本發(fā)明涉及一種雙燃料發(fā)動機的燃料噴射方式，屬于發(fā)動機的燃燒技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

由于氣體燃料資源豐富、可用性和經(jīng)濟性高、排放性好，人們越來越多地在柴油機上設(shè)置天然氣供給系統(tǒng)，使其成為雙燃料發(fā)動機。這種雙燃料發(fā)動機以天然氣作為主要燃料，用少量柴油在壓縮上止點附近引燃可燃混合氣。小工況時，雙燃料發(fā)動機只燒柴油。目前的雙燃料發(fā)動機只能選擇預(yù)混合燃燒方式或擴散燃燒方式中的一種。采用預(yù)混合燃燒方式的雙燃料發(fā)動機為避免爆震的發(fā)生，混合氣濃度一般較低，引燃正時不能太早，導(dǎo)致了動力性的不足；采用擴散燃燒方式的雙燃料發(fā)動機雖然動力性和經(jīng)濟性較好，但排放滿足不了新的標(biāo)準(zhǔn)。醇類雙燃料發(fā)動機，也有類似的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有雙燃料發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放性不能同時確保的問題, 本發(fā)明提供一種雙燃料發(fā)動機的燃料噴射方式。將被引燃燃料分別通過進氣側(cè)噴射（四沖程為通過進氣道，二沖程為通過掃氣口上端氣缸套直噴）和通過缸蓋直接噴射，并與引燃燃料噴射相結(jié)合，根據(jù)發(fā)動機工況大小，調(diào)整進氣側(cè)噴射與缸蓋直接噴射被引燃燃料的比例及噴射相位，使得發(fā)動機在預(yù)混合燃燒、預(yù)混合/擴散燃燒、擴散燃燒三種方式中采取最合適的一種方式工作，改變了傳統(tǒng)的雙燃料發(fā)動機始終只能在一種燃燒方式下工作的狀況。從而實現(xiàn)全工況范圍內(nèi)的高效清潔燃燒，并確保動力性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種雙燃料發(fā)動機的燃料噴射方式，包括被引燃燃料的噴射和引燃燃料的噴射及二者之間的配合。根據(jù)發(fā)動機沖程數(shù)和工況的不同，被引燃燃料全部通過進氣側(cè)噴射，即四沖程為通過進氣道噴射，二沖程為通過掃氣口上端氣缸套直噴，或全部通過缸蓋直噴，或一部分通過進氣側(cè)噴射，另一部分通過缸蓋直噴，或全部停止噴射；在怠速或10%以下的工況，所述被引燃燃料全部通過缸蓋直噴噴入缸內(nèi)，或全部停止噴射；在10%—70%的工況，所述被引燃燃料全部通過進氣側(cè)噴射；在70%以上的工況，所述被引燃燃料全部通過缸蓋直噴，或所述被引燃燃料分為兩部分噴射，一部分通過進氣側(cè)噴射，與空氣形成稀薄的預(yù)混合氣，另一部分被引燃燃料在排氣閥關(guān)閉后后至壓縮上止點期間通過缸蓋直接噴入缸內(nèi)，在壓縮上止點附近噴射所述引燃燃料引燃混合氣，或在膨脹行程早期噴射一部分被引燃燃料，被預(yù)混合火焰引燃后快速燃燒；所述被引燃燃料選自天然氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氫氣、液化石油氣中的一種或一種以上的混合物，或所述被引燃燃料選自甲醇、乙醇等醇類中的一種或一種以上的混合物；所述引燃燃料選自柴油、二甲醚、生物柴油、煤油中的一種或一種以上的混合物。為節(jié)省空間，引燃燃料噴嘴和被引燃燃料噴嘴可以裝配在一個噴油器內(nèi)。

通過缸蓋直噴的被引燃燃料采用高壓噴射，噴射在排氣閥關(guān)閉后后至壓縮上止點期間進行；

通過缸蓋直噴的被引燃燃料采用高壓噴射，與所述引燃燃料噴射同時進行；

通過缸蓋直噴的被引燃燃料采用高壓噴射，噴射在膨脹行程早期進行；

通過缸蓋直噴的被引燃燃料采用高壓噴射，噴射分多次進行；

掃氣口上端氣缸套直噴的被引燃燃料采用低壓噴射；

掃氣口上端氣缸套直噴的被引燃燃料采用高壓噴射。

本發(fā)明的有益效果是：在怠速或10%以下的工況，被引燃燃料全部通過缸蓋直接噴入缸內(nèi)、或停止噴射被引燃燃料，可以減少節(jié)流損失，并保證好的燃燒和排放。在10%—70%的工況，被引燃燃料全部通過進氣側(cè)噴射，可以最大限度獲得好的經(jīng)濟性和排放性。在70%以上的工況，將一部分被引燃燃料通過進氣側(cè)噴射，與空氣充分混合，另一部分被引燃燃料通過缸蓋直接噴入缸內(nèi)，形成分層，可以獲得最大的動力性和好的經(jīng)濟性及排放性；也可以將被引燃燃料全部通過缸蓋直接噴入缸內(nèi)，實現(xiàn)擴散燃燒為主，最大限度提高動力性。引燃燃料引燃混合氣后生成NOx少，未燃混合氣不易爆震，因此可以采用更高的壓縮比和增加預(yù)混合氣濃度，提高經(jīng)濟性及動力性；引燃后再噴入的少量被引燃燃料邊噴射邊燃燒，帶入更多的湍流動能，加速缸內(nèi)未燃混合氣燃燒，減少未燃燃料的排放，使發(fā)動機工作在近似等壓循環(huán)模式，實現(xiàn)高效清潔燃燒。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。

圖1表示四沖程雙燃料發(fā)動機進氣行程中的被引燃燃料進氣道噴射和混合過程。

圖2表示四沖程雙燃料發(fā)動機進氣行程末期的被引燃燃料缸內(nèi)噴射過程。

圖3表示四沖程雙燃料發(fā)動機壓縮行程中的被引燃燃料缸內(nèi)噴射過程。

圖4表示四沖程雙燃料發(fā)動機壓縮行程末期的引燃燃料噴射和缸內(nèi)燃燒。

圖5表示四沖程雙燃料發(fā)動機壓縮行程末期的被引燃燃料和引燃燃料同時噴射及缸內(nèi)燃燒。

圖6表示四沖程雙燃料發(fā)動機膨脹行程早期的被引燃燃料缸內(nèi)噴射和燃燒。

圖7表示四沖程雙燃料發(fā)動機10%以下工況停止噴射被引燃燃料并且節(jié)氣門全開。

圖8表示四沖程雙燃料發(fā)動機10%以下工況壓縮上止點附近只采用引燃燃料噴射。

圖9表示二沖程雙燃料發(fā)動機噴嘴布置示意圖。

圖中：1、進氣道，2、進氣道中的被引燃燃料噴嘴，3、進氣道噴射被引燃燃料，4、進氣門，5、進氣道噴射被引燃燃料與進氣的混合氣，5a、缸內(nèi)稀薄可燃混合氣，6、引燃燃料噴嘴，7、引燃油束，8、缸蓋直噴被引燃燃料噴嘴，（四沖程機的引燃燃料噴嘴和被引燃燃料噴嘴裝配在一個噴油器內(nèi)，二沖程機的引燃燃料噴嘴和被引燃燃料噴嘴是獨立的）9a、進氣行程缸內(nèi)被引燃燃料噴束，9b、壓縮行程缸內(nèi)被引燃燃料噴束，9c、與引燃油束同時噴射的缸內(nèi)被引燃燃料噴束，9d、膨脹行程缸內(nèi)被引燃燃料噴束，10、節(jié)氣門，11、進氣，12、掃氣口，13、掃氣口上端氣缸套直噴被引燃燃料噴嘴。

具體實施方式

如圖1所示，進氣行程中進氣道1中的進氣道被引燃燃料噴嘴2噴射被引燃燃料3，隨空氣進入氣缸，形成進氣道噴射被引燃燃料與空氣的混合氣5。

如圖2和圖3所示，進氣道噴射被引燃燃料與空氣的混合氣5在缸內(nèi)氣流運動的作用下擴散，形成較均勻的缸內(nèi)稀薄可燃混合氣5a，缸內(nèi)被引燃燃料噴嘴8可以在排氣閥關(guān)閉后至壓縮行程上止點噴射被引燃燃料，可以在靠近噴油嘴6的氣缸上部形成較濃的可燃混合氣。

如圖4所示，壓縮行程末期，噴油嘴6噴射引燃油束7，將噴油嘴附近的可燃混合氣引燃，形成的湍流燃燒火焰迅速在缸內(nèi)傳播。

如圖5所示，缸內(nèi)被引燃燃料的噴射也可以與引燃油束7的噴射同時進行，這樣使得與引燃油束同時噴射的缸內(nèi)被引燃燃料噴束9c被引燃后進一步放大引燃能量和湍流動能，加速缸內(nèi)稀薄可燃混合氣的燃燒。這種方式實際上加大了擴散燃燒的比重。

如圖6所示，缸內(nèi)的可燃混合氣被引燃后，可以在膨脹行程早期再進行缸內(nèi)被引燃燃料的噴射。此時發(fā)動機活塞開始下行，可以實現(xiàn)近似等壓燃燒，在不增加缸內(nèi)燃燒峰值壓力的條件下提高動力性。

如圖7和圖8所示，在怠速或10%以下的工況，可以停止進氣道和缸內(nèi)的被引燃燃料噴射，保持節(jié)氣門全開，只采用引燃燃料在壓縮上止點附近的噴射。

如圖9所示，二沖程雙燃料發(fā)動機的進氣側(cè)噴射噴嘴，即安裝在掃氣口上端氣缸套的直噴被引燃燃料噴嘴13的噴射壓力可以高壓噴射也可以低壓噴射，其燃料噴射方式與四沖程雙燃料發(fā)動機相同。

在一款中速大功率船用天然氣柴油雙燃料發(fā)動機上，采用以下的燃料噴射方式：

1）在怠速和10%以下的工況停止噴射天然氣，只噴射柴油。

2）在10%—70%的工況，天然氣全部通過進氣道噴射。

3）在70%以上的工況，天然氣分為兩部分噴射。通過進氣道噴射部分占比為70%，與空氣形成稀薄的預(yù)混合氣；在壓縮行程通過缸蓋直接噴入缸內(nèi)部分的占比為30%。

在壓縮上止點前噴射總?cè)剂狭康?%的柴油引燃混合氣。

采用這種新的噴射方式，雙燃料發(fā)動機的動力性提高10%，經(jīng)濟性提高3%，排放達(dá)到國際海事組織IMO的 Tier III標(biāo)準(zhǔn)。