CN111434914A - 一种含氢气助燃料及主燃料高压共轨喷射系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种含氢气助燃料及主燃料高压共轨喷射系统，其显著特征是将含氢气助燃料及主燃料通过共轨阵列引导至高压喷射器，并喷射到燃烧室内，从而提高燃烧效率、降低污染气体排放，并避免爆燃及回火等异常燃烧现象。

Description

一种含氢气助燃料及主燃料高压共轨喷射系统
技术领域
本发明涉及一种燃料喷射系统，属于内燃机系统技术领域。
背景技术
现有的含氢气助燃料及燃料内燃机喷射系统，一定程度上限制了燃料供给的响应速度和燃烧效率，从而影响了发动机的动力性能和经济指标。尤其在更高的发动机转速下，气缸曲柄角限制了喷射器的喷射停留时间，内燃机的热效率会变得更差。因此，需要开发能在很小曲柄角下触发的喷射系统，以提高燃烧效率，并相应降低氮氧化物NOx的排放水平。此外，传统氢气燃料内燃机多采用气道喷射，即与压缩空气进行缸外预混的喷射方式。这样做的缺点是，气道中残余的氢气会导致回火等异常燃烧现象；而且，氢气与空气混合气体在压缩过程中有早燃与爆震的趋势，不仅影响发动机的效率，而且大大缩短发动机的寿命。
发明内容
为解决本技术领域的不足，本发明提供一种含氢气助燃料及主燃料高压共轨喷射系统，用以提高现有内燃机的燃烧效率、降低污染气体排放，并避免爆燃及回火等异常燃烧。
为实现上述目的，本发明所采用的技术路线是：设计多个喷射点，使喷射器并联内燃机共轨系统，利用其工质流体压力足够大的特点，使喷射器在更高的流体压力下更快地被触发，用以推动多个喷射器联动工作，喷入含氢气的助燃料及主燃料，大大增强内燃机燃烧效率。
更具体的技术方案是：
一种含氢气助燃料及主燃料高压共轨喷射系统，包括含氢气助燃料发生及存储装置、含氢气助燃料泵、含氢气助燃料过滤器、含氢气助燃料汽化器、含氢气助燃料压力调节器、含氢气助燃料高压共轨管、液化器、主燃料供给装置、主燃料泵、主燃料过滤器、主燃料压力调节器、主燃料共轨管和电子控制系统；
所述高压喷射器包括设置在喷射器活塞腔内的针阀、套装在针阀上的提升传感器及提升装置，以及设置在喷射器尾部的电磁控制伺服阀、推拉杆、高压工质引导器、含氢气助燃料引导器和主燃料引导器；
所述含氢气助燃料发生及存储装置的出口与含氢气助燃料泵、含氢气助燃料过滤器、含氢气助燃料汽化器、含氢气助燃料压力调节器和含氢气助燃料高压共轨管通过管道依次串联连接，所述和含氢气助燃料高压共轨管上的含氢气助燃料压力阀与液化器通过回流管道连接，所述液化器的出口与含氢气助燃料发生及存储装置的入口通过管道连接；所述主燃料供给装置的出口与主燃料泵、主燃料过滤器、主燃料压力调节器、主燃料高压共轨管通过管道依次串联连接，所述主燃料共轨管上的主燃料压力阀与主燃料供给装置入口通过主燃料回流管道连接；所述高压喷射器中的含氢气助燃料引导器与含氢气助燃料高压共轨管并联连接；所述主燃料引导器与主燃料高压共轨管并联连接；
所述电子控制系统与包括含氢气助燃料发生及存储装置、含氢气助燃料泵、含氢气助燃料压力调节器、主燃料供给装置、主燃料泵、主燃料压力调节器、含氢气助燃料高压共轨管、液化器、主燃料高压共轨管、多个高压喷射器通过电路连接；所述电子控制系统根据燃烧器工况读取MAP, 通过驱动程序调节控制高压喷射器的脉宽，控制两种燃料供给模式的比例、反馈调节控制含氢气助燃料发生与存储装置、反馈调节控制主燃料供应装置；所述电子控制系统根据程序自动使含氢气助燃料与主燃料进入高压共轨管阵列，并由高压喷射器喷入燃烧室；
进一步，所述含氢气助燃料发生与存储装置，在控制系统作用下，从含氢气助燃料在线发生，并经压缩，进入含氢气助燃料存储装置；所述含氢气助燃料发生与存储装置还包括一过滤器和一压力调节器，用于对燃料压力进行调节；
进一步，所述高压喷射器接受电子控制系统来的燃料喷射命令信号，喷射驱动程序在电缆处产生强驱动电流作用于电磁体，使电磁伺服阀上移，打开高压工质传导器出口，流体控制上隔板与流体控制上隔板间压力迅速下降，来自燃料传导器的压力使推拉杆上升，从而打开针阀，从而喷出高压燃料，当命令信号停止、电流断开时，电磁伺服器下移，关闭高压工质传导器出口，流体控制上隔板与流体控制上隔板间压力迅速上升，结果，推拉杆下移，推动针阀至阀座处，燃料喷射停止；
优先地，所述共轨管上设置有压力表、压力传感器；
优先地，所述含氢气助燃料为电解水制氢气氧气混合气体HHO、电解氨水制氢气及各种热解制氢气及混合气；
优先地，所述主燃料为汽油与柴油；
优先地，所述高压工质引导器与燃料引导器之间由O形圈及由特氟龙制成的圆圈形套件密封；
优先地，所述高压工质引导器的流体压力为200兆帕；
优先地，所述燃料引导器的流体压力为20兆帕；
优先地，所述针阀针孔与喷射器轴中心线的夹角角度为90度；
优先地，所述助燃料引导器喷射孔尺寸为0.2mm;
优先地， 所述主燃料引导器喷射孔尺寸为0.5mm；
优先地，所述喷射器喷出的助燃料占所喷出主燃料质量的10-15%。
本发明的有益效果是:
（1）快速响应：在高压工质流体作用下，喷射器可与燃烧速度相匹配的速度形成快速响应；
（2）精确控制：由电子控制系统精确控制喷射时间、喷射燃料比例及喷射脉宽，以精确控制含氢气助燃料的含量，使高压喷射器喷出的助燃料占所喷出主燃料质量的10-15%；
（3）高燃烧效率：由于高压喷射器的快速响应及电子控制系统的精确程序控制，内燃机燃烧效率达到40%以上；
（4）低污染排放：由于内燃机燃烧效率高，加上系统中的废气排放循环燃烧、选择催化反应（SCR）及快速检测调节等措施，可使内燃机的氮氧化物NOx排放达到国家标准。
附图说明
图1为本发明所述含氢气助燃料及主燃料高压喷射器的结构示意图。
图2为含氢气助燃料及主燃料高压共轨喷射系统的结构示意图。
其中：1-电缆；2-电磁；3-伺服阀；4-工质传导器；5-含氢气助燃料传导器；6-拉升传感器；7-针阀；8-流体控制上隔板；9-流体控制下隔板；10-工质回口；11-主燃料传导器；12-推拉杆；13-主燃料高压共轨管；14-主燃料压力阀；15-阀门；16-含氢气助燃料高压共轨管；17-含氢气助燃料压力阀；18-高压喷射器；19-主燃料供给装置；20-液化器；21-含氢气助燃料存储装置；22-含氢气助燃料泵；23-含氢气助燃料过滤器；24-汽化器；25-含氢气助燃料压力调节器；26-主燃料压力调节器；27-主燃料过滤器；28-主燃料泵；29-电子控制系统。
具体实施方式：
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
如图1，按如下方式设计及制备一高压喷射器（18）：选特种耐高压高温管状不锈钢材质，用数控机床加工活塞装置，总长度为250-260mm、内径28-32mm，并在其活塞腔内设置针阀（7）、在针阀（7）上套装提升传感器（6）及提升装置，在其尾部安装电磁控制伺服阀（2）、推拉杆（12），在其上侧加工高压工质引导器（4）及工质回口（10），在其更下侧加工含氢气助燃料引导器（5）和主燃料引导器（11）。
实施例2
如图2，含氢气助燃料发生及存储装置（21）的出口与含氢气助燃料泵（22）、含氢气助燃料过滤器（23）、含氢气助燃料汽化器（24）、含氢气助燃料压力调节器（25）和含氢气助燃料高压共轨管（16）通过管道依次串联连接，所述和含氢气助燃料高压共轨管（16）上的含氢气助燃料压力阀（17）与液化器（20）通过回流管道连接，所述液化器（20）的出口与含氢气助燃料发生及存储装置（21）的入口通过管道连接；所述主燃料供给装置（19）的出口与主燃料泵（28）、主燃料过滤器（27）、主燃料压力调节器（26）、主燃料高压共轨管（13）通过管道依次串联连接，所述主燃料共轨管（13）上的主燃料压力阀（14）与主燃料供给装置（19）入口通过主燃料回流管道连接；所述高压喷射器（18）中的含氢气助燃料引导器（5）与含氢气助燃料高压共轨管（16）并联连接，主燃料引导器（11）与主燃料高压共轨管（13）并联连接。
实施例3
电子控制系统（29）含计算模块及控制模块；计算模块上设置CPU中央处理器、只读存储器ROM、动态存储器，控制模块上设置有众多I/O接口，与众多传感器相连，用于控制高压喷射器（18）、高压共轨阵列（13、16）、发动机及废气回收装置等。
实施例4
高压喷射器（18）接受电子控制系统（29）来的燃料喷射命令信号，喷射驱动程序在电缆（1）处产生强驱动电流作用于电磁（2）体，使电磁伺服阀（3）上移，打开高压工质传导器（4）出口，流体控制上隔板（8）与流体控制上隔板（9）间压力迅速下降，来自燃料传导器的压力使推拉杆（12）上升，从而打开针阀（7），从而喷出高压燃料，当命令信号停止、电流断开时，电磁伺服器下移，关闭高压工质传导器（4）出口，流体控制上隔板（8）与流体控制上隔板（9）间压力迅速上升，结果，推拉杆（12）下移，推动针阀（7）至阀座处，燃料喷射停止。

Claims (6)

1.一种含氢气助燃料及主燃料高压共轨喷射系统，其特征在于，包括含氢气助燃料发生及存储装置（21）、含氢气助燃料泵（22）、含氢气助燃料过滤器（23）、含氢气助燃料汽化器（24）、含氢气助燃料压力调节器（25）、含氢气助燃料高压共轨管（16）、液化器（20）、主燃料供给装置（19）、主燃料泵（28）、主燃料过滤器（27）、主燃料压力调节器（26）、主燃料共轨管（13）、多个高压喷射器（18）和电子控制系统（29）；所述含氢气助燃料发生及存储装置（21）的出口与含氢气助燃料泵（22）、含氢气助燃料过滤器（23）、含氢气助燃料汽化器（24）、含氢气助燃料压力调节器（25）和含氢气助燃料高压共轨管（16）通过管道依次串联连接，所述和含氢气助燃料高压共轨管（16）上的含氢气助燃料压力阀（17）与液化器（20）通过回流管道连接，所述液化器（20）的出口与含氢气助燃料发生及存储装置（21）的入口通过管道连接；所述主燃料供给装置（19）的出口与主燃料泵（28）、主燃料过滤器（27）、主燃料压力调节器（26）、主燃料高压共轨管（13）通过管道依次串联连接，所述主燃料共轨管（13）上的主燃料压力阀（14）与主燃料供给装置（19）入口通过主燃料回流管道连接；所述高压喷射器（18）中的含氢气助燃料引导器（5）与含氢气助燃料高压共轨管（16）并联连接，主燃料引导器（11）与主燃料高压共轨管（13）并联连接；在电子控制系统（29）作用下，含氢气助燃料与主燃料进入高压共轨管阵列（13、16），并由高压喷射器（18）喷入燃烧室。
2.如权利要求1所述含氢气助燃料主燃料高压共轨喷射系统，其特征在于，所述电子控制系统（29）与包括含氢气助燃料发生及存储装置（21）、含氢气助燃料泵（22）、含氢气助燃料压力调节器（25）、主燃料供给装置（19）、主燃料泵（28）、主燃料压力调节器（26）、含氢气助燃料高压共轨管（16）、液化器（20）、主燃料高压共轨管（13）、多个高压喷射器（18）通过电路连接；所述电子控制系统（29）根据燃烧器工况读取MAP, 通过驱动程序调节控制高压喷射器（18）的脉宽，控制两种燃料供给模式的比例；还通过反馈调节控制含氢气助燃料发生与存储装置（21）；还通过反馈调节控制主燃料供应装置（19）。
3.如权利要求1所述含氢气助燃料及主燃料高压共轨喷射系统，其特征在于，所述共轨管阵列，由含氢气助燃料共轨管（16）、主燃料共轨管（13）、含氢气助燃料回流管、主燃料回流管组成，并连接电子控制系统（29）、含氢气助燃料发生与存储装置（21）、主燃料供给装置（19）及高压喷射器（18）；所述共轨管上设置有压力表、压力传感器，并连接高压泵（22）及高压喷射器（18）。
4.如权利要求1所述含氢气助燃料及主燃料高压共轨喷射系统，其特征在于，所述含氢气助燃料发生与存储装置（21），在控制系统作用下，从含氢气助燃料在线发生，并经压缩，进入含氢气助燃料存储装置（21）；所述含氢气助燃料发生与存储装置还包括一过滤器（27）和一压力调节器（25），用于对燃料压力进行调节；所述含氢气助燃料包括但不限于电解水制氢气氧气混合气体HHO、电解氨水制氢气、各种热解制氢气及混合气、水煤气、含氢气等离子体、含氢气烃类混合气；所述主燃料包括汽油、柴油、甲醇、乙醇、二甲醚等液体燃料。
5.如权利要求1所述含氢气助燃料及主燃料高压共轨喷射系统，其特征在于，所述高压喷射器包括设置在喷射器活塞腔内的针阀（7）、套装在针阀上的提升传感器（6）及提升装置，以及设置在喷射器尾部的电磁控制伺服阀（2）、推拉杆（12）、高压工质引导器（4）、含氢气助燃料引导器（5）和主燃料引导器（11）；所述高压喷射器（18）接受电子控制系统（29）来的燃料喷射命令信号，喷射驱动程序在电缆（1）处产生强驱动电流作用于电磁（2）体，使电磁伺服阀（3）上移，打开高压工质传导器（4）出口，流体控制上隔板（8）与流体控制上隔板（9）间压力迅速下降，来自燃料传导器的压力使推拉杆（12）上升，从而打开针阀（7），从而喷出高压燃料，当命令信号停止、电流断开时，电磁伺服器下移，关闭高压工质传导器（4）出口，流体控制上隔板（8）与流体控制上隔板（9）间压力迅速上升，结果，推拉杆（12）下移，推动针阀（7）至阀座处，燃料喷射停止。
6.如如权利要求5所述高压喷射器，其特征在于，所述高压工质引导器（4）与燃料引导器（5、11）之间由O形圈及由特氟龙制成的圆圈形套件密封；所述高压工质引导器（4）最高压力为300兆帕；所述燃料引导器（5、11）最高压力为30兆帕；所述针阀（7）针孔与喷射器（18）轴中心线的夹角角度为90度；所述助燃料引导器（5）喷射孔尺寸为0.1-0.3mm; 所述主燃料引导器（11）喷射孔尺寸为0.4-0.8mm；所述高压喷射器（18）喷出的助燃料占所喷出主燃料质量的5%、10%、15%、20%、25%。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200721

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