[发明专利]一种阶梯式喷孔结构喷油器的双燃料发动机

说明书

本发明的目的在于提供一种阶梯式喷孔结构喷油器的双燃料发动机及其燃烧组织方法，气缸盖里设置喷油器，喷油器位于气缸盖的中部，进气歧管里设置低压天然气喷射阀，所述喷油器为带有阶梯式喷孔结构的喷油器，包括上喷孔和下喷孔，上喷孔位于上阶梯平面，下喷孔位于下阶梯平面，上喷孔的中心轴线与喷油器轴线夹角为60°，下喷孔的中心轴线与喷油器轴线夹角为30°。本发明通过高反应活性柴油和低反应活性天然气在燃烧室内形成耦合分层，实现在不同工况下的双燃料发动机高效率燃烧。实现了柴油在发动机气缸三维空间内全范围、多层次和多角度喷射，改善燃烧室内天然气的着火点分布，降低了THC和CO排放。

本发明涉及的是一种发动机，具体地说是双燃料发动机及其燃烧方法。

背景技术

随着能源匮乏与排放法规的日益严格，内燃机行业领域都面临着巨大的挑战，寻求一种新型的替代能源已经逐渐成为研究热点，天然气以其储量丰富、燃烧高效、清洁友好的优势成为极具潜力的内燃机新型燃料。

天然气/柴油双燃料发动机是天然气新型燃料在内燃机上的典型应用。双燃料发动机可以大幅度地降低碳烟的排放，并且极大的缓解了石油能源的短缺问题，提高了燃料的经济性，在满足了排放法规的要求同时，也保证了发动机功率的最大化。双燃料发动机一般由柴油机改装而来，在保留了柴油机的全部装置与功能的同时，只新增了燃气供给系统、油气切换系统以及油气控制系统，因此改装较为方便，极大的降低了双燃料发动机成本费用，有利于在实际的船舶内燃机领域内应用。

在双燃料发动机中，喷油器将燃油喷射进燃烧室内与天然气进行混合，并引燃天然气着火燃烧，因此双燃料发动机的燃烧过程很大程度上会受到燃油喷射特性的影响。公开号CN104088742A的专利涉及一种柴油机阶梯式喷孔喷油嘴，通过设置在靠近喷嘴压力室的细孔长度大于靠近喷孔出口的粗孔长度，有利于增大喷雾锥角与贯穿距离，改善了燃油的雾化质量，但是燃料在燃烧室底部区域内的分布情况并不理想，容易造成燃料残留问题。公开号CN105179132A 的专利涉及一种双燃料发动机孔式喷油器针阀体，通过在喷油器针阀体的头部设置均匀分布的周向喷孔与轴向喷孔，改善了柴油的雾化，增加了天然气着火点的分布，但是未考虑到天然气在燃烧室内的分布情况，燃油喷雾与天然气未形成合理的浓度梯度分布，容易造成远离柴油喷雾的外围空间内稀混合气失火问题。

发明内容

本发明的目的在于提供能实现柴油与天然气耦合分层，从而达到在不同工况下的双燃料发动机高效率燃烧，降低由于缸内浓度梯度分布不合理所导致部分天然气未被引燃，有效避免THC、CO排放过高等问题的一种阶梯式喷孔结构喷油器的双燃料发动机及其燃烧组织方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种阶梯式喷孔结构喷油器的双燃料发动机，其特征是：包括气缸盖、气缸壁、活塞，气缸盖位于气缸壁上方，活塞位于气缸壁里，气缸盖、气缸壁、活塞之间形成燃烧室，气缸盖里设置喷油器，喷油器位于气缸盖的中部，进气歧管里设置低压天然气喷射阀，所述喷油器为带有阶梯式喷孔结构的喷油器，包括上喷孔和下喷孔，上喷孔位于上阶梯平面，下喷孔位于下阶梯平面，上喷孔的中心轴线与喷油器轴线夹角为60°，下喷孔的中心轴线与喷油器轴线夹角为30°。

本发明一种阶梯式喷孔结构喷油器的双燃料发动机还可以包括：

1、上喷孔包括四个，呈圆周均匀分布，下喷孔包括四个，呈圆周均匀分布，上喷孔与下喷孔之间在两个平面上呈交错布置。

2、所述燃烧室为ω型燃烧室，上喷孔喷射燃油的射流方向到达ω型燃烧室内的高台边缘区域，下喷孔喷射燃油的射流方向到达ω型燃烧室底部半圆弧中心区域，四个上喷孔直径相等，四个下喷孔直径相等，上喷孔燃油喷射流量为下阶梯平面内的下喷孔燃油喷射流量的2倍。