[发明专利]缸内燃料改质的内燃机低温燃烧方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及内燃技术领域，尤其涉及一种缸内燃料改质的内燃机低温燃烧方法及系统。

背景技术

天然气是全球储量大的清洁能源，用在汽车发动机上，采用火花点燃模式已得到广泛应用。为进一步提高效率，压燃模式成为近年来国际研发热点，国内关于天然气在压燃模式的燃烧研究主要在2000年以后，清华大学（2000年），吉林大学（2000年），天津大学（2002年），西安交通大学（2002年），山东大学（2011年）等陆续开展过柴油掺烧天然气的发动机动力性、经济性和燃烧排放特性研究，采用的是天然气进气道预混、柴油缸内直喷的技术路线。国外柴油-天然气双燃料发动机商用化的大部分厂家（如Volvo，Bosch，Clean Air Power，Hardstaff等）采用的也都是上述相同的技术路线。这些研发普遍存在3个技术瓶颈尚未突破：1）大负荷时爆震，碳烟和NOx排放降低有限；2）小负荷时HC（碳氢化合物）和CO排放高；3）天然气燃料替代柴油率不高。

为解决大负荷爆震的问题，加拿大西港近年来开发了柴油引燃缸内直喷天然气的HPDI系统，使得发动机能够达到与同等柴油机相同的扭矩和功率，天然气替代柴油率能达到90％以上，但还存在上述NOx排放高、系统复杂和成本高问题。

总体来看，国际上天然气双燃料发动机，都是采用高温引燃燃烧模式，仍然存在着上述3个技术瓶颈没有解决。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种缸内燃料改质的内燃机低温燃烧方法及系统，可以提高天然气燃料替代率，更进一步地，可在大负荷时抑制爆震并减少NOx，小负荷时减少HC和CO排放。

（二）技术方案

为达上述目的，本发明提供一种缸内燃料改质的内燃机低温燃烧方法，多缸发动机包括一个浓燃气缸和若干个稀燃气缸，在所述浓燃气缸内喷射高十六烷值燃料引燃燃空当量比为1.5～4.0的含有天然气与空气的浓燃混合气，然后将浓燃气缸内燃烧后生成的改质混合气与空气混合后通入稀燃气缸进行再次燃烧，所述改质混合气中包括天然气浓燃改质后生成的H₂和CO。

进一步地，再次燃烧时喷射高十六烷值燃料引燃所述改质混合气，所述稀燃气缸内的气体的燃空当量比小于1。

优选的，所述多缸发动机的气缸数量为2～6个。

优选的，所述多缸发动机为四缸发动机，所述浓燃混合气的燃空当量比为1.5～3.0。

优选的，进入所述浓燃气缸内的天然气流量由燃料流量控制阀控制。

优选的，高十六烷值燃料喷射次数为单次、两次或三次，高十六烷值燃料喷射时刻变化范围是-90°CA ATDC～20°CA ATDC；所述高十六烷值燃料为石化柴油、生物柴油或二甲醚。

一种缸内燃料改质的内燃机低温燃烧系统，包括多缸发动机、天然气气源和天然气气路，所述多缸发动机包括一个浓燃气缸、多个稀燃气缸和喷油器，浓燃气缸进气道上设有空气入口和天然气入口，所述天然气入口通过天然气气路与天然气气源相连；稀燃气缸进气道上设有空气入口和改质混合气入口，所述改质混合气入口与浓燃气缸排气道相连；所述喷油器与高十六烷值燃料油箱相连，且所述喷油器的喷油口设于所述浓燃气缸和稀燃气缸内；所述浓燃气缸内燃空当量比为1.5～4.0的含有天然气与空气的浓燃混合气被喷射的高十六烷值燃料引燃后形成改质混合气进入所述稀燃气缸内。

优选的，所述浓燃气缸进气道上的空气入口与所述稀燃气缸进气道上的空气入口为同一空气入口。

优选的，所述稀燃气缸进气道与进气腔相连，所述进气腔包括进气混合腔和进气集气腔；所述进气混合腔的入口分别与所述空气入口、所述浓燃气缸排气道连接；所述进气混合腔的出口与所述进气集气腔的入口连接，所述进气集气腔的出口分别与浓燃气缸进气道、稀燃气缸进气道连接；所述稀燃气缸排气道与排气总管相连。

优选的，所述天然气气路上设有燃料流量控制阀，且所述燃料流量控制阀与控制系统连接。

（三）有益效果