CN112746924B - 一种柴油机用自燃型火焰进气预热系统 - Google Patents

一种柴油机用自燃型火焰进气预热系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柴油机用自燃型火焰进气预热系统，该进气预热系统的燃料储存箱中存储有自燃燃料，并通过燃料输送管路与双油路喷油器的一个通道连通；燃料输送管路中安装有用于将燃料储存箱中的自燃燃料泵送到双油路喷油器的燃料泵送装置；氧化剂储存箱中存储有强氧化剂，并通过氧化剂输送管路与双油路喷油器的另一个通道连通；氧化剂输送管路中安装有用于将氧化剂储存箱中的强氧化剂泵送到双油路喷油器的氧化剂泵送装置；双油路喷油器固定安装于柴油机的进气管路，并通过继电器与控制单元连接；控制单元用于控制双油路喷油器的开关。上述进气预热系统能够保证柴油机在高寒环境下正常冷起动。

Description

一种柴油机用自燃型火焰进气预热系统
技术领域
本发明涉及柴油机冷起动辅助系统技术领域，具体涉及一种柴油机用自燃型火焰进气预热系统。
背景技术
在高寒环境下，由于柴油机的各个零部件均处于冷态，使得各零部件之间的配合间隙相比于常规工况下均较大，导致在冷起动过程中漏气量过大；又由于缸内壁面本身温度较低，在柴油机冷起动过程中传热损失较大，使得柴油机只依靠活塞的压缩做功来提高缸内温度很难达到柴油喷雾的着火温度，从而造成柴油机冷起动失败。柴油机的冷起动问题是限制其应用领域的一个主要原因，也是装甲武器装备面临的重大难题。为了提高柴油机在高寒环境下的冷起动性能，在柴油机进气歧管前段增加预热系统是一种有效的解决方案。
现有的进气预热系统包括电预热和火焰预热两种。相关研究表明，电预热只适用于小缸径柴油机，对于大缸径柴油机的升温作用明显不足，并且在高寒环境下，蓄电池的性能又受到极大的限制；另一种是火焰预热系统，现在所用的火焰预热装置通过在进气管中喷入少量柴油，受电热棒的加热后蒸发雾化并被高温电热棒头部点燃，虽然火焰预热系统相比较电预热系统而言对于蓄电池的要求较低，并且能够根据升温需求合理调控喷射油量，但是由于柴油燃烧需要消耗进气管内的氧气，从而造成实际进入缸内的氧气含量减少，不利于缸内着火。
因此，现有预热塞在高寒环境下无法保证柴油机正常冷起动。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种柴油机用自燃型火焰进气预热系统，能够解决现有进气预热系统因对蓄电池需求高、升温受限和氧含量受限而使柴油机在高寒环境下无法保证柴油机正常冷起动的问题。
本发明采用以下具体技术方案：
一种柴油机用自燃型火焰进气预热系统，包括燃料储存箱、燃料输送管路、氧化剂储存箱、氧化剂输送管路、双油路喷油器以及控制单元；
所述燃料储存箱中存储有自燃燃料，并通过所述燃料输送管路与所述双油路喷油器的一个通道连通；所述燃料输送管路中安装有用于将所述燃料储存箱中的自燃燃料泵送到所述双油路喷油器的燃料泵送装置；
所述氧化剂储存箱中存储有强氧化剂，并通过所述氧化剂输送管路与所述双油路喷油器的另一个通道连通；所述氧化剂输送管路中安装有用于将所述氧化剂储存箱中的强氧化剂泵送到所述双油路喷油器的氧化剂泵送装置；
所述双油路喷油器固定安装于所述柴油机的进气管路，并通过继电器与所述控制单元连接；
所述控制单元用于控制所述双油路喷油器的开关。
更进一步地，还包括燃料压力控制阀和氧化剂压力控制阀；
所述燃料压力控制阀安装于所述燃料泵送装置和所述双油路喷油器之间的所述燃料输送管路中，用于控制所述燃料输送管路中自燃燃料的输送压力；
所述氧化剂压力控制阀安装于所述氧化剂泵送装置和所述双油路喷油器之间的所述氧化剂输送管路，用于控制所述氧化剂输送管路中强氧化剂的输送压力；
所述控制单元与所述燃料压力控制阀和所述氧化剂压力控制阀均信号连接，用于控制所述燃料压力控制阀和所述氧化剂压力控制阀。
更进一步地，还包括第一温度传感器、第一压力传感器、第二温度传感器以及第二压力传感器；
所述第一温度传感器和所述第一压力传感器安装于所述进气管路中所述双油路喷油器的前端，用于测量所述进气管路中的进气温度和进气压力；
所述第二温度传感器和所述第二压力传感器安装于所述进气管路中所述双油路喷油器的后端，用于测量所述进气管路中升温后的进气温度和进气压力；
所述控制单元与所述第一温度传感器、所述第一压力传感器、所述第二温度传感器以及所述第二压力传感器均信号连接，用于根据测量的进气温度和进气压力控制所述双油路喷油器、所述燃料压力控制阀以及所述氧化剂压力控制阀。
更进一步地，所述自燃燃料为高能离子自燃性液体、偏二甲基肼或甲基肼。
更进一步地，所述强氧化剂为高浓度过氧化氢、红色发烟硝酸或四氧化二氮。
更进一步地，所述燃料泵送装置和所述氧化剂泵送装置均为油泵。
更进一步地，所述控制单元为ECU。
有益效果：
上述自燃型火焰进气预热系统利用自燃燃料与强氧化剂的快速反应燃烧放热特性，来提高柴油机在高寒环境下的进气温度，无需蓄电池供电，解决了进气预热系统对蓄电池的依赖；另一方面，由于采用强氧化剂，在进气加热过程中不消耗氧气，不会影响进气管路中的氧含量，并且未燃的自燃燃料和强氧化剂、以及反应产生的活性物质进入缸内后促进了柴油喷雾的着火和燃烧，进而能够保证柴油机冷起动的可靠性。
附图说明
图1为本发明的自燃型火焰进气预热系统的结构示意图。
其中，1-燃料储存箱，2-燃料输送管路，3-氧化剂储存箱，4-氧化剂输送管路，5-双油路喷油器，6-控制单元，7-燃料泵送装置，8-氧化剂泵送装置，9-进气管路，10-继电器，11-燃料压力控制阀，12-氧化剂压力控制阀，13-第一温度传感器，14-第一压力传感器，15-第二温度传感器，16-第二压力传感器，17-火焰
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
在本发明中，高寒环境是指环境温度等于或低于-20℃的场合，如：环境温度为-20℃、-25℃、-30℃、-35℃、-40℃等的地区。
如图1结构所示，本发明提供了一种柴油机用自燃型火焰进气预热系统，该自燃型火焰进气预热系统包括燃料储存箱1、燃料输送管路2、氧化剂储存箱3、氧化剂输送管路4、双油路喷油器5以及控制单元6；控制单元6可以为ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)；
如图1结构所示，燃料储存箱1中存储有自燃燃料，并通过燃料输送管路2与双油路喷油器5的一个通道连通；燃料输送管路2中安装有用于将燃料储存箱1中的自燃燃料泵送到双油路喷油器5的燃料泵送装置7；燃料泵送装置7可以为油泵，油泵可以为手动机械油泵或电动油泵；自燃燃料可以为高能可自然燃料，如：高能离子自燃性液体、偏二甲基肼或甲基肼，自燃燃料还可以为其它的能够自燃的材料，不局限于前面提到的各种自燃材料；
如图1结构所示，氧化剂储存箱3中存储有强氧化剂，并通过氧化剂输送管路4与双油路喷油器5的另一个通道连通；氧化剂输送管路4中安装有用于将氧化剂储存箱3中的强氧化剂泵送到双油路喷油器5的氧化剂泵送装置8；氧化剂泵送装置8可以为油泵，油泵可以为手动机械油泵或电动油泵；强氧化剂可以为高浓度过氧化氢、红色发烟硝酸或四氧化二氮，并且不局限于前面提到的各种强氧化剂；
如图1结构所示，双油路喷油器5固定安装于柴油机的进气管路9，并通过继电器10与控制单元6连接；控制单元6用于控制双油路喷油器5的开关。
上述自燃型火焰进气预热系统在用于柴油机冷启动时，自燃燃料通过燃料泵送装置7和燃料输送管路2输送到双油路喷油器5的一个通道，强氧化剂通过氧化剂泵送装置8和氧化剂输送管路4输送到双油路喷油器5的另一个通道，控制单元6控制双油路喷油器5的两个通道开启时，强氧化剂和自燃燃料通过双油路喷油器5中的双通道喷出，强氧化剂和自燃燃料在双油路喷油器5的前端接触发生化学反应，并且快速着火放热，在进气管路中9中形成火焰17，对进气管路9中的进气进行加热，用于提高进气温度，通过控制单元6可以保证在活塞位于压缩上止点时的缸内温度达到柴油喷雾的自燃条件；因此，利用自燃燃料与强氧化剂的快速反应燃烧放热特性，来提高柴油机在高寒环境下的进气温度，无需蓄电池供电，解决了进气预热系统对蓄电池的依赖；另一方面，由于采用强氧化剂，在进气加热过程中不消耗氧气，不会影响进气管路9中的氧含量，并且未燃的自燃燃料和强氧化剂、以及反应产生的活性物质进入缸内后促进了柴油喷雾的着火和燃烧，进而能够保证柴油机冷起动的可靠性。
一种具体的实施方式中，如图1结构所示，上述自燃型火焰进气预热系统还包括燃料压力控制阀11和氧化剂压力控制阀12；燃料压力控制阀11安装于燃料泵送装置7和双油路喷油器5之间的燃料输送管路2中，用于控制燃料输送管路2中自燃燃料的输送压力；氧化剂压力控制阀12安装于氧化剂泵送装置8和双油路喷油器5之间的氧化剂输送管路4，用于控制氧化剂输送管路4中强氧化剂的输送压力；控制单元6与燃料压力控制阀11和氧化剂压力控制阀12均信号连接，用于控制燃料压力控制阀11和氧化剂压力控制阀12。
通过安装于燃料输送管路2中的燃料压力控制阀11可以控制自燃燃料的输送压力，通过安装于氧化剂输送管路4中的氧化剂压力控制阀12可以控制强氧化剂的输送压力，从而能够控制双油路喷油器5的喷射压力。
为了进一步精确控制进气温度，如图1结构所示，上述自燃型火焰进气预热系统中还包括第一温度传感器13、第一压力传感器14、第二温度传感器15以及第二压力传感器16；第一温度传感器13和第一压力传感器14安装于进气管路9中双油路喷油器5的前端，用于测量进气管路9中的进气温度和进气压力；第二温度传感器15和第二压力传感器16安装于进气管路9中双油路喷油器5的后端，用于测量进气管路9中升温后的进气温度和进气压力；控制单元6与第一温度传感器13、第一压力传感器14、第二温度传感器15以及第二压力传感器16均信号连接，用于根据测量的进气温度和进气压力控制双油路喷油器5、燃料压力控制阀11以及氧化剂压力控制阀12。
在图1中，箭头的方向为进气管路9中进气的流动方向，第一温度传感器13用于测量进气管路9中未经加热的进气的进气温度，第一压力传感器14用于测量进气管路9中未经加热的进气的进气压力；第二温度传感器15用于测量进气管路9中通过自燃燃料燃烧加热升温之后的进气的进气温度，第二压力传感器16用于测量进气管路9中通过自燃燃料燃烧加热升温之后的进气的进气压力；第一温度传感器13、第一压力传感器14、第二温度传感器15以及第二压力传感器16将测量的结果发送到控制单元6，控制单元6根据进气温度和进气压力控制燃料泵送装置7、氧化剂泵送装置8和继电器10，从而控制自燃燃料和强氧化剂的喷射压力和喷射量，从而精确的控制进气温度，进而保证在活塞达到压缩上止点时的缸内温度达到柴油喷雾的自燃条件。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种柴油机用自燃型火焰进气预热系统，其特征在于，包括燃料储存箱、燃料输送管路、氧化剂储存箱、氧化剂输送管路、双油路喷油器以及控制单元；
所述燃料储存箱中存储有自燃燃料，并通过所述燃料输送管路与所述双油路喷油器的一个通道连通；所述燃料输送管路中安装有用于将所述燃料储存箱中的自燃燃料泵送到所述双油路喷油器的燃料泵送装置；
所述氧化剂储存箱中存储有强氧化剂，并通过所述氧化剂输送管路与所述双油路喷油器的另一个通道连通；所述氧化剂输送管路中安装有用于将所述氧化剂储存箱中的氧化剂泵送到所述双油路喷油器的氧化剂泵送装置；
所述双油路喷油器固定安装于所述柴油机的进气管路，并通过继电器与所述控制单元连接；
所述控制单元用于控制所述双油路喷油器的开关。
2.如权利要求1所述的进气预热系统，其特征在于，还包括燃料压力控制阀和氧化剂压力控制阀；
所述燃料压力控制阀安装于所述燃料泵送装置和所述双油路喷油器之间的所述燃料输送管路中，用于控制所述燃料输送管路中自燃燃料的输送压力；
所述氧化剂压力控制阀安装于所述氧化剂泵送装置和所述双油路喷油器之间的所述氧化剂输送管路，用于控制所述氧化剂输送管路中强氧化剂的输送压力；
所述控制单元与所述燃料压力控制阀和所述氧化剂压力控制阀均信号连接，用于控制所述燃料压力控制阀和所述氧化剂压力控制阀。
3.如权利要求2所述的进气预热系统，其特征在于，还包括第一温度传感器、第一压力传感器、第二温度传感器以及第二压力传感器；
所述第一温度传感器和所述第一压力传感器安装于所述进气管路中所述双油路喷油器的前端，用于测量所述进气管路中的进气温度和进气压力；
所述第二温度传感器和所述第二压力传感器安装于所述进气管路中所述双油路喷油器的后端，用于测量所述进气管路中升温后的进气温度和进气压力；
所述控制单元与所述第一温度传感器、所述第一压力传感器、所述第二温度传感器以及所述第二压力传感器均信号连接，用于根据测量的进气温度和进气压力控制所述双油路喷油器、所述燃料压力控制阀以及所述氧化剂压力控制阀。
4.如权利要求3所述的进气预热系统，其特征在于，所述自燃燃料为高能离子自燃性液体、偏二甲基肼或甲基肼。
5.如权利要求4所述的进气预热系统，其特征在于，所述强氧化剂为高浓度过氧化氢、红色发烟硝酸或四氧化二氮。
6.如权利要求1所述的进气预热系统，其特征在于，所述燃料泵送装置和所述氧化剂泵送装置均为油泵。
7.如权利要求1所述的进气预热系统，其特征在于，所述控制单元为ECU。
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