[發明專利]一種缸內直噴氨柴油雙燃料發動機燃燒系統及燃燒方法

在審

• 申請號: 202310091068.4
• 申請日: 2023-02-09
• 公開（公告）號: CN116122974A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 楊立平;劉瑋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F02D19/06
• 分類號: F02D19/06;F02D19/08;F02D41/00;F02B69/04;F02M21/02;F02M61/14
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本發明的目的在于提供一種缸內直噴氨柴油雙燃料發動機燃燒系統及燃燒方法，包括活塞、氣缸套、缸內直噴氨噴射器、氣缸蓋、排氣閥、高壓共軌噴油器、進氣閥等結構；所述發動機有兩種運行模式，即在起動和怠速時為純柴油運行模式保證發動機順利起動，在其他工況為柴油/氨雙燃料運行模式，采用氨燃料高低壓噴射和柴油多次噴射，根據工況變化調整氨和柴油的噴射比例與噴射正時，并配合米勒循環，在減少碳排放的基礎上提高氨燃料發動機的燃燒效率和燃燒穩定性。本發明可降低傳統發動機燃燒化石燃料帶來的碳氧化物和硫氧化物排放以及氨燃料燃燒速度慢和點火能量高帶來的點火困難等問題。

技術領域

本發明涉及的是一種發動機裝置，具體地說是發動機燃燒系統及燃燒方法。

背景技術

氨氣的液化溫度為-33℃，易于存儲和運輸，液氨與汽油的單位體積能量密度相當。由于氨的儲存和運輸的長期穩定性良好，同時制備方便，且燃燒產物中不含溫室氣體，因此被視為理想的零碳替代燃料。

與典型的碳氫化合物燃料相比，燃燒系統中氨的直接利用具有燃燒速度慢、點火能量高、可燃范圍窄、自動點火溫度高、猝熄距離遠、點火延遲時間長等特點，在最大功率、效率和排放方面，遠遠次于在類似操作條件下使用碳氫燃料所達到的性能。現有技術傾向于使用高反應活性燃料引燃氨或改善氨的燃燒，而高反應活性的柴油使用廣泛、配套完善，使用柴油引燃氨安全可靠。

現有專利大多通過加氫來改善氨的燃燒。專利CN115217622A提及一種基于反應活性調控的氨氫融合燃料控制系統，利用車載制氫裝置產氫，采用進氣道噴射方式供氨并和氫混合，使用氫射流點火，該裝置實現零碳排放，但是由于包含氫氣存儲設備，因而存在氫氣泄露和爆炸風險，同時氫射流燃燒時存在回火風險。專利CN115111089A提及一種預燃室式氨燃料發動機系統，使用氨催化分解制氫，并利用氫燃料電池等設備為氨催化提供能量，采用缸內直噴供氨并在預燃室點燃氫氣，從而引燃氨，該發明只需提供氨，不使用含碳燃料，但是使用氫燃料電池成本高，對于氫的提純要求高，可靠性差。

發明內容

本發明的目的在于提供可降低傳統發動機燃燒化石燃料帶來的碳氧化物和硫氧化物排放以及氨燃料燃燒速度慢和點火能量高帶來的點火困難等問題的一種缸內直噴氨柴油雙燃料發動機燃燒系統及燃燒方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種缸內直噴氨柴油雙燃料發動機燃燒系統，其特征是：包括氣缸、柴油油箱、液氨罐、高壓油軌、液氨共軌管，所述氣缸包括氣缸套、氣缸蓋、活塞，氣缸蓋上設置高壓共軌噴油器、缸內直噴氨噴射器、進氣閥、排氣閥，柴油油箱通過燃油泵、高壓油軌連接高壓共軌噴油器，液氨罐通過液氨泵、液氨共軌管連接缸內直噴氨噴射器，氣缸通過進氣閥連接進氣道，氣缸通過排氣閥連接排氣道，高壓共軌噴油器軸線與氣缸軸線重合，缸內直噴氨噴射器軸線與氣缸軸線在同一平面上，與垂直方向夾角30-60°，缸內直噴氨噴射器的噴孔采用非軸對稱式設計，噴孔軸向延長線與活塞表面的交點在同一平面上，同時靠近氣缸軸線處的噴孔采用較大的噴孔直徑，從而使得缸內直噴氨噴射器所噴射的液氨均勻分布于氣缸內；缸內直噴氨噴射器的中心軸線與高壓共軌噴油器中心軸線相交，使得缸內直噴氨噴射器所噴射的氨噴霧分布在高壓共軌噴油器噴射的油束路徑上。

本發明一種缸內直噴氨柴油雙燃料發動機燃燒方法，其特征是：包括純柴油模式，為僅高壓共軌噴油器噴射柴油燃燒，當發動機處于起動、怠速工況時，高壓共軌噴油器單次噴射，噴射正時為壓縮上止點前5-20°CA，其余工況時，高壓共軌噴油器進行兩次噴射，第一次噴射正時為壓縮上止點前60°CA，第二次噴射正時為壓縮上止點前5-20°CA。

本發明一種缸內直噴氨柴油雙燃料發動機燃燒方法還可以包括：

1、包括氨/柴油雙燃料模式，由高壓共軌噴油器噴射柴油，缸內直噴氨噴射器噴射液氨，根據負荷調整柴油和液氨的噴射比例；