CN115875150B - 发动机的燃烧方法、发动机的燃烧系统、发动机及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆技术领域，公开了发动机的燃烧方法、发动机的燃烧系统、发动机及车辆，该发动机的燃烧方法包括：发动机的全工况过程中，向发动机的燃烧室喷射第一燃料和第二燃料；第一燃料开始喷射时刻位于第二燃料开始喷射时刻之前；第一燃料结束喷射时刻位于第二燃料开始喷射时刻之前、第一燃料结束喷射时刻与第二燃料结束喷射时刻相等，或者第一燃料结束喷射时刻位于第二燃料开始喷射时刻与第二燃料结束喷射时刻之间；第一燃料开始喷射时刻与第一燃料结束喷射时刻之间第一燃料喷射次数为一次或多次；第二燃料开始喷射时刻与第二燃料结束喷射时刻之间第二燃料喷射次数为一次或多次。控制策略简单，适用于发动机全工况，发动机的热效率高。

Description

发动机的燃烧方法、发动机的燃烧系统、发动机及车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及发动机的燃烧方法、发动机的燃烧系统、发动机及车辆。

背景技术

天然气具有燃烧高效、清洁环保、抗爆性好等特点，相比于纯柴油发动机，柴油天然气双燃料发动机具有更好的动力性，同时排放性可以达到国际排放法规的要求。传统的双燃料发动机，柴油和天然气都采用缸内直喷，在压缩冲程至上止点附近，先喷射柴油，作为引燃燃料，通过压燃的方式燃烧，再喷入天然气，用柴油引燃后燃烧，这种传统的双燃料发动机，天然气燃烧状态为扩散燃烧，热效率较低。现有技术中，公布号为CN109209656A的专利中公开了一种多次喷射和预燃室低压供气及柴油微喷引燃的天然气发动机燃烧组织方法，通过单向供气阀调节预燃室内的天然气浓度，通过调节高压天然气喷射阀的喷射次数和喷射量直接向主燃室进行喷射，通过喷油器向预燃室喷射柴油，根据发动机处于低负荷工况、中等负荷工况或高负荷工况，选择不同的天然气、柴油喷射方案。然而该发动机燃烧组织方法的控制策略复杂、采用的发动机结构复杂，成本较高，工程化转化价值不高。

发明内容

本发明的目的在于提供发动机的燃烧方法、发动机的燃烧系统、发动机及车辆，以解决现有技术中的发动机燃烧组织方法的控制策略复杂、采用的发动机结构复杂，成本较高，工程化转化价值不高的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

发动机的燃烧方法，包括：

发动机的全工况过程中，向发动机的燃烧室喷射第一燃料和第二燃料；所述第一燃料易点燃，所述第二燃料易压燃；

第一燃料开始喷射时刻位于第二燃料开始喷射时刻之前；

第一燃料结束喷射时刻位于所述第二燃料开始喷射时刻之前、所述第一燃料结束喷射时刻与第二燃料结束喷射时刻相等，或者所述第一燃料结束喷射时刻位于所述第二燃料开始喷射时刻与所述第二燃料结束喷射时刻之间；

所述第一燃料开始喷射时刻与所述第一燃料结束喷射时刻之间第一燃料喷射次数为一次或多次；

所述第二燃料开始喷射时刻与所述第二燃料结束喷射时刻之间第二燃料喷射次数为一次或多次。

作为上述发动机的燃烧方法的一种优选方案，所述第一燃料开始喷射时刻为上止点前50°以内。

作为上述发动机的燃烧方法的一种优选方案，所述第二燃料开始喷射时刻为上止点前20°以内。

作为上述发动机的燃烧方法的一种优选方案，所述第一燃料开始喷射时刻与所述第一燃料结束喷射时刻之间第一燃料喷射次数为2次或3次。

作为上述发动机的燃烧方法的一种优选方案，所述第二燃料开始喷射时刻与所述第二燃料结束喷射时刻之间第二燃料喷射次数为2次。

本发明还提供了发动机的燃烧系统，采用上述的发动机的燃烧方法，包括气缸、气缸盖、活塞、进气门、排气门和双燃料喷射件，所述气缸与所述气缸盖固定连接，所述活塞滑动穿设于所述气缸，所述活塞与所述气缸盖之间设有燃烧室，所述气缸盖间隔设有进气道和排气道，所述进气门和所述排气门间隔设置，所述进气门和所述排气门均滑动穿设于所述气缸盖，所述进气门能将所述进气道与所述燃烧室连通或断开，所述排气门能将所述排气道与所述燃烧室连通或断开，所述双燃料喷射件固定穿设于所述气缸盖，所述双燃料喷射件位于所述进气门与所述排气门之间，所述双燃料喷射件能将第一燃料和第二燃料喷射于所述燃烧室。

作为上述发动机的燃烧系统的一种优选方案，所述双燃料喷射件包括第一燃料喷射器和第二燃料喷射器，所述第一燃料喷射器和所述第二燃料喷射器间隔设置。

作为上述发动机的燃烧系统的一种优选方案，所述双燃料喷射件包括壳体、第一燃料喷射器和第二燃料喷射器，所述第一燃料喷射器和所述第二燃料喷射器均嵌设于所述壳体内，所述壳体设有燃气喷射孔和多个第二燃料喷射孔，多个所述第二燃料喷射孔围绕所述燃气喷射孔间隔设置，所述第一燃料喷射器与所述燃气喷射孔连通，所述第二燃料喷射器与多个所述第二燃料喷射孔均连通。

本发明也提供了发动机，包括上述的发动机的燃烧系统。

本发明又提供了车辆，包括上述的发动机。

本发明的有益效果：

本发明提供了发动机的燃烧方法、发动机的燃烧系统、发动机及车辆，该发动机的燃烧方法适用于发动机的全工况，不用随发动机处于低负荷工况、中等负荷工况或者高负荷工况而改变第一燃料和第二燃料的喷射策略，控制策略简单，而且第一燃料和第二燃料均喷射于燃烧室，适用的发动机结构简单。第一燃料开始喷射时刻位于第二燃料开始喷射时刻之前，能够快速引燃大量可燃混合气，燃烧速率快，燃烧持续期短，可明显提升发动机的热效率，而且气缸壁周围可燃混合气浓度较低，可燃混合气如此分布可大幅度降低CH₄从燃烧室内的泄露，能降低碳氢化合物的排放。根据发动机的振动及噪声需求，确定第一燃料的喷射次数和第二燃料的喷射次数，以使适用于不同需求的客户。

附图说明

图1是本发明具体实施例提供的发动机的燃烧系统的结构示意图；

图2是本发明具体实施例提供的发动机的燃烧系统的部分结构示意图。

图中：

1、气缸盖；11、进气道；12、排气道；

2、气缸；

3、活塞；

4、进气门；

5、排气门；

61、第二燃料喷射器；62、第一燃料喷射器；63、壳体；64、第二燃料喷射孔；65、燃气喷射孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本发明提供发动机的燃烧方法，该发动机的燃烧方法包括：

发动机的全工况过程中，向发动机的燃烧室喷射第一燃料和第二燃料，第一燃料易点燃，第二燃料易压燃。该发动机的燃烧方法适用于发动机的全工况，不用随发动机处于低负荷工况、中等负荷工况或者高负荷工况而改变第一燃料和第二燃料的喷射策略，控制策略简单，而且第一燃料和第二燃料均喷射于燃烧室，适用的发动机结构简单。

第一燃料开始喷射时刻位于第二燃料开始喷射时刻之前。先向燃烧室喷射第一燃料，燃烧室内第一燃料与空气充分混合均匀形成混合气，从第一燃料喷射处到气缸壁形成混合气的梯度分布，第一燃料喷射处周围的混合气浓度最高，气缸壁附近的混合气浓度最低。之后再向燃烧室喷射第二燃料，第二燃料作为引燃燃料，第二燃料被压燃，并瞬间引燃燃烧室内的混合气，第一燃料喷射处周围的第一燃料燃烧为匀混燃烧，燃烧从第一燃料喷射处向气缸壁传递，燃烧模式为扩散燃烧，最终在气缸2内形成一种预混燃烧+扩散燃烧的方案。能够快速引燃大量可燃混合气，燃烧速率快，燃烧持续期短，可明显提升发动机的热效率。而且气缸壁周围可燃混合气浓度较低，可燃混合气如此分布可大幅度降低CH₄从燃烧室内的泄露，能降低碳氢化合物的排放。

本实施例中，第一燃料喷射处尽量靠近气缸2的中心位置。

第一燃料结束喷射时刻位于第二燃料开始喷射时刻之前、第一燃料结束喷射时刻与第二燃料结束喷射时刻相等，或者第一燃料结束喷射时刻位于第二燃料开始喷射时刻与第二燃料结束喷射时刻之间。可以在第一燃料喷射结束之后喷射第二燃料，也可以在第一燃料喷射过程中喷射第二燃料。第一燃料结束喷射时刻和第二燃料结束喷射时刻均位于活塞运动至上止点前。

第一燃料开始喷射时刻与第一燃料结束喷射时刻之间第一燃料喷射次数为一次或多次；第二燃料开始喷射时刻与第二燃料结束喷射时刻之间第二燃料喷射次数为一次或多次。第一燃料喷射次数为一次且第二燃料喷射次数为一次，燃烧会比较剧烈，能提高燃烧速率和发动机的热效率。第一燃料喷射次数为多次且第二燃料喷射次数为多次，能够降低燃烧速率，降低发动机的热效率，降低发动机的振动和噪声。当需要保证发动机可靠性，让客户使用时发动机的噪声或振动更可控，可选择第一燃料喷射次数为多次且第二燃料喷射次数为多次。

本实施例中，第一燃料开始喷射时刻为上止点前50°以内。活塞运动至上止点前50°以内时开始第一燃料第一次喷射，在活塞运动至上止点前最后一次第一燃料喷射结束。

本实施例中，第二燃料开始喷射时刻为上止点前20°以内。活塞运动至上止点前20°以内时开始第二燃料第一次喷射，在活塞运动至上止点前最后一次第二燃料喷射结束。

本实施例中，第一燃料开始喷射时刻与第一燃料结束喷射时刻之间第一燃料喷射次数为2次或3次。根据发动机振动及噪声的需求，确定第一燃料喷射次数。

本实施例中，第二燃料开始喷射时刻与第二燃料结束喷射时刻之间第二燃料喷射次数为2次。第二燃料开始喷射时刻与第二燃料结束喷射时刻之间的时间较短，为避免第二燃料喷射中间间隔时间不足，第二燃料喷射次数为2次。

本发明还提供了发动机的燃烧系统，采用上述的发动机的燃烧方法，如图1所示，该发动机的燃烧系统包括气缸2、气缸盖1、活塞3、进气门4、排气门5和双燃料喷射件，气缸2与气缸盖1固定连接，活塞3滑动穿设于气缸2，活塞3与气缸盖1之间设有燃烧室，气缸盖1间隔设有进气道11和排气道12，进气门4和排气门5间隔设置，进气门4和排气门5均滑动穿设于气缸盖1，进气门4能将进气道11与燃烧室连通或断开，排气门5能将排气道12与燃烧室连通或断开，双燃料喷射件固定穿设于气缸盖1，双燃料喷射件位于进气门4与排气门5之间，双燃料喷射件能将第一燃料和第二燃料喷射于燃烧室。该发动机的燃烧系统的结构简单，第一燃料和第二燃料均直接喷射于燃烧室，成本低。

可选地，如图1所示，双燃料喷射件包括第一燃料喷射器62和第二燃料喷射器61，第一燃料喷射器62和第二燃料喷射器61间隔设置。作为一种替代方案，如图2所示，双燃料喷射件包括壳体63、第一燃料喷射器和第二燃料喷射器，第一燃料喷射器和第二燃料喷射器均嵌设于壳体63内，壳体63设有燃气喷射孔65和多个第二燃料喷射孔64，多个第二燃料喷射孔64围绕燃气喷射孔65间隔设置，第一燃料喷射器与燃气喷射孔65连通，第二燃料喷射器与多个第二燃料喷射孔64均连通。

发动机的第一燃料除了使用天然气也可以使用其他不易压燃易点燃的燃料，第二燃料除了使用柴油也可以使用其他易压燃的燃料，例如，采用柴油引燃甲醇，采用柴油引燃氢气，采用二甲醚引燃甲醇，采用二甲醚引燃氢气等。

本发明也提供了发动机，包括上述的发动机的燃烧系统。

本发明又提供了车辆，包括上述的发动机。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.发动机的燃烧方法，其特征在于，包括：

发动机的全工况过程中，向发动机的燃烧室喷射第一燃料和第二燃料；所述第一燃料易点燃，所述第二燃料易压燃；

第一燃料开始喷射时刻位于第二燃料开始喷射时刻之前；先向所述燃烧室喷射所述第一燃料，所述第一燃料与空气混合形成的混合气的浓度从第一燃料喷射处到气缸壁处呈梯度分布，所述第一燃料喷射处的混合气的浓度最高，所述气缸壁处的混合气的浓度最低，向所述燃烧室喷射所述第二燃料，所述第二燃料被压燃，在气缸内形成预混燃烧和扩散燃烧；

第一燃料结束喷射时刻位于所述第二燃料开始喷射时刻之前、所述第一燃料结束喷射时刻与第二燃料结束喷射时刻相等，或者所述第一燃料结束喷射时刻位于所述第二燃料开始喷射时刻与所述第二燃料结束喷射时刻之间；

所述第一燃料开始喷射时刻与所述第一燃料结束喷射时刻之间第一燃料喷射次数为一次或多次；

所述第二燃料开始喷射时刻与所述第二燃料结束喷射时刻之间第二燃料喷射次数为一次或多次。

2.根据权利要求1所述的发动机的燃烧方法，其特征在于，所述第一燃料开始喷射时刻为上止点前50°以内。

3.根据权利要求1所述的发动机的燃烧方法，其特征在于，所述第二燃料开始喷射时刻为上止点前20°以内。

4.根据权利要求1所述的发动机的燃烧方法，其特征在于，所述第一燃料开始喷射时刻与所述第一燃料结束喷射时刻之间第一燃料喷射次数为2次或3次。

5.根据权利要求1所述的发动机的燃烧方法，其特征在于，所述第二燃料开始喷射时刻与所述第二燃料结束喷射时刻之间第二燃料喷射次数为2次。

6.发动机的燃烧系统，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的发动机的燃烧方法，包括气缸(2)、气缸盖(1)、活塞(3)、进气门(4)、排气门(5)和双燃料喷射件，所述气缸(2)与所述气缸盖(1)固定连接，所述活塞(3)滑动穿设于所述气缸(2)，所述活塞(3)与所述气缸盖(1)之间设有燃烧室，所述气缸盖(1)间隔设有进气道(11)和排气道(12)，所述进气门(4)和所述排气门(5)间隔设置，所述进气门(4)和所述排气门(5)均滑动穿设于所述气缸盖(1)，所述进气门(4)能将所述进气道(11)与所述燃烧室连通或断开，所述排气门(5)能将所述排气道(12)与所述燃烧室连通或断开，所述双燃料喷射件固定穿设于所述气缸盖(1)，所述双燃料喷射件位于所述进气门(4)与所述排气门(5)之间，所述双燃料喷射件能将第一燃料和第二燃料喷射于所述燃烧室。

7.根据权利要求6所述的发动机的燃烧系统，其特征在于，所述双燃料喷射件包括第一燃料喷射器(62)和第二燃料喷射器(61)，所述第一燃料喷射器(62)和所述第二燃料喷射器(61)间隔设置。

8.根据权利要求6所述的发动机的燃烧系统，其特征在于，所述双燃料喷射件包括壳体(63)、第一燃料喷射器和第二燃料喷射器，所述第一燃料喷射器和所述第二燃料喷射器均嵌设于所述壳体(63)内，所述壳体(63)设有燃气喷射孔(65)和多个第二燃料喷射孔(64)，多个所述第二燃料喷射孔(64)围绕所述燃气喷射孔(65)间隔设置，所述第一燃料喷射器与所述燃气喷射孔(65)连通，所述第二燃料喷射器与多个所述第二燃料喷射孔(64)均连通。

9.发动机，其特征在于，包括权利要求6-8任一项所述的发动机的燃烧系统。

10.车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的发动机。

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