專利名稱：一種用于直噴點燃式氫內(nèi)燃機(jī)的點火系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于直噴點燃式氫內(nèi)燃機(jī)的點火系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)，汽車工業(yè)的發(fā)展越來越重視節(jié)能與環(huán)保。燃料作為汽車的動力來源對汽車的性能、排放起到很大的作用?；剂献鳛橐环N主要燃料已經(jīng)被人類使用了很長時間，但是作為一種不可再生資源終有枯竭的一天。因此，人們一直在開發(fā)新的代用燃料。氫氣具有著火界限寬?；鹧?zhèn)鞑ニ俣瓤?。點火能量小等優(yōu)點；而且其完全燃料產(chǎn)物是水，沒有傳統(tǒng)化石燃料所產(chǎn)生的CO、HC和碳煙等污染物，作為發(fā)動機(jī)一種重要的清潔燃料，日益受到人們的重視，也使氫燃料在國內(nèi)外均獲得了較快的發(fā)展。氫內(nèi)燃機(jī)作為利用氫燃料的一種主要形式，國際上已對其開展了廣泛研究。氫燃料內(nèi)燃機(jī)按燃料的供給方式可分為預(yù)混合式、進(jìn)氣管噴射式、進(jìn)氣道順序噴射和缸內(nèi)直噴四種形式。其中缸內(nèi)直噴式氫內(nèi)燃機(jī)由于氫氣的噴射不會影響進(jìn)氣過程中的空氣流量，且氫氣的熱值比汽油大，所以同樣排量下缸內(nèi)直噴式氫內(nèi)燃機(jī)的功率比汽油高20%以上。換氣過程中新鮮空氣對燃燒室的冷卻作用又能夠大大減小表面點火現(xiàn)象的發(fā)生，使得內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可靠。但是，對于直噴式氫內(nèi)燃機(jī)而言，氫氣與空氣混合過程較短，缸內(nèi)混合氣的濃度分布不均勻，傳統(tǒng)的火花點火位置容易出現(xiàn)失火或燃燒不充分的現(xiàn)象，消弱了氫氣稀薄燃燒的優(yōu)勢。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高效、可靠的直噴點燃式氫內(nèi)燃機(jī)的點火系統(tǒng)。通過在缸內(nèi)混合氣濃度較高的氣缸兩側(cè)頂端(進(jìn)、排氣門的界面上)分別設(shè)置一個火花塞，采用雙火花塞同時點火的控制策略以保證混合氣的可靠、充分燃燒，提高了氫內(nèi)燃機(jī)的燃燒穩(wěn)定性，降低了爆震傾向，改善直噴點燃式氫內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能，具有重大實用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種用于直噴點燃式氫內(nèi)燃機(jī)的點火系統(tǒng)。為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提出一種用于直噴點燃式氫內(nèi)燃機(jī)的點火系統(tǒng)，包括在氣缸蓋上設(shè)置的氫氣噴嘴，所述氫氣噴嘴位于氫內(nèi)燃機(jī)的氣缸頂部的中間位置；以及在氣缸蓋上設(shè)置的兩個火花塞，所述兩個火花塞分別位于所述氣缸的在進(jìn)氣門和排氣門的界面上的兩側(cè)頂端的位置。優(yōu)選的是，所述兩個火花塞的位置通過直噴式氫內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)混合氣的分布狀態(tài)和變化規(guī)律確定位于混合氣濃度較高的氣缸左右兩側(cè)頂端。優(yōu)選的是，所述兩個火花塞的位置使得氣缸兩端混合氣濃度較高的可燃混合氣被火花塞點燃后，隨著混合氣濃度分布朝著氣缸中間逐漸均勻，火焰由兩端同時向中間傳播。有益效果
采用本發(fā)明提出的直噴點燃式氫內(nèi)燃機(jī)火花塞位置優(yōu)化方法，能夠保證混合氣的可靠、充分燃燒，提高了氫內(nèi)燃機(jī)的燃燒穩(wěn)定性，降低了爆震傾向，改善直噴式氫內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能。


圖1為傳統(tǒng)直噴點火式氫內(nèi)燃機(jī)燃燒室的三維實體模型。圖2為傳統(tǒng)直噴點火式氫內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)混合氣濃度隨時間的變化規(guī)律，其中顏色越深代表混合氣濃度越高。圖3優(yōu)化后的直噴點火式氫內(nèi)燃機(jī)燃燒室的噴嘴和氣缸安裝位置示意圖，其中噴嘴位于氣缸中心頂部，兩個火花塞分別位于氣缸左右兩側(cè)的頂端(進(jìn)、排氣門的界面上)。圖4為優(yōu)化后的直噴點火式氫內(nèi)燃機(jī)噴嘴針閥升程以及左右兩個火花塞處的混合氣濃度隨時間的變化規(guī)律。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，用于一款四缸2. OL直噴點燃式氫內(nèi)燃機(jī)的點火系統(tǒng)。首先，建立傳統(tǒng)直噴點燃式氫內(nèi)燃機(jī)燃燒室的三維實體模型，如圖1所示，在氣缸蓋的進(jìn)氣門3和排氣門4中心的位置，即燃燒室的頂部中心位置為火花塞1，其右側(cè)位置裝有12孔的氫氣噴嘴2。其次，經(jīng)過校核與驗證，利用該模型計算分析缸內(nèi)混合氣的分布狀態(tài)和變化規(guī)律， 如圖2所示，可以看出，在氫氣的噴射過程中，隨著氫氣流束逐漸噴射到氣缸壁并發(fā)生發(fā)射，缸內(nèi)混合氣的濃度分布出現(xiàn)外部濃度高，內(nèi)部濃度低的現(xiàn)象，隨著時間的增加直至T5 時刻，濃度分布由外及里逐漸降低的趨勢更加明顯；隨著缸內(nèi)工質(zhì)的進(jìn)一步混合，至T6時刻，混合氣濃度分布逐漸均勻。 根據(jù)圖2所示的氫內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)混合氣的分布狀態(tài)和變化規(guī)律，可以看出，在混合氣的形成過程中燃燒室外側(cè)的空間混合氣濃度一直處于較高的狀態(tài)。因此，為促進(jìn)缸內(nèi)混合氣的均勻分布，經(jīng)過優(yōu)化后的燃燒室結(jié)構(gòu)如圖3所示，噴嘴位置位于氣缸頂部中心，在氣缸兩端頂部(進(jìn)、排氣門的界面上)分別設(shè)置一個火花塞，采用雙火花塞同時點火，以保證混合氣可靠、充分地燃燒。圖4為采用上述火花塞布置方法后，在火花塞位置混合氣濃度隨時間的變化規(guī)律，可以看出，隨著氫氣噴嘴針閥的逐漸開啟，左上角和右上角的火花塞處氫氣濃度逐漸升高至最大值，并在較長的時間范圍內(nèi)維持較高的濃度，因此選用此位置作為火花點火位置具有十分明顯的優(yōu)勢，能夠保證可靠點火，同時由于火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x變短，有效的降低了爆震傾向，使混合氣燃燒更加穩(wěn)定、充分，提高了直噴點火式氫內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能。盡管結(jié)合上述優(yōu)選實施例來描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該知道，本發(fā)明不局限于所公開的直噴點火式氫內(nèi)燃機(jī)的火花塞布置形式，本發(fā)明還可以覆蓋各種改進(jìn)和落入本發(fā)明要求保護(hù)的精神實質(zhì)和范圍內(nèi)的等同方法。
權(quán)利要求
1.一種用于直噴點燃式氫內(nèi)燃機(jī)的點火系統(tǒng)，包括在氣缸蓋上設(shè)置的氫氣噴嘴，所述氫氣噴嘴位于氫內(nèi)燃機(jī)的氣缸頂部的中間位置；以及在氣缸蓋上設(shè)置的兩個火花塞，所述兩個火花塞分別位于所述氣缸的在進(jìn)氣門和排氣門的界面上的兩側(cè)頂端的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點火系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個火花塞的位置通過直噴式氫內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)混合氣的分布狀態(tài)和變化規(guī)律確定位于混合氣濃度較高的氣缸左右兩側(cè)頂端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點火系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個火花塞的位置使得氣缸兩端混合氣濃度較高的可燃混合氣被火花塞點燃后，隨著混合氣濃度分布朝著氣缸中間逐漸均勻，火焰由兩端同時向中間傳播。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于直噴點燃式氫內(nèi)燃機(jī)的點火系統(tǒng)，其特征在于，在氣缸蓋上設(shè)置的氫氣噴嘴，氫氣噴嘴位于氫內(nèi)燃機(jī)的氣缸頂部的中間位置；以及在氣缸蓋上設(shè)置的兩個火花塞，兩個火花塞分別位于所述氣缸的在進(jìn)氣門和排氣門的界面上的兩側(cè)頂端的位置。利用本發(fā)明提出的直噴點燃式氫內(nèi)燃機(jī)點火系統(tǒng)，能夠保證混合氣的可靠、充分燃燒，提高氫內(nèi)燃機(jī)的燃燒穩(wěn)定性，降低爆震傾向，從而能夠改善直噴點燃式氫內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能。
文檔編號F02P15/02GK102493906SQ20111040397
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者劉福水, 向清華, 孫柏剛, 張冬生, 王長園 申請人:北京理工大學(xué)