[发明专利]一种用于直喷点燃式氢内燃机的点火系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于直喷点燃式氢内燃机的点火系统。

背景技术

进入21世纪，汽车工业的发展越来越重视节能与环保。燃料作为汽车的动力来源对汽车的性能、排放起到很大的作用。化石燃料作为一种主要燃料已经被人类使用了很长时间，但是作为一种不可再生资源终有枯竭的一天。因此，人们一直在开发新的代用燃料。

氢气具有着火界限宽。火焰传播速度快。点火能量小等优点；而且其完全燃料产物是水，没有传统化石燃料所产生的CO、HC和碳烟等污染物，作为发动机一种重要的清洁燃料，日益受到人们的重视，也使氢燃料在国内外均获得了较快的发展。氢内燃机作为利用氢燃料的一种主要形式，国际上已对其开展了广泛研究。

氢燃料内燃机按燃料的供给方式可分为预混合式、进气管喷射式、进气道顺序喷射和缸内直喷四种形式。其中缸内直喷式氢内燃机由于氢气的喷射不会影响进气过程中的空气流量，且氢气的热值比汽油大，所以同样排量下缸内直喷式氢内燃机的功率比汽油高20％以上。换气过程中新鲜空气对燃烧室的冷却作用又能够大大减小表面点火现象的发生，使得内燃机运转平稳、可靠。但是，对于直喷式氢内燃机而言，氢气与空气混合过程较短，缸内混合气的浓度分布不均匀，传统的火花点火位置容易出现失火或燃烧不充分的现象，消弱了氢气稀薄燃烧的优势。

为解决上述问题，本发明提供了一种高效、可靠的直喷点燃式氢内燃机的点火系统。通过在缸内混合气浓度较高的气缸两侧顶端(进、排气门的界面上)分别设置一个火花塞，采用双火花塞同时点火的控制策略以保证混合气的可靠、充分燃烧，提高了氢内燃机的燃烧稳定性，降低了爆震倾向，改善直喷点燃式氢内燃机的经济性能，具有重大实用价值。

发明内容

本发明的目的是要提供一种用于直喷点燃式氢内燃机的点火系统。

为了实现本发明的上述目的，本发明提出一种用于直喷点燃式氢内燃机的点火系统，包括：

在气缸盖上设置的氢气喷嘴，所述氢气喷嘴位于氢内燃机的气缸顶部的中间位置；以及

在气缸盖上设置的两个火花塞，所述两个火花塞分别位于所述气缸的在进气门和排气门的界面上的两侧顶端的位置。

优选的是，所述两个火花塞的位置通过直喷式氢内燃机缸内混合气的分布状态和变化规律确定位于混合气浓度较高的气缸左右两侧顶端。

优选的是，所述两个火花塞的位置使得气缸两端混合气浓度较高的可燃混合气被火花塞点燃后，随着混合气浓度分布朝着气缸中间逐渐均匀，火焰由两端同时向中间传播。

有益效果

采用本发明提出的直喷点燃式氢内燃机火花塞位置优化方法，能够保证混合气的可靠、充分燃烧，提高了氢内燃机的燃烧稳定性，降低了爆震倾向，改善直喷式氢内燃机的经济性能。

附图说明

图1为传统直喷点火式氢内燃机燃烧室的三维实体模型。

图2为传统直喷点火式氢内燃机缸内混合气浓度随时间的变化规律，其中颜色越深代表混合气浓度越高。

图3优化后的直喷点火式氢内燃机燃烧室的喷嘴和气缸安装位置示意图，其中喷嘴位于气缸中心顶部，两个火花塞分别位于气缸左右两侧的顶端(进、排气门的界面上)。

图4为优化后的直喷点火式氢内燃机喷嘴针阀升程以及左右两个火花塞处的混合气浓度随时间的变化规律。

具体实施方式

根据本发明的一个优选实施例，用于一款四缸2.0L直喷点燃式氢内燃机的点火系统。

首先，建立传统直喷点燃式氢内燃机燃烧室的三维实体模型，如图1所示，在气缸盖的进气门3和排气门4中心的位置，即燃烧室的顶部中心位置为火花塞1，其右侧位置装有12孔的氢气喷嘴2。

其次，经过校核与验证，利用该模型计算分析缸内混合气的分布状态和变化规律，如图2所示，可以看出，在氢气的喷射过程中，随着氢气流束逐渐喷射到气缸壁并发生发射，缸内混合气的浓度分布出现外部浓度高，内部浓度低的现象，随着时间的增加直至T5时刻，浓度分布由外及里逐渐降低的趋势更加明显；随着缸内工质的进一步混合，至T6时刻，混合气浓度分布逐渐均匀。

根据图2所示的氢内燃机缸内混合气的分布状态和变化规律，可以看出，在混合气的形成过程中燃烧室外侧的空间混合气浓度一直处于较高的状态。因此，为促进缸内混合气的均匀分布，经过优化后的燃烧室结构如图3所示，喷嘴位置位于气缸顶部中心，在气缸两端顶部(进、排气门的界面上)分别设置一个火花塞，采用双火花塞同时点火，以保证混合气可靠、充分地燃烧。