CN110067638A - 一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统 - Google Patents
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Abstract
一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统，属于内燃机燃烧领域。本燃烧系统中采用适合压燃的燃料（柴油等高十六烷值燃料）与适合点燃的燃料（汽油等高辛烷值燃料）的混合物作为预喷射燃料，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。采用不能让这两类燃料的混合物着火，但能让适合压燃的燃料着火的有效压缩比，使缸内的预混合气不发生自燃；在压缩上止点附近，将与形成预混合气的混合燃料中的适合压燃燃料相同种类（如含有一种以上适合压燃的燃料的话，可以只将其中一种）的少量燃料直接喷入燃烧室内，压缩着火燃烧，使缸内温度和压力迅速升高，缸内预混合气达到自燃条件，发生大范围多点同时自燃，实现预混合气的快速燃烧。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统，其属于内燃机燃烧领域。
背景技术
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，有研究者采用易于压燃的燃料（如：柴油）引燃适合点燃的燃料（如：汽油、甲醇），引燃用的燃料与被引燃（形成预混合气用）的燃料是各自独立的。本发明基于适合压燃用燃料和适合点燃用燃料混合后，自燃温度较原适合压燃的燃料有所增加，并且更易形成质量高的混合气的思想，提供一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统，解决预混合燃烧的着火相位控制问题，实现高效清洁的内燃机预混合燃烧。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统，它包括一个气缸盖和一个燃烧室，它还包括一个喷射引燃用燃料的第一喷油嘴、一个安装在气缸盖上预喷射的第二喷油嘴和一个安装在进气道上预喷射的第三喷油嘴，所述第二喷油嘴在进气行程或者压缩行程向燃烧室喷射适合压燃燃料与适合点燃燃料的混合燃料，所述第三喷油嘴在进气道内喷射适合压燃燃料与适合点燃燃料的混合燃料，形成预混合气；内燃机采用不能让适合压燃的燃料与适合点燃的燃料的预混合气着火，但能让适合压燃燃料混合气着火的有效压缩比，保证燃烧室内的预混合气不能被压燃；在压缩上止点附近，由第一喷油嘴直接向燃烧室喷射少量适合压燃的燃料，压缩着火，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同时自燃，实现快速稀薄燃烧；所述引燃用燃料为一种适合压燃的燃料或一种以上适合压燃的燃料的混合物，所述混合燃料至少含有所述引燃用燃料中的一种和一种适合点燃用的燃料，混合燃料中适合压燃的燃料所占的比例为1%-80%。
所述第二喷油嘴采用多次喷射，实现控制燃烧速率的预混合气的分层。
所述燃烧系统采用第二喷油嘴或第三喷油嘴喷射适合压燃燃料与适合点燃燃料的混合燃料。
所述第一喷油嘴和第二喷油嘴采用第四喷油嘴替换，第四喷油嘴在一个喷油器体中设置两个独立针阀分别控制喷射。
所述燃烧系统利用废气再循环降低缸内燃烧温度，控制燃烧速率。
上述技术方案的指导思想是：1.通过采用不能让适合压燃的燃料与适合点燃的燃料的混合燃料着火，但能让适合压燃的燃料着火的有效压缩比，使混合燃料的预混合气不能被压燃。压缩上止点附近喷射的适合压燃的燃料，压缩着火，进而引燃燃烧室内的预混合气，实现燃烧相位可控的内燃机预混合压缩燃烧。采用较高的膨胀比，有利于提高内燃机的热效率。2.预喷射燃料为适合压燃的燃料与适合点燃的燃料的混合物，使预喷射燃料快速形成预混合气，降低局部浓区；同时利用适合压燃的燃料的高活性，提高预混合气的燃烧速率；在预喷射燃料中加入含氧燃料等，可以降低碳烟等排放。通过预喷射喷油嘴的缸内多次喷射，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：这种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统，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。在上止点附近，将适合压燃的燃料喷入燃烧室自燃着火，主动控制预混合气的着火相位，并通过废气再循环技术、缸内分层分布等，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燃烧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是一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统的结构图。
图2是另一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统的结构图。
图中：1、气缸盖，2、燃烧室，3、第一喷油嘴，4、第二喷油嘴，5、第三喷油嘴，6、进气道，7、第四喷油器。
具体实施方式
图1示出了一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统。这种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统包括、气缸盖1、燃烧室2、喷射引燃用燃料的第一喷油嘴3、安装在气缸盖1上预喷射的第二喷油嘴4和安装在进气道6上预喷射的第三喷油嘴5。第二喷油嘴4在进气行程或者压缩行程向燃烧室2喷射适合压燃燃料与适合点燃燃料的混合燃料，第三喷油嘴5在进气道6内喷射适合压燃燃料与适合点燃燃料的混合燃料，形成预混合气。内燃机采用不能让适合压燃的燃料与适合点燃的燃料的预混合气着火，但能让适合压燃燃料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，由第一喷油嘴3直接向燃烧室2喷射少量适合压燃的燃料，压缩着火，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同时自燃，实现快速稀薄燃烧。引燃用燃料为一种适合压燃的燃料或一种以上适合压燃的燃料的混合物。混合燃料至少含有所述引燃用燃料中的一种和一种适合点燃用的燃料，混合燃料中适合压燃的燃料所占的比例为1%-80%。
图2示出了另一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统。第一喷油嘴3和第二喷油嘴4采用第四喷油嘴7替换，第四喷油嘴7在一个喷油器体中设置两个独立针阀分别控制喷射。
采用上述的技术方案，在进气行程或者压缩行程，将预混合用的混合燃料喷入燃烧室或进气道内，形成预混合气；采用不能让适合压燃（高十六烷值）的燃料与适合点燃（高辛烷值）燃料的混合燃料着火，但能让适合压燃的燃料着火的有效压缩比，使缸内的预混合气不能被压燃。在压缩上止点附近，将与形成预混合气的混合燃料中的适合压燃燃料相同种类（如含有一种以上适合压燃的燃料的话，可以只将其中一种）的少量燃料直接喷入燃烧室内，压缩着火，使缸内温度和压力同时升高，达到预混合气的自燃条件，激发预混合气大面积多点自燃，混合气快速稀薄燃烧，通过适合压燃的燃料射流的自燃，主动控制内燃机预混合燃烧的着火相位。
Claims (5)
1.一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统，它包括一个气缸盖（1）和一个燃烧室（2），其特征是：它还包括一个喷射引燃用燃料的第一喷油嘴（3）、一个安装在气缸盖（1）上预喷射的第二喷油嘴（4）和一个安装在进气道（6）上预喷射的第三喷油嘴（5），所述第二喷油嘴（4）在进气行程或者压缩行程向燃烧室（2）喷射适合压燃燃料与适合点燃燃料的混合燃料，所述第三喷油嘴（5）在进气道（6）内喷射适合压燃燃料与适合点燃燃料的混合燃料，形成预混合气；内燃机采用不能让适合压燃的燃料与适合点燃的燃料的预混合气着火，但能让适合压燃燃料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，由第一喷油嘴（3）直接向燃烧室（2）喷射少量适合压燃的燃料，压缩着火，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同时自燃，实现快速稀薄燃烧；所述引燃用燃料为一种适合压燃的燃料或一种以上适合压燃的燃料的混合物，所述混合燃料至少含有所述引燃用燃料中的一种和一种适合点燃用的燃料，混合燃料中适合压燃的燃料所占的比例为1%-80%。
2.根据权利要求1所述的一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统，其特征是：所述第二喷油嘴（4）采用多次喷射，实现控制燃烧速率的预混合气的分层。
3.根据权利要求1所述的一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统，其特征是：所述燃烧系统采用第二喷油嘴（4）或第三喷油嘴（5）喷射适合压燃燃料与适合点燃燃料的混合燃料。
4.根据权利要求1所述的一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统，其特征是：所述第一喷油嘴（3）和第二喷油嘴（4）采用第四喷油嘴（7）替换，第四喷油嘴（7）在一个喷油器体中设置两个独立针阀分别控制喷射。
5.根据权利要求1所述的一种燃料射流引燃式内燃机预混合燃烧系统，其特征是：所述燃烧系统利用废气再循环降低缸内燃烧温度，控制燃烧速率。
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