CN216767550U - 双燃料发动机、发动机系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及双燃料发动机、发动机系统及车辆，包括缸体、缸盖和引火火焰喷射器，缸体内设有主燃烧室，缸盖上设有主燃料供应结构、主进气结构以及排气结构；引火火焰喷射器包括设于缸盖上且具有辅燃烧室的壳体，以及分别设于壳体上的辅燃料供应结构、辅进气结构、辅火花塞和火焰喷射结构；火焰喷射结构连通主燃烧室，用于将辅燃烧室内的引火火焰喷射至主燃烧室。辅燃料混合气浓度可控，且由辅火花塞点火形成引火火焰，再通过火焰喷射结构传播入主燃烧室内点燃主燃料混合气，在引火火焰喷射入主燃烧室之前辅燃料不会对主燃烧室内的气流运动、燃料分布产生影响，降低爆震倾向，提高稀燃极限，极大的提高汽油发动机的热效率。

Description

双燃料发动机、发动机系统及车辆

技术领域

本实用新型属于发动机技术领域，特别是涉及一种双燃料发动机、发动机系统及车辆。

背景技术

基于点燃式发动机，增加压缩比是提高热效率、降低油耗最有效的手段之一，然而压缩比的增加会相应的增加缸内压缩终了的温度和压力，且火焰传播速度有限，爆震倾向将明显增大，一个直接的影响即造成点火时刻的推迟，进而造成燃烧的恶化，限制了压缩比增加对发动机中高负荷热效率和油耗的改善效果。

稀薄燃烧被普遍认为是改善发动机热效率和排放的有效手段，且在一定范围内随稀释比率增大，发动机热效率逐渐升高。但对于传统点燃式发动机，火花塞直接点燃汽油混合气，由于初始火焰传播速度较低，导致燃烧室内汽油整体燃烧速率较慢，在稀薄燃烧条件下，燃烧易不稳定，循环波动加大，稀燃能力受到限制，同时汽油混合气需求的点火能量较高，在较稀薄条件下，着火稳定性也较差，进一步限制了其稀燃能力，在燃料的稀燃极限基础上继续增大稀燃比率会导致发动机热效率下降。

为解决上述问题，已有双燃料发动机引入氢气点火，朝向位于主燃烧室内的火花塞直喷氢气，在火花塞附近形成氢气混合气团，火花塞点燃氢气混合气团形成初始氢气火焰，利用氢气火焰传播速度快的特点，加速缸内火焰传播及汽油混合气的燃烧，降低爆震倾向，同时有利于改善发动机运行过程中的燃烧稳定性，在超稀薄条件下，氢气火焰仍具有很好的燃烧稳定性及高速的火焰传播速度，可避免因汽油混合气点火能量不足导致着火稳定性差的问题，拓展了稀燃极限，但存在以下问题：

1)氢气混合气团本身会受到主燃烧室内的气流运动和汽油混合气浓度的影响，氢气混合气的浓度不易控制；

2)在燃烧之前，喷射的氢气会对主燃烧室内的气流运动及汽油混合气浓度产生影响；

3)火焰加速效果有限。

以上问题导致现有双燃料发动机，稀燃极限相对较低，抑制爆震的能力有限。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有的稀燃极限相对较低的问题，提供一种双燃料发动机、发动机系统及车辆。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种双燃料发动机，包括缸体和盖合于所述缸体上的缸盖，所述缸体内设有主燃烧室，所述缸盖上设有用于向所述主燃烧室注入主燃料的主燃料供应结构、用于向所述主燃烧室通入空气的主进气结构、以及用于排出废气的排气结构；

双燃料发动机还包括引火火焰喷射器；

所述引火火焰喷射器包括设于所述缸盖上的壳体，所述壳体内设有辅燃烧室；

所述引火火焰喷射器还包括分别设于所述壳体上的辅燃料供应结构、辅进气结构、辅火花塞和火焰喷射结构；

所述辅燃料供应结构用于向所述辅燃烧室通入辅燃料，所述辅进气结构用于向所述辅燃烧室通入空气，所述辅火花塞用于对所述辅燃烧室内的辅燃料混合气进行点火，以使辅燃烧室内的辅燃料混合气燃烧形成引火火焰；

所述火焰喷射结构连通所述主燃烧室，用于将所述辅燃烧室内的引火火焰喷射至所述主燃烧室。

可选地，所述缸盖上还设有用于对所述主燃烧室内的主燃料混合气进行点火的主火花塞。

可选地，所述火焰喷射结构包括火焰喷射流道和设于所述火焰喷射流道内的单向阀，所述单向阀允许火焰从辅燃烧室向所述主燃烧室单向通行。

可选地，所述火焰喷射流道设为多个。

可选地，所述辅燃料供应结构为气体燃料供应结构。

可选地，所述气体燃料供应结构的气道内设有第一气门，所述第一气门与第一电磁阀连接。

可选地，所述气体燃料供应结构为氢气喷射器。

可选地，所述辅进气结构的气道内设有第二气门，所述第二气门与第二电磁阀连接。

另一方面，本实用新型还提供了一种发动机系统，包括燃烧控制器和前述双燃料发动机，所述燃烧控制器与所述双燃料发动机连接。

另一方面，本实用新型还提供了一种车辆，包括前述发动机系统。

本实用新型实施例提供的双燃料发动机、发动机系统及车辆，与现有技术相比，引火火焰喷射器具有辅燃料供应结构、辅进气结构、辅火花塞和火焰喷射结构，辅燃料供应结构通入的辅燃料和辅进气结构通入的空气在辅燃烧室内独立混合形成辅燃料混合气，辅燃料混合气浓度可控，浓度可控的辅燃料混合气由辅火花塞独立点火，辅燃烧室内的辅燃料混合气形成引火火焰，再通过火焰喷射结构传播入主燃烧室内，通过辅燃料的浓度调整可控制燃烧速度，进而控制进入主燃烧室内的引火火焰的传播速度；主燃料混合气在主燃烧室内预先混合，在引火火焰喷射入主燃烧室之前辅燃料不会对主燃烧室内的气流运动、燃料分布产生影响，通过火焰喷射结构传播入主燃烧室内点燃主燃料混合气，加速主燃烧室内的火焰传播及主燃料的燃烧，降低爆震倾向，提高稀燃极限，极大的提高汽油发动机的热效率；

火焰喷射结构能够对引火火焰进行二次加速，引火火焰传播速度更快，有利于形成超高速射流引火火焰，拓展稀燃极限及抑制爆震的效果更好。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的双燃料发动机的结构示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、缸体；11、主燃烧室；2、活塞；3、缸盖；

4、主燃料供应结构；5、主进气结构；51、第三气门；6、排气结构；61、第四气门；7、主火花塞；

8、引火火焰喷射器；81、壳体；811、辅燃烧室；82、辅燃料供应结构；83、辅进气结构；831、第二气门；84、辅火花塞；85、火焰喷射结构；851、火焰喷射流道。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种双燃料发动机，包括缸体1和盖合于缸体1上的缸盖3，缸体1内设有主燃烧室11，缸盖3上设有用于向主燃烧室11注入主燃料的主燃料供应结构4、用于向主燃烧室11通入空气的主进气结构5、以及用于排出废气的排气结构6；

双燃料发动机还包括引火火焰喷射器8；

引火火焰喷射器8包括设于缸盖3上的壳体81，壳体81内设有辅燃烧室811；

引火火焰喷射器8还包括分别设于壳体81上的辅燃料供应结构82、辅进气结构83、辅火花塞84和火焰喷射结构85；

辅燃料供应结构82用于向辅燃烧室811通入辅燃料，辅进气结构83用于向辅燃烧室811通入空气，辅火花塞84用于对辅燃烧室811内的辅燃料混合气进行点火，以使辅燃烧室811内的辅燃料混合气燃烧形成引火火焰；

火焰喷射结构85连通主燃烧室11，用于将辅燃烧室811内的引火火焰喷射至主燃烧室11。

此外，双燃料发动机还包括活塞2、凸轮轴等常规结构，主进气结构5的气道内设有第三气门51，排气结构6的气道内设有第四气门61，第三气门51和第四气门61由凸轮轴控制。

双燃料发动机的点火过程如下：

辅燃料供应结构82将辅燃料通入辅燃烧室811，辅进气结构83将空气通入辅燃烧室811，向辅燃烧室811通入辅燃料和空气的量可预先设定，使得辅燃料和空气在辅燃烧室811内能形成需求浓度的可燃辅燃料混合气；

主燃料供应结构4将主燃料通入主燃烧室11，主进气结构5将空气通入主燃烧室11，向主燃烧室11通入主燃料和空气的量可预先设定，使得主燃料和空气在主燃烧室11内能形成需求浓度的可燃主燃料混合气；

辅火花塞84点火时，可燃辅燃料混合气点燃形成引火火焰，火焰喷射结构85将引火火焰喷射至主燃烧室11，点燃主燃料混合气。

本实用新型实施例提供的双燃料发动机，与现有技术相比，引火火焰喷射器8具有辅燃料供应结构82、辅进气结构83、辅火花塞84和火焰喷射结构85，辅燃料供应结构82通入的辅燃料和辅进气结构83通入的空气在辅燃烧室811内独立混合形成辅燃料混合气，辅燃料混合气浓度可控，浓度可控的辅燃料混合气由辅火花塞84独立点火，辅燃烧室811内的辅燃料混合气形成引火火焰，再通过火焰喷射结构85传播入主燃烧室11内，通过辅燃料的浓度调整可控制燃烧速度，进而控制进入主燃烧室内的引火火焰的传播速度；主燃料混合气在主燃烧室11内预先混合，在引火火焰喷射入主燃烧室11之前辅燃料不会对主燃烧室11内的气流运动、燃料分布产生影响，通过火焰喷射结构85传播入主燃烧室11内点燃主燃料混合气，加速主燃烧室11内的火焰传播及主燃料的燃烧，降低爆震倾向，提高稀燃极限，提高压缩比极限，极大的提高汽油发动机的热效率。

火焰喷射结构85能够对引火火焰进行二次加速，使引火火焰传播速度更快，有利于形成超高速射流引火火焰，拓展稀燃极限及抑制爆震的效果更好。

具体地，辅燃料为氢气但不限于氢气，主燃料为汽油但不限于汽油，满足辅燃料的燃烧性能优于主燃料的燃烧性能为宜，其中燃烧性能主要包括燃烧速度、所需点火能量以及燃烧排放物等方面。

具体地，壳体81螺纹连接于缸盖3上，辅火花塞84螺纹连接于壳体81上，辅燃料供应结构82和辅进气结构83分别压装于壳体81上。

具体地，主燃料供应结构4为喷油器。

在一实施例中，如图1所示，缸盖3上设有用于对主燃烧室11内的主燃料混合气进行点火的主火花塞7。

本实施例具有两种点燃结构，因而具有两种点燃方式，既可利用主火花塞7产生的火花点燃主燃料混合气，又可利用辅火花塞84点燃辅燃料混合气后形成的引火火焰来实现主燃料混合气点燃，根据发动机运行工况的需求自由切换两种点燃方式即可。具体地，在当量燃烧及稀燃比率较小的情况下：

可采用主火花塞7点燃，无需消耗辅燃料，降低使用成本，有利于延长引火火焰喷射器8的使用寿命；采用主火花塞7点燃的工作模式时，引火火焰喷射器8不在辅燃烧室811内形成辅燃料混合气，或保留有浓度合适的未燃辅燃料混合气，当特定工况要求采用引火火焰时，直接点燃辅燃烧室811内保留的辅燃料混合气，产生高速引火火焰引燃主燃烧室11内的主燃料混合气，提高响应速度。如采用主火花塞7点燃时，发生了爆震，并对燃烧性能产生了不利影响，切换至由引火火焰喷射器8喷射引火火焰点燃主燃料混合气；

在稀燃比率较高的情况下：采用引火火焰喷射器8喷射引火火焰点燃主燃料混合气。

具体地，主火花塞7螺纹连接于缸盖3上。

在一实施例中，如图1所示，火焰喷射结构85包括火焰喷射流道851和设于火焰喷射流道851内的单向阀，单向阀允许火焰从辅燃烧室811向主燃烧室11单向通行。

单向阀压力阈值选用或设定在当辅燃烧室811内仅单纯有未点燃的辅燃料混合气时，不会开启，具体可考虑当地环境气压对单向阀的开启条件进行适应修正，以避免辅燃料混合气和主燃料混合气相互影响，一方面在辅火花塞84点火时辅燃料混合气火焰可控，主燃料混合气火焰可控，另一方面在火花塞点火时主燃料混合气火焰可控，从而使得燃烧稳定可控；当采用主火花塞7点燃的工作模式时，实现引火火焰喷射器8保留浓度合适的未燃辅燃料混合气在辅燃烧室811，保证极快的工况切换响应速度。

在一实施例中，火焰喷射流道851设为多个，设置多个较小的火焰喷射流道851相对一个较大的火焰喷射流道851，更利于引火火焰加速传播。

在一实施例中，辅燃料供应结构82为气体燃料供应结构，气体燃料供应结构向辅燃烧室811通入气体燃料作为辅燃料，保证辅燃料具有良好的燃烧性能，气体燃料具体可以是氢气、二甲醚等。

在一实施例中，气体燃料供应结构的气道内设有第一气门，第一气门与第一电磁阀连接，第一气门由第一电磁阀控制，便于控制气体燃料供应结构的进气及进气量。

在一实施例中，气体燃料供应结构为氢气喷射器，保证辅燃料在辅燃烧室811内分布的均匀性。

在一实施例中，辅进气结构83的气道内设有第二气门831，第二气门831与第二电磁阀连接，第二气门831由第二电磁阀控制，便于控制辅进气结构83的进气及进气量。

另一方面，本实用新型还提供了一种发动机系统，包括燃烧控制器和前述双燃料发动机，燃烧控制器与双燃料发动机连接。

具体地，在当量燃烧及稀释比较小的情况下，如缸内此时未发生爆震，且热效率满足要求，燃烧控制器控制发动机采用主火花塞7点火模式，辅燃烧室811内不产生辅燃料混合气，或按需求保留有浓度合适的辅燃料混合气；

当主火花塞7点火模式不满足特定工况时，或在当量燃烧及稀释比较小的情况下，主火花塞7点火模式导致发生爆震，并对燃烧性能产生了不利影响时，燃烧控制器将发动机切换至辅火花塞84点火模式。

具体地，燃烧控制器通过控制辅燃料供应结构82，实现控制辅燃料进入量，通过控制辅进气结构83进气的相对压力，实现控制空气的进入量，从而在辅燃烧室811内形成需求浓度的辅燃料混合气，从而控制辅燃料的燃烧速度，进一步控制引火火焰的传播速度。

另一方面，本实用新型还提供了一种车辆，包括前述发动机系统。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双燃料发动机，包括缸体和盖合于所述缸体上的缸盖，所述缸体内设有主燃烧室，所述缸盖上设有用于向所述主燃烧室注入主燃料的主燃料供应结构、用于向所述主燃烧室通入空气的主进气结构、以及用于排出废气的排气结构；其特征在于，还包括引火火焰喷射器；

所述引火火焰喷射器包括设于所述缸盖上的壳体，所述壳体内设有辅燃烧室；

所述引火火焰喷射器还包括分别设于所述壳体上的辅燃料供应结构、辅进气结构、辅火花塞和火焰喷射结构；

所述辅燃料供应结构用于向所述辅燃烧室通入辅燃料，所述辅进气结构用于向所述辅燃烧室通入空气，所述辅火花塞用于对所述辅燃烧室内的辅燃料混合气进行点火，以使辅燃烧室内的辅燃料混合气燃烧形成引火火焰；

所述火焰喷射结构连通所述主燃烧室，用于将所述辅燃烧室内的引火火焰喷射至所述主燃烧室。

2.根据权利要求1所述的双燃料发动机，其特征在于，所述缸盖上还设有用于对所述主燃烧室内的主燃料混合气进行点火的主火花塞。

3.根据权利要求1或2所述的双燃料发动机，其特征在于，所述火焰喷射结构包括火焰喷射流道和设于所述火焰喷射流道内的单向阀，所述单向阀允许火焰从辅燃烧室向所述主燃烧室单向通行。

4.根据权利要求3所述的双燃料发动机，其特征在于，所述火焰喷射流道设为多个。

5.根据权利要求1所述的双燃料发动机，其特征在于，所述辅燃料供应结构为气体燃料供应结构。

6.根据权利要求5所述的双燃料发动机，其特征在于，所述气体燃料供应结构的气道内设有第一气门，所述第一气门与第一电磁阀连接。

7.根据权利要求5所述的双燃料发动机，其特征在于，所述气体燃料供应结构为氢气喷射器。

8.根据权利要求1所述的双燃料发动机，其特征在于，所述辅进气结构的气道内设有第二气门，所述第二气门与第二电磁阀连接。

9.一种发动机系统，其特征在于，包括燃烧控制器和权利要求1-8任一项所述的双燃料发动机，所述燃烧控制器与所述双燃料发动机连接。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的发动机系统。

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