[发明专利]一种直喷气体喷嘴及其发动机和动力系统

说明书

本发明涉及一种直喷气体喷嘴及其发动机和动力系统，喷嘴由外壳、集气室、喷嘴喷孔和气体通道构成，所述气体通道穿过集气室连通到喷嘴喷孔；所述气体通道的上部装有弹簧，下部装有空心柱塞，气体通道的集气室段管壁设有柱塞喷孔；所述集气室上部设有柱塞上气体轴承，下部设有柱塞下气体轴承，所述空心柱塞设有柱塞限位器，所述外壳的壳体上设有电磁线圈，所述柱塞限位器与电磁线圈配合安装。气体直喷喷嘴可以用于氧气、氢气、天然气、氩气等气体的直喷，能够耐高温、耐高压、不易回火，能够利用所喷射的气体进行自冷却，提高了氢气喷嘴的寿命。

技术领域

本发明属于新能源发动机技术领域，涉及一种直喷气体喷嘴及其发动机和动力系统。

背景技术

能源短缺、环境污染、全球气候变化，令开发清洁、高效、安全和可持续的能源迫在眉睫，其中氢能正在受到越来越多国家的重视。进入二十一世纪，发动机工业得到了迅速地发展，然而目前汽油机和柴油机依然是车用发动机的主要机种。汽油和柴油都是不可再生资源，为了减缓石油资源的匮乏所带来的一系列负面影响以及减少大气污染和发动机尾气排放，需要寻找发动机的代用燃料，而氢能源是目前最理想的清洁燃料。随着世界各国环境保护的措施越来越严格，氢能源车辆由于其节能、低排放等特点成为发动机研究与开发的一个重点，并已经开始商业化。

氢作为燃料的优点是，以水为原料，资源丰富；燃烧时放出的热量多；燃烧产物是水，无毒、无污染，且可以循环使用，被称作绿色能源。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对发动机进行大的改装，因此氢能动力具有广阔的应用前景。推广氢能动力需要解决三个技术问题：一是大量制取廉价氢气，传统的电解方法价格昂贵，且耗费其他资源，无法推广；二是氢气的安全储运问题；三是发动机所需的高性能、廉价的氢供给系统。同时氢能源直接用在动力系统上会产生爆震、不稳定等一系列影响利用的问题，将氢气与其他多种气体包括惰性气体混合后加压的高压气源，氢电能源作为新的动力系统的替代燃料势必会成为趋势。

氢内燃机与氢燃料电池相比，燃料电池耗资颇高，氢内燃机有待于可在传统汽油内燃机基础上进一步完善和改进，以利于快速推广和工业化。

发明内容

本发明的目的是提供一种直喷气体喷嘴及其发动机和动力系统，可以用于氧气、氢气、天然气等燃料气体和助燃气体的直喷，气体直喷喷嘴耐高温烧蚀、不回火、可自冷却，解决了目前氢气喷嘴的使用寿命问题。

本发明的技术方案是：

一种直喷气体喷嘴，喷嘴由外壳、集气室、喷嘴喷孔和气体通道构成，气体通道穿过集气室连通到喷嘴喷孔；气体通道的上部装有弹簧，下部装有空心柱塞，气体通道的集气室段管壁设有柱塞喷孔；所述集气室上部设有柱塞上气体轴承，下部设有柱塞下气体轴承，所述空心柱塞设有柱塞限位器，所述外壳的壳体上设有电磁线圈，所述柱塞限位器与电磁线圈配合安装。

喷嘴用于直喷氢气、氧气或氩气。

一种直喷气体喷嘴发动机，发动机为氢燃料发动机，氢燃料发动机设有气缸、缸盖、曲轴箱，缸盖上设有火花塞、氢气口或/和氧气喷嘴，气缸上还设有排气孔，氢燃料发动机包括两冲程氢燃料发动机、四冲程氢燃料发动机和小冲程高频发动机；两冲程氢燃料发动机和四冲程氢燃料发动机采用单缸或多缸运行模式，小冲程高频发动机由任意缸数的氢气燃烧缸和/或任意缸数的尾气膨胀缸组成，包括四缸小冲程高频发动机和六缸小冲程高频发动机；两冲程氢燃料发动机的氢气口为与直喷气体喷嘴结构相同的氢气喷嘴或/和进气孔，四冲程氢燃料发动机的氢气口为进气口，所述小冲程高频发动机的氢气口为与直喷气体喷嘴结构相同的氢气喷嘴；两冲程氢燃料发动机包括气缸、缸盖和曲轴箱，气缸盖上设有火花塞、氢气喷嘴和氧气喷嘴，气缸壁设有进气孔和排气孔；曲轴箱内设有曲轴，气缸内设有活塞，活塞通过连杆与曲轴连接；四冲程氢燃料发动机包括气缸和曲轴箱，气缸的顶部设有氧气喷嘴、火花塞、进气口和排气孔，曲轴箱内设有曲轴，气缸内为燃烧室，气缸设有活塞，活塞通过连杆与曲轴连接。