CN105781724A - 具有在线缸内燃料改质系统的天然气发动机 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机技术领域的在线燃料改质天然气发动机包括天然气罐、天然气高压截止阀、天然气减压阀、天然气低压截止阀、天然气单点喷射系统、天然气喷轨、电控天然气喷嘴、电子控制单元，电控天然气喷嘴布置在燃料改质缸进气歧管处，废气再循环管路的进气口与燃料改制气缸的排气道相连接，废气再循环管路的出气口与混合器相连接，废气再循环冷却器布置在废气再循环管路上。该发动机两套燃料喷射系统使用一种燃料天然气，通过发动机在线缸内燃料改质，可实现发动机燃烧稳定性和燃油经济性的优化。本发明设计合理，结构简单，适用于天然气发动机的优化设计。

Description

具有在线缸内燃料改质系统的天然气发动机
技术领域
本发明涉及的是一种内燃机技术领域的发动机，具体设计一种可以在线实时缸内燃料改质的天然气发动机。
背景技术
天然气发动机具有辛烷值高的特点，目前天然气发动机主要采用两种燃烧方式：火花点燃式和双燃料引燃式。双燃料引燃发动机由于其需要额外增加一套柴油喷射系统，增加成本与装机难度，未来车用天然气发动机的主要研究和发展方向还是以火花点燃式为主。目前市售的点燃式天然气发动机都以稀燃工作方式为主，这主要因为稀燃发动机缸内燃烧温度较低，缸内热负荷较小，同时，其缸内工质比热容比较高，所以与当量比燃烧相比热效率也相对较高。但是稀燃天然气火焰传播速度低，燃烧持续期长，造成较高的缸内壁面传热损失，并且其缸内燃烧稳定性较差，循环变动较大，增加了HC和CO排放，采用氧化后处理可以得到很低的排放水平。
发明内容
本发明针对上述现有技术不足，提供了一种具有在线缸内燃料改质系统的天然气发动机，该发动机一方面可以达到稀燃天然气发动机的工作模式，另外可以使天然气发动机缸内燃烧组分实时变化，使得发动机同时实现高效率，稳定性和低排放目的。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括工作气缸、燃料改制气缸、废气再循环冷却器、涡轮、排气总管、压气机、进气管、混合器、中冷器、天然气单点喷嘴、节气门、天然气进气歧管喷嘴、废气再循环管路、进气歧管、排气支管、连接轴，工作气缸、燃料改制气缸均布置在缸体内，涡轮布置在排气总管上，压气机布置在进气管上，涡轮、压气机之间通过连接轴相连接，进气管的出气口与进气歧管的进气口相连接，进气歧管的出气口与气缸的进气道相连接，工作气缸的排气道与排气支管的进气口相连接，排气支管的出气口与排气总管的进气口相连接，混合器、中冷器、天然气单点喷嘴、节气门依次布置在进气管上，天然气进气歧管喷嘴布置在燃料改制气缸对应的进气歧管上，废气再循环管路的进气口与燃料改制气缸的排气道相连接，废气再循环管路的出气口与混合器相连接，废气再循环冷却器布置在废气再循环管路上。
进一步地，本发明还包括压缩天然气储气罐、天然气高压截止阀、天然气减压阀、天然气低压截止阀、气轨、燃料改制系电控制单元、天然气发动机电控单元、天然气质量流量计，磁电式转速传感器，正弦波-方波转换器。天然气单点喷嘴、天然气进气歧管喷嘴均布置在气轨上，天然气质量流量计布置在压缩天然气储气罐与喷嘴之间的管路上。
更进一步地，独立燃料改质气缸的排气系统，将其通过冷却EGR后并完全引入到进气总管中。在燃料改质缸的进气歧管处，加装气体喷轨与喷嘴用于控制改质缸的当量比，用以达到实时控制热化学燃料改质反应的目的。在中小负荷工况，采用大比例燃料改质；在大负荷工况，采用小比例燃料改质。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发动机在启动、暖机和怠速阶段采用普通稀燃模式，这样使得发动机有更好的启动性能；发动机从大负荷到小负荷工作循环内，逐步增加缸内热化学燃料改质比例，优化整机燃烧稳定性和燃油经济性。利用改质气体较高的辛烷值，发动机可采用较高的压缩比，发动机整机热效率会提高；此系统结构简单，技术成本低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中：1、工作气缸，2、燃料改制气缸，3、废气再循环冷却器，4、涡轮，5、排气总管，6、压气机，7、进气管，8、混合器，9、中冷器，10、天然气单点喷嘴，11节气门，12、天然气进气歧管喷嘴，13、废气再循环管路，14、进气歧管，15、排气支管，16、连接轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本发明包括工作气缸1、燃料改制气缸2、废气再循环冷却器3、涡轮4、排气总管5、压气机6、进气管7、混合器8、中冷器9、天然气单点喷嘴10、节气门11、天然气进气歧管喷嘴12、废气再循环管路13、进气歧管14、排气支管15、连接轴16，工作气缸1、燃料改制气缸2均布置在缸体内，涡轮4布置在排气总管5上，压气机6布置在进气管7上，涡轮4、压气机6之间通过连接轴16相连接，进气管7的出气口与进气歧管14的进气口相连接，进气歧管14的出气口与气缸的进气道相连接，工作气缸1的排气道与排气支管15的进气口相连接，排气支管15的出气口与排气总管5的进气口相连接，混合器8、中冷器9、天然气单点喷嘴10、节气门11依次布置在进气管7上，天然气进气歧管喷嘴12布置在燃料改制气缸2对应的进气歧管14上，废气再循环管路13的进气口与燃料改制气缸2的排气道相连接，废气再循环管路13的出气口与混合器8相连接，废气再循环冷却器3布置在废气再循环管路13上。
本装置的工作流程是：第一，发动机电子控制单元首先读取和采集信号，判断发动机的运行工况和负荷大小，进而确定该工况下燃料改质的比例，控制改质喷嘴的喷射量。第二，发动机在起动、暖机和怠速运行工况采用普通稀燃模式，天然气单点喷射量由电控单元读出。第三，发动机从大负荷到小负荷工作循环内，通过燃料改质缸进气歧管处的燃料喷嘴，控制燃料改质缸内的当量比，使其控制在1.05-1.25之间，逐步增加缸内热化学燃料改质比例，增加总体燃料的辛烷值，距离火花塞较远的混合燃料由于改质气体较高的辛烷值不易发生爆燃，配合较高的压缩比可实现更高的热效率；整机天然气单点喷射量根据空气质量、天然气质量以及排气空燃比传感器计算，确保整机总体处于稀薄燃烧模式下。优化整机燃烧稳定性和燃油经济性。

Claims (3)

1.一种具有在线缸内燃料改质系统的天然气发动机，包括工作气缸(1)、燃料改制气缸(2)、废气再循环冷却器(3)、涡轮(4)、排气总管(5)、压气机(6)、进气管(7)，工作气缸(1)、燃料改制气缸(2)均布置在缸体内，涡轮(4)布置在排气总管(5)上，压气机(6)布置在进气管(7)上，其特征在于，还包括混合器(8)、中冷器(9)、天然气单点喷嘴(10)、节气门(11)、天然气进气歧管喷嘴(12)、废气再循环管路(13)、进气歧管(14)、排气支管(15)、连接轴(16)，涡轮(4)、压气机(6)之间通过连接轴(16)相连接，进气管(7)的出气口与进气歧管(14)的进气口相连接，进气歧管(14)的出气口与气缸的进气道相连接，工作气缸(1)的排气道与排气支管(15)的进气口相连接，排气支管(15)的出气口与排气总管(5)的进气口相连接，混合器(8)、中冷器(9)、天然气单点喷嘴(10)、节气门(11)依次布置在进气管(7)上，天然气进气歧管喷嘴(12)布置在燃料改制气缸(2)对应的进气歧管(14)上，废气再循环管路(13)的进气口与燃料改制气缸(2)的排气道相连接，废气再循环管路(13)的出气口与混合器(8)相连接，废气再循环冷却器(3)布置在废气再循环管路(13)上。
2.根据权利要求1所述的具有在线缸内燃料改质系统的天然气发动机，其特征在于还包括压缩天然气储气罐、天然气高压截止阀、天然气减压阀、天然气低压截止阀、气轨、燃料改制系电控制单元、天然气发动机电控单元、天然气质量流量计，磁电式转速传感器，正弦波-方波转换器。天然气单点喷嘴(10)、天然气进气歧管喷嘴(12)均布置在气轨上，天然气质量流量计布置在压缩天然气储气罐与喷嘴之间的管路上。
3.根据权利要求1所述的具有在线缸内燃料改质系统的天然气发动机，其特征在于在燃料改制气缸(2)的进气歧管处加装气体喷轨与喷嘴，用于控制燃料改制气缸(2)的当量比：在中小负荷工况，采用大比例燃料改质；在大负荷工况，采用小比例燃料改质。
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