[发明专利]一种稀薄燃烧系统、方法和发动机

说明书

本发明提供了一种稀薄燃烧系统、方法和发动机，该稀薄燃烧系统包括高压喷射单元、点火单元、进气单元、排气单元、燃烧室和活塞；活塞能够在燃烧室内往复运动；高压喷射单元、点火单元、进气单元和排气单元均设于燃烧室的顶部；高压喷射单元包括高压氢气喷射器，高压氢气喷射器为伞状喷雾喷油器，高压氢气喷射器用于向燃烧室直接喷射伞状氢气喷雾；进气单元包括相连的进气门和进气道；排气单元包括相连的排气门和排气道；点火单元用于使燃烧室内的燃料燃烧。该稀薄发动机包括至少一个上文所述的稀薄燃烧系统，该稀薄燃烧方法应用于上文所述的发动机。本发明可以实现NOx的低排放甚至零排放,并提高热效率。

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种稀薄燃烧系统、方法和发动机。

背景技术

开发替代燃料在传统内燃机中的应用是实现减排、节能和促进能源安全的重要方向之一。氢气由于其无碳、宽点火范围、高辛烷值和热值而成为内燃机的理想燃料。其中，无碳的特点实现了CO、HC和颗粒物(PN/PM)的零排放。宽点火范围、高辛烷值和热值利于实现超稀薄燃烧和高几何压缩比，从而达到高效的目的。

目前火花点燃式氢气内燃机主要包括氢气进气道喷射和缸内直喷两种方式。相比氢气进气道喷射，缸内直喷的优势明显，包括避免了回火和早燃等非正常燃烧，以及升功率高等。但氢气缸内直喷面临的主要技术瓶颈包括：

1)高负荷NOx排放高。氢气内燃机降低NOx的关键途径是在燃烧室内每一个局部都形成均匀的稀薄混合气。而目前的氢气喷嘴主要采用多孔喷油器，因此，不利于氢气和空气的均匀混合，从而造成高负荷下原始NOx排放高。

2)热效率偏低。由于氢气的淬熄距离较短(约为天然气和汽油的1/4)，因此，氢气内燃机的传热损失较大，从而限制了热效率的提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀薄燃烧系统、方法和发动机，在实现NOx近零排放的同时，提高发动机热效率。

达到上述目的，本发明提供一种稀薄燃烧系统，包括高压喷射单元、点火单元、进气单元、排气单元、燃烧室和活塞；

所述活塞能够在所述燃烧室内往复运动；

所述高压喷射单元、所述点火单元、所述进气单元和所述排气单元均设于所述燃烧室的顶部；

所述高压喷射单元包括高压氢气喷射器，所述高压氢气喷射器为伞状喷雾喷油器，所述高压氢气喷射器用于向所述燃烧室直接喷射伞状氢气喷雾；

所述进气单元包括相连的进气门和进气道，所述燃烧室通过所述进气单元与外界大气相连通；

所述排气单元包括相连的排气门和排气道，所述燃烧室通过所述排气单元与外界大气相连通；

所述点火单元用于使所述燃烧室内的燃料燃烧。

可选的，所述进气单元还包括进气门升程机构，所述进气门升程机构用于连续改变进气门的开启时刻，所述排气单元还包括排气门升程机构，所述排气门升程机构用于连续改变排气门的开启时刻。

可选的，所述点火单元包括相连的点火线圈和火花塞。

可选的，所述高压氢气喷射器喷射的伞状氢气喷雾导向靠近所述火花塞的位置。

可选的，所述高压氢气喷射器和所述点火单元均位于所述进气单元和所述排气单元之间，所述点火单元靠近所述排气单元所在位置。

可选的，所述高压喷射单元还包括依次相连的高压氢气储存装置、压力控制阀和高压氢轨，所述高压氢轨的出气口与所述高压氢气喷射器的进气口相连。

可选的，所述高压氢气喷射器的喷射压力不低于30bar。

可选的，所述高压氢气喷射器为外开环喷油器或旋涡型喷油器。