一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统

本发明涉及内燃机，特别涉及一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统。

背景技术：

1、为了迎合日益严格的排放和油耗法规，各大汽车厂商纷纷开始研究高效替代燃料内燃机，从而实现高效低排放甚至零排放。主要选用的技术有双燃料和稀薄燃烧等技术。

2、然而，双燃料发动机中的气体燃料多采用进气道喷射的方式，其存在燃料与空气在发动机气缸盖的进气门前完成混合，发动机进气门前的进气管道内有燃料与空气形成的混合气时，存在发动机气缸盖进气门前的进气总管发生爆炸的风险。稀薄燃烧可能会带来点火困难的问题。

3、因此，开发一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统，以解决现有技术中存在的问题。

2、为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统，包括燃料ⅰ储存装置、燃料ⅱ储存装置、内燃机机体、水喷射系统和控制系统。

3、所述内燃机机体顶部设有缸盖。所述内燃机机体内部设有活塞。所述活塞、内燃机机体和缸盖合围形成主燃室。所述缸盖两侧分别设有进气歧管和排气歧管。所述进气歧管上设有进气阀门，排气歧管上设有排气阀门。所述缸盖顶部还设有燃料ⅱ歧管和主动预燃室。所述燃料ⅱ歧管将燃料ⅱ储存装置与主燃室连通。所述燃料ⅱ歧管的管路上设有控制阀和燃料ⅱ阀门。所述主动预燃室内设有火花塞和燃料ⅰ喷嘴。所述主动预燃室底部设有至少两个射流喷孔。所述燃料ⅰ喷嘴与燃料ⅰ储存装置连通。所述燃料ⅰ喷嘴与燃料ⅰ储存装置之间的管路上设置有控制阀。当发动机处于压缩冲程时，燃料ⅱ通过燃料ⅱ歧管进入主燃室内与新鲜空气充分混合。所述燃料ⅰ喷嘴将燃料ⅰ喷入主动预燃室内。所述火花塞将燃料ⅰ点燃。所述至少两个射流喷孔在燃料ⅰ被点燃后将主动预燃室中产生的火焰喷射至主燃室内。火焰将燃料ⅱ点燃。

4、所述水喷射系统包括依次连接的水箱、高压水泵、换热器、高压水共轨和缸内高温水喷嘴。所述水箱中储存有常压喷射用水。所述水箱利用内燃机工作过程产生的高温热源维持水的温度。所述水箱与高温水管连通。所述高温水管的上设置有加热控制阀。所述水箱中布置有水箱液位与温度传感器。所述换热器出口和入口之间接有水温平衡管线。所述水温平衡管线上设置有水温平衡阀。所述高压水共轨和换热器之间的管线上设置有水温传感器。所述缸内高温水喷嘴安装在主燃室内。

5、所述控制系统包括ecu和爆震传感器。所述爆震传感器布置在缸盖上。所述控制阀、爆震传感器、火花塞、缸内高温水喷嘴、燃料ⅰ喷嘴、高压水共轨、水温传感器、水温平衡阀、换热器、高压水泵、水箱液位与温度传感器和水箱加热控制阀均与ecu连接。

6、工作时，ecu通过检测发动机上设置的曲轴转角位置基准信号，经计算发动机工作循环在进气冲程时产生的电脉冲波形精确控制控制阀开启和关闭的相位角度。在进气冲程的进气阀门由打开到关闭的相位角度范围内，通过控制控制阀打开的起始相位角度，把燃料ⅱ从燃料ⅱ歧管输送到发动机气缸内，在发动机活塞往复运动作用下在气缸内完成燃气与空气的混合。水箱液位与温度传感器测量水箱常压喷射用水的温度与液面，并将数据传输至ecu内进行决策。ecu驱动水箱加热控制阀对高温水管内的流量进行调节以实现目标水温度。喷射用水由高压水泵加压后经换热器将高压水与高温排气进行热量交换。爆震传感器提取缸内爆震信息，并传输至ecu，为ecu控制缸内高温水喷嘴的喷射策略提供反馈信号。水温传感器将经换热器加热后的水温信号反馈给ecu。ecu根据目标轨压和目标水温需求，控制水温平衡阀实时调节高压水输出温度并实时调节高压水泵的输出流量。加热后的高压水积蓄在高压水共轨的共轨腔中。所述高压水共轨消除喷射用水中的压力波动后，将喷射用水分配至至缸内高温水喷嘴。ecu根据内燃机工作状态实时调节缸内高温水喷嘴的喷射时刻和喷射脉宽，实现内燃机工作过程中降低爆震倾向和增加额外做功工质。

7、进一步，所述燃料ⅱ歧管的直径小于进气歧管的直径。

8、进一步，所述进气阀门与燃料ⅱ阀门的打开和关闭相位角度相同。

9、进一步，所述燃料ⅰ为气体燃料或液体燃料。所述燃料ⅱ为气体燃料。

10、进一步，所述燃料ⅰ以氢气，燃料ⅱ以氨气。

11、进一步，所述射流喷孔的孔径为0.5-2.5mm。

12、进一步，所述主动预燃室的体积占燃烧室体积的2-4％。

13、进一步，管线采用隔热保温耐压不锈钢管或软管。

14、进一步，所述主动预燃室与缸盖一体设置或可拆卸连接。

15、本发明还公开一种汽车，包括上述的配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统。

16、本发明的技术效果是毋庸置疑的：

17、a.通过在缸盖上增加第五气门，实现气体燃料与主燃室的单独连接，避免了燃料与空气的提前混合发生的异常燃烧。

18、b.主动预燃室被设置在主燃室内部，且主动预燃室内设置有额外一套喷油器和火花塞。预先在主动预燃室中进行一次燃烧过程，主动预燃室中产生的射流火焰通过主动预燃室上设置的喷孔。在相同的时间内能够将燃烧产生的活性基更广泛地分布到主燃室当中，从而加快燃烧速度，拓宽稀燃极限，解决点火困难的问题。

19、c.采用了缸内喷水技术，其利用喷入缸内的水吸热蒸发形成高温高压水蒸气，优化内燃机燃烧过程，并结合低品位废热回收技术，通过水作为介质回收发动机高温尾气中的低品位能量，进一步提高系统热效率；

20、d.具备显著改善内燃机排放特性和增加内燃机热效率的能力，不仅能提高内燃机燃料配置的灵活性，提高内燃机中低符合着火特性以及冷启动的能力，扩大其稳定运行区间，还可以通过精确的缸内高温喷水系统，提高其对内燃机高负荷缸内爆震倾向的控制，有效提高内燃机的工作稳定性。

技术特征：

1.一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统，其特征在于：包括燃料ⅰ储存装置(1)、燃料ⅱ储存装置(2)、内燃机机体、主动预燃室(10)、水喷射系统和控制系统；

2.根据权利要求1所述的一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统，其特征在于：所述燃料ⅱ歧管(5)的直径小于进气歧管(4)的直径。

3.根据权利要求1所述的一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统，其特征在于：所述进气阀门(8)与燃料ⅱ阀门(7)的打开和关闭相位角度相同。

4.根据权利要求1所述的一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统，其特征在于：所述燃料ⅰ为气体燃料或液体燃料；所述燃料ⅱ为气体燃料。

5.根据权利要求4所述的一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统，其特征在于：所述燃料ⅰ以氢气，燃料ⅱ以氨气。

6.根据权利要求1所述的一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统，其特征在于：所述射流喷孔的孔径为0.5-2.5mm。

7.根据权利要求1所述的一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统，其特征在于：所述主动预燃室(10)的体积占燃烧室体积的2-4％。

8.根据权利要求1所述的一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统，其特征在于：管线采用隔热保温耐压不锈钢管或软管。

9.根据权利要求1所述的一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统，其特征在于：所述主动预燃室(10)与缸盖一体设置或可拆卸连接。

10.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1～9任意一项所述的配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统。

技术总结发明提供一种配置主动预燃室的五气门双燃料内燃机系统。该系统通过在缸盖上布置第五气门向缸内补充燃料Ⅱ，并在缸盖上设有主动预燃室，主动预燃室上不少于两个射流喷孔，且其中布置有火花塞和燃料Ⅰ喷嘴，此外内燃机主燃室内还布置有高压水喷嘴，在内燃机工作工程中将高温高压水直接喷入内燃机燃烧室内以实现爆震控制。该系统具备显著改善内燃机排放特性和增加内燃机热效率的能力，不仅能提高内燃机燃料配置的灵活性，提高内燃机中低符合着火特性以及冷启动的能力，扩大其稳定运行区间，还可以通过精确的缸内高温喷水系统，提高其对内燃机高负荷缸内爆震倾向的控制，有效提高内燃机的工作稳定性。技术研发人员：康哲,吕阳,刘秋雨受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18