CN115387927B - 一种氨发动机燃烧室、其燃料喷射控制方法和氨发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于发动机设备技术领域，提供了一种氨发动机燃烧室、其燃料喷射控制方法和氨发动机；氨发动机燃烧室包括：气缸套，气缸套内部滑动设置活塞；斜顶气缸盖，设置在气缸套顶部；斜顶气缸盖上对称设置有进气管组和出气管组；进气管组包括多根进气道；出气管组包括多根排气道；进气道通过进气阀与气缸套内部连通；排气道通过排气阀与气缸套内部连通；进气阀和排气阀均相对于水平面倾斜布置在斜顶气缸盖上；及，布置在进气管组和出气管组之间的氢气喷嘴、火花塞和氨燃料喷嘴，其中氢气喷嘴靠近出气管组一侧设置在斜顶气缸盖上。本发明进气阀及排气阀与水平面成一定角度，使增压空气进入燃烧室后，形成滚流，提高燃烧效率。

Description

一种氨发动机燃烧室、其燃料喷射控制方法和氨发动机
技术领域
本发明涉及发动机设备技术领域，具体是一种氨发动机燃烧室、其燃料喷射控制方法和氨发动机。
背景技术
氨不含碳，完全燃烧只产生氮气和水，可由氢气及空气中的氮气合成，是良好的氢能载体，所以氨被认为是一种理想的降低碳排放的燃料。
但是氨燃烧比较困难，氨点燃后火焰会很快熄灭，需要其它燃料的助燃才能保证燃烧充分。一般有两种助燃燃料，一种是柴油，一种是氢气。使用柴油助燃，柴油在缸内被压燃后，再引燃氨，由于柴油含碳，所以此种技术仍会产生碳排放；采用氢气助燃，由于氨燃料及氢气燃点高，无法被压燃，所以需要火花塞作为点火源，由于氢气及氨燃料都不含碳，所以这种燃烧技术是零碳排放。
现有技术的技术方案将氨燃料喷射到往复式发动机中的方法(专利申请号：202080006188.4)中提供了一种向发动机燃烧室内喷射氨燃料的方法，具体方案是在气缸盖上安装一个氨燃料的喷嘴，在一定的发动机定时内向燃烧室喷射氨燃料，但是该方案并未提及氨燃料、空气、助燃氢气三者如何在缸内混合均匀，以改善燃烧，为了解决该技术问题本发明提供一种氨发动机燃烧室、其燃料喷射控制方法和氨发动机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氨发动机燃烧室、其燃料喷射控制方法和氨发动机，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下一种技术方案：
一种氨发动机燃烧室，包括：
气缸套，该气缸套内部滑动设置活塞；
斜顶气缸盖，设置在气缸套顶部，斜顶气缸盖上对称设置有进气管组和出气管组；
进气管组包括多根进气道；出气管组包括多根排气道；进气道通过进气阀与气缸套内部连通；排气道通过排气阀与气缸套内部连通；进气阀和排气阀均相对于水平面倾斜布置在斜顶气缸盖上；
布置在进气管组和出气管组之间的氢气喷嘴、火花塞和氨燃料喷嘴，其中氢气喷嘴靠近出气管组一侧设置在斜顶气缸盖上，氨燃料喷嘴靠近进气管组一侧设置在斜顶气缸盖上，火花塞设置在斜顶气缸盖中心位置。
作为本发明进一步的方案：氢气喷嘴、火花塞、氨燃料喷嘴均布置在经过斜顶气缸盖中心线的第一平面上，且第一平面与经过同一侧的进气道和排气道的第二平面平行。
作为本发明再进一步的方案：进气阀和排气阀与水平面成角度α，α范围为15°-30°之间。
作为本发明再进一步的方案：进气道和排气道数量相等设置。
作为本发明再进一步的方案：进气道和排气道均设置为两根。
作为本发明再进一步的方案：氢气喷嘴喷料方向与进气管组射流方向相交设置。
作为本发明再进一步的方案：氢气喷嘴外接氢气源。
作为本发明再进一步的方案：氨燃料喷嘴外接氨燃料源。
为实现上述目的，本发明提供如下另一种技术方案：
一种如上所述的氨发动机燃烧室的燃料喷射控制方法，该控制方法包括以下步骤：
进气阀打开，增压空气由进气道进入氨发动机燃烧室；
当活塞运行到压缩冲程上止点前-45°CA时，打开氨燃料喷嘴，开始向燃烧室内喷入氨燃料，当活塞运行到压缩冲程上止点前-30°CA时，关闭氨燃料喷嘴；在15°CA的范围内，将占总燃料热量90％的氨燃料以与增压空气相同的角度喷入燃烧室；
当活塞运行到压缩冲程上止点前-25°CA时，打开氢气喷嘴，开始向燃烧室内喷入助燃氢气，当活塞运行到压缩冲程上止点前-15°CA时，关闭氢气喷嘴；在10°CA的范围内，将占总燃料热量10％的助燃氢气喷入燃烧室；
当活塞上行至压缩冲程上止点前-10°CA～-3°CA之间，控制火花塞点火，引燃混合气，推动活塞下行做功。
为实现上述目的，本发明提供如下另一种技术方案：
一种氨发动机，其包括至少一个如上所述的氨发动机燃烧室。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用氨为主燃料，氢气为助燃燃料，火花塞点火，无碳排放；
进气阀及排气阀与水平面成一定角度，使增压空气进入燃烧室后，形成滚流；
氨燃料喷嘴布置在进气侧，射流方向与增压空气相同；氢气喷嘴布置在排气侧，射流方向与氨燃料喷嘴呈一定相交角度，这种布置方式可促进氨燃料、氢气与增压空气混合均匀，提升燃烧效率；
提出了氨燃料发动机的燃料喷射控制方法，对氨燃料及氢气的喷射定时、火花塞的点火定时，提出了适用范围。
附图说明
图1为本发明实施例中氨发动机燃烧室的主视图。
图2为图1中A-A向剖视图。
图3为图1中B-B向剖视图。
图中：1-进气道、2-进气阀、3-排气阀、4-排气道、5-活塞、6-斜顶气缸盖、7-气缸套、8-氢气喷嘴、9-火花塞、10-氨燃料喷嘴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术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。
请参阅图1-图3，图1-3是本发明提供的一种氨发动机燃烧室的结构图，包括：
气缸套7，气缸套7内部滑动设置活塞5；
斜顶气缸盖6，设置在气缸套7顶部，斜顶气缸盖6上对称设置有进气管组和出气管组；进气管组包括多根进气道1；出气管组包括多根排气道4；进气道1通过进气阀2与气缸套7内部连通；排气道4通过排气阀3与气缸套7内部连通；进气阀2和排气阀3均相对于水平面倾斜布置在斜顶气缸盖6上；
布置在进气管组和出气管组之间的氢气喷嘴8、火花塞9和氨燃料喷嘴 10，其中氢气喷嘴8靠近出气管组一侧设置在斜顶气缸盖6上，氨燃料喷嘴10靠近进气管组一侧设置在斜顶气缸盖6上，火花塞9设置在斜顶气缸盖6中心位置。
氨发动机燃烧室由活塞5、斜顶气缸盖6和气缸套7构成。
本发明中氨燃料喷嘴10的布置形式使氨燃料的射流方向与增压空气方向一致；氢气喷嘴8的布置形式使氢气的射流方向与氨燃料及增压空气的方向呈一定的逆向角度。
作为本发明的一种优选实施例，氢气喷嘴8、火花塞9、氨燃料喷嘴10 均布置在经过气缸盖中心线的第一平面上，且第一平面与经过同一侧的进气道1和排气道4的第二平面平行。
作为本发明的一种优选实施例，进气阀2和排气阀3与水平面成角度α，α范围可以在15°-30°之间。
作为本发明的一种优选实施例，进气道1和排气道4数量相等设置。
作为本发明的一种优选实施例，进气道1和排气道4均可以设置为两根、三根或者更多。
作为本发明的一种优选实施例，氢气喷嘴8喷料方向与进气管组射流方向相交设置。如此使得空气能够与氢气均匀混合，提升燃烧效率。
作为本发明的一种优选实施例，斜顶气缸盖6可以通过螺栓固定安装在气缸套7顶部开口处。
作为本发明的一种优选实施例，气缸套7内部设置有圆柱腔，便于活塞5在其内部上下滑动。
作为本发明的一种优选实施例，氢气喷嘴8外接氢气源。如此便于向燃烧室内部喷入氢气。
作为本发明的一种优选实施例，氨燃料喷嘴10外接氨燃料源。如此便于向燃烧室内部喷入氨燃料。
本发明实施例还提供的一种上述氨发动机燃烧室的燃料喷射控制方法，包括以下步骤：
S10：如图2所示，在发动机进气行程中，进气阀2打开，增压空气由进气道1进入所述氨发动机燃烧室；由于进气阀2与水平面成一定角度，所以喷入的空气在燃烧室内也以一定角度喷入，这个喷入角度有助于使空气在燃烧室内形成逆时针的滚流，在活塞5上行过程中，这个滚流的扰动会进一步加强；
S20：当活塞5运行到压缩冲程上止点前-45°CA时，发动机控制器将打开氨燃料喷嘴10，开始向燃烧室内喷入氨燃料，当活塞5运行到压缩冲程上止点前-30°CA时，关闭氨燃料喷嘴10；在15°CA的范围内，将占总燃料热量90％的氨燃料以与增压空气相同的角度喷入燃烧室，氨燃料射流压力大于燃烧室内的增压空气压力，会进一步促进燃烧室内的滚流运动，使氨燃料预先与空气均匀混合；
S30：当活塞5运行到压缩冲程上止点前-25°CA时，发动机控制器将打开氢气喷嘴8，开始向燃烧室内喷入助燃氢气，当活塞5运行到压缩冲程上止点前-15°CA时，关闭氢气喷嘴8；在10°CA的范围内，将占总燃料热量10％的助燃氢气喷入燃烧室，氢气的射流方向与氨燃料及增压空气的流动方向呈一定的逆向角度，使氢气射流与氨燃料及增压空气混合气流互相碰撞，促进助燃氢气在短时间内与氨燃料及增压空气混合均匀；
S40：当活塞5上行至压缩冲程上止点前-10°CA～-3°CA之间，发动机控制器可控制火花塞9点火，引燃混合气，推动活塞下行做功。
本发明实施例还提供的一种发动机，其包括至少一个上面所述的氨发动机燃烧室。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”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元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种氨发动机燃烧室，其特征在于，包括：
气缸套，所述气缸套内部滑动设置活塞；
斜顶气缸盖，设置在所述气缸套顶部，所述斜顶气缸盖上对称设置有进气管组和出气管组；
其中，所述进气管组包括多根进气道；所述出气管组包括多根排气道；所述进气道通过进气阀与所述气缸套内部连通；所述排气道通过排气阀与所述气缸套内部连通；所述进气阀和所述排气阀均相对于水平面倾斜布置在所述斜顶气缸盖上；
布置在所述进气管组和所述出气管组之间的氢气喷嘴、火花塞和氨燃料喷嘴，其中所述氢气喷嘴靠近出气管组一侧设置在所述斜顶气缸盖上，所述氨燃料喷嘴靠近进气管组一侧设置在所述斜顶气缸盖上，所述火花塞设置在所述斜顶气缸盖中心位置。
2.根据权利要求1所述的氨发动机燃烧室，其特征在于，所述氢气喷嘴、所述火花塞、所述氨燃料喷嘴均布置在经过所述斜顶气缸盖中心线的第一平面上，且第一平面与经过同一侧的进气道和排气道的第二平面平行。
3.根据权利要求1所述的氨发动机燃烧室，其特征在于，所述进气阀和排气阀与水平面成角度α，所述α范围为15°-30°之间。
4.根据权利要求1所述的氨发动机燃烧室，其特征在于，所述进气道和排气道数量相等设置。
5.根据权利要求4所述的氨发动机燃烧室，其特征在于，所述进气道和排气道均设置为两根。
6.根据权利要求1所述的氨发动机燃烧室，其特征在于，所述氢气喷嘴喷料方向与进气管组射流方向相交设置。
7.根据权利要求1所述的氨发动机燃烧室，其特征在于，所述氢气喷嘴外接氢气源。
8.根据权利要求1所述的氨发动机燃烧室，其特征在于，所述氨燃料喷嘴外接氨燃料源。
9.一种如前述权利要求1-8中任一项所述的氨发动机燃烧室的燃料喷射控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
进气阀打开，增压空气由进气道进入氨发动机燃烧室；
当活塞运行到压缩冲程上止点前-45°CA时，打开氨燃料喷嘴，开始向燃烧室内喷入氨燃料，当活塞运行到压缩冲程上止点前-30°CA时，关闭氨燃料喷嘴；在15°CA的范围内，将占总燃料热量90％的氨燃料以与增压空气相同的角度喷入燃烧室；
当活塞运行到压缩冲程上止点前-25°CA时，打开氢气喷嘴，开始向燃烧室内喷入助燃氢气，当活塞运行到压缩冲程上止点前-15°CA时，关闭氢气喷嘴；在10°CA的范围内，将占总燃料热量10％的助燃氢气喷入燃烧室；
当活塞上行至压缩冲程上止点前-10°CA～-3°CA之间，控制火花塞点火，引燃混合气，推动活塞下行做功。
10.一种氨发动机，其特征在于，包括至少一个如前述权利要求1-8中任一项所述的氨发动机燃烧室。
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