[發明專利]一種采用氣體高壓直噴和階梯噴孔噴油器的雙燃料發動機及其燃燒組織方法

在審

• 申請號: 202110239286.9
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112780465A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 楊立平;尚秋成;王立媛;王佳琦
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F02M43/04
• 分類號: F02M43/04;F02M61/18;F02M61/10;F02M45/08;F02M63/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的目的在于提供一種采用氣體高壓直噴和階梯噴孔噴油器的雙燃料發動機及其燃燒組織方法，氣缸蓋里設置噴油器和高壓天然氣噴射閥，噴油器位于氣缸蓋的中部，高壓天然氣噴射閥傾斜設置，并與噴油器隔開；所述噴油器為帶有階梯式噴孔結構的噴油器，包括上噴孔和下噴孔，上噴孔位于上階梯平面，下噴孔位于下階梯平面，上噴孔的中心軸線與噴油器軸線夾角為60°，下噴孔的中心軸線與噴油器軸線夾角為30°。本發明通過控制高壓天然氣噴射閥與帶有階梯式噴孔結構噴油器的噴射正時、噴射次數以及噴射量，以實現柴油與天然氣的耦合分層，達到合理的濃度梯度分布，改善燃燒室內天然氣的著火點分布，提高雙燃料發動機的燃料燃燒效率，降低THC和CO排放。

技術領域

本發明涉及的是一種發動機，具體地說是雙燃料發動機及燃燒控制方法。

背景技術

由于化石能源的短缺與排放法規的日益嚴格，天然氣以其儲量豐富、燃燒高效、清潔友好的優勢成為極具潛力的內燃機新型燃料。天然氣/柴油雙燃料發動機相比于天然氣發動機，在保證良好的排放性能同時，動力性能也得到了一定的提升。

天然氣/柴油雙燃料發動機的天然氣供給方式主要有缸外供氣于缸內直噴兩種。缸外供氣方式通過在進氣歧管處安裝有天然氣噴射閥，在氣道內進行多點噴射，可以實現控制各缸的燃氣噴射量。但是由于氣道噴射天然氣，發動機的充氣效率降低，因此雙燃料發動機總體上的熱效率會低于柴油機。缸內直噴方式通過在壓縮沖程活塞運行至上止點之前進行高壓噴射，避免了缸外進氣方式所導致的充氣效率降低問題，實現了精準的燃氣噴射量的控制。但是由于缸內高壓直噴會導致天然氣與空氣的混合程度較差，會使得缸內的濃度分布不合理，從而影響雙燃料發動機的燃燒過程。

雙燃料發動機的燃燒過程很大程度上會受到燃油噴射特性的影響。公開號CN104088742A的專利提出一種柴油機階梯式噴孔噴油嘴，通過設置在靠近噴嘴壓力室的細孔長度大于靠近噴孔出口的粗孔長度，有利于增大噴霧錐角與貫穿距離，改善了燃油的霧化質量，但是燃料在燃燒室底部區域內的分布情況并不理想，容易造成燃料殘留問題。公開號CN105179132A的專利提出一種雙燃料發動機孔式噴油器針閥體，通過在噴油器針閥體的頭部設置均勻分布的周向噴孔與軸向噴孔，改善了柴油的霧化，增加了天然氣著火點的分布，但是未考慮到天然氣在燃燒室內的分布情況，燃油噴霧與天然氣未形成合理的濃度梯度分布，容易造成遠離柴油噴霧的外圍空間內稀混合氣失火問題。

發明內容

本發明的目的在于提供可以實現在不同工作負荷下柴油與天然氣的耦合分層，達到高效燃燒的一種采用氣體高壓直噴和階梯噴孔噴油器的雙燃料發動機及其燃燒組織方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種采用氣體高壓直噴和階梯噴孔噴油器的雙燃料發動機，其特征是：包括氣缸蓋、氣缸壁、活塞，氣缸蓋位于氣缸壁上方，活塞位于氣缸壁里，氣缸蓋、氣缸壁、活塞之間形成燃燒室，氣缸蓋里設置噴油器和高壓天然氣噴射閥，噴油器位于氣缸蓋的中部，高壓天然氣噴射閥傾斜設置，其中心軸線與氣缸中心軸線夾角為45°±5°，并與噴油器隔開，使得高壓天然氣噴射閥所噴射的天然氣集中在氣缸的中心處，分布在噴油器的噴嘴旁；所述噴油器為帶有階梯式噴孔結構的噴油器，包括上噴孔和下噴孔，上噴孔位于上階梯平面，下噴孔位于下階梯平面，上噴孔的中心軸線與噴油器軸線夾角為60°，下噴孔的中心軸線與噴油器軸線夾角為30°。

本發明一種采用氣體高壓直噴和階梯噴孔噴油器的雙燃料發動機還可以包括：

1、上噴孔包括四個，呈圓周均勻分布，下噴孔包括四個，呈圓周均勻分布，上噴孔與下噴孔之間在兩個平面上呈交錯布置。

2、所述燃燒室為ω型燃燒室，上噴孔噴射燃油的射流方向到達ω型燃燒室內的高臺邊緣區域，下噴孔噴射燃油的射流方向到達ω型燃燒室底部半圓弧中心區域，四個上噴孔直徑相等，四個下噴孔直徑相等，在相同噴射脈寬下，上噴孔燃油噴射流量為下噴孔燃油噴射流量的2倍。

本發明一種采用氣體高壓直噴和階梯噴孔噴油器的雙燃料發動機燃燒組織方法，其特征是：