通用飛機(jī)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)，尤其涉及通用飛機(jī)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著通用飛機(jī)技術(shù)的逐漸成熟，其安全性和可靠性大大提高。隨著2011年由國(guó)務(wù)院和中央軍委發(fā)布的《關(guān)于深化我國(guó)低空空域管理改革的意見(jiàn)》文件的執(zhí)行，截至2020年，中國(guó)將至少有80%的低空領(lǐng)域開(kāi)放，這將為通用飛機(jī)的發(fā)展提供發(fā)展空間和機(jī)遇?？梢灶A(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)，通航產(chǎn)業(yè)必將在中國(guó)市場(chǎng)占有一席之地，也必將成為中國(guó)未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的中流砥柱之一。
[0003]目前通用飛機(jī)基本是以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力。根據(jù)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)和船舶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，采用石油基的汽油和柴油為動(dòng)力的通用飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，隨著其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必然會(huì)產(chǎn)生對(duì)石油基燃料的依賴(lài)性及嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。清潔能源替代傳統(tǒng)燃料的應(yīng)用已經(jīng)成為動(dòng)力行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，在通用飛機(jī)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)就將低污染清潔能源的使用考慮進(jìn)去將會(huì)促進(jìn)通用飛機(jī)技術(shù)的發(fā)展。
[0004]液化天然氣(LNG)是將天然氣經(jīng)過(guò)干燥脫酸處理后，在低溫下液化成液態(tài)的一種液態(tài)燃料，主要成分是甲烷(96%以上)。液態(tài)密度為0.42?0.46 t/m3，液態(tài)熱值50MJ/kg。LNG無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且無(wú)腐蝕性，其體積重量?jī)H為同體積水的45%左右。與汽油和柴油相比，LNG具有密度低、成本低、熱值高的特點(diǎn)，同時(shí)LNG燃燒后產(chǎn)生的污染物要比柴油低很多。在汽車(chē)上的試驗(yàn)表明，應(yīng)用LNG為燃料時(shí)尾氣中CO減少97%，HC+NOx減少72%，0)2減少90，噪聲減少40%，C6H6鉛粉塵等減少100%。將LNG作為通用飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的燃料還是一個(gè)全新的領(lǐng)域，目前還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。如果能將LNG作為通用飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的燃料，在降低通用飛機(jī)產(chǎn)生的環(huán)境污染的同時(shí)還將大幅度減少燃料成本，提升通用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。
[0005]LNG燃點(diǎn)為650°C，比汽油燃點(diǎn)427°C和柴油燃點(diǎn)220°C高出很多，因此LNG發(fā)動(dòng)機(jī)如同汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，也需要采用電子點(diǎn)燃著火方式，通過(guò)高壓電子點(diǎn)火線(xiàn)圈、火花塞放出火花，點(diǎn)燃天然氣與潔凈空氣的混合氣。LNG的絕熱火焰溫度接近2000°C，如果燃料與空氣混合不均勻出現(xiàn)燃燒熱點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致火花塞燒毀。
[0006]LNG的主要成分是甲烷，燃燒過(guò)程中具有火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?、燃燒期增長(zhǎng)、燃燒室內(nèi)壓力和溫度上升緩慢的特點(diǎn)，導(dǎo)致LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的爆發(fā)壓力差、發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特性沒(méi)有使用柴油時(shí)強(qiáng)，同時(shí)由于燃燒時(shí)間長(zhǎng)、氣體燃料本身體積占進(jìn)氣體積比例大，導(dǎo)致進(jìn)入燃燒室的空氣流量小使極端工況下燃燒室燃燒不完全、污染物排放高、甚至熄火。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決通用飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)使用石油基燃料時(shí)所引起的環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題及使用LNG燃料時(shí)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種通用飛機(jī)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法采用LNG與柴油兩種燃料。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況，通過(guò)控制天然氣噴射模塊和電子節(jié)氣門(mén)，提供適量的一定濃度的天然氣和空氣混合氣。同時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮沖程后期，噴入少量柴油作為引燃源，引燃柴油噴束著火后，在燃燒室內(nèi)不同位置形成多個(gè)火核，點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的預(yù)混天然氣和空氣混合氣，使天然氣和空氣混合氣可以在盡量短的時(shí)間內(nèi)完成燃燒放熱過(guò)程，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)快速低排放高效燃燒的目的，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)可以不用安裝點(diǎn)火器，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜性的同時(shí)也避免了火花塞被燒毀所引起的問(wèn)題。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種可應(yīng)用于通用飛機(jī)的使用LNG和柴油的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)，包括LNG汽化及預(yù)混天然氣供給裝置、電控共軌柴油供給裝置、電控系統(tǒng)、電子節(jié)氣門(mén)和噴油嘴；所述電控共軌柴油供給裝置、預(yù)混天然氣供給裝置、電子節(jié)氣門(mén)和噴油嘴分別與電控系統(tǒng)ECU連接；所述電子節(jié)氣門(mén)和噴油嘴安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，所述電子節(jié)氣門(mén)與預(yù)混天然氣供給裝置連接，所述噴油嘴與電控共軌柴油供給裝置連接；電控系統(tǒng)ECU控制預(yù)混天然氣供給裝置提供設(shè)定濃度的天然氣和空氣混合氣，并對(duì)供給柴油的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制柴油的噴射時(shí)刻。
[0009]所述預(yù)混天然氣供給裝置包括:LNG儲(chǔ)罐、儲(chǔ)罐自增壓?jiǎn)卧NG汽化器、天然氣緩沖罐、穩(wěn)壓器、天然氣流量計(jì)、天然氣噴射模塊和混合器；所述LNG儲(chǔ)罐用于儲(chǔ)存低溫LNG，并帶有儲(chǔ)罐自增壓?jiǎn)卧獊?lái)滿(mǎn)足LNG儲(chǔ)罐中對(duì)壓力的要求。LNG儲(chǔ)罐與LNG汽化器相連，在LNG儲(chǔ)罐內(nèi)壓力的作用下，LNG流出LNG儲(chǔ)罐后在LNG汽化器內(nèi)發(fā)生相態(tài)變化，由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。LNG汽化器與緩沖罐相連，緩沖罐與穩(wěn)壓器相連，穩(wěn)壓器與天然氣噴射模塊相連，天然氣噴射模塊與天然氣和空氣混合器相連，儲(chǔ)罐自增壓?jiǎn)卧惭b在LNG儲(chǔ)罐下方；
所述的混合器為天然氣和空氣混合器；
所述穩(wěn)壓器與天然氣噴射模塊之間還安裝有天然氣流量計(jì)；
所述天然氣噴射模塊與電控系統(tǒng)相連，用于控制天然氣噴射模塊的燃料流量；
所述電子節(jié)氣門(mén)與電控系統(tǒng)相連，用于控制進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣的流量。
[0010]所述電控共軌柴油供給裝置包括:油箱、柴油濾清器、帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油栗、柴油軌以及噴油嘴；所述油箱與柴油濾清器相連，柴油濾清器與帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油栗的輸入端相連，柴油栗的低壓回油管路與油箱相連，高壓供油管路與柴油軌相連，柴油軌通過(guò)高壓油管與噴油嘴相連，柴油軌通過(guò)低壓管路同柴油栗相連，噴油嘴的低壓回油管路同柴油栗相連；
所述柴油濾清器與柴油栗之間還安裝有柴油油耗儀；
所述柴油軌的一端安裝有柴油軌壓力傳感器，所述柴油軌壓力傳感器與電控系統(tǒng)連接，用于采集柴油軌內(nèi)的壓力；
所述電控系統(tǒng)與帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油栗連接，用于控制柴油栗的轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制柴油流量。
[0011]所述噴油嘴和電子節(jié)氣門(mén)安裝于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋上，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣端的管道上設(shè)置有中冷器，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道與排氣道之間設(shè)置有渦輪增壓器。燃料在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒后將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳遞給通用飛機(jī)的螺旋槳，推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)；
所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的一側(cè)還安裝有轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器將信號(hào)傳遞給電控系統(tǒng)，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)測(cè)；
所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管道上設(shè)有進(jìn)氣壓力溫度傳感，排氣管道上設(shè)有排氣氧傳感器，傳感器的信號(hào)傳遞給電控系統(tǒng)，用于制定發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略。
[0012]—種可應(yīng)用于通用飛機(jī)的使用LNG和柴油的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)的控制方法，包括:
根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，電控系統(tǒng)通過(guò)控制帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油栗調(diào)節(jié)供給發(fā)動(dòng)機(jī)柴油的壓力，電控系統(tǒng)通過(guò)控制天然氣噴射模塊、電子節(jié)氣門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)供給發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)混天然氣的過(guò)量空氣系數(shù)、混合氣的量；
在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行工況下，所需柴油量用于引燃天然氣與空氣的混合氣體，所需燃料流量小，能實(shí)現(xiàn)引燃功能即可；
在極端工況下，天然氣與空氣的混合氣體的可燃性不好，可通過(guò)增加柴油栗的壓力來(lái)增加柴油噴嘴供給柴油的流量。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明提供了一種適用于以L(fǎng)NG和柴油為燃料的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)及方法，低溫LNG儲(chǔ)存在LNG儲(chǔ)罐內(nèi)，在自增壓?jiǎn)卧淖饔孟卤ＷCLNG儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力，使LNG可以在儲(chǔ)罐內(nèi)壓力的作用下通過(guò)管道流出LNG儲(chǔ)罐，并進(jìn)入LNG汽化器實(shí)現(xiàn)LNG由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣體燃料以供發(fā)動(dòng)機(jī)的使用。
[0014]本發(fā)明根據(jù)LNG和柴油的物性及燃燒特點(diǎn)，采用了使用柴油來(lái)點(diǎn)燃天然氣與空氣的混合氣體的方式，實(shí)現(xiàn)了不需要點(diǎn)火系統(tǒng)及火花塞就可點(diǎn)燃高燃點(diǎn)的LNG燃料，同時(shí)可以提高LNG燃料的燃燒速度。
[0015]本發(fā)明根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況，通過(guò)電控系統(tǒng)控制混合氣的流量及濃度、柴油噴射壓力，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下可采用不同的雙燃料匹配方式，優(yōu)化了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。
[0016]【附圖說(shuō)明】:
圖1是本發(fā)明通用飛機(jī)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1 LNG儲(chǔ)罐、2儲(chǔ)罐自增壓?jiǎn)卧? LNG汽化器、4緩沖罐、5穩(wěn)壓器、6天然氣流量計(jì)、7天然氣噴射模塊、8混合器、9渦輪增壓器、10中冷器、11電子節(jié)氣門(mén)、12噴油嘴、13螺旋槳、14發(fā)動(dòng)機(jī)、15電控系統(tǒng)、16柴油軌、17帶壓力調(diào)節(jié)裝置的柴油栗、18柴油油耗儀19柴油濾清器、20油箱。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]如圖1所示，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)，包括:通過(guò)電控系統(tǒng)ECU14分別控制的預(yù)混天然氣供