与各传感器相连并接收转速信号、曲轴转角信号、冷却水温度信号、爆震传感器信号、电子节气门位置信号、进气压力温度信号、空气质量流量传感器信号、汽油油泵信号、汽油油轨压力温度信号、天然气轨压力温度信号、空燃比传感器信号；电子控制单元7内置发动机运行的点火控制曲线图，其输出端分别与天然气高压截止阀3、天然气低压截止阀5、电控天然气喷油器14、电控汽油喷油器16、火花塞15、微粒捕集器18相连接；电控天然气喷油器14、电控汽油喷油器16的个数均与发动机气缸数相同，发动机的压缩比为10至15；在起动、暖机和怠速运行工况采用缸内直喷汽油、进气管路不喷天然气的方式，随着负荷的增大，气口喷射天然气量逐渐增大，缸内直喷汽油量逐渐减小。

本装置的工作流程是：(1)发动机电子控制单元7首先读取和采集信号，判断发动机的运行工况和负荷大小，确定汽油和天然气的喷射量、喷射时刻；(2)发动机在起动、暖机和怠速运行工况采用缸内直喷汽油的方式，汽油的喷射时刻和喷射量由电控单元读出；(3)发动机从小负荷到全负荷的工作循环内，通过气口喷射天然气、缸内直喷汽油的方式，在缸内形成天然气/汽油的组份分层，距离火花塞较远的天然气由于较高的辛烷值不易发生爆炸，配合较高的压缩比可实现更高的热效率；汽油的量根据空气质量、天然气质量、以及排气空燃比传感器24计算，确保缸内剩余的氧气与汽油处于化学计量比条件(或燃料稍微稀薄)；(4)随着负荷的增大逐渐增大天然气喷油量，降低汽油喷油量，有利于提高整体热效率，降低HC排放和颗粒物排放；(5)发动机工作过程中，通过爆震传感器判断发动机是否接近爆震，如果发动机接近爆震，则推迟点火时刻，减少汽油和天然气的喷射量；(6)利用微粒捕集器17捕集燃烧产生的微量碳烟，利用三元催化转化器18对燃烧生成的氮氧化物、一氧化碳、碳氢进行转化，由于发动机大部分工况下运行在化学计量比下，反应发生在当量比为1的条件下，因此具有较高的转化效率。

Claims (2)

1.一种汽油天然气双燃料双喷式发动机，包括汽油油箱(1)、冷却水温度传感器(8)、爆震传感器(9)、空气质量流量传感器(10)、进气管(11)、电子节气门(13)、火花塞(15)、电控汽油喷油器(16)、排气管(17)、微粒捕集器(18)、三元催化转化器(19)、汽油高压油管(20)、汽油高压油轨(21)、汽油高压油泵(22)、汽油回油管(23)、汽油滤清器(24)、空燃比传感器(25)、进气温度压力传感器(26),冷却水温度传感器(8)、爆震传感器(9)分别布置在发动机本体上，空气质量流量传感器(10)、电子节气门(13)、进气温度压力传感器(26)分别布置在进气管(11)上，火花塞(15)、电控汽油喷油器(16)布置在缸盖上，微粒捕集器(18)、三元催化转化器(19)、空燃比传感器(25)分别布置在排气管(17)上，汽油滤清器(24)、汽油高压油泵(22)串接在汽油油箱(1)、汽油高压油轨(21)之间的供油管路上，汽油回油管(23)布置在汽油高压油轨(21)、汽油油箱(1)之间，汽油高压油轨(21)通过汽油高压油管(20)与电控汽油喷油器(16)相连接，其特征在于，还包括天然气储气罐(2)、天然气高压截止阀(3)、天然气减压阀(4)、天然气低压截止阀(5)、天然气喷轨(6)、电子控制单元(7)、天然气管路(12)、电控天然气喷油器(14)，天然气高压截止阀(3)、天然气减压阀(4)、天然气低压截止阀(5)依次串接在天然气储气罐(2)、天然气喷轨(6)之间的供气管路上，电控天然气喷油器(14)布置在电子节气门(13)后的进气管(11)上，天然气喷轨(6)通过天然气管路(12)与电控天然气喷油器(14)相连接；电子控制单元(7)的输入端与各传感器相连并接收转速信号、曲轴转角信号、冷却水温度信号、爆震传感器信号、电子节气门位置信号、进气压力温度信号、空气质量流量传感器信号、汽油油泵信号、汽油油轨压力温度信号、天然气轨压力温度信号、空燃比传感器信号；电子控制单元(7)内置发动机运行的点火控制曲线图，其输出端分别与天然气高压截止阀(3)、天然气低压截止阀(5)、电控天然气喷油器(14)、电控汽油喷油器(16)、火花塞(15)、微粒捕集器(18)相连接。

2.根据权利要求1所述的汽油天然气双燃料双喷式发动机，其特征在于所述电控天然气喷油器(14)、电控汽油喷油器(16)的个数均与发动机气缸数相同，发动机的压缩比为10至15；在起动、暖机和怠速运行工况采用缸内直喷汽油、进气管路不喷天然气的方式，随着负荷的增大，气口喷射天然气量逐渐增大，缸内直喷汽油量逐渐减小。