一种高压泡状流预混合燃料制备供给系统及控制方法

技术领域

本发明属于发动机燃料预处理技术领域，尤其涉及一种高压泡状流预混合燃料制备供给系统及控制方法。

背景技术

为进一步提升压燃式发动机的燃烧效率并降低排放污染物，针对传统的燃烧模式先后发展出如高压共轨、废气再循环EGR众多燃烧调控技术。此外，为了突破传统的大比例扩散燃烧模式的限制、提升发动机燃烧热效率，近年来先后提出了均质压燃HCCI、预混压燃PCCI、反应活性控制压燃RCCI等多个新型低温燃烧模式。无论对于传统的还是各类新型的燃烧模式，单一的油-气混合方式，即在气相空间内通过液相喷射形成雾状流的雾化混合方式逐渐成为制约燃烧可控性和燃烧效率提升的瓶颈。随着微纳米尺度气泡研究及应用的深入，发现其具有很多与宏观两相泡状流截然不同的理化性质，如：气相更大的比表面积、更高的气相稳定性、更高的传质效率、自增压溶解性和更大的气相溶解率等。纳米泡状流这些异于宏观泡状流的特殊性质或许可以为在压燃式发动机在异常短促的燃烧循环内，实现更为充分的油-气预混合的需求提供优化解决方案。

基于微纳米气泡理化性质制备的体相微纳米尺度泡状流预混合燃料经实验平台验证，在改善燃料喷雾均匀性，提高缸内预混合燃烧比例及均匀性方面已取得显著成效，然而微纳米尺度气泡的浓度对泡状流预混合燃料促进发动机高效清洁燃烧至关重要。目前体相微纳米尺度泡状流预混合燃料制备过程中，多采用多孔膜管外压渗透、多孔膜管内压渗透、文丘里管原理等方式制备，虽然通过改变进气压力、燃料供给流速等方式实现微纳米尺度气泡浓度的小幅度改变，但无法满足高浓度微纳米气泡的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压泡状流预混合燃料制备供给系统及控制方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高压泡状流预混合燃料制备供给系统，包括：

油箱、燃料滤清器、三通阀一、空气压缩机、空气滤清器、低压油泵、高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料制备罐、高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料存储罐、高压油泵、油气分离器、发动机燃烧室、油轨压力传感器、高压油轨、喷油器、电子控制单元和三通阀二，在高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料制备罐中形成微纳米尺度泡状流预混合燃料，送入高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料存储罐中储存，通过高压油泵送入高压油轨建立轨压，最后接收电子控制单元信号，经由喷油器喷入发动机燃烧室内参与燃烧。

进一步的，所述高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料制备罐包括固定螺栓一、压力传感器一、进油口一、多孔膜管式微纳米气泡发生器进气管、多孔膜管式微纳米气泡发生器进气压力表、液面高度传感器一、泄气口一、微纳米尺度多孔膜管、出油口一；所述多孔膜管式微纳米气泡发生器进气管与空气压缩机出气口通过单向电磁阀一连接；所述进油口一与低压油泵出油口连接；所述泄气口一与油气分离器进口连接。

进一步的，所述高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料存储罐包括固定螺栓二、微米尺度过滤膜、进油口二、进气口、压力传感器二、液面高度传感器二、泄气口二、出油口二；所述进油口二通过单向电磁阀三与出油口一连接；所述进气口通过单向电磁阀二与空气压缩机出气口连接；所述泄气口二与油气分离器进口连接；所述出油口二与高压油泵进油口连接。

进一步的，在油路连接方面，所述油箱出口与燃料滤清器入口连接；所述燃料滤清器出口与三通阀一入口连接；所述三通阀一出口与低压油泵入口连接；所述低压油泵出口与进油口一连接；所述出油口一与进油口二连接；所述出油口二与高压油泵入口连接；所述高压油泵出口与高压油轨入口阀连接；所述高压油轨出口与喷油器入口连接，所述高压油轨泄油口通过单向电磁限压阀与三通阀二入口连接；所述喷油器回油口与三通阀二入口连接；所述三通阀二出口与三通阀一入口连接；所述喷油器出口与发动机燃烧室连接；所述油气分离器出口与油箱连接；

在气路连接方面，所述空气滤清器出口与空气压缩机入口连接；所述空气压缩机出口通过单向电磁阀一与多孔膜管式微纳米气泡发生器进气管连接，所述空气压缩机出口通过单向电磁阀二与进气口连接；所述泄气口一与油气分离器进气口连接，所述泄气口二与油气分离器进气口连接；

在信号连接方面，所述电子控制单元输入端分别与压力传感器一、液面高度传感器一、压力传感器二、液面高度传感器二和油轨压力传感器连接；所述电子控制单元输出端分别与空气压缩机、低压油泵、高压油轨、喷油器、单向电磁阀一、单向电磁阀二、单向电磁阀三和单向电磁限压阀连接。

进一步的，所述三通阀一有两个入口，一个出口，入口一与燃料滤清器出口连接、入口二与三通阀二出口连接，出口与低压油泵入口连接。

进一步的，所述三通阀二有两个入口，一个出口，入口一与喷油器回油口连接、入口二通过单向电磁限压阀与高压油轨泄压口连接，出口与三通阀一入口二连接。

进一步的，所述高压油轨有一个进油口、一个出油口和一个泄油口；所述高压油轨进油口与高压油泵出油口连接；所述高压油轨出油口与喷油器进油口连接；所述高压油轨泄油口通过单向电磁限压阀与三通阀二入口连接。

进一步的，所述油气分离器用于将高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料制备罐和高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料存储罐输压力超过设定阈值时排出的雾化油气中燃料与空气过滤分离，并将分离出的燃料送回至油箱中，空气直接排放至大气环境中。

进一步的，所述单向电磁阀一、单向电磁阀二、单向电磁阀三及单向电磁限压阀保持常闭状态，仅在接收电子控制单元信号时开启。

一种高压泡状流预混合燃料制备供给系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤一、电子控制单元接到供电信号后进行初始化；

步骤二、液面高度传感器一对罐内液面高度进行检测；若液面高度低于下限值，则空气压缩机、低压油泵接收信号开始工作，单向电磁阀一接收信号开启；若液面高度高于上限值，则单向电磁阀一、低压油泵保持关闭状态；

步骤三、压力传感器一对罐内压力进行检测；若压力低于下限值，则单向电磁阀一开启；若压力高于上限值，单向电磁阀一关闭，泄气口一打开；

步骤四、液面高度传感器二对罐内液面高度进行检测；若液面高度低于下限值，则单向电磁阀三开启；若液面高度高于上限值，则单向电磁阀三关闭；

步骤五、压力传感器二对罐内压力进行检测；若压力高于上限值，则泄气口二打开；若压力低于下限值，则进气口打开；

步骤六、高压油轨的油轨压力传感器对高压油轨中的微纳米尺度泡状流预混合燃料压力进行判定，若当前油轨压力小于预设值油轨压力，则增大高压油轨入口阀开度；若当前油轨压力大于预设油轨压力，则高压油轨泄油口开启，燃料通过单向电磁限压阀流入三通阀二；

步骤七、高压油轨向喷油器供油；

步骤八、燃料通过喷油器喷入发动机燃烧室内，未喷射燃料通过喷油器回油口流入三通阀二；

步骤九、重复以上步骤二至步骤八；

步骤十、收到电子控制单元停止信号，高压泡状流预混合燃料制备供给系统停止工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该高压泡状流预混合燃料制备供给系统及控制方法，将各种装置合理连接，使得在制备及存储过程中氛围压力恒定，保证混合燃料中微纳米尺度气泡浓度大幅提升同时且不会因压力变化塌陷崩溃。此外，该系统还可在发动机平稳运行同时，快速高效的将预混合燃料供给发动机，从而实现改善燃料喷雾雾化，达到发动机高效清洁燃烧的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的控制方法逻辑框图。

图3为本发明中高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料制备罐的结构示意图。

图4为本发明中高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料存储罐的结构示意图。

图中：油箱1、燃料滤清器2、三通阀一3、空气压缩机4、空气滤清器5、低压油泵6、高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料制备罐7、高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料存储罐8、高压油泵9、油气分离器10、发动机燃烧室11、油轨压力传感器12、高压油轨13、喷油器14、电子控制单元15、三通阀二16、固定螺栓一301、压力传感器一302、进油口一303、多孔膜管式微纳米气泡发生器进气管304、多孔膜管式微纳米气泡发生器进气压力表305、液面高度传感器一306、泄气口一307、微纳米尺度多孔膜管308、出油口一309、固定螺栓二401、微米尺度过滤膜402、进油口二403、进气口404、压力传感器二405、液面高度传感器二406、泄气口二407、出油口二408。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1-4所示，为本发明一个实施例提供的一种高压泡状流预混合燃料制备供给系统，包括：

油箱1、燃料滤清器2、三通阀一3、空气压缩机4、空气滤清器5、低压油泵6、高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料制备罐7、高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料存储罐8、高压油泵9、油气分离器10、发动机燃烧室11、油轨压力传感器12、高压油轨13、喷油器14、电子控制单元15和三通阀二16，在高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料制备罐7中形成微纳米尺度泡状流预混合燃料，送入高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料存储罐8中储存，通过高压油泵9送入高压油轨13建立轨压，最后接收电子控制单元15信号，经由喷油器14喷入发动机燃烧室11内参与燃烧。

在本发明实施例中，优选的，所述油箱1储存但不限于汽油、柴油、生物柴油、煤制油等可燃性烃类燃料作为液相载体制备体相微纳米尺度泡状流预混合燃料。微纳米气泡气相介质为常规空气。

如图1和图3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料制备罐7包括固定螺栓一301、压力传感器一302、进油口一303、多孔膜管式微纳米气泡发生器进气管304、多孔膜管式微纳米气泡发生器进气压力表305、液面高度传感器一306、泄气口一307、微纳米尺度多孔膜管308、出油口一309；所述多孔膜管式微纳米气泡发生器进气管304与空气压缩机4出气口通过单向电磁阀一连接；所述进油口一303与低压油泵6出油口连接；所述泄气口一307与油气分离器10进口连接。

在本发明实施例中，压力传感器一302和液面高度传感器一306测量罐内实时压力及液面高度数据并送回电子控制单元15进行处理。进油口一303与低压油泵6出油口连接，空气压缩机4出气口通过单向电磁阀一向多孔膜管式微纳米气泡发生器进气管304输送高压空气，高压空气进入微纳米气泡发生器后，在装有燃料的高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料制备罐7内突破燃料表面张力，在微纳米尺度多孔膜管308外形成微纳米尺度的气泡燃料并与罐内燃料不断混合形成微纳米尺度泡状流预混合燃料，并供给到高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料存储罐8保存细化。

如图1和图4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料存储罐8包括固定螺栓二401、微米尺度过滤膜402、进油口二403、进气口404、压力传感器二405、液面高度传感器二406、泄气口二407、出油口二408；所述进油口二403通过单向电磁阀三与出油口一309连接；所述进气口404通过单向电磁阀二与空气压缩机4出气口连接；所述泄气口二407与油气分离器10进口连接；所述出油口二408与高压油泵9进油口连接。

在本发明实施例中，压力传感器二405和液面高度传感器二406测量罐内实时压力及液面高度数据并送回电子控制单元15进行处理。

如图1-4所示，作为本发明的一种优选实施例：

在油路连接方面，所述油箱1出口与燃料滤清器2入口连接；所述燃料滤清器2出口与三通阀一3入口连接；所述三通阀一3出口与低压油泵6入口连接；所述低压油泵6出口与进油口一303连接；所述出油口一309与进油口二403连接；所述出油口二408与高压油泵9入口连接；所述高压油泵9出口与高压油轨13入口阀连接；所述高压油轨13出口与喷油器14入口连接，所述高压油轨13泄油口通过单向电磁限压阀与三通阀二16入口连接；所述喷油器14回油口与三通阀二16入口连接；所述三通阀二16出口与三通阀一3入口连接；所述喷油器14出口与发动机燃烧室11连接；所述油气分离器10出口与油箱1连接；

在气路连接方面，所述空气滤清器5出口与空气压缩机4入口连接；所述空气压缩机4出口通过单向电磁阀一与多孔膜管式微纳米气泡发生器进气管304连接，所述空气压缩机3出口通过单向电磁阀二与进气口404连接；所述泄气口一307与油气分离器10进气口连接，所述泄气口二407与油气分离器10进气口连接；

在信号连接方面，所述电子控制单元15输入端分别与压力传感器一302、液面高度传感器一306、压力传感器二405、液面高度传感器二406和油轨压力传感器12连接；所述电子控制单元15输出端分别与空气压缩机4、低压油泵6、高压油轨13、喷油器14、单向电磁阀一、单向电磁阀二、单向电磁阀三和单向电磁限压阀连接。

在本发明实施例中，通过电子控制单元15对执行器的控制完成供油系统轨压控制、不同气相密度及不同浓度气泡的切换。所述油箱1出口与燃料滤清器2入口连接，实现液体燃料杂质的过滤，防止供油系统发生堵塞；所述空气滤清器5出口与空气压缩机4入口连接，实现气体杂质的过滤，防止供气系统混有杂物。泄气口一307与油气分离器10进气口连接，当罐内压力超过上限值时，将制备过程中产生的燃料雾化蒸汽分离，干净燃料输回油箱1，空气直接释放大气环境；泄气口二407与油气分离器10连接，将罐内输送以及存储过程中产生的燃料雾化蒸汽分离，干净燃料输回油箱，空气直接释放大气环境。通过电子控制单元15给予高压油轨13信号控制高压油轨13压力，同时油轨压力传感器12向电子控制单元15发送信号，电子控制单元15给予单向电磁限压阀信号从而保证高压油轨13压力。

如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述三通阀一3有两个入口，一个出口，入口一与燃料滤清器2出口连接；入口二与三通阀二16出口连接，出口与低压油泵6入口连接。

如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述三通阀二16有两个入口，一个出口，入口一与喷油器14回油口连接、入口二通过单向电磁限压阀与高压油轨13泄压口连接，出口与三通阀一3入口二连接。

如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述高压油轨13有一个进油口、一个出油口和一个泄油口；所述高压油轨13进油口与高压油泵9出油口连接；所述高压油轨13出油口与喷油器14进油口连接，所述高压油轨13泄油口通过单向电磁限压阀与三通阀二16入口连接。

如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述油气分离器10用于将高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料制备罐7和高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料存储罐8输送出的雾化油气中燃料与空气过滤分离，并将分离出的燃料送回至油箱1中，空气直接排放至大气环境中。

如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述单向电磁阀一、单向电磁阀二、单向电磁阀三及单向电磁限压阀保持常闭状态，仅在接收电子控制单元15信号时开启。

如图2所示，为本发明一个实施例提供的一种高压泡状流预混合燃料制备供给系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤一、电子控制单元15接到供电信号后进行初始化；

步骤二、液面高度传感器一306对罐内液面高度进行检测；若液面高度低于下限值，则空气压缩机4、低压油泵6接收信号开始工作，单向电磁阀一接收信号开启；若液面高度高于上限值，则单向电磁阀一、低压油泵6保持关闭状态；

步骤三、压力传感器一302对罐内压力进行检测；若压力低于下限值，则单向电磁阀一开启；若压力高于上限值，单向电磁阀一关闭，泄气口一307打开；

步骤四、液面高度传感器二406对罐内液面高度进行检测；若液面高度低于下限值，则单向电磁阀三开启；若液面高度高于上限值，则单向电磁阀三关闭；

步骤五、压力传感器二405对罐内压力进行检测；若压力高于上限值，则泄气口二407打开；若压力低于下限值，则进气口404打开；

步骤六、高压油轨13的油轨压力传感器12对高压油轨13中的微纳米尺度泡状流预混合燃料压力进行判定，若当前油轨压力小于预设值油轨压力，则增大高压油轨13入口阀开度；若当前油轨压力大于预设油轨压力，则高压油轨13泄油口开启，燃料通过单向电磁限压阀流入三通阀二；

步骤七、高压油轨13向喷油器14供油；

步骤八、燃料通过喷油器14喷入发动机燃烧室11内，未喷射燃料通过喷油器14回油口流入三通阀二；

步骤九、重复以上步骤二至步骤八；

步骤十、收到电子控制单元15停止信号，高压泡状流预混合燃料制备供给系统停止工作。

在本发明实施例中，控制方法分为两部分，第一部分是微纳米尺度泡状流预混合燃料制备及控制方法，以保证高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料存储罐8中储存有足够量且满足发动机需求的微纳米尺度泡状流预混合燃料；第二部分是对现有燃料供给及控制方法而提出的适用体相纳米尺度泡状流预混合燃料的供给控制方法，以保证预混合燃料中气泡浓度及其稳定性。

本发明的工作原理是：

发动机启动，电子控制单元15给予低压油泵6开启信号，油箱1中的燃料经燃料滤清器2过滤、低压油泵6加压后送入高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料制备罐7；与此同时，空气压缩机4收到电子控制单元15给予工作信号，吸入空气滤清器5过滤后的干净空气压缩并通过单向电磁阀一送入微纳米尺度多孔膜管308；制备好的预混合燃料经过单向电磁阀三输送至高压环境体相微纳米尺度泡状流预混合燃料存储罐8中；当供油开始，体相微纳米尺度泡状流预混合燃料通过高压油泵9送入高压油轨13建立轨压；喷油信号发出，通过喷油器14喷入发动机燃烧室11与空气混合参与燃烧，未喷射燃料则通过回油口流回可控三通阀二16。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些均不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。