本發(fā)明屬于甲醇燃料發(fā)動機(jī)，具體涉及一種基于甲醇燃料機(jī)內(nèi)外協(xié)同噴射的發(fā)動機(jī)燃燒方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)在燃燒化石燃料時，排放大量的二氧化碳、氮氧化物及顆粒物，對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。因此，開發(fā)高效、低排放的替代燃料發(fā)動機(jī)成為了實現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要途徑之一。在眾多替代燃料中，甲醇的制備具有成熟的設(shè)備基礎(chǔ)和堅實的產(chǎn)能保障，更適合我國能源分配的現(xiàn)狀，被認(rèn)為是替代汽油或柴油作為未來發(fā)動機(jī)燃料的良好選擇。在綠色甲醇領(lǐng)域，截至2024年10月，可再生甲醇項目儲備增至3050萬噸。電子甲醇項目產(chǎn)能為1800萬噸，生物甲醇項目產(chǎn)能為1250萬噸。中國也積極布局低碳甲醇產(chǎn)業(yè)，據(jù)能景研究統(tǒng)計，截至2024年8月底，中國綠色低碳甲醇項目已累計超過90項，其中有66個項目披露了甲醇產(chǎn)能，合計產(chǎn)能超過2400萬噸，主要集中在東三省和內(nèi)蒙古地區(qū)。當(dāng)前綠色甲醇合成技術(shù)手段主要包括生物制甲醇和綠電甲醇。

2、公開號cn107796629b的專利提出一種模擬甲醇/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)多種燃燒模式的定容燃燒彈系統(tǒng)與方法，通過調(diào)節(jié)甲醇相對于柴油的噴射時刻,可以實現(xiàn)柴油引燃甲醇、柴油和甲醇同時著火、甲醇先于柴油自燃等多種燃燒模式。公開號cn118934277a的專利公開了一種甲醇柴油雙燃料發(fā)動機(jī)的控制方法及控制系統(tǒng)去獲取發(fā)動機(jī)當(dāng)前工況、爆震信號和增壓后壓力，起到判斷當(dāng)前工況是低工況還是高工況的效果。

3、但上述裝置沒有實現(xiàn)燃燒過程中對于柴油流量的精確控制以及甲醇不同替代率工況下濃度分層的問題。本發(fā)明的目的在于利用內(nèi)外同心針閥噴油器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)柴油流量的精確控制，以及甲醇機(jī)內(nèi)外協(xié)同噴射策略來實現(xiàn)甲醇濃度梯度的靈活控制。使得柴油/甲醇發(fā)動機(jī)可以在不同替代率模式下靈活轉(zhuǎn)換，并達(dá)到優(yōu)化燃燒和減少排放的目的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供通過靈活調(diào)整柴油和甲醇燃料的噴射規(guī)律和噴射正時等參數(shù)，實現(xiàn)燃燒模式的靈活切換、燃燒始點和放熱速率精確控制，在保證燃料空氣混合物可靠點火和穩(wěn)定燃燒的前提下實現(xiàn)缸內(nèi)濃度分層，大幅度提高甲醇能量替代比，提高了雙燃料發(fā)動機(jī)能效比并充分發(fā)揮甲醇柴油雙燃料發(fā)動機(jī)的燃燒優(yōu)勢。

2、本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

3、基于甲醇機(jī)內(nèi)外協(xié)同噴射的柴油/甲醇雙燃料發(fā)動機(jī)燃燒方法，所述燃燒方法是基于甲醇機(jī)內(nèi)外協(xié)同噴射的柴油/甲醇雙燃料發(fā)動機(jī)燃燒實現(xiàn)的，所述系統(tǒng)包括燃燒室、進(jìn)氣道、進(jìn)氣門、端口甲醇噴油器、排氣門、排氣道；所述燃燒室包括活塞、氣缸、氣缸蓋；所述進(jìn)氣歧管上裝有端口甲醇噴射器；所述氣缸蓋上安裝有非平行布置的內(nèi)外同心針閥噴油器和缸內(nèi)直噴甲醇噴射器；所述內(nèi)外同心針閥噴油器采用嵌套式結(jié)構(gòu)，包括外部大流量噴油器、內(nèi)部小流量噴油器；所述外部大流量噴油器包括外部大流量噴油器閥體和內(nèi)部小流量噴油器，內(nèi)部小流量噴油器閥體作為外部大流量噴油器針閥，兩者之間形成外部大流量噴油器油道；所述內(nèi)部小流量噴油器包括內(nèi)部小流量噴油器閥體和內(nèi)部小流量噴油器針閥，內(nèi)部小流量噴油器閥體位于內(nèi)部小流量噴油器針閥外部，且二者之間形成內(nèi)部小流量噴油器油道；

4、所述方法包括以下三種：

5、1)當(dāng)燃料替代率小于30％時，發(fā)動機(jī)采用以柴油擴(kuò)散燃燒為主；高反應(yīng)活性柴油通過內(nèi)外同心針閥噴油器直噴入氣缸，低反應(yīng)活性甲醇通過端口噴油系統(tǒng)進(jìn)氣道噴射；進(jìn)氣沖程進(jìn)氣門打開后，甲醇燃料箱通過低反應(yīng)活性燃料控制系統(tǒng)提供甲醇，甲醇通過低壓燃油泵和低反應(yīng)活性燃料端口壓力控制器，經(jīng)端口甲醇噴射器將甲醇噴入進(jìn)氣歧管，確保在壓縮過程中在缸內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)甲醇空氣混合氣均勻分布；上止點前內(nèi)外同心針閥噴油器的外部大流量噴油器和內(nèi)部小流量噴油器同時開啟，確保利用小流量噴油器對整個內(nèi)外同心針閥噴油器進(jìn)行內(nèi)部散熱，柴油噴射持續(xù)期與甲醇燃料噴射持續(xù)相獨立，隨著缸內(nèi)溫度和壓力的升高，柴油被壓燃，進(jìn)而引燃周圍低反應(yīng)活性甲醇燃料混合氣，實現(xiàn)高反應(yīng)活性柴油作為主要燃料引燃甲醇燃料預(yù)混燃燒；

6、2)當(dāng)燃料替代率大于30％小于50％時，高反應(yīng)活性柴油通過缸蓋中心內(nèi)外同心針閥噴油器缸內(nèi)直噴供油，低反應(yīng)活性甲醇采用缸內(nèi)外協(xié)同噴射方式向發(fā)動機(jī)供給甲醇：一部分甲醇通過端口噴油系統(tǒng)噴射噴入進(jìn)氣歧管，另外一部分甲醇采用高壓甲醇供給系統(tǒng)實現(xiàn)缸內(nèi)直噴；進(jìn)氣沖程端口甲醇噴射器將部分甲醇噴入進(jìn)氣歧管，實現(xiàn)與空氣的均勻混合；在壓縮沖程前半段，缸內(nèi)直噴甲醇噴射器針閥開啟，向缸內(nèi)噴射高壓液態(tài)甲醇，噴射持續(xù)期小于半個壓縮沖程所經(jīng)歷的時間，實現(xiàn)缸內(nèi)直噴甲醇濃度分層；活塞運動到上止點前，內(nèi)外同心針閥噴油器的內(nèi)部小流量噴油器關(guān)閉外部大流量噴油器開啟，噴射大流量引燃柴油，形成柴油和甲醇燃料的濃度和活性分層，高反應(yīng)活性柴油被壓燃形成的點火源形成擴(kuò)散燃燒，進(jìn)而引燃周圍的濃甲醇混合氣，實現(xiàn)高反應(yīng)活性柴油作為主要燃料引燃耦合甲醇燃料的分層燃燒；

7、3)當(dāng)燃料替代率處于50％到90％時，發(fā)動機(jī)以缸內(nèi)直噴甲醇燃料分層燃燒為主；高反應(yīng)活性柴油通過內(nèi)外同心針閥噴油器的小噴油器向缸內(nèi)噴射柴油，低反應(yīng)活性甲醇采用高壓甲醇供給系統(tǒng)實現(xiàn)缸內(nèi)直噴；首先，壓縮沖程前半段缸內(nèi)直噴甲醇噴射器針閥開啟向缸內(nèi)噴射液態(tài)甲醇，噴射持續(xù)期大于半個壓縮沖程，上止點前內(nèi)外同心針閥噴油器的內(nèi)部小流量噴油器開啟，噴射小流量柴油，同時實現(xiàn)對燃燒過程的精準(zhǔn)控制，柴油被壓燃形成的點火源形成擴(kuò)散燃燒，進(jìn)而引燃周圍的甲醇燃料稀混合氣，實現(xiàn)降低上止點溫度、低反應(yīng)活性甲醇高替代率工況和低反應(yīng)活性甲醇燃料作為主要燃料引燃耦合柴油分層燃燒。

8、進(jìn)一步地，所述內(nèi)外同心針閥噴油器中心軸線與氣缸中心軸線重合。

9、進(jìn)一步地，所述缸內(nèi)直噴甲醇噴射器中心軸線和內(nèi)外同心針閥噴油器的中心軸線在同一空間平面內(nèi)指向所述燃燒室的中心。

10、進(jìn)一步地，所述缸內(nèi)直噴甲醇噴射器具有多孔結(jié)構(gòu)，噴孔關(guān)于缸內(nèi)直噴甲醇噴射器中心軸線呈軸對稱分布。

11、進(jìn)一步地，所述外部大流量噴油器為軸針式噴油器，內(nèi)部小流量噴油器為多孔式噴油器，噴孔數(shù)量為6-8個，外部大流量噴油器和內(nèi)部小流量噴油器均包括獨立的針閥、針閥體、彈簧、電磁閥和油道。

12、進(jìn)一步地，所述內(nèi)部小流量噴油器流量遠(yuǎn)小于外部大流量噴油器流量，更早達(dá)到線性度區(qū)間。

13、本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

14、1.本發(fā)明能夠根據(jù)發(fā)動機(jī)實際工況，通過切換內(nèi)外同心針閥噴油器選擇純柴油模式/雙燃料模式，純柴油模式僅用于啟動、怠速工況或雙燃料模式發(fā)生故障時，使用純柴油供給；

15、2.雙燃料模式用于常規(guī)工況，通過調(diào)節(jié)供甲醇軌道壓力選擇甲醇缸內(nèi)直噴和甲醇端口燃料系統(tǒng)歧管噴射協(xié)同供給低反應(yīng)活性燃料甲醇，使得甲醇燃料替代率范圍更廣，燃燒更充分，所需引燃油量更少；

16、3.端口甲醇供給系統(tǒng)使得低范圍甲醇燃料替代比下nox和碳煙排放更低，缸內(nèi)直噴甲醇使得甲醇替代比得到了極大的提高，燃燒持續(xù)期更短，燃燒更可控，并且大幅度降低了hc和co的排放量；

17、4.在結(jié)構(gòu)簡單的前提下利用合理的燃燒組織方法，解決低反應(yīng)活性甲醇燃料替代比范圍受限，著火困難，燃燒效率低的問題，使得雙燃料發(fā)動機(jī)在全燃料替代比范圍內(nèi)高效率和低排放燃燒。