CN115095421A - 燃烧系统、发动机及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃烧系统的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种燃烧系统、发动机及车辆，其中，所述燃烧系统包括：容纳部；预燃室组件，设置在所述容纳部内；主燃室组件，部分所述主燃室组件设置在所述容纳部内，所述主燃室组件连接于所述预燃室组件；燃料供给组件，连接于所述预燃室组件，用于向所述预燃室组件提供氢气。通过燃料供给组件向预燃室组件提供氢气，预燃室组件向主燃室组件喷射氢气，氢气与主燃室组件内空气混合，点燃预燃室组件内混合气体来引燃主燃室组件内混合气体，预燃室组件内气流流动弱，且氢气可燃范围宽，使得点火稳定，主燃室组件内混合空气稀薄燃烧，降低传热损失，大幅降氮氧化物和碳氧化物的排放低，实现节能环保。

Description

燃烧系统、发动机及车辆
技术领域
本发明涉及燃烧系统的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种燃烧系统、 发动机及车辆。
背景技术
能源和环保问题日益突出，人们节能减排的意识越来越强。汽车作为人们 日常出行的主要交通工具，其碳排放与污染物排放受到越来越多的关注，因此， 有必要提出一种燃烧系统、发动机及车辆，提高热效率的同时，能够实现节能 减排。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的第一方面提供了一种燃烧系统。
本发明第二方面提供了一种发动机。
本发明第三方面提供了一种车辆。
有鉴于此，根据本申请实施例的第一方面提出一种燃烧系统，所述燃烧系 统包括：
容纳部；
预燃室组件，设置在所述容纳部内；
主燃室组件，部分所述主燃室组件设置在所述容纳部内，所述主燃室组件 连接于所述预燃室组件；
燃料供给组件，连接于所述预燃室组件，用于向所述预燃室组件提供氢气。
在一种可行的实施方式中，所述预燃室组件包括：
预燃室，设置在所述容纳部内，连接于所述主燃室组件；
喷射器，部分所述喷射器设置在所述预燃室内，所述喷射器连接于所述燃 料供给组件；
火花塞，部分所述火花塞设置在所述预燃室内，用于引燃所述预燃室内的 气体。
在一种可行的实施方式中，所述预燃室靠近所述主燃室组件的一端设置有 多个喷射孔。
在一种可行的实施方式中，所述燃料供给组件包括：
燃料箱，用于存储氢气；
燃料轨道，所述燃料轨道的一端连接于所述燃料箱，另一端连接于所述喷 射器；
高压泵，设置在所述燃料轨道上。
在一种可行的实施方式中，所述燃料供给组件还包括：
单向阀，设置在所述燃料轨道上，位于所述高压泵和所述喷射器之间。
在一种可行的实施方式中，所述燃料供给组件还包括：
压力传感器，设置在所述燃料轨道上，位于所述单向阀和所述喷射器之间， 用于检测所述燃料轨道的压力。
在一种可行的实施方式中，所述燃料供给组件还包括：
控制器，所述压力传感器和所述高压泵连接于所述控制器，在所述压力传 感器检测到所述燃料轨道的压力值低于第一预设值的情况下，所述控制器控制 所述高压泵增压；
警报器，连接于所述控制器，在所述压力传感器检测到所述燃料轨道的压 力值低于第二预设值的情况下，所述控制器控制所述警报器发出警报；
所述第一预设值大于所述第二预设值。
在一种可行的实施方式中，所述主燃室组件包括：
主燃室，部分所述主燃室设置在所述容纳部内，所述主燃室连接于所述预 燃室；
进气通道，连接于所述主燃室，所述进气通道和所述主燃室的连接处设置 有进气门；
排气通道，连接于所述主燃室，所述排气通道和所述主燃室的连接处设置 有排气门。
根据本申请实施例的第二方面提出的一种发动机，包括：上述技术方案中 任一项所述的燃烧系统，所述燃烧系统包括所述排气通路。
根据本申请实施例的第三方面提出的一种车辆，包括上述技术方案中所述 的发动机；
排气管，所述排气管连接于所述排气通路；
空燃比传感器，连接于所述排气管，所述空燃比传感器用于检测所述发动 机的空燃比。
相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：本申请实施例提供的 燃烧系统设置有容纳部、预燃室组件、主燃室组件和燃料供给组件，其中， 燃料供给组件连接于预燃室组件，预燃室组件连接于主燃室组件，如此设 置，通过燃料供给组件向预燃室组件提供氢气，预燃室组件向主燃室组件 喷射氢气，氢气与主燃室组件中的空气混合充分后，点燃预燃室组件中的 混合气体即可引燃主燃室组件中的混合气体，预燃室组件中的气流流动弱，且氢气的可燃范围很宽，仅需要将主燃室中的混合气体输送至预燃室组件 中即可完成点火，无需特别控制预燃室内部当量空燃比，且点火稳定，不 易失火，主燃室组件采用稀薄燃烧的方式燃烧混合空气，提高当量空燃比， 能够有效地降低传热损失，提高热效率的同时，大幅降氮氧化物和碳氧化 物的排放低，实现节能环保。
本发明的燃烧系统、发动机及车辆，本发明的其它优点、目标和特征将 部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的 技术人员所理解。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领 域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并 不认为是对本说明书的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同 的部件。在附图中：
图1为本申请实施提供的一种燃烧系统的结构示意图。
其中，图1中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
100燃烧系统，110容纳部，120预燃室组件，121预燃室，122喷射器， 123火花塞，124喷射孔，130主燃室组件，131主燃室，132进气通道，133 进气门，134排气通道，135排气门，140燃料供给组件，141燃料箱，142燃 料轨道，143高压泵，144单向阀，145压力传感器。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请实 施例的技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特 征是对本申请实施例技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定， 在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
在一些示例中，如图1所示，根据本申请实施例的第一方面提出了一种燃 烧系统100，上述燃烧系统100包括：容纳部110；预燃室组件120，设置在 上述容纳部110内；主燃室组件130，部分上述主燃室组件130设置在上述容 纳部110内，上述主燃室组件130连接于上述预燃室组件120；燃料供给组件 140，连接于上述预燃室组件120，用于向上述预燃室组件120提供氢气。
可以理解的是，燃烧系统100设置有容纳部110、预燃室组件120、主 燃室组件130和燃料供给组件140，其中，燃料供给组件140连接于预燃 室组件120，预燃室组件120连接于主燃室组件130，如此设置，通过燃料 供给组件140向预燃室组件120提供氢气，预燃室组件120向主燃室组件 130喷射氢气，氢气与主燃室组件130中的空气混合充分后，点燃预燃室 组件120中的混合气体即可引燃主燃室组件130中的混合气体。主燃室组 件130采用稀薄燃烧的方式燃烧混合空气，提高当量空燃比，能够有效地 降低传热损失，提高热效率的同时，大幅降氮氧化物和碳氧化物的排放低， 实现节能环保。
可以理解的是，当量空燃比为混合气体的实际质量空燃比/理论质量空燃 比，当量空燃比大于1时，混合气体为稀薄混合气，当量空燃比小于1时，混 合气体和浓混合气。在当量空燃比超过2时，混合气体可发生稀薄燃烧，以此 提高混合气绝热系数，从而增加发动机的理论循环热效率。稀薄燃烧时，过量 空气会吸收一部分热量，使得混合气体燃烧温度降低，传热损失降低，并且避 开氮氧化物生成的高温，使得氮氧化物的排放大幅度降低。
然而在稀薄燃烧时，在混合气体中的燃料浓度过低的情况下，会导致点火 困难，存在失火风险，未燃损失增大，并且混合气层流燃烧速度降低会使得燃 烧的稳定性降低，使得燃烧恶化，导致碳氢和一氧化碳的排放增加，燃烧持续 期变长，燃烧等容度变差，降低热效率。
因此选用氢气作为燃料，一方面氢气的可燃范围非常宽，在当量空燃比处 于0.2至8的区间内即可燃烧，无需特别控制预燃室组件120中的当量空燃比， 将主燃室组件130内的混合气体压入预燃室组件120中，即可轻松点燃。且点 火稳定，不易失火，无需设置高能点火器，节约成本。另一方面，氢气作 为燃料，在燃烧时，不会产生碳元素，因此在预燃室组件120内不会产生 积碳，没有堵塞预燃室组件120和主燃室组件130连接处的风险，保证安 全性。
在一些示例中，如图1所示，上述预燃室组件120包括：预燃室121，设 置在上述容纳部110内，连接于上述主燃室组件130；喷射器122，部分上述 喷射器122设置在上述预燃室121内，上述喷射器122连接于上述燃料供给组 件140；火花塞123，部分上述火花塞123设置在上述预燃室121内，用于引 燃上述预燃室121内的气体。
可以理解的是，预燃室组件120设置有预燃室121、喷射器122和火花塞 123，其中，部分喷射器122设置在预燃室121内，且喷射器122连接于燃料 供给组件140，通过喷射器122将燃料供给组件140中的氢气喷射至预燃室121 内。预燃室121设置在容纳部110内，且预燃室121连接于主燃室组件130， 以此将预燃室121中的氢气输送至主燃室组件130中，氢气和主燃室组件130 中的空气充分混合后，将混合气体压入预燃室121中，通过火花塞123引燃混 合气体，从而点燃主燃室组件130中的混合气体，以使连接于主燃室组件130 的活塞运动。
可以理解的是，氢气的扩散速度快，无需对氢气进行雾化处理，并且仅需 设置一个喷射器122将氢气喷出，氢气就会快速充满预燃室121并快速的扩散 至主燃室组件130内，且不会凝聚成液体挂在预燃室121壁上，无湿壁的风险。 如此设置，无需设置多个喷射器122，且无需单独增设雾化室对燃料进行雾化， 节约成本的同时，节省了燃烧系统100的内部空间。
在一些示例中，如图1所示，上述预燃室121靠近上述主燃室组件130 的一端设置有多个喷射孔124。
可以理解的是，预燃室121在靠近主燃室组件130的一端设置有多个喷射 孔124，通过喷射孔124将氢气喷射至主燃室组件130中，氢气经喷射孔124 喷射会形成湍流，提高氢气的流动速度，加速和主燃室组件130中的空气混合， 并且随着主燃室组件130内的混合气体增多，主燃室组件130内压力增大，将 混合气体沿着喷射孔124压入预燃室121内，通过火花塞123引燃预燃室121 内的混合气体后，形成射流火焰，射流火焰会从喷射孔124喷射至主燃室组件 130中，经喷射孔124喷射会形成湍流，在湍流的作用下，可实现更大当量空燃比的稀薄燃烧，从而进一步提高热效率，并且无需设置高滚流气道来提高混 合汽湍动能和湍流燃烧速度，节约成本的同时，节省了燃烧系统100的内部空 间。
在一些示例中，如图1所示，上述燃料供给组件140包括：燃料箱141， 用于存储氢气；燃料轨道142，上述燃料轨道142的一端连接于上述燃料箱141， 另一端连接于上述喷射器122；高压泵143，设置在上述燃料轨道142上。
可以理解的是，燃料供给组件140设置有燃料箱141、燃料轨道142和高 压泵143，其中，燃料箱141用于储存氢气，通过燃料轨道142将氢气输送至 喷射器122处，通过喷射器122将氢气喷射入预燃室121内。在燃料轨道142 上设置高压泵143，通过高压泵143对氢气增压。从而在同一时间内，可输送 更多的氢气，从而保证燃烧效率。示例性的，高压氢气的压强可为350bar。
在一些示例中，如图1所示，上述燃料供给组件140还包括：单向阀144， 设置在上述燃料轨道142上，位于上述高压泵143和上述喷射器122之间。
可以理解的是，通过在燃料轨道142上设置单向阀144，且单向阀144设 置在高压泵143和喷射器122之间，可避免经过高压泵143增压的高压氢气沿 着燃料轨道142反窜回燃料箱141中。避免燃料箱141内气体压力过高，对燃 料箱141造成破坏，提高可靠性。
在一些示例中，如图1所示，上述燃料供给组件140还包括：压力传感器 145，设置在上述燃料轨道142上，位于上述单向阀144和上述喷射器122之 间，用于检测上述燃料轨道142的压力。
可以理解的是，在燃料轨道142上设置有压力传感器145，且压力传感器 145设置在单向阀144和喷射器122之间，通过压力传感器145对即将输送至 喷射器122的压力进行检测，通过检测到的压力数据可直观的知道当前燃料轨 道142内的压力情况是否符合要求，提高安全性。
在一些示例中，上述燃料供给组件140还包括：控制器，上述压力传感器 145和上述高压泵143连接于上述控制器，在上述压力传感器145检测到上述 燃料轨道142的压力值低于第一预设值的情况下，上述控制器控制上述高压泵 143增压；警报器，连接于上述控制器，在上述压力传感器145检测到上述燃 料轨道142的压力值低于第二预设值的情况下，上述控制器控制上述警报器发 出警报；上述第一预设值大于上述第二预设值。
可以理解的是，燃料供给组件140还设置有控制器和警报器，其中，压力 传感器145、高压泵143和警报器分别连接于控制器，压力传感器145将检测 到的燃料轨道142中的氢气压力数据传输至控制器，当氢气压力数据值低于第 一预设值时，控制器控制高压泵143对氢气进行增压，以保证燃料轨道142 中的氢气压力符合要求。当氢气压力数据值低于第二预设值时，控制器控制警 报器发出声光警报，提醒工作人员查看情况，以分析是否需要补充燃料或对燃 料供给组件140进行检修，查看是否存在漏气现象。进一步地提高安全性。
可以理解的是，第一预设值大于第二预设值，示例性的，第一预设值可选 为50bar，第二预设值可选为10bar。
在一些示例中，如图1所示，上述主燃室组件130包括：主燃室131，部 分上述主燃室131设置在上述容纳部110内，上述主燃室131连接于上述预燃 室121；进气通道132，连接于上述主燃室131，上述进气通道132和上述主 燃室131的连接处设置有进气门133；排气通道134，连接于上述主燃室131， 上述排气通道134和上述主燃室131的连接处设置有排气门135。
可以理解的是，主燃室组件130设置有主燃室131、进气通道132和排气 通道134，其中，部分主燃室131设置在容纳部110内，且主燃室131连接于 预燃室121，进气通道132连接于主燃室131，且进气通道132和主燃室131 的连接处设置有进气门133，在进气门133开启的情况下，空气会从进气通道 132输送至主燃室131内，并和主燃室131内的氢气混合。在主燃室131内的 混合气体燃烧后，开启主燃室131和排气通道134连接处的排气门135，燃烧产生的气体会从排气通道134排出。以保证主燃室131满足燃烧所需条件。
根据本申请实施例的第二方面提出了一种发动机，包括上述任一技术方案 所述的燃烧系统100，上述燃烧系统100包括排气通道134。
可以理解的是，上述发动机还设置有活塞和曲柄，活塞连接于曲柄，且活 塞连接于主燃室131，活塞和主燃室131共同决定主燃室131容积。
上述发动机的燃料供给控制方法如下：
预喷射过程：当曲轴转角90°时，控制进气门133开启升程接近最大， 排气门135关闭，活塞向下运动，此时进气流速最大，预燃室121与主燃室 131的压差大，将燃料箱141中的氢气经过加压后输送至喷射器122处，开启 喷射器122，进行预喷射作业，氢气将预燃室121内原有的气体排出至主燃室 131，以保证预燃室121内无废气的影响，高压氢气夹杂预燃室121内原有气 体进入主燃室131，与主燃室131内的空气混合。
主喷射过程：当曲轴转角270°时，控制进气门133和排气门135均处于 关闭状态，活塞向上运动，将燃料箱141中的氢气经过加压后输送至喷射器 122处，开启喷射器122，进行主喷射作业，氢气经过喷射孔124喷射入主燃 室131，活塞向上运动产生的压缩滚流促进预燃室121喷出的氢气和主燃室131 内的空气混合，使混合更加充分，提高了混合速度。
点燃过程：当曲轴转角340°附近时，活塞行进至压缩上止点前，在活塞 的压缩作用，使得混合气体的压力逐渐增加，一部分混合气体沿预燃室121 的喷射孔124进入预燃室121中，通过火花塞123引燃进入预燃室121中的混 合气体，形成射流火焰，射流火焰会沿着喷射孔124点燃主燃室131中的混合 气体。
可以理解的是，预喷射量需要大于预燃室121的体积，以保证将预燃室 121内原有的气体全部排出，并且，预喷射量和主喷射量之和需保证主燃室131 内混合气体的当量空燃比大于或等于2，以保证主燃室131内进行稀薄燃烧， 提高热效率。
根据本申请实施例的第三方面提出了一种车辆，包括上述技术方案所述的 发动机；排气管，上述排气管连接于上述排气通路；空燃比传感器，连接于上 述排气管，上述空燃比传感器用于检测上述发动机的空燃比。
可以理解的是，将上述技术方案所述的发动机安装于车辆中，并且车辆的 排气管连接于燃烧系统100的排气通路，在排气管处设置有空燃比传感器，主 燃室131内的混合气体燃烧后，产生的气体会沿着排气通路经排气管排出车辆 外，通过空燃比传感器对排出气体进行检测，以检测出主燃室131内混合气体 的空燃比，主燃室131内混合气体的当量空燃比应大于或等于2。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描 述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方 向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例” 等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于 本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述 不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特 点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的 技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃烧系统，其特征在于，包括：
容纳部；
预燃室组件，设置在所述容纳部内；
主燃室组件，部分所述主燃室组件设置在所述容纳部内，所述主燃室组件连接于所述预燃室组件；
燃料供给组件，连接于所述预燃室组件，用于向所述预燃室组件提供氢气。
2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述预燃室组件包括：
预燃室，设置在所述容纳部内，连接于所述主燃室组件；
喷射器，部分所述喷射器设置在所述预燃室内，所述喷射器连接于所述燃料供给组件；
火花塞，部分所述火花塞设置在所述预燃室内，用于引燃所述预燃室内的气体。
3.根据权利要求2所述的燃烧系统，其特征在于，
所述预燃室靠近所述主燃室组件的一端设置有多个喷射孔。
4.根据权利要求2所述的燃烧系统，其特征在于，所述燃料供给组件包括：
燃料箱，用于存储氢气；
燃料轨道，所述燃料轨道的一端连接于所述燃料箱，另一端连接于所述喷射器；
高压泵，设置在所述燃料轨道上。
5.根据权利要求4所述的燃烧系统，其特征在于，所述燃料供给组件还包括：
单向阀，设置在所述燃料轨道上，位于所述高压泵和所述喷射器之间。
6.根据权利要求5所述的燃烧系统，其特征在于，所述燃料供给组件还包括：
压力传感器，设置在所述燃料轨道上，位于所述单向阀和所述喷射器之间，用于检测所述燃料轨道的压力。
7.根据权利要求6所述的燃烧系统，其特征在于，所述燃料供给组件还包括：
控制器，所述压力传感器和所述高压泵连接于所述控制器，在所述压力传感器检测到所述燃料轨道的压力值低于第一预设值的情况下，所述控制器控制所述高压泵增压；
警报器，连接于所述控制器，在所述压力传感器检测到所述燃料轨道的压力值低于第二预设值的情况下，所述控制器控制所述警报器发出警报；
所述第一预设值大于所述第二预设值。
8.根据权利要求2所述的燃烧系统，其特征在于，所述主燃室组件包括：
主燃室，部分所述主燃室设置在所述容纳部内，所述主燃室连接于所述预燃室；
进气通道，连接于所述主燃室，所述进气通道和所述主燃室的连接处设置有进气门；
排气通道，连接于所述主燃室，所述排气通道和所述主燃室的连接处设置有排气门。
9.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的燃烧系统，所述燃烧系统包括所述排气通路。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的发动机；
排气管，所述排气管连接于所述排气通路；
空燃比传感器，连接于所述排气管，所述空燃比传感器用于检测所述发动机的空燃比。
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