CN107781026B - 火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统 - Google Patents

火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统 Download PDF

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Abstract

一种火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，其属于内燃机燃烧技术领域。该燃烧系统采用高能火花塞点燃柴油、或者点燃柴油与其他燃料的混合物。作为预混合用燃料，在进气行程或者压缩行程喷射，使其在燃烧室内形成预混合气。采用不能让预混合气着火的有效压缩比，使缸内的预混合气不发生自燃；在压缩上止点附近，通过高能火花塞点火，点燃火花塞附近的混合气，使缸内温度和压力迅速升高，缸内其余预混合气达到自燃条件，发生大范围多点自燃，实现预混合气的快速燃烧；采用大的膨胀比，进一步提高热效率。

Description

火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统
技术领域
本发明涉及一种火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，其属于内燃机燃烧技术领域。
技术背景
传统的柴油机属于非均质混合的扩散燃烧，存在着经济性和排放性、碳烟排放和NOx排放两对主要矛盾；而传统的汽油机热效率低。为此，自20世纪80年代前后，为了改善燃烧和降低排放，预混合压缩着火概念进入了人们的视野。但是，预混合压缩着火相位控制一直没有解决。
发明内容
为了有效控制内燃机预混合压缩着火相位，可以采用易于压燃的燃料引燃适合点燃的燃料。如：柴油引燃汽油、甲醇、柴汽油混合物等，。本发明基于高能火花塞点燃柴油，或者点燃柴油与其他燃料混合物时，气缸内温度和压力升高，预混合气大范围压缩着火的思想，提供一种火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，解决预混合压燃的着火相位控制问题，实现高效清洁的内燃机预混合压燃。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，它包括一个气缸盖、一个燃烧室、一个高能火花塞和一个安装在缸盖上的直喷喷油嘴，所述直喷喷油嘴在进气行程或者压缩行程向燃烧室内喷射燃料，形成混合气；内燃机采用不能让混合气着火的有效压缩比，保证燃烧室内的混合气不能被压燃；在压缩上止点附近，由高能火花塞点燃其附近的混合气，缸内温度和压力迅速升高，使得混合气达到自燃条件，混合气大范围多点自燃，实现快速燃烧；所述预混合用燃料为柴油，或柴油与一种或一种以上其他燃料的混合物，其他燃料为汽油、醇类、醚类、煤油，或蒸馏范围介于柴油与汽油之间的燃料。采用大的膨胀比，保证高热效率。
所述进气道内设置一个喷油嘴，用于喷射适合点燃燃料占比较高的混合燃料。
利用降低缸内燃烧温度、控制燃烧速率的废气再循环技术。
所述直喷喷油嘴采用实现混合气分层、控制燃烧速率的多次喷射。
所述直喷喷油嘴采用提高燃油雾化质量的高扰动喷油嘴。
所述直喷喷油嘴的一束或两束燃油喷雾喷向火花塞旁边，在火花塞附近形成点火可靠性高的混合气。
在混合气较稀薄的启动及较低工况条件下，直喷喷油嘴增加一次微量晚喷，晚喷时间与火花塞点火相位配合。
使用根据预混合用燃料的着火特性调整发动机有效压缩比、保证预混合气不被提前压燃的可变气门系统。
使用普通火花塞点燃柴油与一种或一种以上适合点燃的燃料（如：汽油、甲醇等）的混合气。
上述技术方案的指导思想是：1、通过采用不能让预混合用燃料着火的有效压缩比，保证混合气不能被压燃。在压缩上止点附近由高能火花塞点燃其附近的混合气，进而引燃燃烧室内的其余混合气，实现燃烧相位可控的内燃机预混合压缩燃烧。采用高的膨胀比，有利于进一步提高内燃机的热效率。2、预混合用燃料为柴油、或为柴油与一种或一种以上其他燃料的混合物。柴油的活性较高，预混合气的燃烧速率快；若其他燃料中包含易挥发燃料，可以促使预混合用燃料快速形成预混合气，降低局部当量比，减少局部浓区；若加入足够适合点燃的燃料，可以提高预混合气的点火可靠性，并且可以使用普通火花塞点燃预混合气；在燃料中加入含氧燃料等，可以降低碳烟等排放。3、利用喷油嘴的喷雾导向作用，提高火花塞点火可靠性；通过喷油嘴的多次喷射，实现预混合气的分层分布，可以有效控制预混合气的燃烧速率；采用废气再循环技术可以降低压力升高率；采用高增压比的米勒循环可以进一步提高热效率。
本发明的有益效果是：这种火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，由于降低了有效压缩比，降低了压缩终点的温度和压力，使缸内的预混合气不能被压燃。在压缩上止点附近，由高能火花塞点燃其附近的混合气，主动控制预混合气的着火相位，并通过废气再循环、混合气分层分布等技术，有效控制预混合气的燃烧速率，在全工况范围内实现内燃机预混合压缩着火相位和燃烧速率的控制，大幅度降低NOx和碳烟的排放，并提高热效率。
附图说明
下面结合附图和实施对本发明作进一步说明。
图1是一种火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，在气缸盖上安装一个高能火花塞和一个直喷喷油嘴。
图2是另一种火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，一个高能火花塞安装于气缸盖上，在进气道内安装一个喷油嘴。
图3是另一种火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，一个高能火花塞安装于气缸盖上；同时安装两个喷油嘴，一个安装于气缸盖上，一个安装于进气道内。
图中：1、气缸盖，2、燃烧室，3、高能火花塞，4、直喷喷油嘴，5、喷油嘴，6、进气道。
具体实施方式
图1所示的火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统的高能火花塞3和直喷喷油嘴4均布置于气缸盖1上。火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统在进气行程或者压缩行程，通过直喷喷油嘴4的单次或多次脉冲喷射，将预混合用燃料喷入燃烧室2内，形成预混合气；采用较低的有效压缩比、EGR、进气冷却等，使缸内的预混合气不能被压燃；在压缩上止点附近，通过高能火花塞3点燃其附近的混合气，使缸内温度和压力同时升高，达到预混合气的自燃条件，激发预混合气多点自燃，快速燃烧。通过火花塞点火正时，主动控制内燃机预混合压缩着火的相位。
图2所示的火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，高能火花塞3布置于气缸盖1上，喷油嘴5安装于进气道6内。火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统在进气行程，通过喷油嘴5将适合于点燃燃料占比较高的预混合用燃料喷入进气道6内，形成预混合气，随进气过程流入气缸。
图3所示的火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，高能火花塞3和直喷喷油嘴4布置于气缸盖1上，喷油嘴5安装于进气道6内。火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统在进气行程，通过喷油嘴5将预混合用燃料喷入进气道6内，在进气行程或者压缩行程，通过直喷喷油嘴4的单次或多次脉冲喷射，将燃料喷入燃烧室2内，形成预混合气。

Claims (7)

1.一种火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，它包括一个气缸盖(1)、一个燃烧室(2)、一个高能火花塞(3)、一个安装在缸盖上的直喷喷油嘴(4)、一个喷油嘴(5)和一个进气道(6)，其特征是：所述进气道(6)内设置一个喷油嘴(5)，所述喷油嘴(5)在进气行程向进气道(6)内喷射适合点燃燃料占比较高的混合燃料，加入足够适合点燃的燃料，可以提高预混合气的点火可靠性，所述直喷喷油嘴(4)在进气行程或者压缩行程向燃烧室(2)内喷射燃料，形成预混合气；内燃机采用不能让预混合气着火的有效压缩比，保证燃烧室(2)内的预混合气不能被压燃；在压缩上止点附近，由高能火花塞(3)点燃其附近的混合气，缸内温度和压力迅速升高，使得预混合气达到自燃条件，预混合气大范围多点自燃，实现快速燃烧；所述燃料为柴油，或柴油与一种或一种以上其他燃料的混合物；所述其他燃料为汽油、醇类、醚类、煤油，或蒸馏范围介于柴油与汽油之间的燃料；所述直喷喷油嘴(4)采用实现混合气分层、控制燃烧速率的多次喷射。
2.根据权利要求1所述的火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，其特征是：利用降低缸内燃烧温度、控制燃烧速率的废气再循环技术。
3.根据权利要求1所述的火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，其特征是：所述直喷喷油嘴(4)采用提高燃油雾化质量的高扰动喷油嘴。
4.根据权利要求1所述的火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，其特征是：所述直喷喷油嘴(4)的一束或两束燃油喷雾喷向高能火花塞(3)附近。
5.根据权利要求1所述的火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，其特征是：在混合气较稀薄的启动及较低工况条件下，直喷喷油嘴(4)增加一次微量晚喷，晚喷时间与火花塞点火相位配合。
6.根据权利要求1所述的火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，其特征是：使用根据预混合用燃料的着火特性调整发动机有效压缩比、保证预混合气不被提前压燃的可变气门系统。
7.根据权利要求1-6任一项所述的火花塞点燃式内燃机预混合压燃系统，其特征是：使用普通火花塞点燃柴油与一种或一种以上适合点燃的燃料的混合气。
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