本发明涉及一种超临界燃油喷射系统，属于内燃机燃烧及燃油超临界喷射技术领域。
背景技术：
内燃机燃油雾化技术已经成为当代内燃机喷射技术的主要方向之一。传统液体燃料喷射过程中会发生初次雾化、二次雾化和液滴蒸发的现象，这些过程导致燃油滞燃期增加，使燃烧过程控制难度增加，缸内燃烧等容度下降，最终导致内燃机热效率的降低。
与此同时，现代内燃机的高压共轨系统实现了三倍于传统内燃机的喷射压力，这在一定程度上加剧燃油破碎过程，减小了喷雾粒径。但在喷射时刻燃油依然处于液相状态，燃油雾化技术依然有很大提升潜力。
传统的燃料加热方式为电加热，电能转化成电阻丝的热能，通过热传导将能量传递到材料上。大部分热量耗散到大气中，能量损失巨大，加热效率低下。与之相比，电磁感应加热能量转化效率高，热损失较少且加热均匀，可显著降低环境温度。
研究表明，油温对喷射特性具有显著的影响。当燃料的温度不断提高，燃料就变成了带有一定过热度的流体。当燃料温度超过其临界点时，燃油处于超临界状态。超临界流体具有介于液态和气态两者之间的性质，具有表面张力较小、粘度较小以及扩散系数较大的特点。在燃料的喷射过程中，处于超临界态的燃油粒子直径比液态喷雾小两个数量级。这样就能快速的制备高质量的混合气体，从而对液态燃油的雾化和燃烧过程起到良好的改善作用。
技术实现要素：
本发明为解决内燃机缸内燃烧燃油雾化不良的现状，提出一种超临界燃油喷射系统，用于研究超临界燃油雾化过程。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种超临界燃油喷射系统，主要包括油箱、高压油泵、高压油泵进油管、高压油泵出油管、高压油泵溢流管、高压共轨管、共轨-加热连通管、燃油加热管、燃油电磁加热单元、共轨喷油器、高温回油管路、回油水冷装置、储油罐、压力传感器、热电偶以及电子控制单元；
其中，所述燃油加热管由磁导率较高的碳素钢制成；燃油加热管的外表面敷设有耐高温石棉垫；高温回油管路采用折叠布置方式，也可以采用其他能够加强冷却效果的布置方式；回油水冷装置具有冷却水入口和冷却水出口；储油罐上方开有压力平衡孔；电子控制单元植有根据压力传感器和热电偶信号控制共轨喷油器电磁阀启闭的程序；
高压油泵具有输入端、输出端和溢流端；高压共轨管具有输入端和输出端；燃油加热管具有输入端和输出端；高温回油管路具有输入端和输出端。
一种超临界燃油喷射系统各组成部分的连接关系如下：
所述的高压油泵与高压共轨管和油箱连接，高压油泵的输出端与高压共轨管输入端连接；高压油泵的输入端、溢流端与油箱相连；高压共轨管输出端连接燃油加热管输入端；燃油加热管输出端连接共轨喷油器；共轨喷油器回油口与高温回油管路输入端连接；高温回油管路输出端连接储油罐；压力传感器、热电偶、共轨喷油器均与电子控制单元连接；高压油泵输出端通过高压油泵出油管连接高压共轨管；高压油泵输入端通过高压油泵进油管与油箱连接；高压油泵溢流端通过高压油泵溢流管与油箱连接；高压共轨管输出端通过共轨-加热连通管与燃油加热管输入端连接；燃油加热管输出端通过共轨喷油器进油道与共轨喷油器连接；
一种超临界燃油喷射系统各组成部分的装配连接关系如下：
压力传感器安装在高压共轨管上；热电偶安装在燃油加热管上；燃油电磁加热单元的加热线圈紧密缠绕在高温石棉垫外侧，并接入高频交流电；所述回油水冷装置固定在高温回油管路外表面；回油水冷装置的冷却水入口设置在高温回油管路下游，冷却水出口设置在高温回油管路上游，用以加强冷却效果；
一种超临界燃油喷射系统中的各组成部分功能如下：
油箱用于储存燃油；高压油泵用于提供高压燃油；高压油泵进油管和高压油泵出油管用于燃油的输送；高压油泵溢流管用于限制高压油泵输油压力；高压共轨管用于储存并输送高压燃油；燃油加热管用于燃油的储存与加热；燃油电磁加热单元用于给燃油加热管提供热量；共轨喷油器用于接收来自电子控制单元的脉冲信号，进行超临界燃油喷射；高温回油管路用于将回油冷却并导入储油罐；储油罐用于收集冷却后的回油；回油水冷装置用于将高温回油管路中的超临界态燃油冷凝；压力传感器用于监测高压共轨管中燃油压力；热电偶用于监测燃油加热管中的燃油温度；电子控制单元用于处理来自压力传感器和热电偶的信号，控制共轨喷油器喷油；耐高温石棉垫用于防止燃油加热管高温表面将电磁加热线圈烧坏。
有益效果
本发明涉及一种超临界燃油喷射系统，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1.本发明在高压共轨系统对燃油加压的基础上，使用燃油电磁加热单元对燃油加热管中的燃油加热至超临界态，使燃油在共轨喷油器体内达到超临界状态；
2.与传统燃油加热方式相比，燃油电磁加热单元能量转化效率高、加热速度快、对材料加热均匀，且工作环境温度较低；
3.传统燃油喷射需经过燃油的初次雾化、二次雾化以及破碎蒸发的漫长过程，本发明有效的避免了这一过程，燃油喷出即为超临界态；
4.传统燃油喷射系统喷雾粒径约为10μm，本发明中的燃油喷雾粒径可减小两个数量级，油气混合更加充分；
5.极大缩短了燃油滞燃期，使燃烧速率仅受喷射速率影响，燃烧过程更加可控。同时可将内燃机热效率提高3％～5％；
6.超临界燃油喷射使得缸内燃烧过程可以通过喷射脉冲的个性化定制得到控制和改善。
附图说明
图1为本发明一种超临界燃油喷射系统的结构示意图；
图1中：1-油箱；2-高压油泵；3-高压油泵溢流管；4-高压油泵进油管；5-高压油泵出油管；6-高压共轨管；7-共轨-加热连通管；8-燃油加热管；9-燃油电磁加热线圈；10-燃油电磁加热单元；11-共轨喷油器进油道；12-共轨喷油器；13-高温回油管路；14-回油水冷装置；15-储油罐；16-压力传感器；17-热电偶；18-电子控制单元；19-冷却水出口；20-冷却水入口；21-压力平衡孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例叙述了本发明一种超临界燃油喷射系统的组成、装配连接关系及具体实施。
一种超临界燃油喷射系统的组成及连接如图1所示。图1中1为油箱；2为高压油泵；3为高压油泵溢流管；4为高压油泵进油管；5为高压油泵出油管；6为高压共轨管；7为共轨-加热连通管；8为燃油加热管；9为燃油电磁加热线圈；10为燃油电磁加热单元；11为共轨喷油器进油道；12为共轨喷油器；13为高温回油管路；14为回油水冷装置；15为储油罐；16为压力传感器；17为热电偶；18为电子控制单元；19为冷却水出口；20为冷却水入口；21为压力平衡孔。
从图1中可以看出，高压油泵2输出端与高压共轨管6通过高压油泵出油管相连，高压油泵2输入端和溢流端分别通过高压油泵进油管4和高压油泵溢流管3与油箱1连接，高压油泵将油箱中的燃油加压输送到高压共轨管。所述的燃油加热管8设置在高压共轨管6下游，二者之间通过共轨-加热连通管7相连。燃油加热管8与共轨喷油器12通过共轨喷油器进油道11连通。共轨喷油器12与高温回油管路13连接；高温回油管路13连接储油罐15；压力传感器16、热电偶17、共轨喷油器12均与电子控制单元18连接；燃油电磁加热单元10的燃油电磁加热线圈9紧密缠绕在高温石棉垫外侧；回油水冷装置14固定在高温回油管路13外表面；
本实施例具体实施时，高压油泵2产生100Mpa高压燃油，经高压油泵出油管5泵入高压共轨管6。高压共轨管中燃油压力与燃油加热管一致；燃油电磁加热单元10接入高频交流电，通过控制加热功率将燃油加热管8中高压燃油加热至目标温度400℃；超临界态燃油通过共轨喷油器进油道11供入共轨喷油器12，当共轨喷油器电磁阀开启，超临界燃油由喷嘴喷出。超临界燃油喷射将喷雾粒径减小两个数量级，缩短了燃油滞燃期，使燃烧速率仅受喷射速率影响，同时提高了内燃机热效率；部分高温燃油由高温回油管路13导出，流经回油水冷装置14。高温回油管路中的燃油经过回油水冷装置放热冷凝，由超临界态转变为液态，导入储油罐15。
本实施例具体实施时，当燃油温度达到目标温度400℃时，将燃油电磁加热单元功率调稳。当燃油压力达到目标压力100Mpa时，将泵油压力调稳。压力传感器16实时采集高压共轨管6中的燃油压力，热电偶17实时采集燃油加热管8中的温度。电子控制单元18将二者信号与燃油超临界点热力学参数进行对比，当热电偶、压力传感器信号满足条件时，电子控制单元18给共轨喷油器发送脉冲信号控制喷油器电磁阀启闭，实现燃油超临界喷射。超临界燃油喷射使得缸内燃烧过程可以通过喷射脉冲的个性化定制得到控制和改善。
上述对实例得描述是便于该领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域的技人员显然可以对该技术做出各种修改，并把在此说明的技术原理应用到其他实例中而不必经过创造性劳动。因此，本发明不限于此示例。本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的任何改进和修改都应在本发明的保护范围之内。