CN114427494A - 一种双燃料发动机系统及点火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双燃料发动机系统，包括：具有主燃烧室、预燃烧室、第一直喷装置和第二直喷装置的双燃料发动机，第一直喷装置连通主燃烧室，第二直喷装置连通预燃烧室；主燃烧室与预燃烧室之间通过连通孔连通；与第一直喷装置连通的液氨储存装置，将其储存的液氨燃料射入主燃烧室，以形成预混合气；与第二直喷装置连通的高十六烷值燃料储存装置，将其储存的高十六烷值燃料射入预燃烧室；预燃烧室内的高十六烷值燃料以射流方式进入主燃烧室形成射流火焰，以引燃主燃烧室内的预混合气。本发明还提供了一种点火方法。本发明极大的增强了氨的点火性能、提高了氨的利用率，达到了节能减排的目的。

Description

一种双燃料发动机系统及点火方法
技术领域
本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种双燃料发动机系统及点火方法。
背景技术
随着现代社会的不断发展，石油燃料供需矛盾日益加剧，发动机导致的环境污染问题日益严重。二氧化碳的大量排放是导致温室效应的主要原因之一，而CO、PM等 有害物的排放也对环境造成了很大损害。氨作为发动机燃料，燃烧产物中不含CO2， 对温室效应的改善有积极作用，还可以降低人们对化石燃料等不可再生资源的依赖。
现有技术中已经有氨作为燃料的氨发动机，但从所述氨发动机的氨的点火性较差的特性考虑，发动机在低负荷运转时及高负荷运转时，氨的燃烧不充分，因此，为了 辅助氨的燃烧需要添加助燃剂。作为助燃剂，可以使用烃类的燃料或氢。氨是由氢原 子和氮原子构成的化合物，可以通过化学分解氨来制造氢，因此，从可以仅利用氨驱 动发动机的方面考虑，认为使用通过分解氨制造的氢作为助燃剂是最理想的系统。
然而，现有内燃机预燃烧室的设计都是采用火花塞点燃的方式，使用无碳的氨燃料，这就导致内燃式机构复杂、燃烧效率低等问题，不能很好的适应不同发动机(如 双燃料发动机)的需求。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种双燃料发动机系统及点火方法，利用对高十六烷值燃料来点燃液氨燃料，极大的增强了氨的点火性能、提高了氨的利用率， 达到了节能减排的目的。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供了一种双燃料发动机系统，包括：
双燃料发动机，其包括缸体、第一直喷装置和第二直喷装置，所述缸体内设置有主燃烧室和预燃烧室，所述第一直喷装置的一端连通所述主燃烧室，所述第二直喷装 置的一端连通所述预燃烧室；所述主燃烧室通过进气道与外界连通；所述主燃烧室与 所述预燃烧室之间通过至少一个连通孔连通；
液氨储存装置，连通至所述第一直喷装置的另一端，并被配置为将其储存的液氨燃料通过所述第一直喷装置射入所述主燃烧室，以形成预混合气；
高十六烷值燃料储存装置，连通至所述第二直喷装置的另一端，并配置为将其储存的高十六烷值燃料通过所述第二直喷装置射入所述预燃烧室；
所述双燃料发动机被配置为所述预燃烧室内的所述高十六烷值燃料以射流方式进 入所述主燃烧室形成射流火焰，以引燃所述主燃烧室内的所述预混合气。
进一步地，所述预燃烧室为圆顶状。
进一步地，所述第一直喷装置和所述第二直喷装置均为直喷喷油器。
进一步地，所述双燃料发动机还包括设置在所述缸体上的缸盖，所述直喷喷油器穿过所述缸盖。
进一步地，还包括氮气瓶，所述氮气瓶与所述液氨储存装置连通，并被配置为将所述氮气瓶内存储的氮气注入到所述液氨储存装置内。
进一步地，所述液氨储存装置为液氨瓶，所述液氨瓶中设置有虹吸管。
进一步地，所述液氨储存装置和所述第一直喷装置之间设置有液氨泵。
本发明还提供了一种使用上述的双燃料发动机系统的点火方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过第一直喷装置向主燃烧室内喷射液氨燃料，与空气形成预混合气；
通过第二直喷装置向预燃烧室内喷射高十六烷值燃料；
将所述预燃烧室内的所述高十六烷值燃料以射流方式进入所述主燃烧室形成射流 火焰，以引燃所述预混合气。
进一步地，所述高十六烷值燃料为包含柴油、费托合成柴油、生物柴油、二甲醚、正庚烷中的任意一种或任意几种的混合物。
进一步地，向所述主燃烧室内喷射所述液氨燃料和/或向所述与燃烧室内喷射所述 高十六烷值燃料的过程中，采用一次喷射或多次交叉喷射。
本发明具有以下技术效果：
本发明利用智能充量压缩着火燃烧模式，在提高热效率、降低氮氧化物排放方面所具有的独特优势，以及具有可以实现燃料在燃烧室内的灵活控制的特点。通过在燃 烧室内设置一个用于储存直喷的液氨燃料；同时预燃烧室内的高十六烷值燃料以射流 的方式进入主燃烧室内，形成预混合燃料或射流火焰，并在高十六烷值燃料的引燃下 燃烧，从而极大的增强了氨的点火性能、提高了氨的利用率，达到了节能减排的目的。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的双燃料发动机系统的结构示意图；
图2是连通孔的分布示意图。
其中，1：高十六烷值燃料储存装置；2：氮气瓶3：液氨储存装置；4：液氨输送 管(虹吸管)；5：液氨泵；6：进气道喷油器；7：进气道；8：第一直喷装置；9：液 氨油束；10：缸盖；11：高十六烷值燃料油束；12：第二直喷装置；13：主燃烧室；14：预燃烧室；15：连通孔。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非 仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有 限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的 厚度。
如图1和图2所示，本发明提供了一种双燃料发动机系统，包括：双燃料发动机、 液氨储存装置3、高十六烷值燃料储存装置1；其中，双燃料发动机包括缸体、第一直 喷装置8和第二直喷装置12，缸体内设置有主燃烧室13和预燃烧室14，主燃烧室13 和预燃烧室14之间通过至少一个连通孔15连通；第一直喷装置8的一端连通至主燃 烧室13，另一端通过液氨输送管4与液氨储存装置3连通；第二直喷装置12的一端 连通至预燃烧室14，另一端连通至高十六烷值燃料储存装置1；液氨储存装置3与第 一直喷装置8之间可以设置有液氨泵5；主燃烧室13通过进气道7与外界连通。
在一些实施方式中，第一直喷装置8和第二直喷装置12均采用直喷喷油器。较佳地，在缸体上设置有缸盖10，直喷喷油器穿过缸盖10，使得其喷嘴进入到相应的燃烧 室内。如图1中所示，第一直喷装置8的喷嘴处可形成液氨油束9；第二直喷装置12 的喷嘴处可形成高十六烷值燃料油束11。
在一些实施方式中，第一直喷装置8喷射液氨燃料、第二直喷装置12喷射高十六烷值燃料的过程中，可以被配置为通过一次喷射过程完成燃料喷射，亦可以通过多次 交叉喷射完成燃料喷射过程。
在一些实施方式中，液氨储存装置3为液氨瓶，较佳地，液氨瓶上的液氨输送管 4为虹吸管。高十六烷值燃料储存装置1可以为油箱。
在一些实施方式中，预燃烧室14为圆顶状。
在一些实施方式中，双燃料发动机系统还包括氮气瓶2，氮气瓶2与液氨储存装 置3连通，通过将氮气瓶2中的高压氮气注入到液氨储存装置3中，以保证液氨储存 装置3的出口可以向发动机提供液态氨。
在一些实施方式中，高十六烷值燃料为包含柴油、费托合成柴油(F-T柴油)、生 物柴油、二甲醚、正庚烷等高十六烷值燃料中的一种或几种的混合物。
本发明提供了一种氨发动机的点火方法，使用上述双燃料发动机系统，以实现氨的高性能点火。该点火方法包括如下步骤：
通过第一直喷装置8向主燃烧室13喷射液氨燃料，与空气形成预混合气；
通过第二直喷装置12向预燃烧室14喷射高十六烷值燃料；
预燃烧室14内的高十六烷值燃料以射流方式进入主燃烧室13形成射流火焰，引燃预混合气。
在一些实施方式中，向主燃烧室13喷射液氨燃料和/或向预燃烧室14喷射高十六烷值燃料时，可以采用一次喷射的策略，亦可以采用多次交叉喷射的策略。
本发明提供的点火方法，利用智能充量压缩着火燃烧模式，在提高热效率、降低氮氧化物排放方面所具有的独特优势，以及具有可以实现燃料在燃烧室内的灵活控制 的特点。通过在燃烧室内设置一个用于储存直喷的液氨燃料；同时预燃烧室内的高十 六烷值燃料以射流的方式进入主燃烧室内，形成预混合燃料或射流火焰，并在高十六 烷值燃料的引燃下燃烧，从而极大的增强了氨的点火性能、提高了氨的利用率，达到 了节能减排的目的，对发动机行业实现碳中和具有里程碑的意义。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术 人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得 到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双燃料发动机系统，其特征在于，包括：
双燃料发动机，其包括缸体、第一直喷装置和第二直喷装置，所述缸体内设置有主燃烧室和预燃烧室，所述第一直喷装置的一端连通所述主燃烧室，所述第二直喷装置的一端连通所述预燃烧室；所述主燃烧室通过进气道与外界连通；所述主燃烧室与所述预燃烧室之间通过至少一个连通孔连通；
液氨储存装置，连通至所述第一直喷装置的另一端，并被配置为将其储存的液氨燃料通过所述第一直喷装置射入所述主燃烧室，以形成预混合气；
高十六烷值燃料储存装置，连通至所述第二直喷装置的另一端，并配置为将其储存的高十六烷值燃料通过所述第二直喷装置射入所述预燃烧室；
所述双燃料发动机被配置为所述预燃烧室内的所述高十六烷值燃料以射流方式进入所述主燃烧室形成射流火焰，以引燃所述主燃烧室内的所述预混合气。
2.如权利要求1所述的双燃料发动机系统，其特征在于，所述预燃烧室为圆顶状。
3.如权利要求1所述的双燃料发动机系统，其特征在于，所述第一直喷装置和所述第二直喷装置均为直喷喷油器。
4.如权利要求3所述的双燃料发动机系统，其特征在于，所述双燃料发动机还包括设置在所述缸体上的缸盖，所述直喷喷油器穿过所述缸盖。
5.如权利要求1所述的双燃料发动机系统，其特征在于，还包括氮气瓶，所述氮气瓶与所述液氨储存装置连通，并被配置为将所述氮气瓶内存储的氮气注入到所述液氨储存装置内。
6.如权利要求1所述的双燃料发动机系统，其特征在于，所述液氨储存装置为液氨瓶，所述液氨瓶中设置有虹吸管。
7.如权利要求1所述的双燃料发动机系统，其特征在于，所述液氨储存装置和所述第一直喷装置之间设置有液氨泵。
8.一种使用如权利要求1所述的双燃料发动机系统的点火方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过第一直喷装置向主燃烧室内喷射液氨燃料，与空气形成预混合气；
通过第二直喷装置向预燃烧室内喷射高十六烷值燃料；
将所述预燃烧室内的所述高十六烷值燃料以射流方式进入所述主燃烧室形成射流火焰，以引燃所述预混合气。
9.如权利要求1所述的点火方法，其特征在于，所述高十六烷值燃料为包含柴油、费托合成柴油、生物柴油、二甲醚、正庚烷中的任意一种或任意几种的混合物。
10.如权利要求1所述的点火方法，其特征在于，向所述主燃烧室内喷射所述液氨燃料和/或向所述与燃烧室内喷射所述高十六烷值燃料的过程中，采用一次喷射或多次交叉喷射。
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