CN109184929B - 一种双燃料发动机点火燃烧综合系统及其控制方法 - Google Patents

一种双燃料发动机点火燃烧综合系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双燃料发动机点火燃烧综合系统，包括燃烧室机体（1）、缸套（2）、活塞（3）、缸垫（4）、缸盖（5）、进气道（7）、进气门（9）、排气门（16），所述进气道（7）内设置有气体燃料喷射阀（8）；燃烧室内部还设置有用于柴油喷射压燃所需的主喷油器（11）、点燃气体所需的火花塞（10）和微喷油器（13）；所述主喷油器（11）上配置有主喷冷却器（12），所述微喷油器（13）上配置有微喷冷却器（14）；燃烧室内部设置有用于检测缸内燃烧状态的缸温传感器（6）和爆压传感器（17）。本发明的双燃料发动机点火燃烧系统结构紧凑、性能优越，可靠性强、启动性能好，适应性强；能够满足不同燃料模式启动和运行所需的点火燃烧系统。

Description

一种双燃料发动机点火燃烧综合系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及柴油-天然气双燃料发动机技术领域，具体涉及一种双燃料发动机点火燃烧综合系统及其控制方法。
背景技术
随着石油资源的枯竭带来的柴油能源紧张，加之日益严峻的环境污染要求清洁能源天然气资源大力推广应用，使得高功率、高性能、低排放、经济性最佳的双燃料发动机开发已成为国际发动机行业研究的重点课题。然而目前所研究的双燃料发动机多是在原柴油机基础上改制为双燃料发动机，其柴油压燃和天然气点火燃烧系统基本使用的是原柴油机的主喷燃油压燃系统，即原机匹配的主喷油器既要实现纯柴油模式下的较大量柴油的喷射压燃，又要实现气体模式下的微量柴油引燃，其双燃料发动机在不同工况下燃油替代率很难实现精确控制，且主喷油器的可靠性、适应性以及启动单一性都存在一定的问题。
目前所研究的双燃料发动机多是在原柴油机基础上改制为双燃料发动机，其柴油压燃和天然气点火燃烧系统基本使用的是原柴油机的主喷燃油压燃系统，这种利用一种原主燃喷油器喷油压燃即实现柴油模式的供油压燃，又实现气体模式的微量（一般仅为主喷燃油量的1%-3%）喷射供油压燃，显然存在供油量变化范围较大，在气体模式下主喷油器微量柴油喷射时，由于气体模式缸内燃烧温度高，使得喷油嘴不能很好地冷却，容易导致喷油嘴使用寿命降低或烧结，进而产生失火现象发生。再者，这种双燃料发动机只能依靠燃油压燃方式启动、运转，倘若在没有柴油燃料的情况下，即仅有天然气燃料时，其发动机也无法正常启动和运转。这些问题的出现直接导致双燃料发动机喷油器易坏、燃烧不稳定、启动方式单一等现象出现，直接影响了发动机性能指标、排放指标、经济性指标以及可靠性。
因而保证双燃料发动机能够在双燃料模式或纯柴油模式或纯气体模式下都能够任意正常启动、稳定、可靠运行是非常重要的。
发明内容
本发明的目的是提出一种能够同时满足柴油-天然气双燃料或纯柴油燃料或纯气体燃料发动机不同要求的点火燃烧综合系统及其控制方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种双燃料发动机点火燃烧综合系统，包括燃烧室机体、缸套、活塞、缸垫、缸盖、进气门、排气门；进气道内设置有气体燃料喷射阀；燃烧室内部设置有用于柴油喷射压燃所需的主喷油器、点燃气体所需的火花和微喷油器；所述主喷油器上配置有主喷冷却器 ，所述微喷油器上配置有微喷冷却器；燃烧室内部设置有用于检测缸内燃烧状态的缸温传感器和爆压传感器。
进一步地，所述主喷油器位于燃烧室中央正上方，这样可以保证主喷燃油均匀喷射并不发生碰壁现象发生，实现均质混合燃烧。
进一步地，所述火花塞和微喷油器分别位于主喷油器两侧，并分别指向气缸中心线，有利于天然气模式下混合气体在燃烧室中心引燃，尽可能缩短火焰传播距离，且满足两种点火系统任意切换同时不影响点火质量。
进一步地，所述爆压传感器和缸温传感器分别位于气缸燃烧室两侧，并分别指向气缸中心线。这样有利于真实可靠地测量发动机缸内燃烧的温度和压力，为发动机运行监控、运行模式转换及点火方式转换等提供准确的参数。
本发明装置双燃料模式启动时，采用微喷压燃天然气方式能够实现冷机状态快速启机和降低排放功能。运行时，利用冷却循环水分别通过主喷冷却器和微喷冷却器对主喷油器和微喷油器分别进行冷却，以防止燃烧室温度过高导致喷油嘴烧结和积碳，从而提高主喷油器和微喷油器寿命。
本发明同时提供了一种双燃料发动机点火燃烧综合系统的控制方法，具体如下：
当发动机在纯柴油模式时，利用主喷油器向燃烧室喷油压燃实现发动机点火启动和运行；
在纯天然气模式时，天然气通过燃气喷射阀喷入进气道与空气混合一同通过进气门进入燃烧室，进入缸内的混合气体通过燃烧室内部设置火花塞点燃实现发动机点火启动和运行；
在双燃料模式时，利用柴油主喷压燃点火方式或天然气火花塞点火方式或天然气微喷压燃点火方式中的任一种形式实现发动机启动，发动机的运行可以实现单一燃料运行模式（即纯柴油模式或纯天然气模式）或双燃料运行模式。
当天然气模式运行时，通过监测发动机运行工况以及火花塞点火系统和微喷燃油系统参数，系统将自动根据缸温传感器和爆压传感器测量参数，在火花塞点火和微喷油器喷油压燃两者之间选择最佳的点火方式。
进一步地，所述的双燃料模式运行时，通过控制不同负荷工况下不同的燃油替代率，在满足发动机动力性能的情况下，以实现发动机不同工况的最佳的运行状态、最优的排放指标和经济指标。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的双燃料发动机点火燃烧系统结构紧凑、性能优越，可靠性强、启动性能好，适应性强；能够满足不同燃料模式启动和运行所需的点火燃烧系统，其控制方法解决了单一启动方式的弊端，且启动过程中节能减排；可以实现单一燃料模式（即纯柴油模式或纯天然气模式）的独立运行和双燃料模式的混合燃料驱动运行；并在不同工况状态下可以自动切换采用不同的燃料驱动运行，对提高发动机能效、降低排放等方面起到重要的作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中标记为：1.燃烧室机体、2.缸套、3.活塞、4.缸垫、5.缸盖、6.缸温传感器、7.进气道、8.燃气喷射阀、9.进气门、10.火花塞、11.主喷油器、12.主喷冷却器、13.微喷油器、14.微喷冷却器、15.排气门、16.排气道、17.爆压传感器。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图详细说明本发明。
如图1所示,本实施例的双燃料发动机点火燃烧综合系统，包括燃烧室机体1、缸套2、活塞3、缸垫4、缸盖5、进气门9、排气门16，进气道7内设置有气体燃料喷射阀8；燃烧室内部设置有用于柴油喷射压燃所需的主喷油器11、点燃气体所需的火花塞10和微喷油器13；所述主喷油器11上配置有主喷冷却器12 ，所述微喷油器13上配置有微喷冷却器14；燃烧室内部设置有用于检测缸内燃烧状态的缸温传感器6、爆压传感器17。
所述主喷油器11位于燃烧室中央正上方，这样可以保证主喷燃油均匀喷射并不发生碰壁现象发生，实现均质混合燃烧。
所述火花塞10和微喷油器13分别位于主喷油器11两侧，并分别指向气缸中心线，有利于天然气模式下混合气体在燃烧室中心引燃，尽可能缩短火焰传播距离，且满足两种点火系统任意切换同时不影响点火质量。
所述爆压传感器17和缸温传感器6分别位于气缸燃烧室两侧，并分别指向气缸中心线。这样有利于真实可靠地测量发动机缸内燃烧的温度和压力，为发动机运行监控、运行模式转换及点火方式转换等提供准确的参数。
本发明装置双燃料模式启动时，采用微喷压燃天然气方式能够实现冷机状态快速启机和降低排放功能。
运行时，利用冷却循环水分别通过主喷冷却器12和微喷冷却器14对主喷油器11和微喷油器13分别进行冷却，以防止燃烧室温度过高导致喷油嘴烧结和积碳，从而提高主喷油器和微喷油器寿命。
本发明的一种双燃料发动机点火燃烧综合系统的控制方法，具体如下：
当发动机在纯柴油模式时，利用主喷油器11向燃烧室喷油压燃实现发动机点火启动和运行；
在纯天然气模式时，天然气通过燃气喷射阀8喷入进气道7与空气混合一同通过进气门9进入燃烧室，进入缸内的混合气体通过燃烧室内部设置火花塞10点燃实现发动机点火启动和运行；
在双燃料模式时，利用柴油主喷压燃点火方式、天然气火花塞点火方式、天然气微喷压燃点火方式中的任一种形式实现发动机启动，发动机的运行可以实现单一燃料运行模式（即纯柴油模式或纯天然气模式）或双燃料运行模式。
当天然气模式运行时，通过监测发动机运行工况以及火花塞点火系统和微喷燃油系统参数，系统将自动根据缸温传感器6和爆压传感器17测量参数在火花塞10点火和微喷油器13喷油压燃两者之间选择最佳的点火方式。
进一步地，所述的双燃料模式运行时，通过控制不同负荷工况下不同的燃油替代率，在满足发动机动力性能的情况下，以实现发动机不同工况的最佳的运行状态、最优的排放指标和经济指标。
本发明的双燃料发动机点火燃烧系统结构紧凑、性能优越，可靠性强、启动性能好，适应性强；能够满足不同燃料模式启动和运行所需的点火燃烧系统，其控制方法解决了单一启动方式的弊端，且启动过程中节能减排；可以实现单一燃料模式（即纯柴油模式或纯天然气模式）的独立运行和双燃料模式的混合燃料驱动运行；并在不同工况状态下可以自动切换采用不同的燃料驱动运行，对提高发动机能效、降低排放等方面起到重要的作用。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种双燃料发动机点火燃烧综合系统的控制方法，包括燃烧室机体(1)、缸套(2)、活塞(3)、缸垫(4)、缸盖(5)、进气道(7)、进气门(9)、排气门(16)，其特征在于：所述进气道(7)内设置有气体燃料喷射阀(8)；燃烧室内部还设置有用于柴油喷射压燃所需的主喷油器(11)、点燃气体所需的火花塞(10)和微喷油器(13)；所述主喷油器(11)上配置有主喷冷却器(12)，所述微喷油器(13)上配置有微喷冷却器(14)；燃烧室内部设置有用于检测缸内燃烧状态的缸温传感器(6)和爆压传感器(17)；
在纯柴油模式时，利用主喷油器向燃烧室喷油压燃实现发动机点火启动和运行；
在纯天然气模式时，天然气通过燃气喷射阀喷入进气道与空气混合一同通过进气阀进入燃烧室，进入缸内的混合气体通过燃烧室内部设置火花塞点燃实现发动机点火启动和运行；
在双燃料模式时，利用柴油主喷压燃点火方式、天然气火花塞点火方式、天然气微喷压燃点火中的任一种形式实现发动机启动，并以单一燃料运行模式或双燃料运行模式实现运行；
所述的天然气模式运行时，通过监测发动机运行工况以及火花塞点火系统和微喷燃油系统参数，系统自动根据缸温传感器和爆压传感器测量参数，在火花塞点火和微喷压燃两者之间选择点火方式。
2.根据权利要求1所述的一种双燃料发动机点火燃烧综合系统的控制方法，其特征在于，所述双燃料模式运行时，通过控制不同负荷工况下的燃油替代率，在满足发动机动力性能的情况下，以实现发动机不同工况的最佳的运行状态、最优的排放指标和经济指标。
3.根据权利要求1所述的一种双燃料发动机点火燃烧综合系统的控制方法，其特征在于，所述主喷油器(11)位于燃烧室中央正上方。
4.根据权利要求1所述的一种双燃料发动机点火燃烧综合系统的控制方法，其特征在于，火花塞(10)和微喷油器(13)分别位于所述主喷油器(11)两侧，并分别指向气缸中心线。
5.根据权利要求1所述的一种双燃料发动机点火燃烧综合系统的控制方法，其特征在于，所述爆压传感器(17)和所述缸温传感器(6)分别位于燃烧室两侧，并分别指向气缸中心线。
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