[发明专利]一种双燃料点火室式四冲程发动机及燃烧控制方法

说明书

本发明提供一种双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。在缸盖上设置和/或在进气道上设置第一燃料喷嘴，在缸盖上设置和/或在进气道上设置第二燃料喷嘴，在缸盖上设置点火室，在点火室上设置点火室第二燃料喷嘴和火花塞。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。在缸盖上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，进气道主燃料喷嘴和缸内直喷主燃料喷嘴都供给燃料，控制爆震。实现全工况范围内的高效清洁燃烧，优化能源结构。

技术领域

本发明涉及一种双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。

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。

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。

单一燃料的发动机难以满足能源多元化的需求，而且单一燃料的燃烧特性具有局限性，限制了发动机的性能提升。

发明内容

本发明公开了一种双燃料点火室式四冲程发动机及燃烧控制方法。通过设置点火室，两种主燃料进气道喷嘴和缸内直喷喷嘴，调整喷射策略等措施，实现点火室式四冲程发动机全工况范围内的高效清洁燃烧，优化能源结构。

本发明采用的技术方案是：一种双燃料点火室式四冲程发动机，包括进气道、排气道和燃烧室，在缸盖上设置缸内直喷第一燃料喷嘴和/或在所述进气道上设置进气道第一燃料喷嘴，在缸盖上设置缸内直喷第二燃料喷嘴和/或在所述进气道上设置进气道第二燃料喷嘴；在缸盖上设置点火室，在点火室上设置点火室第二燃料喷嘴及火花塞，点火室与燃烧室有通道相连。发动机的点火方式是火花塞点燃点火室内混合气，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。

进一步地，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。

进一步地，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，所述的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。

进一步地，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和/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。

进一步地，采用可变气门技术和/或采用废气再循环技术。

进一步地，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主燃料喷嘴，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。

一种双燃料点火室式四冲程发动机的燃烧控制方法，所述发动机在缸盖和进气道上同时装有易雾化的主燃料喷嘴，压缩比设置为主燃料不能被直接压燃的临界压缩比，采用点火室火焰射流点火的预混合压燃方式。或者，依据工况大小进行如下控制：

低负荷时，使用缸内直喷主燃料喷嘴供给燃料；

中负荷时，使用进气道主燃料喷嘴供给燃料；

高负荷时，使用进气道主燃料喷嘴和缸内直喷主燃料喷嘴供给燃料。