[发明专利]一种燃用溶氢燃料的高压缩比发动机及控制方法

说明书

本发明提供一种燃用溶氢燃料的高压缩比发动机及控制方法，具体内容涉及溶氢燃料在高压缩比发动机上的燃烧控制。该发动机在保留原有高压缩比发动机及其必要零件的基础上增加了一套氢气与液体燃料混合与供给系统及一套燃油喷射与燃烧控制系统。通过电子控制单元控制溶解于液体燃料的氢气量，在启动及中小负荷条件下利用溶氢燃料中氢气闪急沸腾促进液体燃料破碎及火焰周围高浓度分布改善高压缩比发动机的喷雾与燃烧特性。在大负荷条件下，通过降低溶氢比例充分保证发动机的动力性。本发明为实现高压缩比发动机的节能减排提供了有效技术方案。

技术领域

本发明提供一种燃用溶氢柴油的高压缩比发动机及控制方法，具体内容涉及溶氢燃料在高压缩比发动机上的燃烧控制。

背景技术

高压缩比发动机具有做功能力强、可靠性好等特点，在重载、矿车、船舶及军用动力源等领域具有不可替代的优势。掺氢是改善高压缩比发动机燃烧，提高效率、降低排放的有效技术。高压缩比发动机通常采用燃油喷射压燃的着火方式，向高压缩比发动机掺氢的主要目的在于提高预混着火的燃料比例，进而降低扩散燃烧所引起的颗粒物排放。掺氢还可改善燃料着火与燃烧过程的反应路径，促进燃料的完全、快速燃烧。

现有技术中，氢气多是通过喷嘴从进气道进入气缸。对于高压缩比发动机而言其一般具有单缸大排量的特点，气道喷氢所形成预混氢空混合气中的氢气浓度很低，难以在高压油束附近形成高浓度分布规律，从而削弱了氢气对高压缩比发动机燃料燃烧过程的改善效果。现有技术中另一种实现高压缩比发动机掺氢燃烧的方式是通过高压喷嘴将氢气直接喷入气缸。该方式下氢气和主燃料可以分别通过各自的喷嘴或同一环形喷嘴中的不同燃料喷射通道独立喷入燃烧室，从而提高氢气在油束附近的浓度，其对燃烧的改善效果优于气道喷氢方式。

然而，受制于缸内高压及燃烧产生的颗粒物，以及气体燃料自身极差的润滑性，单一高压气体燃料喷嘴的可靠性和寿命一直没有得到有效解决。而环形喷嘴的气体喷射与液体燃料喷射过程相互独立，通过该类喷嘴喷出的氢气虽然可以改善液体燃料的燃烧反应路径，但并不能有效改善液体燃料自身的雾化、蒸发与混合过程。

将气体在高压条件下溶解于液体形成溶气燃料已经被证明可以利用气体低临界压力特性促进液体燃料喷雾所形成的液滴破碎过程，从而大幅缩短液体燃料的蒸发与混合时间，改善雾化质量。将氢气在高压条件下快速溶解于主燃料形成溶氢燃料对于改善高压缩比发动机的雾化与燃烧具有重要意义，其关键在于优化溶氢燃料在高压缩比发动机中的燃烧过程。

发明内容

针对目前溶氢燃料在高压缩比发动机中应用的问题，本发明提供一种燃用溶氢燃料的高压缩比发动机及控制方法。本发明在高压缩比发动机本体的基础上增加了一套氢气供给、氢气与燃油混合装置、火花塞、节气门、电子控制单元及相关管路的方式，实现氢气与高压燃料在混合阀中预混，将预混后的含氢燃料通入高压泵使氢气在高压条件下溶解于柴油，并通过调整氢气掺入比例控制氢气溶解度，防止高压泵出口处的气阻现象，将在高压泵中所形成的溶氢燃料通入喷油器实现溶氢燃料在燃烧室内的喷雾和燃烧，从而通过溶氢燃料技术优化高压缩比发动机喷雾与燃烧过程。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种燃用溶氢燃料的高压缩比发动机,包括高压缩比发动机1，高压缩比发动机1本体上所安装的喷油器14及与喷油器14入口相连接的高压泵13，其特征在于增加了一套氢气与液体燃料混合与供给系统及一套燃油喷射与燃烧控制系统；

所述氢气与液体燃料混合与供给系统包括安装在高压泵13上的气液混合阀12，安装在液体燃料箱3上的供油口4通过管路与燃油流量计17相连接，燃油流量计与气液混合阀12之间通过管路连接，连接氢气瓶2与气液混合阀12的管路上依次安装有减压器6，氢气线性电磁阀9，高压泵入口氢气单向阀10及氢气流量计11，液体燃料箱3上方装有油箱入口氢气单向阀5，油箱入口氢气单向阀5通过管路连接在减压器6的出口位置；