CN114151248A - 液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供液氨直冷‑柴油双燃料一体化混合动力系统，包括电控单体泵、柴油增压‑液氨直喷双燃料喷射器，所述柴油增压‑液氨直喷双燃料喷射器包括喷射器体、液氨喷射部分、柴油喷射部分，液氨喷射部分、柴油喷射部分位于喷射器体里，液氨喷射部分包括自上而下设置的增压模块、第一蓄压谐振限流模块、超磁滞电磁控制执行器、相变可控超雾化喷嘴模块，柴油喷射部分包括自上而下设置的第二蓄压谐振限流模块、副增压模块、压力平衡式电磁控制执行器、针阀偏心自调节喷嘴。本发明可采用两种控制方式，为液氨增压液氨的形式和为柴油增压液氨的形式。在增压模式下，燃料喷射的喷射压力及喷射速率受增压方式的影响，可实现循环间喷射可控。

Description

液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统

技术领域

本发明涉及的是一种喷射装置，具体地说是双燃料一体化喷射装置。

背景技术

在众多低碳实现途径中，唯有从燃料着手，才能从根本上解决碳排放问题。氨作为典型的低碳燃料之一，与氢燃料相比，储能更高，便于储存和运输，有成熟的供应链，是主要的低碳替代能源之一。目前国际上尚无成熟的氨燃料动力装置，已有的氨燃料发动机存在体积效率低、燃烧效果差，热效率以及能量利用率低等问题，限制了推广应用。

为了实现氨燃料的充分燃烧，需要采用高压直喷，而非进气道喷射的方式。同时由于氨燃料所需喷射压力(60MPa)相对于柴油较低(200MPa)，相对难以实现高饱和高雾化喷射。而电控单体泵燃油系统最高喷油压力可超过250MPa，同时每缸一泵的布置形式可实现其所匹配柴油机的多缸灵活控制。然而氨燃料往往需要辅助柴油引燃及氢气助燃，导致喷射系统结构加工复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供将氨燃料高压液态喷入气缸中实现充分燃烧的液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：包括电控单体泵、柴油增压-液氨直喷双燃料喷射器，所述柴油增压-液氨直喷双燃料喷射器包括喷射器体、液氨喷射部分、柴油喷射部分，液氨喷射部分、柴油喷射部分位于喷射器体里，液氨喷射部分包括自上而下设置的增压模块、第一蓄压谐振限流模块、超磁滞电磁控制执行器、相变可控超雾化喷嘴模块，柴油喷射部分包括自上而下设置的第二蓄压谐振限流模块、副增压模块、压力平衡式电磁控制执行器、针阀偏心自调节喷嘴；所述直接控制式超雾化喷嘴模块包括直接控制针阀体、直接控制阀座、直接控制喷嘴壳，直接控制喷嘴壳里安装直接控制针阀体，直接控制针阀体所在空间形成储氨腔，直接控制阀座位于直接控制喷嘴壳下方，直接控制阀座与直接控制喷嘴壳之间形成喷射流道，直接控制针阀体的下端为直接控制喷嘴体，直接控制喷嘴体通过连接螺栓连接直接控制阀座。

本发明还可以包括：

1、所述增压模块包括增压磁轭、增压主副磁极、主增压活塞、增压衔铁、增压限位块、增压双密封阀杆、增压上阀杆座、增压下阀杆座，增压衔铁套于增压双密封阀杆顶部，增压磁轭与增压衔铁之间设置增压复位弹簧，增压复位弹簧外侧设置增压主副磁极，增压主副磁极缠绕线圈，增压双密封阀杆的中部位于增压上阀杆座里，增压双密封阀杆的底部位于增压下阀杆座里，增压双密封阀杆的中部套有增压阀杆复位弹簧，增压双密封阀杆的中部与底部之间设置增压双密封凸起，增压上阀杆座、增压下阀杆座与增压双密封阀杆对应的面上均设置密封面，主增压活塞位于增压下阀杆座下方，主增压活塞外部套有主增压活塞复位弹簧，增压上阀杆座里设置相通的回氨通道，增压下阀杆座里设置进氨通道和中间管路，增压下阀杆座里增压双密封凸起所在空间为连通空间，连通空间与中间管路相通。

2、所述第一蓄压谐振限流模块包括谐振块、中间块、棱形密封块、限流活塞、蓄压阀座，主增压活塞下方的喷射器体里设置蓄压腔，蓄压腔的侧壁上安装单向进氨口，喷射器体上设置液冷管入口，液冷管入口连通蓄压腔，蓄压腔下方依次设置谐振块、中间块、菱形密封块、蓄压阀座，蓄压阀座里设置限流活塞，中间块里设置中间块复位弹簧，中间块的底部分别设置进氨孔和谐振块进氨路节流孔，菱形密封块位于限流活塞之上，限流活塞里设置中间孔，限流活塞下方设置限流活塞复位弹簧，限流活塞复位弹簧下方设置储存腔。

3、所述谐振块里分别设置一号进氨路、二号进氨路、一号进氨腔、二号进氨腔、一号出氨路、二号出氨路，一号进氨腔分别连通一号进氨路和一号出氨路，二号进氨腔分别连通二号进氨路和二号出氨路，一号进氨腔与二号进氨腔通过连通孔相通，一号进氨腔通过一号进氨节流孔连通一号进氨路，一号进氨腔通过二号进氨节流孔连通蓄压腔，一号进氨路和二号进氨路连通蓄压腔。

4、所述超磁滞电磁控制执行器包括超磁滞主副磁极、磁滞座、上阀杆、下端锥阀，主副磁极的通孔里设置超磁滞材料，超磁滞材料的下方依次设置磁滞座、上阀杆、下端锥阀；直接控制针阀体的顶端连接超磁滞电磁控制执行器的下端锥阀。

5、第二蓄压谐振限流模块的结构与第一蓄压谐振限流模块相同，并列设置在喷射器体里。

6、所述副增压模块包括副增压磁轭、副增压主副磁极、副增压活塞、副增压衔铁、副增压限位块、副增压双密封阀杆、副增压上阀杆座、副增压下阀杆座，副增压衔铁套于副增压双密封阀杆顶部，副增压磁轭与副增压衔铁之间设置副增压复位弹簧，副增压复位弹簧外侧设置副增压主副磁极，副增压主副磁极缠绕线圈，副增压双密封阀杆的中部位于副增压上阀杆座里，副增压双密封阀杆的底部位于副增压下阀杆座里，副增压双密封阀杆的中部套有副增压阀杆复位弹簧，副增压双密封阀杆的中部与底部之间设置副增压双密封凸起，副增压上阀杆座、副增压下阀杆座与副增压双密封阀杆对应的面上均设置密封面，副增压活塞位于副增压下阀杆座下方，副增压活塞外部套有副增压活塞复位弹簧，副增压上阀杆座里设置回油管路，下阀杆座里设置副增压油道、副增压连通通道，副增压油道分别连通进油通道和副增压双密封凸起下方，副增压双密封凸起所在空间为连通空间，副增压连通通道分别连通连通空间和副增压活塞上方，进油通道设置密封球，密封球下方设置密封球复位弹簧，副增压活塞下方为增压油管路，增压油管路连通密封球复位弹簧下方的进油通道。

7、所述压力平衡式电磁控制执行器包括压控式主副磁极、压控式衔铁、平衡阀杆，平衡阀杆的上部设置于压控式主副磁极里，平衡阀杆的下部位于压控式衔铁里，压控式衔铁位于压控式主副磁极下方，压控式衔铁和平衡阀杆的下方设置压控式回油孔上段和压控式回油孔下段，压控式回油孔上段和压控式回油孔下段通过压控式回油节流孔相通，压控式回油孔下段通过压控式进油节流孔连通进油管路。

8、所述针阀偏心自调节喷嘴包括偏心自调节中间块、偏心自调节针阀体、偏心自调节针阀体外壳、偏心自调节阀块、偏心自调节喷嘴体，偏心自调节针阀体位于偏心自调节针阀体外壳里，偏心自调节针阀体位于偏心自调节喷嘴体里，压控式回油孔下段设置于偏心自调节中间块里，偏心自调节中间块下端连接偏心自调节阀块，偏心自调节针阀体顶部位于偏心自调节阀块里，偏心自调节针阀体、偏心自调节阀块以及偏心自调节中间块之间形成偏心自调节控制腔，偏心自调节控制腔连通压控式回油孔下段，偏心自调节针阀体中部设置偏心自调节针阀体凸起，偏心自调节针阀体凸起上方套有偏心自调节针阀体复位弹簧，偏心自调节针阀体为偏心结构，其一部分贴于其外部的偏心自调节针阀体外壳的内壁。

9、所述电控单体泵包括壳体、电控模块、柱塞、柱塞座、滚轮、凸轮，壳体顶端设置单向球阀，电控模块位于单向球阀下方，壳体里分别设置低压供氨管路、高压供氨管路，所述电控模块包括电控铁芯、电控衔铁、电控阀芯、堵头，电控阀芯的第一端部安装电控衔铁，电控衔铁位于电控铁芯旁，堵头位于电控阀芯的第二端部旁，堵头和电控阀芯的第二端部形成密封面，堵头所在空间为堵头空腔，电控衔铁上套有碟形弹簧、电控衔铁复位弹簧，电控衔铁复位弹簧所在空间为复位弹簧空腔，堵头空腔和复位弹簧空腔分别连通低压供氨管路，柱塞的顶部位于壳体里，柱塞的底部位于柱塞座里，柱塞顶部与壳体形成柱塞腔，高压供氨管路的顶端位于单向球阀下方，高压供氨管路的底端连通柱塞腔，柱塞上套有柱塞弹簧，柱塞座里设置弹簧座，柱塞弹簧的端部位于弹簧座上，柱塞座底部安装滚轮，滚轮与下方的凸轮相配合，柱塞座里设置第一滑油管道和第二滑油管道，滚轮上设置滚轮连通通道，滚轮在滚动中通过滚轮连通通道使得第一滑油管道和第二滑油管道相通，第一滑油管道还连通弹簧座下方与柱塞座形成的空间。

10、单向球阀上方通过高压油管连接柴油增压-液氨直喷双燃料喷射器的单向进氨口。

11、还包括液氨储氨罐，液氨储氨罐的出口通过低压泵及风机连接温度控制器，温度控制器分别连接电控单体泵、柴油增压-液氨直喷双燃料喷射器，液氨储氨罐的进口分别连接溢流阀、安全阀、温度控制器，溢流阀、安全阀分别连接低压泵及风机、温度控制器之间的管路。

12、还包括冷却系统，包括水箱、散热器、去离子器、加热器、中冷器、冷却连接口，散热器、去离子器、加热器、中冷器、冷却连接口并联形成冷却单元，水箱连接冷却单元，冷却连接口连接冷却水出口，冷却单元通过泄流阀连接出口，水箱连接温度控制器。

本发明的优势在于：

1、本发明通过液氨-柴油双燃料一体化设计，节约安装空间，柴油供给同时控制氨燃料喷射器和柴油喷油器的喷射，以及为柴油喷油器提供燃油。

2、本发明基于液氨相变冷却原理创新设计了双作用热泵模块，一是可有效解决寒冷条件下发动机冷启动问题，二是减小了压缩机的功耗，实现余热利用，提高能量利用率。

3、本发明采用受热管理控制的电控单体泵进行增压，实现高压液氨的高效供给。

4、本发明采用超磁致执行器直接控制形式，实现液氨高响应精准喷射。

5、本发明通过蓄压腔结合谐振块结构，改变压力波波动的相位，调整波动频率，以及波峰、波谷的对应关系，实现压力波耦合过程的可控。

6、由超磁致电磁控制执行器和直接控制式喷嘴模块配合喷入气缸，实现氨燃料高压液态喷入气缸中，实现充分燃烧。

7、喷射过程结合热管理设计，从压力和温度两方面调节，控制氨燃料的相变转换。

附图说明

图1为本发明的；

图2为电控单体泵结构示意图；

图3为电控单体泵的执行器结构示意图；

图4为柴油增压-液氨直喷双燃料喷射器结构示意图；

图5为增压模块结构示意图；

图6为蓄压腔热管理模块结构示意图；

图7为谐振块结构示意图；

图8为超磁滞电磁控制执行器结构示意图；

图9为直接控制式超雾化喷嘴模块结构示意图；

图10为副增压模块结构示意图；

图11为压力平衡式电磁控制执行器结构示意图；

图12为针阀偏心自调节喷嘴模块结构示意图；

图13为直接控制式超雾化喷嘴模块三维整体结构示意图；

图14为直接控制式超雾化喷嘴模块三维剖面结构示意图；

图15为液氨热管理系统结构示意图一；

图16为液氨热管理系统结构示意图二；

图17为气缸结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-17，图1为本发明整体结构示意图，液氨直冷-柴油双燃料一体化燃料喷射系统，包括柴油液氨供给系统、柴油液氨喷射系统和液氨热管理系统。液氨供给系统包括液氨储氨罐1、低压泵及电机2、溢流阀3、安全阀4、温度控制器5、进氨管6组成。液氨喷射系统由电控单体泵7、高压油管8和柴油增压-液氨直喷双燃料喷射器9组成。采用受热管理控制的电控单体泵进行增压，实现高压液氨的高效供给。

图2为电控单体泵7示意图，包括凸轮18、滚轮20、滑油管道19、21、弹簧座22、弹簧23、柱塞24、柱塞腔25、高压供氨管路26、低压供氨管路28、热管理管路27、电控模块30、出氨口31、单向球阀32、弹簧33组成。

图3为电控单体泵7的电磁执行器30示意图，包括铁芯34、线圈35、衔铁36、阀芯38、复位弹簧37、堵头39、限位环40、碟形弹簧41、油路42等。

图4为柴油增压-液氨直喷双燃料喷射器9示意图，包括单向进氨口43、增压模块44、蓄压谐振限流模块45，49、超磁致电磁控制执行器46、相变可控超雾化喷嘴模块47、单向进油口48、副增压模块50、压力平衡式电磁控制执行器51、针阀偏心自调节喷嘴52、液氨热管理模块53，54。实现氨燃料高压液态喷入气缸中，实现充分燃烧。同时，喷射过程结合热管理设计，从压力和温度两方面调节，控制氨燃料的相变转换。采用双阀控制的形式，实现液氨喷射过程循环可变，使喷射量、喷射定时更加精准、灵活。

图5为喷射器增压模块详细示意图，增压模块包括：堵头55、复位弹簧56、主副磁极57、线圈58、回氨通道59、增压活塞上表面60、中间腔61、增压活塞复位弹簧62、衔铁63、限位块64、阀杆复位弹簧66、双密封阀杆65、进氨通道67、中间管路68以及增压活塞下表面69构成。本模块可采用两种控制方式，一种为液氨增压液氨的形式，另一种为柴油增压液氨的形式。

图6为蓄压谐振限流模块示意图，主要包括：蓄压腔70、液冷管入口71、谐振块72、中间块73、复位弹簧74、进氨孔75、棱形密封块76、限流活塞77、进氨道78、储存腔79、谐振块进氨路80、中间腔81、谐振块进氨路节流孔82、阀座83、中间孔84和复位弹簧85。该模块保证氨燃料的稳定性，采用谐振块调整系统内压力波动，同时设计了流量限制器，防止异常喷射的发生。

图7为谐振块示意图，主要包括：一号进氨路86、一号进氨节流孔87、二号进氨节流孔88、一号进氨腔89、一号出氨路90、二号进氨路91、二号进氨腔92、连通孔93以及二号出氨路94。

图8为超磁致电磁控制执行器示意图，主要包括：主副磁极95、线圈96、磁滞座97、上阀杆98、复位弹簧99、阀杆中间腔100、储氨腔101、连接块102、超磁滞材料103、限位块104、润滑油路105、进氨管路106、下端面107、下阀杆108。

图9为直接控制式超雾化喷嘴模块示意图，主要包括：液冷工质入口管路109、针阀体110、喷射流道111、液冷工质出口管路112、阀座113、喷嘴114、连接螺栓115以及组成。

图10为副增压模块示意图，主要包括：主副磁极116、线圈117、进油通道118、中间管路119、密封球120、复位弹簧121、增压油管路122、增压活塞下表面123、阀杆复位弹簧124、衔铁125、回油管路126、双密封阀杆127、增压活塞上表面128、中间腔129、增压活塞复位弹簧130构成。

图12为压力平衡式电磁控制执行器示意图，主要包括：主副磁极132、线圈133、衔铁135、进氨道134、复位弹簧137、平衡阀杆139、进油管路140、回油节流孔141、进油节流孔142。

图13为针阀偏心自调节喷嘴示意图，主要包括：中间块143、盛油槽144、自调节阀块145、复位弹簧146、针阀下端面147、喷孔148、控制腔149、控制阀杆上端面150、针阀体151、喷嘴体152、针阀密封面153以及喷嘴座面154组成。

图13、14为所设计的超雾化喷嘴，整体设计采用外锥结构，实现多层密封。同时，近百个喷孔喷射，从结构角度保障了燃料的充分雾化。使燃料与空气充分融合，完全燃烧。

图15为冷却系统示意图，主要包括：水箱155、冷却水泵159、温度传感器160、冷却连接口162、温度压力传感器163、中冷器164、加热器158、三通阀167、去离子器161、传感器156、散热器169、泄流阀166、冷却水出口168。

图16为双作用热泵和余热利用系统示意图，主要包括：液氨入口170、加热器171、三通阀172、散热器173、传感器174、电磁换向阀175、气态工质176、过滤器177、低功率压缩机178、传感器179、制冷换热器180、传感器181,电子膨胀阀182、高功率压缩机183、制热换热器184、单向止逆阀185、电子膨胀阀186、去离子器187、泄氨阀188、废弃工质189、膨胀阀190、液态工质191。

图17为液氨-柴油双燃料气缸示意图，主要包括曲柄196、活塞193、气缸197、进气口192、进气阀杆195、进气阀杆弹簧194、出气阀杆198、出气阀杆弹簧199、氢气进气口202、安全阀201、空气进气口200。

液氨储存罐1储存着系统的燃料，采用高压低温储存方式，保证氨燃料处于稳定的液态。液氨储存罐1中储存的液氨先经过泵氨系统，由低压泵和高压泵实现液氨增压，满足供给和燃烧的要求。其中，在低压环路和高压环路分别设置溢流阀3和安全阀4。在低压环路设置溢流阀3来控制输送压力，当压力过高时，多余的液氨通过溢流阀3回到液氨储存罐1中。对于液氨这种容易相变的燃料，需要设置热管理模块，温度控制器5用来调整液氨输出的温度，通过压力和温度两方面控制氨燃料的相态。随后供入进氨口6，经过电控单体泵7增压，进而导入液氨高压油管8中。系统中的液氨高压油管8采用双层结构，避免液氨泄漏到大气。

电控单体泵7负责液氨增压，为燃料系统提供燃料供给，主要由电控模块30进行设计。单体泵电磁阀采用锥阀进行控制，采用内部流动的燃料作为阻尼，以减小阀杆落座后的振动，衔铁上开有阻尼孔；阀杆采用横置式，减少了关闭阶段衔铁、阀杆、弹簧等质量元件对响应时间的影响，且减少了衔铁与阻尼油的冲击；高速电磁阀系统其主要实体包括铁芯34、线圈35、衔铁36、阀芯38、复位弹簧37、堵头39、限位环40、碟形弹簧41、油路42等。由于电磁阀结构中的复位弹簧预紧力对衔铁的作用，在驱动电路未通电时，锥阀处于开启状态(常开)，电磁阀开启造成在柱塞腔25经过柱塞24加压作用的燃料未能进入高压供氨管路26，而从密封锥面处重新流入柱塞腔25，而当高速电磁阀通电，衔铁在铁芯的作用下克服弹簧力及液体阻尼力等作用力，带动阀杆使锥阀处关闭，堵头处燃料不再泄漏，油路在低压腔经过柱塞的加压作用进入高压燃料出口达到快速增压效果。增压后的液氨进高压管路8中，随后供入柴油增压-液氨直喷双燃料喷射器9中。

液态氨燃料由单向进氨口43进入蓄压腔70中，单向进氨口43起到单向阀的作用。当液氨供给压力大于单向阀的弹簧预紧力时，锥阀克服弹簧力开启，液氨供入蓄压腔内。当单向进氨口43压力较小时，锥阀再次关闭，也为系统内液氨起到密封作用。燃料进入蓄压腔70后，经由谐振块72向下供给。谐振块72由三个管路86、88和91组成。燃料分别从三个管路流入限流器内，一号进氨路86为主流道，中间流过一号进氨节流孔87，对液氨流动起到滤波的作用，随后流入一号进氨腔89中。二号进氨路91为负流道，中间未设置节流孔，通过二号进氨腔92和二号出氨路94后，直接流入限流器。而二号进氨节流孔88和连通孔93是实现谐振的主要结构，通过改变压力波波动的相位，调整波动频率，以及波峰、波谷的对应关系，实现压力波耦合过程的可控。特别是在增压模式下，保证系统的稳定性。限流阀组件通过蓄压腔70设置在喷油器体内部。中间块73不仅对整体限流阀组件起到了限位作用，而且与复位弹簧74进行配合，一方面作为复位弹簧74的弹簧座，另一方面限制了限流活塞的最大位移。在阻尼弹簧和球阀复位弹簧的弹簧预紧力作用下，棱形密封块76和限流活塞77的下端面和支撑控制阀座83的上端面配合。阀座83在复位弹簧的弹簧力作用下，被压紧在底部，其上部变截面处形成棱形密封块的落座面。液氨由谐振块流入到中间腔81中，分别通过进油孔75和谐振块进氨路节流孔82流道限流阀中。受液压力的作用，随着液氨供给，棱形密封块76克服弹簧力向下运动。当燃料供给量高于限制值时，棱形密封块76与阀座83配合实现密封，断开燃料供给，避免拉缸。当燃料供给中断后，受弹簧力作用棱形密封块76快速复位。

柴油通过单向进油口48进入蓄压谐振限流模块45，进而向下供给，进入副增压模块50中，进增压后的燃油通过单向阀120、121分别为超磁致电磁控制执行器46、压力平衡式电磁控制执行器51和针阀偏心自调节喷嘴52供给柴油，分别控制氨燃料喷射器和柴油喷油器的喷射，以及为柴油喷油器提供燃油。

经过限流器，液氨由进氨道106供入盛氨槽101中，由增压模块、超磁致电磁控制执行器和直接控制式喷嘴模块配合喷入气缸。在本发明中，为了保证燃料喷射器控制的精准性，采用超磁致电磁控制执行器直接控制针阀上下受力，从而控制喷射定时。从而控制喷射定时。高压柴油由进油油路流入电磁执行器，当未通电时，受到弹簧预紧力99的作用，喷嘴114处于密封状态。具体喷射过程的工作原理如下：当超磁致电磁控制执行器通电时，受到磁场的影响，超磁致材料103伸长，磁滞座97压迫上阀杆98向下运动，使上阀杆98和下端阀杆108形成的阀杆中间腔100的压力升高，下端阀杆108受到压力作用向下运动。带动针阀体110向下运动，喷射流道111打开，喷射器开始喷氨。当喷氨控制阀部分断电时，失去磁场影响，超磁致材料103缩短，针阀体110重新复位，喷射器停止喷射。而当喷射器停止工作时，随着液氨流过中间孔84，限流活塞77上下表面的压差会逐渐减小，在复位弹簧的作用下，限流活塞77和棱形密封块76整体又恢复到初始位置。

本发明中柴油喷射器采用平衡阀控制方式，平衡阀杆由衔铁压紧。由于整体泡在高压燃油内，受到平衡力的作用，可以实现更高的共轨压力(250MPa)，从而减小了整体阀件的质量，即减小了电磁力需求，又增加了控制相应。从而仅需较小尺寸的电磁阀和衔铁配合以及较小的弹簧预紧力。同时所采用的平衡阀杆不直接受高度冲击，防止了传统球阀的穴蚀现象，增加系统可靠性。高压柴油由进油油路134和进油节流孔142流入控制腔149中，当未通电时，受到弹簧预紧力137的作用，衔铁135和平衡阀杆139处于密封状态，使电磁执行器管路与回油管路断开。柴油由进油油路134，经过进油节流孔142流道，向控制腔149供给。回油腔的存在减少了控制阀处燃油压力波动。燃油向下流进控制腔149中，控制腔是由中间块143、自调节阀块145和控制阀杆上端面150三部分结合而成的，实现密封。通过调控控制室内的压力，改变针阀上下受力差，实现燃料喷射的精准控制。而中间块143、自调节阀块145的结合设计，一方面解决了传统无静态块泄漏的问题，另一方面通过自调节阀块的设计，防止了由于针阀偏心引起的磨损和泄漏问题。本发明中主副增压模块的工作原理相似，以主增压模块为例，具体喷射过程的增压模块工作原理如下：

当采用无增压模式工作时，增压控制阀部分不通电，由于此时增压活塞各个作用面的压力平衡，受到弹簧预紧力56、62的作用衔铁63及双密封阀杆65处于压紧状态，进氨通道67密封。此时增压模块中没有燃料供给，增压活塞在弹簧预紧力作用下处于复位状态，没有增压功能。因此系统内的氨燃料通过单向进氨口43后储存在蓄压腔70中，经过谐振腔72流入限流阀内。由于谐振块72对液氨的节流作用，使得限流活塞77内的中间孔84和蓄压腔70内的燃料压力升高，与过渡油腔内压力形成压差，故限流活塞77和棱形密封块76整体向下位移，对喷射的压力进行了一定的补偿。当压力平衡式电磁控制执行器通电时，受到磁场的影响，衔铁135克服弹簧预紧力137向上运动，打开回油通道，控制腔149与低压泄漏孔相连通，控制腔149内的燃料通过低压泄油孔流回到低压腔内。当控制腔149内的压力和针阀弹簧146的弹力形成的合力小于盛油槽144内向上的液压力时，针阀体151向上抬起，喷孔148打开，喷射器开始喷油。当喷油控制阀部分断电时，失去磁场影响，受到弹簧预紧力的作用，衔铁135向下运动，重新密封回油油路。同时带动平衡阀杆139向下运动，实现密封。控制腔149通过进油节流孔142重新建压，当控制腔149内的压力和针阀弹簧146的弹力形成的合力大于盛油槽144内向上的液压力时，针阀体151重新落座，喷射器停止喷射。而当喷射器停止工作时，在复位弹簧的作用下，限流活塞77和棱形密封块76整体又恢复到初始位置。

当采用增压模式工作时，增压控制阀部分通电，线圈58通电，主副磁极57形成电磁力，吸引衔铁63向上运动，同时带动双密封阀杆65向上运动，打开进氨通道67，关闭回氨通道59。液氨聚集在增压活塞上表面60，增加上表面受力，是上下压力差克服弹簧力，导致增压活塞向下运动。使下方蓄压腔内容积压缩，压力提高。增压模块和压力平衡式电磁控制执行器均可采用两种控制方式，一种为液氨增压液氨的形式，另一种为柴油增压液氨的形式。在增压模块中，中间腔61可作为增压油泄漏收集腔，同时燃油可以对液氨起到密封的作用。增压后的液氨经过谐振腔72流入限流阀内。经过限流阀的液氨由进氨道78供入储氨腔中。当压力平衡式电磁控制执行器51通电时，受到磁场的影响，衔铁135克服弹簧预紧力137向上运动，打开回油通道，控制腔149与低压泄漏孔相连通，控制腔149内的燃料通过低压泄油孔流回到低压腔内。当控制腔149内的压力和针阀弹簧146的弹力形成的合力小于盛油槽144内向上的液压力时，针阀体151向上抬起，喷孔148打开，喷射器开始喷油。当喷氨控制阀部分断电时，失去磁场影响，受到弹簧预紧力的作用，衔铁135向下运动，重新密封回油油路。同时带动平衡阀杆139向下运动，实现密封。控制腔149通过进油节流孔142重新建压，当控制腔149内的压力和针阀弹簧146的弹力形成的合力大于盛氨油槽146内向上的液压力时，针阀体151重新落座，喷射器停止喷射。

在蓄压谐振限流模块45和超雾化喷嘴模块47设计热管理模块，包括冷媒的入口71、109和出口54、112。通过温度和压力两方面综合控制液氨相态，实现喷射过程液氨相态可控。

在电控单体泵柱塞腔、蓄压谐振限流模块和直接控制式喷嘴模块设计热管理模块，包括冷媒的入口和出口。通过温度和压力两方面综合控制液氨相态，实现喷射过程液氨相态可控。系统中的双燃料喷射系统冷却需求由冷却系统16实现，在本发明中，水箱中的冷却水为乙二醇溶液，在水箱壁面增加换热肋片，由系统中储存的氨的支路进行相变，实现沸腾换热，将水箱内的溶液进行初步冷却。这利用了氨燃料作为制冷剂的功能，极大减小了冷却水泵159的做功。经冷却的乙二醇溶液，经过冷却水泵159进行二次冷却，达到系统冷却需求，中冷器164降低进气温度，通过去离子器161去除溶液中的离子，获得纯水。由加热器158来调节溶液温度，处理后的冷却水分别通过冷却水出口168，为热机实现冷却需求。

液氨由液氨入口170经加热器171进入三通阀172中，三通阀172起到转向阀的作用。当低功率压缩机178工作时，由压缩机排出的高压蒸汽，经过滤器177，传感器174进入散热器，工质经过冷凝后，进入电子膨胀阀182、186，经传感器进入制冷换热器180并在其中蒸发吸热，实现制冷的作用，随后再经传感器返回低功率压缩机。

当切换至制热模式时，系统为动力系统活塞以及喷射器相关部件进行散热。工质由高功率压缩机183排出高压蒸汽，经传感器进入制冷换热器180进行冷凝放热，随后经单向止逆阀185以及电磁膨胀阀186，进入膨胀阀190所在支路，与换热器相连通，液态工质蒸发吸收来自于活塞部分的热量后，气态工质176经单向止逆阀回到高功率压缩机183处，实现制热循环，并对活塞组部件进行冷却。

系统还可实现空气源制热模式，工质由高功率压缩机183排出高压蒸汽，经传感器进入制冷换热器180进行冷凝放热，随后经单向止逆阀185以及电磁膨胀阀186，进入散热器173，工质于散热器173处蒸发吸热后经传感器174、电磁换向阀175回到高功率压缩机，实现空气源制热循环。

液氨-柴油双燃料气缸负责燃料空气混合以及燃料燃烧，将化学能转化为动能。系统采用柴油引燃、氢气助燃的液氨双燃料燃烧模式。柴油和液氨分别由喷油器和喷射器喷入气缸197中，氢气由安全阀201控制通过进气口200与由进气口192喷入的空气混合，由进气道供入气缸中。当混合气要供入时，进气阀杆打开，混合气供入气缸中，与燃料混合。随后由曲轴带动曲柄196向上运动，当达到上止点，由压燃方式燃烧，从而带动阀杆做功。由于氨燃料具备更高的抗爆型，在气缸和活塞的设计中，采用更高的压缩比(20：1)，增加热效率。当燃烧结束，出气阀杆198打开，将废气排出。在阀杆运动过程，进气阀杆弹簧194和出气阀杆弹簧199起到复位的作用。

由上述描述可知，本发明通过液氨-柴油双燃料一体化设计，节约安装空间，柴油供给同时控制氨燃料喷射器和柴油喷油器的喷射，以及为柴油喷油器提供燃油。基于液氨相变冷却原理创新设计了双作用热泵模块，一是可有效解决寒冷条件下发动机冷启动问题，二是减小了压缩机的功耗，实现余热利用，提高能量利用率。采用受热管理控制的电控单体泵进行增压，实现高压液氨的高效供给。设计了超磁致执行器直接控制形式，实现液氨高响应精准喷射。通过蓄压腔结合谐振块结构，改变压力波波动的相位，调整波动频率，以及波峰、波谷的对应关系，实现压力波耦合过程的可控。同时，喷射过程结合热管理设计，从压力和温度两方面调节，控制氨燃料的相变转换。本发明可采用两种控制方式，一种为液氨增压液氨的形式，另一种为柴油增压液氨的形式。在增压模式下，燃料喷射的喷射压力及喷射速率受增压方式的影响，可实现循环间喷射可控。

Claims (13)

1.液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：包括电控单体泵、柴油增压-液氨直喷双燃料喷射器，所述柴油增压-液氨直喷双燃料喷射器包括喷射器体、液氨喷射部分、柴油喷射部分，液氨喷射部分、柴油喷射部分位于喷射器体里，液氨喷射部分包括自上而下设置的增压模块、第一蓄压谐振限流模块、超磁滞电磁控制执行器、相变可控超雾化喷嘴模块，柴油喷射部分包括自上而下设置的第二蓄压谐振限流模块、副增压模块、压力平衡式电磁控制执行器、针阀偏心自调节喷嘴；所述直接控制式超雾化喷嘴模块包括直接控制针阀体、直接控制阀座、直接控制喷嘴壳，直接控制喷嘴壳里安装直接控制针阀体，直接控制针阀体所在空间形成储氨腔，直接控制阀座位于直接控制喷嘴壳下方，直接控制阀座与直接控制喷嘴壳之间形成喷射流道，直接控制针阀体的下端为直接控制喷嘴体，直接控制喷嘴体通过连接螺栓连接直接控制阀座。

2.根据权利要求1所述的液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：所述增压模块包括增压磁轭、增压主副磁极、主增压活塞、增压衔铁、增压限位块、增压双密封阀杆、增压上阀杆座、增压下阀杆座，增压衔铁套于增压双密封阀杆顶部，增压磁轭与增压衔铁之间设置增压复位弹簧，增压复位弹簧外侧设置增压主副磁极，增压主副磁极缠绕线圈，增压双密封阀杆的中部位于增压上阀杆座里，增压双密封阀杆的底部位于增压下阀杆座里，增压双密封阀杆的中部套有增压阀杆复位弹簧，增压双密封阀杆的中部与底部之间设置增压双密封凸起，增压上阀杆座、增压下阀杆座与增压双密封阀杆对应的面上均设置密封面，主增压活塞位于增压下阀杆座下方，主增压活塞外部套有主增压活塞复位弹簧，增压上阀杆座里设置相通的回氨通道，增压下阀杆座里设置进氨通道和中间管路，增压下阀杆座里增压双密封凸起所在空间为连通空间，连通空间与中间管路相通。

3.根据权利要求1所述的液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：所述第一蓄压谐振限流模块包括谐振块、中间块、棱形密封块、限流活塞、蓄压阀座，主增压活塞下方的喷射器体里设置蓄压腔，蓄压腔的侧壁上安装单向进氨口，喷射器体上设置液冷管入口，液冷管入口连通蓄压腔，蓄压腔下方依次设置谐振块、中间块、菱形密封块、蓄压阀座，蓄压阀座里设置限流活塞，中间块里设置中间块复位弹簧，中间块的底部分别设置进氨孔和谐振块进氨路节流孔，菱形密封块位于限流活塞之上，限流活塞里设置中间孔，限流活塞下方设置限流活塞复位弹簧，限流活塞复位弹簧下方设置储存腔。

4.根据权利要求3所述的液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：所述谐振块里分别设置一号进氨路、二号进氨路、一号进氨腔、二号进氨腔、一号出氨路、二号出氨路，一号进氨腔分别连通一号进氨路和一号出氨路，二号进氨腔分别连通二号进氨路和二号出氨路，一号进氨腔与二号进氨腔通过连通孔相通，一号进氨腔通过一号进氨节流孔连通一号进氨路，一号进氨腔通过二号进氨节流孔连通蓄压腔，一号进氨路和二号进氨路连通蓄压腔。

5.根据权利要求1所述的液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：所述超磁滞电磁控制执行器包括超磁滞主副磁极、磁滞座、上阀杆、下端锥阀，主副磁极的通孔里设置超磁滞材料，超磁滞材料的下方依次设置磁滞座、上阀杆、下端锥阀；直接控制针阀体的顶端连接超磁滞电磁控制执行器的下端锥阀。

6.根据权利要求1所述的液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：第二蓄压谐振限流模块的结构与第一蓄压谐振限流模块相同，并列设置在喷射器体里。

7.根据权利要求1所述的液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：所述副增压模块包括副增压磁轭、副增压主副磁极、副增压活塞、副增压衔铁、副增压限位块、副增压双密封阀杆、副增压上阀杆座、副增压下阀杆座，副增压衔铁套于副增压双密封阀杆顶部，副增压磁轭与副增压衔铁之间设置副增压复位弹簧，副增压复位弹簧外侧设置副增压主副磁极，副增压主副磁极缠绕线圈，副增压双密封阀杆的中部位于副增压上阀杆座里，副增压双密封阀杆的底部位于副增压下阀杆座里，副增压双密封阀杆的中部套有副增压阀杆复位弹簧，副增压双密封阀杆的中部与底部之间设置副增压双密封凸起，副增压上阀杆座、副增压下阀杆座与副增压双密封阀杆对应的面上均设置密封面，副增压活塞位于副增压下阀杆座下方，副增压活塞外部套有副增压活塞复位弹簧，副增压上阀杆座里设置回油管路，下阀杆座里设置副增压油道、副增压连通通道，副增压油道分别连通进油通道和副增压双密封凸起下方，副增压双密封凸起所在空间为连通空间，副增压连通通道分别连通连通空间和副增压活塞上方，进油通道设置密封球，密封球下方设置密封球复位弹簧，副增压活塞下方为增压油管路，增压油管路连通密封球复位弹簧下方的进油通道。

8.根据权利要求1所述的液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：所述压力平衡式电磁控制执行器包括压控式主副磁极、压控式衔铁、平衡阀杆，平衡阀杆的上部设置于压控式主副磁极里，平衡阀杆的下部位于压控式衔铁里，压控式衔铁位于压控式主副磁极下方，压控式衔铁和平衡阀杆的下方设置压控式回油孔上段和压控式回油孔下段，压控式回油孔上段和压控式回油孔下段通过压控式回油节流孔相通，压控式回油孔下段通过压控式进油节流孔连通进油管路。

9.根据权利要求1所述的液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：所述针阀偏心自调节喷嘴包括偏心自调节中间块、偏心自调节针阀体、偏心自调节针阀体外壳、偏心自调节阀块、偏心自调节喷嘴体，偏心自调节针阀体位于偏心自调节针阀体外壳里，偏心自调节针阀体位于偏心自调节喷嘴体里，压控式回油孔下段设置于偏心自调节中间块里，偏心自调节中间块下端连接偏心自调节阀块，偏心自调节针阀体顶部位于偏心自调节阀块里，偏心自调节针阀体、偏心自调节阀块以及偏心自调节中间块之间形成偏心自调节控制腔，偏心自调节控制腔连通压控式回油孔下段，偏心自调节针阀体中部设置偏心自调节针阀体凸起，偏心自调节针阀体凸起上方套有偏心自调节针阀体复位弹簧，偏心自调节针阀体为偏心结构，其一部分贴于其外部的偏心自调节针阀体外壳的内壁。

10.根据权利要求1所述的液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：所述电控单体泵包括壳体、电控模块、柱塞、柱塞座、滚轮、凸轮，壳体顶端设置单向球阀，电控模块位于单向球阀下方，壳体里分别设置低压供氨管路、高压供氨管路，所述电控模块包括电控铁芯、电控衔铁、电控阀芯、堵头，电控阀芯的第一端部安装电控衔铁，电控衔铁位于电控铁芯旁，堵头位于电控阀芯的第二端部旁，堵头和电控阀芯的第二端部形成密封面，堵头所在空间为堵头空腔，电控衔铁上套有碟形弹簧、电控衔铁复位弹簧，电控衔铁复位弹簧所在空间为复位弹簧空腔，堵头空腔和复位弹簧空腔分别连通低压供氨管路，柱塞的顶部位于壳体里，柱塞的底部位于柱塞座里，柱塞顶部与壳体形成柱塞腔，高压供氨管路的顶端位于单向球阀下方，高压供氨管路的底端连通柱塞腔，柱塞上套有柱塞弹簧，柱塞座里设置弹簧座，柱塞弹簧的端部位于弹簧座上，柱塞座底部安装滚轮，滚轮与下方的凸轮相配合，柱塞座里设置第一滑油管道和第二滑油管道，滚轮上设置滚轮连通通道，滚轮在滚动中通过滚轮连通通道使得第一滑油管道和第二滑油管道相通，第一滑油管道还连通弹簧座下方与柱塞座形成的空间。

11.根据权利要求10所述的液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：单向球阀上方通过高压油管连接柴油增压-液氨直喷双燃料喷射器的单向进氨口。

12.根据权利要求1所述的液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：还包括液氨储氨罐，液氨储氨罐的出口通过低压泵及风机连接温度控制器，温度控制器分别连接电控单体泵、柴油增压-液氨直喷双燃料喷射器，液氨储氨罐的进口分别连接溢流阀、安全阀、温度控制器，溢流阀、安全阀分别连接低压泵及风机、温度控制器之间的管路。

13.根据权利要求12所述的液氨直冷-柴油双燃料一体化混合动力系统，其特征是：还包括冷却系统，包括水箱、散热器、去离子器、加热器、中冷器、冷却连接口，散热器、去离子器、加热器、中冷器、冷却连接口并联形成冷却单元，水箱连接冷却单元，冷却连接口连接冷却水出口，冷却单元通过泄流阀连接出口，水箱连接温度控制器。

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