[发明专利]一种基于重整气的双燃料火花塞式四冲程发动机及燃烧控制方法

说明书

本发明提供一种基于重整气的双燃料火花塞式四冲程发动机及燃烧控制方法，属于内燃机燃烧领域。在缸盖上设置缸内直喷第一燃料喷嘴和/或在进气道上设置进气道第一燃料喷嘴，在缸盖上设置缸内直喷第二燃料喷嘴和/或在进气道上设置进气道第二燃料喷嘴；在缸盖上设置火花塞；在缸盖上和/或在进气道上设置重整气喷嘴。在缸盖和进气道上同时装有主燃料喷嘴的状态下，低负荷时，使用缸盖主燃料喷嘴供给燃料，提高热效率；中负荷时，进气道主燃料喷嘴供给燃料，降低NOx的生成；高负荷时，主燃料的进气道喷嘴和缸盖喷嘴都供给燃料，控制爆震。实现所有工况范围内的高效清洁燃烧。

技术领域

本发明涉及内燃机燃烧领域技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于重整气的双燃料火花塞式四冲程发动机及燃烧控制方法。

背景技术

能源和环境问题日益突出，发动机上掺氢的应用可以改善发动机的性能和排放，主要是由于氢气燃烧火焰传播速度快，淬熄距离短，有利于燃料充分燃烧，提高热效率，降低未燃产物，且氢气点火温度低，能够改善发动机的冷启动。但是氢气的生产成本和储运问题是目前应用于发动机的一个难点。

预混合压燃的低温燃烧可以提高发动机的热效率，并降低NOx排放。但预混合压燃的着火正时受环境条件和发动机工况影响，难以实现可靠精确的控制。另外，其工况范围小，冷启动和低负荷会产生过多的HC和CO，高负荷又会发生爆震。

单一燃料的发动机难以满足能源多元化的需求，而且单一燃料的燃烧特性具有局限性，限制了发动机的性能提升。

因此有必要提供一种新型的发动机结构用以解决上述问题。

发明内容

本发明公开了一种基于重整气的双燃料火花塞式四冲程发动机及燃烧控制方法。主要利用发动机废气余热对易重整制氢的燃料进行在线催化重整，通过设置火花塞以及两种主燃料进气道喷嘴和缸内直喷喷嘴，合理利用重整气，调整喷射策略等措施，实现火花塞式四冲程发动机所有工况范围内的高效清洁燃烧。

本发明采用的技术方案是：一种基于重整气的双燃料火花塞式四冲程发动机，包括进气道、排气道和燃烧室，其特征在于：在缸盖上设置缸内直喷第一燃料喷嘴和/或在进气道上设置进气道第一燃料喷嘴，在缸盖上设置缸内直喷第二燃料喷嘴和/或在进气道上设置进气道第二燃料喷嘴；在缸盖上设置火花塞；在进气道或在缸盖上设置重整气喷嘴。

气缸盖底部、气阀底部、活塞顶面和火力岸以及活塞环接触不到的缸套上部喷有绝热涂层，或活塞顶部选择绝热材料。

重整气是利用发动机废气余热能量和/或电加热装置对碳水化合物、醇类、醚类或烃类进行改质，和/或直接电解制得或加注纯氢。

采用可变气门技术。

采用废气再循环技术。

主燃料的进气道喷嘴和/或缸内直喷喷嘴的个数至少为1个；重整气喷嘴的个数至少为1个。

火花塞可替换为等离子电嘴。

当主燃料为柴油、醚类、或含有柴油的混合燃料、或含有醚类的混合燃料时，其燃料喷嘴只能选择缸内直喷喷嘴，压缩比设置为主燃料不能被直接压燃的临界压缩比，进行预混合压燃。

所述发动机在缸盖和进气道上同时装有易雾化的主燃料喷嘴、在进气道上和/或在缸盖上加装有重整气喷嘴的状态下，压缩比设置为主燃料不能被直接压燃的临界压缩比，采用火花塞点火的预混合压燃方式。或者，依据工况大小进行如下控制：

低负荷时，使用缸内直喷主燃料喷嘴和重整气喷嘴供给燃料；

中负荷时，使用进气道燃料喷嘴和重整气喷嘴供给燃料；

高负荷时，使用进气道主燃料喷嘴，缸内直喷主燃料喷嘴和重整气喷嘴供给燃料。

冷启动时，采用可变气门技术提高压缩比，向燃烧室内喷射主燃料和/或重整气进行点火。