泡状流预混合烃类燃料制备、供给系统及其控制方法

本发明涉及发动机燃料预处理技术领域，具体为泡状流预混合烃类燃料制备、供给系统及其控制方法。

背景技术：

目前，提高燃料与空气的混合均匀性主要通过采用高压喷射技术、可变气门技术和进气协调控制等方式。上述技术的应用虽然可以改善燃料的雾化程度，提高混合均匀性，但若采用当前技术路线进一步改善混合均匀性，会极大的提高发动机系统及控制的复杂性、提高执行机构对材料强度的要求，极大的提高整车的制造成本。

通过燃料与空气在纳米尺度进行预混合，可以改善燃料的性质，有效提升燃料与空气的混合均匀性，提高发动机热效率并降低不完全燃烧产物的排放。但当前体相纳米尺度气泡流烃类燃料制备、供给系统还主要应用于实验研究，制备速率和供给的稳定性还不能达到实车应用的标准。

为了解决以上问题，本发明提出一种可以应用于现有汽车动力系统的体相纳米尺度气泡流烃类燃料制备、供给系统，该系统可以对烃类燃料进行预处理，提升燃料与空气的混合均匀性，改善发动机燃料燃烧过程。并提出了一种针对此系统的控制方法，本发明提出一种可以应用于现有汽车动力系统的体相纳米尺度气泡流烃类燃料制备、供给系统，该系统可以对烃类燃料进行预处理，提升燃料与空气的混合均匀性，改善发动机燃料燃烧过程。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于现有泡状流预混合烃类燃料制备、供给系统及其控制方法中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供泡状流预混合烃类燃料制备、供给系统及其控制方法，能够实现对烃类燃料进行预处理，提升燃料与空气的混合均匀性，改善发动机燃料燃烧过程。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

泡状流预混合烃类燃料制备、供给系统及其控制方法，其包括油箱、燃油滤清器、可控四通阀、体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统、体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置、气液分离器二、高压油泵、高压油轨、喷油器、可控三通阀、电子控制单元、气泡浓度传感器一、液面高度传感器、气泡浓度传感器二、油轨压力传感器、电子控制单元和可控三通阀：

所述油箱出口与所述燃油滤清器入口相连，实现液体燃料杂质的过滤，防止供油系统发生堵塞；

所述燃油滤清器出口、体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置出口、可控三通阀出口阀3分别与可控四通阀的入口1、入口2、入口3相连，可控四通阀的入口阀1和阀2、可控三通阀的出口阀3和阀4可以通过电子控制单元进行控制，通过不同阀体的开关切换不同的工作模式以满足发动机对体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料气泡浓度的需求；

所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统包括低压油泵、纳米气泡发生器、空气滤清器、气泵；所述可控四通阀出口与低压油泵入口相连，所述低压油泵出口与纳米气泡发生器液体入口相连，所述空气滤清器出口与气泵入口相连，气泵出口与纳米气泡发生器气体入口相连，所述纳米气泡发生器出口与体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置入口相连；在纳米气泡发生器的机械作用下，烃类燃料与气体充分混合，气体在烃类燃料液相中受到剪切力的作用破碎成纳米尺度的气泡并长期稳定在烃类燃料中，形成体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料并供给到体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置进行细化并储存；

所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置中集成有气液分离器一、液面高度传感器、气泡浓度传感器；所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置气体出口与发动机进气歧管相连，所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置出油口与气液分离器二相连；所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置通过气浮作用使不同浓度的体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料分层，并将气泡尺度较大的体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料通过回油出口吸出进行细化，以获得目标尺度的纳米气泡；所述气液分离器一安装在所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置顶部，将体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料中的宏观气泡与烃类燃料分离，并将混有烃类燃料蒸汽的气体通过进气歧管供给给发动机参与燃烧；所述液面高度传感器通过测量液面高度将液面高度信号传输给电子控制单元进行处理；所述气泡浓度传感器安装在所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置回油出口附近，将体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料的气泡浓度信号传输给电子控制单元进行处理；

所述气液分离器二入口与所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置出油口和可控三通阀出口阀4相连，所述气液分离器二出口与高压油泵入口相连；

所述高压油泵出口与所述高压油轨进油口相连，所述高压油轨出油口与所述喷油器相连，所述高压油轨压力调节阀与可控三通阀入口相连，通过电子控制单元控制压力调节阀开闭从而控制高压油轨轨压，为体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料建立高压环境，降低喷油时间并进一步促进喷油后的雾化质量；

所述电子控制单元入口与所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置中的气泡浓度传感器一和液面高度传感器、所述高压油轨的油轨压力传感器和气泡浓度传感器二相连；所述电子控制单元出口与所述可控四通阀、所述可控三通阀、所述高压油轨压力调节阀、所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统和高压油泵相连；通过电子控制单元对执行器的控制完成供油系统轨压控制及不同模式的切换。

作为本发明所述的泡状流预混合烃类燃料制备、供给系统及其控制方法的一种优选方案，其中：所述高压油轨设置有气泡浓度传感器二，以获得高压油轨内体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料的气泡浓度信号，用来进行供油循环的判定，也可用来进行故障诊断分析。

作为本发明所述的泡状流预混合烃类燃料制备、供给系统及其控制方法的一种优选方案，其中：包括如下步骤：

步骤一：根据所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置中液面高度传感器信号判定体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料是否需要进行补充制备。

步骤二：根据所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置中的气泡浓度传感器一信号判定体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置中的体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料是否需要细化或重新制备。

步骤三：根据气泡浓度传感器一和气泡浓度传感器二信号判定燃油供给所使用循环及是否重新细化高压油轨内的体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料。

步骤四：等待发动机起动信号，等待建立轨压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过各装置方面的巧妙设置与连接，能够快速地制备出发动机所需的体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料，并能够在保障发动机平稳运行的同时，快速地将体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料供给发动机，从而利用体相纳米尺度泡状流的性质改善燃料在喷雾过程中的氧气浓度、预混合比例及混合均匀性，进而达到促进发动机高效清洁燃烧的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为车用体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备、供给系统及其控制方法的结构示意图；

图2为体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备、供给控制方法逻辑框图。

图中；1-油箱，2-燃油滤清器，3-可控四通阀，4-体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统，5-低压油泵，6-空气滤清器，7-纳米气泡发生器，8-气泵，9-体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置，10-气液分离器二，11-高压油泵，12-气液分离器一，13-高压油轨，14-气泡浓度传感器一，15-进气歧管，16-发动机，17-喷油器，18-高压油轨，19-气泡浓度传感器二，20-油轨压力传感器，21-电子控制单元，22-可控三通阀。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

泡状流预混合烃类燃料制备、供给系统及其控制方法，包括油箱1、燃油滤清器2、可控四通阀3、体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统4、体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置9、气液分离器二10、高压油泵11、高压油轨18、喷油器17、可控三通阀22、电子控制单元21、气泡浓度传感器一13、液面高度传感器14、气泡浓度传感器二19、油轨压力传感器20、电子控制单元21和可控三通阀22等部件。烃类燃料经过体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统4进行初步处理生成体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料，进入体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置9进行细化并储存，然后进入高压油轨18建立轨压，最后接收到发动机启动信号由喷油器喷入发动机中与空气混合燃烧。

油路连接方面，油箱1出口与燃油滤清器2入口相连；燃油滤清器2入口与可控四通阀3入口阀1相连；可控四通阀3出口与体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统4的低压油泵5入口相连；低压油泵5出口与纳米气泡发生器7液体入口相连；纳米气泡发生器7出口与体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置9入口相连，体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置9回油口与可控四通阀3入口阀2相连，体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置9出油口与气液分离器二10入口1相连；气液分离器二10气体出口与进气歧管15相连，气液分离器二10出口与高压油泵11入口相连；高压油泵11出口与高压油轨18入口相连，高压油轨18出油口与喷油器17相连，高压油轨18压力调节阀与可控三通阀22入口相连；可控三通阀22出口阀3与可控四通阀3入口3相连，可控三通阀22出口阀4与气液分离器二10入口2相连；喷油器17喷油口与发动机燃烧室相连。

气路连接方面，空气滤清器6出口与气泵8入口相连，气泵8与纳米气泡发生器7气体入口相连；体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置9气体出口与发动机进气歧管15相连。

信号连接方面，气泡浓度传感器一13、液面高度传感器14、气泡浓度传感器二19、油轨压力传感器20与电子控制单元21入口相连，电子控制单元21出口与可控四通阀3、可控三通阀22、高压油轨18压力调节阀、体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统4和高压油泵11相连。

体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备开始，烃类燃料从油箱1中被吸入燃油滤清器2进行过滤，去除杂质。随后通过可控四通阀3进入体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统4进行预处理，生成体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料进入体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置9。若需要进一步细化，则体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料通过体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置9回油口、可控四通阀3进入体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统4进一步细化；若不需要细化，则暂时储存在体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置9中。供油开始，体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料通过气液分离器二10、高压油泵11进入高压油轨18建立轨压，等待发动机启动信号，通过喷油器17进入发动机。高压油轨18压力通过高压油轨18压力调节阀进行调节，当需要使体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置9内的体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料快速进入高压油轨18内时，在满足发动机起动油压需求的前提下，高压油轨18内的烃类燃料快速通过可控三通阀22、可控四通阀3进入体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统4进行重新制备/细化；否则，燃油通过可控三通阀22、气液分离器二10、高压油泵11重新进入高压油轨18。

本发明提出了一种针对与上述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备、供给系统的控制方法。所述控制方法分为两部分，第一部分是体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备及细化控制方法，以保证体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置9中储存有足够的满足发动机需求的体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料；第二部分是针对体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料的应用对现有燃油供给系统控制方法进行而提出的体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料供给控制方法，以保证纳体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料浓度满足发动机需求。

所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备及细化控制方法包括以下步骤：

步骤一：电子控制单元21接收到供电信号后，进行初始化，使所有阀体及油泵保持关闭状态。

步骤二：对所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料储存装置9中的液面高度传感器14获得的液面高度信号进行判定，若液面高度低于最低液面高度，则打开可控四通阀3与油箱1心相连的阀1；否则，进行第二判定，若液面高度低于最高液面高度，则阀1和体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统4状态不变，若液面高度高于最高液面高度，则阀1关闭。

步骤三：进一步地，对气泡浓度传感器一13获得的气泡浓度信号进行判定，若气泡浓度小于目标气泡浓度，则打开阀2，使体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料返回纳米气泡发生器7进行进一步细化；否则，则关闭阀2，制备完成，并根据发动机需求将体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料供给给发动机。

所述体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料供给控制方法在现有高压油轨18控制策略的基础上进行了改进，在建立轨压前改进填加以下步骤：

步骤四：对气泡浓度传感器二19获得的气泡浓度信号进行判定，若气泡浓度大于目标气泡浓度，则开启阀4，关闭阀3，体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料供油准备完成等待启动信号，等待建立油轨压力。若气泡浓度小于目标气泡浓度，则对气泡浓度传感器一13获得的气泡浓度信号进行判定，若气泡浓度小于目标气泡浓度，则开启阀4，关闭阀3，将高压油轨压力调节阀开度调至最大，开启高压油泵，等待建立油轨压力，使烃类燃料通过气液分离器二10，避免气泡聚集析出导致产生气阻影响轨压建立，优先进行供油准备，等待体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备；若气泡浓度大于目标气泡浓度，则开启阀3，关闭阀4，将高压油轨压力调节阀开度调至最大，重新细化高压油轨18内的体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料。

步骤五：判定阀1、阀2、阀3是否全部关闭。若全部关闭，则关闭体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统4，若未全部关闭，则开启体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统4。

步骤六：输出阀1、阀2、阀3、阀4及体相纳米尺度泡状流预混合烃类燃料制备系统4开闭信号。

步骤七：等待发动机起动信号，等待建立轨压。

步骤八：以上步骤二至步骤七进行循环

虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。