基于燃料活性设计的过热控制式氨燃料供给系统
本发明的目的在于提供基于燃料活性设计的过热控制式氨燃料供给系统，属于燃料供给领域，包括液氨共轨式供给系统、柴油共轨式供给系统、燃料喷射装置、过热控制单元以及发动机其它组件。采用富羟基气体替代单纯氢燃料作为助燃剂。保证系统安全性，充分考虑发动机运行过程动态热管理特性，进行氨燃料过热控制，且针对本发明的氨燃料喷射采用套筒式阀杆的强磁力电磁执行器的直接控制形式，实现双流体混合气的高响应精准喷射。采用多孔式阀杆的电磁执行器结构，实现控制阀的快速响应以及伺服油路与供给油路的分离；采用新型阀杆结构，减小阀件重量以及电磁力需求，提升响应性能，根本上规避传统控制阀结构所带来的穴蚀问题。
发明专利
CN202311524034.6
2023-11-16
CN117588333A
2024-02-23
F02M21/02(2006.01)
哈尔滨工程大学
范立云;毛运涛;礼博;李美斯;魏云鹏;吴岳霖;张佃浩
150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号
黑龙江;23
1.基于燃料活性设计的过热控制式氨燃料供给系统，其特征是：包括液氨储存罐（2）、油箱（24）、富羟基气罐（18）、液氨共轨管（7）、柴油共轨管（6）和液氨柴油双燃料喷射器（9），液氨由液氨储存罐（1）经液氨供给泵（2）、一号换热器（3）和一号传感器（5）到达液氨共轨管（7）中储存，柴油由油箱（24）进入柴油共轨管（6）中储存，液氨共轨管（7）、柴油共轨管（6）、富羟基气罐（18）分别连接液氨柴油双燃料喷射器（9），尾气一路通向一号三向阀（3），一号三向阀（3）分别连接一号换热器（4）和四号换热器（22），一号换热器（4）位于液氨储存罐（1）与液氨共轨管（7）之间，四号换热器（22）连接三号换热器（21），尾气另一路通向二号三向阀（16），二号三向阀（16）分别连接二号换热器（17）和涡轮增压器（20），二号换热器（17）对富羟基气体进行过热控制，涡轮增压器（20）的排气进入三号换热器（21），完成氨的一次预热； 液氨柴油双燃料喷射器（9）包括自上而下设置的进油紧固帽（28）、蓄压腔壁、液氨供给控制模块（31）、液氨喷射控制模块（33）和双流体喷射模块（34），进油紧固帽（28）里设置伺服油进油口（29），蓄压腔壁分别设置伺服油蓄压腔（30）、液氨蓄压腔（27）、喷射器进氨口（26），伺服油蓄压腔（30）连通伺服油进油口（29），液氨蓄压腔（27）连通喷射器进氨口（26）； 所述液氨供给控制模块（31）包括供给上阀块、供给下阀块、供给电磁铁（36）、供给衔铁（41）、进油滑杆（37）、针阀体（38）和多孔式控制阀杆（42），供给上阀块安装在蓄压腔壁和供给下阀块之间，供给电磁铁（36）设置在蓄压腔壁里，供给衔铁（41）设置在供给上阀块里，供给衔铁（41）下方设置多孔式控制阀杆（42），进油滑杆（37）依次穿过供给电磁铁（36）、供给衔铁（41）、多孔式控制阀杆（42），进油滑杆（37）为中空，蓄压腔壁里设置进油口（35），进油口（35）分别连通伺服油蓄压腔（30）和进油滑杆（37），多孔式控制阀杆（42）里分别设置一号进油孔（46）、二号进油孔（47）、三号进油孔（48）、一号出油孔（49）、二号出油孔（50），一号进油孔（46）分别连通进油滑杆（37）、二号进油孔（47）和三号进油孔（48），二号进油孔（47）连通二号出油孔（50），三号进油孔（48）连通一号出油孔（49），供给电磁铁（36）里安装舒张式复位弹簧（45），舒张式复位弹簧（45）套于进油滑杆（37）外部，针阀体（38）安装在供给下阀块里，针阀体（38）与其上方的多孔式控制阀杆（42）之间形成针阀控制腔（43），针阀控制腔（43）里安装针阀弹簧（44），针阀体（38）下端部形成供给控制腔（39），供给控制腔（39）连通液氨蓄压腔（27）。 2.根据权利要求1所述的基于燃料活性设计的过热控制式氨燃料供给系统，其特征是：所述液氨喷射控制模块（33）包括喷射上阀块、喷射下阀块、强力电磁铁（51）、喷射衔铁（53）、进氨滑杆（56）、套筒式进氨控制阀杆（57）和进氨块（60），喷射上阀块和喷射下阀块自上而下设置，强磁力电磁铁（51）安装在喷射上阀块里，喷射衔铁（53）和进氨块（60）安装在喷射下阀块里，强磁力电磁铁（51）里安装喷射线圈（52），进氨滑杆（56）依次穿过强磁力电磁铁（51）、喷射衔铁（53）并进入进氨块（60），进氨滑杆（56）的中部为中空的进氨口（62），位于强磁力电磁铁（51）下方的进氨滑杆（56）的外部套有套筒式进氨控制阀杆（57），喷射衔铁（53）和进氨块（60）之间的套筒式进氨控制阀杆（57）的外部套有压缩式复位弹簧（58），进氨块（60）里设置储氨腔（61）、一号出氨孔（54）和二号出氨孔（59），一号出氨孔（54）分别连通进氨口（62）和储氨腔（61），二号出氨孔（59）分别连通进氨口（62）和储氨腔（61）。 3.根据权利要求1所述的基于燃料活性设计的过热控制式氨燃料供给系统，其特征是：所述双流体喷射模块（34）包括喷嘴体（65）和内锥式环形阀杆（63），喷嘴体（65）里安装内锥式环形阀杆（63），内锥式环形阀杆（63）与喷嘴体（65）形成混合腔（64），液氨供给控制模块（31）上设置富羟基气体进气口（32），混合腔（64）连通富羟基气体进气口（32）和进氨口（62）。 4.根据权利要求3所述的基于燃料活性设计的过热控制式氨燃料供给系统，其特征是：所述富羟基气体进气口（32）连接可变进气控制接头结构，所述可变进气控制接头结构包括外壳（69）、阀体（70），阀体（70）安装在外壳（69）里，阀体（70）里设置有进气道（68），进气道（68）设有进气分支一和进气分支二，进气分支一连接一号进气阀（66），进气分支二连接二号进气阀（67）。 5.根据权利要求1所述的基于燃料活性设计的过热控制式氨燃料供给系统，其特征是：当伺服油经由伺服油蓄压腔（30）进入液氨供给控制模块（31）后，经过进油口（35）进入电磁阀油路，当电磁阀未通电时，伺服油经过进油滑杆（37）的出油口进入多孔式控制阀杆（42），经过其一号进油孔（46）、二号进油孔（47）、三号进油孔（48）进入控制阀杆，并经由控制阀杆一号出油孔（49）、二号出油孔（50）完成对针阀控制腔（43）的注油，此时针阀控制腔（43）的油压升高，通针阀弹簧（44）共同作用于针阀体（38），与供给控制腔（39）的通过针阀体（38）下端斜面作用于针阀体（38）的压力相当，针阀保持静止，不进行液氨的供给；当电磁阀通电后，线圈（36）接入电流，产生电磁力作用于衔铁（41），衔铁（41）与多孔式控制阀杆（42）相连，在电磁力的作用下多孔式控制阀杆克服舒张式复位弹簧（45）的弹力向上运动，多孔式控制阀杆的一号进油孔（46）、二号进油孔（47）、三号进油孔（48）与进油滑杆出油孔断开，与位于喷射器体的大孔径回油孔相连，进油与针阀控制腔（43）内的伺服油经过控制阀杆一号出油孔（49）、二号出油孔（50）排出，针阀控制腔（43）压力减小，供油控制腔（39）内液氨作用于针阀体（38）的压力大于针阀控制腔内压力与针阀弹簧弹力的合力，针阀完成向上运动，液氨完成供给过程。 6.根据权利要求1所述的基于燃料活性设计的过热控制式氨燃料供给系统，其特征是：当液氨经过液氨供给控制模块（31）进入液氨喷射控制模块（34），液氨经过进氨口（62）进入此模块，经过一号出氨口（54）、二号出氨口（59）进入进氨块（60）内的储氨腔（61）膨胀，并经过液氨喷嘴（55）喷出，当电磁阀未通电时，衔铁（53）与套筒式控制阀杆（57）在压缩式复位弹簧（58）的作用下保持静止，套筒式控制阀杆（57）同内锥式环形阀杆（63）相连，内锥式环形阀杆（63）也保持静止，同喷嘴体（65）保持密封，液氨经过液氨喷嘴（65）膨胀喷出，液氨膨胀后得以进入混合腔（64），同混合腔（64）内的富羟基气体进行混合，形成双流体混合气；当电磁阀通电时，线圈（52）接入电流，电磁铁（51）产生电磁力作用于衔铁（53），此处作用于衔铁（53）的为向下的推力，衔铁（53）带动套筒式控制阀杆（57）克服压缩式复位弹簧（58）的弹簧力向下运动，一号出氨口（54）、二号出氨口（59）同套筒式控制阀杆（57）以及进氨块（57）的孔道断开，停止液氨供给的同时，推动内锥式环形阀杆（63）向下运动，同喷嘴体（65）分离，双流体混合气喷出，完成大流量氨燃料的双流体喷射。