[发明专利]一种缸内直喷甲醇发动机及甲醇发动机燃烧系统的工作方法

说明书

本发明公开了一种缸内直喷甲醇发动机及甲醇发动机燃烧系统的工作方法，该甲醇发动机包括气缸体、安装于气缸体之上的气缸盖以及安装于气缸内的活塞，该发动机还具有进气管，进气管上安装有控制发动机进气空气量的节气门体等；气缸盖上设有进气门和排气门，位于气缸盖的中心还有安装有火花塞，在气缸盖上还装有缸内直喷喷油器，活塞顶面上有凹坑形成燃烧室，喷油器的形成的主喷射朝向活塞顶凹坑燃烧室。该发动机的工作方法包括：采用了高压缩比，并且采用了控制喷油提前角和喷油次数的控制策略来抑制发动机的爆震燃烧，还采用不同阶段组织不同气缸内空气流动的策略。本发明进一步提高现有技术中甲醇发动机的热效率，改善发动机的燃料经济性。

技术领域

本发明属于甲醇发动机领域，特别是涉及一种缸内直喷甲醇发动机及甲醇发动机燃烧系统的工作方法。

背景技术

随着发动机的燃料的多元化，采用清洁能源甲醇逐渐成为新的趋势，由于甲醇燃料的十六烷值低，着火性能不好的特性决定了甲醇发动机点燃式的燃烧方式，目前的甲醇发动机大多采用进气管循序多点电喷、点燃式燃烧方式工作。

为了提高发动机的燃烧效率，提高压缩比是基本措施之一，压缩比越高热效率越高，但压缩比的提高容易导致发动机出现爆震燃烧(又称敲缸)，这是不允许的。火花点燃式发动机爆震燃烧的机理是，在由火花塞点火形成的正常的火焰传播到达之前，燃烧室内末端温度高处的混合气自燃而产生的非正常燃烧，称为爆震燃烧，爆震燃烧对发动机性能和寿命造成危害，所以发动机是不允许在爆震下工作，压缩比越高，出现爆震的可能性越大。所以提高压缩比时需要采取措施抑制发动机的爆震燃烧的发生。

此外，发动机燃料燃烧产生的热量，总体来说大概三分之一用来做功，三分之一以排气热量的形式排掉了，剩下的三分之一被发动机的冷却液吸收了。若能减少通过活塞顶面传热所损失到的热量，对于也可以进一步提高发动机的热效率。

甲醇的低热值只有汽油的热值0.46倍，同等功率下甲醇发动机需要喷射更多的甲醇燃料，甲醇蒸发潜热是汽油的3.8倍。目前甲醇发动机普遍采用进气管多点循序喷射的方式，喷射压力3-5bar，大量的甲醇在喷入发动机的进气歧管后，容易在发动机的进气歧管聚集，容易产生混合气形成不良、发动机各缸燃料分配不均、进气管燃料液流等问题，这些问题在发动机起动后的暖车过程中尤为突出。最近公开的技术“一种甲醇发动机进气管多点循序高压喷射系统(申请号：CN 201910631650.9)”公开了一种采用采用进气管循序高压喷射甲醇的技术方案，该技术中采用喷射压力为20-200bar的高压喷射甲醇，以改善甲醇的喷雾效果，采用该技术方案可以较好地解决燃料/空气混合气不良和混合气各缸分配不均的问题。既然采用了高压喷射，若将进气管高压喷射从进气歧管喷射发展成为缸内高压直接喷射，则甲醇喷射的喷油压力、喷射提前角、喷射次数这些参数的配置更加灵活，有利于通过这些参数的优化，并结合组织合理的缸内空气运动，来进一步通过较大幅度地提高发动机的压缩比来提高发动机的热效率，同时还可以通过减少缸内的传热损失来提高发动机的热效率。

现有中国专利“一种甲醇直喷发动机燃烧系统及其喷醇策略”(申请公布号CN101915153 A)公开了一种缸内直喷甲醇发动机的燃烧系统结构和喷醇策略，以解决点火不稳定、甲醇无法完全燃烧的问题。该方案的特定结构是该气缸盖上开设高低错落的进气门区域和排气门区域，在该气缸盖、缸体和活塞之间形成与进气门贯通的挤气区、与排气门贯通的燃烧室，在进气行程通过组织滚流、在压缩行程通过挤气区行程强挤流，来改善燃料和空气的混合，火花塞布置在进气门与排气门中间的燃烧室侧壁上，甲醇喷油器朝向进气门与活塞顶面夹角为30°～60°布置，在中小负荷时通过在压缩行程20～50CABTDC(喷射提前角为压缩上止点前20～50曲轴转角，角度数值越大喷射越早)开始喷入甲醇，来实现分层燃烧；该方案的问题是在中小负荷时喷醇太晚，在正常点火之前(点火提前角为20～40CABTDC)无法形成良好的燃料空气混合气，导致点火燃烧不稳定，而且该方案适合上述特定的结构。

目前市场销售的甲醇发动机，基本都是在乘用车汽油机或者商用车柴油机平台上开发而来的，采用两气门或者四气门，火花塞基本都是安装在原来缸盖上气门中心的位置。