CN101545418A - 电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置及喷射控制方法 - Google Patents

电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置及喷射控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置及喷射控制方法。包括一个大流量天然气喷嘴，喷嘴安装在缸盖或者进气歧管上，喷嘴下方安装一个导流管，导流管的内径与喷嘴出口内径相同，导流管中心线与进气门中心线为两条互不平行或相交的空间直线，且在进气过程的后期燃气脉冲穿越进气门和气门座之间的环形间隙直接被喷入气缸。本发明通过这种燃气喷射控制方法使缸内形成自上而下的混合气浓度分层，能够确保发动机可靠的着火燃烧，喷气脉冲直接喷入气缸可以将自身的运动能量转化为缸内的湍动能，可以加快天然气发动机的燃烧进程，扩展发动机稳定运行的稀燃极限，从而改善天然气发动机的动力性、经济性和排放性能。

Description

电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置及喷射控制方法
(一)技术领域
本发明涉及的是一种发动机的喷射装置，具体地说是一种电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置。本发明也涉及一种基于电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置的喷射控制方法。
(二)背景技术
稀燃天然气发动机由于燃烧温度较低，NOx排放在燃烧过程中就得到控制，同时，稀燃发动机能够降低部分负荷的泵气损失，允许采用较大的压缩比和增压技术，发动机能够产生较高的功率输出和热效率，而热负荷与柴油机相当，因此，发展稀燃天然气发动机技术是满足未来严格燃料经济性和排放法规的一项重要的技术措施。但是，随着混合气变稀，发动机的循环变动趋势增加，特别是发动机接近稀限时会出现部分燃烧甚至失火的现象，HC和CO排放迅速增加，循环变动成为扩大天然气发动机稀燃极限的一个主要障碍，因此能否合理组织燃烧过程，改善燃烧质量决定了是否能够充分发挥稀燃天然气发动机潜力的关键所在。
目前，国内外已开展对稀燃天然气发动机相关技术的研究工作，稀燃天然气发动机的燃料的供给方式现多采用进气道电控多点喷射的方式，公告号为CN101302961A专利“天然气发动机”公布了一种天然气发动机结构及控制方法，其中一项特征是：进气歧管在喷气嘴孔的连接处安装了一个铜制套管，套管过盈压入进气歧管，通过一个直径为8～10mm的天然气导向管将天然气喷到进气门口处，在与空气混合后，进入气缸内，设置该结构的目的是使各缸天然气充分进入气缸，避免因天然气密度低于空气密度而积存在进气歧管上部，确保各缸准确的天然气供给量。但是这种结构只是将天然气引向进气门的入口，天然气是在气道内与空气混合后再进入气缸，由于高压喷射的天然气本身具有较高的焓值，如果燃气射流直接撞击到进气门表面或进气道壁面，将造成燃气射流运动能量的损失，对改善稀燃发动机燃烧质量、扩展稳定运行极限以及降低发动机排放都极为不利。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种能够改善天然气发动机燃烧质量，扩展发动机稳定运行稀限，降低发动机的尾气排放的电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置。本发明的目的还在于提供一种基于本发明的电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置的喷射控制方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置的组成包括：一个大流量天然气喷嘴1，天然气喷嘴1安装在缸盖9或者进气歧管上，天然气喷嘴下方安装一个燃气导流管2，燃气导流管2的内径与天然气喷嘴1出口的内径相同，在进气行程的后期利用喷嘴1将一股喷气脉冲7直接穿越进气门4与气门座5之间的环形间隙进入气缸。
基于电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置的喷射控制方法为：
在缸盖9或者进气歧管上安装一个喷嘴1，在喷嘴下方安装一个燃气导流管2，且导流管2的内径与天然气喷嘴1出口内径相同、导流管2中心线与进气门4中心线为两条互不平行或相交的空间直线，确保导流管2不与气门杆接触或影响进气门4运动，在进气行程的后期利用喷嘴1将一股喷气脉冲7直接穿过进气门4与气门座5之间的环形间隙进入气缸。
本发明基于电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置的喷射控制方法还包括：
1、根据发动机的运行工况确定燃气喷射脉宽，通过查询存储在ECU中的燃气喷射控制MAP，精确控制喷气脉冲(7)的喷射正时和喷气量，在保证喷气脉冲(7)完全、及时进入气缸的前提下，喷气脉冲7与缸内滚流进行有效耦合，缸内形成自上而下由浓到稀的混合气浓度分层。
2、经进气门4与气门座5之间环形间隙进入气缸的喷气脉冲7不与燃烧室6壁面撞击，对缸内气体进行充分剪切和拉伸，最后与气缸壁面进行撞击和反射。
为了充分利用天然气射流的运动能量，本发明利用一个带有导流管的大流量喷嘴在进气行程的后期将一股高速燃气脉冲穿过进气门与气门座之间的环形间隙直接进入气缸，在不同发动机运行工况下通过对天然气喷射正时和喷气脉宽的精确控制，喷气脉冲能够与缸内滚流进行有效耦合，在缸内形成自上而下由浓到稀的混合气分层结构，确保缸内混合气可靠的着火，同时高焓值的天然气脉冲对缸内气体的剪切、拉伸以及高速天然气脉冲与壁面的撞击及反射，能够增加缸内的湍动能，加快火焰传播速度，改善燃烧质量，从而扩展发动机稳定运行稀限，降低发动机的尾气排放。
本发明的有益效果主要体现在：通过这种燃气喷射控制方法使缸内形成自上而下的混合气浓度分层，能够确保发动机可靠的着火燃烧，喷气脉冲直接喷入气缸可以将自身的运动能量转化为缸内的湍动能，可以加快天然气发动机的燃烧进程，扩展发动机稳定运行的稀燃极限，从而改善天然气发动机的动力性、经济性和排放性能。
(四)附图说明
图1是本发明的装置的结构示意图；
图2是燃气喷射脉宽及喷射正时。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明的电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置的组成为：电控多点喷射燃料供给系统采用一个大流量天然气喷嘴1，喷嘴1安装在缸盖9或者进气歧管上，喷嘴下方安装一个燃气导流管2，导流管2的内径与天然气喷嘴1出口内径相同，并且导流管2中心线与进气门4中心线为两条互不平行或相交的空间直线，确保导流管2不与气门杆接触或影响进气门4运动，在导流管2的作用下喷气脉冲7未与进气门4表面或进气道3壁面发生撞击，直接穿过气门4与气门座5之间的环形间隙进入气缸，进入气缸的喷气脉冲7不能的与燃烧室6壁面撞击，确保喷气脉冲7在缸内有足够的发展空间，对缸内气体进行充分剪切和拉伸，最后与气缸壁面或活塞8进行撞击和反射，从而增加缸内的湍动能。
结合图2，在进气行程的后期利用喷嘴1将一股喷气脉冲7喷入气缸内，根据发动机的运行工况确定喷气脉宽，通过查询存储在ECU中的喷气控制MAP精确控制喷气脉冲7的喷射正时和喷气量，该喷射定时一方面保证喷气脉冲7在进气门关闭前及时的被喷入缸内，同时还能够与缸内滚流进行有效耦合，缸内形成自上而下由浓到稀的混合气浓度分层。图2中21为进气门开启、22为上止点、23为下止点、24为进气门关闭。

Claims (4)

1、一种电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置，其特征是：一个大流量天然气喷嘴(1)，天然气喷嘴(1)安装在缸盖(9)或者进气歧管上，天然气喷嘴下方安装一个燃气导流管(2)，燃气导流管(2)的内径与天然气喷嘴(1)出口内径相同，燃气导流管(2)中心线与进气门(4)中心线为两条互不平行或相交的空间直线。
2、一种基于权利要求1的电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置的喷射控制方法，其特征是：
在缸盖(9)或者进气歧管上安装一个天然气喷嘴(1)，天然气喷嘴(1)下方安装一个燃气导流管(2)，导流管(2)的内径与天然气喷嘴(1)出口内径相同，导流管(2)中心线与进气门(4)中心线为两条互不平行或相交的空间直线，确保导流管(2)不与气门杆接触或影响进气门(4)运动，在进气行程的后期利用喷嘴(1)将一股喷气脉冲(7)直接穿越进气门(4)与气门座(5)之间的环形间隙进入气缸。
3、根据权利要求2所述的电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置的喷射控制方法，其特征是：根据发动机的运行工况确定燃气喷射脉宽，通过查询存储在ECU中的燃气喷射控制MAP，精确控制喷气脉冲(7)的喷射正时和喷气量，在保证喷气脉冲(7)完全、及时进入气缸的前提下，实现与缸内滚流的有效耦合，缸内形成自上而下由浓到稀的混合气浓度分层。
4、根据权利要求2或3所述的电控喷射稀燃天然气发动机燃气喷射装置的喷射控制方法，其特征是：经进气门(4)与气门座(5)之间环形间隙进入气缸的喷气脉冲(7)不与缸盖上的燃烧室(6)壁面撞击，保证喷气脉冲对缸内气体进行充分剪切和拉伸，最后与气缸壁面或活塞(8)进行撞击和反射。
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