[发明专利]一种氢气内燃机燃烧系统及燃烧控制方法

说明书

本发明涉及内燃机技术领域，提供了一种氢气内燃机燃烧系统及燃烧控制方法，包括射流室和主燃室，射流室内设有火花塞，射流室的底部设有射流孔，主燃室通过射流孔与射流室相连通，还包括：氢喷射器，氢喷射器的喷嘴设置于射流室内，用于分别在进气冲程和压缩冲程末期向射流室内喷射氢气，在进气冲程，主燃室内分布有稀混合气；在压缩冲程末期，射流室内分布有浓混合气。本发明基于射流室主动射流点火技术，可以提高内燃机的热效率，同时采用氢气两次喷射技术，分别在主燃室和射流室内形成稀混合气和浓混合气，可以在整个燃烧室内有效抑制NOx生成，大幅度降低NOx的排放。

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种氢气内燃机燃烧系统及燃烧控制方法。

背景技术

为了满足日益严格的油耗需求，必须大幅度提高内燃机的热效率，其中，稀薄燃烧(简称“稀燃”)是众多技术路线中比较具有潜力的一条。但是在稀燃条件下，尤其是混合气过量空气系数达到2.0以上的极稀条件时，容易出现点火不稳定和火焰传播不稳定的情况，需要提高点火能量。射流点火技术是解决这一问题的有效途径，主要包括带有射流室的射流点火系统，火花塞首先引燃射流室内燃气，射流室内温度和压力急剧升高，通过射流孔向主燃室喷射具有高能量和高速度的射流火焰，这些射流火焰的能量比传统火花点火的能量高两个数量级，能够稳定地引燃主燃室内的稀混合气，并且高速射流在主燃室内形成高强度的湍流，可以加速火焰传播进程，从而实现抑制爆震的效果。

为了实现“碳中和”的目标，需要使用低排放的清洁燃料，而氢气则是众多燃料中有潜力的一种。氢气的可燃极限范围宽，火焰传播速度快，同时燃烧产物只有水，无碳排放，是实现高效燃烧、零碳排放的燃料。有关氢气内燃机的研究表明，内燃机使用氢气作为燃料，可以实现较高的热效率，同时可以解决THC和碳烟排放的问题。但是，研究表明，由于氢气燃烧速度快，燃烧温度高，导致NOx的排放很高，可达6000ppm以上，NOx净化后处理成本很高。

发明内容

本发明提供一种氢气内燃机燃烧系统及燃烧控制方法，基于射流室主动射流点火技术，可以提高内燃机的热效率，同时采用氢气两次喷射技术，分别在主燃室和射流室内形成稀混合气和浓混合气，主燃室混合气过稀和预燃室混合气过浓都不利于NOx的生成，实现在整个燃烧室内均抑制NOx生成的效果，可以大幅度降低NOx的排放。

本发明提供一种氢气内燃机燃烧系统，包括射流室和主燃室，所述射流室内设有火花塞，所述射流室的底部设有射流孔，所述主燃室通过所述射流孔与所述射流室相连通，还包括：氢喷射器，所述氢喷射器的喷嘴设置于所述射流室内，用于分别在进气冲程和压缩冲程末期向所述射流室内喷射氢气，在所述进气冲程，所述主燃室内分布有稀混合气；在所述压缩冲程末期，所述射流室内分布有浓混合气。

根据本发明提供的一种氢气内燃机燃烧系统，所述稀混合气的过量空气系数为2～4。

根据本发明提供的一种氢气内燃机燃烧系统，所述浓混合气的过量空气系数为0.5～0.8。

根据本发明提供的一种氢气内燃机燃烧系统，所述射流室的底部均匀设置有多个所述射流孔。

根据本发明提供的一种氢气内燃机燃烧系统，所述射流孔包括第一射流孔和第二射流孔，所述第一射流孔设置于所述射流室的底部正下方，多个所述第二射流孔以所述第一射流孔为中心环布于所述射流室的底部侧面。

根据本发明提供的一种氢气内燃机燃烧系统，所述射流孔的孔径为1～2mm。

根据本发明提供的一种氢气内燃机燃烧系统，还包括缸体和缸盖，所述缸体的内壁设有可滑动的活塞，所述活塞的第一端与所述缸盖之间的空腔为所述主燃室，所述活塞的第二端与曲轴铰接。

根据本发明提供的一种氢气内燃机燃烧系统，所述射流室设置于所述缸盖的顶部中心处。