一种缸内直喷氨柴油双燃料发动机燃烧系统及燃烧方法技术方案

技术编号:37627574 阅读:13 留言:0更新日期:2023-05-18 12:19
本发明专利技术的目的在于提供一种缸内直喷氨柴油双燃料发动机燃烧系统及燃烧方法,包括活塞、气缸套、缸内直喷氨喷射器、气缸盖、排气阀、高压共轨喷油器、进气阀等结构;所述发动机有两种运行模式,即在起动和怠速时为纯柴油运行模式保证发动机顺利起动,在其他工况为柴油/氨双燃料运行模式,采用氨燃料高低压喷射和柴油多次喷射,根据工况变化调整氨和柴油的喷射比例与喷射正时,并配合米勒循环,在减少碳排放的基础上提高氨燃料发动机的燃烧效率和燃烧稳定性。本发明专利技术可降低传统发动机燃烧化石燃料带来的碳氧化物和硫氧化物排放以及氨燃料燃烧速度慢和点火能量高带来的点火困难等问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种缸内直喷氨柴油双燃料发动机燃烧系统及燃烧方法


[0001]本专利技术涉及的是一种发动机装置,具体地说是发动机燃烧系统及燃烧方法。

技术介绍

[0002]氨气的液化温度为

33℃,易于存储和运输,液氨与汽油的单位体积能量密度相当。由于氨的储存和运输的长期稳定性良好,同时制备方便,且燃烧产物中不含温室气体,因此被视为理想的零碳替代燃料。
[0003]与典型的碳氢化合物燃料相比,燃烧系统中氨的直接利用具有燃烧速度慢、点火能量高、可燃范围窄、自动点火温度高、猝熄距离远、点火延迟时间长等特点,在最大功率、效率和排放方面,远远次于在类似操作条件下使用碳氢燃料所达到的性能。现有技术倾向于使用高反应活性燃料引燃氨或改善氨的燃烧,而高反应活性的柴油使用广泛、配套完善,使用柴油引燃氨安全可靠。
[0004]现有专利大多通过加氢来改善氨的燃烧。专利CN115217622A提及一种基于反应活性调控的氨氢融合燃料控制系统,利用车载制氢装置产氢,采用进气道喷射方式供氨并和氢混合,使用氢射流点火,该装置实现零碳排放,但是由于包含氢气存储设备,因而存在氢气泄露和爆炸风险,同时氢射流燃烧时存在回火风险。专利CN115111089A提及一种预燃室式氨燃料发动机系统,使用氨催化分解制氢,并利用氢燃料电池等设备为氨催化提供能量,采用缸内直喷供氨并在预燃室点燃氢气,从而引燃氨,该专利技术只需提供氨,不使用含碳燃料,但是使用氢燃料电池成本高,对于氢的提纯要求高,可靠性差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供可降低传统发动机燃烧化石燃料带来的碳氧化物和硫氧化物排放以及氨燃料燃烧速度慢和点火能量高带来的点火困难等问题的一种缸内直喷氨柴油双燃料发动机燃烧系统及燃烧方法。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的:
[0007]本专利技术一种缸内直喷氨柴油双燃料发动机燃烧系统,其特征是:包括气缸、柴油油箱、液氨罐、高压油轨、液氨共轨管,所述气缸包括气缸套、气缸盖、活塞,气缸盖上设置高压共轨喷油器、缸内直喷氨喷射器、进气阀、排气阀,柴油油箱通过燃油泵、高压油轨连接高压共轨喷油器,液氨罐通过液氨泵、液氨共轨管连接缸内直喷氨喷射器,气缸通过进气阀连接进气道,气缸通过排气阀连接排气道,高压共轨喷油器轴线与气缸轴线重合,缸内直喷氨喷射器轴线与气缸轴线在同一平面上,与垂直方向夹角30

60
°
,缸内直喷氨喷射器的喷孔采用非轴对称式设计,喷孔轴向延长线与活塞表面的交点在同一平面上,同时靠近气缸轴线处的喷孔采用较大的喷孔直径,从而使得缸内直喷氨喷射器所喷射的液氨均匀分布于气缸内;缸内直喷氨喷射器的中心轴线与高压共轨喷油器中心轴线相交,使得缸内直喷氨喷射器所喷射的氨喷雾分布在高压共轨喷油器喷射的油束路径上。
[0008]本专利技术一种缸内直喷氨柴油双燃料发动机燃烧方法,其特征是:包括纯柴油模式,
为仅高压共轨喷油器喷射柴油燃烧,当发动机处于起动、怠速工况时,高压共轨喷油器单次喷射,喷射正时为压缩上止点前5

20
°
CA,其余工况时,高压共轨喷油器进行两次喷射,第一次喷射正时为压缩上止点前60
°
CA,第二次喷射正时为压缩上止点前5

20
°
CA。
[0009]本专利技术一种缸内直喷氨柴油双燃料发动机燃烧方法还可以包括:
[0010]1、包括氨/柴油双燃料模式,由高压共轨喷油器喷射柴油,缸内直喷氨喷射器喷射液氨,根据负荷调整柴油和液氨的喷射比例;
[0011]当发动机运行在高负荷工况时,氨作为主燃料,柴油作为引燃燃料,柴油占总燃料热值比例在5%

25%,在压缩上止点前60
°
CA,高压共轨喷油器预喷少量柴油进行低温反应,占喷射柴油总量的5%

15%,产生高活性物质缩短主喷柴油燃烧过程的滞燃期,在活塞运动至上止点前5

15
°
CA时,高压共轨喷油器向缸内进行柴油主喷,占喷射柴油总量的60%

85%,在主喷柴油结束之后5

15
°
CA进行柴油后喷,占喷射柴油总量的10%

25%,燃尽残余的氨;
[0012]当发动机运行在中负荷工况时,柴油比例提高,柴油占总燃料热值比例在25%

45%,在压缩阶段初期,缸内直喷氨喷射器向缸内喷射低压液氨,其喷射正时较高负荷工况推迟,使得靠近高压共轨喷油器处氨更浓,形成浓度分层,在压缩阶段上止点前60
°
CA,高压共轨喷油器预喷少量柴油进行低温反应,占喷射柴油总量的5%

15%,产生高活性物质缩短主喷柴油燃烧过程的滞燃期,在活塞运动至上止点前5

15
°
CA时,高压共轨喷油器向缸内进行柴油主喷,占喷射柴油总量的60%

85%,缸内直喷氨喷射器再次向缸内喷射高压液氨,比柴油主喷滞后2
‑5°
CA,液氨喷雾和柴油喷雾交叉并被柴油引燃,在主喷柴油结束之后5

15
°
CA进行柴油的后喷,占喷射柴油总量的10%

25%,使未燃尽的氨全部燃烧完。
[0013]当发动机运行在低负荷工况时,柴油的比例进一步提高,柴油占总燃料热值比例在45%

65%,柴油作为主燃料,氨作为替代燃料,在压缩阶段上止点前60
°
CA,高压共轨喷油器预喷少量柴油进行低温反应,占喷射柴油总量的5%

15%;在活塞运动至上止点前5

15
°
CA时,高压共轨喷油器向缸内进行柴油主喷,占喷射柴油总量的60%

85%;缸内直喷氨喷射器向缸内喷射高压液氨,比柴油主喷滞后2
‑5°
CA,液氨喷雾和柴油喷雾交叉并被柴油引燃。
[0014]本专利技术的优势在于:
[0015]1、使用柴油引燃氨,和氢气引燃相比,系统更安全可靠,设备成本更低。
[0016]2、不同的负荷使用不同的燃料喷射方案,能够实现发动机全工况稳定运行,满足发动机不同工况下对于排放和功率的需求。
[0017]3、缸内直喷可以实现更多的氨和柴油的喷射方案,有利于对喷射定时进行灵活设置,以适应不同的工况要求,同时由于氨易蒸发,采用缸内直喷可以避免进气充量损失。
[0018]4、使用缸内直喷氨喷射器和可变轨压的液氨共轨管,在使用一个氨喷射器的情况下实现液氨的高压和低压喷射,使得缸内直喷氨喷射器在汽缸盖上的布置更加灵活,可以适应不同尺寸的发动机,并且缸内直喷氨喷射器可以实现液氨的高压喷射和低压喷射,可以满足大流量和小流量喷射量精确的要求。
[0019]5、采用米勒循环能够减少压缩功,提高热效率,降低燃料消耗率,并有本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缸内直喷氨柴油双燃料发动机燃烧系统,其特征是:包括气缸、柴油油箱、液氨罐、高压油轨、液氨共轨管,所述气缸包括气缸套、气缸盖、活塞,气缸盖上设置高压共轨喷油器、缸内直喷氨喷射器、进气阀、排气阀,柴油油箱通过燃油泵、高压油轨连接高压共轨喷油器,液氨罐通过液氨泵、液氨共轨管连接缸内直喷氨喷射器,气缸通过进气阀连接进气道,气缸通过排气阀连接排气道,高压共轨喷油器轴线与气缸轴线重合,缸内直喷氨喷射器轴线与气缸轴线在同一平面上,与垂直方向夹角30

60
°
,缸内直喷氨喷射器的喷孔采用非轴对称式设计,喷孔轴向延长线与活塞表面的交点在同一平面上,同时靠近气缸轴线处的喷孔采用较大的喷孔直径,从而使得缸内直喷氨喷射器所喷射的液氨均匀分布于气缸内;缸内直喷氨喷射器的中心轴线与高压共轨喷油器中心轴线相交,使得缸内直喷氨喷射器所喷射的氨喷雾分布在高压共轨喷油器喷射的油束路径上。2.一种缸内直喷氨柴油双燃料发动机燃烧方法,其特征是:包括纯柴油模式,为仅高压共轨喷油器喷射柴油燃烧,当发动机处于起动、怠速工况时,高压共轨喷油器单次喷射,喷射正时为压缩上止点前5

20
°
CA,其余工况时,高压共轨喷油器进行两次喷射,第一次喷射正时为压缩上止点前60
°
CA,第二次喷射正时为压缩上止点前5

20
°
CA。3.根据权利要求2所述的一种缸内直喷氨柴油双燃料发动机燃烧方法,其特征是:包括氨/柴油双燃料模式,由高压共轨喷油器喷射柴油,缸内直喷氨喷射器喷射液氨,根据负荷调整柴油和液氨的喷射比例;当发动机运行在高负荷工况时,氨作为主燃料,柴油作为引燃燃料,柴油占总燃料热值比例在5%

25%,在压缩上止点前60
°
CA,高压共轨喷油器预喷少量柴油进行低温反应,占喷射柴油总量的5%

15%,产生高活性物质缩短主喷柴油燃烧过程的滞燃期,在活塞运动至上止点前5

15
°

【专利技术属性】
技术研发人员:杨立平刘玮
申请(专利权)人:哈尔滨工程大学
类型:发明
国别省市:

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