CN116537985B - 发动机燃料喷射装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机燃料喷射装置及控制方法，其中，发动机燃料喷射装置、包括发动机进气管、甲醇喷嘴、高压气瓶、调压阀、电控模块及目标监测模块，甲醇喷嘴包括甲醇排出通道及用于将甲醇排出通道排出甲醇雾化的压缩空气排出通道，甲醇排出通道的出气端和压缩空气排出通道的出气端均位于发动机进气管。压缩空气排出通道的进气端与高压气瓶连接，高压气瓶内容置有高压气体。调压阀安装在压缩空气排出通道上。目标监测模块的测量端安装在发动机进气管的内腔。本申请提供的发动机燃料喷射装置提高了发动机内甲醇燃烧效率。

Description

发动机燃料喷射装置及控制方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种发动机燃料喷射装置及控制方法。
背景技术
甲醇燃料在常温常压下为液体，化学组分单一，不含硫化物，抗暴性好，含氧量高达50%，作为一种发动机未来的替代燃料，具有来源广泛、制备简单、燃烧性能优异等特点，同时有降低碳烟和氮氧化物排放等优点，在众多替代燃料中，甲醇具有重要的研究价值和光明的应用前景。
然而，由于甲醇的汽化潜热是汽柴油的3-4倍，高的汽化潜热使得甲醇燃料在进气歧管蒸发过程中会吸收更多热量，进一步降低了进气歧管及缸内平均温度，产生的冷却效应会妨碍甲醇燃料完全汽化，造成甲醇燃料喷入进气歧管中雾化不良，不能快速形成可燃混合气。发动机高负载运行时，进气背压较大，雾化不良的甲醇液体更难与空气混合，无法形成有效的可燃混合气。
同时，由于冷却效应会使雾化不良的甲醇燃料进一步凝结聚集，形成体积较大的液滴，这些液滴会附着在进气歧管壁上，并随着混合气流入气缸内。甲醇液滴长时间附着在进气歧管壁上，会对歧管产生腐蚀作用，影响歧管的使用寿命；进入气缸的液滴无法完全燃烧，会沿着气缸壁流入曲轴箱与汽油混合，造成机油乳化，影响机油使用寿命，发动机内甲醇燃烧效率降低。
因此，如何提高发动机内甲醇燃烧效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种发动机燃料喷射装置及控制方法，以提高发送机内甲醇燃烧效率。
为实现上述目的，本发明提供一种发动机燃料喷射装置，包括：
发动机进气管；
甲醇喷嘴，所述甲醇喷嘴包括甲醇排出通道及用于将所述甲醇排出通道排出甲醇雾化的压缩空气排出通道，所述甲醇排出通道的出气端和所述压缩空气排出通道的出气端均位于所述发动机进气管；
高压气瓶，所述压缩空气排出通道的进气端与所述高压气瓶连接，所述高压气瓶内容置有高压气体；
调压阀，所述调压阀安装在所述压缩空气排出通道上；
目标监测模块，所述目标监测模块的测量端安装在所述发动机进气管的内腔；
与所述目标监测模块和所述调压阀信号连接的电控模块，所述电控模块在所述测量端的目标值满足预设条件时，控制所述调压阀打开，所述压缩空气排出通道内气体喷射压力以预设压力值喷出。
可选地，在上述发动机燃料喷射装置中，所述压缩空气排出通道的出气端伸入所述甲醇排出通道内腔。
可选地，在上述发动机燃料喷射装置中，所述甲醇排出通道的出气端为沿气流方向向内渐缩的锥形缩口，所述压缩空气排出通道的出气端伸入所述锥形缩口位置。
可选地，在上述发动机燃料喷射装置中，还包括甲醇轨及用于向所述甲醇轨输送甲醇的甲醇箱，所述甲醇轨上设有多个甲醇喷嘴。
可选地，在上述发动机燃料喷射装置中，所述预设压力值大于所述发动机进气管中由增压器从大气中吸入的空气的压力，且所述预设压力值与所述发动机进气管中由增压器从大气中吸入的空气的压力相差第一压力值。
可选地，在上述发动机燃料喷射装置中，所述目标监测模块包括压力传感器，所述电控模块接收所述压力传感器测量的实时压力值，以在所述实时压力值高于所述预设压力值时，则所述电控模块在所述测量端的目标值满足预设条件，控制所述调压阀以第一预设开度打开，所述压力传感器用于测量所述发动机进气管中由增压器从大气中吸入的空气的压力。
可选地，在上述发动机燃料喷射装置中，所述目标监测模块包括温度传感器，所述温度传感器用于测量发动机进气管中由增压器从大气中吸入的空气的温度，所述电控模块接收所述温度传感器测量的实时温度值，以在获取的所述温度传感器测量的实时温度值高于预设温度值时，则所述电控模块在所述测量端的目标值满足预设条件，控制所述调压阀以第二预设开度打开。
可选地，在上述发动机燃料喷射装置中，还包括压力测量装置及与所述压力测量装置连接，以在获取所述压力测量装置的压力测量值小于预设压力值时报警的报警装置，所述压力测量装置测量所述高压气瓶内压力。
可选地，在上述发动机燃料喷射装置中，所述压缩空气排出通道的出气端与所述甲醇排出通道的出气端平行设置；沿甲醇喷嘴的出气口方向投影，所述甲醇排出通道的出气端投影位于所述压缩空气排出通道的出气端投影范围内。
一种发动机燃料喷射控制方法，通过上述任一项所述的发动机燃料喷射装置实现，包括步骤：
通过目标监测模块的测量端获取发动机进气管内的目标值；
通过比较目标值与预设条件；
当目标值达到预设条件时，电控模块控制调压阀打开，压缩空气排出通道内气体喷射压力以预设压力值喷出。
在上述技术方案中，本发明提供的发动机燃料喷射装置包括发动机进气管、甲醇喷嘴、高压气瓶、调压阀、电控模块及目标监测模块，甲醇喷嘴包括甲醇排出通道及用于将甲醇排出通道排出甲醇雾化的压缩空气排出通道，甲醇排出通道的出气端和压缩空气排出通道的出气端均位于发动机进气管。压缩空气排出通道的进气端与高压气瓶连接，高压气瓶内容置有高压气体。调压阀安装在压缩空气排出通道上。目标监测模块的测量端安装在发动机进气管的内腔。电控模块与目标监测模块和调压阀信号连接，电控模块在测量端的目标值满足预设条件时，控制调压阀打开后压缩空气排出通道内气体喷射压力以预设压力值喷出。在具体工作时，电控模块在测量端的目标值满足预设条件时，控制调压阀打开后压缩空气排出通道内气体喷射压力以预设压力值喷出，进而对甲醇排出通道排出的甲醇雾化。
通过上述描述可知，在本申请提供的目标监测模块中，本申请提供的甲醇喷嘴能够通过高压空气对甲醇进行雾化，以在发动机通过目标监测模块的测量值控制调压阀开度，使甲醇燃料达到良好雾化效果的同时能与空气充分混合，提高发动机内甲醇燃烧效率。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的第一种发动机燃料喷射装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的第二种发动机燃料喷射装置的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的第一种甲醇喷嘴的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的第三种发动机燃料喷射装置的结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的第二种甲醇喷嘴的结构示意图。
其中图1-5中：高压气瓶1、甲醇箱2、调压阀3、甲醇泵4、电控模块5、目标监测模块6、发动机进气管7、压缩空气排出通道8、甲醇轨9、甲醇排出通道10、喷嘴出口11。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，其中，图1为本发明实施例所提供的第一种发动机燃料喷射装置的结构示意图；图2为本发明实施例所提供的第二种发动机燃料喷射装置的结构示意图；图3为本发明实施例所提供的第一种甲醇喷嘴的结构示意图；图4为本发明实施例所提供的第三种发动机燃料喷射装置的结构示意图；图5为本发明实施例所提供的第二种甲醇喷嘴的结构示意图，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。
本发明的核心是提供一种发动机燃料喷射装置及控制方法，以提高发送机内甲醇燃烧效率。
请参考图1、图2和图4。
在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的发动机燃料喷射装置包括发动机进气管7、甲醇喷嘴、高压气瓶1、调压阀3、电控模块5及目标监测模块6。
电控模块5与目标监测模块6和调压阀3信号连接，电控模块5在测量端目标值满足预设条件时，控制调压阀3打开，压缩空气排出通道8内气体喷射压力以预设压力值喷出。具体的，电控模块5可以为发动机主体上的电控单元（ECU），电控模块5设置高压空气喷射压力的控制逻辑，目标监测模块6反馈测量目标值给电控模块5，电控模块5将空气喷射压力信号传递给调压阀3控制压缩空气喷射。当测量端目标值不满足预设条件时控制调压阀3关闭，调压阀3具体通过电控模块5控制开启和关闭。
其中，预设压力值大于发动机进气管7中由增压器从大气中吸入的空气的压力，且预设压力值与发动机进气管7中由增压器从大气中吸入的空气的压力相差第一压力值。
甲醇喷嘴包括甲醇排出通道10及用于将甲醇排出通道10排出甲醇雾化的压缩空气排出通道8，甲醇排出通道10的出气端和压缩空气排出通道8的出气端均位于发动机进气管7。如图5所示，具体的，压缩空气排出通道8可以套设在甲醇排出通道10外侧，压缩空气排出通道8内壁与甲醇排出通道10外壁间隙配合，形成高压空气通道。
具体的，发动机燃料喷射装置的甲醇泵4开始工作后，调压阀3打开，保证压缩空气排出通道8里有足够的压缩空气；发动机燃料喷射装置的甲醇泵4停止工作后调压阀3关闭。
当发动机处于怠速工况时，发动机进气管7中由增压器从大气中吸入的空气的压力较小，压缩空气排出通道8可用较小的喷射压力（如1bar）助力甲醇雾化，此时压缩空气排出通道8的喷射压力可以小于、等于略高于发动机进气管7中由增压器从大气中吸入的空气的压力。例如发动机进气管7中由增压器从大气中吸入的空气的压力与压缩空气排出通道8的喷射压力差值小于1bar。
压缩空气排出通道8的进气端与高压气瓶1连接，高压气瓶1内容置有高压气体。调压阀3安装在压缩空气排出通道8上。目标监测模块6的测量端安装在发动机进气管7的内腔。
在具体工作时，当目标监测模块6的测量端的目标值达到预设条件时，通过打开调压阀3，使得高压空气通过压缩空气排出通道8排出，进而对甲醇排出通道10排出甲醇雾化。
通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的目标监测模块6中，本申请提供的甲醇喷嘴能够通过高压空气对甲醇进行雾化，以在发动机通过目标监测模块6的测量值控制调压阀3开度，使甲醇燃料达到良好雾化效果的同时能与空气充分混合，提高发动机内甲醇燃烧效率。
压缩空气排出通道8的出气端伸入甲醇排出通道10内腔。具体的，甲醇排出通道10的出气口作为喷嘴出口11，压缩空气排出通道8的出气端位于喷嘴出口11上游，通过喷嘴出口11喷出的气流为甲醇与压缩空气混合油的物质。
如图3所示，为了便于气体混合，优选甲醇排出通道10的出气端为沿气流方向向内渐缩的锥形缩口，压缩空气排出通道8的出气端伸入锥形缩口位置，此时甲醇由甲醇排出通道10的出气端排出的方向与压缩空气由压缩空气排出通道8的出气端排出方向非平行设置，两者夹角具体为小于60度的锐角设置。
在一种具体实施方式中，甲醇排出通道10的出气端为锥形通道，压缩空气排出通道8的出气端为直线型通道。
在一种具体实施方式中，该发动机燃料喷射装置还包括甲醇轨9及用于向甲醇轨9输送甲醇的甲醇箱2，甲醇轨9上设有多个甲醇喷嘴。为了便于甲醇喷出，优选，甲醇箱2内的甲醇在甲醇泵4的作用下输送至甲醇喷嘴位置。
目标监测模块6包括压力传感器，电控模块5接收压力传感器测量的实时压力值，以在实时压力值高于预设压力值时，控制调压阀3以第一预设开度打开。压力传感器用于测量所述发动机进气管7的进气压力，在进气压力高时，高压气体可以助力甲醇燃料与进气混合，提高可燃混合气的均匀度。
为了提高甲醇燃料与进气混合效果，优选，压缩空气排出通道8内气体喷射压力大于发动机进气管7中增压器从大气中吸入的空气的压力，压缩空气排出通道8内气体喷射压力与发动机进气管7中增压器从大气中吸入的空气的压力相差第一压力值，具体的，第一压力值可以为0.8bar-1.2bar。
在发动机起动后，电控模块5读取进气压力数据，当进气压力高于甲醇喷射压力（甲醇喷射压力具体可以为5bar）时，为了保证甲醇良好的雾化效果和与进气的均匀混合，调压阀3打开，高压空气以预设喷射压力喷出，具体的，高压空气的喷射压力以大于进气压力1bar的压力喷出。
目标监测模块6包括温度传感器，电控模块5接收温度传感器测量的实时温度值，以在获取的温度传感器测量的实时温度值高于预设温度值时，控制调压阀3以第二预设开度打开。发动机启动后，在进气温度较低时，高压气体助力甲醇雾化，可以抵消甲醇燃料汽化潜热带来的负面效果。
具体工作时，发动机起动后，电控模块5读取由温度传感器获取的进气温度数据，当进气温度低于预设温度值（如16℃）时，调压阀3打开，高压空气以大于进气压力1bar的压力喷出。
为了进一步提高甲醇燃烧效率，优选，目标监测模块6同时包括上述压力传感器和温度传感器，当判温度或压力只要一者满足对应调节，则调压阀3打开。
具体的，温度传感器获取的进气温度和压力传感器获取的进气压力是发动机从大气中直接吸入或者通过增压器从大气中吸入的空气的温度和压力，该空气进入发动机进气管7与燃料混合形成可燃混合气。
压缩空气排出通道8排出的高压气体的喷射根据发动机进气管7中增压器从大气中吸入的空气的压力进行调节，保证在不同工况下甲醇都有良好的雾化效果。
在一种具体实施方式中，该发动机燃料喷射装置还包括压力测量装置，压力测量装置测量高压气瓶1内压力。同时测量高压气瓶1内压力，及时得知高压气瓶1内空气是否满足需要。
具体的，可以在高压气瓶1内压力低于预设值时，通过空压机向高压气瓶1内输送空气。
该发动机燃料喷射装置还包括与压力测量装置连接，以在获取的压力测量装置的压力测量值小于预设压力值时报警的报警装置，具体的，报警装置可以为声音报警或者灯光报警。通过设置报警装置，便于使用者及时操控向高压气瓶1内输送空气。
为了降低使用者的劳动强度，优选，压力测量装置与电控模块5信号连接，电控模块5与空压机信号连接。当电控模块5接收到压力测量装置测量的压力低于预设值时，控制空压机向高压气瓶1内输送空气，以在高压气瓶1达到目标压力最大值时，停止空压机工作。
在上述各方案的基础上，压缩空气排出通道8的出气端与甲醇排出通道10的出气端平行设置；沿甲醇喷嘴的出气口方向投影，甲醇排出通道10的出气端投影位于压缩空气排出通道8的出气端投影范围内。
具体的，压缩空气通道通过甲醇排出通道10侧壁进入甲醇排出通道10的内腔，压缩空气通道的出气端与甲醇排出通道10的轴线重合，实现高压空气的喷射。甲醇燃料喷射后压缩空气随即喷射，将甲醇燃料送出喷嘴口，并实现甲醇燃料的进一步雾化，使甲醇与空气充分混合。
本申请提供的一种发动机燃料喷射控制方法，通过上述发动机燃料喷射装置实现，包括步骤：
通过目标监测模块6的测量端获取发动机进气管7内的目标值。具体的，目标值根据需要可以为进气管中增压器从大气中吸入的空气的温度值或压力值中的一种或者两种。
通过比较目标值与预设条件。通过电控模块5进行目标值与预设条件比较。
当目标值达到预设条件时，电控模块5控制调压阀3打开，压缩空气排出通道8内气体喷射压力以预设压力值喷出，通过电控模块5自行控制调压阀3开闭，此时，降低了使用者的劳动强度。
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 (8)

1.一种发动机燃料喷射装置，其特征在于，包括：
发动机进气管（7）；
甲醇喷嘴，所述甲醇喷嘴包括甲醇排出通道（10）及用于将所述甲醇排出通道（10）排出甲醇雾化的压缩空气排出通道（8），所述甲醇排出通道（10）的出气端和所述压缩空气排出通道（8）的出气端均位于所述发动机进气管（7）；
高压气瓶（1），所述压缩空气排出通道（8）的进气端与所述高压气瓶（1）连接，所述高压气瓶（1）内容置有高压气体；
调压阀（3），所述调压阀（3）安装在所述压缩空气排出通道（8）上；
目标监测模块（6），所述目标监测模块（6）的测量端安装在所述发动机进气管（7）的内腔；
与所述目标监测模块（6）和所述调压阀（3）信号连接的电控模块（5），所述电控模块（5）在所述测量端的目标值满足预设条件时，控制所述调压阀（3）打开，所述压缩空气排出通道（8）内气体喷射压力以预设压力值喷出；
所述目标监测模块（6）包括压力传感器，所述电控模块（5）接收所述压力传感器测量的实时压力值，以在所述实时压力值高于所述预设压力值时，则所述电控模块（5）在所述测量端的目标值满足预设条件，控制所述调压阀（3）以第一预设开度打开，所述压力传感器用于测量所述发动机进气管（7）中由增压器从大气中吸入的空气的压力；
和/或，所述目标监测模块（6）包括温度传感器，所述温度传感器用于测量发动机进气管（7）中由增压器从大气中吸入的空气的温度，所述电控模块（5）接收所述温度传感器测量的实时温度值，以在获取的所述温度传感器测量的实时温度值高于预设温度值时，则所述电控模块（5）在所述测量端的目标值满足预设条件，控制所述调压阀（3）以第二预设开度打开。
2.根据权利要求1所述的发动机燃料喷射装置，其特征在于，所述压缩空气排出通道（8）的出气端伸入所述甲醇排出通道（10）内腔。
3.根据权利要求2所述的发动机燃料喷射装置，其特征在于，所述甲醇排出通道（10）的出气端为沿气流方向向内渐缩的锥形缩口，所述压缩空气排出通道（8）的出气端伸入所述锥形缩口位置。
4.根据权利要求1所述的发动机燃料喷射装置，其特征在于，还包括甲醇轨（9）及用于向所述甲醇轨（9）输送甲醇的甲醇箱（2），所述甲醇轨（9）上设有多个甲醇喷嘴。
5.根据权利要求1所述的发动机燃料喷射装置，其特征在于，所述预设压力值大于所述发动机进气管（7）中由增压器从大气中吸入的空气的压力，且所述预设压力值与所述发动机进气管（7）中由增压器从大气中吸入的空气的压力相差第一压力值。
6.根据权利要求1所述的发动机燃料喷射装置，其特征在于，还包括压力测量装置及与所述压力测量装置连接，以在获取所述压力测量装置的压力测量值小于预设压力值时报警的报警装置，所述压力测量装置测量所述高压气瓶（1）内压力。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的发动机燃料喷射装置，其特征在于，所述压缩空气排出通道（8）的出气端与所述甲醇排出通道（10）的出气端平行设置；沿甲醇喷嘴的出气口方向投影，所述甲醇排出通道（10）的出气端投影位于所述压缩空气排出通道（8）的出气端投影范围内。
8.一种发动机燃料喷射控制方法，其特征在于，通过权利要求1-7中任一项所述的发动机燃料喷射装置实现，包括步骤：
通过目标监测模块（6）的测量端获取发动机进气管（7）内的目标值；
通过比较目标值与预设条件；
当目标值达到预设条件时，电控模块（5）控制调压阀（3）打开，压缩空气排出通道（8）内气体喷射压力以预设压力值喷出。
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