一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机及燃烧控制方法
本发明的目的在于提供一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机及燃烧控制方法，属于双燃料发动机燃烧领域。在发动机气缸盖上安装一支一喷射器，喷射器包含柴油喷射模块和能够实现可变喷射规律的喷射低碳零碳燃料的第二燃料喷射模块，这两个喷射模块起到向燃烧室内直接喷射双燃料的作用。根据发动机的运行工况需求，通过第二燃料喷射模块，实现低碳无碳燃料的“基压喷射、靴形喷射、增压喷射、多次喷射”的灵活可变喷射规律，精确控制低碳无碳燃料混合气在燃烧室内的分布。通过喷射少量柴油引燃燃烧室内的混合气，主动控制燃烧。实现发动机全工况范围内低碳高效、清洁稳定的燃烧模式。
发明专利
CN202311524052.4
2023-11-16
CN117489483A
2024-02-02
F02D41/30(2006.01)
哈尔滨工程大学
礼博;张佃浩;范立云;许菁;李屿明;顾远琪;徐魁
150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号
黑龙江;23
1.一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机，其特征是：包括气缸壁（2）、气缸盖（3）、活塞（1），气缸盖（3）安装在气缸壁（2）上方，活塞（1）安装在气缸壁（2）里，气缸壁（2）、气缸盖（3）和活塞（1）形成燃烧室（6），气缸盖（3）里设置进气门（4）、排气门（5）、一体化喷射器（7）； 所述一体化喷射器（7）包括柴油喷射模块（A）、第二燃料喷射模块（B），柴油喷射模块（A）和第二燃料喷射模块（B）共用紧固帽（7-15）、蓄压腔壁（7-19）、热管理腔壁（7-20），紧固帽（7-15）、蓄压腔壁（7-19）和热管理腔壁（7-20）自上而下设置，柴油喷射模块（7-A）还包括自上而下设置的1号喷射控制管路协调控制模块（7-7）、超磁滞电磁控制针阀限位模块（7-8）、柴油喷嘴部分（7-9），第二燃料喷射模块（B）还包括两级增压模块（7-10）、2号喷射控制管路协同控制模块（7-13）、低碳燃料喷嘴部分（7-14）； 蓄压腔壁（7-19）和热管理腔壁（7-20）设置柴油蓄压腔（7-2），热管理腔壁（7-20）里设置热管理腔（7-4）和低碳燃料蓄压腔（7-12），热管理腔壁（7-20）的侧方分别设置热管理腔入口（7-5）和热管理腔出口（7-6）； 所述1号喷射控制管路协同控制模块（7-7）包括协同上模块（7-7-11）、协同下模块（7-7-12）、第一电磁阀（7-7-1）、1号衔铁（7-7-2）、1号双通路阀杆（7-7-4），第一电磁阀（7-7-1）安装在协同上模块（7-7-11）里，1号双通路阀杆（7-7-4）安装在协同下模块（7-7-12）里，1号衔铁固定在1号双通路阀杆（7-7-4）顶部，第一电磁阀（7-7-1）里安装1号衔铁复位弹簧（7-7-3），1号衔铁复位弹簧（7-7-3）位于1号衔铁（7-7-2）上方，协同上模块（7-7-11）和协同下模块（7-7-12）里设置1号进油管路（7-7-5），1号进油管路（7-7-5）连通柴油蓄压腔（7-2），协同下模块（7-7-12）里分别设置1号控制油回油管路（7-7-7）、2号控制油回油管路（7-7-8）、2号进油管路（7-7-6），1号双通路阀杆（7-7-4）为上细下粗的结构，在下部的两侧位置设有第一半回形通路（7-7-9），第一半回形通路（7-7-9）与1号进油管路（7-7-5）、2号进油管路（7-7-6）、1号控制油回油管路（7-7-7）、2号控制油回油管路（7-7-8）相配合。 2.根据权利要求1所述的一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机，其特征是：所述超磁滞电磁控制针阀限位模块（7-8）包括超磁滞上模块（7-8-14）、超磁滞下模块（7-8-15）、主副磁极（7-8-2）、超磁滞材料（7-8-11）、磁轭（7-8-1）、磁滞座（7-8-3）、第二活塞（7-8-4）、针阀限位块（7-8-6），超磁滞上模块（7-8-14）位于超磁滞下模块（7-8-15）上方，主副磁极（7-8-2）安装在超磁滞上模块（7-8-14）里，主副磁极（7-8-2）里设置超磁滞材料（7-8-11），超磁滞材料（7-8-11）的上下两端分别设置磁轭（7-8-1）和磁滞座（7-8-3），磁滞座（7-8-3）下方设置针阀限位块（7-8-6），针阀限位块（7-8-6）下部套有针阀限位复位弹簧（7-8-12），针阀限位块（7-8-6）与磁滞座（7-8-3）之间形成中间腔（7-8-5），超磁滞上模块（7-8-14）里分别设置单向润滑口入口（7-8-9）、润滑油路（7-8-8）、中间腔油路（7-8-7）、1号单向控制油入口（7-17），单向润滑口入口（7-8-9）连通润滑油路（7-8-8），中间腔（7-8-5）连通中间腔油路（7-8-7）。 3.根据权利要求1所述的一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机，其特征是：所述柴油喷嘴部分（7-9）包括柴油针阀（7-9-1）、中间块（7-9-7），柴油针阀（7-9-1）的上部套有柴油针阀复位弹簧（7-9-4），柴油针阀（7-9-1）的中部穿过中间块（7-9-7），中间块（7-9-7）里设置柴油控制油进油管路（7-9-2），柴油针阀（7-9-1）的中部与中间块（7-9-7）的下方形成柴油针阀控制油腔（7-9-3），柴油针阀控制油腔（7-9-3）连通1号单向控制油入口和1号控制油回油管路（7-7-7），柴油针阀（7-9-1）与其外部形成柴油压力室，柴油针阀（7-9-1）底部的下方设置柴油喷孔（7-9-6），柴油压力室分别连通柴油喷孔（7-9-6）和2号进油管路（7-7-6）。 4.根据权利要求1所述的一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机，其特征是：所述两级增压模块（7-10）包括第二电磁阀（7-10-1）、活塞上模块（7-10-18）、双增压活塞（7-10-6）、2号衔铁（7-10-2）、内控制阀杆（7-10-3）、外控制阀块（7-10-4），第二电磁阀（7-10-1）安装在紧固帽（7-15）里，第二电磁阀（7-10-1）里安装2号衔铁复位弹簧（7-10-7），2号衔铁（7-10-2）固定在内控制阀杆（7-10-3）的顶部，外控制阀块（7-10-4）套于内控制阀杆（7-10-3）的外部，2号衔铁位于2号衔铁复位弹簧下方，双增压活塞（7-10-6）安装在活塞上模块（7-10-18）下方，双增压活塞（7-10-6）外部套有增压活塞复位弹簧（7-10-17）； 活塞上模块（7-10-18）里设置主增压油回油油路（7-10-10）、一级增压油回油油路（7-10-9）、二级增压油回油油路（7-10-13）、增压油进油口（7-10-11）、二级增压油进油油路（7-10-16），双增压活塞（7-10-6）与活塞上模块（7-10-18）之间分别形成一级增压油腔（7-10-12）和二级增压油腔（7-10-15），内控制阀杆（7-10-3）里设置通孔（7-10-8），主增压油回油油路（7-10-10）和一级增压油回油油路（7-10-9）与通孔（7-10-8）配合连通或断开，一级增压油腔（7-10-12）分别连通一级增压油回油油路（7-10-9）和增压油进油口（7-10-11），二级增压油进油油路（7-10-16）与二级增压油腔（7-10-15）连通，外控制阀块（7-10-4）上部空间和二级增压油回油油路（7-10-13）以及主增压油回油油路（7-10-10）连通，二级增压油回油油路（7-10-13）和主增压油回油油路（7-10-10）之间设有单向阀（7-10-14），外控制阀块（7-10-4）的内部和内控制阀杆（7-10-3）外部配合位置以及外控制阀块（7-10-4）和活塞上模块（7-10-18）的上下接触面之间均设有密封面。 5.根据权利要求1所述的一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机，其特征是：所述2号喷射控制管路协同控制模块（7-13）与1号喷射控制管路协同控制模块（7-7）共用协同上模块（7-7-11）和协同下模块（7-7-12），2号喷射控制管路协同控制模块（7-13）还包括第三电磁阀（7-13-1）、3号衔铁（7-13-2）、2号双通路阀杆（7-13-3），第三电磁阀（7-13-1）安装在协同上模块（7-7-11）里，第三电磁阀（7-13-1）里安装3号衔铁复位弹簧（7-13-9），2号双通路阀杆（7-13-3）安装在协同下模块（7-7-12）里，3号衔铁（7-13-2）固定在2号双通路阀杆（7-13-3）的顶部，3号衔铁复位弹簧（7-13-9）位于2号双通路阀杆（7-13-3）的上方，2号双通路阀杆下部两侧位置设有第二半回形通路（7-13-8），协同上模块（7-7-11）里设置1号进低碳燃料管路（7-13-4），协同下模块（7-7-12）里设置2号进低碳燃料管路（7-13-5）、3号控制油回油管路（7-13-6）、4号控制油回油管路（7-13-7），第二半回形通路（7-13-8）与1号进低碳燃料管路（7-13-4）、2号进低碳燃料管路（7-13-5）、3号控制油回油管路（7-13-6）、4号控制油回油管路（7-13-7）相配合。 6.根据权利要求1所述的一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机，其特征是：所述低碳燃料喷嘴部分（7-14）与柴油喷嘴部分（7-9）共用中间块（7-9-7），低碳燃料喷嘴部分（7-14）还包括第二燃料针阀（7-14-3）、控制腔阀块（7-14-7）、凸起阀块（7-14-8），控制腔阀块（7-14-7）、凸起阀和中间块（7-9-7）自上而下依次设置，第二燃料针阀（7-14-3）的中部穿过中间块（7-9-7），第二燃料针阀（7-14-3）的上部设置凸起，凸起位于凸起阀块（7-14-8）里，凸起上方的第二燃料针阀（7-14-3）外部套有第二燃料针阀复位弹簧（7-14-4），控制腔阀块（7-14-7）里设置第二燃料针阀控制腔（7-14-2），第二燃料针阀（7-14-3）的下部与其外部形成第二燃料压力室（7-14-5），第二燃料针阀（7-14-3）底部的下方设置第二燃料喷孔（7-14-6），第二燃料压力室（7-14-5）分别连通2号进低碳燃料管路（7-13-5）和第二燃料喷孔（7-14-6），第二燃料针阀控制腔（7-14-2）分别连通2号控制油进油管路（7-14-1）和3号控制油回油管路（7-13-6）。 7.根据权利要求1所述的一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机，其特征是：第一半回形通路（7-7-9）上端接口的半径分别与2号控制油回油管路（7-7-8）的入口以及1号进油管路（7-7-5）的出口半径一致，下端接口的半径分别与1号控制油回油管路（7-7-7）出口和2号进油管路（7-7-6）的入口半径一致，第一半回形通路（7-7-9）的上端接口与1号进油管路（7-7-5）的入口、2号控制油回油管路（7-7-8）的出口的间距和第一半回形通路（7-7-9）的下端接口与2号进油管路（7-7-6）的入口、1号控制油回油管路（7-7-7）的出口的间距一致。 8.一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机燃烧控制方法，其特征是： 在低负荷条件下，先通过柴油喷射模块（A）向燃烧室（6）内喷射柴油，后通过第二燃料喷射模块（B）向燃烧室（6）内喷射低碳无碳燃料，低碳无碳燃料采用靴形喷射的喷射规； 在中等负荷条件下，先通过第二燃料喷射模块（B）向燃烧室（6）内喷射低碳无碳燃料，采用单次喷射或多次喷射控制混合气，早于压缩上止点50°CA的低碳无碳燃料喷射采用基压喷射，晚于压缩上止点50°CA的低碳无碳燃料喷射采用增压喷射；后通过柴油喷射模块（A）向燃烧室（6）内喷射柴油，引燃燃烧室（6）内的混合气； 在高负荷条件下，先通过第二燃料喷射模块（B）向燃烧室（6）内喷射低碳无碳燃料，早于压缩上止点50°CA的低碳无碳燃料喷射采用基压喷射，晚于压缩上止点50°CA的低碳无碳燃料喷射采用增压喷射；然后通过柴油喷射模块（A）向燃烧室（6）内喷射柴油，引燃燃烧室（6）内的混合气，最后，再通过第二燃料喷射模块（B）向燃烧室（6）内喷射低碳无碳燃料。 9.根据权利要求8所述的一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机燃烧控制方法，其特征是：当第二燃料喷射模块（B）选择基压模式时，两级增压模块（7-10）不通电，1号衔铁（7-7-2）落座，一级增压油回油油路（7-10-9）和主增压油回油油路（7-10-10）通过内控制阀杆（7-10-3）上的通孔（7-10-8）连通，外控制阀块（7-10-4）落座于控制阀块座（7-10-5）的下接触面，之间形成密封腔，一级增压油回油油路（7-10-9）和二级增压油进油油路（7-10-16）不连通，二级增压油回油油路（7-10-13）与主增压油回油油路（7-10-10）之间连通，一级增压油腔（7-10-12）和二级增压油腔（7-10-15）均不能建压，双增压活塞（7-10-6）不起增压作用。 10.根据权利要求8所述的一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机燃烧控制方法，其特征是：当第二燃料喷射模块（B）选择低增压模式时，两级增压模块（7-10）通低电位，1号衔铁（7-7-2）受到电磁力的作用带动内控制阀杆（7-10-3）向上运动，从而断开一级增压油回油油路（7-10-9）和主增压油回油油路（7-10-10）的连通，外控制阀块（7-10-4）仍落座于控制阀块座（7-10-5）的下接触面，之间形成密封腔，一级增压油回油油路（7-10-9）和二级增压油进油油路（7-10-16）不连通，二级增压油回油油路（7-10-13）与主增压油回油油路（7-10-10）之间连通，此时二级增压油腔（7-10-15）仍不能建压，一级增压油腔（7-10-12）开始建压，双增压活塞（7-10-6）向下运动，低碳燃料蓄压腔（7-12）内的压力升高，直至低碳燃料蓄压腔（7-12）内的压力乘以双增压活塞（7-10-6）的下表面的面积/>加上双增压活塞（7-10-6）复位弹簧的弹力/>等于一级增压油腔（7-10-12）内增压油的压力/>乘以它作用在双增压活塞（7-10-6）上的面积/>时双增压活塞（7-10-6）不再运动，即/>。 11.根据权利要求8所述的一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机燃烧控制方法，其特征是：当第二燃料喷射模块（B）选择高增压模式时，两级增压模块（7-10）通高电位，1号衔铁（7-7-2）受到电磁力的作用带动内控制阀杆（7-10-3）向上运动并进一步的带动外控制阀块（7-10-4）向上运动，切断一级增压油回油油路（7-10-9）与主增压油回油油路（7-10-10）的连通，一级增压油腔（7-10-12）开始建压，并且二级增压油进油油路（7-10-16）与一级增压油回油油路（7-10-9）连通，与外控制阀块（7-10-4）的上部空间断开，二级增压油腔（7-10-15）开始建压；双增压活塞（7-10-6）向下运动，低碳燃料蓄压腔（7-12）内的压力升高，直至低碳燃料蓄压腔（7-12）内的压力乘以双增压活塞（7-10-6）的下表面的面积/>加上双增压活塞（7-10-6）复位弹簧的弹力/>等于增压油腔内增压油的压力/>乘以它作用在双增压活塞（7-10-6）上的面积/>时双增压活塞（7-10-6）不再运动，即。 12.根据权利要求8所述的一种基于可变喷射规律喷射器的双燃料发动机燃烧控制方法，其特征是：当第二燃料喷射模块（B）进行靴形喷射时，先进行基压喷射模式，在喷射过程中再进行低增压或高增压喷射模式喷射压力增加，实现喷油速率从低到高的变化，即靴形喷射。