微量柴油引燃缸内高压直喷喷射器热负荷控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种微量柴油引燃缸内高压直喷喷射器热负荷控制系统及方法，包括：电控系统ECU与天然气喷射控制电磁阀、柴油喷射控制电磁阀、冷却柴油油量控制阀以及喷射器热负荷监控反馈系统分别连接；柴油/天然气喷射器与天然气喷射控制电磁阀和柴油喷射控制电磁阀分别连接；柴油/天然气喷射器的针阀体内设置环形冷却油腔，冷却柴油进入环形冷却油腔对喷射器针阀体进行冷却后流入柴油回油管路。本发明有益效果：能够有效控制直喷喷射器针阀体的热负荷，防止喷射器针阀体温度过高，导致喷射器针阀体烧损、卡死、结焦等故障。

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种微量柴油引燃缸内高压直喷喷射器热负荷控 制系统及方法。

背景技术

微量柴油引燃缸内高压直喷天然气发动机，由于采用天然气扩散燃烧方式，燃烧速度快， 爆震倾向小，可采用与柴油机相当的压缩比，热效率高于普通的预混天然气发动机；取消了 节气门结构，节流损失小，充量系数高；采用天然气为主燃料，C/H比率较低，同时降低颗 粒物和温室气体的排放，绝热火焰温度低，NO_x排放控制较容易，扫气过程几乎无燃料进入 排气系统，HC排放低，因此该型发动机可以在不牺牲动力性的前提下达到较好排放性能，具 有良好的应用价值。

微量柴油引燃缸内高压直喷天然气发动机喷入气缸的天然气由微量柴油喷束点燃，柴油 喷束的引燃特性直接影响着后续的整个扩散燃烧过程，为保证引燃柴油喷束的贯穿距离，从 而获得较好的引燃稳定性，柴油喷孔设计孔径很小；且在整个运行工况范围内，柴油的喷射 量占燃料总量的5％以内，循环柴油量较小，导致喷射器喷孔附近热负荷较高，发动机长时间 高负荷运行时柴油喷孔易碳化结焦，甚至出现柴油喷孔阻塞的问题，影响发动机的正常工作。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种微量柴油引燃缸内高压直喷喷射器热 负荷控制系统及方法，该系统及方法克服了传统天然气喷射器热负荷过高，喷射器烧损的问 题，改善了发动机的可靠性、经济性和排放性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微量柴油引燃缸内高压直喷喷射器热负荷控制系统，包括：电控系统ECU、柴油/ 天然气喷射器、天然气喷射控制电磁阀、柴油喷射控制电磁阀、冷却柴油油量控制阀以及喷 射器热负荷监控反馈系统；

所述电控系统ECU与天然气喷射控制电磁阀、柴油喷射控制电磁阀、冷却柴油油量控制 阀以及喷射器热负荷监控反馈系统分别连接；柴油/天然气喷射器与天然气喷射控制电磁阀和 柴油喷射控制电磁阀分别连接；

所述柴油/天然气喷射器的针阀体内设置环形冷却油腔，冷却柴油进入环形冷却油腔对喷 射器针阀体进行冷却后流入柴油回油管路。

所述柴油/天然气喷射器还包括：喷射器内冷却柴油进油管和喷射器内冷却柴油回油管； 所述喷射器内冷却柴油进油管与环形冷却油腔连接；喷射器内冷却柴油回油管与柴油回油管 路连接；柴油经过环形冷却油腔后，经过喷射器内冷却柴油回油管流入柴油回油管路。

所述冷却柴油油量控制阀设置在柴油回油管路上。

所述喷射器热负荷监控反馈系统包括：发动机温度传感器、排气温度传感器、缸内温度 传感器、柴油回油量传感器和进气流量传感器；上述传感器分别与电控系统ECU连接。

所述进气流量传感器和排气温度传感器分别设置在发动机进气管路和排气管路上；所述 柴油回油量传感器设置在柴油回油管路上；所述缸内温度传感器设置在发动机气缸内部；所 述发动机温度传感器设置在发动机机体水腔壁面上。

所述柴油/天然气喷射器还与高压天然气供给管路和高压柴油供油管路分别连接，用于向 柴油/天然气喷射器供给高压柴油和高压天然气。

一种微量柴油引燃缸内高压直喷喷射器热负荷控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S301，发动机起动后，电控系统ECU控制发动机在怠速工况下运行；

S302，电控系统ECU设定冷却柴油油量控制阀的初始开度，维持柴油及天然气喷射过程 中的正常回油；

S303，当发动机运行到某一工况点时，喷射器热负荷监控反馈系统采集发动机的温度、 气缸内燃气温度、排气温度、进气流量以及冷却柴油回油量参数，并将采集的参数传输给电 控系统ECU，电控系统ECU根据发动机的温度、气缸内燃气温度、排气温度、进气流量计 算出柴油/天然气喷射器针阀体的温度，根据柴油喷射量、冷却柴油回油量计算冷却柴油喷射 器针阀体的冷却强度；

S304，根据计算结果判断冷却强度是否满足要求；

S305，如果满足要求，电控系统ECU向冷却柴油控制阀输出维持当前冷却强度的指令； 否则，电控系统ECU通过冷却柴油控制阀增大或减小开度来改变冷却强度，直至冷却强度满 足要求；

S306，确定当前发动机工况点和冷却柴油控制阀开度之间的对应关系，完成对当前工况 点的标定；

S307，重复步骤S303-S306，完成对发动机全部工况点的标定。

发动机负荷较大，柴油/天然气喷射器热负荷高时，电控系统ECU控制冷却柴油油量控 制阀开度的增大来增加柴油流量，进而增大柴油对柴油/天然气喷射器的冷却强度；

发动负荷较低，柴油/天然气喷射器热负荷低时，电控系统ECU控制冷却柴油油量控制 阀开度的减小来减少柴油流量，进而减小柴油对柴油/天然气喷射器的冷却强度。

本发明的有益效果是：

本发明柴油/天然气喷射器中增加环形冷却油腔，冷却柴油由喷射器内冷却柴油进气管进 入环形冷却油腔对喷射器针阀体进行冷却后从喷射器内冷却柴油回油管流入柴油回油管路， 流回燃油箱，能够有效控制直喷喷射器针阀体的热负荷，防止喷射器针阀体温度过高，导致 喷射器针阀体烧损、卡死、结焦等故障。从而克服了传统天然气喷射器热负荷过高，喷射器 烧损的问题，改善了发动机的可靠性、经济性和排放性。

喷射器热负荷监控反馈系统能够实时反馈发动机和喷射器的热负荷，标定不同运行工况 的柴油冷却强度，以及实现热负荷控制的闭环运行。

电控系统ECU根据预先标定的MAP图，实现对喷射器冷却强度的灵活控制，发动机负 荷较大，喷射器热负荷较高时，增加流过喷射器针阀体柴油的流量，增大柴油对喷射器的冷 却强度，发动负荷较低，喷射器热负荷较低时，减少流过喷射器针阀体柴油的流量，减弱柴 油对喷射器的冷却强度，降低柴油泵的功耗。

附图说明

图1为本发明实施例的微量柴油引燃缸内高压直喷喷射器热负荷控制系统结构示意图；

图2为本发明柴油/天然气喷射器结构示意图；

图3为本发明实施例的微量柴油引燃缸内高压直喷喷射器热负荷控制系统控制方法流程 图。

其中，101发动机、102发动机温度传感器、103排气温度传感器、104缸内温度传感器、 105电控系统ECU、106高压天然气供给管路、107柴油/天然气喷射器、108天然气喷射控制 电磁阀、109柴油喷射控制电磁阀、110冷却柴油油量控制阀、111柴油回油量传感器、112 柴油回油管路、113高压柴油供油管路、114进气流量传感器；

201喷射器内冷却柴油进油管、202环形冷却油腔、203喷射器针阀体、204柴油针阀、 205天然气针阀、206喷射器内冷却柴油回油管。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

图1给出了一种微量柴油引燃缸内高压直喷喷射器热负荷控制系统的具体实施例，包括：

发动机101、发动机温度传感器102、排气温度传感器103、缸内温度传感器104、电控 系统ECU105、高压天然气供给管路106、柴油/天然气喷射器107、天然气喷射控制电磁阀 108、柴油喷射控制电磁阀109、冷却柴油油量控制阀110、柴油回油量传感器111、柴油回油 管路112、高压柴油供油管路113和进气流量传感器114；

电控系统ECU105与天然气喷射控制电磁阀108、柴油喷射控制电磁阀109、冷却柴油油 量控制阀110、发动机温度传感器102、排气温度传感器103、缸内温度传感器104、柴油回 油量传感器111和进气流量传感器114分别连接；

进气流量传感器114和排气温度传感器103分别设置在发动机进气管路和排气管路上； 所述柴油回油量传感器111设置在柴油回油管路112上；所述缸内温度传感器104设置在发 动机101气缸内部；所述发动机温度传感器102安装在发动机机体水腔壁面上。

柴油/天然气喷射器107与天然气喷射控制电磁阀108和柴油喷射控制电磁阀109分别连 接；高压天然气供给管路106、柴油回油管路112以及高压柴油供油管路113均与柴油/天然 气喷射器107连通。

柴油/天然气喷射器107包括：冷却柴油进油管201、环形冷却油腔202、喷射器针阀体 203、柴油针阀204、天然气针阀205和喷射器内冷却柴油回油管206。喷射器内冷却柴油进 油管201与环形冷却油腔202连接；喷射器内冷却柴油回油管206与柴油回油管路111连接；

喷射器针阀体203用来安装针阀，柴油针阀204的运动可控制柴油的喷射，天然气针阀 205用来控制天然气的喷射。

柴油通过冷却柴油进油管201在环形冷却油腔202内绕喷射器针阀体203冷却一周后， 经过喷射器内冷却柴油回油管206流入柴油回油管路111。

缸内高压直喷天然气发动机101工作过程中，高压天然气供给管路106和高压柴油供油 管路113分别向柴油/天然气喷射器107供给高压柴油和高压天然气，柴油喷射控制电磁阀109 和天然气喷射控制电磁阀108在电控系统ECU105的控制下向发动机101的气缸内喷射引燃 柴油和主燃天然气，燃料燃烧并对外做功。

在喷射器针阀体203内加工上环形冷却油腔202，冷却柴油由喷射器内冷却柴油进气管 201进入环形冷却油腔202对喷射器针阀体203进行冷却后从喷射器内冷却柴油回油管206 流入柴油回油管路112，流回燃油箱。冷却柴油的流量根据发动机的热负荷由冷却柴油油量 控制阀110灵活控制。

喷射过程中发动机温度传感器102、排气温度传感器103、缸内温度传感器104和进气流 量传感器114实时监控发动机的工作状态，并将所采集的数据传输给电控系统ECU105，电 控系统利用监控参数实时调整冷却柴油油量控制阀110的开度实现对冷却油量的控制，从而 控制喷射器针阀体的热负荷。

微量柴油引燃缸内高压直喷喷射器热负荷控制方法如图2所示，包括以下步骤：

S301首先发动机101起动后，电控系统ECU105使发动机在怠速工况下运行；

S302这时发动机101的负荷很低，直喷喷射器的热负荷很低，电控系统设定冷却柴油油 量控制阀110的开始很小，维持柴油及天然气喷射过程中的正常回油；

S303当发动机运行到某一工况点时，热负荷监控反馈系统的传感器采集发动机101的温 度、缸内燃气温度、排气温度、进气流量及冷却柴油回油量并传输给电控系统ECU105，电 控系统ECU105计算直喷喷射器的热负荷及冷却柴油对喷射器针阀体203的冷却强度；

S304随后电控系统ECU105根据计算结果对冷却强度是否满足要求进行判断；

S305根据不同的判断结果电控系统向冷却柴油油量控制阀110输出调整或维持当前冷却 强度指令；

S306冷却柴油油量控制阀110增大或减小开度改变冷却强度，电控系统ECU105再次判 断冷却强度是否满足要求，满足要求后电控系统确定发动机工况点和冷却柴油油量控制阀110 开度的关系完成这一工况点的标定；

然后重复步骤S303-S306完成全部工况点的标定，发动机稳定、可靠运行。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。