專利名稱：柴油和丁醇低溫燃燒雙燃料發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于柴油機技術領域，具體涉及柴油機實現(xiàn)低溫燃燒的燃料供給系統(tǒng)。
背景技術：
柴油機與汽油機相比，具有熱效率高、功率大、可靠性強、使用壽命長、燃油經(jīng)濟性好等優(yōu)勢。因此，被廣泛應用于汽車、機車、船舶、農(nóng)用機械、發(fā)電機組等大功率需求的地方。 而且，隨著柴油機輕型化和控制技術的進步，柴油機也廣泛使用在轎車上。車用柴油機的碳氫化合物(HC)、一氧化碳(CO)排放較少，但它的氮氧化物(NOx)* 碳煙排放非常高。這與柴油機的燃燒方式有關。柴油機的燃燒過程開始于燃油噴射，經(jīng)歷燃油霧化和蒸發(fā)等過程后，混合氣當量比急劇下降，但溫度變化不大。當混合氣的溫度超過 800K時，柴油開始低溫化學反應過程。當溫度超過1000 K，缸內(nèi)化學反應速率急劇上升并伴有很高的放熱率(高溫反應過程)，缸內(nèi)混合氣溫度快速上升，隨后的燃燒過程受燃油擴散率的影響。這種燃燒路徑首先經(jīng)過了碳煙生成區(qū)，接著又經(jīng)過NOx生成區(qū)，導致柴油機兩種排放物的大量生成。因此，如何將燃燒路徑避開NOx和碳煙生成區(qū)域，成為柴油機燃燒技術的研究重點。研究表明在任何當量比下，若柴油機的缸內(nèi)燃燒溫度都保持在低于1650K的水平下，柴油的燃燒過程可以避開NOx和碳煙的主要生成區(qū)域，減少NOx和碳煙的生成。因此， 柴油機低溫燃燒模式可以突破柴油機“N0X —碳煙”折衷曲線的束縛，使同時降低碳煙和NOx 排放成為可能。國內(nèi)外現(xiàn)有技術狀況柴油機固有的燃燒路徑?jīng)Q定了其NO5^P碳煙排放較高，且很難同時降低。當前，為使柴油機的NOx和碳煙排放量滿足相應的排放標準，必須在柴油機上安裝排氣后處理器。其中，碳煙排放主要利用微粒捕集器來進行控制，NOx排放主要利用選擇性催化還原技術來進行控制。雖然，以上措施能降低柴油機的NO5^P碳煙排放，但是隨著柴油機排放法規(guī)的日益嚴格，再加上柴油機排放控制中“N0X—碳煙”折衷曲線的束縛，柴油機的排放控制成本日益增加。柴油機低溫燃燒技術可以避開NOx和碳煙排放的主要生成區(qū)域，NOx和碳煙排放生成量很少。因此，柴油機采用低溫燃燒技術后，可在不使用排氣后處理器的情況下，使其有害排放滿足目前的排放標準，大大降低了柴油機的排放控制成本。目前，柴油機低溫燃燒模式主要是利用大比例廢氣再循環(huán)(EGR)，通過優(yōu)化噴油定時，再結合高噴射壓力和大渦流強度等措施來實現(xiàn)的。其中，高EGR率，一般要超過60%，是降低缸內(nèi)燃燒溫度的唯一手段，以減少碳煙和NOx排放；高噴射壓力(IOOMPa以上)或高空氣渦流強度可使混合氣更為均勻，減少缸內(nèi)局部過濃區(qū)域，降低碳煙排放。但是，高EGR的使用和噴油時刻的推遲會帶來HC和CO等排放以及燃油消耗率上升等問題。另外，柴油機的大負荷工況噴油量多，噴油定時必須提前，以保證有足夠時間去形成均勻混合氣。這大大增加了柴油機發(fā)生不正常燃燒的機率，導致目前的低溫燃燒技術只能局限在中小負荷運行。因此，尋找一種能在全負荷范圍內(nèi)應用的低溫燃燒技術，成為當前低溫燃燒技術的研究重點。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)柴油機能在全負荷范圍內(nèi)應用的低溫燃燒技術，考慮到NOx排放的生成條件和柴油機的“N0X-碳煙”折衷曲線規(guī)律，研究丁醇氣道噴射、柴油缸內(nèi)直噴并結合小比例EGR技術，實現(xiàn)低溫燃燒模式，以同時控制和降低柴油機有害排放物和燃油消耗，為柴油機的高效率、低污染燃燒開拓新的途徑，對柴油機工業(yè)的發(fā)展具有極其廣闊的應用前景。 為此，本發(fā)明提供一種適用于柴油機的柴油和丁醇低溫燃燒雙燃料供給系統(tǒng)。具體的技術解決方案如下
柴油和丁醇低溫燃燒雙燃料發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)包括柴油機，柴油機的柴油噴射系統(tǒng)包括一只以上的柴油噴油器、高壓油管、柴油泵、柴油濾清器和柴油箱，柴油機的進氣總管和排氣管之間并聯(lián)設有廢氣再循環(huán)管，廢氣再循環(huán)管上設有廢氣再循環(huán)閥，進氣總管的前部連通著一根以上的進氣歧管，一根以上的進氣歧管分別與柴油機對應的氣缸相通，所述一根以上的進氣歧管上均設有噴油器，使丁醇與空氣在進氣門附近形成均勻的混合氣， 噴油器通過高壓油管連通著電動油泵的出油口，電動油泵的進油口通過進油管連通著丁醇油箱；所述進油管上設有濾清器。所述噴油器為汽油噴油器。所述電動油泵為電動汽油泵。所述濾清器為汽油濾清器。丁醇的十六烷值低，著火延遲期長，有利于形成均質(zhì)混合氣，消除缸內(nèi)富燃區(qū)域， 降低碳煙排放。因此，柴油機燃用柴油和丁醇混合燃料時，較低的十六烷值會使得缸內(nèi)有足夠的時間形成均勻混合氣，可通過稀薄燃燒來降低缸內(nèi)溫度，減少了對EGR率的依賴。另外，丁醇是含氧燃料，有利于碳煙排放的減少，會進一步減少對EGR率的依賴，并能改善燃油經(jīng)濟性。因此，采用丁醇氣道噴射、柴油缸內(nèi)直噴的柴油機，可在較小的EGR率下就能實現(xiàn)低溫燃燒模式，獲得超低的NOx和碳煙排放，同時燃油噴射壓力也不需要大幅提升。而且，本燃料噴射系統(tǒng)能根據(jù)負荷工況的不同，通過調(diào)整柴油和丁醇的噴射量，在全負荷范圍內(nèi)實現(xiàn)低溫燃燒模式，彌補了純柴油低溫燃燒模式的HC、CO排放高及負荷運行范圍小等缺陷。因此，柴油機在使用柴油/ 丁醇混合燃料低溫燃燒技術后，具備了在不使用排氣后處理器的情況下，就能滿足當前柴油機排放標準的潛力。本發(fā)明的有益技術效果體現(xiàn)在以下方面
1、本發(fā)明采用丁醇氣道噴射、柴油缸內(nèi)直噴并結合小比例EGR技術，實現(xiàn)柴油機低溫燃燒，同時降低發(fā)動機的NOx和碳煙排放量，使得柴油機在不采用排氣后處理器的條件下， 其有害排放達到歐IV及以上標準要求；
2、采用本發(fā)明的柴油機，可在最高廢氣再循環(huán)(EGR)率小于50%，柴油噴油壓力為 60MPa時就能實現(xiàn)低溫燃燒模式；
3、本發(fā)明具有兩套獨立的燃料供給系統(tǒng)，可根據(jù)負荷工況自由調(diào)整柴油和丁醇的供給量，在柴油機全負荷范圍內(nèi)實現(xiàn)低溫燃燒模式。


圖1為本發(fā)明結構示意圖。圖2為四缸柴油機的柴油和丁醇低溫燃燒雙燃料發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)示意圖。
柴油箱1、柴油濾清器2、柴油泵3、柴油噴油器4、丁醇油箱5、汽油濾清器6、電動汽油泵7、汽油噴油器8、柴油機9、廢氣再循環(huán)閥10、進氣總管11、排氣管12、進氣歧管13。
具體實施例方式下面結合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步地描述。實施例1:
參見圖1，柴油和丁醇低溫燃燒雙燃料發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)包括單缸柴油機9，柴油機9的柴油供給系統(tǒng)包括柴油噴油器4、高壓油管、柴油泵3、柴油濾清器2和柴油箱1，柴油機的進氣總管11和排氣管12之間并聯(lián)設有廢氣再循環(huán)管，廢氣再循環(huán)管上安裝有廢氣再循環(huán)閥10，進氣總管11的前部連通著進氣歧管13。進氣歧管13上安裝有汽油噴油器8，汽油噴油器8安裝在每個氣缸的進氣歧管上，安裝位置與目前的多點噴射式汽油機相同，汽油噴油器8通過高壓油管連通著電動汽油泵7的出油口，電動汽油泵7的進油口通過進油管連通著丁醇油箱5，進油管上安裝有汽油濾清器6。柴油和丁醇低溫燃燒雙燃料發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)的工作原理如下
燃料丁醇從丁醇油箱5經(jīng)汽油濾清器6過濾掉雜質(zhì)后，進入電動汽油泵7，泵出的丁醇進入汽油噴油器8，在電控單元控制下，汽油噴油器8將適量的丁醇噴入柴油機進氣歧管13 內(nèi)，與空氣在進氣門附近混合，丁醇混合氣通過進氣門進入氣缸內(nèi)，與空氣進一步混合，形成更均勻混合氣。另外，電控單元還控制柴油噴油器4將適量的柴油直接噴入氣缸內(nèi)，柴油隨之霧化、蒸發(fā)，并著火燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量會點燃缸內(nèi)丁醇混合氣。廢氣再循環(huán)閥10為電磁式EGR閥，用來控制柴油機廢氣再循環(huán)比例，它的作用是將部分廢氣從排氣管12引入進氣總管11中。實施例2: 多缸機實施例。參見圖2，柴油和丁醇低溫燃燒雙燃料發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)包括四缸柴油機9， 四缸柴油機9的柴油供給系統(tǒng)包括四個柴油噴油器4、高壓油管、柴油泵3、柴油濾清器2和柴油箱1，柴油機的進氣總管11和排氣管12之間并聯(lián)設有廢氣再循環(huán)管，廢氣再循環(huán)管上安裝有廢氣再循環(huán)閥10，進氣總管11的前部連通著四根進氣歧管13，四根進氣歧管13分別與柴油機的四個氣缸相通。每個進氣歧管13上都安裝有汽油噴油器8，安裝位置與目前的多點噴射式汽油機相同，汽油噴油器8通過高壓油管連通著電動汽油泵7的出油口，電動汽油泵7的進油口通過進油管連通著丁醇油箱5，進油管上安裝有汽油濾清器6。四缸柴油機的雙燃料供給系統(tǒng)的工作原理同實施例1。
權利要求
1.柴油和丁醇低溫燃燒雙燃料發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)，包括柴油機，柴油機的柴油噴射系統(tǒng)包括一只以上的柴油噴油器、高壓油管、柴油泵、柴油濾清器和柴油箱，柴油機的進氣總管和排氣管之間并聯(lián)設有廢氣再循環(huán)管，廢氣再循環(huán)管上設有廢氣再循環(huán)閥，進氣總管的前部連通著一根以上的進氣歧管，一根以上的進氣歧管分別與柴油機對應的氣缸相通，其特征在于所述一根以上的進氣歧管上均設有噴油器，使丁醇與空氣在進氣門附近形成均勻的混合氣，噴油器通過高壓油管連通著電動油泵的出油口，電動油泵的進油口通過進油管連通著丁醇油箱；所述進油管上設有濾清器。
2.根據(jù)權利要求1所述的柴油和丁醇低溫燃燒雙燃料發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)，其特征在于所述噴油器為汽油噴油器。
3.根據(jù)權利要求1所述的柴油和丁醇低溫燃燒雙燃料發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)，其特征在于所述電動油泵為電動汽油泵。
4.根據(jù)權利要求1所述的柴油和丁醇低溫燃燒雙燃料發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)，其特征在于所述濾清器為汽油濾清器。
全文摘要
本發(fā)明涉及柴油和丁醇低溫燃燒雙燃料發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)。包括柴油機，柴油缸內(nèi)直噴系統(tǒng)和丁醇氣道噴射系統(tǒng)。柴油缸內(nèi)直噴系統(tǒng)將柴油直接噴入氣缸內(nèi)，丁醇氣道噴射系統(tǒng)的噴油器將丁醇噴入各氣缸的進氣歧管內(nèi)，在進氣門附近與空氣混合，并通過進氣門進入氣缸。柴油機的進氣總管和排氣管之間并聯(lián)設有廢氣再循環(huán)管，廢氣再循環(huán)管上設有廢氣再循環(huán)閥。本發(fā)明可在最高廢氣再循環(huán)(EGR)率為50%，柴油噴射壓力為60MPa時，通過調(diào)整柴油和丁醇噴射量，實現(xiàn)柴油機在全負荷范圍內(nèi)的低溫燃燒模式，同時降低發(fā)動機的氮氧化物(NOX)和碳煙排放量，使得柴油機在不采用排氣后處理器的條件下，其有害排放達到歐Ⅳ及以上標準要求。
文檔編號F02M25/07GK102374044SQ20111033181
公開日2012年3月14日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權日2011年10月28日
發(fā)明者左承基, 汪春梅, 錢葉劍, 陳志方, 黃維 申請人:合肥工業(yè)大學