CN105422256B - 一种适用于预燃室式天然气发动机的单套燃料供给系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种适用于预燃室式天然气发动机的单套燃料供给系统，包括集气腔、天然气储气瓶、压缩气缸、工作气缸，所述工作气缸包括预燃室和主燃室，预燃室包括预燃室内壁和预燃室外壁，预燃室外壁位于预燃室内壁外部，预燃室外壁外部为主燃室，预燃室里设置天燃气喷嘴和火花塞，预燃室内壁上设置内壁连通管道，预燃室外壁上设置外壁连通管道，预燃室内壁连接可控制其相对于预燃室外壁旋转从而使得内壁连通管道和外壁连通管道相通或断开的电磁阀，集气腔进口端设置节气门，集气腔出口端分别连通主燃室和混合器，混合器分别连通天然气储气瓶和压缩气缸，压缩气缸连通天然气喷嘴。本发明仅依靠一套燃料供给系统可实现分层燃烧。

Description

一种适用于预燃室式天然气发动机的单套燃料供给系统
技术领域
本发明涉及的是一种内燃机，具体地说是天然气发动机。
背景技术
随着内燃机在车辆工程、船舶工程的广泛应用，其带来的生态环境污染和石油资源紧缺成为当前世界各国亟待解决的问题。不少国家开始研究应用于传统发动机的代用燃料。其中，天然气因为发热量高、排放清洁及储量丰富等特点而受到广泛关注。
对于船用天然气发动机，由于缸径大，火焰传播时间相对较长，容易发生远端爆燃，一般采用稀薄燃烧(φa>1)方式以降低爆燃的可能性。但当混合气较稀时，燃烧速率降低，甚至可能发生火焰淬熄或部分工作循环不发火的现象，导致燃料消耗率上升，碳氢化合物(HC)排放急剧增加。
为了解决上述问题，有研究者提出采用带有预燃室的天然气发动机，实现天然气的分层燃烧，即在预燃室这一较小范围内形成过浓混合气，而在主燃室这一较大范围内形成稀薄混合气，在实现高效清洁燃烧的同时降低发生爆燃的可能性。但是目前的预燃室式天然气发动机为了形成不同浓度的混合气，一般采用两套燃料供给装置，分别向预燃室和主燃室供给燃料，系统结构和控制过程较为复杂，且成本高昂。
发明内容
本发明的目的在于提供仅依靠一套燃料供给系统实现分层燃烧的一种适用于预燃室式天然气发动机的单套燃料供给系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种适用于预燃室式天然气发动机的单套燃料供给系统，其特征是：包括集气腔、天然气储气瓶、压缩气缸、工作气缸，所述工作气缸包括预燃室和主燃室，预燃室包括预燃室内壁和预燃室外壁，预燃室外壁位于预燃室内壁外部，预燃室外壁外部为主燃室，预燃室里设置天燃气喷嘴和火花塞，预燃室内壁上设置内壁连通管道，预燃室外壁上设置外壁连通管道，预燃室内壁连接可控制其相对于预燃室外壁旋转从而使得内壁连通管道和外壁连通管道相通或断开的电磁阀，集气腔进口端设置节气门，集气腔出口端分别连通主燃室和混合器，混合器分别连通天然气储气瓶和压缩气缸，压缩气缸连通天然气喷嘴。
本发明还可以包括：
1、所述工作气缸处于进气冲程时，压缩气缸处于压缩冲程。
2、压缩气缸内混合气的燃空当量比大于1。
本发明的优势在于：
1、通过预燃室通道向主燃室供应天然气，整个发动机组只有一套燃料供给装置，在实现天然气分层燃烧的前提下降低了建造成本。
2、天然气与空气的浓混合气在经过压缩气缸后，压力、温度升高，在预燃室内更易被点燃，降低了点火能量，可提高火花塞寿命。
3、通过旋转开关型预燃室实现了混合气浓度的分区，燃空当量比的控制更加精准。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为预燃室结构示意图。
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1～2，本发明一种适用于预燃室式天然气发动机的单套燃料供给系统，包括两种不同的气缸和一种旋转开关型预燃室；气缸包括工作气缸4和压缩气缸5；预燃室包括固定的外壁、可旋转内壁、天然气喷嘴、电火花塞和连接通道。在工作气缸的缸盖上设有预燃室，而压缩气缸的缸盖上无预燃室；压缩气缸的排气阀通过管道与工作气缸预燃室内的喷嘴连接，喷嘴上设电磁阀以控制喷射时刻。压缩气缸内无燃烧现象，仅对混合气进行压缩加热。需通过相位控制，使气缸5的压缩冲程与气缸4的进气冲程相对应。
预燃室外壁12固定在气缸盖上，而内壁11可旋转。外壁12和内壁11上均设有连接通道，当内、外壁通道对应时，预燃室与主燃室连通。内壁11受电磁阀控制，可通过旋转动作控制预燃室与主燃室的通断关系。
气缸组分为工作气缸和压缩气缸，通过节气门与天然气流量阀控制压缩气缸内的燃空当量比大于1。工作气缸的缸盖上设置有预燃室，而压缩气缸的缸盖上无预燃室。工作气缸的进气阀通过进气歧管与集气腔连接，而压缩气缸的进气阀与混合器连接。压缩气缸的排气阀通过管道与工作气缸预燃室内的喷嘴连接，喷嘴上设电磁阀以控制喷射时刻。
预燃室壁面分为内外壁，外壁固定在气缸盖上，内壁可旋转，预燃室下部圆弧形部位的底部设有连接通道。内壁受电磁阀控制，可实现预燃室与主燃室的连通、隔绝。
火花塞的点火端设置在所述预燃室的中间位置。
空气经节气门1进入集气腔2，集气腔2与工作气缸4、混合器7连接。天然气由储气罐8供应，通过阀3控制其流量，进入混合器7后与空气混合均匀，然后进入压缩气缸5。通过节气门1和流量控制阀3控制进入压缩气缸5的混合气的燃空当量比大于1。压缩气缸5中无点火装置，仅对混合气进行压缩加热，5中排气阀通过管道与工作气缸4的预燃室6连接，并通过相位控制使压缩气缸5的压缩行程与工作气缸4的进气行程相对应。
如图2所示，预燃室包括天然气喷嘴9，火花塞10，旋转内壁11，固定外壁12和连接通道13。其中内壁11和外壁12上均设有连接通道，当内、外壁通道对应时，预燃室与主燃室连通。内壁11受电磁阀控制，可通过旋转动作控制预燃室与主燃室的通断关系。当工作气缸4处于进气冲程时，压缩气缸5正好处于压缩冲程，通过电磁阀控制天然气喷嘴9开启，同时旋转内壁11使预燃室与主燃室连通，浓混合气在气缸5的高压作用下，通过连接通道13进入主燃室，并与空气混合以形成稀混合气。当工作气缸4的进气阀关闭后，同时关闭天然气喷射阀9和主、预燃室之间的连接通道13，对预燃室内的浓混合气和主燃室内的稀混合气进行分层隔离。当工作气缸4中活塞到达上止点附近时，通过控制电火花塞10点火，同时通过电磁阀旋转内壁11，打开主、预燃室之间的连接通道13，使预燃室内的火焰进入主燃室，引燃天然气/空气均质稀混合气。主燃室内火焰以预燃室为中心向外扩散，有利于充分发挥稀薄燃烧的优势，抑制爆震，降低天然气发动机污染。

Claims (3)

1.一种适用于预燃室式天然气发动机的单套燃料供给系统，其特征是：包括集气腔、天然气储气瓶、压缩气缸、工作气缸，所述工作气缸包括预燃室和主燃室，预燃室包括预燃室内壁和预燃室外壁，预燃室外壁位于预燃室内壁外部，预燃室外壁外部为主燃室，预燃室里设置天燃气喷嘴和火花塞，预燃室内壁上设置内壁连通管道，预燃室外壁上设置外壁连通管道，预燃室内壁连接可控制其相对于预燃室外壁旋转从而使得内壁连通管道和外壁连通管道相通或断开的电磁阀，集气腔进口端设置节气门，集气腔出口端分别连通主燃室和混合器，混合器分别连通天然气储气瓶和压缩气缸，压缩气缸连通天然气喷嘴。
2.根据权利要求1所述的一种适用于预燃室式天然气发动机的单套燃料供给系统，其特征是：所述工作气缸处于进气冲程时，压缩气缸处于压缩冲程。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于预燃室式天然气发动机的单套燃料供给系统，其特征是：压缩气缸内混合气的燃空当量比大于1。
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