[實用新型]模擬甲醇/柴油雙燃料發動機多種燃燒模式的定容燃燒彈系統

有效

• 申請號: 201720930448.2
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN206974693U
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 姚春德;胡江濤;耿培林;史俊杰;馮軍;姚安仁
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01M15/04
• 分類號: G01M15/04
• 代理公司: 天津津專知識產權代理事務所(特殊普通合伙)12220
• 代理人: 梁軍

技術領域：

本實用新型涉及內燃機定容燃燒彈技術領域，進一步涉及模擬甲醇/柴油雙燃料發動機多種燃燒模式的定容燃燒彈系統。

背景技術：

為滿足日益嚴格的汽車排放法規和燃油消耗法規,越來越多先進發動機技術得到應用,包括缸內直噴、高壓噴射、多次噴射、可變噴油正時、可變氣門升程(VVL)和正時(VVT)、增壓中冷、廢氣再循環(EGR)等改善燃燒的缸內凈化技術和三效催化轉化器(TWC)、氧化轉化器(DOC)、選擇性催化還原(SCR)和顆粒物過濾器(DPF)等后處理技術，但是無論是缸內凈化技術還后處理技術，都存在技術門檻高、系統復雜、使用和維護成本高昂等不足。為了在降低燃油消耗的同時改善排放，替代燃料技術近年來得到了廣泛的關注。替代燃料在發動機上應用的技術方案主要有三種：第一種是摻混法，即通過助溶劑使兩種燃料混合形成均質穩定的液體燃料，這種方式簡單易行，但不足之處是隨溫度變化兩種燃料容易出現分層，而且由于互溶度不高這種方式無法實現高替代率；第二種方式是完全替代，即發動機只使用替代燃料，例如甲醇發動機、天然氣發動機和液化石油氣發動機等，這種方式可以實現100％替代率，但由于燃料物化性質不同需對對發動機做較大的改動，而且燃料加注等基礎配套設施還未普及；第三種方式是引燃法，即兩種燃料采取兩套獨立的供應系統，專利文獻CN1470752A公開了柴油/甲醇組合燃燒技術(Diesel Methanol Compound Combustion，DMCC)，該技術提出在柴油機進氣道噴射甲醇，與空氣形成均質混合氣進入氣缸，再在缸內直噴柴油引燃甲醇和空氣的混合氣，這種方式在實際應用中靈活方便，無需對原機做大的改動，而且可以實現較高的替代率。甲醇生產原料來源廣泛、制備技術成熟、生產成本低、儲運安全方便，再結合柴油引燃甲醇組合燃燒技術，使得甲醇作為替代燃料具有廣闊的應用前景。

通過對這種雙燃料的應用發現，當甲醇高比例替代柴油時，發動機熱效率大幅度提高，特別是不使用尿素便可以滿足國家現行排放法規，為這種燃燒方式提供了廣闊的應用前景。為了進一步提高該種發動機的熱效率和降低有害物排放，需要對其工作機理進行深入研究。目前研究主要集中在發動機臺架試驗和道路試驗上，而關于雙燃料基礎燃燒方面的研究還較少。為了探究雙燃料燃燒時的相互作用機理，加深對雙燃料燃燒的認識，從而更好地組織燃燒，使雙燃料燃燒更好地為工程應用服務，開展相關基礎研究工作具有非常重要的意義。在發動機上由于各種因素耦合在一起，無法研究單一因素對燃燒的影響；相比較而言，定容燃燒彈結構簡單，可以實現對單一變量的精確控制，結合其他光學設備進行可視化研究可以直觀清晰地揭示燃燒過程，非常適合開展基礎燃燒方面的研究。

目前已經公開的專利文獻CN103245511A、專利文獻CN104391074A、專利文獻CN105372072A、專利文獻CN106353098A、專利文獻CN106404410A只適用于單一燃料的噴霧和燃燒研究；專利文獻CN204788958U可以實現雙燃料燃燒，該技術方案提出在加熱到一定溫度的進氣管路中注入甲醇，并預先抽真空使定容燃燒彈內腔形成負壓，從而把甲醇吸入到定容燃燒彈內，但是該方法有一些明顯不足：(一)無法控制甲醇的加入時刻，難以針對不同溫度條件，特別是高溫條件下柴油噴進甲醇熱氛圍中雙燃料著火和燃燒；(二)先期進入定容燃燒彈的甲醇混合氣，一旦加熱溫度達到其著火點以上，甲醇便會自燃，極大地限制了對這種雙燃料燃燒的研究范圍，特別是在實際柴油甲醇雙燃料發動機運行過程中，高溫條件下中高負荷區域是雙燃料發動機的高效區，然而卻得不到充分研究；(三)無法實現甲醇的分層燃燒,因為甲醇是預混進入定容燃燒彈內，在柴油噴射之前定容燃燒彈內已經是甲醇和空氣的均質混合氣，無法實現甲醇的濃度分層。

綜上所述，解決在定容燃燒彈中研究雙燃料燃燒所面臨的甲醇加入時刻不可控、環境溫度和壓力范圍窄以及不能實現甲醇濃度分層等技術問題。

發明內容：

本實用新型提供了一種模擬甲醇/柴油雙燃料發動機多種燃燒模式的定容燃燒彈系統。具體技術方案如下：