CN113090426A - 一种燃料掺氢发动机进气装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料掺氢发动机进气装置及方法。本发明燃料掺氢发动机进气装置包括进气歧管和氢气加注管；氢气加注管与进气歧管的出口连通，由氢气加注管加注的氢气与进气歧管进入的空气在进气歧管的出口处混合一同进入发动机进气道。进气歧管出口端管壁上开设有沟槽；沟槽与发动机气缸盖配合形成一密闭通道；氢气加注管与沟槽相连，并通过密闭通道与进气歧管的出口连通。本发明提供了一种能够有效的抑制早燃、回火的燃料掺氢发动机进气装置，该装置简单有效具有较高的经济效益及实用性；采用分开进气的方式，氢气和空气并行分离进气，在进入燃烧室之前混合，可减少在进气歧管内形成的氢气‑空气混合气数量，使发动机回火和早燃得到控制。

Description

一种燃料掺氢发动机进气装置及方法
技术领域
本发明属于发动机技术领域，尤其涉及一种燃料掺氢发动机进气装置及方法。
背景技术
由于氢气特殊的特性，作为内燃机燃料具有独特的优势。氢气具有良好的燃烧性，同时又是一种可再生和“零污染”的清洁燃料。根据当前的研究表明：对于发动机掺入一定量的氢气能有效的减小发动机的循环变动量，提高热效率。对于尾气中HC和CO的生成有明显的抑制作用，同时又能减小NOx的排放。在目前传统能源向新能源过渡的过程中，在传统燃料发动机掺烧氢气是比较现实可行的。对于发动机不同的氢气掺入方式对发动机的性能有较大影响，因此如何将氢气掺入发动机是一个急需解决的问题。
当前传统燃料发动机掺氢气的方式有许多种，主要可以归纳为两大类：一类是外部混合气的方式，此种方式虽然有利于气体的充分混合，但是发动机容易发生回火现象，且回火不易控制，极易造成发动机压力升高率过高和爆燃问题。同时，这种外部混合气由于混合时间较长，发动机炽热点的温度在正常点火之前就达到混合气的点燃温度时就会发生早燃。一类是缸内喷射氢气的方式，此方式是一种缸内混合气的形式，在压缩行程前期，将氢气直接喷入气缸内，虽然可以消除回火、早燃的发生，但是氢气喷射系统具有较高的成本，需要更加频繁的更换火花塞等零部件。同时对燃料要求较高，还容易产生积碳。缸内喷射时，由于氢气喷入缸内的吸热较多和自燃温度高导致发动机点火困难，造成发动机运行不平稳。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料掺氢发动机进气装置及方法，通过在进气歧管旁设置用于单独通入氢气的通道，采用分开进气的方式，氢气和空气并行分离进气，在进入燃烧室之前混合，这种混合方式可以减少在进气歧管内形成的氢气-空气混合气数量，使发动机的回火和早燃得到控制。
本发明提供的一种燃料掺氢发动机进气装置，它包括进气歧管和氢气加注管；所述氢气加注管与所述进气歧管的出口连通，由所述氢气加注管加注的氢气与所述进气歧管进入的空气在所述进气歧管的出口处一同进入发动机进气道。
上述的进气装置中，所述进气歧管的出口端的管壁上可开设有沟槽；所述沟槽与发动机气缸盖配合形成一密闭通道；所述氢气加注管与所述沟槽相连，并通过所述密闭通道与所述进气歧管的出口连通。
具体地，所述进气歧管包括多个进气通道；所述氢气加注管与所述进气歧管的多个进气通道的出口连通；所述沟槽至少连通两个相邻的进气通道。
更具体地，所述进气歧管包括第一进气通道、第二进气通道、第三进气通道和第四进气通道；所述氢气加注管包括第一氢气加注管和第二氢气加注管；所述沟槽包括第一沟槽和第二沟槽；所述第一沟槽连通所述第一进气通道和所述第二进气通道；所述第二沟槽连通所述第三进气通道和所述第四进气通道；所述第一氢气加注管与所述第一沟槽相连；所述第二氢气加注管和所述第二沟槽相连。
上述的进气装置中，所述沟槽向外开设有一嵌有接头插接件的通道；所述氢气加注管通过所述接头插接件与所述沟槽相连。具体地，所述接头插接件包括第一接头插接件和第二接头插接件；所述第一氢气加注管通过所述第一接头插接件与所述第一沟槽相连；所述第二氢气加注管通过所述第二接头插接件与所述第二沟槽相连。
上述的进气装置中，所述沟槽的宽度可为5～10mm；所述氢气加注管的内径可为5～10mm。所述氢气加注管的材质可为蒙耐尔合金。
本发明进一步提供了上述的燃料掺氢发动机进气装置进行进气的方法。
上述的方法中，所述氢气的加注压力可为3bar～5bar，加注温度可为10～25℃。
上述的方法中，所述氢气的加注速率可为2m3/小时～2.5m3/小时。
本发明还提供一种燃料掺氢发动机，它包括上述任一项所述燃料掺氢发动机进气装置。
本发明中，所述燃料可为甲醇、乙醇和汽油中的至少一种。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种能够有效的抑制早燃、回火的燃料掺氢发动机进气装置，该装置简单有效具有较高的经济效益及实用性。本发明进气装置使用时，采用的是一种分开进气的方式，氢气和空气并行分离进气，在进入燃烧室之前混合，这种混合方式可以减少在进气歧管内形成的氢气-空气混合气数量，使发动机的回火和早燃得到控制。
附图说明
图1为本发明燃料掺氢发动机进气装置的结构示意图。
图2为本发明具体实施例中燃料掺氢发动机进气装置的结构示意图。
图3为本发明燃料掺氢发动机的结构示意图。
图1、图2和图3中，各标记如下：
1-进气歧管、2-氢气加注管、3(1)-第一沟槽、3(2)-第二沟槽、4(1)-第一进气通道、4(2)-第二进气通道、4(3)-第三进气通道、4(4)-第四进气通道、5-发动机气缸盖、6(1)-第一圆形通道、6(2)-第二圆形通道、7-接头插接件、8-发动机进气道、9-进气气门、10-气缸体、11-活塞、12-排气气门、13-排气歧管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
对此，本发明提供的燃料掺氢发动机进气装置包括进气歧管和氢气加注管；氢气加注管与进气歧管的出口连通，由氢气加注管加注的氢气与进气歧管进入的空气在进气歧管的出口处一同进入发动机进气道。氢气和空气在进气通道充分混合，这种混合方式可以减少在进气歧管内形成的氢气-空气混合气数量，使发动机的回火和早燃得到控制。
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于下述实施例。
如图1所示，本发明提供的燃料掺氢发动机进气装置包括进气歧管1和氢气加注管2；氢气加注管2与进气歧管1的出口连通，由氢气加注管2加注的氢气与进气歧管1进入的空气在进气歧管1的出口处一同进入发动机进气道。
如图2和图3所示，进气歧管1的出口端的管壁上开设有沟槽；沟槽与发动机气缸盖5配合形成一密闭通道，氢气加注管2与沟槽相连，并通过该密闭通道与进气歧管1的出口连通。沟槽向外开设有一圆形通道，圆形通道嵌有接头插接件7，氢气加注管2通过该接头插接件7与沟槽相连，氢气加注管2可直接插入该接头插接件7，氢气加注管2通过该接头插接件7与沟槽和发动机气缸盖5形成的密闭通道紧密连接，由氢气加注管2加注的氢气进入进气歧管的出口处，与进入的空气一同进入发动机进气道。
具体地，进气歧管1包括多个进气通道；氢气加注管2与进气歧管的多个进气通道的出口连通；沟槽至少连通两个相邻的进气通道。更具体地，如图3所示，进气歧管包括第一进气通道4(1)、第二进气通道4(2)、第三进气通道4(3)和第四进气通道4(4)；氢气加注管包括第一氢气加注管和第二氢气加注管；沟槽包括第一沟槽3(1)和第二沟槽3(2)；第一沟槽3(1)连通第一进气通道4(1)和第二进气通道4(2)；第二沟槽3(2)连通第三进气通道4(3)和第四进气通道4(4)。第一沟槽3(1)和第二沟槽3(2)的中间分别向外开设第一圆形通道6(1)和第二圆形通道6(2)，第一圆形通道6(1)嵌有第一接头插接件，第二圆形通道6(2)嵌有第二接头插接件，第一氢气加注管通过该第一接头插接件与第一沟槽相连，第二氢气加注管通过该第二接头插接件与第二沟槽相连。由第一氢气加注管加注的氢气进入第一进气通道和第二进气通道，由第二氢气加注管加注的氢气进入第三进气通道和第四进气通道，氢气分别在四个进气通道的出口处与进入的空气一同进入发动机进气道。
进一步地，沟槽的长度、宽度和深度可由进气歧管的规格而定，如长度为6cm，宽度为5-10mm，深度为5mm(沟槽长度可分别连通进气通道4(1)与4(2)，4(3)与4(4)，深度不超过进气歧管壁，并保留3mm厚度)。氢气加注管的内径与沟槽的内径一致，如可为5-10mm。氢气加注管的材质可为蒙耐尔合金。
如图1-图3所示，本发明燃料掺氢发动机进气装置在使用时，由氢气加注管2加注的氢气通过由进气歧管1出口端的管壁上开设的沟槽与发动机气缸盖3配合形成的密闭通道进入进气歧管1的出口端，与进气歧管1进入的空气一同进入发动机进气道8，空气与氢气在进气通道8内充分混合，混合气体通过进气气门9进入气缸体10中的燃烧室，在活塞11的作用下参与燃烧，完成燃烧做工，废气从排气气门12顺着排气歧管13排出完成循环。进气条件如下：氢气的加注压力可为3bar～5bar，加注温度可为10～25℃；氢气的加注速率可为2m3/小时～2.5m3/小时。所用燃料可为甲醇、乙醇和汽油中的至少一种。
以福特1.6L发动机为例，对本发明效果进行验证：
实验选用福特1.6L发动机，使用甲醇作为燃料，在发动机实验台架上进行测试。
将福特1.6L发动机改装为燃料掺氢发动机进气装置，其中，沟槽长6cm、宽5mm、深5mm，氢气加注管本体的直径为6mm，氢气加注温度为15℃，加注压力为3bar，加注速率为2m3/小时。实验结果显示，发动机未出现回火和早燃，未产生积碳且发动机运行平稳。
采用本发明燃料掺氢发动机进气装置，相对于常规的外部混合气的进气方法，既保证了空气和氢气的充分混合又不至于使发动机发生早燃和回火；相对于常规的缸内喷射氢气的方法，成本低，适用于各种燃料，且不易产生积碳，发动机运行平稳。

Claims (10)

1.一种燃料掺氢发动机进气装置，其特征在于：它包括进气歧管和氢气加注管；所述氢气加注管与所述进气歧管的出口连通，由所述氢气加注管加注的氢气与所述进气歧管进入的空气在所述进气歧管的出口处一同进入发动机进气道。
2.根据权利要求1所述的燃料掺氢发动机进气装置，其特征在于：所述进气歧管的出口端的管壁上开设有沟槽；所述沟槽与发动机气缸盖配合形成一密闭通道；所述氢气加注管与所述沟槽相连，并通过所述密闭通道与所述进气歧管的出口连通。
3.根据权利要求2所述的燃料掺氢发动机进气装置，其特征在于：所述进气歧管包括多个进气通道；所述氢气加注管与所述进气歧管的多个进气通道的出口连通；所述沟槽至少连通两个相邻的进气通道。
4.根据权利要求3所述燃料掺氢发动机进气装置，其特征在于：所述进气歧管包括第一进气通道、第二进气通道、第三进气通道和第四进气通道；所述氢气加注管包括第一氢气加注管和第二氢气加注管；所述沟槽包括第一沟槽和第二沟槽；所述第一沟槽连通所述第一进气通道和所述第二进气通道；所述第二沟槽连通所述第三进气通道和所述第四进气通道；所述第一氢气加注管与所述第一沟槽相连；所述第二氢气加注管和所述第二沟槽相连。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的燃料掺氢发动机进气装置，其特征在于：所述沟槽向外开设有一嵌有接头插接件的通道；所述氢气加注管通过所述接头插接件与所述沟槽相连。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的燃料掺氢发动机进气装置，其特征在于：所述沟槽的宽度为5～10mm；所述氢气加注管的内径为5～10mm。
7.利用权利要求1-6中任一项所述的燃料掺氢发动机进气装置进行进气的方法。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述氢气的加注压力为3bar～5bar，加注温度为10～25℃。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：所述氢气的加注速率为2m3/小时～2.5m3/小时。
10.一种燃料掺氢发动机，它包括权利要求1-6中任一项所述燃料掺氢发动机进气装置。
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