柴油乳液促成系统及方法

技术领域

本发明涉及柴油发动机技术领域，特别是涉及车辆燃油系统内使用的柴油乳液促成系统及方法。

背景技术

乳化油或柴油乳液是指柴油为连续相、水为分散相的一种乳液。乳化油用于发动机的工作原理为：乳化油进入发动机气缸发生二次雾化，使油粒变得更细，并与氧气充分混合，完全燃烧。柴油乳液促成系统使用过程中存在以下问题：

1．柴油乳液使用前需要预热，以避免白烟排放。白烟基本上表示是不完全燃烧，燃油系统中的柴油乳液必须全部加热到所需液位才能消除此问题。现有的解决方法是先用柴油启动发动机，待发动机本身的温度值达到设定温度，才开始向发动机供柴油乳液。这种方法需要准备同时配备柴油箱及其供油管路和柴油乳液即其供油管路，增加车载空间、设备和成本。

2．除预热要求外，柴油乳液性能还取决于其质量。柴油乳液本身不稳定，其水分散相随着时间的推移会下沉，这将对发动机性能产生负面影响。例如，均匀性差可能会对发动机性能产生不利影响，如发动机低速不稳定、油耗增加、NOX、PM、HC和CO排放增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种柴油乳液促成系统及方法，用于发动机启动前的柴油乳液循环和加热，以实现柴油乳液的无烟发动机启动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

提供一种柴油乳液促成系统，包括柴油乳液箱、回油罐、供油泵和换热器，所述柴油乳液箱与回油罐的进油口连通，所述换热器通过第一冷却水管与发动机的冷却水出口连通，该换热器通过第二冷却水管与发动机的散热器连通，所述回油罐的回油进口通过回油管与发动机回油出口连通，所述供油泵的进口与回油罐的出油口连通，所述供油泵的出口与换热器连通，还包括设置在回油管上的三通阀和发动机启动前燃油循环旁路；该发动机启动前燃油循环旁路一端与该三通阀连通，另一端与所述换热器之后发动机之前的供油管连通；所述换热器包括电加热装置，至少用于在发动机启动前对所述供油泵、换热器、回油罐和管路中的柴油乳液进行加热；所述柴油乳液箱内部设置有搅拌器。

进一步地：

所述搅拌器包括呈相反方向旋转的上螺旋搅拌器和下螺旋搅拌器。

所述回油罐内部设有呈反L形的进油管，该进油管的横向段与回油罐的进油口连通，该进油管的竖直段的出口靠近所述回油罐顶部且高于回油罐的液位；所述回油罐的回油进口设置在靠近回油罐顶部且高于回油罐的液位，所述回油罐的出口设置在底部，所述回油罐顶部设有通风切断阀。

在所述供油泵的两端，设置有与所述供油泵并联的压力控制旁路。

所述换热器与发动机供油泵之间靠近发动机供油泵设置有辅油罐，该辅油罐顶部设有通风切断阀。

所述回油管与发动机回油出口之间设置有通过改变管内径而改变流量的流量控制管。

使用一种柴油乳液促成方法，基于上述的柴油乳液促成系统，包括以下步骤：

➀ 发动机启动之前，控制所述三通阀与发动机启动前燃油循环旁路连通，启动换热器的电加热装置和供油泵，对至少包括所述供油泵、换热器、回油罐和管路中的柴油乳液进行循环和加热；

➁ 打开柴油乳液箱内的搅拌器，该搅拌器对柴油乳液箱的柴油乳液进行搅拌混合；

➂ 经过设定时间，将所述三通阀切换至与发动机连通，启动发动机，所述回油罐至少经过供油泵和换热器向发动机供应柴油乳液，同时发动机的回油经过三通阀流至回油罐；如果所述回油罐内产生负压，在负压的作用下回油罐从柴油乳液箱吸入柴油乳液。

进一步地：

步骤➀中，远程控制对至少包括所述供油泵、换热器、回油罐和管路中的柴油乳液进行循环和加热。

所述搅拌器的上螺旋搅拌器使得周围液体被向下抽取，产生向下的推力流；下螺旋搅拌器的使得周围液体被向上抽取，产生向上的推力流；向下的推力流与向上的推力流在中间发生高能碰撞混合。

所述回油罐从柴油乳液箱吸入的柴油乳液经高出所述回油罐液位的所述进油管的竖直段顶部出口流入所述回油罐，所述发动机的回油经高出所述回油罐液位的回油进口流入所述回油罐，所述回油罐经其底部出口向发动机供应柴油乳液。

通过使用内径相对供油管更小或更大的与供油泵并联的压力控制旁路来提供恒定的供油管压力。

通过所述辅油罐来提供发动机快速加速所需的额外燃油。

通过所述回油管与发动机回油出口之间设置的流量控制管来提供足够的进油压力以确保足够的柴油乳液吸入发动机大泵，所述流量控制管通过改变管内径提高阻力从而提高进油压力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:

1.电加热辅助换热器有助于发动机启动前的柴油乳液循环和加热，能实现柴油乳液的无烟发动机启动。

2.电加热方便远程开启以预热柴油乳液，并且远程开启可为用户节省燃油预热时间。

3. 柴油乳液箱内设有具有呈相反方向旋转的上螺旋搅拌器和下螺旋搅拌器，能达到高效混合效果从而保持柴油乳液的均匀性。

附图说明

图1是本发明柴油乳液促成系统实施例的结构示意图；

图2是本发明柴油乳液促成系统的电加热辅助换热器的结构示意图；

图3是本发明柴油乳液促成系统的柴油乳液箱的内部工作原理示意图；

图4是本发明柴油乳液促成系统的回油罐的结构示意图。

附图标记

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1所示，一种柴油乳液促成系统，包括柴油乳液箱T1、回油罐T2、供油泵P1、换热器T4、辅油罐T3和三通阀V2。

如图1所示,换热器T4经第一冷却管路EC1与发动机的冷却水出口连通、经第二冷却管路EC2与发动机的散热器连通。发动机工作时，发动机产生的热量经第一冷却管路EC1释放于换热器T4的冷却水中，然后该冷却水流经换热器T4用于加热乳化油，加热过乳化油的冷却水经第二冷却管路EC2送往发动机散热器再次用于吸收发动机产生的热量，如此往复。

如图2所示，所述换热器T4包括容器27，设置在腔体上的燃油入口21、燃油出口22、加水口23、冷却水进口24、冷却水出口25和电加热装置26，该电加热装置26又包括电加热管，具有电加热辅助功能。本实施例中，换热器T4内部设有螺旋状油管，电加热管与腔体同轴设置。换热器T4分别与供油泵P1和辅油罐T3相连，所述供油泵P1又与回油罐T2的底部出口相连，回油罐的回油进口通过三通阀V2分别与辅油罐T3和发动机相连。发动机启动之前，三通阀V2与辅油罐T3连通，与发动机断开，换热器T4和供油泵P1启动用于循环和加热柴油乳液。换热器可以用于处理可能堵塞标准换热器的脏发动机冷却水。其冷却水高保持容量提供更好的热保持能力，与电加热一起有助于提供一致的柴油乳液加热，以确保最佳发动机性能。

所述换热器T4具有电加热辅助功能，具有以下技术效果：

1.电加热辅助换热器有助于发动机启动前的柴油乳液循环和加热，以实现柴油乳液的无烟发动机启动。

2.电加热方便远程开启以预热柴油乳液，并且远程开启可为用户节省燃油预热时间。

3.必要时，比如在温度较低的环境下，还可提供额外的柴油乳液加热。

4.无需使用柴油启动发动机，因而无需为此设置柴油油箱。

柴油乳液促成系统启动前，柴油乳液加热包括以下步骤：

1.远程开启柴油乳液循环和预热；

2.打开燃油回油阀V2，以便通过旁通管路SL4进行预启动燃油管路循环；

3.打开换热器的电加热器；

4.打开柴油乳液箱的搅拌器，最好在使用前使柴油乳液均匀化至少5分钟；

5.设置循环持续时间。

如图1所示，所述供油泵P1的进口通过供油管与回油罐T2的底部出口相通，所述供油泵P1的出口通过供油管与所述换热器T4相通。在所述供油泵的两端，设置有与所述供油泵并联的压力控制旁路BPL。供油泵P1设置与之并联的压力控制旁路BPL具有以下效果：

1.通过使用内径更小或更大的压力控制旁路BPL，有助于供油管的恒定控制。比如直径更小的压力控制旁路BPL将增加燃油管路压力。

2.能提供恒定的供油管压力，而不需考虑不断变化的发动机燃油需求。

3.如果供油泵P1发生故障，此压力控制旁路BPL也可以向发动机供油。这是一个重要的安全特性，因为熄火的发动机可能会危及生命和财产。

由于柴油乳液存在固有的不稳定性，其分散相在运输和储存过程中会下沉和分层。为了确保柴油乳液的质量，如图3所示，柴油乳液箱T1内设置有搅拌器A，该搅拌器包括上螺旋搅拌器31和下螺旋搅拌器32，两个螺旋搅拌器呈相反方向旋转。搅拌器设置在柴油乳液箱T1内，结构简单，可以节省车载空间、设备和成本。

一些实施例中，柴油乳液箱T1可通过配置液位指示器以告知用户柴油乳液是否加满。

如图1所示，回油罐T2的进口通过第一过滤器F1和双通阀V1与柴油乳液箱T1连通，来自柴油乳液箱T1的燃油通过SL1流入T2，直到容器压力达到平衡。回油罐T2下部出口与供油泵P1连通，回油进口通过三通阀与发动机连通。

如图4所示，所述回油罐T2内部设有呈反L形的进油管42，该进油管的横向段与回油罐T2的进油口41连通，该进油管的竖直段的出口靠近所述回油罐顶部且高于回油罐的液位45；所述回油罐T2的回油进口44设置在靠近回油罐顶部且高于回油罐的液位45，所述回油罐的出油口43设置在底部，所述回油罐顶部设有通风切断阀D。与柴油乳液箱T1连接的燃油管路SL1与回油罐T2内进油口41连接。进油管41的竖直段的设置有利于防止柴油乳液箱T1位于较低位置时燃油被虹吸到柴油乳液箱T1中。回油罐T2将热的发动机回油与T1内冷的柴油乳液隔离。此隔离功能可确保柴油乳液箱T1内燃油的稳定性。

回油罐T2顶部的通风切断阀D有助于控制容器内的液位。当液位达到预定液位时，将其关闭。

回油罐T2运行机制如下：

1. 回油罐T2的出油口43通过燃油管路SL2连接至供油泵P1的进口。当供油泵P1运行时，回油罐T2内产生负压。负压将导致燃油通过燃油管路SL1从柴油乳液箱T1吸入回油罐T2。

2.使用油箱负压来促进燃油吸入。供油泵P1的输送量减去发动机燃油需求量等于流入回油罐T2的回油量。这种差异在回油罐T2内产生负压。新的燃油从柴油乳液箱T1吸入，以平衡此负压。鉴于发动机燃油需求不断波动，这是一种高效可靠的燃油供应方法。

3.当柴油乳液箱T1位于低于回油罐T2的位置时，竖直进油管2可以防止燃油被虹吸至柴油乳液箱T1。

4.将发动机回油进口设置在回油罐T2顶部附近和油箱液位上方，以防止连通容器效应。

回油罐T2顶部设置有通风切断阀D，便于控制容器内的液位，加注时通风切断阀D打开，让空气逸出。一旦达到预定液位，应将通风切断阀D关闭。

可以通过将柴油乳液箱T1提升到高于回油罐T2的高度来进行重力填充，反之亦然。

如图1所示，辅油罐T3设置于发动机供油泵P2附近。辅油罐T3的作用在于解决柴油乳液高粘度引起的发动机加速问题。它充当一个局部油箱，提供发动机快速加速所需的额外燃油。如果没有此功能，驾驶员将经历明显的加速延迟。这也有助于减少燃油管路的尺寸。

辅油罐T3顶部设有通风切断阀，当辅油罐T3加满时，通风切断阀关闭。

一种柴油乳液促成方法，如图1所示，基于上述的柴油乳液促成系统，包括以下步骤：

➀ 发动机启动之前，控制所述三通阀V2与发动机启动前燃油循环旁路SL4连通，启动换热器T4的电加热装置和供油泵，对所述供油泵P1、换热器T4、过滤器F2、辅油罐T3、回油罐T2、供油管SL2、供油管SL3、发动机启动前燃油循环旁路SL4以及回油管RFL中的柴油乳液进行循环和加热；

➁ 同时，打开柴油乳液箱T1内的搅拌器，该搅拌器对柴油乳液箱的柴油乳液进行搅拌混合；

➂ 经过设定时间，将所述三通阀V2切换至与发动机的大泵P3连通，启动发动机，所述回油罐T2经过供油泵P1、换热器T4、过滤器F2和辅油罐T3向发动机供应柴油乳液，同时发动机的回油经过回油管RFL流至回油罐T2；如果所述回油罐T2内产生负压，在负压的作用下回油罐T2从柴油乳液箱T1吸入柴油乳液进行补油。

步骤➀中，可以远程控制所述三通阀V2与发动机启动前燃油循环旁路SL4连通，远程启动换热器T4的电加热装置和供油泵，为用户节省燃油预热时间。比如，需要驾车车门之前，在家中即可遥控启动柴油乳液进行循环和加热，到用户下到车库之时，柴油乳液已经预热好，不需等待直接可以开启发动机出发。

所述搅拌器的上螺旋搅拌器31使得周围液体被向下抽取，产生高能向下推力流33；下螺旋搅拌器32的使得周围液体被向上抽取，产生高能向上推力流34；向下推力流与向上推力流在中间发生高能碰撞混合，达到高效混合效果从而保持柴油乳液的均匀性。

所述回油罐T2从柴油乳液箱T1吸入的柴油乳液经高出所述回油罐液位的所述进油管的竖直段顶部出口流入所述回油罐T2，所述发动机的回油经高出所述回油罐液位的回油进口流入所述回油罐，所述回油罐经其底部出口向发动机供应柴油乳液。通过使用内径相对供油管SL2更小或更大的与供油泵并联的压力控制旁路BPL来提供恒定的供油管压力。通过所述辅油罐T3来提供发动机快速加速所需的额外燃油。

由于柴油乳液粘度高于柴油，需要更高的进油压力确保足够的燃料吸入柱塞泵，用阻力控制进油压力。可以根据不同发动机的单位时间内的用油量来计算所需要的设置在回油管RFL与发动机大泵P3回油出口之间的流量控制管C的内径，通过控制流量控制管的内径提高阻力从而提高进油压力。一些实施例中，可以在回油管RFL与发动机大泵P3回油出口之间的一小段管路中安装一个插件成为流量控制管以减少管路内径从而实现流量控制。另一些实施例中，也可以用适当内径的连接器作为流量控制管。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。