[发明专利]一种采用气体高压直喷和阶梯喷孔喷油器的双燃料发动机及其燃烧组织方法

说明书

本发明的目的在于提供一种采用气体高压直喷和阶梯喷孔喷油器的双燃料发动机及其燃烧组织方法，气缸盖里设置喷油器和高压天然气喷射阀，喷油器位于气缸盖的中部，高压天然气喷射阀倾斜设置，并与喷油器隔开；所述喷油器为带有阶梯式喷孔结构的喷油器，包括上喷孔和下喷孔，上喷孔位于上阶梯平面，下喷孔位于下阶梯平面，上喷孔的中心轴线与喷油器轴线夹角为60°，下喷孔的中心轴线与喷油器轴线夹角为30°。本发明通过控制高压天然气喷射阀与带有阶梯式喷孔结构喷油器的喷射正时、喷射次数以及喷射量，以实现柴油与天然气的耦合分层，达到合理的浓度梯度分布，改善燃烧室内天然气的着火点分布，提高双燃料发动机的燃料燃烧效率，降低THC和CO排放。

技术领域

本发明涉及的是一种发动机，具体地说是双燃料发动机及燃烧控制方法。

背景技术

由于化石能源的短缺与排放法规的日益严格，天然气以其储量丰富、燃烧高效、清洁友好的优势成为极具潜力的内燃机新型燃料。天然气/柴油双燃料发动机相比于天然气发动机，在保证良好的排放性能同时，动力性能也得到了一定的提升。

天然气/柴油双燃料发动机的天然气供给方式主要有缸外供气于缸内直喷两种。缸外供气方式通过在进气歧管处安装有天然气喷射阀，在气道内进行多点喷射，可以实现控制各缸的燃气喷射量。但是由于气道喷射天然气，发动机的充气效率降低，因此双燃料发动机总体上的热效率会低于柴油机。缸内直喷方式通过在压缩冲程活塞运行至上止点之前进行高压喷射，避免了缸外进气方式所导致的充气效率降低问题，实现了精准的燃气喷射量的控制。但是由于缸内高压直喷会导致天然气与空气的混合程度较差，会使得缸内的浓度分布不合理，从而影响双燃料发动机的燃烧过程。

双燃料发动机的燃烧过程很大程度上会受到燃油喷射特性的影响。公开号CN104088742A的专利提出一种柴油机阶梯式喷孔喷油嘴，通过设置在靠近喷嘴压力室的细孔长度大于靠近喷孔出口的粗孔长度，有利于增大喷雾锥角与贯穿距离，改善了燃油的雾化质量，但是燃料在燃烧室底部区域内的分布情况并不理想，容易造成燃料残留问题。公开号CN105179132A的专利提出一种双燃料发动机孔式喷油器针阀体，通过在喷油器针阀体的头部设置均匀分布的周向喷孔与轴向喷孔，改善了柴油的雾化，增加了天然气着火点的分布，但是未考虑到天然气在燃烧室内的分布情况，燃油喷雾与天然气未形成合理的浓度梯度分布，容易造成远离柴油喷雾的外围空间内稀混合气失火问题。

发明内容

本发明的目的在于提供可以实现在不同工作负荷下柴油与天然气的耦合分层，达到高效燃烧的一种采用气体高压直喷和阶梯喷孔喷油器的双燃料发动机及其燃烧组织方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种采用气体高压直喷和阶梯喷孔喷油器的双燃料发动机，其特征是：包括气缸盖、气缸壁、活塞，气缸盖位于气缸壁上方，活塞位于气缸壁里，气缸盖、气缸壁、活塞之间形成燃烧室，气缸盖里设置喷油器和高压天然气喷射阀，喷油器位于气缸盖的中部，高压天然气喷射阀倾斜设置，其中心轴线与气缸中心轴线夹角为45°±5°，并与喷油器隔开，使得高压天然气喷射阀所喷射的天然气集中在气缸的中心处，分布在喷油器的喷嘴旁；所述喷油器为带有阶梯式喷孔结构的喷油器，包括上喷孔和下喷孔，上喷孔位于上阶梯平面，下喷孔位于下阶梯平面，上喷孔的中心轴线与喷油器轴线夹角为60°，下喷孔的中心轴线与喷油器轴线夹角为30°。

本发明一种采用气体高压直喷和阶梯喷孔喷油器的双燃料发动机还可以包括：

1、上喷孔包括四个，呈圆周均匀分布，下喷孔包括四个，呈圆周均匀分布，上喷孔与下喷孔之间在两个平面上呈交错布置。

2、所述燃烧室为ω型燃烧室，上喷孔喷射燃油的射流方向到达ω型燃烧室内的高台边缘区域，下喷孔喷射燃油的射流方向到达ω型燃烧室底部半圆弧中心区域，四个上喷孔直径相等，四个下喷孔直径相等，在相同喷射脉宽下，上喷孔燃油喷射流量为下喷孔燃油喷射流量的2倍。

本发明一种采用气体高压直喷和阶梯喷孔喷油器的双燃料发动机燃烧组织方法，其特征是：