CN112145281A - 一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统及方法，该系统主要包括常规的燃料供给系统和燃料‑空气混合气制备与供给系统。所述常规的燃料供给系统包括油箱、燃油管路、低压油泵、高压油泵、喷油嘴、燃烧室、油箱单向阀，燃料‑空气混合气制备与供给系统包括油箱、燃油管路、低压油泵、喷油嘴、预混合室、气泵、压力调节阀、燃气喷嘴、预燃室火花塞、燃烧室、预混室回油单向阀、预混室进气单向阀、预燃室单向阀。本发明还公开了一种用于主动预燃室的燃料制备与供给方法。本发明用于主动预燃室的燃料制备与供给系统结构简单，同时可以达到优化燃烧、改善排放、节省燃料等效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料制备与供给系统，尤其是涉及一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统及方法，属于点燃式发动机用燃料制备与供给系统。
背景技术
随着对发动机排放和效率要求的日渐严苛，汽油机越来越多的使用稀薄燃烧技术，来提升发动机热效率并降低排放污染物，而稀燃料混合物通常情况下难以被普通火花塞稳定可靠的点燃。
预燃室火花塞是先用火花塞点燃预燃室内的燃料，通过小孔将火焰喷出，引燃缸内的稀混合物，以拓展稀燃极限。在标题为“LASER SPARK PLUG AND PRE-CHAMBER MODULETHEREFOR”的专利申请WO2010EP51164中，Bosch公司提出了一种被动式预燃室的示例，该示例在压缩过程中，可燃混合物通过预燃室开口被压入预燃室中，通过火花塞引燃形成射流，点燃预燃室外部的缸内混合气。
而在标题为“TURBULENT JET INGNITION PRE-CHAMBER COMBUSTION SYSTEM FORSPARK IGNITION ENGINES”的专利申请EP20150002620中，Mahle公司提出了一种主动式预燃室的示例，该示例喷油嘴集成在预燃室火花塞，在预燃室直接喷射燃油，在预燃室中雾化形成可燃混合气，通过火花塞引燃形成射流，点燃预燃室外部的缸内混合气。
尽管上述专利至少部分的实现了比传统开放式火花塞更可靠的稀燃料混合物点火，但仍存在扫气不干净、雾化困难、易形成积碳、结构复杂等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，该系统包括油箱、燃气瓶、低压油泵、第一喷油嘴、预混合室、气泵、压力调节阀、燃气喷嘴、预燃室火花塞、高压油泵、第二喷油嘴、燃烧室、油箱单向阀、用于防止燃油不断积聚的预混室回油单向阀、用于保证所述预混合室有足够空气的预混室进气单向阀和用于防止高温气体直接与管路接触的预燃室单向阀，通过采用不同的连接方式组成不同的所述用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，其中一种所述连接方式为：
所述油箱的进口与所述油箱单向阀相连接，所述油箱的出口经过燃油管路与低压油泵相连接，所述低压油泵还单独经过所述燃油管路与设置于所述预混合室上的第一喷油嘴相连接，所述低压油泵沿着所述燃油管路还单独经过高压油泵与设置于所述燃烧室上的第二喷油嘴相连接，所述预混合室还经所述预混室回油单向阀与所述油箱相连接，所述预混合室还单独与所述预混室进气单向阀相连接，所述预混合室沿着所述燃油管路还依次经过所述气泵、压力调节阀、燃气喷嘴和预燃室单向阀后与设置于所述燃烧室上的预燃室火花塞相连接。
进一步地，其中另一种所述连接方式为：
所述油箱的进口与所述油箱单向阀相连接，所述油箱的出口经过燃油管路与低压油泵相连接，所述低压油泵还单独经过所述燃油管路与设置于所述油箱上的第一喷油嘴相连接，所述低压油泵沿着所述燃油管路还单独经过高压油泵与设置于所述燃烧室上的第二喷油嘴相连接，所述第一喷油嘴经过内置于所述油箱内的空腔沿着所述燃油管路与所述气泵相连接，所述气泵沿着所述燃油管路还依次经过所述压力调节阀、燃气喷嘴和预燃室单向阀后与设置于所述燃烧室上的预燃室火花塞相连接。
进一步地，其中另一种所述连接方式为：
所述油箱的进口与所述油箱单向阀相连接，所述油箱的出口经过燃油管路与低压油泵相连接，所述低压油泵沿着所述燃油管路还单独经过高压油泵与设置于所述燃烧室上的第二喷油嘴相连接，所述燃气瓶沿着所述燃油管路经过所述压力调节阀与设置于所述预混合室上的燃气喷嘴相连接，所述预混合室还单独与所述预混室进气单向阀相连接，所述预混合室沿着所述燃油管路还依次经过所述气泵、另一所述压力调节阀、另一所述燃气喷嘴和所述预燃室单向阀后与设置于所述燃烧室上的预燃室火花塞相连接。
进一步地，其中另一种所述连接方式为：
两组所述燃气瓶经过各自的所述压力调节阀分别与设置于所述燃烧室上的燃气喷嘴以及设置于所述预混合室上的燃气喷嘴相连接，所述预混合室沿着所述燃油管路还依次经过所述气泵、另一所述压力调节阀、另一所述燃气喷嘴和所述预燃室单向阀后与设置于所述燃烧室上的预燃室火花塞相连接，所述预混合室还单独与所述预混室进气单向阀相连接。
进一步地，其中另一种所述连接方式为：
单组所述燃气瓶经过所述压力调节阀后分别与设置于所述燃烧室上的燃气喷嘴以及设置于所述预混合室上的燃气喷嘴相连接，所述预混合室沿着所述燃油管路还依次经过所述气泵、另一所述压力调节阀、另一所述燃气喷嘴和所述预燃室单向阀后与设置于所述燃烧室上的预燃室火花塞相连接，所述预混合室还单独与所述预混室进气单向阀相连接。
进一步地，所述预燃室火花塞采用带有预燃室结构的火花塞。
进一步地，所述燃气瓶采用高压燃气瓶或液化燃气瓶。
本发明还提供一种基于所述的用于主动预燃室的燃料制备与供给系统的燃烧点火工作方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：由所述低压油泵从所述油箱中抽取燃油，通过所述第一喷油嘴将燃油喷入所述预混合室，制造近饱和蒸汽；
步骤2：通过所述气泵将近饱和蒸汽压缩为高压气体，并通过所述调压阀将压力调节为目标压力，再通过所述燃气喷嘴控制通断；
步骤3：将步骤2整个过程最终得到的燃油蒸汽喷入所述预燃室火花塞，并通过火花塞点燃燃气，将火焰向外喷射，形成射流火焰；
步骤4：利用所述高压油泵经过所述第二喷油嘴进行正常的燃油喷射，将燃油喷入燃烧室，由步骤3中得到的射流火焰引燃以进行正常燃烧点火工作。
进一步地，于该燃烧点火工作方法中，所述预燃室火花塞采用带有预燃室结构的火花塞。
进一步地，于该燃烧点火工作方法中，所述燃气瓶采用高压燃气瓶或液化燃气瓶。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、结构简单：与喷油嘴集成在预燃室火花塞，在预燃室直接喷射燃油的主动预燃室相比，本方法系统结构简单，占据空间小，不需额外改动发动机缸盖。
2、燃料系统简单：与多燃料喷射相比，如预燃室直接喷入天然气等可燃气体相比，本方法不需要多种燃料，单一燃料即可，减少系统成本，增加使用的便捷性与可维护性。
3、易于燃烧：与喷油嘴集成在预燃室火花塞，在预燃室直接喷射燃油的主动预燃室相比，向预燃室直接喷射的是与空气预混好的可燃气体，所以更加易于燃烧。
4、扫气作用强：与被动式预燃室相比，向预燃室内喷射的是气体，可以快速便捷地将预燃室中已经燃烧的废气扫出。
5、防止积碳：与喷油嘴集成在预燃室火花塞，在预燃室直接喷射燃油的主动预燃室相比，向预燃室内喷射的是气体，没有残留在火花塞附近的油膜，不易产生积碳。
6、改善排放：燃烧更充分，减少未燃碳氢等污染物的排放。
7、节省燃料：燃烧更充分，效率更高，节省燃料。
8、拓展稀薄燃烧的稀燃烧极限：与被动式预燃室相比，预燃室喷出的射流火焰更加可控，点火能量更高，稳定性更好，火焰射流速度更快，贯穿距离更长，能进一步拓展稀薄燃烧的稀燃烧极限。
附图说明
图1为本发明一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统的第一实施例结构示意图；
图2为本发明一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统的第二实施例结构示意图；
图3为本发明一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统的第三实施例结构示意图；
图4为本发明一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统的第四实施例结构示意图；
图5为本发明一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统的第五实施例结构示意图；
图中，1为油箱、2为燃气瓶、3为低压油泵、4为第一喷油嘴、5为预混合室、6为气泵、7为压力调节阀、8为燃气喷嘴、9为预燃室火花塞、10为高压油泵、11为第二喷油嘴、12为燃烧室、13为油箱单向阀、14为预混室回油单向阀、15为预混室进气单向阀、16为预燃室单向阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
实施例1：
如图1所示，本发明一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，包括常规的燃料供给系统和燃料-空气混合气制备与供给系统。常规的燃料供给系统包括油箱1、燃油管路、低压油泵3、高压油泵10、第二喷油嘴11、燃烧室12、油箱单向阀13，燃料-空气混合气制备与供给系统包括油箱1、燃油管路2、低压油泵3、第一喷油嘴4、预混合室5、气泵6、压力调节阀7、燃气喷嘴8、预燃室火花塞9、燃烧室12。
以上设计方案已经可以完成用于主动预燃室的燃料制备与供给，在此方案的基础上给出优选方案：
预混合室5上装有预混室进气单向阀15，保证预混合室有足够空气。预混合室5与油箱1通过预混室回油单向阀14连通，防止燃油不断积聚。预燃室火花塞9，为带有预燃室结构的火花塞。并在预燃室火花塞9上安装有预燃室单向阀16，防止高温气体直接与管路接触。
如图1所示，一种采用实施例1用于主动预燃室的燃料制备与供给系统的燃料制备与供给方法，包括如下步骤：
低压油泵3从油箱1中抽取燃油，通过第一喷油嘴4将燃油喷入预混合室5，制造近饱和蒸汽，通过气泵6压缩为高压气体，并通过压力调节阀7将压力调节为目标压力，通过燃气喷嘴8控制通断，将燃油蒸汽喷入预燃室火花塞9，并通过火花塞点燃燃气，将火焰向外喷射，形成射流火焰。
而高压油泵10和第二喷油嘴11进行正常的燃油喷射，将燃油喷入燃烧室12，由上述射流火焰引燃，进行正常燃烧与工作。
实施例2
如图2所示，本发明一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，包括常规的燃料供给系统和燃料-空气混合气制备与供给系统。常规的燃料供给系统包括油箱1、燃油管路、低压油泵3、高压油泵10、第二喷油嘴11、燃烧室12、油箱单向阀13，燃料-空气混合气制备与供给系统包括油箱1、燃油管路、低压油泵3、第一喷油嘴4、气泵6、压力调节阀7、燃气喷嘴8、预燃室火花塞9、燃烧室12、预燃室单向阀16。
油箱1留有一定的空腔，保证在油箱加满油时，喷油器能向空腔内喷射油雾。预燃室火花塞9，为带有预燃室结构的火花塞。并在预燃室火花塞9上安装有预燃室单向阀16，防止高温气体直接与管路接触。
实施例3
如图3所示，本发明一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，包括常规的燃料供给系统和第二燃料的燃气制备与供给系统。常规的燃料供给系统包括油箱1、燃油管路、低压油泵3、高压油泵10、第二喷油嘴11、燃烧室12、油箱单向阀13，第二燃料气体燃料制备与供给系统包括燃气瓶2(具体可采用高压燃气瓶/液化燃气瓶)、压力调节阀7、燃气喷嘴8、预混合室5、气泵6、另一压力调节阀7、另一燃气喷嘴8、预燃室火花塞9、燃烧室12、预混室进气单向阀15、预燃室单向阀16。
实施例4
如图4所示，本发明一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，包括常规的燃料供给系统和第二燃料的燃气制备与供给系统。常规的燃料供给系统包括燃气瓶2(具体可采用高压燃气瓶/液化燃气瓶)、压力调节阀7、燃气喷嘴8、燃烧室12，第二燃料气体燃料制备与供给系统包括另一组燃气瓶2(具体可采用高压燃气瓶/液化燃气瓶)、另一压力调节阀7、另一燃气喷嘴8、预混合室5、气泵6、又一压力调节阀7、又一燃气喷嘴8、预燃室火花塞9、燃烧室12、预混室进气单向阀15、预燃室单向阀16。
实施例5
如图5所示，本发明一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，包括常规的燃料供给系统和空气-燃料混合气的制备与供给系统。常规的燃料供给系统包括燃气瓶2(具体可采用高压燃气瓶/液化燃气瓶)、压力调节阀7、燃气喷嘴8、燃烧室12，空气-燃料混合气的制备与供给系统包括燃气瓶2(具体可采用高压燃气瓶/液化燃气瓶)、另一燃气喷嘴8、预混合室5、气泵6、另一压力调节阀7、又一燃气喷嘴8、预燃室火花塞9、燃烧室12、预混室进气单向阀15、预燃室单向阀16。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，其特征在于，该系统包括油箱(1)、燃气瓶(2)、低压油泵(3)、第一喷油嘴(4)、预混合室(5)、气泵(6)、压力调节阀(7)、燃气喷嘴(8)、预燃室火花塞(9)、高压油泵(10)、第二喷油嘴(11)、燃烧室(12)、油箱单向阀(13)、预混室回油单向阀(14)、预混室进气单向阀(15)和预燃室单向阀(16)，通过采用不同的连接方式组成不同的所述用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，其中一种所述连接方式为：
所述油箱(1)的进口与所述油箱单向阀(13)相连接，所述油箱(1)的出口经过燃油管路与低压油泵(3)相连接，所述低压油泵(3)还单独经过所述燃油管路与设置于所述预混合室(5)上的第一喷油嘴(4)相连接，所述低压油泵(3)沿着所述燃油管路还单独经过高压油泵(10)与设置于所述燃烧室(12)上的第二喷油嘴(11)相连接，所述预混合室(5)还经所述预混室回油单向阀(14)与所述油箱(1)相连接，所述预混合室(5)还单独与所述预混室进气单向阀(15)相连接，所述预混合室(5)沿着所述燃油管路还依次经过所述气泵(6)、压力调节阀(7)、燃气喷嘴(8)和预燃室单向阀(16)后与设置于所述燃烧室(12)上的预燃室火花塞(9)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，其特征在于，其中另一种所述连接方式为：
所述油箱(1)的进口与所述油箱单向阀(13)相连接，所述油箱(1)的出口经过燃油管路与低压油泵(3)相连接，所述低压油泵(3)还单独经过所述燃油管路与设置于所述油箱(1)上的第一喷油嘴(4)相连接，所述低压油泵(3)沿着所述燃油管路还单独经过高压油泵(10)与设置于所述燃烧室(12)上的第二喷油嘴(11)相连接，所述第一喷油嘴(4)经过内置于所述油箱(1)内的空腔沿着所述燃油管路与所述气泵(6)相连接，所述气泵(6)沿着所述燃油管路还依次经过所述压力调节阀(7)、燃气喷嘴(8)和预燃室单向阀(16)后与设置于所述燃烧室(12)上的预燃室火花塞(9)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，其特征在于，其中另一种所述连接方式为：
所述油箱(1)的进口与所述油箱单向阀(13)相连接，所述油箱(1)的出口经过燃油管路与低压油泵(3)相连接，所述低压油泵(3)沿着所述燃油管路还单独经过高压油泵(10)与设置于所述燃烧室(12)上的第二喷油嘴(11)相连接，所述燃气瓶(2)沿着所述燃油管路经过所述压力调节阀(7)与设置于所述预混合室(5)上的燃气喷嘴(8)相连接，所述预混合室(5)还单独与所述预混室进气单向阀(15)相连接，所述预混合室(5)沿着所述燃油管路还依次经过所述气泵(6)、另一所述压力调节阀(7)、另一所述燃气喷嘴(8)和所述预燃室单向阀(16)后与设置于所述燃烧室(12)上的预燃室火花塞(9)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，其特征在于，其中另一种所述连接方式为：
两组所述燃气瓶(2)经过各自的所述压力调节阀(7)分别与设置于所述燃烧室(12)上的燃气喷嘴(8)以及设置于所述预混合室(5)上的燃气喷嘴(8)相连接，所述预混合室(5)沿着所述燃油管路还依次经过所述气泵(6)、另一所述压力调节阀(7)、另一所述燃气喷嘴(8)和所述预燃室单向阀(16)后与设置于所述燃烧室(12)上的预燃室火花塞(9)相连接，所述预混合室(5)还单独与所述预混室进气单向阀(15)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，其特征在于，其中另一种所述连接方式为：
单组所述燃气瓶(2)经过所述压力调节阀(7)后分别与设置于所述燃烧室(12)上的燃气喷嘴(8)以及设置于所述预混合室(5)上的燃气喷嘴(8)相连接，所述预混合室(5)沿着所述燃油管路还依次经过所述气泵(6)、另一所述压力调节阀(7)、另一所述燃气喷嘴(8)和所述预燃室单向阀(16)后与设置于所述燃烧室(12)上的预燃室火花塞(9)相连接，所述预混合室(5)还单独与所述预混室进气单向阀(15)相连接。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，其特征在于，所述预燃室火花塞(9)采用带有预燃室结构的火花塞。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的一种用于主动预燃室的燃料制备与供给系统，其特征在于，所述燃气瓶(2)采用高压燃气瓶或液化燃气瓶。
8.一种基于如权利要求1～5中任一项所述的用于主动预燃室的燃料制备与供给系统的燃烧点火工作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：由所述低压油泵(3)从所述油箱(1)中抽取燃油，通过所述第一喷油嘴(4)将燃油喷入所述预混合室(5)，制造近饱和蒸汽；
步骤2：通过所述气泵(6)将近饱和蒸汽压缩为高压气体，并通过所述调压阀(6)将压力调节为目标压力，再通过所述燃气喷嘴(8)控制通断；
步骤3：将步骤2整个过程最终得到的燃油蒸汽喷入所述预燃室火花塞(9)，并通过火花塞点燃燃气，将火焰向外喷射，形成射流火焰；
步骤4：利用所述高压油泵(10)经过所述第二喷油嘴(11)进行正常的燃油喷射，将燃油喷入燃烧室，由步骤3中得到的射流火焰引燃以进行正常燃烧点火工作。
9.根据权利要求8所述的一种基于所述的用于主动预燃室的燃料制备与供给系统的燃烧点火工作方法，其特征在于，所述预燃室火花塞(9)采用带有预燃室结构的火花塞。
10.根据权利要求8所述的一种基于所述的用于主动预燃室的燃料制备与供给系统的燃烧点火工作方法，其特征在于，所述燃气瓶(2)采用高压燃气瓶或液化燃气瓶。
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