专利摘要

一种双燃料发动机稀薄燃烧组织方法涉及内燃机燃烧方法领域，具体涉及一种双燃料发动机稀薄燃烧组织方法。包括以下步骤：(1)在进气冲程，螺旋进气道强制空气沿着预期的导流方向进入气缸，产生较强的涡流，使空气与燃气充分混合；(2)当发动机处于燃气模式运行时，根据发动机工况的不同，通过调节天然气低压喷射次数与喷射正时，实现对缸内混合气浓度分层梯度的控制。通过螺旋进气道提高气缸内的涡流强度；通过控制主副喷油器的燃油喷射正时，实现燃烧始点的控制，从而实现不同工况下双燃料发动机稳定、高效率、低排放燃烧。

权利要求

1.一种双燃料发动机稀薄燃烧组织方法，其特征在于，发动机燃烧系统由活塞、气缸、气缸盖、副喷油器、主喷油器、螺旋进气道、低压天然气喷射阀、进气阀和燃烧室组成，包括以下步骤：(1)在进气冲程中，螺旋进气道强制空气沿着预期的导流方向进入气缸，产生较强的涡流；(2)当双燃料发动机处于起动、怠速和负荷低于15％时，发动机在燃油模式运行，副喷油器和低压天然气喷射阀不工作，此时只使用主喷油器在上止点前10-30°CA向缸内进行单次喷射；(3)当双燃料发动机处于15-50％中低负荷时，当发动机在燃气模式运行时，低压天然气喷射阀在排气阀关闭后向螺旋进气道进行两次不等量天然气喷射，同时只使用副喷油器在上止点前15-25°CA进行单次喷射，使缸内混合气浓度呈由上到下逐渐变稀的大浓度梯度分布，实现天然气的大浓度梯度分层燃烧；(4)当双燃料发动机处于50-75％中高负荷时，低压天然气喷射阀在排气阀关闭后向螺旋进气道进行两次等量天然气喷射，同时只使用副喷油器在上止点前10-20°CA进行单次喷射，使缸内混合气呈由上到下逐渐变稀的中等浓度梯度分布，实现天然气的中等浓度梯度分层；(5)当双燃料发动机大于75％负荷即高负荷时，低压天然气喷射阀在排气阀关闭后向螺旋进气道进行单次天然气喷射，同时只使用副喷油器在上止点前5-15°CA进行单次喷射，实现天然气的相对均质燃烧；

所述步骤(1)中，进气道采用螺旋结构，在进气旋流的作用下，进气早期喷射的天然气靠近活塞，进气行程后期喷射的天然气靠近主喷油器和副喷油器；

所述步骤(2)中，当发动机处于起动、怠速和负荷低于15％时，发动机在燃油模式运行，在活塞行至上止点前10-30°CA内主喷油器向缸内喷射柴油，当发动机大于15％负荷时，发动机切换到燃气模式运行，主喷油器停止喷油。

2.根据权利要求1所述的一种双燃料发动机稀薄燃烧组织方法，其特征在于：所述步骤(2)中，当发动机在燃油模式运行时，副喷油器停止向缸内喷射柴油。

3.根据权利要求1所述的一种双燃料发动机稀薄燃烧组织方法，其特征在于：所述步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)中，发动机在燃气模式运行时，副喷油器在活塞行至上止点前10-30°CA开始向缸内喷射柴油，喷射正时与喷射量根据工况的不同而改变，低负荷下采用大喷油提前角，随着负荷的增加，喷油提前角减小。

4.根据权利要求1所述的一种双燃料发动机稀薄燃烧组织方法，其特征在于：所述步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)中，天然气喷射压力小于1Mpa。

5.根据权利要求1所述的一种双燃料发动机稀薄燃烧组织方法，其特征在于：所述双燃料包括第一燃料柴油及第二燃料天然气。

6.根据权利要求1所述的一种双燃料发动机稀薄燃烧组织方法，其特征在于：所述主喷油器具有多孔结构，喷孔数目为6至8个；所述副喷油器具有多孔结构，喷孔数目为4至6个。

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机燃烧方法领域，具体涉及一种双燃料发动机稀薄燃烧组织方法。

背景技术

相比于其他类型发动机，双燃料发动机在使用经济性、热效率、燃烧噪声、NOx及PM排放等方面具有明显的优势；但同时还存在总燃料消耗率较高，发动机低负荷下容易失火，大负荷下容易发生爆震，天然气替代率提高受限，以及HC和CO排放较高等问题。

在优化燃烧系统方面，专利CN102996223A通过主副喷嘴喷射不同辛烷值的燃料来实现均质预混压燃，保证了较高的热效率；专利CN106870186A对双燃料发动机可能采取的燃料喷射方式进行概述，通过不同燃料喷射方式的组合来实现不同的燃烧方式。

对柴油/天然气双燃料发动机的研究表明：柴油/天然气双燃料发动机在大负荷工况时其动力性良好，达到柴油机的动力水平，PM和NOx排放下降，但可靠性下降；在小负荷工况时，HC排放增加，发动机经济性低。柴油/天然气双燃料发动机在不同负荷区域表现出来的燃烧性能和排放各有特点，而且发动机的经济性、动力性、可靠性和排放是相互矛盾的，若采用一种燃烧策略是不可能全部解决工作区域所面临的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供分层燃烧与均质燃烧的一种双燃料发动机稀薄燃烧组织方法。

一种双燃料发动机稀薄燃烧组织方法，发动机燃烧系统由活塞、气缸、气缸盖、副喷油器、主喷油器、螺旋进气道、低压天然气喷射阀、进气阀和燃烧室组成，包括以下步骤：

(1)在进气冲程中，螺旋进气道强制空气沿着预期的导流方向进入气缸，产生较强的涡流；

(2)当双燃料发动机处于起动、怠速和负荷低于15％时，发动机在燃油模式运行，副喷油器和低压天然气喷射阀不工作，此时只使用主喷油器向缸内进行单次喷射；

(3)当双燃料发动机处于15-50％中低负荷时，当发动机在燃气模式运行时，低压天然气喷射阀在排气阀关闭后向螺旋进气道进行两次不等量天然气喷射，同时只使用副喷油器进行微量单次喷射，使缸内混合气浓度呈由上到下逐渐变稀的大浓度梯度分布，实现天然气的大浓度梯度分层燃烧；

(4)当双燃料发动机处于50-75％中高负荷时，低压天然气喷射阀在排气阀关闭后向螺旋进气道进行两次等量天然气喷射，同时只使用副喷油器进行微量单次喷射，使缸内混合气呈由上到下逐渐变稀的中等浓度梯度分布，实现天然气的中等浓度梯度分层；

(5)当双燃料发动机大于75％负荷即高负荷时，低压天然气喷射阀在排气阀关闭后向螺旋进气道进行单次天然气喷射，同时只使用副喷油器进行微量单次喷射，实现天然气的相对均质燃烧。

步骤(1)中，进气道采用螺旋结构，在进气旋流的作用下，进气早期喷射的天然气靠近活塞，进气行程后期喷射的天然气更靠近主喷油器和副喷油器。

步骤(2)中，当发动机处于起动、怠速和负荷低于15％时，发动机在燃油模式运行，在活塞行至上止点前10-30°CA内主喷油器向缸内喷射柴油，当发动机大于15％负荷时，发动机切换到燃气模式运行，主喷油器停止喷油。

步骤(2)中，当发动机在燃油模式运行时，副喷油器停止向缸内喷射柴油。

步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)中，发动机在燃气模式运行时，副喷油器在活塞行至上止点前10-30°CA开始向缸内喷射柴油，喷射正时与喷射量根据工况的不同而改变，低负荷下采用大喷油提前角，随着负荷的增加，喷油提前角减小。

步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)中，天然气喷射压力小于1Mpa。

双燃料包括第一燃料柴油及第二燃料天然气。

主喷油器具有多孔结构，喷孔数目为6至8个；副喷油器具有多孔结构，喷孔数目为4至6个。

本发明的有益效果在于：

当发动机处于燃气模式运行时，通过进气道低压喷射形成预混合气，并通过调节低压天然气喷射阀的喷射正时、喷射次数与喷射量，控制缸内混合气浓度梯度分布，实现了分层燃烧与均质燃烧。

通过螺旋进气道提高气缸内的涡流强度，提高了燃烧效率。

通过调节主副喷油器的喷射正时控制燃烧始点，从而使双燃料发动机在各个工况下的燃料浓度分布处于最佳状态，有利于双燃料发动机的稳定、高效率、低排放燃烧。

附图说明

图1双燃料发动机工作原理图；

图2螺旋进气道的俯视图；

图3双燃料发动机在起动、怠速和负荷低于15％时柴油喷射图；

图4双燃料发动机在15-50％负荷下的混合气分布图；

图5双燃料发动机在50％—75％负荷下的混合气分布图；

图6双燃料发动机在大于75％负荷下的混合气分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，本发明涉及的双燃料发动机燃烧系统主要由活塞(1)、气缸(2)、气缸盖(3)、副喷油器(4)、主喷油器(5)、螺旋进气道(6)、低压天然气喷射阀(7)、进气阀(8)和燃烧室(9)组成。

如图2，双燃料发动机燃烧系统的螺旋进气道由气道入口、螺旋室、气道出口构成，其中螺旋室由相切的多段立体圆弧组成。在进气冲程，螺旋进气道强制空气沿着预期的导流方向进入气缸，产生较强的涡流，使空气与燃气充分混合。进气道采用螺旋结构，在进气旋流的作用下，进气早期喷射的天然气靠近活塞，进气行程后期喷射的天然气更靠近主喷油器和副喷油器。

双燃料发动机燃烧系统的低压天然气喷射阀安装在螺旋进气道上，阀为单孔结构。当发动机处于燃气模式运行时，根据发动机所处的工况不同，在进气阀开启至进气阀关闭期间进行多次喷射，压力小于1MPa，根据工况的不同，控制天然气的喷射次数、喷射正时和喷射量，同时利用较强的进气涡流，在缸内形成不同梯度的混合气浓度分层。

双燃料发动机燃烧系统的主喷油器安装在气缸盖内的喷油器安装孔内，由于主喷油器需要进行大流量柴油喷射，因此其结构为多孔结构，喷孔数目为6-8个。当发动机处于起动、怠速和负荷低于15％时，发动机在柴油模式运行，在活塞行至上止点前10-30°CA内主喷油器向缸内喷射柴油。当发动机大于15％负荷时，发动机可切换到燃气模式运行，主喷油器停止喷油。

双燃料发动机燃烧系统的副喷油器安装在气缸盖内的喷油器安装孔内，由于副喷油器需要进行小流量柴油喷射，因此副喷油器喷孔数目为4-6个。

当发动机在燃油模式运行时，副喷油器停止向缸内喷射柴油；发动机在燃气模式运行时，主喷油器停止喷油，副喷油器在活塞行至上止点前10-30°CA开始向缸内喷射柴油，喷射正时与喷射量根据工况的不同而改变，低负荷下采用较大的喷油提前角，随着负荷的增加，喷油提前角逐渐减小。

发动机在不同运行模式和不同负荷下的具体控制方法如下：

(1)当发动机处于起动、怠速和负荷低于15％时，发动机在燃油模式运行，在上止点前10-30°CA只使用主喷油器向缸内进行单次喷射，副喷油器和低压天然气喷射阀不工作。这是由于天然气在低负荷时因稀薄燃烧易发生失火等问题，所以此时只有主喷油器工作。图2为双燃料发动机处于起动、怠速和负荷低于15％时时柴油喷射示意图。

(2)在双燃料发动机处于15-50％中低负荷时，当发动机在燃气模式运行时，低压天然气喷射阀在排气阀关闭后0-30°CA范围内向螺旋进气道进行两次不等量天然气喷射，使缸内混合气浓度呈由上到下逐渐变稀的大浓度梯度分布，实现天然气的大浓度梯度分层燃烧。在上止点前15-25°CA只使用副喷油器进行微量单次喷射，喷油量占100％负荷下整个循环燃料量的比例为1-5％。图3为双燃料发动机在20％-50％负荷下的混合气分布图。

(3)在双燃料发动机处于50-75％中高负荷时，发动机在燃气模式运行，低压天然气喷射阀在排气阀关闭后0-30°CA范围内向螺旋进气道进行两次等量天然气喷射，使缸内混合气呈由上到下逐渐变稀的中等浓度梯度分布，实现天然气的中等浓度梯度分层。在上止点前10-20°CA只使用副喷油器进行微量单次喷射，喷油量占100％负荷下整个循环燃料量的比例为1-5％。图4为双燃料发动机在50％—75％负荷下的混合气分布图。

(4)当双燃料发动机大于75％负荷即高负荷时，发动机在燃气模式运行时，低压天然气喷射阀在进气冲程排气阀关闭后0-30°CA范围内向螺旋进气道进行单次天然气喷射，使缸内混合气有足够的时间形成稀混合气弱分层分布，实现天然气的相对均质燃烧。在上止点前5-15°CA只使用副喷油器进行微量单次喷射，喷油量占100％负荷下整个循环燃料量的比例为1-5％。图5为双燃料发动机在大于75％负荷下的混合气分布图。

螺旋进气道由气道入口、螺旋气道、气道出口构成，其中螺旋室由相切的多段立体圆弧组成。在进气冲程，螺旋进气道强制空气沿着预期的导流方向进入气缸，产生较强的涡流；低压天然气喷射阀安装在螺旋进气道上，阀为单孔结构。当发动机处于燃气模式下时，在进气阀开启至进气阀关闭期间进行多次喷射，天然气喷射压力小于1Mpa，根据工况的不同，控制天然气的喷射次数、喷射正时和喷射量，同时利用较强的进气涡流，在缸内形成不同梯度的混合气浓度分层；主喷油器和副喷油器安装在气缸盖上的喷油器安装孔内，并在压缩上止点附近向燃烧室内喷射柴油，主喷油器具有多孔结构，喷孔数目为6-8个；副喷油器具有多孔结构，喷孔数目为4-6个。

根据发动机工况的不同，通过调节天然气低压喷射次数与喷射正时，实现对缸内混合气浓度分层梯度的控制；通过螺旋进气道提高气缸内的涡流强度；通过控制主副喷油器的燃油喷射正时，实现燃烧始点的控制，从而实现不同工况下双燃料发动机稳定、高效率、低排放燃烧。

当发动机处于起动、怠速和负荷低于15％时，发动机在燃油模式运行，副喷油器和低压天然气喷射阀不工作，此时只使用主喷油器向缸内进行单次喷射。

当双燃料发动机处于15-50％中低负荷时，当发动机在燃气模式运行时，低压天然气喷射阀在排气阀关闭后向螺旋进气道进行两次不等量天然气喷射，同时只使用副喷油器进行微量单次喷射，使缸内混合气浓度呈由上到下逐渐变稀的大浓度梯度分布，实现天然气的大浓度梯度分层燃烧。

当双燃料发动机处于50-75％中高负荷时，低压天然气喷射阀在排气阀关闭后向螺旋进气道进行两次等量天然气喷射，同时只使用副喷油器进行微量单次喷射，使缸内混合气呈由上到下逐渐变稀的中等浓度梯度分布，实现天然气的中等浓度梯度分层。

当双燃料发动机大于75％负荷即高负荷时，低压天然气喷射阀在排气阀关闭后向螺旋进气道进行单次天然气喷射，同时只使用副喷油器进行微量单次喷射，实现天然气的相对均质燃烧。

上述喷油器的喷油量占100％负荷下整个循环燃料量的比例为1-5％，低负荷下采用较大的喷油提前角，随着负荷的增加，喷油提前角逐渐减小，以此实现对最佳燃烧始点的控制。从而实现不同工况下双燃料发动机稀薄混合气的稳定、高效率、低排放燃烧。

通过调节天然气低压喷射次数与喷射正时，实现对缸内混合气浓度分层梯度的控制；通过控制主副喷油器的燃油喷射正时，实现燃烧始点的控制，从而实现不同工况下双燃料发动机稳定、高效率、低排放燃烧。

一种双燃料发动机稀薄燃烧组织方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。