CN116464589A - 双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双阀协同控制氢气助燃液氨‑柴油双燃料喷射系统及其控制方法，涉及发动机技术领域，燃油共轨管分别连接电控喷油器和油箱，液氨共轨管分别连接液氨喷射器、进出氨系统，进出氨系统里布置进氨管和回氨管，泵氨系统包括液氨储存分流器、低压泵、高压泵，分流系统包括储存罐、进氨控制阀、安全阀、出氨控制阀，液氨储存罐的出口依次连接低压泵、高压泵、液氨储存分流器、储存罐、进氨控制阀，进氨控制阀通过进氨管连接液氨共轨管，液氨储存罐的进口依次连接回氨控制阀、安全阀，安全阀通过回氨管连接液氨喷射器，液氨储存罐分别连接氢气储存罐和氮气储存罐。本发明为液氨作为燃料应用于发动机中，提供了一个可实施路径。

Description

双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统及方法

本申请是母案名称为“双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统”的发明专利的分案申请；母案申请的申请号为：CN202111374145.4；母案申请的申请日为：2021.11.19。

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统及其控制方法。

背景技术

在当前的研发的动力系统中，由于传统燃料的限制，难以解决高碳排放的问题，而全球气温变暖又是人类怠需解决的世界难题。因此，新型低碳燃料的开发至关重要，其中氢气和氨由于内部含有充足H元素，是世界认可的未来清洁能源的重要选择。当前对氢气的开发应用比较积极，是燃料电池的重要燃料。但氢气储存的难度极大，稳定性和危险性都较大，作为发动机的燃料也存在着爆震等难以解决的问题。对此，氨燃料就具有了重要的发展意义，作为氢的良载体，易于储存，不容易发生爆炸事故，作为发动机的燃料可采用掺混引燃的方式弥补着火困难的问题，成为了未来低碳燃料发展的重要方向。

由于氨气作为单一燃料燃烧，其自着火温度高，热值低，火焰传播速度低等问题很大程度上影响了其在发动机上的应用。而氨气双燃料燃烧，不仅能很好的解决纯氨燃料燃烧时的问题，还方便通过在现有的发动机基础上进行燃料适应性改进，从而进行相应的样件试制。因为氨气较慢的燃烧速度，因此预混燃烧的方式可能会造成氨发动机的热效率低。且氨气的自燃温度高，难以直接压燃需要其他燃料引燃。而掺混氢气方式可以进一步提高火焰传播速度，即可用于低压、也可用于高压双燃料发动机。但掺氢以后会增加存储难度，喷射系统的复杂程度和燃料的价格，安全性也难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供将液氨作为燃料应用于发动机中的双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统及其控制方法。

本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供一种双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统，包括电控喷油器、液氨喷射器、液氨共轨管、燃油共轨管、油箱、液氨储存罐、泵氨系统、分流系统和进出氨系统，所述燃油共轨管分别连接所述电控喷油器和所述油箱，所述液氨共轨管分别连接所述液氨喷射器和所述进出氨系统，所述进出氨系统里布置进氨管和回氨管，所述泵氨系统包括液氨储存分流器、低压泵和高压泵，所述分流系统包括储存罐、进氨控制阀、安全阀和出氨控制阀，所述液氨储存罐的出口依次连接所述低压泵、所述高压泵、所述液氨储存分流器、所述储存罐和所述进氨控制阀，所述进氨控制阀通过所述进氨管连接所述液氨共轨管，所述液氨储存罐的进口依次连接所述回氨控制阀和所述安全阀，所述安全阀通过所述回氨管连接所述液氨喷射器，所述液氨储存罐分别连接氢气储存罐和氮气储存罐；所述电控喷油器包括喷油器体、增压模块、蓄压谐振限流模块、压力平衡式电磁控制执行器和相变可控超雾化喷嘴模块，所述喷油器体上设置单向进氨口和进氨管路，所述增压模块、所述蓄压谐振限流模块、所述压力平衡式电磁控制执行器位于所述喷油器体里，并自上而下依次设置，所述相变可控超雾化喷嘴模块位于所述压力平衡式电磁控制执行器下方。

优选地，所述增压模块包括磁轭、主副磁极、增压活塞、衔铁、限位块、双密封阀杆、上阀杆座和下阀杆座，所述衔铁套于所述双密封阀杆顶部，所述磁轭与所述衔铁之间设置复位弹簧，所述复位弹簧外侧设置所述主副磁极，所述主副磁极缠绕线圈，所述双密封阀杆的中部位于所述上阀杆座里，所述双密封阀杆的底部位于所述下阀杆座里，所述双密封阀杆的中部套有阀杆复位弹簧，所述双密封阀杆的中部与底部之间设置双密封凸起，所述上阀杆座、所述下阀杆座与所述双密封阀杆对应的面上均设置密封面，所述增压活塞位于所述下阀杆座下方，所述增压活塞外部套有增压活塞复位弹簧，所述上阀杆座里设置相通的回氨通道和中间管路，所述下阀杆座里设置进氨通道，所述下阀杆座里所述双密封凸起所在空间为连通空间，所述连通空间与所述中间管路相通。

优选地，所述蓄压谐振限流模块包括谐振块、谐振中间块、菱形密封块、限流活塞和阀座，所述增压活塞下方的所述喷油器体里设置蓄压腔，所述喷油器体上设置液冷管入口，所述液冷管入口连通所述蓄压腔，所述蓄压腔下方依次设置所述谐振块、所述谐振中间块、所述菱形密封块和所述阀座，所述阀座里设置所述限流活塞，所述谐振中间块里设置中间块复位弹簧，所述谐振中间块的底部分别设置进油孔和谐振块进氨路节流孔，所述菱形密封块位于所述限流活塞之上，所述限流活塞里设置中间孔，所述限流活塞下方设置限流活塞复位弹簧，所述限流活塞复位弹簧下方设置储存腔。

优选地，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、一号出氨路和二号出氨路，所述一号进氨腔分别连通所述一号进氨路和所述一号出氨路，所述二号进氨腔分别连通所述二号进氨路和所述二号出氨路，所述一号进氨腔与所述二号进氨腔通过连通孔相通，所述一号进氨腔通过一号进氨节流孔连通所述一号进氨路，所述一号进氨腔通过二号进氨节流孔连通所述蓄压腔。

优选地，所述压力平衡式电磁控制执行器包括压电主副磁极、压电衔铁和平衡阀杆，所述压电主副磁极位于所述喷油器体里，所述喷油器体下方依次设置压电块和中间块，所述压电块上端设置低压腔，所述低压腔里设置所述压电衔铁，所述压电衔铁位于所述压电主副磁极下方，所述平衡阀杆穿过所述压电衔铁，所述平衡阀杆上端位于所述压电主副磁极里，所述平衡阀杆下端位于所述压电块里，位于所述压电主副磁极里的所述平衡阀杆套有平衡阀杆复位弹簧，所述中间块里设置回油腔和进油节流孔，所述平衡阀杆下方的腔通过回油节流孔连通所述回油腔。

优选地，所述相变可控超雾化喷嘴模块包括喷嘴体、阀座、针阀体和自调节阀块，所述阀座位于所述喷嘴体里，所述针阀体位于所述阀座里，所述针阀体的头部位于所述自调节阀块里并与其形成控制腔，所述自调节阀块位于所述中间块下方，所述控制腔连通所述回油腔，所述针阀体的中部与所述自调节阀块之间设置针阀体复位弹簧，所述针阀体、所述自调节阀块与所述阀座之间形成进氨管路，所述阀座与所述喷嘴体之间形成冷媒入口，所述针阀体底部与所述阀座底部形成喷射流道，所述喷射流道与所述进氨管路之间形成盛氨槽。

本发明还提供一种以上所述的双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统的控制方法，包括无增压控制模式和增压控制模式；

无增压控制模式：增压模块不通电，进氨通道密封，增压活塞在弹簧预紧力作用下处于复位状态，氨燃料通过单向进氨口后储存在蓄压腔中，限流活塞和菱形密封块整体向下位移，当压力平衡式电磁控制执行器通电时，压电衔铁克服压电弹簧预紧力向上运动，控制腔内的燃料通过回油节流孔流回到低压腔内，当控制腔内的压力和针阀体复位弹簧的弹力形成的合力小于盛氨槽内向上的液压力时，针阀体向上抬起，当压力平衡式电磁控制执行器部分断电时，压电衔铁向下运动，带动平衡阀杆向下运动，实现密封，控制腔通过进油节流孔重新建压，当控制腔内的压力和针阀体复位弹簧的弹力形成的合力大于盛氨槽内向上的液压力时，针阀体重新落座，喷射系统停止喷射，限流活塞和菱形密封块整体恢复到初始位置；

增压控制模式：增压模块通电，衔铁向上运动，同时带动双密封阀杆向上运动，打开进氨通道，关闭回氨通道，液氨聚集在增压活塞上表面，增压活塞向下运动；当压力平衡式电磁控制执行器通电时，压电衔铁克服压电复位弹簧预紧力向上运动，控制腔内的燃料通过回油节流孔流回到低压腔内，当控制腔内的压力和针阀体复位弹簧的弹力形成的合力小于盛氨槽内向上的液压力时，针阀体向上抬起，当压力平衡式电磁控制执行器部分断电时，压电衔铁向下运动，重新密封回油油路，同时带动平衡阀杆向下运动，实现密封，控制腔通过进油节流孔重新建压，当控制腔内的压力和针阀体复位弹簧的弹力形成的合力大于盛氨槽内向上的液压力时，针阀体重新落座，喷射系统停止喷射。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、以低压储存罐作为媒介，实现液态氨的安全性贮藏。并联液氨制氢反应机构，实现燃料电池及发动机氢气的供给源，以及发动机氨燃料的供给源，可极大地提高储存效率；

2、发明双燃料供给系统，提出的柴油引燃、氢气助燃燃烧模式改善了氨燃料燃烧困难，反应不充分的问题；

3、液氨和氢气供给系统中采用双层高压油管和双层共轨管结构，同时在夹层接口设置检测传感器和氮气吹扫装置，保证系统可以及时发现氨燃料泄漏，实现本质安全；

4、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。

5、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；

6、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；

7、采用谐振块调整系统内压力波动，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。同时设计了流量限制器，防止异常喷射的发生；

8、采用平衡阀控制方式，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；

9、中间块和自调节阀块的结合设计，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。

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为本发明的结构示意图；

图2为液氨和氢气供给系统整体结构示意图；

图3为双阀协同控制氨燃料喷射器的结构示意图；

图4为增压模块结构示意图；

图5为蓄压腔热管理模块结构示意图；

图6为谐振块结构示意图；

图7为压力平衡式电磁控制执行器结构示意图；

图8为相变可控超雾化喷嘴模块结构示意图；

图9为双燃料气缸部分结构放大图；

图10为相变可控超雾化喷嘴模块三维整体结构示意图；

图11为相变可控超雾化喷嘴模块三维剖面结构示意图。

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。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

结合图1-11，图1为本发明整体结构示意图，燃油供给系统包括油箱7、滤清器6、高压油泵4及电机、回油管路5、燃油共轨管11、流量限制器12、高压油管3和13、电控喷油器14，燃油共轨管11右端分别与高压油泵4、滤清器6和油箱7连通，燃油共轨管11上开有多个液压油出口，液压油出口上连接流量限制器12，保障异常工况时及时关闭，减小损失。流量限制器12的个数根据内燃机气缸的个数确定，流量限制器12通过高压油管13与电控喷油器14相连通。电控喷油器14通过回油管路5连接油箱7。

图2为液氨和氢气供给系统详细示意图，主要包括液氨储存罐24、氢气储存罐25、氮气储存罐23、泵氨系统22、分流系统21、进出氨系统19、进氨管17、回氨管18、液氨共轨管1、液氨泄漏检测口10、双层高压油管2、液氨喷射器8。泵氨系统22包括液氨储存分流器31、低压泵及电机26、高压泵及电机27，分流系统21包括储存罐32、进氨控制阀33、安全阀38和回氨控制阀39，液氨储存罐24的出口依次连接低压泵、高压泵、液氨储存分流器31、储存罐32和进氨控制阀33，在低压环路上设置溢流阀28来控制输送压力，在高压环路上设置安全阀29来控制高压燃料输送压力，液氨储存分流器31与高压泵之间设置温度控制器30，进氨控制阀33通过进氨管17连接液氨共轨管1，液氨共轨管1内的液氨通过双层高压油管2供给到液氨喷射器8，液氨储存罐24的进口依次连接回氨控制阀39和安全阀38，安全阀38通过回氨管18连接液氨喷射器8，液氨储存罐24分别连接氢气储存罐25和氮气储存罐23。燃料经储存罐32和进氨控制阀33供入进氨口34，然后通过进氨管17供入液氨共轨管1。液氨喷射器8中多余的液氨经回氨管18供入回氨口35，通过通过安全阀38和回氨控制阀39返回液氨储存罐24。液氨泄漏检测口10设置于液氨共轨管1的端部。

图3为双阀协同控制氨燃料喷射器(液氨喷射器8)结构示意图，包括单向进氨口40、增压模块41、喷油器体42、蓄压谐振限流模块44、进氨管路45、压力平衡式电磁控制执行器46、喷嘴热管理模块47及相变可控超雾化喷嘴模块48。喷油器体42上设置单向进氨口40和进氨管路45，增压模块41、蓄压谐振限流模块44、压力平衡式电磁控制执行器46位于喷油器体42里，并自上而下依次设置，相变可控超雾化喷嘴模块48位于压力平衡式电磁控制执行器46下方。在蓄压谐振限流模块44上设计蓄压腔热管理模块43，包括冷媒的入口65和出口43，冷媒的入口65和出口43设置于喷油器体42上。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4为喷射器增压模块详细示意图，增压模块41包括磁轭49、复位弹簧50、主副磁极51、线圈52、回氨通道53、增压活塞复位弹簧56、衔铁57、限位块58、阀杆复位弹簧59、双密封阀杆60、进氨通道61和中间管路62。衔铁57套于双密封阀杆60顶部，并通过限位块58与双密封阀杆60固定，磁轭49与衔铁57之间设置复位弹簧50，复位弹簧50外侧设置主副磁极51，主副磁极51缠绕线圈52，双密封阀杆60的中部位于上阀杆座里，双密封阀杆60的底部位于下阀杆座里，双密封阀杆60的中部套有阀杆复位弹簧59，双密封阀杆60的中部与底部之间设置双密封凸起，上阀杆座、下阀杆座与双密封阀杆60对应的面上均设置密封面，增压活塞位于下阀杆座下方，增压活塞外部套有增压活塞复位弹簧56，上阀杆座里设置相通的回氨通道53和中间管路，下阀杆座里设置进氨通道61和中间管路62，下阀杆座里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。增压活塞下表面63下方为蓄压腔64。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5为蓄压谐振限流模块示意图，主要包括蓄压腔64、液冷管入口65、谐振块66、谐振中间块67、复位弹簧68、进油孔69、菱形密封块70、限流活塞71、进氨道72、储存腔73、谐振块进氨路74、中间腔75、谐振块进氨路节流孔76、阀座77、中间孔78和复位弹簧79。增压活塞下方的喷油器体42里设置蓄压腔64，喷油器体42上设置液冷管入口65，液冷管入口65连通蓄压腔64，蓄压腔64下方依次设置谐振块66、谐振中间块67、菱形密封块70和阀座77，阀座77里设置限流活塞71，谐振中间块67里设置中间块复位弹簧68，谐振中间块67的底部分别设置进油孔69和谐振块进氨路节流孔76，菱形密封块70位于限流活塞71之上，限流活塞71里设置中间孔78，限流活塞71下方设置限流活塞复位弹簧79，限流活塞复位弹簧79下方设置储存腔73，限流活塞71中设有中间孔78。液氨由谐振块66流入到中间腔75中，然后通过进油孔69和谐振块进氨路节流孔76、菱形密封块70、限流活塞71流入储存腔73，储存腔73内的液氨由进氨道72供入盛氨槽104中。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6为谐振块27示意图，主要包括由一号进氨路80、一号进氨节流孔81、二号进氨节流孔82、一号进氨腔83、一号出氨路84、二号进氨路85、二号进氨腔86、连通孔87以及二号出氨路88。一号进氨腔83分别连通一号进氨路80和一号出氨路84，二号进氨腔86分别连通二号进氨路85和二号出氨路88，一号进氨腔83与二号进氨腔86通过连通孔87相通，一号进氨腔83通过一号进氨节流孔81连通一号进氨路80，一号进氨腔83通过二号进氨节流孔82连通蓄压腔64。

图7为压力平衡式电磁控制执行器示意图，主要包括：主副磁极89、线圈90、压电衔铁91、低压腔92、进氨管路93、回油节流孔94、复位弹簧95、平衡阀杆96、进油管路97、进油节流孔98以及回油腔99。压电主副磁极89位于喷油器体42里，喷油器体42下方依次设置压电块和中间块101，压电块上端设置低压腔92，低压腔92里设置压电衔铁91，压电衔铁91位于压电主副磁极89下方，压电主副磁极89上缠绕线圈90，平衡阀杆96穿过压电衔铁91，平衡阀杆96上端位于压电主副磁极89里，平衡阀杆96下端位于压电块里，压电块里设置进氨管路93，位于压电主副磁极89里的平衡阀杆96套有平衡阀杆复位弹簧95，中间块里设置回油腔99和进油节流孔98，平衡阀杆96下方的腔通过回油节流孔94连通回油腔99。

图8为相变可控超雾化喷嘴模块示意图，主要包括喷嘴体、阀座、进氨管路100、中间块101、自调节阀块102、冷媒入口103、盛氨槽104、喷射流道105、控制腔106、复位弹簧108、针阀体109、针阀密封面110以及喷嘴座面111。阀座位于喷嘴体里，针阀体109位于阀座里，针阀体109的头部位于自调节阀块102里并与其形成控制腔106，自调节阀块102位于中间块101下方，控制腔106连通回油腔99，针阀体109的中部与自调节阀块102之间设置针阀体复位弹簧108，针阀体109、自调节阀块102与阀座之间形成进氨管路100，阀座与喷嘴体之间形成冷媒入口103，针阀体109底部与阀座底部形成喷射流道105，喷射流道105与进氨管路100之间形成盛氨槽104。针阀体109落座后通过其下端的针阀密封面110与喷嘴座面111密封，以停止喷射。

图9为液氨-柴油双燃料气缸示意图，主要包括曲柄114、活塞16、气缸115、进气口15、进气阀杆113、进气阀杆弹簧112、出气口9、出气阀杆116、出气阀杆弹簧117、氢气进气口120、安全阀119、空气进气口118。气缸115上设置进气口15、出气口9、进气阀杆113和出气阀杆116，进气口15通过管路分别连接空气进气口118和氢气进气口120，氢气进气口120与空气进气口118之间的管路上设置安全阀119，进气阀杆113上设置进气阀杆弹簧112，出气阀杆116上设置出气阀杆弹簧117。气缸115内设置活塞16，活塞16通过曲轴与曲柄114连接。

图10、11为所设计的超雾化喷嘴，整体设计采用内锥结构，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。

液氨储存罐24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。同时在燃料供给初期，设立了氢气和氮气制备模块，用储存的液氨转化为氨气，随后用提纯后的氨气制备燃烧所需的氢气和系统吹扫所需的氮气。并分别储存在氢气储存罐25和氮气储存罐23中。液氨储存罐24中储存的液氨先经过泵氨系统22，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28和安全阀29。在低压环路设置溢流阀28来控制输送压力，当压力过高时，多余的液氨通过溢流阀28回到液氨储存罐24中。在高压环路设置安全阀29来控制高压燃料输送压力，通过主动控制来调整输出压力，多余的液氨通过安全阀29回到液氨储存罐24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30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。随后燃料进入液氨储存分流器31，通过双阀和双容腔的综合控制，保证燃料的稳定供给，随后通过储存罐32、进氨控制阀33供入进氨口34，进而导入液氨共轨管1。系统中的液氨共轨管1采用双层结构，避免液氨泄漏到大气。同时在共轨管端口设置氨气泄漏检测传感器，及时的进行系统反馈。液氨共轨管1内的液氨通过双层高压油管2供给到液氨喷射器8，通过喷射器内电磁阀控制，随后向气缸内喷射。

油箱7储存着系统中作为引燃的柴油，高压油泵4从油箱7中吸取燃油，在高压油泵4和油箱7之间设置有滤清器6，燃油通过滤清器6得到过滤。而后燃油被输送到燃油共轨管11，燃油共轨管11上开有多个液压油出口，每个液压油出口都通过高压油管13与电控喷油器14相连通，通过电控喷油器14内电磁阀控制，随后向气缸115内喷射。

液态氨燃料由单向进氨口40进入蓄压腔64中，单向进氨口40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40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64后，经由谐振块66向下供给。谐振块66由三个管路80、82和85组成。燃料分别从三个管路流入限流器内，一号进氨路80为主流道，中间流过一号进氨节流孔81，对液氨流动起到滤波的作用，随后流入一号进氨腔83中。二号进氨路85为副流道，中间未设置节流孔，通过二号进氨腔86和二号出氨路88后，直接流入限流器。而二号进氨节流孔82和连通孔87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40设置在喷油器体42内部。谐振中间块67不仅对整体限流阀组件起到了限位作用，而且与复位弹簧68进行配合，一方面作为复位弹簧68的弹簧座，另一方面限制了限流活塞71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，菱形密封块70的下端面和限流活塞71和支撑控制阀座77的上端面配合。阀座77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菱形密封块70的落座面。液氨由谐振块66流入到中间腔75中，分别通过进油孔69和谐振块进氨路节流孔76流到限流阀中。受液压力的作用，随着液氨供给，菱形密封块70克服弹簧力向下运动。当燃料供给量高于限制值时，菱形密封块70与阀座77配合实现密封，断开燃料供给，避免拉缸。当燃料供给中断后，受弹簧力作用菱形密封块70快速复位。

经过限流器，液氨由进氨道72供入盛氨槽104中，由压力平衡式电磁控制执行器和超雾化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，采用柴油作为伺服油，通过调整控制腔106内压力水平，改变针阀体109上下受力，从而控制喷射定时。本发明中采用平衡阀控制方式，平衡阀杆96由压电衔铁91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96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97和进油节流孔98流入控制腔106中，当未通电时，受到弹簧预紧力95的作用，压电衔铁91和平衡阀杆96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97，经过进油节流孔98流道，向控制腔106供给。回油腔99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106中，控制腔106是由中间块101、自调节阀块102和控制阀杆上端面107三部分结合而成的，实现密封。通过调控控制腔106内的压力，改变针阀体109上下受力差，实现燃料喷射的精准控制。而中间块101、自调节阀块102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。具体喷射过程的工作原理如下：

当采用无增压模式工作时，增压模块41不通电，由于此时增压活塞各个作用面的压力平衡，受到复位弹簧50、增压活塞复位弹簧56预紧力的作用衔铁57及双密封阀杆60处于压紧状态，进氨通道61密封。此时增压模块41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40后储存在蓄压腔64中，经过谐振块66流入限流阀内。由于谐振块66对液氨的节流作用，使得蓄压腔64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71和菱形密封块70整体向下位移，对喷射的压力进行了一定的补偿。经过限流阀的液氨由进氨道72供入盛氨槽104中。当压力平衡式电磁控制执行器通电时，受到磁场的影响，压电衔铁91克服复位弹簧95预紧力向上运动，打开回油通道，控制腔106与低压泄漏孔相连通，控制腔106内的燃料通过低压泄油孔流回到低压腔92内。当控制腔106内的压力和复位弹簧108的弹力形成的合力小于盛氨槽104内向上的液压力时，针阀体109向上抬起，喷孔打开，喷射器开始喷氨。当喷氨控制阀部分断电时，失去磁场影响，受到弹簧预紧力的作用，压电衔铁91向下运动，重新密封回油油路。同时带动平衡阀杆96向下运动，实现密封。控制腔106通过进油节流孔98重新建压，当控制腔106内的压力和复位弹簧108的弹力形成的合力大于盛氨槽104内向上的液压力时，针阀体109重新落座，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78，限流活塞71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71和菱形密封块70整体又恢复到初始位置。

当采用增压模式工作时，增压模块41通电，线圈52通电，主副磁极51形成电磁力，吸引衔铁57向上运动，同时带动双密封阀杆60向上运动，打开进氨通道61，关闭回氨通道53。液氨聚集在增压活塞上表面54，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64内容积压缩，压力提高。增压模块41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41中，中间腔55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块66流入限流阀内。经过限流阀的液氨由进氨道72供入盛氨槽104中。当压力平衡式电磁控制执行器通电时，受到磁场的影响，压电衔铁91克服复位弹簧95预紧力向上运动，打开回油通道，控制腔106与低压泄漏孔相连通，控制腔106内的燃料通过低压泄油孔流回到低压腔92内。当控制腔106内的压力和复位弹簧108的弹力形成的合力小于盛氨槽104内向上的液压力时，针阀体109向上抬起，喷孔打开，喷射器开始喷氨。当喷氨控制阀部分断电时，失去磁场影响，受到弹簧预紧力的作用，压电衔铁91向下运动，重新密封回油油路。同时带动平衡阀杆96向下运动，实现密封。控制腔106通过进油节流孔98重新建压，当控制腔106内的压力和复位弹簧108的弹力形成的合力大于盛氨槽104内向上的液压力时，针阀体109重新落座，喷射器停止喷射。

在蓄压谐振限流模块44和超雾化喷嘴模块48设计热管理模块，包括冷媒的入口65、103和出口43。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。

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。柴油和液氨分别由电控喷油器14和液氨喷射器8喷入气缸115中，氢气由安全阀119控制通过进气口120与由进气口118喷入的空气混合，由进气口15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114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116打开，将废气排出。在阀杆运动过程，进气阀杆弹簧112和出气阀杆弹簧117起到复位的作用。

系统运行过程中，多余柴油通过回油管路5回到油箱7中。多余的液氨通过回氨管18和安全阀38返回液氨储存罐24中。在液氨燃料供给系统中，氮气起到吹扫的作用，在多处管路中都有涉及。

有上述描述可知，本发明以低压储存罐作为媒介，实现液态氨的安全性贮藏。并联液氨制氢反应机构，实现燃料电池及发动机氢气的供给源，以及发动机氨燃料的供给源，可极大地提高储存效率；提出的柴油引燃、氢气助燃燃烧模式改善了氨燃料燃烧困难，反应不充分的问题；同时，液氨和氢气供给系统中采用双层高压油管和双层共轨管结构，同时在夹层接口设置检测传感器和氮气吹扫装置，保证系统可以及时发现氨燃料泄漏，实现本质安全。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。采用平衡阀控制方式，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。中间块和自调节阀块的结合设计，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。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统，其特征在于：包括电控喷油器、液氨喷射器、液氨共轨管、燃油共轨管、油箱、液氨储存罐、泵氨系统、分流系统和进出氨系统，所述燃油共轨管分别连接所述电控喷油器和所述油箱，所述液氨共轨管分别连接所述液氨喷射器和所述进出氨系统，所述进出氨系统里布置进氨管和回氨管，所述泵氨系统包括液氨储存分流器、低压泵和高压泵，所述分流系统包括储存罐、进氨控制阀、安全阀和出氨控制阀，所述液氨储存罐的出口依次连接所述低压泵、所述高压泵、所述液氨储存分流器、所述储存罐和所述进氨控制阀，所述进氨控制阀通过所述进氨管连接所述液氨共轨管，所述液氨储存罐的进口依次连接所述回氨控制阀和所述安全阀，所述安全阀通过所述回氨管连接所述液氨喷射器，所述液氨储存罐分别连接氢气储存罐和氮气储存罐；所述电控喷油器包括喷油器体、增压模块、蓄压谐振限流模块、压力平衡式电磁控制执行器和相变可控超雾化喷嘴模块，所述喷油器体上设置单向进氨口和进氨管路，所述增压模块、所述蓄压谐振限流模块、所述压力平衡式电磁控制执行器位于所述喷油器体里，并自上而下依次设置，所述相变可控超雾化喷嘴模块位于所述压力平衡式电磁控制执行器下方。

2.根据权利要求1所述的双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统，其特征在于：所述增压模块包括磁轭、主副磁极、增压活塞、衔铁、限位块、双密封阀杆、上阀杆座和下阀杆座，所述衔铁套于所述双密封阀杆顶部，所述磁轭与所述衔铁之间设置复位弹簧，所述复位弹簧外侧设置所述主副磁极，所述主副磁极缠绕线圈，所述双密封阀杆的中部位于所述上阀杆座里，所述双密封阀杆的底部位于所述下阀杆座里，所述双密封阀杆的中部套有阀杆复位弹簧，所述双密封阀杆的中部与底部之间设置双密封凸起，所述上阀杆座、所述下阀杆座与所述双密封阀杆对应的面上均设置密封面，所述增压活塞位于所述下阀杆座下方，所述增压活塞外部套有增压活塞复位弹簧，所述上阀杆座里设置相通的回氨通道和中间管路，所述下阀杆座里设置进氨通道，所述下阀杆座里所述双密封凸起所在空间为连通空间，所述连通空间与所述中间管路相通。

3.根据权利要求1所述的双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统，其特征在于：所述蓄压谐振限流模块包括谐振块、谐振中间块、菱形密封块、限流活塞和阀座，所述增压活塞下方的所述喷油器体里设置蓄压腔，所述喷油器体上设置液冷管入口，所述液冷管入口连通所述蓄压腔，所述蓄压腔下方依次设置所述谐振块、所述谐振中间块、所述菱形密封块和所述阀座，所述阀座里设置所述限流活塞，所述谐振中间块里设置中间块复位弹簧，所述谐振中间块的底部分别设置进油孔和谐振块进氨路节流孔，所述菱形密封块位于所述限流活塞之上，所述限流活塞里设置中间孔，所述限流活塞下方设置限流活塞复位弹簧，所述限流活塞复位弹簧下方设置储存腔。

4.根据权利要求3所述的双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统，其特征在于：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、一号出氨路和二号出氨路，所述一号进氨腔分别连通所述一号进氨路和所述一号出氨路，所述二号进氨腔分别连通所述二号进氨路和所述二号出氨路，所述一号进氨腔与所述二号进氨腔通过连通孔相通，所述一号进氨腔通过一号进氨节流孔连通所述一号进氨路，所述一号进氨腔通过二号进氨节流孔连通所述蓄压腔。

5.根据权利要求1所述的双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统，其特征在于：所述压力平衡式电磁控制执行器包括压电主副磁极、压电衔铁和平衡阀杆，所述压电主副磁极位于所述喷油器体里，所述喷油器体下方依次设置压电块和中间块，所述压电块上端设置低压腔，所述低压腔里设置所述压电衔铁，所述压电衔铁位于所述压电主副磁极下方，所述平衡阀杆穿过所述压电衔铁，所述平衡阀杆上端位于所述压电主副磁极里，所述平衡阀杆下端位于所述压电块里，位于所述压电主副磁极里的所述平衡阀杆套有平衡阀杆复位弹簧，所述中间块里设置回油腔和进油节流孔，所述平衡阀杆下方的腔通过回油节流孔连通所述回油腔。

6.根据权利要求5所述的双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统，其特征在于：所述相变可控超雾化喷嘴模块包括喷嘴体、阀座、针阀体和自调节阀块，所述阀座位于所述喷嘴体里，所述针阀体位于所述阀座里，所述针阀体的头部位于所述自调节阀块里并与其形成控制腔，所述自调节阀块位于所述中间块下方，所述控制腔连通所述回油腔，所述针阀体的中部与所述自调节阀块之间设置针阀体复位弹簧，所述针阀体、所述自调节阀块与所述阀座之间形成进氨管路，所述阀座与所述喷嘴体之间形成冷媒入口，所述针阀体底部与所述阀座底部形成喷射流道，所述喷射流道与所述进氨管路之间形成盛氨槽。

7.一种权利要求1-6中任一项所述的双阀协同控制氢气助燃液氨-柴油双燃料喷射系统的控制方法，其特征在于：包括无增压控制模式和增压控制模式；

无增压控制模式：增压模块不通电，进氨通道密封，增压活塞在弹簧预紧力作用下处于复位状态，氨燃料通过单向进氨口后储存在蓄压腔中，限流活塞和菱形密封块整体向下位移，当压力平衡式电磁控制执行器通电时，压电衔铁克服压电弹簧预紧力向上运动，控制腔内的燃料通过回油节流孔流回到低压腔内，当控制腔内的压力和针阀体复位弹簧的弹力形成的合力小于盛氨槽内向上的液压力时，针阀体向上抬起，当压力平衡式电磁控制执行器部分断电时，压电衔铁向下运动，带动平衡阀杆向下运动，实现密封，控制腔通过进油节流孔重新建压，当控制腔内的压力和针阀体复位弹簧的弹力形成的合力大于盛氨槽内向上的液压力时，针阀体重新落座，喷射系统停止喷射，限流活塞和菱形密封块整体恢复到初始位置；

增压控制模式：增压模块通电，衔铁向上运动，同时带动双密封阀杆向上运动，打开进氨通道，关闭回氨通道，液氨聚集在增压活塞上表面，增压活塞向下运动；当压力平衡式电磁控制执行器通电时，压电衔铁克服压电复位弹簧预紧力向上运动，控制腔内的燃料通过回油节流孔流回到低压腔内，当控制腔内的压力和针阀体复位弹簧的弹力形成的合力小于盛氨槽内向上的液压力时，针阀体向上抬起，当压力平衡式电磁控制执行器部分断电时，压电衔铁向下运动，重新密封回油油路，同时带动平衡阀杆向下运动，实现密封，控制腔通过进油节流孔重新建压，当控制腔内的压力和针阀体复位弹簧的弹力形成的合力大于盛氨槽内向上的液压力时，针阀体重新落座，喷射系统停止喷射。