[发明专利]一种基于重整气的单一燃料点火室式四冲程发动机及燃烧控制方法

说明书

本发明提供一种基于重整气的单一燃料点火室式四冲程发动机及燃烧控制方法，属于内燃机燃烧领域。在缸盖上设置缸内直喷主燃料喷嘴和/或在进气道上设置进气道主燃料喷嘴，在缸盖上设置点火室，在点火室上设置重整气喷嘴和火花塞，或在缸盖上和/或在进气道上再设置重整气喷嘴。点火室与燃烧室有通道相连，火花塞点燃点火室内混合气后，以火焰射流形式触发发动机着火。在缸盖和进气道上同时装有主燃料喷嘴的状态下，低负荷时，使用缸内直喷主燃料喷嘴供给燃料，提高热效率；中负荷时，进气道主燃料喷嘴供给燃料，降低NOx的生成；高负荷时，主燃料的进气道喷嘴和缸内直喷喷嘴都供给燃料，控制爆震。实现所有工况范围内的高效清洁燃烧。

技术领域

本发明涉及内燃机燃烧技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于重整气的单一燃料点火室式四冲程发动机及燃烧控制方法。

背景技术

为了降低排放，目前努力提高发动机缸内混合气的稀薄程度，火花塞点火效果不佳，尤其是随着缸径的增大，火花塞的点火效果更差。存在冷启动困难，低负荷条件下HC和CO排放高的问题。

发动机上掺氢的应用可以改善发动机的性能和排放，主要是其燃烧火焰传播速度快，促使燃料的充分燃烧，提高热效率，降低未燃产物，且点火温度低，能够改善发动机的冷启动。但是氢气的生产成本和存储是目前应用于发动机的一个难点。

能源和环境问题日益突出，预混合压燃的低温燃烧可以提高发动机的热效率，并降低NOx排放。但预混合压燃的着火正时受环境条件和发动机工况影响，难以可靠控制。另外，其工况范围小，冷启动和低负荷会产生过多的HC和CO，高负荷又会产生爆震。

因此有必要提供一种新型的发动机结构用以解决上述问题。

发明内容

本发明公开了一种基于重整气的单一燃料点火室式四冲程发动机及燃烧控制方法。主要利用发动机废气余热对易重整制氢的燃料进行在线催化重整，通过设置点火室并合理利用重整气，调整喷射策略等措施，实现点火室式四冲程发动机所有工况范围内的高效清洁燃烧。

本发明采用的技术方案是：一种基于重整气的单一燃料点火室式四冲程发动机，包括进气道、排气道和燃烧室，其特征在于，在缸盖上设置缸内直喷主燃料喷嘴和/或在所述进气道上设置进气道主燃料喷嘴；在缸盖上设置点火室，在点火室上设置点火室重整气喷嘴和火花塞，所述点火室与所述燃烧室有通道相连；或在缸盖上再设置缸内直喷重整气喷嘴，和/或在所述进气道上再设置进气道重整气喷嘴；发动机的点火方式是火花塞点燃点火室内重整气，富含活性基的火焰射流从通道喷入燃烧室，触发缸内燃料燃烧。

所述点火室结构根据缸盖布置情况设计，所述点火室容积不大于余隙容积的5％；所述点火室与所述燃烧室的通道数至少1个，通道横截面为圆形或入口为圆形出口为面积较小的窄缝形、椭圆形、圆角矩形，通道纵截面采用直筒型、渐缩型、渐扩型或渐缩渐扩型或上述形状互相组合。

所述点火室位于气缸盖中心，所述缸内直喷主燃料喷嘴设置在侧面，所述缸内直喷主燃料喷嘴个数至少为1个；或缸内直喷主燃料喷嘴位于缸盖中心，所述点火室设置在侧面，所述点火室的个数至少为1个；重整气喷嘴的个数至少为1个。

点火室、气缸盖底部、气阀底部、活塞顶面和火力岸以及活塞环接触不到的缸套上部喷有绝热涂层，或点火室、活塞顶部选择绝热材料，和/或在点火室上设置电加热装置。

采用可变气门技术和/或采用废气再循环技术。

重整气是利用发动机废气余热能量和/或电加热装置对碳水化合物、醇类、醚类或烃类进行改质，和/或直接电解制得或加注纯氢。

当主燃料为柴油、醚类、或含有柴油的混合燃料、或含有醚类的混合燃料时，其燃料喷嘴只能选择缸内直喷喷嘴，压缩比设置为主燃料不能被直接压燃的临界压缩比，进行预混合压燃。