CN114753954A - 柴油机燃油喷射系统的主动空化方法及燃油喷射系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柴油机燃油喷射系统的主动空化方法，属于柴油机技术领域，空化气体充入燃油喷射系统的油泵前端的柴油中，所述空化气体包括空气和CO2，根据尾气中NOx的含量控制燃油喷射系统中充入空气或CO2；当检测到NOx的含量达到第一预设阈值时，CO2作为空化气体充入燃油喷射系统的柴油中；当检测到NOx的含量未达到第一预设阈值时，空气作为空化气体充入燃油喷射系统的柴油中。本发明还公开了一种柴油机燃油喷射系统，包括通过管路连接的燃油喷射系统和气源系统，所述气源系统用于提供空化气体。本发明的柴油机燃油喷射系统的主动空化方法及燃油喷射系统，实现了柴油喷嘴的主动空化，改善了喷雾效果，并能根据工况实现排放调控，改动成本低。

Description

柴油机燃油喷射系统的主动空化方法及燃油喷射系统
技术领域
本发明涉及柴油机技术领域，特别涉及一种柴油机燃油喷射系统的主动空化方法及燃油喷射系统。
背景技术
柴油发动机简称柴油机，是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。
传统的高压柴油机喷嘴在针阀开启、稳定和关闭阶段会因结构的不同产生不同的空化现象，空化会增大喷嘴内部流动的湍动能，柴油从喷嘴喷出后发生内爆现象，促进了破碎和雾化过程。目前的空化调节主要靠改变喷嘴的结构参数来实现，对喷油器的结构改动大，成本高，改动周期长。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种柴油机燃油喷射系统的主动空化方法，在不改变喷嘴结构的前提下，实现了柴油喷嘴的主动空化，改善了喷雾效果，并能根据工况，实现排放调控，改动成本低，改动周期短。
本发明还提供了一种柴油机燃油喷射系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种柴油机燃油喷射系统的主动空化方法，空化气体充入燃油喷射系统的油泵前端的柴油中，以增加燃油喷射系统中柴油的含气量实现主动空化；
所述空化气体包括空气和CO2，根据尾气中NOx的含量控制燃油喷射系统中充入空气或CO2；
当检测到NOx的含量达到第一预设阈值时，CO2作为空化气体充入燃油喷射系统的柴油中；
当检测到NOx的含量未达到第一预设阈值时，空气作为空化气体充入燃油喷射系统的柴油中。
可选地，根据发动机的转速和扭矩得出发动机的当前工况，获取发动机MAP表内与当前工况对应的NOx的含量，控制不同的空化气体充入燃油喷射系统的柴油中。
可选地，所述空化气体的CO2来源于二氧化碳储存装置或发动机EGR系统管路；所述空化气体的空气来源于空气储存装置或整车刹车系统气泵。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的柴油机燃油喷射系统的主动空化方法，通过在油泵前通入空化气体，增加了燃油中的气体含量，当喷油器的针阀开启时，燃油中的气体析出或膨胀，从而在不改变喷嘴结构的前提下，实现了柴油喷嘴的主动空化，改善了喷雾效果，热效率更高，碳烟减少，改动成本低，改动周期短。
本发明还提供了一种柴油机燃油喷射系统，所述柴油机燃油喷射系统为应用上述的主动空化方法的柴油机燃油喷射系统，包括通过管路连接的燃油喷射系统和气源系统，所述气源系统用于提供空化气体，所述管路上设置控制阀，所述控制阀与控制器通信连接；
所述气源系统连接在所述燃油喷射系统的油泵的前端。
可选地，所述气源系统包括储气装置，所述储气装置包括并联设置的空气储存罐和二氧化碳储气罐，所述空气储存罐用于储存空化用的空气，所述二氧化碳储气罐用于储存空化用的CO2；
或者，所述气源系统为车上的现有气源：空气来自整车刹车系统气泵；CO2来自发动机EGR系统管路，在EGR系统管路的引出口位置设置中冷器，降低引出的CO2温度。
可选地，所述燃油喷射系统包括通过第一管路依次连通的油箱、燃油滤清器、油泵、油轨和喷油器，所述油泵与所述燃油滤清器之间的所述第一管路上设置有混合器，所述混合器通过第二管路与所述气源系统连通。
可选地，所述气源系统包括通过第二管路依次设置的第一控制阀、空气滤清器和储气装置，所述第一控制阀设置在靠近所述混合器的位置。
可选地，所述储气装置包括空气储存罐和二氧化碳储气罐，所述空气储存罐通过第三管路与所述第二管路连通，所述二氧化碳储气罐通过第四管路与所述第二管路连通；
所述第三管路上设置有第二控制阀，所述第四管路上设置有第三控制阀。
可选地，所述空气滤清器和所述储气装置之间设置有稳压罐。
可选地，所述油泵包括低压油泵和高压油泵，所述高压油泵靠近所述油轨设置。
本发明的柴油机燃油喷射系统应用了上述的主动空化方法进行空化，因此具有上述主动空化方法的优点，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的柴油机燃油喷射系统的主动空化方法的逻辑控制示意图；
图2为本发明实施例提供的柴油机燃油喷射系统的结构示意图。
其中：
1、油箱， 2、喷油器，3、油轨，4、高压油泵，5、低压油泵，6、ECU，7、电脑，8、第一控制阀，9、空气滤清器，10、稳压罐，11、第三控制阀，12、第二控制阀，13、空气储存罐，14、二氧化碳储气罐，15、混合器，16、第一单向阀，17、燃油滤清器。
具体实施方式
本发明公开了一种柴油机燃油喷射系统的主动空化方法，在不改变喷嘴结构的前提下，实现了柴油喷嘴的主动空化，改善了喷雾效果，改动成本低，改动周期短。
本发明还公开了一种柴油机燃油喷射系统。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的柴油机燃油喷射系统的主动空化方法，空化气体充入燃油喷射系统的油泵前端的柴油中，以增加燃油喷射系统中柴油的含气量实现柴油的主动空化。
其中，所述空化气体充入燃油喷射系统的油泵前端，此处的前端，是指远离喷油器的一端。
本发明的柴油机燃油喷射系统的主动空化方法，通过在油泵前通入空化气体，增加了燃油中的气体含量，当喷油器的针阀开启时，燃油中的气体析出或膨胀，从而在不改变喷嘴结构的前提下，实现了柴油喷嘴的主动空化，改善了喷雾效果，热效率更高，碳烟减少，改动成本低，改动周期短。
在一实施例中，如图1所示，根据尾气中NOx的含量控制燃油喷射系统的柴油中充入空气或CO2。无论充入空气还是CO2都可改善发动机的经济性和碳烟排放，充入CO2还可减少NOx排放。
所述空化气体包括空气和CO2。所述空化气体的CO2来源于二氧化碳储存装置或发动机EGR系统管路；所述空化气体的空气来源于空气储存装置或整车刹车系统气泵。在一实施例中，如图2所示，CO2来源于二氧化碳储气罐14且空气来源于空气储存罐13。
具体的，如图1所示，控制器根据发动机的转速（n）和扭矩（Te）得出发动机的当前工况，获取预存在控制器内的发动机MAP表内与当前工况对应的NOx的含量，控制不同的空化气体充入燃油喷射系统的柴油中。其中，为了方便采集发动机的转速，需要设置采集发动机转速的转速传感器，为了方便监测扭矩，设置有油门开度传感器，通过油门开度计算获得当前扭矩值。可以理解的，控制器内应当存储有MAP表， MAP表中记载有与当前工况所对应的NOx的含量。当NOx的含量达到第一预设阈值时，CO2作为空化气体充入燃油喷射系统的柴油中，其它工况下，空气作为空化气体充入燃油喷射系统的柴油中。具体的，第一预设阈值定义为NOx最大排放量的60%，那么MAP中NOx排放高的区域A则为NOx排放最大值60%以上工况对应的转速（n）和扭矩（Te）的区域。
CO2作为空化气体充入燃油喷射系统的柴油中，柴油喷入燃烧室时，CO2析出并空化膨胀，以此强化柴油破碎雾化和混合，提高燃烧效率，提升经济性。由于CO2的惰性，一定程度上可降低燃烧温度，抑制NOx排放。空气作为空化气体充入燃油喷射系统的柴油中，充入空气可提高空化程度，具有增强空化改善局部燃油过浓的效果，可提高发动机动力输出。
本发明的柴油机燃油喷射系统的主动空化方法能根据工况，实现排放调控。
在其他实施例中，也可以通过在发动机的排气管内设置NOx传感器，所述NOx传感器用于检测尾气中的NOx的含量。所述NOx传感器与控制器通信连接，所述控制器根据传感器的检测数值，用于控制输入柴油中的空化气体。其中，所述第一预设阈值的范围由本领域技术人员根据需要确定，此处不再赘述。
上述各实施例中的所述控制器为发动机的ECU。
本发明还提供了一种柴油机燃油喷射系统，所述柴油机燃油喷射系统为应用上述的主动空化方法的柴油机燃油喷射系统，包括通过管路连接的燃油喷射系统和气源系统，所述气源系统用于提供空化气体，所述管路上设置控制阀，所述控制阀与控制器通信连接。通过所述控制器控制所述控制阀的开闭，从而控制燃油中是否充入空化气体。相应的，所述气源系统连接在所述燃油喷射系统的油泵的前端，以便于对流入所述油泵的柴油充入空气。所述控制器为发动机的ECU6，ECU6与电脑7通信连接。
进一步的，所述气源系统包括储气装置，如图2所示，所述储气装置包括并联设置的空气储存罐13和二氧化碳储气罐14，空气储存罐13用于储存空化用的空气，二氧化碳储气罐14用于储存空化用的CO2。所述控制阀为第一控制阀8。可以理解的，为了方便控制不同的空化气体进入燃油中，空气储存罐13的出口端设置有第二控制阀12，二氧化碳储气罐14的出口端设置有第三控制阀11。第二控制阀12和第三控制阀11均为电控阀，所述控制器控制第二控制阀12和第三控制阀11的开闭。第二控制阀12打开时，第三控制阀11关闭，第三控制阀11打开时，第二控制阀12关闭。
在另一实施例中，所述气源系统为车上的现有气源：空气来自整车刹车系统气泵；CO2来自发动机EGR系统管路，在EGR系统管路的引出口位置设置中冷器，降低引出的CO2温度。
其中，所述燃油喷射系统包括通过第一管路依次连通的油箱1、燃油滤清器17、油泵、油轨3和喷油器2，所述油泵与燃油滤清器17之间的所述第一管路上设置有混合器15，混合器15通过第二管路与所述气源系统连通。所述气源系统输送的空化气体和所述第一管路输送的柴油在混合器15内混合。具体的，混合器15为超声波混合器，通过超声波促进气体与柴油的混合，使柴油中混入更多的气体。
具体的，所述气源系统包括通过第二管路依次设置的第一控制阀8、空气滤清器9和储气装置，第一控制阀8设置在靠近混合器15的位置。空气滤清器9用于过滤空化气体，避免杂质进入燃油。所述储气装置用于储存空化气体。在一实施例中，第一控制阀8为第二单向阀，所述第二单向阀控制所述第二管路内的气体从空气滤清器9流向混合器15，避免流体倒流。
进一步的，所述储气装置包括空气储存罐13和二氧化碳储气罐14，空气储存罐13通过第三管路与所述第二管路连通，二氧化碳储气罐14通过第四管路与所述第二管路连通。所述第三管路上设置有第二控制阀12，所述第四管路上设置有第三控制阀11。
为了保持空化气体的气压稳定，空气滤清器9和所述储气装置之间设置有稳压罐10。
具体的，所述油泵包括低压油泵5和高压油泵4，高压油泵4靠近油轨3设置，充入空化气体的柴油先经过低压油泵5加压后再通过高压油泵4加压。
为了避免混合器15处的燃油或者气体倒流，混合器15与燃油滤清器17之间设置有第一单向阀16，第一单向阀16控制柴油从燃油滤清器17单向流向混合器15。
本发明的柴油机燃油喷射系统，通过在低压油泵5前增加混合器15，混合器15与所述气源系统连通，所述气源系统提供的空化气体流入混合器15内，与流入混合器15内的柴油混合，使柴油中混入更多的气体，所述气体可以是空气或CO2，也可以是其他气体，从而实现柴油中气泡数量的增多。通过低压油泵5和高压油泵4加压后的高压燃油流向喷油器2，高压燃油中的气体在喷油器2的针阀打开后会膨胀，从而加强了空化，促进了燃油破碎和雾化，提升了柴油的喷雾效果。本发明的柴油机燃油喷射系统为主动空化燃油喷射系统，改造成本低，改动周期短。
本发明的柴油机燃油喷射系统工作时，柴油先被低压油泵5从油箱1抽出，依次经过燃油滤清器17、第一单向阀16、低压油泵5，然后到达高压油泵4，此时通过发动机的ECU6控制第二控制阀12、第三控制阀11及第一控制阀8的开闭，使气体以大于10bar的压力喷入混合器15，并通过超声波促进气体与柴油的混合，之后含较多气体的柴油被高压油泵4压到发动机需要的喷射压力下（如1800bar），然后通过油轨3和喷油器2喷出。此时由于柴油中有较多气泡，空化效应加强，从而可充分利用空化效应加强柴油雾化，提升热效率。同时，ECU6可通过控制空气和CO2气源位置的阀门，控制进入油路中的气体成分。
当发动机NOx排放高时，打开第三控制阀11，关闭第二控制阀12，CO2作为空化气体充入燃油喷射系统的柴油中，可产生缸内EGR效果，使得NOx排放降低。其它工况时，打开第二控制阀12，关闭第三控制阀11，空气作为空化气体充入燃油喷射系统的柴油中，从而增加燃烧室内的空气充量，可降低缸内碳烟排放。
在本方案的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本方案的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本方案的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种柴油机燃油喷射系统的主动空化方法，其特征在于，空化气体充入燃油喷射系统的油泵前端的柴油中，以增加燃油喷射系统中柴油的含气量实现主动空化；
所述空化气体包括空气和CO2，根据尾气中NOx的含量控制燃油喷射系统中充入空气或CO2；
当检测到NOx的含量达到第一预设阈值时，CO2作为空化气体充入燃油喷射系统的柴油中；
当检测到NOx的含量未达到第一预设阈值时，空气作为空化气体充入燃油喷射系统的柴油中。
2.根据权利要求1所述的柴油机燃油喷射系统的主动空化方法，其特征在于，根据发动机的转速和扭矩得出发动机的当前工况，获取发动机MAP表内与当前工况对应的NOx的含量，控制不同的空化气体充入燃油喷射系统的柴油中。
3.根据权利要求1所述的柴油机燃油喷射系统的主动空化方法，其特征在于，所述空化气体的CO2来源于二氧化碳储存装置或发动机EGR系统管路；所述空化气体的空气来源于空气储存装置或整车刹车系统气泵。
4.一种柴油机燃油喷射系统，所述柴油机燃油喷射系统为应用权利要求1-3任一项所述的主动空化方法的柴油机燃油喷射系统，其特征在于，包括通过管路连接的燃油喷射系统和气源系统，所述气源系统用于提供空化气体，所述管路上设置控制阀，所述控制阀与控制器通信连接；
所述气源系统连接在所述燃油喷射系统的油泵的前端。
5.根据权利要求4所述的柴油机燃油喷射系统，其特征在于，所述气源系统包括储气装置，所述储气装置包括并联设置的空气储存罐（13）和二氧化碳储气罐（14），所述空气储存罐（13）用于储存空化用的空气，所述二氧化碳储气罐（14）用于储存空化用的CO2；
或者，所述气源系统为车上的现有气源：空气来自整车刹车系统气泵；CO2来自发动机EGR系统管路，在EGR系统管路的引出口位置设置中冷器，降低引出的CO2温度。
6.根据权利要求4所述的柴油机燃油喷射系统，其特征在于，所述燃油喷射系统包括通过第一管路依次连通的油箱（1）、燃油滤清器（17）、油泵、油轨（3）和喷油器（2），所述油泵与所述燃油滤清器（17）之间的所述第一管路上设置有混合器（15），所述混合器（15）通过第二管路与所述气源系统连通。
7.根据权利要求6所述的柴油机燃油喷射系统，其特征在于，所述气源系统包括通过第二管路依次设置的第一控制阀（8）、空气滤清器（9）和储气装置，所述第一控制阀（8）设置在靠近所述混合器（15）的位置。
8.根据权利要求7所述的柴油机燃油喷射系统，其特征在于，所述储气装置包括空气储存罐（13）和二氧化碳储气罐（14），所述空气储存罐（13）通过第三管路与所述第二管路连通，所述二氧化碳储气罐（14）通过第四管路与所述第二管路连通；
所述第三管路上设置有第二控制阀（12），所述第四管路上设置有第三控制阀（11）。
9.根据权利要求7所述的柴油机燃油喷射系统，其特征在于，所述空气滤清器（9）和所述储气装置之间设置有稳压罐（10）。
10.根据权利要求6所述的柴油机燃油喷射系统，其特征在于，所述油泵包括低压油泵（5）和高压油泵（4），所述高压油泵（4）靠近所述油轨（3）设置。
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