專利名稱：柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，其屬于內(nèi)燃機燃燒領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，一方面柴油機燃料的多元化進展在加快，另一方面，為了滿足日趨嚴格的排放法規(guī)和對經(jīng)濟性的要求，柴油機的技術(shù)越來越復(fù)雜，成本不斷攀升。此外，蓄電池技術(shù)的快速發(fā)展，也對柴油機形成了嚴峻的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了改善柴油機性能，并降低成本，增強柴油機的競爭力，本發(fā)明提供一種柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，這種燃燒系統(tǒng)采用低壓縮比高膨脹比熱力循環(huán)，對增壓柴油機還要進行增壓空氣強化冷卻、或通過進氣管路噴水、或氣缸內(nèi)噴水，使在進氣行程或壓縮行程由主噴油嘴噴入的柴油、或者重油、或者柴油和自燃溫度比柴油高，十六烷值比柴油低的燃料的混合物形成的缸內(nèi)預(yù)混合氣不能壓縮著火，然后在壓縮上止點附近噴入相對主噴油嘴噴射的燃料更易于壓燃(自燃溫度低，十六烷值高)的燃料著火，進而引燃缸內(nèi)的預(yù)混合氣，有效地控制柴油機預(yù)混合燃燒的著火相位，并通過廢氣再循環(huán)技術(shù)把部分廢氣重新引入缸內(nèi)，或者向進氣管路、或者燃燒室內(nèi)噴水，控制預(yù)混合燃燒速率，實現(xiàn)著火相位和燃燒速率可控的柴油機預(yù)混合燃燒，達到高效清潔的目標。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，它包括一個由燃燒室、一個主噴油嘴和一個副噴油嘴；所述主噴油嘴安裝在燃燒室或進氣道內(nèi)，主噴油嘴在進氣行程或壓縮行程向燃燒室、或在進氣行程向進氣道內(nèi)噴射柴油、或重油、或柴油和自燃溫度比柴油高，十六烷值比柴油低的燃料的混合物，形成預(yù)混合氣。進氣方式采用自然吸氣或增壓進氣。在采用增壓進氣時，用增壓空氣冷卻器把增壓后的空氣進行強制冷卻，或采用進氣加濕，或噴水降低壓縮溫度，使燃燒室內(nèi)的預(yù)混合氣不能依靠壓縮溫度自燃著火；
在壓縮上止點附近，用副噴油嘴直接向燃燒室噴射相對于主噴油嘴噴射的燃料而言，自燃溫度低、十六烷值高的燃料，即更易于壓燃的燃料，缸內(nèi)著火燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫高壓，激發(fā)燃燒室內(nèi)的一次預(yù)混合氣發(fā)生多點同時著火的預(yù)混合壓縮著火燃燒。所述主噴油嘴和副噴油嘴安裝于燃燒室內(nèi)。所述主噴油嘴和副噴油嘴做成一體。所述燃燒室內(nèi)安裝噴水器。所述柴油機的進氣道內(nèi)安裝噴水器。所述柴油機進氣道內(nèi)安裝主噴油嘴和噴水器。所述柴油機進氣道內(nèi)安裝主噴油嘴，噴水器安裝于燃燒室內(nèi)。 所述柴油機采用廢氣再循環(huán)技術(shù)。所述柴油機在用作汽車動力時，怠速工況主噴油嘴和副噴油嘴都停止燃料噴射。
所述主燃料為柴油或柴油和自燃溫度比柴油高，十六烷值比柴油低的燃料的混合物，區(qū)別于適于火花點燃的燃料。上述技術(shù)方案的指導(dǎo)思想是柴油機預(yù)混合壓縮著火方式的關(guān)鍵問題是著火相位的控制。本發(fā)明利用相對易于壓燃的燃料引燃通常采用壓縮著火方式的柴油或柴油混合燃料的預(yù)混合氣，實現(xiàn)著火相位的可控。方案采用1.包括主噴油嘴和副噴油嘴的雙供油系統(tǒng)，主噴油嘴較早噴射柴油或柴油混合物，形成預(yù)混合氣，副噴油嘴在壓縮上指點附近噴射相對主噴油嘴噴射的燃料更易于壓燃(自燃溫度低，十六烷值高)的燃料；2.減小壓縮比，降低壓縮終點的缸內(nèi)溫度；3.在柴油中加入自燃溫度比柴油高，十六烷值比柴油低的燃料，形成較難壓燃的柴油混合燃料。這樣使形成的預(yù)混合氣不會依靠壓縮溫度而自燃，通過副噴油嘴噴射相對主噴油嘴噴射的燃料更易于壓燃(自燃溫度低，十六烷值高)的燃料著火，引燃并激發(fā)燃燒室內(nèi)的預(yù)混合氣發(fā)生預(yù)混合壓燃著火燃燒。而采用高膨脹比，有利于提高內(nèi)燃機的效率，降低油耗；采用廢氣再循環(huán)技術(shù)和噴水技術(shù)，將部分廢氣和水引入氣缸，降低燃燒溫度，從而可以控制預(yù)混合壓縮著火燃燒的速率。本發(fā)明的有益效果是這種柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，采用低壓縮比和高膨脹比，對增壓內(nèi)燃機還要進行增壓空氣強化冷卻，使缸內(nèi)的預(yù)混合氣不能壓縮自燃，然后副噴油嘴噴射相對主噴油嘴噴射的燃料而言更易于壓燃(自燃溫度低，十六烷值高)的燃料，引燃并激發(fā)缸內(nèi)預(yù)混合氣發(fā)生預(yù)混合壓燃著火燃燒，從而有效地控制了預(yù)混合燃燒的著火相位；通過廢氣再循環(huán)技術(shù)和缸內(nèi)加水技術(shù)，控制預(yù)混合燃燒的速率。從而實現(xiàn)了全工況范圍內(nèi)著火相位和燃燒速率可控的柴油機預(yù)混合燃燒，可以獲得超低的NOx和碳煙排放，并保持高效率。這種柴油機可以適應(yīng)多種燃料，尾氣后處理系統(tǒng)也較為簡單。向缸內(nèi)噴入柴油和汽油、乙醇等易揮發(fā)而不易自燃的燃料所組成的混合燃料，既可以更多地降低缸內(nèi)溫度，又可以降低燃料的自燃性，從而保證有效壓縮比不必設(shè)置太低，有利于提高發(fā)動機的熱效率。這種情況下，副噴油嘴可以直接噴射柴油引燃柴油的混合物。由于實現(xiàn)預(yù)混合燃燒，使循環(huán)的定容放熱率增加，因此完全可以彌補甚至超過降低壓縮比所帶來的熱效率損失。在一臺135單缸柴油機上的試驗表明，NOx排放下降90%，碳煙排放降低88%，熱效率提高5%。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖1是一種采用主副噴油嘴直噴的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)示意圖。圖2是一種主噴油嘴安裝在進氣道副噴油嘴直噴的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)示意圖。
圖3是主噴油嘴和副噴油嘴以及噴水器均采用缸內(nèi)直噴的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)
示意圖。圖4是噴水器安裝在進氣道主副噴油嘴直噴的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)示意圖。圖5是主副噴油嘴做成一體式的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)示意圖。圖6是主副噴油嘴做成一體式并將噴水器安裝在進氣道的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)示意圖。圖7是主噴油嘴安裝在進氣道副噴油嘴和噴水器直噴的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)示意圖。
圖中1、燃燒室，2、主噴油嘴，3、副噴油嘴，4、氣缸蓋，5、主副噴油嘴一體式噴油器，6、噴水器，7、進氣道。
具體實施例方式圖1所示的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)主噴油嘴和副噴油嘴均采用缸內(nèi)直噴的方式。圖2所示的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)副噴油嘴采用缸內(nèi)直噴的方式，主噴油嘴安裝于進氣道內(nèi)。圖3所示的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)主噴油嘴和副噴油嘴以及噴水器均采用缸內(nèi)直噴的方式。圖4所示的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)主噴油嘴和副噴油嘴采用缸內(nèi)直噴的方式，噴水器安裝于進氣道內(nèi)。圖5所示的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)將主噴油嘴和副噴油嘴做成一體式噴油器，采用缸內(nèi)直噴的方式。圖6所示的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)將主噴油嘴和副噴油嘴做成一體式噴油器，采用缸內(nèi)直噴的方式，并在進氣道內(nèi)加裝噴水器。圖7所示的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)主噴油嘴安裝于進氣道內(nèi)，副噴油嘴和噴水器米用缸內(nèi)直噴的方式。在圖1所示的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)采用主(2)副(3)兩個噴油嘴，并且兩個噴油嘴均采用直噴的方式布置于氣缸蓋(4)上。主噴油嘴(2)在進氣行程或壓縮行程向燃燒室⑴內(nèi)噴射柴油和自燃溫度比柴油高，十六烷值比柴油低的燃料的混合物，形成預(yù)混合氣。進氣方式采用自然吸氣或增壓進氣。在采用增壓進氣時，用增壓空氣冷卻器把增壓后的空氣進行強制冷卻，或采用進氣加濕的方式使燃燒室(I)內(nèi)的預(yù)混合氣不能依靠壓縮溫度自燃著火；副噴油嘴(3)在壓縮上止點附近噴射相對主噴油嘴(2)噴射的燃料而言更易于壓燃(自燃溫度低，十六烷值高)的燃料，著火燃燒產(chǎn)生的高溫高壓，激發(fā)燃燒室內(nèi)(I)的預(yù)混合氣，發(fā)生多點同時著火的預(yù)混合壓燃著火燃燒。在圖2所示的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)采用主(2)副(3)兩個噴油嘴，主噴油嘴(2)安裝于進氣道⑵內(nèi)，副噴嘴(3)安裝燃燒室內(nèi)。主噴油嘴(2)在進氣行程向進氣道(7)內(nèi)噴射柴油和自燃溫度比柴油高，十六烷值比柴油低的燃料的混合物，形成預(yù)混合氣。進氣方式采用自然吸氣或增壓進氣。在采用增壓進氣時，用增壓空氣冷卻器把增壓后的空氣進行強制冷卻，或采用進氣加濕的方式使燃燒室(I)內(nèi)的預(yù)混合氣不能依靠壓縮溫度自燃著火；副噴油嘴(3)在壓縮上止點附近噴射相對主噴油嘴(2)噴射的燃料更易于壓燃(自燃溫度低，十六烷值高)的燃料著火，燃燒產(chǎn)生的高溫高壓，激發(fā)燃燒室(I)內(nèi)的預(yù)混合氣，發(fā)生多點同時著火的預(yù)混合壓燃著火燃燒。在圖3所示的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)采用主(2)副(3)兩個噴油嘴，并且兩個噴油嘴均米用直噴的方式布置于氣缸蓋(4)上。增加一個噴水器(6),也安裝在氣缸蓋(4)上。主噴油嘴(2)在進氣行程或壓縮行程向燃燒室(I)內(nèi)噴射柴油和自燃溫度比柴油高，十六烷值比柴油低的燃料的混合物，形成預(yù)混合氣。進氣方式采用自然吸氣或增壓進氣。在采用增壓進氣時，用增壓空氣冷卻器把增壓后的空氣進行強制冷卻，并且采用噴水器(6)噴射水霧的方式降低燃燒室內(nèi)的溫度，使燃燒室(I)內(nèi)的預(yù)混合氣不能依靠壓縮溫度自燃著火；副噴油嘴(3)在壓縮上止點附近噴射相對主噴油嘴(2)噴射的燃料更易于壓燃(自燃溫度低，十六烷值高)的燃料著火，燃燒產(chǎn)生的高溫高壓，激發(fā)燃燒室內(nèi)(I)的預(yù)混合氣，發(fā)生多點同時著火的預(yù)混合壓燃著火燃燒。圖4和圖7是在圖3的基礎(chǔ)上，分別將噴水器(6)和主噴油嘴(2)布置于進氣道
(7)內(nèi)的方案。其具體的工作過程同圖3中各噴油嘴和噴水器的工作過程。圖5是將主⑵副(3)噴油嘴做成一體式噴油器(5),布置與氣缸蓋⑷上，以直噴的方式噴射到燃燒室(I)內(nèi)。圖6是在圖5的基礎(chǔ)上，在進氣道(7)內(nèi)加裝噴水器(6)。在進氣過程噴射水霧，降低進氣溫度。從上述實施例可見，內(nèi)燃機工作時，以低壓縮比高膨脹比的循環(huán)方式工作。內(nèi)燃機的有效壓縮比不大于可以使主噴油嘴噴射的混合燃料的混合氣自燃著火的最小壓縮比，以確保缸內(nèi)的混合氣不能自燃著火；對于增壓內(nèi)燃機，采用增壓空氣冷卻系統(tǒng)將增壓后的空氣進行強制冷卻，或采用噴射水霧的方式降低進氣管路內(nèi)氣體的溫度。在進氣行程或壓縮行程向燃燒室內(nèi)噴射柴油基混合燃料，形成一次預(yù)混合氣；而副噴油嘴噴射少量易壓燃的燃料，燃燒并激發(fā)缸內(nèi)的一次預(yù)混合氣發(fā)生預(yù)混合燃燒，從而控制燃燒室內(nèi)混合氣發(fā)生預(yù)混合燃燒的著火相位。通過EGR閥門、EGR冷卻器及相關(guān)管路，可以將部分內(nèi)燃機尾氣重新引入氣缸內(nèi)，以及在高負荷下采用噴水器向燃燒室噴射水霧，從而可以在全負荷范圍控制燃燒室混合氣的燃燒速率。在怠速時停機，主噴油嘴和副噴油嘴停止噴射燃料。因為燃燒速率快，內(nèi)燃機具有較高的熱效率。
權(quán)利要求
1.一種柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，它包括一個燃燒室(I)、一個主噴油嘴(2)、一個副噴油嘴(3)，其特征是所述主噴油嘴(2)安裝在燃燒室(I)或進氣道(7)內(nèi)，主噴油嘴(2)在進氣行程或壓縮行程向燃燒室(I)或進氣道(7)內(nèi)噴射柴油、或者噴射柴油和自燃溫度比柴油高，十六烷值比柴油低的燃料的混合物、形成預(yù)混合氣；采用低壓縮比高膨脹比熱力循環(huán)，保證燃燒室(I)內(nèi)的預(yù)混合氣不會因壓縮溫度自燃著火，又有較高的熱效率；在壓縮上止點附近，用副噴油嘴(3)直接向燃燒室(I)噴射相對于主噴油嘴(2)噴射的燃料而言，自燃溫度低、十六烷值高的燃料，即更易于壓燃的燃料，缸內(nèi)著火燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫高壓， 激發(fā)燃燒室(I)內(nèi)的一次預(yù)混合氣發(fā)生多點同時著火的預(yù)混合壓縮著火燃燒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，其特征是所述主噴油嘴(2)、副噴油嘴(3)安裝于燃燒室(I)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，其特征是所述主噴油嘴(2)、副噴油嘴(3)做成一體，安裝于燃燒室(I)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，其特征是所述燃燒室(I)內(nèi)安裝噴水器(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，其特征是所述柴油機的進氣道(7)內(nèi)安裝噴水器(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，其特征是進氣道(7)內(nèi)安裝主噴油嘴(2)和噴水器(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，其特征是進氣道(7)內(nèi)安裝主噴油嘴(2)，噴水器(6)安裝于燃燒室(I)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，其特征是所述預(yù)混合燃燒系統(tǒng)利用廢氣再循環(huán)控制燃燒速率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，其特征是所述柴油機在用作汽車動力時，怠速工況主噴油嘴(2)和副噴油嘴(3)都停止燃料噴射。
全文摘要
一種柴油機預(yù)混合燃燒系統(tǒng)，其屬于內(nèi)燃機燃燒領(lǐng)域。這種燃燒系統(tǒng)把柴油、或者重油、或者柴油和自燃溫度比柴油高，十六烷值比柴油低的燃料的混合物由主噴油嘴噴入燃燒室、或者由進氣道噴入，形成預(yù)混合氣；采用低壓縮比，使缸內(nèi)形成的預(yù)混合氣不能依靠壓縮溫度自燃著火；在壓縮上止點附近由副噴油嘴直接向燃燒室內(nèi)噴射相對于主噴油嘴噴射的燃料而言，自燃溫度低、十六烷值高的燃料，即更易于壓燃的燃料，缸內(nèi)著火燃燒，從而有效地控制預(yù)混合氣的著火相位，實現(xiàn)全工況范圍的均質(zhì)預(yù)混壓燃。采用廢氣再循環(huán)、或向氣缸或進氣道內(nèi)噴水控制燃燒速率，采用高膨脹比以保證高的熱效率。
文檔編號F02B7/02GK102996223SQ201210430338
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者隆武強, 田江平, 盛凱 申請人:大連理工大學